Tubos de fibra de vidrio: ventajas, tecnología de

¿Cuál es la producción de tubos de fibra de vidrio? ¿Qué deben ser los tubos de fibra de vidrio según GOST? ¿Qué tan atractivas son sus características frente a soluciones alternativas? Tratemos de responder estas preguntas.

Muestras de tuberías con conexiones de diferentes tipos.

Que es

¿Qué es la fibra de vidrio? El nombre, en general, proporciona una imagen completa de la composición del material: el aglutinante (resina epoxi o poliéster) está reforzado con fibra de vidrio. El refuerzo proporciona resistencia a las cargas de tracción y flexión; El aglutinante asegura la resistencia a las cargas de choque.

Tenga en cuenta: las resinas utilizadas son termoestables típicos. Al endurecerse, se producen cambios químicos irreversibles en ellos; Si es así, a diferencia de los termoplásticos, la soldadura por resistencia de los productos es imposible. Pegamento, bridas para pernos, roscas, etc. se utilizan para conectar tuberías.

Conexión de la brida de la tubería de fibra de vidrio.

Historia de

La tecnología de producción se originó en los años cincuenta del siglo pasado, cuando comenzó la producción industrial de resinas epoxi. Como cualquier tecnología nueva, en la etapa inicial esto no era muy popular: la falta de experiencia en el uso de fibra de vidrio complementaba el bajo precio de los materiales tradicionales (acero, cobre y aluminio).

Alrededor de mediados de los 60, sin embargo, la imagen comenzó a cambiar.

Que paso

  • Los precios del acero y de los metales no ferrosos subieron.
  • El desarrollo comercial de los campos de petróleo y gas en alta mar ha comenzado. Los tubos de GRP (tubos) diferían favorablemente del metal por su bajo peso y, lo que es más importante, la resistencia a la corrosión: el contacto con el agua salada no causaba ningún daño, a diferencia de los productos de la competencia.
  • Finalmente, las tecnologías de producción de fibra de vidrio en sí mismas tampoco se detuvieron: se hizo más barata y más duradera.

El resultado no tardó en llegar: a fines de los años 60, la empresa estadounidense Ameron ingresó con sus tuberías de fibra de vidrio de alta presión primero en el mercado norteamericano y luego en el mercado del Medio Oriente. En los años 80, los fabricantes europeos y, un poco más tarde, soviéticos (más tarde, rusos) crecieron.

Los productos de Ameron todavía están en demanda en el mercado ruso, a pesar de la presencia de fabricantes nacionales.

Beneficios

¿Que la fibra de vidrio ha ganado popularidad?

La lista de sus ventajas no es demasiado grande, pero parece muy convincente.

  1. Muy razonable en el contexto del costo de los aceros de alta aleación e inoxidables..
  2. Resistencia a la corrosión y medios agresivos..

Es útil: si es necesario transportar líquidos especialmente agresivos, los elementos de la tubería están revestidos con polietileno de alta presión.

  1. Bajo peso. La resistencia específica de la fibra de vidrio (resistencia relacionada con la densidad) es 3.5 veces mayor que la del acero; Por lo tanto, las estructuras de igual resistencia de estos materiales diferirán en peso varias veces.
Con el mismo grosor de pared que el tubo de acero, la fibra de vidrio es inferior a su resistencia muy ligeramente.
  1. La posibilidad de obtener material con las propiedades mecánicas deseadas debido a un esquema de refuerzo específico.. Por ejemplo, el devanado de anillo de espiral de fibra de vidrio proporciona la mayor resistencia a la presión interna.

Producción

¿Cuál es la producción de tubos de fibra de vidrio?

Hasta la fecha, existen cuatro tecnologías principales de su fabricación.

Nombre Descripción
Extrusion La resina se mezcla con un endurecedor y fibra de vidrio cortada, después de lo cual se extruye a través de un agujero anular. La producción es barata, tecnológicamente, pero la falta de un marco de refuerzo regular afecta la resistencia final de los productos.
Pultrusión El tubo se forma entre los mandriles internos y externos. Ambas superficies son perfectas; Sin embargo, una serie de limitaciones tecnológicas no permiten producir tuberías de grandes diámetros y con una alta presión de trabajo.
Moldeo centrifugo El refuerzo es un manguito acabado de fibra de vidrio, que se presiona contra la superficie de una forma giratoria por fuerzas centrífugas. También contribuyen a una distribución uniforme de la resina en las futuras paredes. La principal ventaja de la tecnología es la capacidad de obtener una superficie exterior lisa; El principal inconveniente es la intensidad energética y, en consecuencia, el alto costo.
Sinuoso La fibra de vidrio impregnada con fibra (hilo, cinta o tela) se enrolla en un mandril cilíndrico. El equipo para la producción de tubos de fibra de vidrio por el método de bobinado es el más común debido a la relativa simplicidad y alto rendimiento.
Esquema de producción por el método de pultrusión.

