MX2011008738A

MX2011008738A - Sistemas y metodos para reforzar un tubo usando haces de fibras.

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Publication number: MX2011008738A
Application number: MX2011008738A
Authority: MX
Inventors: Heath Carr; Edward R Fyfe
Original assignee: Fyfe Co Llc
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-10-17
Also published as: WO2010096690A1; US20100212803A1; EP2399056A1; KR20120011845A; SG173734A1; CA2753204A1

Abstract

Se revela un método para reforzar un tubo u otra estructura usando polímero reforzado con fibra que incluye recubrimiento de carbón crudo y/u otros tipos de mecha de fibra con una resina epoxi u otra resina, dirigir selectivamente la mecha de fibra a través de un conjunto de colocación de un sistema reforzante, ensanchar la mecha de fibra que sale del conjunto de colocación sobre una pared de tubo u otra superficie, hacer girar el conjunto de colocación alrededor de un eje para colocar la mecha de fibra ensanchada a lo largo de una primera sección circunferencial de la pared de tubo u otra superficie y hacer mover el conjunto de colocación a lo largo del eje longitudinal del tubo u otra estructura para colocar selectivamente la mecha de fibra ensanchada a lo largo de una segunda sección circunferencial de la pared.

Description

SISTEMAS Y METODOS PARA REFORZAR UN TUBO USANDO HACES DE FIBRAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente solicitud es concerniente en general con dispositivos, sistemas y métodos para reforzar tubos y otras estructuras y más específicamente con dispositivos, sistemas y métodos para reforzar el interior de tubos utilizando polímero reforzado con fibra.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Con la etapa del tiempo o debido a un evento o condición particular (por ejemplo, actividad sísmica, exposición a cargas o momentos excesivas o desiguales, compactacion deficiente, corrosión de corona, suelo corrosivo, etc.), la integridad estructural o capacidad de las líneas de fuerza, otros tubos y otras estructuras pueden disminuir. Por ejemplo, tales ítems se pueden agrietar, corroer, deteriorar y los semejantes. Diferentes métodos de reparación o de otra manera refuerzo de tubos dañados y otros ítems son bien conocidos. Por ejemplo, revestimientos internos u hojas pueden ser anexadas a una o más porciones del interior del tubo. Comúnmente, tales revestimientos u hojas deben ser premanufacturados y transportados a un sitio de trabajo. Además, estos revestimientos internos y hojas son frecuentemente aplicados a mano, haciendo su instalación consumidora de labor y cara. Así, hay necesidad por un método más eficiente y efectivo en el costo para reforzar tubos y otras estructuras utilizando materiales de fibra tales como polímero reforzado con fibra de carbono.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con algunas modalidades, un sistema para reforzar un tubo comprende una fuente de resina que comprende una resina (por ejemplo, epoxi) de tal manera que la fuente de resina está configurada para impregnar o saturar por lo menos parcialmente un haz de fibras con resina. En una modalidad, el sistema está configurado para impregnar o saturar por lo menos parcialmente, una haz de fibras o hilos sin procesar que se hacer mover a través del sistema con la resina. El sistema incluye adicionalmente un conjunto de colocación configurado para recibir un haz de fibras impregnado de resina. En algunas modalidades, el conjunto de colocación comprende uno o más brazos, cada uno de los cuales incluye un extremo distante. En ciertos arreglos, el sistema está configurado para hacer avanzar selectivamente el haz de fibras impregnado de resina en relación con el conjunto de colocación, hacia el extremo distante del por lo menos un brazo. El sistema comprende además por lo menos un elemento de esparcimiento (cabeza o conjunto de aplicador) que se extiende desde el por lo menos un brazo, en la donde el elemento de esparcimiento está configurado para esparcir el haz de fibras impregnado de resina desde un primer ancho a un segundo ancho y sobre una pared interior del tubo. En una modalidad, el segundo ancho del haz de fibras impregnado de resina es mayor que el primer ancho. En algunas modalidades, el sistema incluye adicionalmente un controlador para regular uno o más aspectos relacionados con la manera en la cual el haz de fibras impregnado de resina se hace avanzar en relación con el conjunto de colocación y al elemento de esparcimiento hacia y sobre la pared interior del tubo. En varias modalidades, el haz de fibras impregnado de resina ensanchado por el elemento de esparcimiento está configurado para adherirse directamente a la pared interior del tubo sin el uso de recubrimientos adherentes u otras capas intermedias.

De acuerdo con algunas modalidades, el conjunto de colocación está configurado para ser sujetado y manipulado manualmente por un usuario. En otras modalidades, el conjunto de colocación está configurado para ser movido automáticamente en relación con la pared interior del tubo. En una modalidad, el conjunto de colocación está configurado para girar selectivamente alrededor de un eje longitudinal del tubo para colocar circunferencialmente el haz de fibras impregnado de resina a lo largo de la pared interior del tubo. En algunas modalidades, el haz de fibras comprende un haz de fibras de carbono. En otras modalidades, la fuente de resina es colocada en general entre una fuente de haz de fibras sin procesar y el conjunto de colocación. En otra modalidad, la fuente de resina comprende por lo menos un conjunto de avance (por ejemplo, rodillo, conjunto de rodillos, etc.) para ayudar a dirigir el haz de fibra sin procesar desde la fuente del haz de fibras sin procesar en relación con la fuente de resina para impregnar por lo menos parcialmente el haz de fibras sin procesar con resina. En ciertos arreglos, la fuente de haz de fibra sin procesar, la fuente de resina y el conjunto de colocación son colocados en un conjunto movible, tal como un conjunto robótico (por ejemplo, parcial o completamente automatizados), dicho conjunto movible está configurado para hacerse mover automática o manualmente dentro del interior del tubo. De acuerdo con algunas modalidades, el conjunto movible comprende un carro con ruedas. En una modalidad, el conjunto movible comprende un pedal para el pie configurado para hacer mover selectivamente el conjunto movible dentro del interior del tubo. En algunas modalidades, el por lo menos un conjunto de avance comprende un rodillo.

De acuerdo con ciertas modalidades, el sistema comprende por lo menos un conjunto de avance configurado para hacer avanzar selectivamente el haz de fibras impregnado de resina hacia el elemento de esparcimiento. En algunos arreglos, el por lo menos un conjunto de avance comprende un rodillo. En una modalidad, el controlador comprende un dispositivo portátil (por ejemplo, ya sea anexado al conjunto de colocación o separado del mismo) configurado para ser puesto en operación selectivamente por un usuario. En algunas modalidades, el controlador comprende uno o más botones (carátulas, interruptores u otros controladores ) colocados en el conjunto de colocación. En algunas modalidades, el dispositivo portátil está configurado para poner en operación selectivamente por lo menos un conjunto de rodillos apto para hacer avanzar selectivamente el haz de fibras impregnado de resina hacia el extremo distante del conjunto de colocación.

De acuerdo con algunas modalidades, el conjunto de colocación comprende por lo menos una junta que está configurada para permitir que el usuario modifique el ángulo al cual el haz de fibras impregnado de resina es colocado sobre la pared interior del tubo. En algunas modalidades, el controlador está configurado para regular selectivamente el movimiento del conjunto de colocación alrededor del eje longitudinal del tubo. En otra modalidad, el conjunto de colocación está configurado para ser movido longitudinalmente dentro del tubo para recubrir una sección longitudinal deseada de la pared interior del tubo con el haz de fibras impregnado de resina. En algunas modalidades, el controlador está configurado para controlar el movimiento longitudinal del conjunto de colocación dentro del tubo. En otra modalidad, el conjunto de colocación es asegurado a un elemento de soporte, en donde el elemento de soporte incluye una primera pata y por lo menos una segunda pata, de tal manera que las primeras y segundas patas están configuradas para ponerse en contacto con la pared interior del tubo. En otra modalidad, el elemento de soporte está configurado para ser movido longitudinalmente dentro del interior del tubo. En algunas modalidades, el elemento de soporte comprende un carro con ruedas, un trípode o algún otro carro movible o elemento movible (por ejemplo, carro con ruedas) . En una modalidad, el haz de fibras es provisto sobre un carrete o en un recipiente a granel. En algunas modalidades, el haz de fibras comprende nylon, vidrio, grafito, poliaramida y/u otros materiales. En algunas modalidades, la resina comprende epoxi, poliuretano, acrilico u otros polímeros con características de fuerza cohesiva favorables. En una modalidad, el conjunto de colocación comprende dos o más elementos de esparcimiento para permitir que dos recubrimientos del haz de fibras impregnado de resina sean aplicados a la pared interior del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades, un método para reforzar una superficie concreto (por ejemplo, un interior o exterior de un tubo, una pared, una viga, una columna, una losa, etc.), utilizando el polímero reforzado con fibra incluye recubrir hilos de fibra cruda con una resina (por ejemplo, epoxi) , dirigir selectivamente los hilos de fibra recubiertos con resina a través de un conjunto colocación de un sistema de refuerzo, esparcir los hilos de fibra recubiertos con resina que sale del extremo distante del conjunto de colocación sobre una pared del tubo, hacer girar el conjunto de colocación alrededor de un eje para colocar los hilos de fibra recubiertos con resina a lo largo de una primera sección circunferencial de la pared del tubo y hacer mover el conjunto de colocación a lo largo de un eje longitudinal del tubo para colocar selectivamente los hilos de fibra recubiertos con resina a lo largo de una segunda sección circunferencial de la pared del tubo.

