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Lingas especiais para içamento offshore

*Artigos publicados na CRANE BRASIL 

(Parte 1)

Com a evolução da ciência dos materiais e a necessidade de içamentos e instalações submarinas em profundidades cada vez maiores, a indústria offshore busca vencer os desafios com tecnologia. Entre elas está o uso de lingas e cabos de fibras especiais, fabricados com HMPE (High modulus polyethylene) ou polietileno de alta densidade molecular, substituindo os cabos sintéticos comuns.

Foto: DSM Dyneema

O HMPE dá origem a uma fibra de altíssima resistência e leveza, e quando utilizada na fabricação de cabos para lingas ou cabos de tração direta, traz grandes vantagens no uso em içamento offshore ou instalação de equipamentos no fundo do mar.

Entre as vantagens tem-se: resistência equivalente ao cabo de aço com peso sete vezes menor, tornando-a muito mais fácil de manusear; peso neutro ou flutuam na água, portanto, não consomem capacidade dos guindastes ou guinchos. Para o mesmo caso, o peso próprio do cabo de aço pode representar até 40% do peso içado, demandando equipamentos maiores; alta resistência à fadiga; resistência aos raios ultravioleta, produtos químicos e água salgada; alta resistência à abrasão e corte, diferentemente das fibras convencionais, o que permite vida útil longa; baixo coeficiente de atrito; fácil inspeção, manutenção e reparo.

Desafios a serem vencidos

Como qualquer tecnologia nova, há desafios a serem vencidos, como: cultura e consolidação do cabo de aço, pois hoje há domínio técnico na aplicação do mesmo pelos engenheiros e ótima previsão do desempenho; necessidade de consolidação de normas técnicas internacionais com especificações mínimas; necessidade de equipamentos especiais para recolher e lançar o cabo com compensação ativa de heave; baixo coeficiente de atrito, que pode ser desvantagem em algumas operações; baixa resistência à altas temperaturas e possível ressonância em instalações de águas profundas.   

As aplicações das lingas e cabos com fibras de HMPE são vastas, tais como instalação de equipamentos submarinos no leito do mar, utilizando-se guindaste ou guincho, onde o peso do cabo, que pode ter até 3 mil metros de comprimento praticamente não vai contribuir para o peso da carga içada; utilização direta como cabo do guindaste; utilização como linga de içamento para qualquer aplicação, sendo mais leves que as lingas de cinta têxtil convencionais.

(Parte 2)

As lingas são dispositivos que, entre outras funções, fazem a conexão da carga a ser içada ao equipamento de içamento, podendo ser fabricadas em diversos materiais, como cabo de aço, corrente, têxteis e fibras especiais como HMPE. Podem também ser formadas pela combinação de vários materiais, podendo-se ter uma cinta têxtil na região da carga e uma linga de cabo de aço na região do gancho do guindaste, por exemplo.

Foto: Arquivo pessoal do autor.

Há também uma variedade grande de capacidades, podendo ir desde poucos quilogramas até milhares de toneladas. Nesse último caso, quando se necessita de grande capacidade de içamento, lingas convencionais vão se tornando mais difíceis de serem utilizadas, abrindo espaço para as lingas especiais.

Uma linga especial das mais utilizadas é a chamada cable laid, que é geralmente formada por seis cabos de aço dispostos (laid) em forma de helicoide sobre um cabo central. Esse cabo central forma a alma da linga, formado uma estrutura de 7 cabos distintos, podendo ter diâmetros totais entre 60 a 500 milímetros.

Os cabos que formam o cable laid devem ter alma de aço, podendo ser de categoria 1770 e 1960, classe de construção 6×36. Os olhais podem ser formados mecanicamente com presilhas, soquetes ou com trançado manual, que é a forma mais comum.

A carga máxima de trabalho dessas lingas pode chegar a mais de 3.000 toneladas para uma única perna, podendo içar-se mais de 10.000 toneladas com um arranjo de 4 pernas.

Portanto, consegue-se lingas com grandes capacidades utilizando-se cabos de aço convencionais. Outra grande vantagem do cable laid é a sua flexibilidade, comparada com um cabo de aço único de diâmetro equivalente. O cabo único seria muitíssimo mais rígido, tornando impraticável o manuseio, além da inviabilidade econômica de se fabricar cabos com grandes diâmetros.

Além da linga com olhais, é possível fabricá-la em forma de laço sem fim, chamada grommet, com basicamente as mesmas características da linga formada por olhais, porém, utiliza-se um único cabo contínuo para formar as 7 partes.

