Introdução

Quando os compradores comparam tubos de mineração HDPE, a discussão geralmente começa com diâmetro, classificação de pressão, espessura da parede e preço.

Essas especificações são necessárias, mas não contam toda a história.

O HDPE é um polímero, e os polímeros não se comportam exatamente como o aço ou o ferro fundido quando permanecem sob carga por um longo período. O material pode mudar gradualmente seu estado de tensão interna, mantendo a mesma deformação geral. Esse comportamento é conhecido comorelaxamento do estresse.

Não é algo que um operador de mina normalmente perceba durante os primeiros dias de operação do oleoduto. Torna-se relevante quando se espera que um tubo permaneça sob pressão contínua, restringido em uma conexão ou exposto a-deformações de longo prazo.

Compreender o relaxamento de tensão oferece ao comprador outra ferramenta útil para avaliar a qualidade do tubo HDPE. Mais importante ainda, ajuda a evitar um erro comum: assumir que o comportamento mecânico de um novo tubo HDPE permanecerá exatamente o mesmo ao longo dos anos de serviço.

HDPE não se comporta como um tubo de metal rígido

Imagine uma seção de tubo HDPE sob uma carga constante.

No início, a parede do tubo desenvolve um certo nível de tensão interna. Se o tubo permanecer nessa condição, as cadeias poliméricas dentro do material se reorganizam gradualmente.

A deformação pode permanecer aproximadamente a mesma, enquanto a tensão interna necessária para manter essa deformação diminui gradualmente.

Isso é relaxamento do estresse.

Este comportamento está intimamente relacionado com a natureza viscoelástica do polietileno. Isso não significa que o tubo fique fraco repentinamente, nem significa que um tubo HDPE adequadamente projetado simplesmente perderá sua capacidade de pressão.

O ponto importante é que a resposta material muda com o tempo.

Para um pipeline de mineração que deverá operar por muitos anos, esse comportamento{0}dependente do tempo é mais importante do que seria para um pipeline temporário de curto-prazo.

Por que um comprador de mineração deveria se importar?

Os oleodutos de mineração raramente são instalados por curtos períodos de serviço.

Uma linha de abastecimento de água de uma mina pode funcionar continuamente ao longo de um ciclo de produção. Um gasoduto enterrado pode permanecer no local durante anos. Chegar à tubulação para inspeção ou substituição pode exigir o desligamento de parte do sistema ou a colocação de equipamentos em áreas de trabalho difíceis.

Isso torna o comportamento material-de longo prazo importante.

Se um tubo estiver continuamente exposto à pressão interna, a parede permanecerá sob tensão. Se uma seção for restringida por uma conexão ou suporte, o material também poderá permanecer sob deformação.

O pipeline, portanto, tem um histórico de carregamento em vez de um único evento de carregamento.

Um comprador que olha apenas para a resistência à tração inicial pode perder esta parte do quadro.

Relaxamento do estresse não é o mesmo que fluência

Esses dois termos são frequentemente confundidos.

Rastejardescreve como a deformação muda quando um material permanece sob uma carga sustentada.

Relaxamento do estressedescreve como a tensão interna muda quando um material é mantido em uma deformação relativamente constante.

Ambos são comportamentos-dependentes do tempo dos materiais poliméricos e podem ser relevantes para tubos HDPE.

Por exemplo, um tubo HDPE enterrado pode sofrer carga externa-de longo prazo proveniente do solo. Um tubo de pressão pode sofrer estresse contínuo devido à pressão interna da água. Uma seção restringida pode sofrer deformação enquanto sua conexão limita o movimento.

O gasoduto real pode envolver fluência e relaxamento de tensão ao mesmo tempo.

Para um comprador, a lição importante é simples:O HDPE deve ser avaliado usando dados de desempenho de longo-prazo, em vez de apenas valores mecânicos de-curto prazo.

Onde o relaxamento do estresse pode se tornar mais relevante?

Um exemplo é uma seção de duto restrita.

Suponha que um longo pipeline de HDPE esteja conectado a uma estrutura rígida. O tubo quer responder à pressão, temperatura e movimento, mas a ligação limita esse movimento.

O material permanece em estado de tensão.

Com o tempo, o relaxamento do estresse altera a distribuição interna do estresse.

Outro exemplo é uma conexão restringida mecanicamente. O tubo pode sofrer deformação local ao redor da conexão, e o comportamento-de longo prazo do polímero torna-se parte do projeto da conexão.

A temperatura é outro fator.

O comportamento do polímero é fortemente afetado pela temperatura. À medida que a temperatura aumenta, o movimento molecular se torna mais fácil e os processos de deformação-de longo prazo podem se tornar mais significativos.

Isso significa que um tubo operando continuamente a uma temperatura mais elevada não pode ser avaliado automaticamente exatamente da mesma maneira que um tubo operando em condições ambientais normais.

Por que os dados-de longo prazo são mais importantes do que um número forte

Uma folha de dados pode fornecer um valor de resistência à tração como 20 MPa ou superior.

Esse número é útil, mas não é uma descrição completa do desempenho do canal-de longo prazo.

