TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS

•

UNIVERSO

RhaikaFialho

22.06.2016

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Operações Unitárias I

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UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA
PRÓ-REITORIA ACADÊMICA
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
OPERAÇÕES UNITÁRIAS

TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS

Grupo: Alexandre Diniz
Arthur Rodrigues Carneiro
Márcio Freitas

Niterói
2007
UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA
PRÓ-REITORIA ACADÊMICA
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
OPERAÇÕES UNITÁRIAS

TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS

Trabalho apresentado ao professor
Paulo Roberto como verificação de
aprendizagem da matéria de
Operações Unitárias – VT.

Niterói
2007
SUMÁRIO

INTRODUÇÃO.............................................................................................................. 4
RESUMO.......................................................................................................................... 5
ABSTRACT....................................................................................................................... 6
1. TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS........................................................................... 7
1.1 Definição...................................................................................................................... 7
1.2 Aplicações.................................................................................................................... 7
1.3 Custo............................................................................................................................. 7
2. CLASSIFICAÇÃO DOS TUBOS......................................................................... 9
2.1 Quanto ao material de Fabricação............................................................................. 9
2.1.1 Metálicos .................................................................................................................... 9
2.1.2 Não Metálicos............................................................................................................. 9
2.1.3 Mistos.......................................................................................................................... 9
2.2 Quanto a Flexibilidade............................................................................................... 10
2.2.1 Flexíveis...................................................................................................................... 10
2.2.2 Não Flexíveis.............................................................................................................. 10
2.3 Quanto ao Processo de Fabricação........................................................................... 10
2.3.1 Sem Costura................................................................................................................ 10
2.3.2 Com Costura............................................................................................................... 10
3. BITOLAS COMERCIAIS....................................................................................... 11
3.1 Espessuras Comerciais............................................................................................... 11
3.2 Uso dos Principais Tipos............................................................................................ 12
3.2.1 Tubos de Aço-carbono................................................................................................ 12
3.2.2 Tubos de Aço-liga....................................................................................................... 12
3.2.3 Tubos de Aço-inoxidável............................................................................................ 12
3.2.4 Tubos de Ferro-fundido.............................................................................................. 12
3.2.5 Tubos não Metálicos, não Ferrosos e Ligas................................................................ 12
4. ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÃO....................................................................... 13
4.1 Meios de ligação de Tubos........................................................................................ 16
4.1.1 Classificação dos Sistemas de Ligação dos Tubos.................................................... 16
5. LINHA FLEXÍVEL DE CAMADAS NÃO-ADERENTES........................... 23
5.1 Características das Principais Camadas de uma Linha Flexível.......................... 26
5.1.1 Camadas Metálicas.................................................................................................... 27
5.1.2 Camadas Poliméricas................................................................................................. 34
5.2 Tipos de Linhas Flexíveis de Camadas Não-Aderentes........................................ 49
5.2.1 Configurações típicas de linhas flexíveis................................................................... 49
5.2.2 Novas concepções para linhas flexíveis..................................................................... 50
5.2.3 Novas concepções para as armaduras metálicas........................................................ 51
5.2.4 Estruturas Integradas.................................................................................................. 57
5.2.5 Desenvolvimento de Novas Estruturas...................................................................... 58
CONCLUSÃO................................................................................................................ 61
REFERÊNCIAS............................................................................................................. 62

4
INTRODUÇÃO

O presente trabalho tem como tema as tubulações industriais. Temos que tubulação é
o conjunto de tubos e seus acessórios, estes têm como função principal o transporte de fluidos,
líquidos ou gasosos, além de materiais pastosos e de fluidos com sólidos em suspensão.
A grande necessidade dessas tubulações cinge-se ao fato de que o ponto de geração
ou armazenamento dos fluidos encontram-se, na maioria, distantes do ponto de utilização.
Por serem essenciais às indústrias, visto que são responsáveis pelo transporte de uma
variedade de produtos, de forma rápida, segura e econômica, além de imprescindíveis ao seu
funcionamento, temos uma nomenclatura mais especifica qual seja tubulações industriais.
Como exemplo de utilização, podemos citar a industria do petróleo, onde produtos
derivados do petróleo, gás natural e óleo cru, são regularmente transportados em tubulações,
desde extração até o refino e a distribuição.
Trataremos, ainda, neste trabalho das classificações dos tubos, estes podem ter
revestimentos (externos ou internos) de plástico, borracha, concreto etc; podem ser mistos,
isto é, constituídos de parte metá1ica e parte não metálica; os mangotes de borracha com
armação de ferro pertencem a este tipo; podem ser f1exíveis e não f1exíveis, conforme
possam mudar de forma ou não e podem, ainda, ser sem costura ou com costura: neste caso,
ou a parede do tubo é contínua ou apresenta partes soldadas, dependendo do tipo do processo
de fabricação do tubo.
A diante falaremos das bitolas comerciais e dos acessórios de tubulação que, como já
citado anteriormente, compõem as tubulações industriais. E como ponto final deste, teremos
as características da linha flexível de camadas não-aderentes, estrutura tubular composta, que
combina baixa rigidez à flexão com elevada rigidez axial.

5
RESUMO

Este trabalho esclarece o conceito, conduto forçado, a função, destinado ao
transporte de fluidos, a utilização, o transporte de todos os fluidos, materiais fluidos com
sólidos em suspensão e sólidos fluidizados e a composição, plástico, borracha, concreto etc,
das tubulaçõesindustriais.
Elucida as características de uma linha flexível de camadas não-aderentes, estrutura
tubular composta, que combina baixa rigidez à flexão com elevada rigidez axial além de
relatar os seus tipos.

6
ABSTRACT

This work explains the concept, forced conduit, the function, destined for the
transport of fluids, the use, transport all of fluids, fluid with solids in suspension and the
composition, plastic, rubber, concrete etc., of the industrial pipings.
It elucidates the characteristics of a flexible line of layers non-followers, tubular
compound structure, which combines low rigidity to the flexing with elevated axial rigidity
besides reporting his types.
7
1 - TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS

1.1 - Definição

Conjunto de tubos e seus acessórios, destinado ao transporte de fluidos. Uma
tubulação é constituída de tubos de tamanhos padronizados colocados em série.

1.2 - Aplicações:

• Distribuição de vapor para força e/ou para aquecimento;
• Distribuição de água potável ou de processos industriais;
• Distribuição de óleos combustíveis ou lubrificantes;
• Distribuição de ar comprimido;
• Distribuição de gases e/ou líquidos industriais.

1.3 - Custo

Em indústrias de processamento, indústrias químicas, refinarias de petróleo,
indústrias petroquímicas, boa parte das indústrias alimentícias e farmacêuticas, o custo das
tubulações pode representar 70% do custo dos equipamentos ou 25% do custo total da
instalação.
8

CLASSIFICAÇÃO
DAS
TUBULAÇÕES
Tubulações de
processo
Tubulações de
distribuição

Tubulações de
transporte

Tubulações de
drenagem

Tubulações de
instrumentação
Tubulações de
utilidades
Tubulações fora
de instalações
industriais
Tubulações
dentro
de instalações
9

2 - CLASSIFICAÇÃO DOS TUBOS

2.1 - Quanto ao Material de Fabricação

2.1.1 – Metálicos
a) Ferrosos: Aço-carbono, Aço-liga, Aço-inoxidivel, Ferro fundido, Ferro forjado, Ferros
ligados e Ferro nodular.

b) Não Ferrosos: Cobre, Latões, Cupro-níquel, Alumínio, Chumbo, Níquel e Ligas,
Metal Monel, Titânio, Zircônio e outros

2.1.2 - Não Metálicos
Cimento-amianto, Vidro, Cerâmica, Barro Vidrificado, Borrachas, Concreto armado,
Materiais Plásticos (Cloreto de poli-vinil, Polietileno, Acrílicos, Acetato de celulose, Epoxi,
Poliésteres, etc)

2.1.3 - Mistos
Os tubos são constituídos de parte metá1ica e parte não metálica; os mangotes de
borracha com armação de ferro pertencem a este tipo.
Podem ter revestimentos (externos ou internos) de plástico, borracha, concreto etc.,
neste caso procura-se utilizar uma camada protetora contra a corrosão, em tubos metálicos;
como exemplo, têm-se tubulações para água salgada, que são geralmente de aço-carbono
revestidas internamente com concreto; consegue-se, assim, uma alta resistência mecânica,
aliada a uma alta resistência à corrosão e baixo custo.
10

2.2 - Quanto a Flexibilidade

2.2.1 - F1exíveis
Tem capacidade mudar de forma, mas o material não deforma plasticamente.

2.2.2 - Não F1exíveis
Não tem capacidade mudar de forma, ou o material possui uma capacidade muito
pequena de se deformar elasticamente

2.3 - Quanto ao Processo de Fabricação:

2.3.1 - Sem Costura
a) Laminação: O processo de Laminação é o mais importante para a fabricação
de tubos de aço sem costura; empregam-se para a fabricação de tubos de
aços-carbono, aços-liga e aços inoxidáveis, desde 8 cm até 65 cm de
diâmetro.
b) Extrusão: O processo de extrusão, empregam-se para a fabricação de tubos de
aços de pequenos diâmetro (abaixo de 8 cm) e também tubos de alumínio,
cobre, latão, chumbo e outros metais não ferrosos, bem como de materiais
plásticos.
c) Fundição: Fabricam-se por esse processo, tubos de ferro fundido, de alguns
aços especiais não forjáveis, e da maioria dos materiais não-metálicos.

