ES2360780B1 - Procedimiento de fabricación de un tubo metálico recubierto interiormente por un tubo de material polimérico y tubo así fabricado. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de un tubo metálico recubierto interiormente de un tubo de material polimérico para su aplicación en cualquier instalación o sistema que requiera una alta resistencia a la corrosión y a la presión, y tubo así fabricado, consistiendo dicho procedimiento en enfriar un tubo de material polimérico para contraerlo e introducirlo en el interior de un tubo metálico previamente tratado y recubierto con pintura epoxídica. El tubo metálico debe presentar un diámetro interior ligeramente inferior al diámetro exterior del tubo de polímero, de forma que al adquirir de nuevo la temperatura ambiente, el tubo de polímero ya introducido en el de metal queda fuertemente encajado y adherido, formando el recubrimiento interior del tubo metálico.
Description
Procedimiento de fabricación de un tubo metálico recubierto interiormente por un tubo de material polimérico y tubo así fabricado.
Sector técnico de la invención
La presente invención describe un procedimiento para la fabricación de un tubo metálico recubierto interiormente por un tubo de material polimérico para su uso en instalaciones o sistemas que requieran soportar altas presiones y resistencia a la corrosión como, por ejemplo, en desaladoras, en instalaciones químicas y petroquímicas, etc. Asimismo, la presente invención describe el tubo así fabricado.
Antecedentes de la invención
El tratamiento superficial de tubos metálicos, bien sea por su parte externa o interna, se ha realizado desde la antigüedad con diversos fines, especialmente la protección de los mismos frente a la agresión química y corrosión. Normalmente, este tratamiento superficial consiste en un recubrimiento con pintura altamente resistente. Sin embargo, a veces no es suficiente este recubrimiento, pues ciertas instalaciones o sistemas sometidos a agresiones químicas y a elevadas presiones o fluctuaciones de presión requieren tubos que presenten una gran resistencia no sólo química, sino también física.
Así, por ejemplo, en el procedimiento para la desalación de agua de mar, según el principio de ósmosis inversa, se hace circular, impulsado por una bomba de alta presión, una corriente de agua de mar pretratada por una instalación de ósmosis con membrana, donde se separa en agua pura sin presión y una solución con alto contenido en salmuera todavía a elevada presión, por lo que en este caso son necesarios conductos que resistan la agresión del agua del mar
o de una solución con alto con tenido en salmuera, así como una elevada presión.
Estos conductos deben estar diseñados de forma apropiada para soportar las altas presiones a las que están sometidas y la agresión del agua del mar y concentrados de sales residuales.
Cuando se busca un tubo que resista altas presiones y al mismo tiempo sea resistente a las corrosiones del fluido que circula por él, sin duda se eligen metales o aleaciones adecuadas. En alta presión se emplea como material principal de los tubos el acero inoxidable de alta calidad y de aleaciones muy específicas, que soporta la agresividad y las presiones. Actualmente, se está derivando el consumo hacia el titanio, por ser mucho más resistente a las complejas corrosiones de las que son vulnerables los aceros inoxidables.
Por otra parte, la gran diferencia de precio entre los aceros inoxidables de muy alta calidad empleados en desalación y el acero al carbono que no resiste los ataques del agua del mar ni siquiera las del agua potable, hace que se estén buscando soluciones alternativas con aceros protegidos con pinturas muy resistentes como las epoxídicas o recubrimientos experimentales de polímeros fundidos o proyectados dentro del interior del tubo. Hasta ahora los resultados no son del todo satisfactorios, porque los espesores en proyecciones y aspersiones o espolvoreados de pinturas epoxídicas con polimerización en hornos solo son de mieras o como mucho décimas de milímetros, por lo que el éxito de la protección queda a expensas de la resistencia del epoxi o polímero proyectado. Solo para agua potable ya es un problema, pero si lo incrementamos con la agresividad de productos químicos o concentrado salinos, el problema es bastante mas grave y hasta ahora no ha sido resuelto.
