Sistemas de tuberías no metálicos: GRP
Dentro de la familia de las tuberías no metálicas existen distintos tipos utilizados en la industria: GRP (Fibra de Vidrio Reforzada), PVC, PP (Polipropileno), HDPE (Polietileno de alta densidad) entre otras.
Este tipo de tuberías se suele utilizar en plantas industriales, petroquímicas, depuradoras de agua, desalinizadoras de agua de mar y en plantas de generación de energía.
Una de las más utilizadas son las tuberías de GRP por su alta resistencia mecánica, su ligereza en lo que al peso se refiere (Mejor ratio peso/resistencia que el acero) y también por su resistencia a la corrosión. Debido a ello, este artículo se centras en los sistema de tuberías de GRP (Glass-reinforced Glass).
1. Tuberías fabricadas con GRP
Estas tuberías se componen de dos elementos, una matriz y un elemento que aporta resistencia mecánica. La matriz suele ser algún tipo de resina sintética que se selecciona en función de su resistencia química y de su temperatura admisible de trabajo. Las fibras son las encargadas de aportarles las propiedades mecánicas, siendo habitualmente fibras de vidrio. Por ello, estas tuberías se conocen también como “tuberías de material compuesto”. Dependiendo de cómo se dispongan las fibras se lograrán diferentes propiedades mecánicas en la tubería.
Configuración y laminación de una tubería de GRP.
Máquina de laminación de tuberías de GRP.
2.Normativa
La normativa utilizada en este tipo de sistemas de tuberías fue evolucionando con el tiempo. En un comienzo la norma BS 7159 y la OKOOA fueron las pioneras, siendo la norma ISO 14692 la referencia actual de aplicación para la gran mayoría de instalaciones industriales.
La norma ISO 14692 abarca todo el espectro necesario para reglamentar su uso. Se compone de 4 apartados, mencionando las características principales de las tuberías GRP, su control de calidad y ensayos, el diseño de la tubería y accesorios y por último el método fabricación montaje y operación de las tuberías.
Jerarquía de códigos normas para la selección y el diseño de sistemas de GRP.
3.Análisis de flexibilidad y estrés bajo normativa ISO 14692
Para realizar el análisis de un sistema de tuberías construido en GRP será necesario considerar y definir ciertas propiedades del material. Para ello, es de vital importancia que el fabricante seleccionado suministre todos los parámetros y propiedades de los componentes en función de las condiciones a las que estará expuesto el sistema. Estas condiciones serán presión, temperatura, diámetros y espesores entre otras, y vendrán dadas por las características y necesidades de cada proyecto.
Si bien es cierto que la tendencia actual es la de estandarizar todos estos parámetros, lo cierto es que dependen del método usado por cada fabricante, por lo que si las características adoptadas al principio del proyecto no coinciden con el suministrador escogido, el análisis realizado no se corresponderá con la realidad.
Una característica de este tipo de sistemas es que los espesores de los accesorios (codos, tés, etc) son mayores a los espesores de las secciones de tuberías.
A continuación se muestran dos tablas típicas donde se puede visualizar todos los parámetros necesarios para realizar la entrada de datos en el programa de cálculo.
Hoja de datos de una tubería de GRP.
Hoja de datos de una tubería de GRP.
4.Propiedades mecánicas y físicas de los materiales GRP
Los materiales que componen las tuberías de GRP son del tipo ortótropicos, a diferencia de los aceros que son del tipo isótropicos. Las propiedades mecánicas en una dirección especifica son las mismas en todo el material (por ejemplo la axial) y las propiedades en todas las direcciones perpendiculares a la primera también serán iguales (Hoop), pero distinta a las anteriores. Esta diferencia en el comportamiento mecánico lleva a tener dos módulos de elasticidad para un mismo material, el Ea (Axial modulus) y el Eh (Hoop modulus).
Los valores del módulo de elasticidad del GRP son bajos respecto al del acero, lo que significa que el material tendrá una mayor deformación ante una misma tensión si lo comparamos con el acero. Algunos valores típicos oscilan en los 10.000 MPA para Ea.
Debido a esta característica del GRP se desprende que al deformarse más que el acero es importante en el estudio de flexibilidad trabajar con las rigideces de los soportes de tubería. Esto hará evitar, si el trazado es flexible, puntos de sobretensiones y además las cargas obtenidas en los soportes serán valores más bajos y por consiguiente el diseño del soporte menos robusto y más económico.
La densidad de la tubería es una propiedad muy importante que tener en cuanta ya que se calculará el peso a la tubería con dicho valor y por consiguiente se verá reflejada en el cálculo de las tensiones.
Otra propiedad física pero no tan importante como la densidad del material es el coeficiente de dilatación térmica del material con el que se va a fabricar la tubería.
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