2.3.2 - Com Costura
Fabricam-se pelos diversos processos com costura, tubos de aços-carbono, aço-liga,
aço inoxidáveis e ferro forjado, em toda faixa de diâmetro usuais na indústria.
Existem duas disposições da costura soldada: Longitudinal (ao longo de uma matriz
do tubo) e espiral.
11

3 - BITOLAS COMERCIAIS

Os tubos de aço são construídos com diâmetros desde 1/8 até 30”: os de aço
inoxidável existem no mercado em diâmetros até 12”.
A bitola do tubo coincide com o diâmetro externo para tubos acima de 14”; não
coincide com nenhuma medida do tubo para diâmetros menores do que 12” (aproximam-se do
diâmetro interno).
Os diâmetros comerciais são: 1/8”, 1/4”, 3/8”, 1/2”, 3/4”, 1”, 1 1/4”, 1 1/2”, 2", 3",
4", 6", 8", 10", 12", ...30”.
Os tubos acima de 30” são fabricados por encomenda e, norma1mente, pelos
processos com costura.
Os tubos de cobre, latão, bronze, alumínio e suas ligas existem em bitolas de 1/4” e
1/2”.
Os tubos de chumbo existem em bitolas de 1/4” a 12”.
Os tubos de PVC existem em bitolas de 1/4” a 8”.

3.1 - Espessuras Comerciais

As paredes dos tubos de aço têm espessuras padronizadas. Para o mesmo diâmetro
pode variar a espessura da parede, de acordo com o trabalho a que se destina a tubu1ação.
A espessura é designada por meio dos números 10, 20, 30, 40, 60, 80, 120, 140,160.
Estes números são os “Schedule Number”, e quanto mais alto o Schedule, maior será a
espessura da parede do tubo.
Os tubos de metais não ferrosos e outros podem ter padronizações diferentes:
exemplos são os tubos de cobre, bronze, alumínio etc., que podem ser encontrados nos
padrões K, L, M; o tipo K é o mais pesado, ou seja, o de maior espessura nas paredes.

3.2 - Uso dos Principais Tipos

3.2.1 - Tubos de Aço-carbono
Representam a maior parte de todos os tubos fabricados; em uma refinaria
constituem a maioria. Têm uso bastante generalizado, feita exceção para produtos corrosivos,
altas temperaturas, baixas temperaturas etc.

3.2.2 - Tubos de Aço-Liga
São usados para serviços especiais tais como altas ou baixas temperaturas, fluidos
corrosivos etc.
Os elementos de liga mais usados são:
• Cr, Mo - Para altas temperaturas
• Ni - para baixas temperaturas

3.2.3 - Tubos de Aço-inoxidável
São usados para condições de corrosão ainda mais severas do que os de aço - liga.
Também o Cr, Mo, Ni entram na composição do aço-inoxidáve1, além de outros.

3.2.4 - Tubos de Ferro-fundido
Os tubos de ferro fundido são usados para água doce e salgada, esgotos etc.; são
usados para serviços de baixa pressão e onde não ocorram grandes esforços mecânicos.

3.2.5 - Tubos não Metá1icos, não Ferrosos e Ligas
Fabricam-se tubos de uma grande variedade de ligas de cobre; temos então, tubos de
cobre, latão (Cu-Zn), bronze (Cu-Sn), Monel (Ni-Cu), Admiralty (Cu-Zn-Sn) etc. São usados
para “steam tracing”, ar comprimido, tubos de pequeno diâmetro, serviços de alta
corrosividade etc.
Os tubos de chumbo são utilizados para instalações auxiliares de água, esgotos,
ácidos etc.
Os tubos plásticos, flexíveis ou não, aplicam-se àqueles serviços em que se procura
obter alta resistência à corrosão; apresentam como desvantagens: alto custo, baixa resistência
mecânica, temperatura de trabalho baixa etc.
13

4 - ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÃO

Os acessórios de tubulações destinam-se às seguintes finalidades:
a) Permitir mudanças de sentido em tubos
- Curvas de raio longo de 45º, 90º e 180º.
- Curvas de raio curto de 45º, 90º e l80º- Joelhos de 45º e 90º
b) Fazer derivações de tubos
- Tês normais, tês de 45º, tês de redução
- Cruzetas - Derivação com colar
14

c) Permitir mudanças de diâmetro em tubos
- Reduções concêntricas
- Reduções excêntricas

- Buchas de redução
d) Ligações de tubos entre si
- Luvas
- Uniões

- Niples
15

- Flanges

e) Fechar extremidades de tubos
- Caps ou tampões
- Bujões

- F1anges cegos

f) Isolar trechos de tubulações e equipamentos

- Raquete

- “figura - oito"

4.1 - Meios de Ligação de Tubos

Os diversos meios usados para conectar tubos, servem não só para ligá-los entre si,
como também para ligar os tubos às válvulas, aos diversos acessórios e a outros
equipamentos.

4.1.1 - Classificação dos Sistemas de Ligação de Tubos
a) Ligações rosqueadas.
b) Ligações flangeadas
c) Ligações soldadas
d) Ligações de ponta e bolsa
e) Ligações de compressão.

A escolha do meio de ligação depende de muitos fatores, como sejam: material do
tubo, pressão, temperatura, fluido que irá circular, diâmetro do tubo, segurança, custo,
facilidade de desmontagem, localização etc.
a) Ligações Rosqueadas: São os mais antigos meios de ligações usados para
tubos.São de baixo custo, de fácil execução, mas seu uso é limitado para pequenos diâmetros
(até 3”), assim mesmo em instalações domiciliares ou serviços secundários em instalações
industriais, devido á facilidade de vazamentos e a pequena resistência mecânica que
apresentam. As roscas são feitas por meio de tarrachas manuais ou motorizadas. São as únicas
empregadas em tubos galvanizados.
As varas de tubos são ligadas entre si por meio de luvas ou de uniões rosqueadas. As
roscas, tanto dos tubos, como das luvas e uniões são cônicas, de maneira que com o aperto da
rosca, há interferência metálica entre os fios das roscas, garantindo a vedação.
O rosqueamento enfraquece sempre as paredes dos tubos. Por essa razão, quando há
ligações rosqueadas, usam-se sempre tubos de parede grossa, “schedule 80”.
É conveniente o uso de materiais vedantes, para evitar vazamentos.
Os principais vedantes são:
- Pasta de litargírio com óleo de linhaça ou glicerina, para vapor, óleos e água.
- Zarcão com estopa.
- Fita de teflon.

b) Ligações soldadas: O uso das ligações soldadas cresce continuamente e é
atua1mente muito usado.
Vantagens do uso da solda:
- Boa aparência;
- Resistência mecânica boa (quase sempre equivalente a do tubo);
- Estanqueidade perfeita e permanente;
- Facilidade na aplicação do isolamento, quando necessário;
- Nenhuma necessidade de manutenção;
- Pequeno peso e conseqüente simplificação do sistema de suporte;
- Menor custo em relação aos flanges para linha de alta pressão.
Desvantagens do uso da solda:
- Dificuldade de desmontagem;
- Perigo de utilização de solda com unidade funcionando:
- Dificuldade de equipamento para solda ou de um soldador habilitado.
Tipos de soldas:
- Solda por fusão:
a) de topo
JOELHO 90º JOELHO 45º TÊ a 45º TÊ
CRUZETA
LUVA LUVA DE REDUÇÃO MEIA LUVA BUCHA DE REDUÇÃO TAMPÃO

BUJÃO
CABEÇA REDONDA

BUJÃO
CABEÇA EXAGONAL

BUJÃO
CABEÇA QUADRADA

NIPLE
JOELHO
MACHO E
FÊMEA
18

b) solda de soquete
- Solda forte
- Solda fraca
O primeiro tipo é o mais comum, podendo ser elétrico ou oxi-acetilênica.
Os dois últimos tipos são processos em que se usa um metal em estado líquido para
unir metais sólidos não ferrosos. A diferença de um para o outro, é que na solda forte a
temperatura é acima de 450ºC e na solda fraca a temperatura é abaixo de 450ºC.
c) Ligações Flangeadas: As ligações f1angeadas são compostas de 2 flanges, um
jogo de parafusos ou estojos com porcas e uma junta.
São usadas, principalmente, para tubos de aço de qualquer classe e para quaisquer
pressões e temperaturas.

JOELHO 90º JOELHO 45º JOELHO 180º
TÊ
TÊ DE REDUÇÃO CRUZETA REDUÇÃO CONCÊNTRICA REDUÇÃO EXCÊNTRICA
TÊ A 45º VIROLA PARA FLANGE TAMPÃO SELA
19

Empregam-se os flanges nas ligações dos tubos entre si, bem como as válvulas e
equipamentos. Não se usa para tubos menores de 2”.
Os tipos de flanges encontrados são:

CURVA 90º CURVA 45º
CURVA 90º COM PÉ CRUZETA
TÊ TÊ A 45º REDUÇÃO
CONCÊNTRICA
REDUÇÃO
EXCÊNTRICA
INTEGRAL DE PESCOÇO SOBREPOSTO
SOLDA DE
TOPO
SOLDA
DE
ÂNGULO ROSCA
ROSQUEADO
SOLDA EM
ÂNGULO VIROLA
SOLDA DE
TOPO
DE ENCAIXE SOLTO
CEGO
20

Os flanges acima podem ter os seguintes tipos de faces:
As juntas utilizadas nas ligações flangeadas podem ser metálicas ou não-metálicas e
constituem um selo de vedação eficiente e barato .
Podemos citar como principais tipos aos seguintes:

FACE COM RESSALTO
RESSALTO
FACE PLANA
FACE MACHO E FÊMEA
FACE PARA JUNTA DE ANEL
FACE DE FLANGE COM VIROLA
JUNTAS PLANAS JUNTAS METÁLICAS FOLHEADAS
Para flange com face de ressalto
Para flange com face plana
JUNTA METÁLICA MACIÇA
JUNTA DE ANEL
Oval
Octogonal

Vantagens:
- Seu uso facilita a montagem e desmontagem da tubulação;
- Não há perigo de acidentes nas montagens;
- Podem ser recuperados para futuro uso.
Desvantagens:
- Aumentam o peso da linha;
- Necessitam de espaço para colocação;
- Para alta pressão de vapor, quando há necessidade de uso de flanges de aço
liga, o seu custo é maior do que o da solda;
- Custo de manutenção;
- Dificultam a aplicação do iso1amento.
d) Ligações de Ponta e Bolsa: Muito usadas para tubos de ferro fundido e de
concreto.
Uma das extremidades do tubo ou do acessório, tem uma ponta lisa, que encaixa em
uma expansão (bolsa) existente na outra extremidade do tubo ou do acessório. No interior da
bolsa coloca-se um material de vedação que pode ser estopa embebida, chumbo derretido,
argamassa, massas especiais etc.

