FRP ( plásticos reforzados con fibra de vidrio , también conocidos como GRP, o plásticos reforzados con vidrio) es un material compuesto moderno de construcción para equipos de plantas químicas como tanques y recipientes . Los equipos químicos que varían en tamaño desde menos de un metro hasta 20 metros [1] se fabrican utilizando FRP como material de construcción.
Los equipos químicos FRP se fabrican principalmente mediante procesos de enrollado manual y devanado de filamentos . BS4994 sigue siendo un estándar clave para esta clase de artículos.
Laminado doble
Debido a la naturaleza resistente a la corrosión del FRP, el tanque se puede fabricar completamente con el material compuesto o se puede usar un segundo revestimiento. En cualquier caso, el revestimiento interior se fabrica con propiedades de material diferentes a las de la parte estructural (de ahí el nombre dual (que significa dos) y laminado (una palabra que se usa comúnmente para una capa de un material compuesto))
El revestimiento, si está hecho de FRP, suele ser rico en resina y utiliza un tipo diferente de vidrio , llamado "C-Glass", mientras que la parte estructural usa "E-Glass". El revestimiento termoplástico suele tener un grosor de 2,3 mm (100 milésimas de pulgada ). No se considera que este revestimiento termoplástico contribuya a la resistencia mecánica. El revestimiento de FRP generalmente se cura antes de que continúe el enrollado o el laminado, utilizando un sistema BPO / DMA o un catalizador MEKP con cobalto en la resina .
Si el revestimiento no está hecho de FRP, existen múltiples opciones para un revestimiento termoplástico. El ingeniero deberá diseñar el tanque en función de los requisitos de corrosión química del equipo. PP , PVC , PTFE , ECTFE , ETFE , FEP , CPVC , PVDF se utilizan como revestimientos termoplásticos comunes.
Debido a la debilidad del FRP al pandeo , pero su inmensa resistencia contra las fuerzas de tracción y su resistencia a la corrosión, un tanque hidrostático es una aplicación lógica para el compuesto. El tanque está diseñado para resistir las fuerzas hidrostáticas requeridas al orientar las fibras en la dirección tangencial. Esto aumenta la resistencia del aro , haciendo que los tanques sean anisotrópicamente más fuertes que el acero (libra por libra).
El FRP que se construye sobre el revestimiento proporciona los requisitos de resistencia estructural para soportar condiciones de diseño como presión interna o vacío , cargas hidrostáticas, cargas sísmicas (incluido el chapoteo de fluidos), cargas de viento , cargas hidrostáticas de regeneración e incluso cargas de nieve .
Aplicaciones
Los tanques y recipientes de FRP diseñados según BS 4994 se utilizan ampliamente en la industria química en los siguientes sectores: fabricantes de cloro-álcali, fertilizantes, pulpa y papel de madera, extracción de metales, refinación , galvanoplastia , salmuera , vinagre , procesamiento de alimentos y en el aire. equipos de control de la contaminación, especialmente en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y plantas de tratamiento de agua .
Tipos
Los tanques y recipientes de proceso de FRP se utilizan en diversas aplicaciones comerciales e industriales, que incluyen aplicaciones químicas, de agua y aguas residuales, alimentos y bebidas, minería y metales, energía, energía y aplicaciones de alta pureza.
Depuradores
Los depuradores de FRP se utilizan para depurar fluidos . En la tecnología de control de la contaminación del aire, los depuradores vienen en tres variedades, medios secos, medios húmedos y biológicos.
Medios secos
Los medios secos generalmente implicaban un medio sólido seco (como carbón activado ) suspendido en el medio del recipiente en un sistema de soportes de vigas y rejillas. El medio controla la concentración de un contaminante en el gas entrante mediante adsorción y absorción .
Estos buques tienen varias limitaciones de diseño. Deben estar diseñados para
- Descarga y recarga de medios
- Efectos corrosivos del fluido a tratar
- Presión interna y externa
- Cargas ambientales
- Cargas de soporte para la rejilla y el sistema de soporte
- Elevación e instalación de la embarcación
- Regeneración de los medios dentro del recipiente.