O projeto e utilização dessas lingas podem ser feitos baseados na norma EN 13414 parte 3 e o guia IMCA M179, que trazem todos os critérios de projeto, fabricação, testes e utilização dessas lingas, que ampliam as opções dos engenheiros em içamentos pesados (heavy lift) ou quando é necessária grande flexibilidade das lingas.

(Parte 3)

Nos artigos anteriores, foram apresentadas as lingas fabricadas com fibras de alto módulo (por exemplo HMPE) e as lingas fabricadas com várias camadas de cabos de aço, chamadas cable laid slings, geralmente utilizadas em içamentos com cargas de grande peso.

Neste artigo apresenta-se a linga do tipo grommet ou laço sem fim, que tem como geometria final um anel, que pode ser fabricado com cabo de aço, cinta têxtil ou fibra de alto módulo.

Foto: John Hemsley/Cable Laid Grommets

O grommet de cabo de aço já era de pleno uso nos içamentos no exterior, principalmente Europa, e foi especificado pela primeira vez no Brasil pela NBR 13541-1 em 2011. Até então, a versão dessa norma considerava somente lingas formadas por pernas de uma parte com olhais nas extremidades.

Sua geometria em anel é obtida a partir de um único cabo, de forma que as duas extremidades se sobreponham no comprimento necessário para o trançado, realizando-o por ambas extremidades sobre o corpo principal. Esse trançado é realizado conforme a NBR ISO 8794. Obviamente, essa geometria vai gerar um encontro de topo sem emenda da alma do cabo, portanto, a resistência da alma é sempre desprezada no cálculo, mesmo que seja de aço.

Após a montagem do grommet, deve-se pintar a região do trançado e a região de encontro da alma, para de evitar dobramentos nesses pontos.

O dimensionamento é feito pela NBR 13541-1 e a sua inspeção e utilização são especificados pela NBR 13541-2. No projeto, especial atenção deve ser dada ao cálculo da redução de resistência da linga devido ao dobramento na região de apoio, que pode ser uma manilha, gancho ou munhão. Quanto menor for o diâmetro do dobramento, maior é a perda da capacidade. O cálculo da perda pode ser realizado conforme a ISO 19901-6.

A principal vantagem do grommet em relação às lingas convencionais com olhais é poder ter comprimento menor, que pode ser útil quando há limitações geométricas. Por exemplo, um grommet de 51 milímetros de diâmetro pode ter comprimento menor que um metro, enquanto uma linga convencional com 2 olhais deve ter comprimento mínimo de 3,2 metros.

Uma combinação muito vantajosa é utilizar grommets fabricados com a técnica de cable-laid (ver artigo anterior), conduzindo à lingas de capacidades de carga elevadíssimas aliadas à alta flexibilidade. Por exemplo, pode-se construir um grommet com diâmetro equivalente de 342 milímetros e carga de ruptura superior a 8 mil toneladas. O cálculo desse tipo de grommet não é contemplado em normas brasileiras, mas pode ser feito pela norma EN 13414-3.

(Parte 4)

Publicação da norma NBR ISO 18264

Na primeira parte dessa série de artigos sobre lingas especiais, foram apresentadas as lingas fabricadas com fibras de HMPE (polietileno de alto módulo), que apresentam alta resistência à tração e baixo peso, trazendo vários benefícios para alguns tipos de içamento offshore.

Apesar das lingas de cabo de aço dominarem o cenário offshore no Brasil, há cada vez mais embasamento técnico para aplicação dos cabos de fibra de alto módulo nas atividades de içamento. Prova disso é a publicação em março de 2020 da norma NBR ISO 18264 – Lingas têxteis – Lingas de cabos de fibra para operação de içamento de utilização geral – Polietileno de alto módulo (HMPE).

Foto: Dyneema/HMPE Ropes

Esta norma brasileira, desenvolvida pelo CB-50 (equipamentos e estruturas offshore) contém o mesmo texto da norma ISO, de abrangência internacional, publicada em 2016, e especifica os requisitos quanto à fabricação, segurança, ensaios de determinação da carga de trabalho, utilização, inspeção, entre outros. Contempla lingas de uma a quatro pernas, com olhais ou laço sem fim (grommet), fabricadas com cabos trançados de 8 ou 12 pernas, bem como cabos com capa, fabricados somente com fibras de HMPE. 

A norma permite a combinação dos cabos com acessórios de içamento como sapatilhos, manilhas, pinos, anéis de carga entre outros.