CURVA 90º CURVA 45º TÊ CRUZETA
TÊ A 45º REDUÇÃO LUVA PEÇA DE LIGAÇÃO

FLANGE - BOLSA
22

e) Ligação de Compressão: São muito usadas para tubos de parede fina,
principalmente metálicos, não ferrosos, de pequeno diâmetro (até 2”).

CONECTOR MACHO UNIÃO
CONECTOR FÊMEA
JOELHO 90º
JOELHO 45º
TÊ

5 - LINHA FLEXÍVEL DE CAMADAS NÃO-ADERENTES

A linha flexível de camadas não-aderentes (Figura III.1) é uma estrutura tubular
composta, que combina baixa rigidez à flexão com elevada rigidez axial. Esta característica
advém de sua seção transversal constituída por camadas poliméricas e armaduras helicoidais
de aço que, deslizando umas em relação às outras, possibilitam à estrutura atingir raios de
curvatura consideravelmente inferiores àqueles atingidos por tubos de aço com a mesma
capacidade de pressão.

Figura III.1 – Típica linha flexível de camadas não-aderentes.

Essa estrutura possui uma série de vantagens em relação às linhas rígidas como, por
exemplo (BARLTROP, 1998): são pré-fabricadas e de fácil transporte e instalação, pois
grandes comprimentos podem ser armazenados em carretéis; podem ser facilmente
desinstaladas e reinstaladas em outros campos de produção; são estruturas complacentes, isto
é, capazes de absorver os grandes deslocamentos impostos pelas unidades flutuantes de
produção; entre outras.
Foi por essas razões que a PETROBRAS, no início do desenvolvimento da produção
offshore na Bacia de Campos, optou pelo uso de linhas flexíveis (MARQUES, 2000). Com o
objetivo de iniciar o maisrapidamente possível a produção nos campos de petróleo recém-
descobertos na Bacia de Campos, nas décadas de 1970 e 1980, a PETROBRAS adotou a
política de implementar Sistemas de Produção Antecipada (SPAs). Esses sistemas consistiam
em uma unidade flutuante de produção, normalmente uma plataforma de perfuração
convertida em plataforma de produção, e linhas flexíveis para conduzir o óleo e/ou gás do
poço até a superfície.
O sucesso obtido com os SPAs, associado ao fato de os campos posteriormente
descobertos se localizarem em lâminas d’água mais profundas, inviabilizou a aplicação do
conceito de plataforma fixa com completação seca. Este fato favoreceu e impulsionou o
esforço tecnológico para a extensão do conceito de completação submarina com unidades
flutuantes de produção. Isto deu origem aos Sistemas Definitivos de Produção (SDPs).
Neste processo evolutivo, com base no desenvolvimento da produção offshore
através de sistemas flutuantes e completação submarina, as linhas flexíveis assumiram um
papel primordial: passaram a ser, praticamente, as únicas estruturas responsáveis por conduzir
o óleo e o gás produzido na Bacia de Campos.
As linhas flexíveis de camadas não-aderentes podem ser utilizadas tanto
estaticamente quanto dinamicamente. As linhas estáticas ou flowlines são assentadas no fundo
do mar para escoar óleo e/ou gás ou, ainda, injetar água no poço produtor. Essas linhas
estáticas se conectam a linhas dinâmicas, conhecidas como risers, que ligam o fundo do mar
ao sistema flutuante de produção. A Figura III.2 ilustra configurações típicas para as linhas
dinâmicas.
A Figura III.2 mostra que uma linha flexível é exposta a diversos tipos de cargas
durante sua vida útil: peso próprio, correntes marinhas, ondas, movimentos impostos pelo
sistema flutuante de produção, pressão interna e externa entre outras. Essas cargas podem
gerar, em cada seção transversal da linha, esforços de tração, compressão, torção e/ou flexão,
que devem ser resistidos por suas camadas internas.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)
Figura III.2 – Configurações típicas de linhas flexíveis: (a) catenária livre; (b) lazy S; (c) lazy
wave; (d) steep S; (e) steep wave; e (f) lanterna chinesa (CLAUSEN & D’SOUZA, 2001).

Os esforços em cada seção transversal da linha flexível podem ser obtidos através da
chamada análise global. Nesse tipo de análise, a resposta da linha aos diversos carregamentos
impostos é calculada através de modelos teóricos nos quais a linha é representada
exclusivamente através de suas propriedades mecânicas (rigidezes axiais e à flexão).
Calculados os esforços, obtém-se a resposta de cada camada da linha flexível, em
termos de deslocamentos, deformações e tensões, através da análise local. A análise local é
realizada através de modelos teóricos nos quais não só as camadas da linha como também
possíveis interações entre elas são consideradas.
A Figura III.3 apresenta os limites atuais de utilização de linhas flexíveis e as metas
estabelecidas pelos fabricantes para um futuro próximo. Nessa figura, nota-se que as linhas de
4” e 6” encontram-se qualificadas para operar a 2000m de lâmina d’água. Já as linhas de 8”
estão qualificadas para 1500m e as de diâmetro superior só estão aptas para uso em lâminas
d’água inferiores a 1000m. Deste modo, há diferenças significativas, sobretudo para linhas
com diâmetro superior a 8”, entre a meta futura estabelecida pelos fabricantes e o estágio
atual de desenvolvimento. Se, além disso, for considerado o fato de se estar trabalhando
atualmente em alternativas para a explotação de óleo em lâminas d’água no entorno de 3000m
(PETROBRAS, 2004), essas diferenças se tornam ainda maiores.

Figura III.3 – Lâminas d’água atual e futura (proposta pelos fabricantes) de
utilização de linhas flexíveis com diversos diâmetros (HATTON, 2004).

Com o objetivo de dirimir essas diferenças, os fabricantes (NKT, WELLSTREAM,
COFLEXIP (Technip) e a comunidade científica investem constantemente na busca por novos
materiais para as camadas, novas concepções para a estrutura interna da linha flexível e,
também, no desenvolvimento de novas metodologias e ferramentas de cálculo.
Nos itens a seguir, descrevem-se as principais características das camadas que
formam uma linha flexível, assim como as principais propostas para vencer o desafio da
explotação de petróleo em águas ultraprofundas.

5.1 - Características das Principais Camadas de uma Linha Flexível

As camadas que constituem uma linha flexível de camadas não-aderentes são
independentes, isto é, são justapostas ou extrusadas umas sobre as outras, mas são
dimensionadas para interagir possibilitando, assim, que a linha resista à grande variedade de
carregamentos a qual é submetida ao longo de sua vida útil. Esta modularidade permite que os
fabricantes (COFLEXIP, NKT e WELLSTREAM) ofereçam estruturas capazes de atender às
necessidades específicas do comprador.
Desta maneira, é muito difícil generalizar a estrutura interna de uma linha
flexível, posto que, dependendo do tipo de aplicação para a qual ela está sendo dimensionada,
o fabricante poderá utilizar ou não determinado tipo de camada. Por outro lado, os tipos de

camadas disponíveis para a construção da linha possuem pequena variação de fabricante para
fabricante.
Nos itens a seguir, será apresentada uma breve descrição das principais
camadas que podem constituir uma linha flexível de camadas não-aderentes e, logo após,
algumas linhas serão apresentadas e discutidas.

5.1.1 - Camadas Metálicas
a) Carcaça Intertravada
Esta camada é, normalmente, a mais interna da linha flexível (Figura III.1). É
constituída de aço e possui alta flexibilidade devida a sua forma construtiva, na qual uma ou
duas fitas de aço são intertravadas com pequeno passo e com folgas no intertravamento
(Figura III.4).

Figura III.4 – Geometria básica da carcaça intertravada (CRUZ, 1996).

A carcaça intertravada possui as seguintes funções:
• Prevenir o colapso da estrutura devido a cargas radiais distribuídas,
como pressão externa e squeeze, e devido a cargas radiais concentradas
como o crushing.
• Prevenir o colapso da linha flexível devido a uma queda abrupta da
pressão interna na estrutura (linhas que transportam gases).
• Fornecer resistência à abrasão causada por partículas existentes no
fluido transportado ou pela passagem de ferramentas por dentro da
linha flexível.