En otras modalidades, el método incluye adicionalmente la etapa de proveer una imprimación o recubrimiento adherente o cualquier otro revestimiento interno o recubrimiento sobre la superficie de concreto (por ejemplo, pared interior de un tubo) , antes de esparcir la fibra recubierta con resina sobre la superficie de concreto. En algunas modalidades, el método comprende adicionalmente proveer por lo menos un recubrimiento superior sobre los hilos de fibra de fibra esparcidos que son colocados sobre la pared del tubo. En otros arreglos, la etapa de dirigir- selectivamente los hilos de fibra a través del conjunto de colocación comprende poner en operación uno o más conjuntos de avance del conjunto de colocación. En otra modalidad, el por lo menos un conjunto de avance comprende uno o más rodillos, conjuntos de rodillos y/o los semejantes. En una modalidad, la etapa de esparcir los hilos de fibra recubiertos con resina sobre una pared del tubo es efectuada con una cuchara de albañil o . un conjunto de rodillos. En algunas modalidades, el método incluye adicionalmente curado o someter la capa de fibra esparcida o ensanchada utilizando tratamiento térmico, tratamiento de luz (por ejemplo, ultravioleta, infrarroja, etc.), tratamiento con corriente eléctrica, tratamiento con aire u otro fluido (por ejemplo, ventilación) y/o los semejantes. En otras modalidades, el ángulo relativo al eje longitudinal al cual los hilos de fibra recubiertos con resina es colocada sobre la pared del tubo es ajustable. En otros arreglos, la segunda sección circunferencial se superpone por lo menos parcialmente a la primera sección circunferencial. En otra modalidad, la segunda sección circunferencial se empalma en general con la primera sección circunferencial. En algunas modalidades, los hilos de fibra comprende nylon, vidrio, grafito, poliaramida y/u otros materiales. En algunas modalidades, la resina comprende epoxi, poliuretano, acrilico, otros materiales poliméricos y/o cualesquier otros materiales o sustancias. En algunas modalidades, la etapa de recubrimiento de los hilos de fibra sin procesar con resina comprende dirigir los hilos de fibra sin procesar a través de un depósito de resina de un saturador. En modalidades alternativas, la etapa de recubrimiento de los hilos de fibra sin procesar con resina comprende selectivamente atomizar, sumergir o aplicar de otra manera resina sobre los hilos de fibra sin procesar. En algunas modalidades, el método incluye además curado o tratamiento por-aplicación del utilizando tratamiento de luz (por ejemplo, ultravioleta, infrarrojo, etc.), tratamiento térmico, tratamiento con corriente eléctrica, tratamiento de ventilación activa o pasiva (por ejemplo, ambiente, utilizando un ventilador, soplador u otro dispositivo de transferencia de fluido, etc.) En una modalidad, la etapa de curado adicional es efectuada utilizando un dispositivo o componente acoplado al conjunto de colocación. En otra modalidad, la superficie de concreto es parte de una pared, viga, columna, tubo y/o los semejantes.

De acuerdo con ciertas modalidades reveladas en la presente solicitud, un sistema para reforzar la pared interior de un tubo incluye un saturador de resina configurado para saturar por lo menos parcialmente un haz de fibras con un epoxi y un conjunto de colocación que incluye uno o más brazos (por ejemplo, árboles) y que está configurado para recibir un haz de fibras saturadas de resina que sale del saturador de resina. En algunas modalidades, el haz de fibras saturado con resinas está configurado para hacerse avanzar selectivamente a través del conjunto de colocación y hacia un extremo distante del por lo menos un brazo. En un arreglo, el sistema de refuerzo incluye adicionalmente una cuchara de albañil ubicada en el extremo distante del brazo. La cuchara de albañil puede estar configurada para ensanchar el haz de fibras saturado con resina sobre la pared del tubo. En algunas configuraciones, el sistema comprende un controlador para regular la cual el haz de fibras saturado con resina se hace avanzar selectivamente a través del conjunto de colocación y a la cuchara de albañil (por ejemplo, si el haz se hace avanzar, la velocidad a la cual el haz se hace avanzar, etc. ) En algunos arreglos, el haz de fibras saturado con resina ensanchado por la cuchara de albañil está configurado para adherirse directamente a la pared del tubo. En una modalidad, el conjunto de colocación incluye un árbol que está configurado para ser sujetado y manipulado manualmente por un usuario. En otras modalidades, el conjunto de colocación está configurado para girar selectivamente alrededor de un eje longitudinal de tubo para colocar el haz de fibras saturado de resina a lo largo de una circunferencia de la pared del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades reveladas en la presente solicitud, un sistema para reforzar la pared interior de un tubo, túnel, chimenea, otra pila u otro estructura o item que comprende un saturador de resina configurado para saturar o recubrir de otra manera parcialmente, un haz de fibras de carbono con un epoxi. El sistema comprende además un conjunto de colocación configurado para recibir un haz de fibras de carbono saturada de resina que sale del saturador de resina. En algunos arreglos, el conjunto de colocación incluye uno o más brazos. En una modalidad, el haz de fibras de carbono saturada con resina está configurado para hacerse avanzar selectivamente a través del conjunto de colocación y hacia un extremo distante del brazo. El sistema incluye además una cuchara de albañil que está ubicada en el extremo distante del brazo y que está configurada en general para ensanchar o esparcir de otra manera el haz de fibras de carbono saturado con resina sobre la pared del tubo. En algunas modalidades, la cuchara de albañil es de aproximadamente 20 cm (8 pulgadas) de ancho. En otras modalidades, el ancho de la cuchara de albañil es mayor o menor de 20 cm (8 pulgadas) . En algunos arreglos, la cuchara de albañil es removible del conjunto de colocación para limpieza, reparación, mantenimiento o propósitos de reemplazo. En ciertos arreglos, el sistema comprende un controlador para regular la manera en la cual el haz de fibras de carbono saturado con resina se hace avanzar a través del conjunto de colocación y a la cuchara de albañil. De acuerdo con ciertas modalidades, el conjunto de colocación está configurado para girar selectivamente alrededor de un eje longitudinal del tubo para colocar el haz de fibras de carbono saturado con resina a lo largo de toda la circunferencia de la pared del tubo. En algunas modalidades, el haz de fibras de carbono saturado con resina ensanchado por la cuchara de albañil está configurado para adherirse directamente a la pared del tubo con o sin el uso de cualesquier recubrimientos adherentes u otras capas.

En ciertas modalidades, el saturador de resina es colocado en general entre un carrete del haz de fibras de carbono sin procesar y el conjunto de colocación, con el saturador de resina que comprende por lo menos un conjunto de rodillos para ayudar a dirigir el haz de fibras de carbono sin procesar desde el carrete a través de un depósito de resina. En otros arreglos, el conjunto de colocación comprende por lo menos un conjunto rodillo de compresión apto para hacer avanzar selectivamente el haz de fibras de carbono saturado con resina hacia la cuchara de albañil. En otras modalidades, el controlador comprende un dispositivo portátil configurado para ponerse en operación selectivamente por un usuario. Tal dispositivo portátil puede ser conectado operativamente a uno o más de otros dispositivos y/o componentes del sistema utilizando conexiones eléctricas (por ejemplo, cableadas inalámbricas, etc.), mecánicas, neumáticas y/u otros tipos de conexiones. En otro arreglo, el dispositivo portátil está configurado para poner en operación selectivamente por lo menos un conjunto de rodillo de compresión u otro dispositivo apto para hacer avanzar el haz de fibras de carbono saturadas con resina al extremo distante del conjunto de colocación. En otras modalidades, el conjunto de colocación comprende por lo menos una junta que está configurada para permitir que el usuario modifique el ángulo al cual un haz de fibras de carbono saturadas con resina es colocado sobre la pared del tubo. En algunos arreglos, el controlador está configurado adicionalmente para regular el movimiento del conjunto de colocación alrededor del eje longitudinal del tubo.

De acuerdo con algunos arreglos, el conjunto de colocación está configurado para ser movido longitudinalmente dentro del tubo para proveer haces de fibras de carbono saturadas con resina a lo largo de una sección longitudinal deseada de la pared del tubo. En algunas modalidades, el controlador está configurado adicionalmente para controlar el movimiento longitudinal del conjunto de colocación dentro del tubo. En una modalidad, el conjunto de colocación es asegurado a un elemento de soporte que tiene una o más patas configuradas para ponerse en contacto con la pared del tubo. En algunas modalidades, una pata del elemento de soporte se pone en contacto con la pared del tubo en un punto en general diametralmente opuesto a la ubicación en que una segunda pata del elemento de soporte se pone en contacto con la pared del tubo. En ciertos arreglos, el elemento de soporte está configurado para hacerse mover longitudinalmente dentro del interior del tubo. En una modalidad, el elemento de soporte comprende un trípode movible (por ejemplo, con ruedas) .

De acuerdo con otras modalidades, el haz de fibras de carbono es provisto sobre un carrete. En algunos arreglos, el carrete, el saturador, el conjunto de colocación y/o cualesquier otros dispositivos, componentes o equipo del sistema de refuerzo están ubicados sobre un carro movible, por ejemplo carro con ruedas. En una modalidad, tal carro está configurado para hacerse mover (por ejemplo, hacerse rodar, deslizar o trasladado de otra manera a lo largo de un eje longitudinal del tubo) dentro del interior del tubo. En algunas modalidades, el carro comprende un pedal para el pie, una palanca y/u otros controladores configurados para hacer mover selectivamente el carro dentro del interior del tubo. En otras modalidades, el haz de fibras de carbono comprende nylon, vidrio, grafito, poliaramida y/o cualquier otro material polimérico. En ciertos arreglos, la resina comprende epoxi, poliuretano, acrilico u otro polímero con características de resistencia cohesiva favorables.

