Desenvolvimento de um prensa cabos para aplicação submersa em profundidade de até 50 metros de coluna d?água

Abstract

O oceano, que ocupa mais de 2/3 da área total da superfície terrestre é rico em recursos químicos, minerais, energéticos, entre outros. Então, diversos negócios emergentes como, por exemplo, a indústria marítima de petróleo e gás, a indústria química marinha, a indústria de mineração em alto mar, estão desenvolvendo tecnologias para operar neste ambiente submerso. No Brasil, muitos dos produtos para aplicação submersa acabam sendo importados, porque não existem fornecedores nacionais específicos para fornecê-los. Com a falta de fornecedores nacionais, as empresas que especificamente de produtos deste segmento de mercado recorrem à importação, o que acarreta em custos e prazos de entrega elevados. Dentre os componentes para aplicações submersas, destacam-se os cabos de imprensa que têm como funcionalidades isolar duas áreas distintas (área externa e parte interna da caixa de ligação) e aplicar um trabalho mecânico nos cabos de conexões. Neste trabalho, o método projeto robusto, além de técnicas como a casa da qualidade e design de padrão, foram aplicados para desenvolver um cabos de prensa apto a operar a profundidade de até 50 metros de coluna d'água com uma redução de custo de 52 vezes comparado a um componente importado. Além do projeto conceitual, foi realizado um plano experimental ortogonal do tipo L32 (5²) com 3 fatores de controle e 2 fatores de ruído, variando os fatores de controle em: Área de contato do cabo com a resina (2544 mm² até 3392 mm²) , número de âncoras (1 até 3) e material externo do cabo (Silicone e EPS). Além disso, foram considerados como fatores de ruído o torque de aperto da porta (300 N*m até 450 N*m) e a pressão (5 bar até 20 bar). Durante a execução dos experimentos, a taxa de vazamento de água (g/h) foi considerada como a variável resposta do projeto. Os resultados obtidos foram analisados ??com a relação sinal/ruído do tipo menor é melhor, a técnica estatística ANOVA e a análise de regressão. Dentre os fatores considerados, fornecemos-se que o número de âncoras e a área de contato com o cabo não interferem na variável resposta do sistema. Além disso, foi possível determinar que a combinação de parâmetros que elimina a taxa de vazamento de água corresponde a uma área com 3392 mm², 3 âncoras, material de EPS e torque de abertura de 450 N*m. Tal combinação não causou vazamentos em nenhum dos níveis de pressão utilizados na matriz experimental. Para validar estes resultados, realizou-se um novo experimento de longa duração, empregando uma combinação de fatores que eliminaram os vazamentos. Considerando um período de 30 dias e pressão de 15 bar, que equivale a 150 metros de coluna d'água, novamente não foram observados vazamentos, comprovando o desempenho adequado do conceito de cabos de imprensa desenvolvidos no trabalho.

Abstract: The ocean, which occupies more than 2/3 of the total area of the Earth's surface, is rich in chemical, mineral and energy resources, among others. So, several emerging industries, for example, the maritime oil and gas industry, marine chemical industry, deep-sea mining industry, are developing technologies to operate in this submerged environment. In Brazil, many of the products for submerged application end up being imported, because there are no national suppliers qualified to supply them. With a lack of national suppliers, companies that need products from this market segment resort to imports, which leads to high costs and delivery times. Among the components for submerged applications, the cable glands stand out, which have the function of isolating two distinct areas (external area and internal part of the connection box) and applying a mechanical lock to the connection cables. In this work, the robust design method, in addition to techniques such as the house of quality and design of standard, were applied to develop a cable gland capable of operating at depths of up to 50 meters of water column with a cost reduction of 52 times. compared to an imported component. In addition to the conceptual design, an orthogonal experimental plan of type L32 (5²) was carried out with 3 control factors and 2 noise factors, varying the control factors in: Contact area of the cable with the resin (2544 mm² to 3392 mm²), number of anchors (1 to 3) and external cable material (Silicone and EPS). Furthermore, the nut tightening torque (300 N*m to 450 N*m) and pressure (5 bar to 20 bar) were considered as noise factors. During the execution of the experiments, the water leakage rate (g/h) was considered as the design response variable. The results obtained were analyzed using the lower-is-better signal-to-noise ratio, the ANOVA statistical technique and regression analysis. Among the factors considered, it was found that the number of anchors and the area of contact with the cable do not affect the variable response of the system. Additionally, it was possible to determine that the combination of parameters that eliminates the water leak rate corresponds to an area of 3392 mm², 3 anchors, EPS material and tightening torque of 450 N*m. This combination did not present leaks at any of the pressure levels used in the experimental matrix. To validate these results, a new long-term experiment was carried out, employing a combination of factors that eliminated leaks. Considering a period of 30 days and pressure of 15 bar, which is equivalent to 150 meters of water column, again no leaks were observed, proving the adequate performance of the cable gland concept developed in the work.