A geometria da carcaça intertravada confere grande resistência a cargas radiais
concentradas ou distribuídas, dado o elevado ângulo de assentamento do(s) arame(s) que a
constitui(em) (próximo de 90°). Por outro lado, a camada possui baixíssima rigidez axial e,
portanto, não é adequada para resistir a carregamentos longitudinais (axiais). Deve-se
salientar que, por ser construída sobre um mandril, esta camada garante boa precisão com
relação ao diâmetro interno e, conseqüentemente, possui pequena ovalização.
Existem poucas informações sobre a ovalização inicial (devida ao processo de
fabricação) da carcaça intertravada. A WELLSTREAM (CHEN et al., 1992), a API RP 17B
(1998) e SOUZA (2002) indicam ovalizações próximas de 0,2%, enquanto BERGE et al.
(1992) sugerem 0,8%. SOUSA (1999) observou ovalizações entre 0,0% e 0,8% em amostras
da carcaça intertravada de uma linha de 4”.
Outro aspecto importante diz respeito às folgas no intertravamento. Segundo WITZ
& BURKE (1995), o fabricante deve garantir uma folga mínima para impedir o travamento da
carcaça intertravada e uma folga máxima para evitar a extrusão da camada plástica interna nos
interstícios desta camada.
O aço utilizado em sua construção deve possuir boa resistência à corrosão por
hidrocarbonetos e água. Podem ser utilizados(API RP 17B, 1998):
• Aços carbono.
• Aços inoxidáveis ferríticos (AISI 409 e AISI 430).
• Aços inoxidáveis austeníticos (AISI 304, 304L, 316 e 316L).
• Aços inoxidáveis Duplex (UNS S31803).
• Aços-liga com alto teor de níquel (N08825).
A escolha do tipo de aço para a carcaça intertravada está relacionada à composição
do fluido interno (presença de hidrocarbonetos, agentes corrosivos, gases, partículas sólidas,
etc) e aos carregamentos que serão resistidos por esta camada. Em geral, com o aumento da
agressividade do fluido interno, o tipo de aço adequado para a carcaça intertravada passa
gradativamente do aço carbono para o aço-liga com alto teor de níquel (API RP 17B, 1998).
Os aços mais empregados são os austeníticos, 304L e 316L, que podem ainda sofrer
modificações para melhorar sua resistência à corrosão. Diversos testes para verificar essa
escolha são sugeridos pela API SP 17J (1997).
A Tabela III.1 apresenta as principais características de alguns dos tipos de aços
relacionados na API RP 17B (1998). Maiores detalhes sobre estes materiais podem ser
encontrados em CHIAVERINI (1984) ou BASTIAN (2000).

Tabela III.1 – Propriedades dos aços para a carcaça intertravada (BASTIAN, 2000).
Ruptura
Tipo de aço
Tensão de
escoamento Tensão Deformação
AISI 304 310MPa 620MPa 30,0%
AISI 304L 310MPa 620MPa 30,0%
AISI 316 310MPa 620MPa 40,0%
AISI 316L 310MPa 620MPa 30,0%
AISI 409 205MPa 380MPa 20,0%
AISI 430 205MPa 450MPa 22,0%
UNS S31803 450MPa 620MPa 25,0%

Convém destacar que as propriedades apresentadas na Tabela III.1 não consideram o
efeito do encruamento do aço durante o processo de fabricação da carcaça intertravada.
Trabalhos experimentais recentes (SOUSA et al., 2001c; SOUZA, 2002; e COSTA, 2003)
indicaram grandes alterações nas tensões-limite do aço AISI 304 utilizado na construção da
carcaça intertravada de uma linha flexível de 4”. A Tabela III.2 compara alguns valores
obtidos experimentalmente aos apresentados na literatura.
Essa tabela mostra que as tensões de escoamento e ruptura medidas
experimentalmente são bastante superiores às apresentadas na literatura. Por outro lado, os
módulos de Young calculados em SOUSA et al. (2001c) e em COSTA (2003) são bem
inferiores ao valor apresentado na literatura. Deve-se destacar que o encruamento, a princípio,
não deveria alterar o módulo de Young do material e que os trabalhos experimentais de
SOUSA et al. (2001c) e COSTA (2003) foram realizados em linhas semelhantes. Estes
valores, portanto, carecem de uma investigação mais detalhada no futuro.

Tabela III.2 – Comparação entre valores para o módulo de Young, para as tensões-limite e
para a deformação na ruptura medidos experimentalmente com aqueles apresentados na
literatura (aço AISI 304).

(1)
Literatura
(Tabela III.1)
(2)
SOUSA et al.
(2001c)
(3)
SOUZA
(2002)
(4)
COSTA
(2003)
( )
( )1
2

( )
( )1
3

( )
( )1
4

Módulo de
Young
207000MPa 140600MPa - 141546MPa 0,679 - 0,684
Tensão de
escoamento
310MPa 579MPa 530MPa 503MPa 1,868 1,710 1,623
Tensão de
ruptura
620MPa 803MPa 802MPa 800MPa 1,295 1,294 1,290
Deformação
de ruptura
30,0% - 30,0% 54,0% - 1,000 1,800

b) Armadura de pressão
A armadura de pressão (Figura III.1) é uma camada opcional constituída por um ou
dois arames enrolados em espiral de pequeno passo.
A principal função dessa camada é resistir aos esforços radiais provenientes do
carregamento de pressão interna, à pressão externa atuante sobre a linha e a cargas mecânicas
radiais. Desta forma, a armadura de pressão ajuda a diminuir os esforços sobre a carcaça
intertravada.
Por ser assentada com ângulo próximo de 90°, possui pequena rigidez axial e à
flexão.
Diversos perfis são utilizados na sua construção. A Figura III.5 destaca alguns deles.
O mais utilizado é o perfil Z, daí a denominação espiral ou camada zeta.

(a)

(b)

(c)

(d)
Figura III.5 – Perfis para a armadura de pressão: (a) perfil Z, (b) perfil C, (c) perfil T
(grampo ligando os perfis) e (d) perfil T (API RP 17B, 1998).

Um aspecto importante é que, analogamente à carcaça intertravada, as folgas
existentes devem ser controladas para evitar o travamento da camada e limitar a extrusão das
camadas plásticas adjacentes. Além disso, os mesmos níveis de ovalização da carcaça
intertravada são observados na armadura de pressão.
A armadura de pressão é constituída por aço carbono. O teor de carbono (baixo,
médio ou alto) no material depende das condições de serviço às quais a camada será exposta.
Deve-se destacar que, em geral, quanto maior o teor de carbono no aço, maior a resistência
mecânica, porém menor a resistência à corrosão e menor a ductilidade do aço (CHIAVERINI,
1984). Assim, para casos onde há necessidade de alta resistência, deve-se utilizar aços com
alto teor de carbono, caso as condições de serviço permitam. Por outro lado, para condições
de serviço agressivas, deve-se utilizar aços com baixo ou médio teor de carbono. Os aços com
baixo teor de carbono são os mais empregados e algumas de suas propriedades encontram-se
na Tabela III.3.

Tabela III.3 – Propriedades dos aços carbono para armadura de pressão (BERGE et al., 1992).
Especificação Grau Acabamento
Tensão
de ruptura
Deformação
de ruptura
AFNOR FM 15 trefilado a frio 784MPa -
AFNOR FM 35 trefilado a frio 850MPa 6,0%

Deve-se destacar que existem, ainda, outros critérios para seleção do material da
armadura de pressão, tais como a soldabilidade, maleabilidade e composição química do aço

(além do teor de carbono deve-se observar os teores de manganês, fósforo, cobre, enxofre e
silício). Maiores detalhes sobre estes critérios podem ser obtidos na API RP 17B (1998) ou na
API SP 17J (1997).
Outro aspecto importante é o efeito do encruamento nos valores apresentados na
Tabela III.3. Em ensaios apresentados em COSTA (2003), a tensão de ruptura do aço FM 35
foi avaliada em 955MPa, isto é, 12,4% superior à apresentada na Tabela III.3. A tensão de
escoamento medida foi de 781MPa, ou seja, 82% do valor da tensão de ruptura. Como não se
encontra na literatura informações a respeito da tensão de escoamento do material, é difícil
avaliar o efeito do encruamento, mas, de qualquer forma, tem-se a tensão de escoamento
muito próxima da tensão de ruptura.

c) Camada de reforço à pressão
A camada de reforço à pressão, tal como a própria armadura de pressão, é uma
camada opcional formada por um ou mais arames enrolados em espiral de pequeno passo.
A principal função desta camada é oferecer resistência adicional à linha flexível aos
carregamentos de pressão interna e externa. Desta forma, diminui-se a carga atuante na
armadura de pressão e na carcaça intertravada. É uma camada, portanto, empregada em linhas
flexíveis que irão operar em elevadas profundidades e/ou submetidas à grande pressão interna.
Empregam-se usualmente perfis retangulares e materiais semelhantes aos da
armadura de pressão.

d) Armaduras de tração
As armaduras de tração (Figuras III.1 e III.4) são compostas por um número par de
camadas, normalmente duas, enroladas contra-helicamente. Essas camadas, por sua vez, são
formadas por vários arames com seções transversais retangulares e conformados sobre uma
camada que lhes serve como suporte. A camada de armadura mais interna à linha é chamada
armadura interna de tração e a outra camada, isto é, a mais externa à linha, é conhecida como
armadura externa de tração.

Figura III.6 – Assentamento da armadura de tração na linha flexível (SOUSA, 1999).

Estas armadurastêm como função resistir às cargas axiais e à pressão interna. Além
disso, conferem à linha flexível rigidez à torção. Por ter um ângulo de assentamento
relativamente baixo, entre 20° e 55°, este tipo de construção não compromete a alta
flexibilidade que caracteriza a linha, posto que os arames podem se deslocar quando essa é
flexionada.
O ângulo de assentamento destas camadas determina o balanço entre a rigidez axial e
radial da estrutura. Para linhas flexíveis com níveis de solicitação não muito severas, este
ângulo de assentamento é o ângulo da resultante das forças axiais e radiais a que um tubo está
submetido quando pressurizado, ou seja, da ordem de 55°. Este ângulo é conhecido como
ângulo neutro e pode variar, nos casos de linhas de alta pressão (linhas com armadura de
pressão), entre 20° e 35°. O ângulo de assentamento pode ainda sofrer variações devidas à
natureza estática ou dinâmica do serviço, à presença de camadas de reforço à pressão, etc.
Assim como na carcaça intertravada e na armadura de pressão, o espaçamento entre
os arames de uma mesma camada deve ser controlado de forma a evitar o contato lateral entre
eles e limitar a extrusão das camadas plásticas vizinhas.
Os arames das armaduras de tração são fabricados a partir de aço carbono. O teor de
carbono, assim como nas armaduras de pressão, depende das condições de serviço às quais
esses arames serão expostos. Dadas as elevadas tensões que surgem nos arames devidas aos

carregamentos aplicados na linha flexível, utiliza-se, normalmente, aço com alto teor de
carbono como os apresentados na Tabela III.4.