Diferentemente das normas de lingas de cabo de aço e de cintas têxteis convencionais, a NBR ISO 18264 estabelece equações para redução da Carga Máxima de Trabalho (CMT) da linga em função da relação do diâmetro de dobramento do cabo e o diâmetro do próprio cabo, sendo que esta relação não pode ser menor que 1 em nenhuma hipótese. Quando essa relação é menor que 3, uma redução é necessária, podendo chegar a 50%. Com uma relação de diâmetros maior ou igual a 3, não é necessária redução, sendo uma vantagem em relação às lingas de cabo de aço, que nessa situação leva a uma perda de resistência de 17%.

Um ponto curioso da versão brasileira da NBR ISO 18264 é que ainda não estabelece um coeficiente de segurança para o cálculo da CMT da linga, esclarecendo que está em desenvolvimento uma norma específica para isso. Como referência, a União Europeia utiliza coeficiente de segurança 7, Japão 6 e Estados Unidos 5.

Com a evolução das normas internacionais e aprendendo com as experiências bem sucedidas dos içamentos com lingas de HMPE em todo mundo, hoje temos mais uma opção para utilizar nos projetos brasileiros, trazendo mais eficácia aos içamentos offshore.

(Parte 5)

Manilhas de Corpo Alargado

As manilhas são um dos acessórios mais utilizados no içamento e movimentação de cargas, por serem versáteis, práticas, padronizadas e facilitarem as diversas conexões necessárias ao içamento.

Entre os vários tipos de manilhas, destacam-se as manilhas de corpo alargado, wide body shackles ou sling shackles, em inglês. Caracterizam-se, como o nome diz, pelo maior diâmetro na parte do corpo (região curva) em relação às manilhas convencionais, justamente onde ocorre o apoio das lingas.

É fato que, uma linga quando dobrada em um pino perde resistência à tração em relação à linga sem dobra, e essa perda de resistência é tanto maior quanto menor for o diâmetro de dobramento. Por exemplo, essa perda pode chegar a 50% quando uma linga de cabo de aço é dobrada em um pino com diâmetro igual ao seu próprio diâmetro.

Foto: Crosby/G-2160E

Diâmetros de dobramento de 2 a 2,5 vezes maiores

Para reduzir a perda por dobramento, as manilhas de corpo alargado são muitíssimo eficazes pois possuem diâmetro de dobramento cerca de 2 a 2,5 vezes maiores que as manilhas convencionais de mesma carga de trabalho. Isso permite utilizar as lingas com maior eficiência, compatibilizando melhor a resistência da manilha com a resistência da linga.

Por exemplo, uma linga de cabo de aço de 76 mm de diâmetro, categoria 1960, classe de construção 6×36, alma de aço, com o corpo dobrado em uma manilha convencional de 120 toneladas, resulta em uma linga com carga de trabalho de 87 toneladas. Se, para a mesma linga, for usada uma manilha de corpo alargado de 125 toneladas, a linga terá capacidade de 106 toneladas, um aumento de 22%.

Perdas de resistência nas ligas convencionais

No caso de lingas convencionais de cinta têxtil tipo tubular, também há a perda de resistência devido ao dobramento, mas diferentemente das lingas de cabo de aço, não há uma formulação que estime a perda de resistência em função do diâmetro de dobramento. O que se faz nesse caso é determinar o diâmetro mínimo de dobramento que permite a cinta atingir sua carga máxima de ruptura sem a influência da dobra.

Por exemplo, uma cinta têxtil tubular, vermelha, com carga de trabalho de 5 toneladas possui diâmetro nominal de 30 mm. Se for conectada a uma manilha por contato simples (ver NBR 15637-2), será necessário uma manilha com diâmetro do corpo maior ou igual a 30 mm,  assim, no mínimo uma manilha com carga de trabalho de 12 toneladas deve ser usada. Portanto para se utilizar uma cinta de 5 toneladas é necessário usar uma manilha de 12 tonadas ou maior. Se for utilizada uma manilha de corpo alargado, pode-se usar uma manilha com carga de trabalho de 7 toneladas, mais compatível com a capacidade da cinta.

As manilhas de corpo alargado não só aumentam a resistência das lingas mas também aumentam a durabilidade, preservando o investimento nos acessórios e aumento a segurança das operações de içamento.

(parte 6)

Lingas de Corrente

Nos artigos anteriores foram mostrados vários tipos de lingas para içamento offshore, como lingas compostas, chamadas cable-laid e cintas e cabos de fibras HMPE, tendo cada tipo, vantagens e desvantagens na aplicação, ficando a cargo do engenheiro de içamento, escolher a melhor solução para o projeto.