De acuerdo con ciertas modalidades, un método para reforzar un tubo utilizando polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) incluye recubrir hilos de fibra de carbono sin procesar con un epoxi, dirigir selectivamente los hilos de fibra de carbono a través de un conjunto de colocación, ensanchar los hilos de fibra de carbono que sale del conjunto de colocación sobre la pared del tubo, hacer girar el conjunto de colocación alrededor de un eje para colocar los hilos de fibra de carbono ensanchada a lo largo de una primera sección circunferencial de la pared del tubo y hacer mover el conjunto de colocación a lo largo de un eje longitud del tubo para colocar selectivamente los hilos de fibra de carbono ensanchada a lo largo de una segunda sección circunferencial de la pared del tubo.

En algunos arreglos, el método incluye adicionalmente proveer una imprimación y/o cualquier otro recubrimiento o capa sobre la pared del tubo antes de ensanchar los hilos de fibra de carbono sobre el mismo y/o por lo menos un recubrimiento superior sobre los hilos de fibra de carbono ensanchada. En una modalidad, la etapa de dirigir selectivamente los hilos de fibra de carbono a través del conjunto de colocación comprende poner en operación uno o más conjuntos de rodillo de compresión del conjunto de colocación. En otras modalidades, el ángulo relativo al eje longitudinal al cual los hilos de fibra de carbono es ensanchada es ajustable. En una modalidad, la segunda sección circunferencial se superpone por lo menos parcialmente a la primera sección circunferencial. En una modalidad alternativa, la segunda sección circunferencial se empalma en general con la primera sección circunferencial. De acuerdo con ciertas modalidades, los hilos de fibra de carbono comprende nylon, vidrio, grafito, poliaramida y/u otros materiales poliméricos. En otros arreglos, la resina comprende epoxi, poliuretano, acrilico y/o u otro polímero con características de resistencia cohesiva favorables. En algunas modalidades, la etapa de recubrir los hilos de fibra de carbono sin procesar con epoxi comprende dirigir los hilos de fibra de carbono sin procesar a través de un depósito de resina de un saturador. En otros arreglos, la etapa de recubrir los hilos de fibra de carbono sin procesar con epoxi comprende esparcir una resina sobre los hilos de fibra de carbono sin procesar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Estos y otros elementos, aspectos y ventajas de la presente invención son descritos con referencia a las figuras de ciertas modalidades preferidas, que pretenden ilustrar pero no limitar la presente invención. Los dibujos incluyen trece (13) figuras. Se comprenderá que las figuras adjuntas son por el propósito de ilustrar conceptos de la presente invención y pueden no estar a escala.

La Figura 1A ilustra una vista en sección transversal de un sistema reforzante que es usado para recubrir la pared interior de un tubo con haces de fibra o hilos de fibra de acuerdo con una modalidad; La Figura IB ilustra una modalidad de un recipiente a granel que tiene haces de fibras o hilos sin procesar; La Figura 1C ilustra esquemáticamente un tanque de resina u otra fuente de resina configurada para proveer resina a un haz de fibras sin procesar de acuerdo con una modalidad; La Figura ID ilustra esquemáticamente una modalidad de un sistema de refuerzo que comprende una cuña u otro dispositivo o elemento para remover por lo menos algo de resina de un haz de fibras o hilos de fibras saturados con resina; La Figura 1E ilustra una cuña u otro dispositivo o elemento para remover por lo menos algo resina de un haz de fibras o hilos de fibras saturados con resina de acuerdo con una modalidad; La Figura 2A ilustra una vista detallada del extremo distante del conjunto de colocación del sistema de la Figura 1A; La Figura 2B ilustra esquemáticamente una vista lateral de una modalidad de un conjunto de colocación que tiene dos conjuntos o cabezas de aplicador; La Figura 2C ilustra esquemáticamente una vista lateral de otra modalidad de un conjunto de colocación que tiene dos o más conjuntos o cabezas de aplicador; La Figura 2D ilustra esquemáticamente una vista lateral de todavía otra modalidad de un conjunto de colocación que tiene una pluralidad de conjuntos o cabezas de aplicador; La Figura 3 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de refuerzo que es usado para recubrir la pared interior de un tubo con haces de fibras o hilos de fibras de acuerdo con otra modalidad; La Figura 4 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de refuerzo que es usado para recubrir la pared interior de un tubo con haces de fibras o hilos de fibras de acuerdo con todavía otra modalidad; La Figura 5 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de refuerzo que es usado para recubrir la pared interior de un tubo con haces de fibras o hilos de fibras de acuerdo con todavía otra modalidad; y La Figura 6 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de refuerzo que es usado para recubrir una pared u otra superficie con haces de fibras o hilos de fibras de acuerdo con otra modalidad.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La Figura 1A ilustra una modalidad de un sistema 10 configurado para reforzar la pared interior W de un tubo P. Como se discute en mayor detalle en la presente, el sistema 10 puede ser adaptado para proveer una o más capas de polímero reforzado con fibra, tal como por ejemplo, polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) , a la pared del tubo W. Sin embargo, los dispositivos, sistemas, métodos y elementos revelados en la presente o equivalentes de los mismos, pueden ser modificados para ser usados en el refuerzo estructural de otros dispositivos, estructuras por debajo del suelo y por encima del suelo u otros ítems, tales como por ejemplo, túneles, galerías, chimeneas, chimeneas para humo, tanques, depósitos, paredes, otras estructuras y/o los semejantes.

Como se ilustra en la Figura 1A, de acuerdo con algunas modalidades, se pueden proveer fibras de carbono sin procesar y/u otros tipos de fibra sobre un carrete 20 tal como hilos o haces 24. De acuerdo con algunas modalidades, los hilos de fibra de carbono u otro tipo de hilos de fibras o haz 24 comprende filamentos trenzados holgadamente. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura IB, el haz de fibras o hilos de fibras sin procesar 24 puede ser suministrado en una caja u otro recipiente a granel 20' . Con referencia continua a la modalidad que es ilustrada esquemáticamente en la Figura IB, el haz o hilos de fibras sin procesar 24 puede ser colocado dentro del recipiente 20' utilizando una orientación estratificada u otra orientación alternativa 25. En modalidades alternativas, el haz o hilos 24 puede incluir una orientación en espiral, en carrete y/o cualquier otra orientación dentro de la caja u otro recipiente a granel, como se desee o se requiera. Sin consideración de como el haz o hilos sin procesar 24 es suministrado, puede estar configurado para ser enrutado fácilmente a una o más etapas corriente abajo (por ejemplo, alimentado a y a través de un sistema de saturación de resina, un conjunto de colocación, un elemento de esparcimiento y/o los semejantes). Como el carrete (Figura 1A) , una caja u otro recipiente a granel que comprende un haz sin procesar (por ejemplo, haz de fibras sin resina) , puede proveer ventajosamente una manera conveniente, eficiente y oportuna para suministrar fibra a un sistema de refuerzo. En cualquiera de las modalidades reveladas en la presente, o equivalentes de las mismas, un sistema de refuerzo puede incluir un carrete, caja u otro recipiente y/o cualquier otro dispositivo o componente para suministrar haz o hilos sin procesar al sistema .

De acuerdo con algunas modalidades, la fibra usada en tales aplicaciones es suministrada en su forma sin procesar. Para mejorar adicionalmente sus características estructurales, estos filamentos pueden ser en general continuos a través de toda la longitud de los hilos 24. Así, en ciertos arreglos, los hilos o haz no está compuesto de filamentos cortos, confusos y discontinuos que son retenidos conjuntamente mediante fricción o algún otro método. Los filamentos de hilo o haz 24 pueden comprender nylon, vidrio, grafito, poliaramida y/o cualquier otro tipo de material que tenga las características deseadas o requeridas (por ejemplo, resistencia a la tracción) . Sin embargo, en otras modalidades, uno o más tipos de filamentos sin carbono (por ejemplo, sintéticos no carbonáceos) son usados, ya sea además de o en lugar de los filamentos de carbono. Así, para cualquiera de las modalidades reveladas en la presente, cualquier combinación de fibras a base de carbono y/o no a base de carbono puede ser incluida en los hilos o haz que es ensanchado y colocado sobre una pared de tubo u otra superficie .

Con referencia continua a la Figura 1A, el haz de fibras sin procesar 24 puede ser dirigido desde el carrete 20, un recipiente a granel o alguna otra fuente a un saturador 40 u otro recipiente con el fin de proveer una cantidad deseada o requerida de resina R a los filamentos de los hilos 2 . Como se discute, el haz 24 puede incluir filamentos de carbono y/o filamentos sin carbono, como se desee o se requiera. En algunas modalidades, el haz 24 puede incluir uno o más otros materiales para proveer ciertas características deseadas o requeridas a los filamentos y/o la capa de refuerzo actual que será aplicada a la pared del tubo u otra superficie. En ciertas configuraciones, la resina R comprende epoxi, poliuretano, acrílico o cualesquier otros aglutinantes o materiales que tienen resistencia cohesiva favorable. Sin embargo, ' en cualquiera de las modalidades reveladas en la presente, el epoxi u otra resina puede ser aplicado a la fibra de carbono sin procesar utilizando otros dispositivos o métodos. Por ejemplo, la resina puede ser esparcida, hacerse gotear y/o aplicada de otra manera sobre hilos o haz a medida que el haz de fibra de carbono 24 es alimentado desde el carrete 20, otro recipiente u otra fuente. En modalidades alternativas, el haz o hilos de fibra se hace pasar a través de un tanque de resina u otro recipiente con el fin de saturar el haz o hilos con una cantidad deseada de resina. Información adicional concerniente con los hilos de fibra de carbono y resina es provista en la solicitud de patente estadounidense No. 10/205,294 presentada el 24 de julio de 2002 y expedida el 24 de abril de 2007 como patente estadounidense No. 7,207,149, toda la revelación de la cual es incorporada en la presente por referencia.

