Análise estrutural de um mangote para sistemas offloading com fibras sintéticas de alta performance

Abstract

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo conceito de mangote de offloading, utilizando análise por elementos finitos no desenvolvimento de modelos numéricos representativos de um mangote de dupla carcaça 20” classe 300. Estes modelos permitiram avaliar o mangote em diferentes condições de solicitação, bem como o impacto no seu desempenho mecânico da substituição de alguns de seus componentes por outros produzidos em materiais mais avançados. Os materiais utilizados para confecção dos componentes do mangote, bem como os novos materiais, foram caracterizados em laboratório a fim de abastecer os modelos numéricos. Foi verificada a possibilidade de fabricação de um novo mangote, em torno de 30% mais leve e com resistência similar, substituindo-se os cordonéis de poliéster atualmente empregados por cordonéis à base de poliaramida. Para tal, foi variado o número de camadas e o ângulo de disposição dos cordonéis em ambas as carcaças. O novo mangote foi projetado com cordonéis de poliaramida e híbridos (poliaramida/poliamida), dispostos em ângulo de 40º e 55º, mantendo-se os demais componentes inalterados. Este novo mangote apresentou rigidez axial, torcional e flexional bastante similar ao mangote original em simulação em repouso e sob pressão de trabalho. A resistência à ruptura da 1ª e da 2ª carcaça do mangote original foi validada por experimento e foi desenvolvido o modelo que previu a pressão de ruptura do novo mangote, que foi superior ao mangote original. Por último, esta modificação é facilmente implementável no mangote em produção atualmente.

The aim of this study was to develop a new concept of offloading hose using finite element analysis for the development of numerical models representative of a double carcass hose 20 " Class 300. These numeric models allowed the evaluation of different loading conditions of the hose, as well as the impact on its mechanic performance of replacing some of its components by more advanced materials. The materials currently used as reinforcement of the rubber, as well as the new materials were characterized in the laboratory, in order to input the numerical models. The possibility of producing a new hose, around 30% lighter and of similar strength, replacing the polyester and polyamide cords for polyaramid and hybrid cords was evaluated. For that, the number of layers and the orientation angle of the cords on both carcasses were varied. The new hose designed with polyaramid and hybrid (polyaramid/polyamide) cords, arranged at an angle of 40º and 55º, keeping the other components unaltered. The new hose showed axial, torsional and flexural stiffness, under working pressure or not, similar to the current hose. Strength of the 1st and 2nd carcasses of original hose was validated by experimental burst pressure testing and the model that it predicted this behavior was implemented for the new hose, which showed greater strength. Lastly, this modification may be easily implementable in the current production process of the studied offloading hose.