Para los sistemas de desalación en baja presión, se usan tubos de polímeros resistentes al agua del mar como son los cloruros de polivinilo (PVC), el polipropileno (PP) o bien polietileno de alta densidad (PEAD) que ofrece mejores resultados.
Históricamente ha existido siempre un problema con los polímeros, y es su escaso rango de temperatura de trabajo. El que resiste temperaturas altas, no vale para bajas porque se convierte en un material tremendamente quebradizo y el que no resiste temperaturas altas es ya de por sí muy blando a temperatura ambiente. A temperaturas muy bajas, del orden de los -50ºC, rompen casi todos los polímetros, o se hacen inadecuados para trabajar en esas condiciones.
Sin embargo, la tecnología de los polímeros ha avanzado tanto en las ultimas décadas que existen ya algunos de ellos capaces de resistir temperaturas criogénicas de -196ºC, hasta el punto de emplearse como simples recipientes
o bolsas para almacenar productos de este rango de temperaturas. Uno de estos polímetros, es el polietileno (PE) y mejor aún el polietileno de alta densidad (PEAD), entre otros.
No se conocen hasta el momento tubos de acero al carbono recubiertos interiormente con pinturas o recubrimientos que resistan los millones de estiramientos y compresiones alternativas a las que se pueden ver sometida una cámara isobárica para desalación en ósmosis inversa en un solo año de vida. Las grandes fluctuaciones de presión dan lugar a fisuras y grietas en los tubos recubiertos de pintura que les hacen inservibles.
Por ello, la presente invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento para la fabricación de un tubo metálico, de acero al carbono, recubierto interiormente por otro tubo de material polimérico de igual, menor o mayor espesor que el tubo metálico, para su aplicación en cualquier instalación que lo requiera como, por ejemplo, las desaladoras, las industrias químicas o refinerías de petróleos. El tubo obtenido, recubierto interiormente, presenta una gran resistencia a la presión y a las corrosiones salinas o disolventes y ácidos.
Descripción de la invención
El procedimiento para la fabricación de un tubo metálico recubierto interiormente por un tubo de material polimérico para su aplicación en desalación consiste, en primer lugar, en el acondicionamiento del tubo metálico, para lo cual el tubo, adecuadamente mecanizado en sus extremos con sus bridas de acoples del sistema que convenga, se limpia, desengrasa y se le da un tratamiento de wash-primer, seguido de una imprimación o un recubrimiento de pintura epoxídica. El recubrimiento de pintura se deja polimerizar, con o sin calor, dependiendo del sistema. La protección interna no tiene que ser de mucho espesor, es más importante la protección externa, ya que interiormente se va a recubrir con un tubo de polímero que quedará comprimido contra la pared del tubo de acero al carbono.
Como material metálico se usa preferiblemente acero al carbono o de acero galvanizado, o inoxidables de baja calidad.
A continuación se lleva a cabo el recubrimiento interior del tubo metálico, usando, para dicho recubrimiento, un tubo de polímero. El material polimérico debe ser altamente resistente a la presión y al agua del mar o al producto químico para el que esté diseñado y sobretodo que resista bien las bajas temperaturas.
El tubo de polímero se enfría inicialmente con objeto de contraerle y reducir su diámetro, para ello se puede usar cualquier máquina frigorífica que de una temperatura por debajo de 0ºC lo suficientemente baja para conseguir la contracción adecuada, pero un procedimiento industrial que resulta rentable para bajar la temperatura de forma considerable, hasta el extremo de que se emplea en la congelación de alimentos, es sumergir la pieza en una bañera de nitrógeno líquido (-196ºC). La bañera puede ser horizontal con doble pared al vacío como aislante o también puede ser de forma tubular y vertical con la boca superior abierta.