El saturador o fuente de resina 40 puede incluir uno o más conjuntos de rodillos 42 (por ejemplo, rodillos de compresión, prensa o tracción) , otras válvulas o dispositivos de avance y/o otros dispositivos que están configurados para empujar y/o jalar los hilos o haz de de fibra 24 en relación con el depósito de resina del saturador 44 (por ejemplo, a través de la región interior 46 del depósito 44). Una modalidad alternativa de un rodillo 42' o configuración de avance es ilustrada en la Figura 1C. En otras modalidades, el haz o hilos de fibra está configurado para hacerse mover en relación con una fuente de resina (por ejemplo, un tanque de resina, atomizador, otro aplicador, etc.) sin el uso de rodillos u otros elementos de avance ubicados dentro o cerca de una fuente de resina. Por ejemplo, en cualquiera de las modalidades de un sistema de refuerzo descritas en la presente o equivalentes de la misma, uno o más rodillos (por ejemplo, empuje o tracción) y/u otros elementos o dispositivos de avance pueden estar ubicados corriente arriba y/o corriente abajo de la fuente de resina (por ejemplo, un depósito de resina 44, 44', atomizador, etc . ) .

En algunas modalidades, los rodillos y/u otros dispositivos de avance incluidos dentro de un sistema de refuerzo están configurados para impedir o reducir la probabilidad de que un haz o hilos de fibras sea torsionado, estirado y/o movido de otra manera a medida que es transferido de una fuente de fibras sin procesar (por ejemplo, un carrete, recipiente a granel, etc.) al conjunto o cabeza de aplicador del conjunto de colocación. Esto puede ayudar a evitar la aplicación de fuerzas y/o momentos indeseables sobre el haz o hilos. Además, esto puede ayudar a asegurar que el haz o hilos cargados de resina sea ensanchado o esparcido apropiadamente sobre la pared del tubo u otra superficie que es reforzada.

En cualquiera de los arreglos descritos e ilustrados en la presente, el saturador 40 puede ser calentado selectivamente para mantener la resina R a una temperatura deseada.

Esto puede mejorar adicionalmente la habilidad de la resina para saturar apropiadamente o recubrir de otra manera los filamentos de los hilos 24 a medida que la resina se pone en contacto con los hilos (por ejemplo, a medida que los hilos se hacen pasar a través de un tanque de resina u otro recipiente, a medida que la resina es atomizada, se hace gotear o es aplicada de otra manera a los hilos, etc.) . En algunas modalidades, el sistema de refuerzo está configurado de tal manera que la temperatura de la resina es ajustable (por ejemplo, automáticamente, parcialmente de manera automática, manualmente, etc.), de tal manera que el haz que contiene resina comprende una temperatura deseada cuando es aplicado a la pared del tubo W. Esto puede ayudar a asegurar una adhesión apropiada de la CFRP a la pared del tubo W. Asi, se puede eliminar o reducir ventajosamente la necesidad de recubrimientos o capas adicionales y/u otras etapas de post-aplicación. La resina R puede ser acondicionada conductivamente y/o acondicionada térmicamente por convección utilizando uno o más dispositivos o métodos de calentamiento (por ejemplo, calentadores por resistencia, tubos de intercambio de calor, bombas de calor, etc.) . De manera relacionada, en algunas modalidades, el tanque u otro recipiente en el cual la resina está alojada incluye (y/o está en comunicación térmica) con uno o más detectores. Por ejemplo, tales detectores pueden incluir detectores de temperatura, detectores de viscosidad, detectores de densidad y/o cualesquier otros detectores que están configurados para detectar una propiedad física, química u otra propiedad de la resina.

En ciertas modalidades, la resina R es mantenida a un nivel deseado o requerido dentro del saturador 40. el depósito de saturador 44 puede estar en comunicación fluida con un recipiente de resina separado (no mostrado) , tal como por ejemplo, un tambor de 208 litros (55 galones) u otro recipiente fuente. Así, a medida que la resina R es transferida del saturador 40 a los hilos 24, resina adicional R puede ser dirigida automática o manualmente al saturador 40. Por ejemplo, el depósito del saturador 44 puede incluir un detector de nivel u otro dispositivo configurado para detectar automáticamente el nivel superior de la resina R almacenada en el mismo. En tal modalidad, datos y otra información obtenida por el detector de nivel puede ser usada para abrir una válvula, poner en operación una bomba o de otra manera dirigir resina adicional R al saturador 40. Alternativamente, un usuario puede dirigir manualmente resina adicional R al depósito del saturador 44 para mantener un nivel deseado. Por ejemplo, el usuario puede abrir manualmente una válvula o poner en operación un dispositivo de bombeo para llenar el dispositivo 44. En otra configuración, el usuario puede transferir manualmente la resina R al depósito 44 (por ejemplo, utilizando un cubo u otro recipiente) .

En otras modalidades, la resina R contenida dentro del depósito del saturador 44 es mantenida a un nivel constante o sustancialmente constante utilizando uno o más de otros dispositivos o métodos. Por ejemplo, el depósito 44 puede ser colocado sobre muelles u otros elementos resilientes que están configurados para elevar automática o manualmente y/o hacer descender el nivel inferior del depósito para mantener un nivel de resina deseado en el mismo. En algunas modalidades, la detección del nivel dentro de un depósito de resina u otro recipiente se lleva a cabo al medir el peso del depósito o recipiente, tal como al usar una celda de carga, balanza u otro dispositivo de medición de peso. En modalidades adicionales, sistemas de flotador son aptos para uso para determinar el nivel de resina dentro del depósito. En algunas instancias, también puede ser deseable efectuar tales mediciones de nivel de llenado sin que el detector se ponga en contacto físicamente con el depósito (u otro recipiente) o el contenido dentro del depósito. Un sistema de refuerzo puede incluir cualquier otro tipo de detector para ayudar a medir el nivel de resina dentro de un depósito, tales como por ejemplo, flotadores, mirillas, sistemas ultrasónicos, infrarrojos, de láser o sistemas similares, otros detectores a base de luz y/o los semejantes.

En modalidades alternativas, el nivel de la resina dentro del depósito 44 está configurado para cambiar (por ejemplo, disminuir) con el paso del tiempo. En tales arreglos, los conjuntos de rodillo 42 y/u otros dispositivos o sistemas que ayudan a dirigir los hilos dentro o a través del depósito 44 pueden estar configurados para cambiar la elevación en respuesta a un nivel de resina cambiante dentro del depósito 44.

Como se ilustra en la Figura 1A, el haz de fibra de carbono sin procesar 24 puede ser dirigido a través de una porción interior 46 del depósito del saturador 44. El espesor y densidad del haz 24, los materiales usados para la manufactura del haz 24, la trayectoria y velocidad del haz 24 a través de la resina R, el tiempo de contacto entre el haz 24 y la resina R, la temperatura de la resina R y/u otros factores se pueden hacer variar para obtener un haz de CFRP deseado 24' que sale del saturador 40. Como se discute en mayor detalle en la presente, una vez que sale del saturador 40, el haz saturado con resina o cargado con resina 24' puede ser dirigido a un conjunto de colocación 100 configurado para aplicar selectivamente el CFRP a lo largo de la pared interna del tubo P, de acuerdo con preferencias particulares y criterios de diseño.

En cualquiera de las modalidades reveladas en la presente, el sistema reforzante puede comprender uno o más dispositivos de eliminación de resina para ayudar a remover el exceso de resina del haz o hilos a medida que el haz o hilos se hacen mover hacia el conjunto de colocación. La Figura ID ilustra esquemáticamente una modalidad de un sistema reforzante 10' que incluye uno o más dispositivos de remoción de resina 45 configurados para remover el exceso de resina después que la resina ha sido aplicada a los hilos o haz sin procesar. En el arreglo ilustrado, el dispositivo de remoción de resina 45 está ubicado inmediatamente corriente abajo de un depósito de resina u otra fuente de resina 40 (por ejemplo, atomización o aplicador por goteo, etc.). En modalidades alternativas, uno o más dispositivos de remoción de resinas 45 pueden estar ubicados dentro de un depósito de resina u otra fuente de resina, ya sea en lugar de o además de estar en un sitio corriente abajo y separado del depósito o fuente.

El dispositivo de remoción de resina 45 puede comprender una o más uñas, enjugadores o sistemas de enjugador, rodillos, otros elementos o dispositivos mecánicos y/o cualesquier otros dispositivos o elementos estacionarios o movibles. Por ejemplo, la Figura 1E ilustra una modalidad de un dispositivo de remoción de resina 45A que comprende tres rodillos 47 o dispositivos similares que están configurados para proveer un espacio u otra abertura 0 a través de la cual se puede hacer pasar el haz o hilos cargados de resina 24. En un uno arreglo, la abertura O está dimensionada y formada para enjugar una cierta cantidad de resina del haz 24.

Con referencia continua al dispositivo de remoción de resina 45 de la Figura 1E, los rodillos pueden ser impulsados resilientemente uno hacia el otro utilizando un muelle u otro elemento impulsor 49. Asi, la presión de enjugado aplicada al haz 24 puede ser ajustable en que los rodillos pueden ser aptos para moverse a lo lejos y uno hacia el otro con el fin de incrementar el tamaño de la abertura 0 a través de la cual el - haz 24 se hace pasar. En algunas modalidades, los rodillos 47 están configurados para girar, por lo menos parcialmente, a medida que el haz 24 es movido a través de la abertura del dispositivo de remoción de resina 45. En otras modalidades, sin embargo, los rodillos 47 están estacionarios. En un arreglo, los rodillos 47 están configurados tanto para remover el exceso de resina de los hilos y para ayudar a hacer avanzar los hilos a través del sistema de refuerzo. El sistema de refuerzo puede incluir uno o más detectores que están configurados para determinar el nivel de saturación de resina del haz o hilos de fibras a medida que es dirigido hacia un conjunto de colocación. Por ejemplo, tales detectores pueden incluir un detector de contenido de liquido, un detector de viscosidad o densidad y/o los semejantes. Así, el sistema puede usar la retroalimentación provista por tales detectores para ajustar automática o manualmente la cantidad de resina que es removida del haz o hilos cargados de resina. Como se indica anteriormente, uno o más dispositivo de remoción de resinas pueden ser incorporados a cualquiera de los sistemas reforzantes revelados en la presente.