- Soportes de pila internos para una construcción de cama doble
- Redundancia para mantenimiento preventivo
- Desempañado para eliminar los líquidos que degradan los medios secos
- Eliminación de condensado, para eliminar cualquier líquido que se condense dentro del recipiente.
Medios húmedos
Los depuradores de medios húmedos generalmente empapan el fluido contaminado en una solución de depuración. Estos recipientes deben diseñarse con criterios más estrictos. Las limitaciones de diseño de los depuradores de medios húmedos suelen incluir:
- Los efectos corrosivos del fluido contaminado y la solución de lavado.
- Las altas presiones y la carga de un sistema de pulverización.
- Aerodinámica de los medios internos para garantizar que no haya bypass
- Sistemas de apoyo interno
- Depósito de líquido de lavado para recirculación.
- Presión interna y externa
- Cargas ambientales
- Elevación e instalación de la embarcación
- Fontanería del líquido de lavado al recipiente
- Drenaje para eliminar los fluidos del sumidero del recipiente
En el caso de un descarbonador , utilizado en sistemas de ósmosis inversa para limitar la concentración de gases en el agua, el aire es el líquido de lavado y el líquido rociado es la corriente contaminada. A medida que el agua se pulveriza fuera del lavador, el aire extrae los gases acuosos del agua para tratarlos en otro recipiente.
Biológico
Los depuradores biológicos son estructuralmente idénticos a los depuradores de medios húmedos, pero varían en su diseño. El recipiente está diseñado para ser más grande, por lo que el aire se mueve más lentamente a través del recipiente. El medio está diseñado para estimular el crecimiento biológico y el agua que se rocía a través del recipiente está llena de nutrientes para estimular el crecimiento de bacterias . En tales depuradores, las bacterias frotan el contaminante. Además, en lugar de un sistema de soporte grande y único (por lo general, 10 pies de profundidad de medios para depuradores químicos), existen múltiples etapas de soporte de medios, que pueden cambiar los requisitos de diseño de la embarcación. (Consulte el biofiltro para ver una tecnología similar que generalmente se realiza fuera de un recipiente de FRP).
Tanques
Un tanque de almacenamiento típico hecho de FRP tiene una entrada, una salida, un respiradero, un puerto de acceso , un drenaje y una boquilla de desbordamiento. Sin embargo, hay otras características que se pueden incluir en el tanque. Las escaleras en el exterior permiten un fácil acceso al techo para la carga. La embarcación debe estar diseñada para soportar la carga de alguien de pie en estas escaleras, e incluso para soportar una persona de pie en el techo. Los fondos inclinados permiten un drenaje más fácil. Los medidores de nivel permiten que alguien lea con precisión el nivel de líquido en el tanque. El recipiente debe ser resistente a la naturaleza corrosiva del fluido que contiene. Por lo general, estos recipientes tienen una estructura de contención secundaria, en caso de que el recipiente explote.
Tamaño
El tamaño de los recipientes de FRP rara vez está limitado por la tecnología de fabricación , sino más bien por la economía . Los tanques de menos de 7.500 litros (2.000 galones ) se fabrican fácilmente con materiales más baratos, como HDPE o PVC. Los tanques de más de cuatro metros generalmente están limitados por restricciones de envío , y la economía sugiere un tanque de concreto o acero fabricado en la ubicación del tanque .
Para el almacenamiento de productos químicos y el control de la contaminación del aire , la opción es fabricar varios tanques de diámetros más pequeños . Por ejemplo, uno de los proyectos de control de olores más grandes en California , el Distrito Sanitario del Condado de Orange utilizará 24 [2] recipientes en total para tratar 188,300 cfm (86,200 L / s) de aire oloroso, con un diseño de hasta 50 ppm de hidrógeno. sulfuro . [3] Para que un solo recipiente equivalente funcione tan bien como los 13 filtros de goteo de los cabezales , el único recipiente tendría que tener más de 36 pies de diámetro. [4] Esto no sería práctico debido a los altos requisitos de envío, soportes internos, boquillas de aspersión y otros componentes internos. Además, este único recipiente no incorporaría redundancia para el mantenimiento preventivo .