Aumentando as opções de para o içamento, temos as lingas de correntes grau 8, já bastante empregadas no Brasil, e lingas com graus superiores, 10 e 12, aumentando as possíveis soluções de içamento.

Nem toda corrente é adequada para içamentos

As lingas de corrente, por algum tempo no passado, foram tidas como inseguras para uso em içamentos offshore, porém, essa falsa impressão deveu-se ao emprego de correntes que não eram próprias para içamento, com graus baixos e sem os devidos tratamentos térmicos.

Com o aumento do grau de 8 para 10, ou recentemente, para 12, a corrente fica mais leve para mesma capacidade, ou consegue-se aumentar a capacidade, mantendo-se o peso da linga.

Por exemplo, uma linga de corrente grau 8 tem carga máxima de trabalho (CMT) de 8 t; caso seja grau 10, a CMT sobe par a10 t e se for grau 12, a CMT aumenta para 12,5 t, um ganho de mais de 50% de capacidade, aumentando 23% o peso da linga, comparando graus 8 e 12.

Vantagens e desvantagens das lingas de corrente

Além do uso das lingas de corrente em içamentos convencionais, na área offshore, tem-se como vantagens em relação ao cabo de aço e cintas, a facilidade de encurtamento do comprimento, altíssima resistência a corte e abrasão, bem como grande flexibilidade, podendo ser usada em geometrias desfavoráveis e descomissionamento de estruturas e equipamentos. Além disso, são muito úteis para criar pontos de içamento em estruturas, permitindo instalação de guinchos, talhas, moitões etc.

Como desvantagens, podem ser citados peso, necessidade de importação das lingas grau 12 e limitação da capacidade por perna de linga, atingindo geralmente 40 toneladas.

Glossário:

Grau: designação da tensão de ruptura mínima do aço com o qual são fabricados os elos da corrente, em centenas de megapascal (MPa). Por exemplo, o aço da corrente grau 8, deve romper com tensão mínima de 800 MPa. O aço da corrente de grau 10 deve romper com tensão mínima de 1000 MPa.

(Parte 7)

Lingas de corrente têxtil

Foto: Manprotec

As correntes de aço formam lingas de içamento e amarração muito versáteis, duráveis, flexíveis e fáceis de encurtar. Porém, tem como desvantagem serem bem mais pesadas que outras lingas de mesma resistência, de cabo de aço ou cinta têxtil.

Para alcançar um produto ótimo, incorporar todas as vantagens das correntes e eliminar a desvantagem do maior peso, foi criada a corrente têxtil (soft chain em inglês), que é até oito vezes mais leve que a corrente de aço de mesma resistência, viabilizada pelo uso de fibras de HMPE, Polietileno de Alto Peso Molecular, em português (ver parte 4).

Por exemplo, uma corrente grau 8, diâmetro 13 mm e Carga Máxima de Trabalho (CMT) de 5,3 toneladas, com comprimento de 10 metros, pesa 36 kgf. A corrente têxtil com mesmo comprimento e CMT de 5 toneladas pesa 5,8 kgf.

Essa redução do peso permite que o amarrador manuseie muito menos peso em uma jornada de trabalho, com menor fadiga e maior produtividade.

Resumindo as vantagens das lingas de corrente têxtil, tanto para içamento como para amarração para transporte, tem-se:

  • Até oito vezes mais leve que a corrente de aço;
  • Muito mais resistente ao corte e abrasão que as lingas de cinta têxtil;
  • Mais segura de manusear e mais ergonômica que a corrente de aço, evitando acidentes pessoais;
  • Maior resistência à ataques químicos, graxa, sujeira e água salgada, em relação às cintas têxteis comuns;
  • Fabricação com menor impacto ao meio ambiente que a corrente de aço;
  • Mais silenciosa no uso que a corrente de aço;
  • Não absorve água;
  • Flutua em água;
  • Preserva a superfície da carga;
  • Não conduz corrente elétrica;
  • Isenta de corrosão;   

Como desvantagem, pode-se citar a menor disponibilidade do material no mercado brasileiro, por ser produto de recente desenvolvimento. Hoje, há apenas um fabricante no Brasil. No exterior, um grande e tradicional fabricante de acessórios de içamento em aço, foi o pioneiro na fabricação da corrente têxtil.

Com mais essa opção de linga para içamento e amarração, que incorpora alta tecnologia de materiais, o engenheiro de içamento pode otimizar seus projetos, trazendo às operações mais segurança e aos operadores, mais conforto.

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