A resistência à tração geralmente descreve o que o material pode suportar sob uma condição de teste específica.

Um oleoduto mineiro, no entanto, pode permanecer sob pressão durante anos.

Por esse motivo, os materiais dos tubos de pressão-são normalmente avaliados usando o desempenho hidrostático-de longo prazo e outras propriedades-dependentes do tempo.

O objetivo é entender como o material se comporta após exposição prolongada a pressão, temperatura e estresse.

Isto é particularmente importante ao comparar diferentes produtos de HDPE que parecem semelhantes em uma folha de cotação básica.

O relaxamento do estresse significa que o HDPE é inadequado para aplicações de pressão?

Não.

O oposto está mais próximo do ponto.

O fato de o HDPE ter um comportamento{0}}dependente do tempo é um dos motivos pelos quais o projeto do tubo de pressão-de polietileno é baseado no desempenho do material a longo-prazo, e não apenas na resistência-de curto prazo.

Um tubo de pressão HDPE adequadamente projetado leva essas características em consideração.

A qualidade do material, a espessura da parede, a classe de pressão, a temperatura e o período de serviço esperado contribuem para o projeto final.

A função do comprador não é eliminar o comportamento do polímero. Isso não é realista.

O trabalho do comprador é garantir que o material selecionado e a estrutura do tubo sejam apropriados para as condições operacionais esperadas.

O que isso significa para a mineração subterrânea?

As tubulações subterrâneas de água de minas podem ser particularmente sensíveis à confiabilidade-de longo prazo.

Depois que um pipeline for instalado, o acesso poderá ser limitado. Uma falha pode interromper o fornecimento de água ou drenagem e exigir mão de obra e equipamentos adicionais.

Por esse motivo, o processo de seleção deve considerar como o tubo se comporta após a instalação, e não simplesmente como o novo tubo se comporta durante uma inspeção de entrada.

O HDPE oferece diversas características úteis no subsolo, incluindo resistência à corrosão, tenacidade e flexibilidade.

Seu comportamento-de longo prazo deve ser considerado como parte desse desempenho geral, em vez de ser tratado como um tópico de laboratório separado.

Parâmetros que os compradores devem verificar

Os valores exatos dependem do tipo de material selecionado e das especificações do fabricante.

O que deve ser incluído em uma consulta de compra?

Uma investigação útil deve conter mais do que:

"Tubo HDPE DN500, PN1,6 MPa."

É melhor informar ao fornecedor a pressão real de trabalho, a temperatura esperada, o ambiente de instalação e o serviço pretendido.

Se a tubulação permanecer continuamente pressurizada, isso deverá ser declarado.

Se a tubulação for conectada a equipamentos rígidos, envolver seções restritas ou acessórios especiais, essa informação também será útil.

Quanto mais precisamente a condição operacional for descrita, mais fácil será determinar se o tubo HDPE proposto é apropriado.

Perguntas frequentes

O relaxamento do estresse reduz a resistência do tubo HDPE?

O relaxamento de tensão altera o estado de tensão interna do polímero ao longo do tempo. Isso não significa que o tubo perca repentinamente a sua integridade estrutural. O projeto de tubulação de-pressão-de longo prazo leva em conta o comportamento-dependente do tempo do material.

Relaxamento do estresse é o mesmo que fluência?

Não. A fluência diz respeito ao aumento da deformação sob carga sustentada, enquanto o relaxamento da tensão diz respeito à diminuição da tensão interna sob deformação sustentada. Eles estão relacionados, mas descrevem respostas materiais diferentes.

Por que a temperatura é importante?

A temperatura afeta o comportamento do polímero. Temperaturas operacionais mais altas podem acelerar a deformação-dependente do tempo e influenciar o desempenho da pressão-a longo prazo.

Os compradores devem comparar tubos HDPE usando apenas a resistência à tração?

Não. A resistência à tração é apenas uma propriedade-do material a curto prazo. Para aplicações de pressão, o desempenho hidrostático-de longo prazo e as condições reais de operação são muito mais informativos.

O relaxamento do estresse é importante para todos os tubos HDPE?

Torna-se particularmente relevante quando o tubo é exposto a pressão sustentada, deformação ou restrição de longo prazo. A importância depende da aplicação.

Conclusão

O HDPE não é um material que deva ser avaliado apenas pela resistência de um novo tubo.

Sua estrutura de polímero proporciona flexibilidade e resistência úteis, mas também significa que sua resposta ao carregamento de longo-prazo depende do tempo-.

O relaxamento do estresse é uma parte desse comportamento.

Para compradores de mineração, compreender essa propriedade ajuda a colocar em perspectiva os valores de força de curto prazo. Uma tubulação destinada a operar no subsolo durante anos precisa ser avaliada de acordo com o que acontece durante esses anos, e não apenas com o que acontece durante o primeiro teste de pressão.

Saber mais sobre o comportamento-do material a longo prazo é mais uma maneira de evitar a escolha de um tubo de mineração com base em uma especificação incompleta.

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Relaxamento de tensão em tubos HDPE
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