Limitaciones
Los límites típicos de los recipientes y construcciones de FRP se basan casi en su totalidad en los parámetros de aplicación y las resinas utilizadas. La resina termoplástica sufrirá fluencia a temperaturas elevadas y finalmente fallará. Sin embargo, la nueva química ha producido resinas que afirman poder alcanzar temperaturas aún más altas, lo que amplía enormemente este campo. El máximo típico es 200 grados Celsius.
Los recipientes y construcciones de fibra de vidrio también son susceptibles a la degradación por exposición prolongada a la luz solar. Este deterioro es provocado por cambios químicos que ocurren como resultado de la exposición a la porción de luz ultravioleta (UV). La degradación da como resultado los tanques y construcciones de fibra de vidrio, que abren poros en la superficie, lo que permite que el estireno salga del recipiente o las paredes de la construcción, lo que hace que se vuelvan frágiles, lo que reduce la resistencia al impacto y las propiedades potenciales de alargamiento de la pieza. La degradación de la luz ultravioleta se puede inhibir eficazmente mediante la adición de gelcoats y selladores exteriores, que protegen la estructura de fibra de vidrio al eliminar el acceso de los rayos ultravioleta a la superficie del producto, desviando así la energía ultravioleta.
La vida útil UV de una pieza depende del nivel y tipo de aditivo UV, así como del grosor y diseño de la pieza, el tipo de pigmento, el nivel y la eficacia de la dispersión, las condiciones de procesamiento y la ubicación geográfica donde se utiliza la pieza moldeada (ver Figura 3). Al comparar el rendimiento UV de la resina, es importante asegurarse de que las pruebas se hayan realizado de forma constante. En la Figura 1, se presentan datos de meteorización acelerada. Generalmente, 2000 horas corresponden a 1 año en Florida y 1400 horas a 1 año en el sur de Canadá. A menudo se utilizan términos como “UV-8”. UV-8 significa que el material puede soportar 8.000 horas en un meteorómetro Xenon Ci-65. UV-2 o UV-4 significarían 2.000 o 4.000 horas respectivamente. Por lo tanto, UV-8 corresponde a aproximadamente 4 años de exposición continua al aire libre en Florida. Es importante comprender qué meteorómetro, es decir, de arco de carbono o xenón, se utilizó, así como los detalles de cómo se hizo funcionar el meteorómetro. ASTM D-2565 es el estándar reconocido. Las pruebas se pueden realizar utilizando la exposición real a la intemperie al aire libre, como Florida y Arizona, para confirmar estos datos. Nota La Figura 1 utiliza los criterios estándar de la industria de cuando la muestra ha alcanzado menos del 50% de su alargamiento de rotura original para determinar el final de la prueba. En la mayoría de los casos, la vida útil de la pieza se extiende más allá de este punto. Todas las muestras de la Figura 1 no están pigmentadas, tal como las suministra Exxon Chemical. Los datos de la prueba de rendimiento UV se pueden encontrar en nuestras hojas de datos para cada grado específico. Características de estabilidad a la luz Estabilización ultravioleta (UV) Los plásticos son atacados y se deterioran cuando se exponen a la luz solar directa. Cuando los tanques de plástico absorben la luz ultravioleta del sol, la energía ultravioleta excita las cadenas de los polímeros y hace que se rompan. Los efectos son decoloración, fragilidad y eventual agrietamiento. Las temperaturas elevadas y el oxígeno tienden a acelerar el deterioro. Los tanques listados como aptos para servicio al aire libre están protegidos contra el ataque de los rayos UV: coloreando o pigmentando y / o agregando estabilizadores internos que absorben o disipan preferentemente la energía UV. Sombrear los tanques del sol también evitará el deterioro. Los tanques deben poder expandirse o contraerse libremente, evite una tensión excesiva en el tanque. Para obtener ayuda para seleccionar el tanque apropiado para una aplicación específica, consulte las Guías de selección de resina para tanques con fabricantes de resina de renombre. Los recursos se publican al [5] ubicar referencias adicionales a ISOLINAS AVENGENERALES DE RADIACIÓN GLOBAL Y HAY EFECTOS EN LOS POLÍMEROS Años = 70 x índice UV (la isolina de su ubicación) (de la Figura 3) Ejemplo: Parte natural, moldeada correctamente, usando aditivo UV-8 Paquete para uso en Florida, es decir, Florida = 140 Kcal / cm @ 2 / año. (de la Figura 3) Por lo tanto, años “esperados” = 70/140 x 8 = 4 años (hasta que quede el 50% de las propiedades originales de elongación de rotura.