Con referencia continua a la Figura 1A, el conjunto de colocación 100 puede incluir un tubo, tubería, otro conducto y/u otro canal hueco a través del cual el haz o hilos de CFRP 24' pueden ser enrutados. Como se muestra en la Figura 1A, en algunas modalidades, el conjunto de colocación 100 comprende un brazo distante 116 que es anexado a un brazo próximo 110 en una junta 114 u otro punto de unión. Alternativamente, los brazos próximos y distantes 110, 116 pueden incluir una estructura unitaria. En otras configuraciones, el conjunto de colocación 100 incluye más o menos brazos, juntas y/u otros componentes, como se desee o se requiera. En la modalidad ilustrada, el brazo próximo 110 es sustancialmente horizontal en relación con el eje longitudinal del tubo P. Además, el brazo próximo 110 puede estar en general alineado con el centro vertical o línea central del tubo (por ejemplo, a la mitad entre las paredes internas superior e inferior W) . Como se muestra, el brazo distante 116 puede ser angular en relación con el brazo próximo 110 a lo largo de la junta 114 u otro punto de flexión. Asi, un haz de CFRP saturado de resina 24' puede ser transportado a través de los brazos próximos y distantes 110, 116 del conjunto de colocación 100 y hacia el conjunto de aplicador 120 o cabeza. Sin embargo, como se discute en mayor detalle en la presente, la posición, orientación y otros detalles acerca del conjunto de colocación 100, incluyendo la ubicación de sus componentes entre si, la pared del tubo y/o los semejantes pueden variar, como se desee o se requiera. Además, de acuerdo con algunas modalidades, como se discute en la presente, por ejemplo con referencia a las Figuras 2B-2D, un conjunto de colocación puede incluir dos o más conjuntos de aplicador o cabezas .

La Figura 2A ilustra una modalidad de un conjunto de aplicador 120 o cabeza colocado en o cerca de un extremo del brazo distante 116. En el arreglo ilustrado, el conjunto de aplicador 120 comprende un rodillo de compresión o presión 124, otro conjunto de rodillo y/u otro dispositivo de avance configurado para jalar (y/o empujar) selectivamente el haz o hilos cargados de resina 24' a través del conjunto de colocación 100. Un conjunto de colocación 100 puede incluir rodillos adicionales 124 y/u otros dispositivos o elementos para ayudar a alimentar el haz 24' al conjunto de aplicador 120 o cabeza, como se desee o requiera. Por ejemplo, el conjunto de colocación 100 puede comprender rodillos 124 u otros dispositivos en cada brazo 110, 116, en o near de la junta 114 entre los brazos y/o en cualquier otro sitio, ya sea en lugar de o además del rodillo 124 ilustrado en las Figuras 1A y 2A. En otras modalidades, uno o más dispositivos neumáticos y/o mecánicos son usados para ayudar a hacer avanzar el CFRP desde el saturador al conjunto de aplicador 120 o cabeza. El uso de uno o más rodillos o dispositivos similares puede ayudar a esparcir apropiadamente, comprimir o formar de otra manera la hilos o haz a una orientación más planta antes del contacto de la pared del tubo u otra superficie que es reforzada. Además, el uso de tales rodillos puede ayudar a asegurar que las fibras del haz no sean tensadas, estiradas y/o movidas de otra manera durante el proceso de aplicación de una manera que afectaría negativamente la resistencia, flexibilidad, otras características estructurales, características de unión o enlace y/u otras propiedades de la capa ensanchada resultante. Los rodillos usados en el sistema de refuerzo pueden ser removidos selectivamente utilizando uno o más motores operados mecánica y/o neumáticamente, tales como por ejemplo, motores de CA, motores de CD, servomotores, motores eléctricos síncronos, motores de inducción, motores electrostáticos, otros tipos de motores, combinaciones de los mismos y/o los semejantes.

Los rodillos de compresión o rodillos de presión 124 y/o cualquier otro dispositivo usado para alimentar selectivamente los hilos de CFRP 24' a la pared del tubo pueden ser regulados utilizando un controlador. Por ejemplo, uno o más conectores neumáticos, mecánicos y/o eléctricos pueden ser usados para conectar operativamente un controlador al rodillo de compresión o presión 124 y/o cualquier otra porción del conjunto de colocación 100. En otras modalidades, el controlador comprende una varilla portátil u otro dispositivo (no mostrado) que un usuario puede manejar y manipular fácilmente durante la ejecución de un procedimiento de refuerzo de tubo. En otros arreglos, como se discute en mayor detalle en la presente, un controlador puede ser incorporado a un sistema automático o semi-automático, tal como por ejemplo un robot o conjunto robótico, que es apto para hacer los ajustes operacionales necesarios con supervisión limitada o sin supervisión del usuario.

Con referencia continua a la Figura 2A, una vez que los hilos de CFRP 24' son jalados a través de los rodillos 124 u otro componente o dispositivo, puede ser dirigida a un elemento de esparcimiento 130. Como se muestra, el elemento de esparcimiento 130 puede ser apto para ensanchar o de otra manera esparcir los hilos impregnados de resina 24' de manera deseada. De acuerdo con varias modalidades, el elemento de esparcimiento 130 comprende una cuchara de albañil, un rodillo de prensa y/o los semejantes. En algunas modalidades, el elemento de esparcimiento 130 impulsa los hilos de CFRP ensanchados 24' contra una porción de la pared interna del tubo W u otra superficie en necesidad de refuerzo. Asi, si la resina comprende las características cohesivas deseadas o requeridas, los hilos de CFRP ensanchados 24' permanecerán sobre la pared del tubo W. Por ejemplo, los hilos de CFRP ensanchados 24' pueden ser aptos para permanecer sobre la pared del tubo W sin la necesidad de procedimientos de recubrimiento adicionales u otras etapas de tratamiento. Además, el elemento de esparcimiento 130 (por ejemplo, cuchara de albañil, rodillo o sistema de rodillos, etc.) puede ser formado, dimensionado y configurado de otra manera para mejorar la colocación de los hilos de CFRP 24' sobre la pared del tubo W al impulsar una fuerza de impulso contra los hilos 24'. En algunas modalidades, el elemento de esparcimiento 130 comprende uno o más materiales rígidos, semi-rígidos y/o flexibles, tales como por ejemplo, plástico u otros materiales poliméricos, hule u otros materiales elastoméricos , metal, madera, otro material sintético o natural y/o los semejantes. En una modalidad, el elemento de esparcimiento 130 comprende una cuchara de albañil que es de aproximadamente 20 cm (8 pulgadas) de ancho. En otras modalidades, el ancho aproximado de la cuchara de albañil 130 es mayor o menor de 20 cm (8 pulgadas) (por ejemplo, menor de 5.1 cm (2 pulgadas), de 5.1 cm (2 pulgadas), 7.6 cm (3 pulgadas), 10 cm 4 pulgadas), 12.7 cm (5 pulgadas), 15 cm (6 pulgadas), 17.8 cm (7 pulgadas), 22.9 cm (9 pulgadas), 25 cm (10 pulgadas), 30.48 cm (12 pulgadas), 61 cm (24 pulgadas), menor de 2.5 cm (1 pulgada), mayor de 61 cm (24 pulgadas), anchos entre estos valores, etc.) . Sin embargo, el tamaño, forma y/u otras características de la cuchara de albañil, sistema de rodillo u otro elemento de esparcimiento 130 pueden variar.

Además, el elemento de esparcimiento 130 puede estar configurado para ser removido del conjunto de colocación 100 por propósitos de limpieza, mantenimiento, inspección, reparación, reemplazo o cualquier otro propósito.

De acuerdo con algunos arreglos, como se ilustra en las Figuras 1A y 2A, el conjunto de colocación 100 está configurado para girar circunferencialmente dentro del interior del tubo (por ejemplo, alrededor y/o a lo largo del eje longitudinal del tubo) , de tal manera que el uno o más conjuntos de aplicador 120 o cabezas pueden ser movidos selectivamente alrededor del diámetro interno del tubo. Por ejemplo, el brazo distante 116 del conjunto de colocación 100 puede ser girado selectivamente alrededor de una o más juntas 114 u otros elementos de revolución. Alternativamente, el brazo próximo 110, la junta 114 y el brazo distante 116 pueden estar configurados para girar en el interior del tubo como una estructura unitaria. En otras modalidades, todo el conjunto de colocación 100 estar configurado para girar alrededor del eje longitudinal del tubo, ya sea solo o en conjunción con una o más otras porciones del sistema de refuerzo 10. sin consideración de la manera exacta en la cual el conjunto de aplicación y/o uno o más de otros componentes del sistema están configurados para moverse, el conjunto de aplicador 120 o cabeza puede viajar alrededor de toda una región circunferencial del interior del tubo para colocar selectivamente una o más capas de los hilos de CFRP ensanchados 24' contra la pared del tubo W. Asi, a medida que el conjunto de colocación 100 gira, puede ser trasladado a lo largo del eje longitudinal del tubo P para colocar una o más capas o recubrimientos de una longitud deseada del tubo con hilos de CFRP 24' .