Como material polimérico se usa preferiblemente polietileno de alta densidad (PEAD), por ser éste un polímero que soporta, sin romperse, la temperatura de la nieve carbónica o hielo seco (-79ºC) y del nitrógeno líquido (-196ºC).
Los diámetros internos del tubo metálico y externo del tubo de polímero se deberán diferenciar en un valor por encima un 1%, siendo siempre mayor el diámetro externo del tubo polimérico.
El coeficiente de dilatación del polietileno es 2,2.10−4 y el del acero 10.10−6, es decir, que es del orden de 22 veces mayor el del polímero que el del acero.
La dilatación de un tubo en diámetro, por la gran relación que hay del diámetro al espesor, se puede considerar, una dilatación lineal de la circunferencia.
La variación del diámetro (D) con la temperatura (T) puede expresarse como:
Δ D =D*K*ΔT
Donde K es el coeficiente de dilatación del material empleado.
Con nitrógeno líquido, desde la temperatura ambiente hasta -196ºC, el polietileno sufre una contracción aproximada del 4,7%.
Una vez sacado el tubo de polímero de la bañera de nitrógeno líquido, se introduce rápidamente en el interior del tubo de acero al carbono dejándolo descender dentro del tubo de acero si éste está en posición vertical o bien empujándolo por una cadena sinfín, una correa dentada, un cable de acero, un pistón neumático o cualquier tipo de mecanismo de tracción, guiado por unos carriles, si el tubo de acero se encuentra en posición horizontal.
Como el diámetro exterior del tubo de polietileno a temperatura ambiente es al menos un 1% mayor al diámetro interno del tubo metálico (por ejemplo de 1.5%), al enfriarlo sufre una contracción del 4,7% en el tubo de polímero, por lo que queda un margen de holgura (4,7-1,5= 3,2%) más que suficiente para que pase con facilidad por el tubo metálico.
Cuando el tubo de polímero vuelve a adquirir la temperatura ambiente se dilata de tal forma que queda fuertemente embutido dentro del tubo metálico, sin dejar lugar a holgura, quedando fuertemente comprimido.
El tubo de polímero puede ser unos centímetros más largo que el tubo de acero, con el fin de refrentar las cabezas y dejarlas a faz si conviene.
El espesor del tubo polimérico puede ser mayor, menor o igual que el espesor del tubo metálico, pero este espesor del tubo polimérico debe ser suficiente como para mantener su consistencia y rigidez.
Descripción de las figuras
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1: Vista en perspectiva de un tubo de polímero contraído introduciéndose en un tubo metálico.
Figura 2: Sección del tubo metálico recubierto interiormente por tubo de polímero En dichas figuras, las diferentes referencias que en ellas aparecen tienen las siguientes significaciones:
1.-Tubo de polímero contraído.
2.-tubo metálico.
Realización preferente de la invención
Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el procedimiento de fabricación según una realización preferente.
En una realización preferente, un tubo de acero al carbono (2) DE 6” diam. ext, y de 154,08 mm de diámetro interno se limpia, desengrasa y se le da un tratamiento de wash-primer, seguido de la aplicación de una pintura epoxídica y tratamiento térmico.
Por otra parte, un tubo de polietileno con un diámetro externo (D) de 156.5 mm (1,5% mayor que el diámetro interno del tubo de acero) se sumerge en un baño Dewar vertical de nitrógeno líquido hasta que el polietileno baja su temperatura hasta alcanzar la del nitrógeno líquido. Consecuentemente el tubo de polietileno se contrae (1).
La disminución del diámetro (Δ D) del tubo de polietileno (12) será la siguiente, suponiendo que la temperatura ambiente es de 20ºC (t) y la del nitrógeno líquido (t’) de -196ºC: como ΔT = -t+t’= -20-196 = -216ºC y K = 2,2.10−4, Δ D=D·K·ΔT = 156.5*(2,2.10−4)*(-216)= -7,43 mm.