Tabela III.4 – Propriedades dos aços carbono para armadura de tração (BERGE et al., 1992).
Especificação Grau Acabamento
Tensão
de ruptura
Deformação
de ruptura
AFNOR FM 60 trefilado a frio 1373MPa -
AFNOR FM 72 trefilado a frio 1500MPa 1,0%

5.1.2. - Camadas Poliméricas
a) Polímeros: uma breve apresentação
Os polímeros representam, provavelmente, a maior contribuição da Química para o
desenvolvimento industrial do século XX. No início desse século, foi provado que alguns
materiais produzidos pela Química do final do século XIX, que até então eram considerados
como colóides, consistiam, na realidade, de moléculas gigantescas resultantes do
encadeamento de 10000 ou mais átomos de carbono. Esses produtos de síntese apresentavam
repetição de pequenas unidades estruturais em sua longa cadeia principal e, por isso, foram
chamados polímeros (do grego, muitas partes).
Sendo assim, de acordo com MANO & MENDES (1999), polímeros são
macromoléculas caracterizadas pelo seu tamanho, estrutura química e interações intra e
intermoleculares. Possuem unidades químicas ligadas por covalências, repetidas regularmente
ao longo da cadeia, denominadas meros. Quando o polímero tem apenas um tipo de mero,
usa-se a expressão homopolímero e, ao contrário, quando há mais de um tipo de mero, é
denominado copolímero.
Para fins de engenharia, é importante classificar os polímeros segundo o
comportamento mecânico e sua solubilidade ou fusibilidade. Os polímeros, quanto ao
comportamento mecânico, podem ser classificados como (MANO & MENDES, 1999):
• Borrachas ou elastômeros: materiais macromoleculares que exibem
elasticidade em longa faixa à temperatura ambiente.
• Plásticos: materiais macromoleculares que, embora sejam sólidos no
estado final, em algum estágio do processamento podem se tornar fluidos
e moldáveis por ação isolada ou conjunta de calor e pressão.

• Fibras: macromoléculas lineares, orientadas longitudinalmente, com
estreita faixa de extensibilidade parcialmente reversível (como os
plásticos). Resistem a variações de temperatura entre -50°C e 150°C sem
alteração substancial das propriedades mecânicas e, em alguns casos, são
infusíveis. Possuem, ainda, pequena seção transversal, elevada relação
entre o comprimento e o diâmetro e alta flexibilidade.
Quanto à solubilidade ou fusibilidade, os polímeros se dividem em (MANO, 1996):
• Termoplásticos: polímeros que podem ser reversivelmente aquecidos e
resfriados, passando respectivamente de massas fundidas a sólidos.
Podem, ainda, ser processados por métodos tradicionais tais como
laminação, injeção ou extrusão. Para maiores detalhes sobre estes
métodos recomenda-se MANO & MENDES (1999) ou BILLMEYER
(1984).
• Termorrígidos: plásticos que fundem quando aquecidos, porém, nesse
estado, sofrem reações químicas que causam a formação de ligações
cruzadas intermoleculares restando uma estrutura reticulada infusível e
insolúvel.
Nas linhas flexíveis de camadas não-aderentes, são usualmente empregados plásticos
e fibras. Os elastômeros são bastante utilizados nas linhas de camadas aderentes, que não são
o escopo deste trabalho (maiores detalhes podem ser obtidos em BERGE et al. (1992)). Além
disso, devido à facilidade de manipulação quando comparados aos polímeros termorrígidos,
os plásticos e fibras termoplásticas são amplamente utilizados em linhas flexíveis.
Deve-se destacar, ainda, que os polímeros podem ser utilizados como materiais de
engenharia tanto individualmente, ou seja, sistemas poliméricos simples, quanto em sistemas
poliméricos mistos mais complexos. Dentro dos sistemas poliméricos mistos, têm-se os
materiais compósitos, já largamente utilizados na indústria aeronáutica e automobilística, e
que surgem como uma das soluções para o uso de linhas flexíveis em águas ultraprofundas.

b) Características dos plásticos utilizados em linhas flexíveis de camadas não-aderentes
Durante a vida útil da linha flexível, as camadas plásticas são expostas a elevadas
pressões, combinações de cargas de tração e flexão, temperaturas variando, tipicamente, entre
4°C e 120°C, além da ação abrasiva dos fluidos interno e externo. Estas camadas devem ser
capazes de resistir a estas ações e manter suas funções, que são, basicamente: servir como

elemento de vedação, como camada antidesgaste e como isolantes térmicos. Sendo assim, os
plásticos utilizados devem atender aos seguintes requisitos (BERGE et al., 1992):
• Características mecânicas (tensão e deformação de ruptura e módulo de
Young) adequadas.
• Boa resistência à fadiga.
• Boa resistência ao desgaste e à abrasão.
• Baixa permeabilidade, absorção e resistência química em relação aos
fluidos interno e externo.
• Boa resistência à deformação lenta e à relaxação.
• Boa resistência à formação de vesículas (blistering ou empolamento).
Deve-se lembrar, no entanto, que estas propriedades são função da temperatura e da
pressão às quais esses plásticos são submetidos (STEVENSON & CAMPION, 1995). O
poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), por exemplo, possui algumas propriedades mecânicas
muito sensíveis à variação de temperatura, como mostra a Tabela III.5.

Tabela III.5 – Variação das propriedades mecânicas do PVDF com a temperatura
(STEVENSON & CAMPION, 1995).
Módulo
de Young
Tensão
de escoamento
Deformação
de escoamento
Tensão
de ruptura
Deformação
de ruptura
23°C 110°C 23°C 110°C 23°C 110°C 23°C 110°C 23°C 110°C
785MPa 190MPa 36MPa 11MPa 22% 28% 23MPa 25MPa 63% 420%

Além de variarem com a temperatura e a pressão, as propriedades mecânicas dos
plásticos também são altamente não-lineares e, portanto, de difícil caracterização.
Outras propriedades como a permeabilidade e a absorção também são sensíveis à
variação de temperatura e/ou pressão. Alguns termoplásticos, a altas temperaturas e pressões,
possuem altas taxas de permeabilidade e absorção, que podem comprometer a resistência
mecânica e a eficiência como elemento de vedação desses materiais. Além dessas, a
deformação lenta e a relaxação também variam com a temperatura. Em geral, o aumento da
temperatura implica o aumento da deformaçãolenta e da relaxação (STEVENSON &
CAMPION, 1995).
Outro aspecto a ser considerado é o envelhecimento do material. O processo de
envelhecimento pode ser significativamente acelerado quando o material é exposto ao fluido

interno transportado pela linha flexível e/ou ao fluido externo, a elevadas temperaturas e
pressões, além de outras ações externas. O processo de envelhecimento é caracterizado por
mudanças nas propriedades mecânicas dos polímeros como, por exemplo, as perdas de
resistência e ductilidade, devidas à retirada de elementos plastificantes (API RP 17B, 1998).
Segue, portanto, que a escolha dos plásticos a serem utilizados em linhas flexíveis é
extremamente complexa, dada a estreita relação guardada entre as propriedades destes
materiais e a temperatura e a pressão às quais a linha é submetida, além das próprias
características dos fluidos interno e externo que entram em contato com o anular da linha
flexível. Deve-se considerar, também, que essas propriedades variam ao longo do tempo. As
API RP 17B (1998) e API SP 17J (1997) tecem uma série de recomendações e sugerem testes
para caracterizar e viabilizar a aplicação destes materiais em linhas flexíveis.

c) Características das fibras utilizadas em linhas flexíveis de camadas não-aderentes
Características gerais
As fibras, conforme definidas anteriormente, são elementos de pequeno diâmetro,
com elevada razão entre comprimento e diâmetro e, parcialmente devido a este fato,
costumam ser flexíveis. As fibras poliméricas são constituídas de macromoléculas lineares,
com elevadas propriedades mecânicas e, mesmo sob forte variação de temperatura,
conseguem manter suas características físicas. Algumas fibras, como a fibra de aramida
(kevlar®), são infusíveis.
Existe uma grande quantidade de fibras disponíveis para uso estrutural. A fibra de
vidro tem sido utilizada desde 1930, porém foi a partir da década de 1950 que surgiram as
fibras avançadas. Fibras avançadas são aquelas que possuem elevada rigidez específica, isto é,
elevada relação entre o módulo de elasticidade e o peso específico, bem como elevada
resistência específica, ou seja, elevada relação entre a tensão de ruptura e o peso específico.
Um histórico sobre a evolução das fibras pode ser obtido em HERAKOVICH (1998).
A fibra de vidro e as fibras avançadas, tais como a fibra de carbono e a fibra de
aramida, têm sido freqüentemente utilizadas na indústria aeroespacial, esportiva, automotiva,
de segurança e, recentemente, na construção de linhas flexíveis de camadas não-aderentes. A
Tabela III.6 apresenta algumas das propriedades destas fibras e uma comparação com
materiais como o aço, o alumínio e o titânio. A Figura III.7 ilustra os diagramas tensão vs
deformação destas fibras.
Observando a Tabela III.6, nota-se que o aço, o alumínio e o titânio apresentam,
praticamente, as mesmas rigidez e resistência específicas. As fibras, por outro lado,

apresentam valores sensivelmente maiores e, por esta razão, estes materiais são tão atraentes
para diversos segmentos da indústria: com eles pode-se construir estruturas mais resistentes e
mais leves. Além disso, a Figura III.7 mostra que as fibras possuem um comportamento
elástico e linear.