El último método de producción tiene varias subespecies, por así decirlo. Vamos a conocerlos.

Anillo espiral enrollado

El apilador, un anillo con varios mecanismos de alimentación de hilo impregnados, corresponde a lo largo de un mandril giratorio. En cada paso, se coloca una capa de fibras con un paso constante; El esquema de colocación de los anillos, como recordamos, le permite alcanzar la máxima resistencia de la tubería en la rotura.

Curiosamente: la tensión previa del hilo también afecta favorablemente la resistencia final del producto, evitando la aparición de grietas bajo cargas de flexión.

El método de devanado de anillo espiral se utiliza para fabricar tuberías diseñadas para altas presiones de funcionamiento, componentes estructurales (incluidos soportes de torre de transmisión de potencia de material compuesto) e incluso los cascos de los motores de cohetes.

Fabricación de tubería espiral de anillo enrollado.

Bobina de cinta espiral

La diferencia con el método anterior es solo en el hecho de que en una pasada el apilador forma una cinta estrecha de una docena o dos fibras. En consecuencia, para la formación de refuerzo continuo se requieren muchos más pasajes; El refuerzo en sí es algo menos denso. La principal ventaja del método es mucho más simple y, en consecuencia, un equipo barato.

Enrollamiento longitudinal longitudinal.

La principal diferencia con respecto a los esquemas anteriores es que el bobinado se hace continuo: el apilador coloca simultáneamente las roscas longitudinal y transversal. Parecería que esto debería simplificar y abaratar la tecnología; Sin embargo, hay un problema puramente mecánico.

El mandril sobre el que se enrolla el futuro tubo gira; si es así, entonces las bobinas de las que se desenrolla el hilo del refuerzo longitudinal también deben girar. Además, cuanto mayor sea el diámetro de la tubería, mayores deben ser las bobinas.

Enrollador longitudinal-transversal.

Enrollamiento longitudinal transversal oblicuo.

Esta solución se desarrolló durante la vida de la Unión Soviética en Jarkov y se usó inicialmente en la producción de proyectiles de cohetes. Más tarde se generalizó en todo el espacio post-soviético.

¿Cuál es la esencia del método?

  • El apilador forma una cinta ancha de fibras paralelas impregnadas con aglomerante.
  • La cinta antes de enrollar el mandril se envuelve previamente con un hilo sin impregnación, formando posteriormente un refuerzo axial. Los hilos recogidos en la cinta forman, respectivamente, refuerzo transversal: la cinta se coloca a través del eje del mandril.
  • Después de colocar cada capa se enrollan los rodillos, se sella el refuerzo y se desplaza el exceso de aglomerante.

¿Cuál es la ventaja de tal esquema?

  • La posibilidad de producción continua. En una pasada, puede formar paredes gruesas arbitrariamente, simplemente cambiando la superposición de la cinta.
  • Alto rendimiento.
  • La capacidad de producir tubos de fibra de vidrio de gran diámetro (en teoría, sin ninguna restricción del tamaño máximo). Las dimensiones están limitadas solamente por el tamaño del mandril.
  • Contenido de fibra de vidrio extremadamente alto en el material acabado. Viene al 85% contra 45-65% con métodos alternativos. Esto afecta tanto a la resistencia final como a la inflamabilidad del producto.
Corte transversal - arrollamiento longitudinal.

Normas

La producción de productos de interés para nosotros está regulada por dos documentos reglamentarios:

  1. GOST R 53201-2008 contiene condiciones técnicas para la fabricación de tuberías con un diámetro de 50-200 mm en conexiones roscadas.
  2. Desarrollado con la participación de NTT LLC (New Pipe Technologies), GOST R 54560-2011 describe los detalles de los plásticos termoestables reforzados con fibra de vidrio.

Estudiamos las disposiciones básicas de los documentos.