La disminución del diámetro es suficiente como para poder introducir el tubo de polietileno (1) dentro del tubo de acero (2).
Se saca el tubo de polietileno (1) del baño y se introduce rápidamente dentro del tubo de acero (2) dejándolo descender dentro del tubo de acero.
Cuando el tubo de polietileno (1) que recubre interiormente al tubo de acero (2) alcanza de nuevo la temperatura ambiente, se dilata quedando fuertemente encajado y comprimido contra las paredes del tubo de acero (3).
De esta forma se consiguen solventar los problemas referentes a la corrosión y a las altas presiones con los que se encuentran los tubos existentes en el estado de la técnica, sin un coste elevado y con sencillo procedimiento de fabricación.
Una aplicación del tubo fabricado implicaría su utilización en cámaras isobáricas de las empleadas en desaladoras por ósmosis inversa. No obstante, la tecnología aquí divulgada se puede extender a cualquier sector de la industria que requiera un tubo de estas características.
Claims (14)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la fabricación de un tubo metálico recubierto interiormente por un tubo de material polimérico (3) caracterizado porque partiendo de un tubo de material polimérico (1) y un tubo metálico (2), siendo el diámetro interno del tubo metálico (2) menor que el diámetro externo del tubo polimérico comprende las siguientes etapas:
- -
- El tubo metálico (2), adecuadamente mecanizado en sus extremos, se limpia, se desengrasa y se le da un tratamiento de wash-primer, seguido de una imprimación o un tratamiento de pintura epoxídica que se deja polimerizar con o sin calor.
- -
- El tubo de material polimérico se enfría (1) para provocar su contracción.
- -
- El tubo de material polimérico enfriado (1) y contraído procedente de la etapa anterior se introduce en el interior del tubo metálico (2), de forma que al adquirir de nuevo a temperatura ambiente, el tubo de polímero (1) queda fuertemente encajado en el tubo metálico (3).
-
- 2.
- Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el tubo metálico (2) es de acero al carbono.
-
- 3.
- Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el tubo metálico (2) es de acero galvanizado.
-
- 4.
- Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el tubo de material polimérico es de polietileno de alta densidad.
-
- 5.
- Procedimiento según las reivindicaciones 1 caracterizado porque el diámetro exterior del tubo de polímero es superior al diámetro interior del tubo metálico (2) en un valor superior al 1%.
-
- 6.
- Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque el tubo de polímero contraído (1) se introduce en el tubo metálico (2) de forma vertical, dejándolo descender dentro del tubo metálico (2).
-
- 7.
- Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque el tubo de polímero contraído (1) se introduce en el tubo metálico (2) de forma horizontal, guiado por unos carriles horizontales y empujado por una cadena sinfín, una correa dentada, un cable de acero, un pistón neumático o cualquier tipo de mecanismo de tracción.
-
- 8.
- Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque el tubo de polímero es más largo que el tubo metálico (2) con el fin de refrentar las cabezas y dejarlas a faz una vez que el tubo de polímero (1) está introducido en el metálico (2).
- 9. Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque el tubo de polímero tiene un espesor igual, mayoro menor que el espesor del tubo metálico.
-
- 10.
- Tubo metálico recubierto interiormente por otro tubo de material polimérico caracterizado porque se ha fabricado siguiendo el procedimiento descrito en la reivindicación primera.
-
- 11.
- Tubo metálico recubierto interiormente por otro tubo de material polimérico según reivindicación 10 caracterizado porque el material polimérico es polietileno de alta densidad.
-
- 12.
- Tubo metálico recubierto interiormente por otro tubo de material polimérico según reivindicación 10 caracterizado porque el material del tubo metálico es acero al carbono.
-
- 13.
- Cámara isobárica para desaladoras de ósmosis inversa caracterizada porque comprende un tubo metálico como el descrito en la reivindicación 10.