Piense en proteger sus inversiones de fibra de vidrio de los rayos UV, de la misma manera que protegería a sus hijos con protector solar; los gelcoats son protectores solares para sus tanques, embarcaciones y otras construcciones de fibra de vidrio.
Estándares de diseño
Los tanques de fibra de vidrio están sujetos a la regulación de varios grupos.
- Bs4994 -87 es el estándar británico para tanques y embarcaciones de FRP reemplazado por EN 13121.
- EN 13121
- ASME RTP-1 (Equipo resistente a la corrosión de plástico termoestable reforzado) es el estándar para tanques y recipientes de FRP que se mantienen dentro de los Estados Unidos a menos de 15 psig y se ubican parcial o totalmente sobre el suelo .
Los parámetros y especificaciones de diseño típicos requerirán el cumplimiento de ASME RTP-1 o la acreditación de ASME.
- ASTM 3299, que es solo una especificación de producto, rige el proceso de bobinado de filamentos para tanques. No es un estándar de diseño.
- SS245: Norma de Singapur de 1995 para tanques seccionales de almacenamiento de agua de PRFV.
Bs4994
Para evitar la incertidumbre asociada con la especificación del espesor solo, BS4994 introdujo el concepto de "propiedades unitarias". Es propiedad por unidad de ancho, por unidad de masa de refuerzo. Por ejemplo, la FUERZA DE LA UNIDAD se define como la carga en Newton por milímetro (de ancho de laminado) para una capa que consta de 1 kg de vidrio por metro cuadrado. es decir, la unidad es N / mm por Kg / m2 de vidrio
ASME RTP-1
En las especificaciones RTP-1, las preocupaciones principales relacionan la tensión y la deformación , como la tensión del aro, la tensión axial y la tensión de rotura con las propiedades físicas del material, como el módulo de Young (que puede requerir un análisis anisotrópico debido al proceso de bobinado del filamento). ). Estos están relacionados con las cargas del diseño, como la presión interna y la deformación.
BS EN 13121
Esta norma europea reemplaza a BS4994-87, que ahora está marcada como Actual, Obsolescente, Reemplazada.
SS245: 1995
Este es el estándar de Singapur para el tanque de agua seccional de PRFV, que es el actual.
Artículos
Mitsubishi Chemical Infratec
Ver también
- BS EN 13121-3
- BS 4994
Referencias
- ^ "Los tanques de almacenamiento de ácido de FRP más grandes del mundo". Plásticos reforzados . 49 : 26-29. 2005-11-18. doi : 10.1016 / s0034-3617 (05) 70798-0 .
- ^ [1] Página 12, Planta 2 Planta de obras de cabecera
- ^ Carollo Engineers , Especificación 11395D.1.3.A.3 Reemplazo de la cabecera de la planta No. 2 del distrito de saneamiento del condado de Orange (trabajo No. P2-66)
- ^ Dado que el área debe mantenerse para mantener la velocidad reducida,
- ^ Raventank.com
Ejemplo de un tanque seccional de PRFV. https://www.mechgroup.co.uk/grp-sectional-tanks Ejemplo de tanques cilíndricos de PRFV. https://www.mechgroup.co.uk/grp-cylindrical-tanks
Otras lecturas
- BS 4994: 1987 - Especificación para el diseño y construcción de recipientes y tanques en plásticos reforzados . Estándares británicos. 1987-06-30. ISBN 0-580-15075-5.
- "Estudio de caso de diseño de recipientes a presión" . Tecnología ESR. Archivado desde el original el 12 de mayo de 2007. - un estudio de caso del proceso de diseño de un recipiente cilíndrico, utilizando la metodología BS 4994
- Fabricación de tanques y recipientes de FRP
- "Tapas de tanques de PRFV: cómo cumplir con los requisitos reglamentarios de manera rentable" . Compuestos coventivos. - Tapas de tanques de PRFV: cómo cumplir con los requisitos reglamentarios de manera rentable