0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 1 2 3 4 5 6
Deformação (%)
Te
n
s
ão

(M
Pa
)
Fibra: AS4 P100S IM8 Kevlar S-2 E

Figura III.7 – Gráfico tensão vs deformação de fibras de carbono, fibras de vidro e fibra de
aramida (kevlar) (HERAKOVICH, 1998).

Tabela III.6 – Propriedades físicas de metais e fibras (HERAKOVICH, 1998, DUPONT,
1992)
Material
Massa
específica
Módulo de
elasticidade
Coeficiente
de Poisson
Tensão de
ruptura
Rigidez
específica†
Resistência
específica†
Coeficiente
de expansão
térmica
Metais
Aço 7,80g/cm3 207GPa 0,32 1724MPa 1,00 1,00 12,8�/°C
Alumínio 2,70g/cm3 69GPa 0,33 483MPa 1,20 0,81 23,4�/°C
Titânio 4,50g/cm3 91GPa 0,36 758MPa 0,96 0,76 8,8�/°C
Fibras de carbono
AS4 1,80g/cm3 235GPa 0,20 3599MPa 6,16 9,05 -0,8�/°C
P100S 2,15g/cm3 724GPa 0,20 2199MPa 15,88 4,63 -1,4�/°C
IM8 1,80g/cm3 310GPa 0,20 5171MPa 8,12 13,00 -
Fibra de aramida
kevlar 1,44g/cm3 124GPa 0,34 3620MPa 4,08 11,38 -2,0�/°C
Fibras de vidro
S-2 2,46g/cm3 87GPa 0,23 4585MPa 1,67 8,43 1,6�/°C
E 2,58g/cm3 69GPa 0,22 3450MPa 1,27 6,05 5,4�/°C
† Valores normalizados com os do aço.

À medida que a explotação de petróleo, sobretudo na Bacia de Campos, avança para
lâminas d’água cada vez mais profundas, as cargas sobre as linhas flexíveis podem aumentar a
ponto de inviabilizar a utilização destas estruturas. Sendo assim, uma das possíveis soluções
buscadas pelos fabricantes é o uso de materiais mais leves e mais resistentes para substituir as
armaduras metálicas das linhas flexíveis. Estas novas estruturas são desenvolvidas utilizando
fibras associadas a um outro polímero constituindo, assim, um material compósito.
Além desta aplicação, que ainda está em desenvolvimento, as fibras são utilizadas
em linhas para águas profundas para atender a mais duas finalidades: permitir um melhor
assentamento das camadas plásticas sobre as armaduras metálicas e, conseqüentemente,
minimizar o desgaste e possível extrusão destas camadas nas armaduras metálicas; e
solucionar o problema de birdcaging (API RP 17B, 1998).
Nos próximos itens, as principais fibras utilizadas em linhas flexíveis são
apresentadas.

Fibra de vidro
Existem, basicamente, dois tipos de fibra de vidro: a fibra de vidro E, utilizada em
estruturas onde é exigida boa resistência a cargas mecânicas e elevada resistência elétrica; e a
fibra de vidro S-2, que é empregada em meios corrosivos e em estruturas onde há necessidade
de elevada resistência a cargas mecânicas e estabilidade sob altas temperaturas.
As fibras de vidro são produzidas a partir do lançamento de vidro derretido em um
tanque de gravidade com pequenos orifícios por onde o vidro escorre formando filamentos
contínuos. A partir desses filamentos e de um tratamento químico, obtém-se a fibra
propriamente dita que é enrolada, em velocidades superiores a 60m/s, em uma espécie de
carretel. Esse processo permite a obtenção de filamentos com diâmetros pequenos, entre 6µm
e 14µm, sendo cada fibra formada por 2000 filamentos. A fibra é muito flexível e com
propriedades isotrópicas.
As fibras de vidro são utilizadas, em algumas linhas flexíveis da WELLSTREAM,
para formar, junto com o polipropileno, uma camada que serve como base para a extrusão das
camadas plásticas e, também, constituir uma proteção adicional contra ataques do meio
ambiente às armaduras da linha flexível.
A Tabela III.6 e a Figura III.7 ilustram algumas propriedades físicas destas fibras.
Fibra de aramida
A fibra de aramida foi desenvolvida por químicos da empresa norte-americana
DuPont na década de 1970 com o nome comercial de kevlar®.
Essa fibra é parecida com o nylon (poliamida), mas de alta resistência térmica,
mecânica e química. A diferença é que ela é fabricada a partir de uma diamina e de ácido
dicarboxílico, que tem anéis derivados do benzeno. Sua alta resistência é devida ao processo
de fabricação: o polímero é laminado ou transformado em fios a partir do estado de cristal
líquido. Nesse estado, as longas moléculas do polímero (PPTA, aramida) se dispõem
aproximadamente paralelas umas às outras. Esse paralelismo é mantido nas diversas formas
de apresentação do produto, que podem ser vistas na Figura III.8.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura III.8 – Formas de apresentação do kevlar : (a) fibra, (b) filamento ,(c) polpa, (d)
corda e (e) tecido (DUPONT, 1992).Em condições de trabalho, a fibra resiste a temperaturas de até 210°C sem alterar
significativamente suas propriedades físicas, não queima ou funde, carbonizando-se a 450°C.
Possui propriedades anisotrópicas, alta resistência à tração, porém pequena resistência à
compressão. Os filamentos possuem diâmetro muito pequeno (∼12µm) e cada fibra é
composta por, aproximadamente, 1000 filamentos. A fibra é muito flexível e na Tabela III.6
apresentam-se algumas de suas propriedades físicas. Na Figura III.7, apresenta-se o diagrama
tensão vs deformação deste material. Convém ressaltar que existem vários tipos de fibra de
aramida com propriedades distintas. Neste texto, apresentam-se as propriedades fornecidas
pela DuPont (DUPONT, 1992).
A fibra de aramida vem sendo largamente utilizada nas indústrias esportiva,
aeroespacial, automotiva e de equipamentos de segurança sendo que, recentemente, passou a
ser utilizada em linhas flexíveis sob a forma de tecido. Esta fibra é utilizada para evitar a
flambagem dos arames da armadura de tração quando esses estão submetidos à compressão
(birdcaging, API RP 17B (1998)).
Fibra de carbono
Os filamentos que formam as fibras de carbono podem ser obtidos, basicamente,
através da pirólise controlada, que consiste na decomposição química por tratamento térmico,

de um material precursor em forma fibrilar como a poliacrilonitrila (PAN), o rayon ou o
piche. Neste processo as temperaturas variam entre 1000°C e 3000°C.
Os filamentos possuem diâmetro variando entre 4µm e 10µm e as fibras
propriamente ditas possuem de 3000 a 30000 filamentos. O pequeno diâmetro dos filamentos
e a forma como esses são arranjados na fibra conferem ao produto final grande flexibilidade
sendo possível, inclusive, dar um nó na fibra sem danificá-la.
As características mecânicas destas fibras, como tensão de ruptura e módulo de
elasticidade, são controladas pelo processo de fabricação, isto é, dependendo do material
precursor e da temperatura de fabricação, variam-se sensivelmente as propriedades da fibra.
Pode-se observar as diferentes propriedades de algumas fibras de carbono na Tabela III.6.
Estas fibras possuem comportamento elástico e linear, além de possuírem propriedades
anisotrópicas devidas ao seu processo de fabricação. Na Figura III.7 pode-se observar o
diagrama tensão vs deformação de algumas delas.
Em linhas flexíveis, as fibras de carbono são utilizadas como componente estrutural
em materiais compósitos, que serão abordados no próximo item, na tentativa de substituir as
armaduras de tração. Estas fibras, por serem bem mais leves, flexíveis e resistentes que o aço,
tornam-se extremamente atrativas para a construção de linhas para a explotação de petróleo
em águas ultraprofundas.

d) Materiais compósitos
De uma forma bastante abrangente, pode-se dizer que os compósitos constituem uma
classe de materiais heterogêneos e multifásicos, podendo ser ou não poliméricos, em que
existem dois tipos de componentes: o primeiro é descontínuo e oferece a principal resistência
ao esforço aplicado sendo chamado, portanto, de componente estrutural; e o segundo é
contínuo e se constitui no meio de transferência do esforço sendo denominado componente
matricial. Esses componentes não se dissolvem ou se descaracterizam completamente e atuam
concentradamente.
O componente estrutural pode ser um material orgânico ou inorgânico (metálico ou
cerâmico), de forma regular ou irregular, fibroso (tecido ou não-tecido) ou pulverulento
(esférico ou cristalino), com os fragmentos achatados (como flocos) ou como fibras muito
curtas, de dimensões quase moleculares ou de material monocristalino (whisker). Quando
combinados com polímeros de alta resistência ao calor, as temperaturas de aplicação desses

compósitos podem chegar a 900°C, enquanto que, com materiais termoplásticos comuns,
essas temperaturas não ultrapassam 100°C, e com termorrígidos, 300°C.
Os componentes estruturais devem ter resistência, rigidez e maleabilidade, que
geralmente se encontram nas fibras. O seu papel é suportar as cargas máximas e impedir que
as deformações ultrapassem limites aceitáveis. Quando associados a componentes resinosos,
resultam materiais que apresentam resistência mecânica bastante elevada. Em relação ao peso,
os compósitos revelam propriedades mecânicas que podem exceder consideravelmente às dos
metais.
O componente matricial é quase sempre um polímero orgânico. O papel da matriz é
manter a orientação das fibras e seu espaçamento, transmitir as forças de cisalhamento entre
as camadas de fibras e as proteger de danos superficiais.
Na Tabela III.7 são apresentados os principais polímeros utilizados nos componentes
estruturais e matriciais de materiais compósitos.