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- Fecha de realización del informe 23.03.2011
- Examinador B. Aragón Urueña Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 200902206CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD B32B1/08 (2006.01)B32B15/08 (2006.01) B29C63/34 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)B32B, B29CBases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPIInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200902206Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.03.2011Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9, 13 10-12 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 10-13 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2009022061. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- US 2006108016 A1 (FUNATSU SHINICHI et al.) 25.05.2006
- D02
- CN 1621725 A (LI XIHAI) 01.06.2005
- D03
- CN 1799834 A (JIANGSU LIANGUAN TECHNOLOGY DE) 12.07.2006
- D04
- WO 02064351 A2 (BARLOWORLD ROBOR PROPRIETARY L et al.) 22.08.2002
- D05
- US 2009173408 A1 (NIPPON STEEL CORP et al.) 09.07.2009
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl objeto de la presente invención es un procedimiento para la fabricación de un tubo metálico recubierto interiormente por un tubo de material polimérico.El documento D01 divulga un método para fabricar una tubería de acero recubierta en su interior por plástico que consiste en aplicar en el interior de la tubería de acero una capa epoxy, insertar una tubería de plástico cuyo diámetro exterior sea menor que el diámetro inferior de la tubería de acero, reducir el diámetro de la tubería de acero para que la tubería de acero se pegue a la tubería de plástico y calentar. La tubería de acero es previamente limpiada e incluso la superficie exterior galvanizada. Dicho tipo de tuberías presenta la ventaja de que se previene la corrosión al introducir en el interior de la tubería de acero una tubería de plástico, por ello se emplea en fontanería y saneamiento.El documento D02 divulga un método para fabricar un tubo para agua fría y caliente formado por una tubería de acero inoxidable de elevada resistencia a la corrosión y por una tubería interior de polietileno. La fabricación consiste en la reducción de sección en frío para conseguir que la pared interior de la tubería exterior y la pared exterior de la tubería interior contacten adecuadamente.El documento D03 divulga un método para fabricar tuberías que consiste en seleccionar una tubería de polietileno y reducir su diámetro de manera que pueda introducirse en una tubería de acero.El documento D04 divulga un método de recubrimiento de una tubería que consiste en introducir un fluido a presión en la tubería interior para reducir su diámetro a medida que se introduce el tubo interior en el tubo exterior. La tubería de material polimérico pasa a través de una boquilla para ser insertada en una tubería de acero. La aplicación de dicha tubería se encuentra en su empleo en lugares de muy bajas temperaturas para la circulación de agua caliente. El documento D05 divulga un método de recubrimiento de una tubería de acero galvanizado que consiste en introducir una tubería de poliolefina recubierta con aglutinanteLa invención reivindicada difiere principalmente de los documentos citados en que ninguno de los documentos muestra un enfriamiento del material polimérico para provocar su contracción tal y como se recoge en la reivindicación 1. Por tanto, las reivindicaciones 1-9 relativas al procedimiento de fabricación de la tubería es nuevo y tiene actividad inventiva.Las reivindicaciones 10-12 de la solicitud se refiere a un producto (tubo metálico recubierto interiormente por un tubo de material polimérico) definido en términos de su procedimiento de preparación. En el documento D01 ha sido divulgado de manera idéntica el tubo con las mismas características que en la solicitud. Por tanto la invención definida en dichas reivindicaciones de la solicitud no es nueva. (Art. 6.1 Ley Patentes).Con respecto a la reivindicación 13 referente a la aplicación de la tubería obtenida, a la vista de lo que se conoce del documento D01, se considera que no requiere de ningún esfuerzo inventivo para un experto en la materia aplicar la tubería obtenida dentro de una planta desaladora donde las corrientes que circulan son aguas que por su contenido en sal resultan corrosivas. Por consiguiente la invención recogida en la reivindicación 13 no implica actividad inventiva. (Art. 8.1 Ley Patentes).Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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