En algunas modalidades, el ángulo T (Figuras 1A y 2A) formados entre el brazo distante 116 y el brazo próximo 110 (y asi, la superficie de la pared interna del tubo ) pueden ser fijos o ajustables. Como resultado, en tal modalidad, los filamentos en los hilos de CFRP 24' pueden también ser orientados en o cerca de un ángulo T en relación con la pared del tubo W. El ángulo T puede ser seleccionado ventajosamente para satisfacer ciertos criterios de diseño y/u obtener ciertas características estructurales deseadas. Por ejemplo, en algunas modalidades, el ángulo T es de aproximadamente 54.7° o aproximadamente 54.7°. Sin embargo, el ángulo T puede ser menor o mayor de 54.7°, como se desee o requiera para un proyecto o diseño particular. Por ejemplo, en algunas modalidades, el ángulo T es de entre aproximadamente 0o y 10°, aproximadamente 10° y 20°, aproximadamente 20° y 30°, aproximadamente 30° y 40°, aproximadamente 40° y 50°, aproximadamente 50° y 60°, aproximadamente 60° y 70°, aproximadamente 70° y 80°, aproximadamente 80° y 90°, aproximadamente 90° y 100°, aproximadamente 100° y 110°, aproximadamente 110° y 120°, aproximadamente 120° y 130°, aproximadamente 130° y 140°, aproximadamente 140° y 150°, aproximadamente 150° y 160°, aproximadamente 160° y 170°, aproximadamente 170° y 180°, valores entre tales intervalos y/o los semejantes. En otras modalidades, sin embargo, el conjunto de colocación del sistema incluye solo un solo brazo o elemento.

De acuerdo con algunas modalidades, como se discute en mayor detalle en la presente con referencia a la Figura 5, las capas esparcidas o ensanchadas de los hilos de CFRP 24' pueden ser aplicados a la pared del tubo W u otra superficie utilizando un conjunto de colocación más simple 100C. Como se ilustra en la Figura 5, el conjunto de colocación 100C puede comprender un brazo portátil, poste u otro vástago que un usuario hace selectivamente sobre una superficie deseada de la pared del tubo W para colocar CFRP sobre el mismo. Detalles adicionales con respecto a tales arreglos son provistos posteriormente en la presente.

En todavía otras modalidades, un conjunto de colocación, depósito de resina o aplicador, un portador de un haz o hilos y/u otros componentes de un sistema están incluidos dentro de un solo conjunto robótico. Tal conjunto robótico puede estar configurado para moverse ventajosamente a lo largo de un eje longitudinal de un tubo o en relación con una pared u otro elemento estructural con el fin de aplicar una o más capas de CFRP ensanchado e impregnado de resina sobre el mismo.

Dependiendo de los parámetros de diseño objetivo, el uno o más conjuntos de aplicadores 120 o cabezas del conjunto de colocación pueden estar configurados para depositar una, dos o más capas de hilos de CFRP ensachados o esparcidos 24' sobre una sección particular de la pared del tubo y/o cualquier otra porción de una estructura (por ejemplo, pared, columna, viga, losa, etc.) - En algunas modalidades, capas adyacentes de los hilos de CFRP ensanchados 24' están configurados para superponerse por lo menos parcialmente, de tal manera que una sección de la pared interna del tubo W es cubierta continuamente por CFRP. Por ejemplo, la capa ensanchada adyacente de CFRP puede estar configurada para traslaparse por menos de 1.27 cm ( 1/2 pulgada), por 1.27 cm (1/2 pulgada), 2.5 cm (1 pulgada), 5 cm (2 pulgadas), 7.6 cm (3 pulgadas), 10 cm (4 pulgadas), menos de 1.27 cm (1/2 pulgada), más de 10 cm (4 pulgadas) , intervalos entre tales valores y/o cualquier otra longitud. Como se discute, el conjunto de colocación 100 puede estar configurado para ser movido (por ejemplo, ya sea automática o manualmente) dentro del tubo con el fin de proveer capas sucesivas de hilos de CFRP ensanchados 24' a lo largo de una sección objetivo de la pared de tubo W. Por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 3 y 4, un conjunto de colocación puede ser situado sobre un carro rodante, trípode y/u otro dispositivo movible. En otras modalidades, como se discute en mayor detalle en la presente, un conjunto de colocación puede ser incorporado a un elemento robótico u otro dispositivo movible automáticamente.

En cualesquier modalidades reveladas en la presente, un sistema reforzante, sin consideración de si es manual o parcial o plenamente automatizado (por ejemplo, robótico) , puede comprender dos o más conjuntos de aplicador o cabezas que se extienden desde un conjunto de colocación. Como se discute en mayor detalle en la presente, tales conjuntos de aplicador pueden permitir que un sistema aplique simultáneamente dos o más capas del haz de fibras ensanchado, impregnado de resina (por ejemplo, CFRP) sobre la pared del tubo u otra superficie. Tales capas pueden estar adyacentes entre sí con poca o ninguna superposición. En arreglos alternativos, los conjuntos de aplicador están en general dentro del mismo plano radial de tal manera que las capas ensanchadas o depositadas de otra manera sobre una pared u otra superficie se superpone o se superponen sustancialmente .

Por ejemplo, con referencia a la modalidad ilustrada esquemáticamente en la Figura 2B, un sistema reforzante puede comprender un conjunto de colocación 100' que comprende dos o más conjuntos de aplicador 120' o cabezas. En el arreglo ilustrado, las cabezas 120' están desplazadas entre si, de tal manera que cuando el conjunto de colocación 100' es girado alrededor de un eje longitudinal (a) las cabezas 120' aplicará una capa de haz o hilos de fibras ensanchados a diferentes porciones longitudinales de la pared interior del tubo W. Asi, a medida que el conjunto de colocación 100' es movido dentro de un tubo, el más distante de los conjuntos de aplicador 120' proveerá una segunda capa de haz de fibras ensanchado sobre la primera capa aplicada por el conjunto de aplicador próximo 120' . En otros arreglos, un conjunto de colocación puede incluir más (por ejemplo, tres, cuatro, cinco, más de cinco, etc.) o menos (por ejemplo, un) conjunto de aplicador 120', como se desee o requiera para una aplicación o uso particular.

Con referencia continua a la Figura 2B, el conjunto de colocación 100' puede estar configurado para permitir que un usuario ajuste el ángulo al cual las varias capas de hilos o haz de fibras ensanchado o esparcido son colocados sobre una pared W. Por ejemplo, en la modalidad ilustrada, los varios brazos, segmentos u otros componentes del conjunto de colocación 100' pueden estar configurados para ser movidos para ajusfar selectivamente los varios ángulos relativos 61, T2, T3 formados entre ellos.

La Figura 2C ilustra una modalidad de un conjunto de colocación 100' ' que tiene dos conjuntos de aplicador 120' ' o cabezas dentro del mismo plano radial o sustancialmente el mismo plano radial P. Asi, a medida que el conjunto de colocación 100'' gira alrededor de su eje longitudinal durante el uso, las cabezas 120' ' están configuradas para aplicar secuencialmente capas traslapantes o sustancialmente traslapantes de haz de fibras ensanchado sobre una pared u otra superficie. En algunas modalidades, el sistema reforzante está configurado de tal manera que la posición radial, el ángulo de aplicación T1, 92 y/o una o más características asociadas con cada conjunto de aplicador 120'' o cabeza pueden ser ajustadas (por ejemplo, ya sea independiente o simultáneamente entre sí), como se desee o requiera para una aplicación o uso particular.

Otra modalidad de un conjunto de colocación 100' ' ' que tiene dos o más conjuntos de aplicador 120''' o cabezas es ilustrado esquemáticamente en la Figura 2D. En el arreglo ilustrado, el conjunto de colocación 100''' comprende un total de cuatro cabezas 120''' . Sin embargo, en modalidades alternativas, un conjunto de colocación incluye más o menos cabezas 120''' . Como se muestra, las cabezas o conjuntos de aplicador 120''' pueden estar desplazados entre sí. Así, en tal modalidad, el sistema reforzante puede aplicar simultáneamente capas ensanchadas de haz o hilos de fibras impregnado de resina a lo largo de diferentes porciones longitudinales de la pared interior del tubo u otra superficie que es retroequipada . En otras configuraciones, dos o más de los conjuntos o cabezas de aplicador 120''' están dentro del mismo plano o sustancialmente dentro del mismo plano.

Otra modalidad de un sistema reforzante 10A que utiliza una hilos o haz de CFRP 24' es ilustrado en la Figura 3. Como se muestra, el conjunto de colocación 100A puede ser montado sobre un trípode 102A, elemento robótico u otra estructura movible. El trípode 102A puede incluir ruedas superiores 106A configuradas para ponerse en contacto con una porción superior de la pared interna del tubo W y ruedas inferiores 108A configuradas para ponerse en contacto con una porción inferior de la pared interna del tubo W. De acuerdo con algunos arreglos, una estructura 104A (por ejemplo, uno o más montantes, columnas y/u otros elementos) se puede extender en general entre las ruedas superiores e inferiores 106A, 108A del trípode 102A. La altura del trípode 102A puede ser ajustada selectivamente para permitir que el trípode 102A sea usado en una variedad de tubos diferentes P y/o otras estructuras que requieren refuerzo estructural (por ejemplo, túneles, chimeneas, etc.) . En una modalidad, el trípode 102A incluye un muelle 103A, otro elemento resiliente y/o cualquier otro dispositivo que está configurado en general para permitir que la estructura 103A sea comprimida (por ejemplo, para disminuir la altura efectiva del trípode 102A) . Además, tal muelle 103A puede ayudar a impulsar las ruedas superior e inferior 106A, 108A (u otros elementos de contacto) contra porciones diametralmente opuestas de la pared interna del tubo W. Asi, el trípode 102A puede ser mantenido de manera segura en una orientación deseada (por ejemplo, perpendicular al eje longitudinal del tubo P) durante el uso. Uno o más otros métodos o dispositivos para colocar y estabilizar el trípode 102A u otro elemento de soporte dentro del tubo P pueden también ser usados, ya sea en lugar de o además del elemento de ajuste vertical o el muelle 103A revelado en la presente.