Tabela III.7 – Principais polímeros utilizados em materiais compósitos (MANO, 1996).
Componente Natureza Exemplos
Fibra de poliamida aromática (kevlar)
Fibra de carbono
Fibra de boro
Fibra de vidro
Fibra de carboneto de silício
Contínuo
Fibras metálicas (alumínio, tungstênio, aço)
Fibra de cerâmica
Fibra de grafite
Fibras metálicas (ferro, cobre)
Fibroso
Descontínuo
Fibras monocristalinas (whiskers)
Negro de fumo
Estrutural
Pulverulento
Sílica
Poliamidas alifáticas
Policarbonato
Poli (sulfeto de fenileno) (PPS)
Poli (óxido de metileno)
Poli-sulfonas
Policetonas
Termoplástico
Poli (tereftalato de butileno)
Resina epoxídica
Resina fenólica
Poliéster insaturado
Matricial
Termorrígido
Poli-imidas

Quanto à interface, de importância fundamental nos compósitos, é comum melhorá-
la através do tratamento do componente estrutural com um agente compatibilizante. Por
exemplo, fibras de vidro são tratadas usualmente com silanos, para melhor compatibilização
com as matrizes de poliéster ou de resina epoxídica.
Para as propriedades mecânicas dos compósitos, contribuem os dois componentes: o
componente estrutural, geralmente com alto módulo de elasticidade e elevada resistência
mecânica, representado por um material fibroso; e o componente matricial, com baixo módulo
de elasticidade e grande alongamento, tipicamente constituído de material plástico, não
quebradiço. A combinação entre excelentes propriedades mecânicas e leveza estrutural torna

os compósitos materiais interessantes para aplicação em engenharia. Na Tabela III.8,
apresentam-se alguns materiais compósitos e algumas de suas propriedades.

Tabela III.8 – Propriedades físicas de materiais compósitos (HERAKOVICH, 1998).
AS4 / poli-imida kevlar® / epóxi S-2 / epóxi
Densidade 1,52g/cm3 1,38g/cm3 2,00g/cm3
Módulo
axial (E1)
148GPa 77GPa 44GPa
Módulo
transversal (E2)
10,5GPa 5,5GPa 11,5GPa
Coeficientes de
Poisson
(ν12 – ν23)
0,30 – 0,59 0,34 – 0,37 0,27 – 0,40
Módulos de
cisalhamento
5,6GPa – 3,2GPa 2,1GPa – 1,4GPa 3,5GPa – 4,1GPa
Tensão de ruptura
axial (σa)
2137MPa 1380MPa 1724MPa
Tensão de ruptura
transversal (σt)
53MPa 28MPa 41MPa
Percentual de
fibra
62% 55% 60%

Deve-se observar, contudo, que os materiais compósitos possuem mecanismos de
colapso distintos de materiais como o aço ou o alumínio. Na utilização destes materiais, deve-
se analisar se as solicitações impostas causam, por exemplo, o descolamento entre o
componente estrutural e o matricial, o rompimento do elemento estrutural ou mesmo a
destruição do componente matricial. Cabe ressaltar, também, que a temperatura pode alterar
significativamente o comportamento do material, logo atenção especial deve ser dada às
solicitações oriundas de variações térmicas.
Em linhas flexíveis, estes materiaiscomeçaram a serem utilizados recentemente na
tentativa de substituir o aço das armaduras de tração por um material mais leve e com
resistência igual ou superior. Mais adiante estas linhas serão abordadas.

e) Principais camadas poliméricas de linhas flexíveis
Camada plástica interna
A camada plástica interna (Figura III.1) é, usualmente, extrusada sobre a carcaça
intertravada e tem como função manter a estanqueidade da linha flexível, isto é, deve impedir
a disseminação do fluido interno pelas demais camadas da linha flexível.
A espessura desta camada deve ser tal que viabilize a transmissão dos esforços para
as camadas metálicas adjacentes, servindo como uma ponte que ajuda a distribuir os esforços
e auxilia a linha flexível a trabalhar como uma estrutura integrada.
Outro aspecto é a relação entre a dimensão dos interstícios (folgas) da carcaça
intertravada e da armadura de pressão e a espessura da camada polimérica. Quanto maior for
essa relação, menor será a pressão de colapso da camada polimérica (WITZ & BURKE,
1995), que pode ser reduzida ainda mais dependendo da temperatura de operação da linha.
Por estar exposta diretamente ao fluido transportado (deve-se lembrar que a carcaça
intertravada possui interstícios por onde o fluido pode permear), esta camada deve resistir à
abrasão, corrosão e ao ataque químico dos fluidos conduzidos.
Sendo assim, utilizam-se, nesta camada, termoplásticos extrusáveis, flexíveis,
estabilizados no que se refere ao calor, opacos e resistentes ao impacto e ao desgaste.
Normalmente, utiliza-se a poliamida 11 (PA 11) ou nylon 11, porém, para uso em linhas com
solicitações menos severas, esta camada pode ser constituída por polietileno de alta densidade
(HDPE). Cabe destacar que a API RP 17B (1998) sugere também a utilização do XLPE, do
PVDF ou da PA 12 apresentando, ainda, algumas de suas características. Na Tabela III.9
apresentam-se propriedades de alguns destes plásticos.

Tabela III.9 – Principais características de alguns polímeros utilizados em linhas flexíveis de
camadas não-aderentes (BERGE et al., 1992, API RP 17B, 1998, STEVENSON &
CAMPION, 1995).
Propriedades a 20°C
Temperaturas
(operação)
Tipo
Massa
específica Tensão
de ruptura
Deformação
de ruptura
Módulo
de Young
Mínima Máxima
PA 11 1,06g/cm3 28MPa 60% 380MPa -50°C +60°C
HDPE 0,95g/cm3 16MPa 14% 585MPa -20°C +100°C
PVDF 1,77g/cm3 23MPa 63% 785MPa -20°C +130°C

Camadas antidesgaste
Uma das principais características de uma linha flexível de camadas não-aderentes é
a sua baixa rigidez à flexão, que lhe possibilita acompanhar os grandes deslocamentos
impostos pelas unidades flutuantes de produção. Essa baixa rigidez à flexão é conferida, entre
outras razões, pela possibilidade de ocorrer deslizamentos relativos entre as camadas
metálicas. Estes deslizamentos, no entanto, conduzem a um problema: o desgaste por fricção
dessas camadas. Com o intuito de minimizar esse desgaste, camadas poliméricas,
denominadas camadas antidesgaste ou camadas plásticas intermediárias (Figura III.1), são
extrusadas, em geral, entre a armadura de pressão e a interna de tração e entre as armaduras de
tração.
Outra função destas camadas é servir como barreira à permeação do fluido externo
pelo anular da linha flexível, em caso de falha da camada plástica externa, e, também, evitar o
vazamento do fluido interno, em caso de falha do plástico interno. Em outras palavras, estas
camadas também têm por objetivo conferir estanqueidade à linha flexível.
A determinação da espessura da camada segue os mesmos princípios estabelecidos
para a camada plástica interna, além de considerar o efeito da fricção das camadas metálicas.
Os polímeros utilizados nestas camadas devem possuir as características
apresentadas no item III.2.2.2, destacando-se a resistência ao desgaste. A API RP 17B (1998)
sugere a utilização de HDPE, XLPE, PA 11, PA 12 ou PVDF.
Fita de reforço à compressão
Com a explotação de petróleo atingindo lâminas d’água cada vez mais profundas, a
compressão axial sobre as linhas flexíveis pode se tornar significativa. Este tipo de carga pode

gerar a expansão radial excessiva dos arames das armaduras de tração, levando-os à
instabilidade e provocando o fenômeno conhecido como birdcaging ou “gaiola de
passarinho”.
Para prevenir o birdcaging, os fabricantes passaram a assentar uma camada
polimérica constituída por fibras de aramida (kevlar29® ou kevlar49®) sobre a armadura de
tração externa (NOVITSKY & SERTÃ, 2002). Desta forma, aumenta-se a resistência e a
rigidez da linha flexível à compressão.
Camadas isolantes
A garantia de escoamento é um aspecto fundamental no projeto de uma linha flexível
para águas profundas e ultraprofundas e, para que haja esta garantia, uma das ferramentas
utilizadas é o isolamento térmico.
De acordo com JIAN (2000), o isolamento térmico da linha flexível tem por
objetivos: evitar a formação de hidratos, parafinas e emulsões que podem bloquear a
passagem do fluido transportado; e reduzir a viscosidade do fluido transportado para
economizar potência de bombeio.
A API SP 17J (1996) aponta que o comprador da linha deve especificar qualquer
restrição ao desempenho da estrutura quanto à perda ou retenção de calor. Os coeficientes de
transferência de calor (JIAN, 2000) devem ser baseados no diâmetro interno nominal da linha
e também devem considerar qualquer efeito externo como, por exemplo, o cobrimento de solo
para linha enterrada.
A API SP 17J (1996) ainda indica que as seguintes temperaturas devem ser
especificadas: temperatura de operação ou perfil de temperatura ao longo da vida útil de
serviço, temperatura mínima de projeto e temperatura máxima de projeto. O projeto do
sistema de isolamento térmico deve ser baseado na hipótese de que a barreira protetora
externa tenha sido danificada expondo, então, o material isolante ao ar e/ou água do mar. Uma
metodologia para o dimensionamento das camadas isolantes térmicas de uma linha flexível
pode ser observada em JIAN (2000).
Os materiais utilizados nas camadas de isolamento térmico indicados pela API RP
17B (1998) são o PP (polipropileno), o PVC (poli(cloreto de vinila)) e o PU (poliuretano). A
API RP 17B (1998) ainda aponta que o fabricante tem de documentar as propriedades
térmicas do material para as condições seca ou molhada. Além disso, deve ser analisada a
degradação do desempenho térmico causada pela ação da pressão, da temperatura e da água
do mar sobre o material de isolamento. Por fim, a capacidade de isolamento deve ser sempre
mantida igual ou acima do valor mínimo especificado.