GOST R 53201-2008

El modo de operación de tubería estándar es el siguiente:

  • Temperatura - de -60 a + 60C.
  • Humedad relativa - hasta el 100%.
  • La temperatura del líquido transportado es de hasta + 110 ° C.
  • Presión de trabajo - de 3.5 a 27.6 MPa.

Se proporcionan los siguientes usos para los productos descritos por la norma:

  1. Transporte de petróleo y gas condensado.
  2. Transporte de soluciones salinas (incluyendo agua de mar).
  3. La construcción de columnas elevadoras.
  4. Sujeción de pozos para diversos fines.
Carcasa desmontada.
  1. Mantener la presión del yacimiento en el desarrollo de depósitos subterráneos.
  2. Abastecimiento técnico y de agua potable.

La norma distingue tres tipos de tuberías:

Designación Descifrado
NK Bomba compresor
Oh Molesto
L Lineal

¿Cuáles pueden ser los diámetros de los tubos de fibra de vidrio producidos según GOST R 53201-2008 y sus otras características?

Bombeo y carcasa

Diámetro interno, mm Presión nominal, MPa Espesor mínimo de la pared, mm. Peso por metro, kg
50 6.9 - 27.6 4.3 - 8.4 1.6 - 3.3
63 6.9 - 27.6 4.6 - 10.7 2.2 - 5.5
100 10.3 - 17.2 8.1 - 12.2 5.8 - 8.2
150 10.3 - 17.2 13.5 - 15.0 14.0 - 14.9
200 10.3 13.6 16.5
En la foto - tubo de fibra de vidrio de alta presión.

Lineal

Diámetro interno, mm Presión nominal, MPa Espesor mínimo de la pared, mm. Peso por metro, kg
50 10.3 - 27.6 2.79 - 8.10 1.2 - 3.1
63 8.6 - 27.6 2.80 - 9.90 1.4 - 5.2
100 5.5 - 27.6 2.80 - 16.00 2.3-12.8
150 5.5 - 13.8 4.57 - 11.20 5.1 - 12.2
200 5.5 - 13.8 5.84 - 14.70 8.6 - 22.6

Además de los tamaños de tubería, el documento contiene instrucciones detalladas para la fabricación de accesorios con una indicación de las dimensiones básicas, los requisitos de apariencia, las tolerancias máximas y el etiquetado de todos los productos.

GOST R 54560-2011

El estándar describe tuberías que funcionan en condiciones mucho más suaves que las descritas anteriormente:

  • Presión de funcionamiento - hasta 3.2 MPa;
  • Temperatura media - hasta 35 ° C;
  • Líquidos transportados - agua, soluciones de agua y drenajes (domésticos e industriales).
Los suaves requisitos de resistencia permiten gestionar las paredes de bajo espesor.

Importante: la acción de GOST no se aplica a las tuberías de suministro de agua doméstica y aguas residuales.

En el marco del documento, los productos se clasifican de acuerdo con los siguientes criterios:

  • Diámetro (DN). El rango de valores es de 300 a 3000 milímetros.
  • Presión nominal (PN). Para tuberías sin presión, el concepto de PN en sí es bastante arbitrario y se considera que es de 0,1 a 0,4 MPa; Para la presión, toma los valores de 0.6, 1.0, 1.6, 2.0, 2.5 y 3.2 MPa.
  • Rigidez nominal (SN). También se mide en megapascales y puede ser igual a 1250, 2500, 5000 y 10000.

Tenga en cuenta que: cuando instale un sistema de alcantarillado de fibra de vidrio con sus propias manos, debe tener en cuenta que, en principio, no se recomiendan las tuberías SN 1250 para la instalación subterránea, y se recomienda colocar SN 2500 en bandejas.

Para la instalación subterránea se utilizan tuberías de paredes gruesas de alta rigidez.

El documento, al igual que el anterior, enumera las dimensiones principales de todos los tipos de accesorios y los requisitos de apariencia, resistencia, marcado y métodos de refuerzo.

Conclusión

Por supuesto, en nuestro material tocamos solo una pequeña parte de un tema muy extenso sobre el uso de fibra de vidrio. No hemos descubierto si es posible utilizar tuberías de fibra de vidrio para calefacción o aguas residuales domésticas, lo bueno que son en el fondo de metal-polímero o productos totalmente de plástico. Algunas de estas preguntas afectan el video en este artículo. ¡Éxitos!

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