Además, en cualquiera de las modalidades reveladas en la presente o variaciones de las mismas, la longitud de los brazos próximos y distantes del conjunto de colocación pueden ser ajustables. Esto puede permitir ventajosamente que el conjunto de colocación sea dimensionado selectivamente de acuerdo con el tubo P u otra estructura a la cual será insertado y usado. Además, en algunas modalidades, la junta u otro elemento de doblez ubicado entre brazos adyacentes y/u otras porciones de un conjunto de colocación está configurado de tal manera que el ángulo T (por ejemplo, el ángulo relativo entre el brazo distante del conjunto de colocación y el eje longitudinal del tubo P) al cual las fibras dentro del CFRP serán colocadas en relación con la pared del tubo puede ser ajustado selectivamente. Como se indica en la presente, en algunas modalidades, el sistema reforzante incluye un conjunto de colocación que no comprende múltiples brazos o elementos, y así no requiere una junta u otro elemento de doblez.

De acuerdo con algunos arreglos, como se ilustra en la Figura 3, el conjunto de colocación 100A es asegurado venta osamente al trípode 102A u otra estructura de soporte. Esto puede facilitar el movimiento del conjunto de colocación 100A dentro del interior del tubo (por ejemplo, longitudinalmente dentro del tubo, en direcciones representadas en general por las flechas 140 y 142) . Así, como se muestra en la Figura 3 y es discutido en mayor detalle en la presente, una pluralidad de capas sucesivas de hilos de CFRP impregnados de resina y ensanchada o esparcida 24' puede ser colocada fácil y de manera segura a lo largo de una sección objetivo de la pared del tubo W. Como se discute en la presente, tales capas de hilos ensanchados 24' pueden estar configurados de tal manera que se empalman en general uno contra el otro. En otras modalidades, capas sucesivas de hilos o haces impregnados de resina no se empalman entre sí (por ejemplo, existe una separación entre capas adyacentes) , se superponen parcial o completamente entre sí y/o tienen cualquier otro orientación relativa, como se desee o requiera.

En algunas modalidades, como se ilustra en la Figura 3, el sistema 10A puede incluir un controlador manual o automático H (por ejemplo, un dispositivo portátil, un módulo de control, etc.) configurado para poner en operación uno o más dispositivos o aspectos del sistema. En ciertos arreglos, el controlador H es conectado operativamente a uno o más componentes del conjunto de colocación 100A. Por ejemplo, el controlador H puede ser apto para poner en operación uno o más rodillos (por ejemplo, u otros dispositivos que ayudan a hacer avanzar los hilos de CFRP 24' a través del conjunto de colocación 100a) (por ejemplo, los brazos 110A, 116A del conjunto) y/o ajustar la posición horizontal del tripode 102A al cual el conjunto de colocación 100A es anexado. Además, tal controlador H puede ayudar a controlar la rotación del brazo distante 116A y/u otras porciones del conjunto de colocación (por ejemplo, alrededor de un eje longitudinal del brazo próximo 110A) mientras que los hilos de CFRP 24' son colocados a lo largo de la pared interior del tubo. Uno o más de otros dispositivos o aspectos del sistema 10A pueden también ser regulados utilizando un controlador, ya sea además de o en lugar de aquellos revelados explícitamente en la presente.

En algunos arreglos, el controlador manual o automático H (por ejemplo, un dispositivo portátil) es conectado operativamente a uno o más de los dispositivos, componentes o sub-sistemas del sistema reforzante utilizando conexiones eléctricas (por ejemplo, cableadas, inalámbricas, etc.), neumáticas (por ejemplo, aire comprimido u otros fluidos), mecánicos y/u otros tipos de conexiones. De acuerdo con ciertas configuraciones, el dispositivo portátil u otro controlador H es conectado operativamente a uno o más de otros procesadores, unidades de control, otros controladores , dispositivos mecánicos o neumáticos y/o los semejantes, como se desee o requiera para la operación apropiada de un sistema 10A. Asi, los movimientos y otros elementos de los varios componentes del sistema 10A pueden ser regulados convenientemente y de manera exacta utilizando uno o más controladores (por ejemplo, el dispositivo portátil H) . En otras modalidades, como se discute en la presente con referencia a la Figura 4, un sistema es parcial o plenamente automatizado, de tal manera que una o más operaciones y/o funciones del sistema pueden ser ejecutados sin dirección del usuario. En tales arreglos, el sistema reforzante incluye un conjunto robótico que está configurado para colocar automáticamente una o más capas de hilos o haz de fibras impregnados de resina y ensanchados a lo largo de una superficie objetivo (por ejemplo, la pared interior de un tubo, la pared exterior de un tubo, una pared estructural, una viga, una columna y/o los semejantes).

En la Figura 3, el carrete 20, recipiente a granel u otra fuente de hilos o haz de fibra sin procesar 24 y el saturador 40 son colocados en general en un carro movible 12A. Como se muestra, el carro 12A puede incluir una pluralidad de ruedas 14A de tal manera que puede ser movido convenientemente dentro del interior del tubo P. Por ejemplo, en una modalidad, el carro 12A es movido durante un procedimiento de recubrimiento para mantener una distancia de separación deseada con el conjunto de colocación 100A y el trípode 102A. El carro 12A puede ser movido manual o automáticamente (por ejemplo, robóticamente) . Además, el carro 12A puede ser movido con o sin asistencia de una fuente externa. Por ejemplo, el carro puede estar configurado para ser movido utilizando un mango 16A u otro accionador manual. En modalidades alternativas, el carro es apto para ser movido con la asistencia un motor y/o algún dispositivo propulsor (por ejemplo, mecánico, neumático, eléctrico, etc.), como se desee o se requiera.

En otras modalidades, el carro 12A puede incluir conjuntos de ruedas que se acoplan con diferentes porciones de la pared interior del tubo (por ejemplo, porciones superior, inferior, lateral, etc.). Por ejemplo, en un arreglo, el carro incluye ruedas que se proyectan hacia afuera hacia la pared del tubo interna en varias direcciones.

De acuerdo con varias configuraciones, todo o sustancialmente todo el sistema reforzante es incorporado a un dispositivo robótico. Por ejemplo, el trípode u otra estructura de soporte para el conjunto de colocación puede ser provisto en el carro 12A. Además, el sistema puede estar configurado para viajar a lo largo del interior del tubo (u otra región que requiere refuerzo) con todos o sustancialmente todos los compuestos reforzantes de fibra incluido dentro de un elemento movible unitario.

Otra modalidad de un sistema reforzante de tubo 10B es ilustrado en la Figura 4. Como se muestra, todos, sustancialmente todos o la mayoría de los dispositivos y otro equipo requeridos para colocar los hilos de CFRP ensanchados o esparcidos 24' sobre la pared del tubo W u otro elemento pueden ser incluidos en un solo carro 12B. Por ejemplo, el carro 12B puede estar configurado para soportar el carrete 20, recipiente a granel u otra fuente de hilos o haz de fibras de carbono sin procesar 24, el saturador 40, el conjunto de colocación 100B y/o los semejantes. De acuerdo con ciertas modalidades, el carro 12B y los varios dispositivos y otros ítems colocados en el mismo son aptos para funcionar de acuerdo con un protocolo deseado o conjunto de instrucciones. Así, el proceso mediante el cual la pared interna W del tubo es reforzada con hilos de CFRP 24' puede ser plenamente automatizado o por lo menos parcialmente automatizado. Por ejemplo, como se muestra, el sistema 10B puede incluir un controlador principal C o procesador que es conectado operativamente a algunos o todos los dispositivos y/o componentes del sistema 10B (por ejemplo, los rodillos de compresión o presión del conjunto de aplicador 120B, el mecanismo rotacional del conjunto de colocación 100B, los rodillos 42 del saturador, etc.) . Además, el sistema puede incluir uno o más detectores de posición, detectores de temperatura o humedad, detectores de presión, otros dispositivos de detección y/o cualesquier otros componentes que también están configurados para estar en comunicación de datos con el controlador C u otro procesador. Así, para ayudar a ejecutar de manera exacta un procedimiento de recubrimiento de CFRP particular, el sistema 10B se puede poner en operación con uno o más bucles de retroalimentación . Tal controlador C puede ser colocado sobre el carro 12B o en cualquier otro sitio dentro o remoto al tubo P que es retroequipado o reparado.

Con referencia continua a la Fiqura 4, el carro 12B puede incluir un motor M u otro dispositivo que está configurado para propulsar selectivamente el carro 12B de una manera deseada (por ejemplo, hacer girar las ruedas 14B) . Como con otros dispositivos y componentes del sistema 10B, el motor puede ser conectado operativamente a un controlador C u otro procesador. En la modalidad ilustrada, el usuario puede ajustar la posición del carro 12B utilizando un pedal para el pie F. Sin embargo, cualquier otro tipo de controlador (por ejemplo, palanca, mango, perilla, interruptor, botón, etc.) puede ser usado ya sea en lugar de o además de un pedal para el pie. Además, en modalidades robóticas u otras modalidades plenamente automatizadas, el sistema reforzante está configurado para ponerse en operación sin un operador u otro usuario que esté en la vecindad del sistema. En tales arreglos, el controlador del sistema puede estar en comunicación de datos con un controlador remoto (por ejemplo, dispositivo portátil) que permite que un usuario ponga en operación el sistema desde una distancia (por ejemplo, mientras que está al exterior del interior del tubo, en general a lo lejos de un sitio de la pared, viga y/u otra estructura que es reforzada utilizando haces o hilos de fibras impregnadas con resina. En todavía otras modalidades, el sistema de refuerzo comprende una o más cámaras u otros dispositivos que proveen ventajosamente retroalimentación visual a un operador que está ubicado en un sitio remoto. Esto puede facilitar además la habilidad del operador para controlar de manera exacta el sistema.

