Tubulações de PRFV com adição de areia quartzosa visando sua aplicação na indústria do petróleo

Fillers are often added in composites to enhance performance and/or to reduce cost. Fiberglass pipes must meet performance requirements and industrial sand is frequently added for the pipe to be cost competitive. The sand is added to increase pipe wall thickness, thus increase pipe stiffness. The main goal of the present work is to conduct an experimental investigation between pipes fabricated with and without de addition of sand, to be used in the petroleum industry. Pipes were built using E-glass fibers, polyester resin and siliceous sand. The fabrication process used hand lay up and filament winding and was divided in two different parts: the liner and the structural wall. All tested pipes had the same liner, but different structural wall composition, which is the layer where siliceous sand may be added or not. The comparative investigation was developed considering the results of longitudinal tensile tests, hoop tensile tests, hydrostatic pressure leak tests and parallel-plate loading stiffness tests. SEM was used to analyze if the sand caused any damage to the glass fibers, during the fabrication process, because of the fiber-sand contact. The procedure was also used to verify the composite conditions after the hydrostatic pressure leak test. The results proved that the addition of siliceous sand reduced the leak pressure in about 17 %. In the other hand, this loss in pressure was compensated by a stiffness increment of more than 380 %. MEV analyses show that it is possible to find damage on the fiber-sand contact, but on a very small amount. On most cases, the contact occurs without damage evidences. In summary, the addition of sand filler represented a 27.8 % of cost reduction, when compared to a pipe designed with glass fiber and resin only. This cost reduction combined to the good mechanical tests results make siliceous sand filler suitable for fiberglass pressure pipes

Cargas de adição são utilizadas com freqüência, em materiais compósitos, para atingir propriedades mecânicas requeridas por normas e para redução de custos. As tubulações em plástico reforçado com fibras de vidro (PRFV), utilizadas para aplicações com altas pressões, devem atender a requisitos mínimos de projeto estabelecidos em normas. Para tanto, a areia vem sendo utilizada como carga de adição, no sentido de manter os tubos em PRFV competitivos no mercado. A areia é adicionada para aumentar a espessura da parede, aumentando com isso a rigidez. Este trabalho teve como principal objetivo analisar a influência da areia nas propriedades mecânicas de tubulações de PRFV, visando sua aplicação na indústria do petróleo e do gás, através de ensaios comparativos entre tubos com e sem a adição de areia. Os tubos foram fabricados com fibras de vidro tipo E na forma de fios contínuos e manta, resina poliéster ortoftálica e areia quartzosa. A fabricação foi realizada em duas etapas distintas, sendo a primeira camada do tubo denominada de barreira química (processo de laminação manual) e a segunda camada denominada estrutura (fabricada pelo processo de filamento contínuo). A areia é adicionada no tubo juntamente com as camadas de filamento contínuo e, portanto, é um constituinte da estrutura do tubo. A análise comparativa foi conduzida através de ensaios de tração axial e ircunferencial, pressão hidrostática e rigidez, além de análises com microscópio eletrônico de varredura (MEV). Foram avaliadas as forças resultantes de ruptura e o módulo de elasticidade circunferencial, além da rigidez. As análises com MEV foram conduzidas para verificar a presença de danos causados as fibras, durante o processo de fabricação, e para verificar as condições do laminado após os ensaios de pressão hidrostática. Os resultados mostraram que a adição de areia causou uma redução na pressão de ruptura do tubo de 17 %. Porém esta perda foi compensada pelo grande acréscimo na rigidez que foi da ordem de 380 % . As análises no MEV mostraram que ocorrem danos durante o processo de fabricação, mas em quantidades muito pequenas. Na maioria dos casos o contato areia/fibras ocorre sem evidências de danos. Em resumo, a areia representa uma redução de 27,8 % no custo final do tubo, que somado aos bons resultados obtidos nos ensaios mecânicos, faz deste material uma excelente opção de carga de adição para tubulações de PRFV utilizadas com altas pressões