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Thermal History Management A TCP manufacturing complex should be designed around the physical processes occurring in the material, rather than around technological operations |
Thermal History Management of TCP Manufacturing Process
Autores: Michael Popov, Nelson Bernardo (Fartrouven R&D)
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. Resumo A tecnologia dos tubos compósitos termoplásticos totalmente ligados — Thermoplastic Composite Pipes (TCP) está a afirmar-se como uma das soluções mais promissoras para o desenvolvimento de sistemas de transporte por tubagem destinados à indústria de petróleo e gás, energia do hidrogénio, indústria química e outras aplicações que exigem elevados níveis de fiabilidade, durabilidade e resistência à corrosão. O artigo apresenta uma análise comparativa dos processos industriais de fabrico de TCP em uma, duas e três etapas, analisando as suas vantagens, limitações e influência na formação da estrutura compósita do tubo. A análise demonstra que a evolução da tecnologia TCP não está relacionada apenas com o aumento da complexidade das linhas de produção, mas sobretudo com a necessidade de controlar de forma independente os processos físicos que ocorrem no material durante as diferentes fases do fabrico. Com base nesta análise, é apresentada a abordagem Thermal History Management of TCP Manufacturing Process, que considera o complexo industrial de produção como um sistema de controlo da sequência de processos térmicos e termomecânicos responsáveis pela formação da estrutura compósita do tubo. O artigo apresenta ainda princípios para a conceção de complexos industriais TCP de nova geração, baseados na transição da conceção de operações tecnológicas isoladas para a conceção de processos controlados de formação do material. A publicação destina-se a especialistas na produção de tubos compósitos, desenvolvedores de equipamentos tecnológicos, engenheiros envolvidos na conceção de unidades industriais para produção de TCP e empresas que considerem criar a sua própria produção de tubos compósitos termoplásticos.
Porque é que um TCP não é simplesmente um tubo de plástico reforçado?
O desenvolvimento da tecnologia Thermoplastic Composite Pipes (TCP) está a abrir novas possibilidades para a indústria de petróleo e gás, energia do hidrogénio, indústria química e projetos de infraestruturas.
A elevada resistência específica, a resistência à corrosão, a redução do peso da construção e a possibilidade de desenvolver sistemas de transporte flexíveis tornam os TCP uma alternativa atrativa às tubagens metálicas tradicionais e a outras soluções baseadas em materiais poliméricos.
No entanto, na conceção de complexos industriais para produção de TCP ainda é frequente encontrar uma abordagem simplificada da tecnologia, como se esta consistisse essencialmente em enrolar uma fita compósita sobre um tubo de plástico.
Na realidade, a produção industrial de TCP é um processo complexo de formação de uma estrutura compósita totalmente ligada, no qual cada camada passa pelo seu próprio ciclo termomecânico.
As propriedades finais do tubo não são determinadas por operações tecnológicas isoladas, mas pelo conjunto dos processos de aquecimento, consolidação, cristalização, retração, relaxação e arrefecimento que ocorrem ao longo de todo o ciclo de produção.
É neste contexto que a gestão da história térmica — Thermal History Management — assume um papel fundamental na qualidade, fiabilidade a longo prazo e reprodutibilidade das propriedades do TCP.
Da linha de produção à gestão dos processos físicos
A análise dos processos de fabrico em uma, duas e três etapas demonstra que os critérios tradicionais de avaliação de um complexo industrial — como a velocidade linear da produção, o número de operações tecnológicas ou a capacidade nominal do equipamento — não são, por si só, suficientes para caracterizar a capacidade real de uma unidade de produção TCP.
A capacidade de produzir um determinado volume anual de tubo depende da arquitetura do produto, incluindo o diâmetro, a pressão de serviço, o número de camadas de reforço, o tipo de fita UD utilizada, o número de máquinas de enrolamento (wrapping machines), o número de ciclos de reforço e a velocidade efetiva do processo de consolidação.
Mais importante ainda, a qualidade e a durabilidade do produto dependem da capacidade da linha para controlar de forma reprodutível a história térmica e termomecânica da estrutura compósita durante todo o processo de fabrico.
É esta mudança de perspetiva que está na base do conceito Thermal History Management of TCP Manufacturing Process.
Comparação dos processos de fabrico de TCP
A comparação demonstra uma evolução de uma abordagem baseada na simples integração de operações para uma abordagem centrada no controlo independente dos processos físicos que determinam a estrutura e as propriedades do TCP.
Thermal History Management of TCP Manufacturing Process
A abordagem Thermal History Management of TCP Manufacturing Process considera o complexo industrial de produção não como uma simples sequência de extrusoras, máquinas de enrolamento e sistemas de arrefecimento, mas como um sistema integrado de controlo da história térmica e termomecânica da estrutura compósita.
O objetivo não é simplesmente atingir uma elevada velocidade de produção, mas assegurar que, em cada etapa, são mantidas as condições adequadas de aquecimento, consolidação, arrefecimento, cristalização e estabilização do material.
Esta abordagem permite projetar o processo de fabrico em função da arquitetura real do TCP — incluindo o diâmetro do tubo, a pressão de serviço, o material de reforço, o número de camadas, o número de máquinas de enrolamento e o número de ciclos de reforço — em vez de considerar a capacidade do equipamento como uma característica independente da linha.
Um complexo industrial para produção de TCP deve ser concebido em função dos processos físicos que ocorrem no material, e não simplesmente em função das operações tecnológicas.
Este princípio cria as bases para o desenvolvimento de unidades industriais capazes de produzir estruturas TCP totalmente ligadas de forma reprodutível, com propriedades controladas, elevada flexibilidade tecnológica e potencial para otimização da qualidade e da produtividade.
Sobre a publicação
A publicação Thermal History Management of TCP Manufacturing Process apresenta a abordagem da Fartrouven R&D ao desenvolvimento de processos e complexos industriais para a produção de tubos compósitos termoplásticos totalmente ligados.
A versão integral da publicação está disponível em inglês, como documento técnico destinado a especialistas e profissionais envolvidos no desenvolvimento de tecnologias, equipamentos e unidades industriais para produção de TCP.
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