Camada plástica externa
A camada plástica externa (Figura III.1) é extrusada sobre as armaduras de tração
servindo para mantê-las na posição correta, além de proteger a linha flexível contra abrasão,
danos externos (impacto de ferramentas durante a instalação, impactos com o solo marinho
etc.), corrosão e ajudar no isolamento térmico da linha.
Segue, portanto, que a espessura da camada deve ser suficiente para atender a essas
funções e, além disso, minimizar a possibilidade de falha por extrusão da camada nos
interstícios da armadura externa de tração.
Tendo em vista todas estas características, a API RP 17B (1998) sugere a utilização
de HDPE, PA 11 ou PA 12.

5.2 - Tipos de Linhas Flexíveis de Camadas Não-Aderentes

5.2.1 - Configurações típicas de linhas flexíveis
Nos itens anteriores, apresentaram-se as principais camadas que compõem uma linha
flexível. Neste item, será abordada a forma como essas camadas podem ser dispostas em uma
linha flexível de camadas não-aderentes.
Uma linha flexível pode ter entre 5 e 19 camadas e diâmetros internosentre 2,5” e
19” (COFLEXIP, 2002). A API RP 17B (1998) aponta três famílias de linhas flexíveis de
camadas não-aderentes: linhas de parede lisa, parede rugosa sem reforço à pressão e parede
rugosa com reforço à pressão. A Figura III.9 ilustra alguns destes tipos de linha flexível.

(a)

(b)
Figura III.9 – Tipos de linha flexível de camadas não-aderentes: (a) parede lisa e (b)
parede rugosa com reforço à pressão (COFLEXIP, 2002).

A linha de parede lisa é utilizada para transporte de fluidos que não causam difusão
de gases através da camada plástica interna que, nestas linhas flexíveis, é a camada mais
interna. Este tipo de linha possui, tipicamente, as seguintes camadas (da mais interna para a
mais externa): camada plástica interna, armadura de pressão (com uma possível camada de
reforço à pressão), um par de armaduras de tração e uma camada plástica externa.
As linhas de parede rugosa possuem uma carcaça intertravada como camada mais
interna e são utilizadas para transporte de gases ou fluidos que contenham gases. Utiliza-se a
carcaça intertravada de aço nestes casos para, além de melhorar as características mecânicas
da estrutura, prevenir o colapso por uma queda abrupta na pressão interna. Este tipo de linha
pode possuir, ainda, uma armadura de pressão, caracterizando uma linha de parede rugosa
com reforço à pressão. Sendo assim, as linhas de parede rugosa possuem as seguintes
camadas (da mais interna para a mais externa): carcaça intertravada, camada plástica interna,
armadura de pressão (opcional), um par de armaduras de tração e uma camada plástica
externa.
Dependendo da aplicação, no entanto, estas linhas podem receber camadas adicionais
como, por exemplo, camadas antidesgaste entre as camadas metálicas, camadas de isolamento
térmico, armaduras de tração adicionais (sempre em número par), camadas de fibra de
aramida para a prevenção de birdcaging, etc.
As linhas flexíveis, de acordo com COFLEXIP (2002), podem ser utilizadas em
lâminas d’água máximas entre 1000m e 2000m. Novos desenvolvimentos, no entanto, são
continuamente propostos pela indústria para ampliar esses limites. Alguns deles, como a
alteração dos perfis da armadura de pressão (NETO et al., 2001), não introduzem
modificações na forma da seção transversal das camadas. Por outro lado, existem estruturas
como o ISU® e o IPB®, que unem o conceito de umbilical e linha flexível, e outras
constituídas por materiais compósitos que podem ser bastante distintas das linhas flexíveis
típicas. No próximo item, estas novas estruturas serão abordadas.

5.2.2 - Novas concepções para linhas flexíveis
As novas concepções para linhas flexíveis têm vários objetivos como, por exemplo:
garantir o escoamento do fluido transportado; gerar estruturas mais leves, confiáveis e
resistentes; minimizar o número de linhas por poço; e capacitar linhas com maior diâmetro
interno para a explotação de petróleo.
O desenvolvimento de novas concepções de linhas flexíveis se faz necessário pelo
fato de a tecnologia atualmente disponível estar limitada, segundo COFLEXIP (2002), a

aproximadamente 2000m de lâmina d’água para linhas de 6” e 1000m para linhas de 16”. O
atual recorde mundial é de 1709m para linhas estáticas (flowlines) e 1390m para linhas
dinâmicas (risers). Sendo assim, existe um longo caminho a ser seguido e muitos desafios a
serem vencidos até capacitar estas estruturas para 3000m, como apontado por NETO et al.
(2001).
Os fabricantes trabalham, basicamente, nos seguintes tópicos: desenvolvimento de
novos perfis para as armaduras de pressão e para a carcaça intertravada; formas de monitorar
o comportamento de linhas flexíveis em serviço; estudo de materiais alternativos mais
resistentes e leves para a substituição das armaduras de aço; estudo de materiais que
propiciem melhor isolamento térmico ou desenvolvimento de novos conceitos de isolamento
térmico; e desenvolvimento de novas estruturas. Nos próximos itens, estes aspectos serão
abordados.

5.2.3 - Novas Concepções para as Armaduras Metálicas
a) Novos perfis para as armaduras de pressão e carcaça intertravada
A COFLEXIP está qualificando um novo tipo de perfil para a armadura de pressão
para ser utilizado em linhas flexíveis para lâminas d’água ultraprofundas. Este perfil é
conhecido por PSI (Figura III.10). Trata-se de um perfil em forma de I que, segundo NETO et
al. (2001), aumenta a resistência da camada e diminui o peso por unidade de comprimento.

Figura III.10 – Perfil PSI (COFLEXIP, 2002).

A NKT também está desenvolvendo um novo tipo de camada de pressão para
substituir a carcaça intertravada (RYTTER et al., 2002). Trata-se de um perfil pré-fabricado
em forma de K, aliviado de tensões residuais, que possui inércia à flexão bastante superior à

da carcaça intertravada convencional. Esta nova estrutura não só será capaz de resistir às
cargas radiais como também à compressão axial podendo, assim, auxiliar no combate ao
birdcaging. O perfil é apresentado na Figura III.11.

Figura III.11 – Nova concepção de carcaça intertravada proposta pela NKT
(RYTTER et al., 2002).
Esta nova estrutura da NKT pode tanto ser utilizada em linhas convencionais quanto
em uma nova linha flexível, que também está sendo desenvolvida, e será apresentada mais
adiante.
b) Novas tecnologias para o monitoramento do comportamento em serviço de linhas flexíveis
Uma das maiores preocupações dos fabricantes de linhas flexíveis, à medida que
avançam para lâminas d’água cada vez mais profundas, é a integridade estrutural. Por isso,
uma nova linha de pesquisa na área de linhas flexíveis tem se desenvolvido rapidamente nos
últimos anos: o monitoramento das camadas internas das linhas flexíveis durante a operação.
Nesta área, especial atenção tem sido dada à questão da fadiga nos arames das
armaduras de tração. BERG & NIELSEN (2002) apresentam uma forma de integrar fibras
ópticas aos arames tanto da armadura interna quanto da armadura externa de tração durante
sua fabricação. Isto permite, inicialmente, a obtenção de dados relativos a camadas que, até
aqui, eram impossíveis de serem monitoradas. Com estes dados, é possível calibrar modelos
numéricos para uma melhor previsão do comportamento das linhas flexíveis. Além disso, no
futuro, este monitoramento em tempo real permitirá avaliar a vida útil restante da linha
flexível, a corrosão nos tendões e/ou a condição do anular da linha flexível. A Figura III.12
ilustra esta nova tecnologia.

(a)

(b)
Figura III.12 – (a) Conceito básico do sistema de monitoramento com fibra óptica e (b)
detalhe do posicionamento do sensor no arame (em azul) (BERG & NIELSEN, 2002).
c) Novos materiais para as armaduras de pressão e tração
A API RP 17B (1998) indica três materiais como alternativas para a substituição do
aço nas linhas flexíveis: o alumínio, a fibra de aramida e os materiais compósitos.
Segundo a API RP 17B (1998), o alumínio poderia ser utilizado para substituir o aço
da carcaça intertravada e/ou das armaduras de pressão e tração com a vantagem de se obter
estruturas mais leves e resistentes. A API RP 17B (1998) destaca ainda algumas dificuldades
para a utilização deste material, a saber: corrosão quando próximo ao aço (CHAPERON et al.,
1991), abrasão, desgaste, fadiga e soldabilidade, entre outros. Uma outra desvantagem do
alumínio é o custo deste material, que é bem superior ao do aço comum. Estimativas
preliminares (MAKINO et al., 1993) indicam que a substituição do aço da camada de reforço
à pressão por alumínio triplicaria o preço da linha flexível.
Outra alternativa é a utilização da fibra de aramida para substituir o aço carbono das
armaduras de tração. Este material, como apresentado anteriormente, apresenta