De acuerdo con otras modalidades, el sistema 10B incluye un dispositivo portátil H que está configurado para ser conectado operativamente, ya sea directa o indirectamente (por ejemplo, por medio de un controlador C o procesador principal) , a otros dispositivos o componentes del sistema 10B. Como se muestra, el usuario puede manejar y manipular convenientemente tal dispositivo portátil H durante la ejecución de un procedimiento de refuerzo.

Con referencia continua a la Figura 5, un sistema reforzante 10C puede ser simplificado, de tal manera que un conjunto de colocación 100C está configurado para ser manipulado y movido selectivamente de manera directa por un usuario. Como se muestra, el conjunto de colocación 100C puede incluir un árbol 110C u otra porción de mango que tiene un conjunto de aplicación 120C en su extremo distante. El árbol 110C puede ser apto para ser sujetado y manipulado por un usuario para colocar los hilos de CFRP 24' que es dirigida por medio del mismo sobre la pared del tubo W. Asi, con tal arreglo, el usuario puede ser requerido que haga girar manualmente y/o haga mover de otra manera el árbol 110C del conjunto de colocación 100C a lo largo de una porción de la pared del tubo W. Por ejemplo, el usuario puede hacer girar el árbol 110C a lo largo de una circunferencia interior y/o hacer mover longitudinalmente el árbol 110C a lo largo de una porción deseada de la pared del tubo W. Asi, en tales modalidades, se puede simplificar o eliminar la necesidad de un conjunto de colocación más intrincado, un trípode u otro dispositivo para soportar el conjunto de colocación y/u otros componentes del sistema 10C. . Estos arreglos simplificados pueden ser particularmente útiles cuando el acceso al interior de un tubo o el acceso a otra estructura o ítem en necesidad de refuerzo es difícil (por ejemplo, tubos más pequeños, áreas confinadas, etc . ) .

Como de discute con referencia a otras modalidades en la presente, el sistema ilustrado 10C puede incluir uno o más controladores (no mostrados) sobre o cerca del árbol 110C o conectados operativamente al conjunto de colocación 100C. Tal controlador puede permitir que el usuario haga avanzar fácil y convenientemente la CFRP recubierta de resina a través del conjunto de colocación 100C, la cuchara de albañil y otras porciones del conjunto de aplicación 120C con el fin de colocar selectivamente el CFRP ensanchado sobre una porción deseada de la pared del tubo W u otra superficie. Por ejemplo, el controlador puede incluir una palanca, interruptor, perilla u otro dispositivo configurado para poner en operación un rodillo de compresión ubicado en o cerca del conjunto de aplicador 120C.

Como se indica anteriormente, las varias modalidades de los sistemas de refuerzo reveladas en la presente pueden ser usadas para reforzar o de otra manera retroequipar cualquier el estructural o no estructural, tal como por ejemplo, una pared de esfuerzo cortante, una pared que soporta carga, otro tipo de pared, viga, columna y/o los semejantes.

La Figura 6 ilustra una modalidad de un sistema reforzante que es aplicado a una o más superficies de una pared W . En el arreglo ilustrado, un operador está usando un sistema de refuerzo simplificado para aplicar una o más capas 24'' de CFRP recubierta con resina a la pared W . Como se muestra, el sistema incluye un conjunto de colocación 200 que está configurado para ser manipulado y ser movido selectivamente de manera directa por un usuario. Como se muestra, el conjunto de colocación 200 puede incluir un árbol principal 210 u otra porción de mango que comprende un conjunto de aplicación 220 en su extremo distante. Como se discute con referencia a otras modalidades en la presente, las capas de CFRP 24'' pueden estar orientadas en cualquier orientación para proveer un diseño deseado o requerido. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 6, las capas 24' ' pueden estar orientadas en una dirección en general vertical. Sin embargo, en modalidades alternativas, la orientación de las capas de CFRP 24'' puede ser en general horizontal y/o diagonal, ya sea además de o en lugar de vertical. Además, las varias capas 24'' colocadas sobre una pared, ubicación o estructura pueden ser en general paralelas o no paralelas (por ejemplo, perpendiculares, diagonales, etc.) entre si. Asi, en algunas modalidades, las capas de CFRP 24'' pueden ser aplicadas a una superficie de tal manera que se superponen completa o parcialmente, sin consideración de su orientación relativa entre si.

De acuerdo con algunas modalidades, una pared (por ejemplo, pared de tubo interior, pared exterior, etc.), componente estructural (por ejemplo, viga, columna, losa, pared, etc.) o superficie que va a ser reforzada puede sufrir una o más etapas preparatorias, ya sea de antemano a, durante o después de la alimentación de un haz de fibras ensanchado impregnado de resina sobre la misma. Por ejemplo, tal preparación pueden incluir socavado o granallado de la pared o superficie a ser tratada con agua a alta presión (u otros líquidos, gases o fluidos) , arena, otras partículas o sólidos y/o cualesquier otros materiales. Tal socavado puede ayudar a limpiar la pared u otra superficie y/o remover por lo menos parcialmente una o más películas, capas o porciones de tal pared o superficie en preparación de la aplicación subsecuente de CFRP u otras capas de fibra. Por ejemplo, la superficie expuesta de una superficie de concreto puede ser socavada por lo menos parcialmente y/o removida para exponer porciones subyaces del concreto. Esto puede ayudar a proveer una mejor superficie sobre la cual se pueden aplicar una o más capas de haz o hilos de fibra cargados de resina (o esparcidos de otra manera) . Por ejemplo, tales capas de haz ensanchado pueden ser aplicadas directamente a una pared, sin el uso de cualesquier otros recubrimientos o capas (por ejemplo, recubrimientos adherentes, aglutinantes, imprimaciones, concreto de relleno, adhesivos, etc.) . En otras modalidades, una o más capas intermedias o recubrimientos son provistos entre una pared y el haz de fibras ensanchado.

En algunas modalidades, cualquiera de los sistemas o métodos reforzantes revelados en la presente pueden ser usados sin pre-aplicación o post-aplicación de recubrimientos y/u otras etapas de tratamiento. Por ejemplo, en algunos arreglos, CFRP u otro haz o hilos de fibras impregnados de resina pueden ser ensanchados y anexados a una pared u otra superficie sin el uso de recubrimientos adherentes, imprimaciones, tratamiento térmico, tratamiento de luz, otras etapas de curado, capas superiores adicionales de pintura o recubrimientos superiores y/o los semejantes. En algunas modalidades, el haz de fibras es proporcionado a una pared u otra superficie con una cantidad apropiada de epoxi (por ejemplo, dentro de un intervalo deseado o requerido) y/u otra resina de tal manera que se adhiere de manera directa efectivamente a tal pared u otra superficie. Esto puede ofrecer ciertas ventajas con respecto a métodos de refuerzo de fibras tradicionales. Por ejemplo, el uso del haz de fibras impregnado con resina provee una alternativa más ligera a las telas de fibra, revestimientos internos, hojas, paneles u otros materiales pre-formados que son recubiertos con resina y aplicado a una pared u otra superficie. Asi, ya sea se reduce o elimina la necesidad de curado y/u otro procedimiento de post-aplicación . Además, como se discute en mayor detalle en la presente, es en general más fácil, más rápido, más barato y más conveniente transportar y aplicar los materiales requeridos en los métodos reforzantes presentes.

En cualquiera de las modalidades reveladas en la presente, o equivalentes de las mismas, un sistema reforzante puede incluir uno o más dispositivos que proveen el curado deseado o tratamiento de post-aplicación, como se discute anteriormente. Por ejemplo, en algunas modalidades, un elemento de colocación incluye una o más cabezas (por ejemplo, similares a una o más de las cabezas o conjuntos de aplicador ilustrados en la Figuras 2B-2D) que están configuradas para proveer ventajosamente tratamiento térmico, tratamiento de luz, ventilación, tratamiento de corriente eléctrica, uno o más recubrimientos o capas adicionales y/o los semejantes. En algunas modalidades, tal cabeza puede ser alineada con uno o más del conjunto de aplicador (por ejemplo, cucharas de albañil, conjuntos de rodillo, etc.) que están configurados para ensanchar o esparcir de otra manera los hilos de fibra impregnada de resina sobre la superficie objetivo. En otras modalidades, tales cabezas están desplazadas del conjunto de aplicador del sistema reforzante. En todavía otras modalidades, un sistema o dispositivo completamente separado puede ser utilizado para efectuar los procedimientos de curado deseados o requeridos. En modalidades en donde los dispositivos o componentes de curado y/u otros dispositivos o componentes de post-aplicación están incorporados a un sistema de refuerzo unitario, el proceso para proveer una o más capas de haz o hilos de fibras ensanchadas se puede llevar a cabo más rápido, más eficiente y/o más efectivamente, ya que el curado ocurre exactamente y en proximidad estrecha en tiempo y espacio a la aplicación del haz o hilos de fibras.

En algunos arreglos, etapas de aspersión de arena y/u otras etapas de socavado de una pared u otra superficie son efectuadas automática o manualmente. Por ejemplo, modalidades que utilizan un sistema robótico u otro sistema automatizado para aplicar una o más capas de CFRP u otra fibra impregnada de resina ensanchada pueden estar configurados para efectuar el trabajo de socavado, limpieza u otro trabajo preparatorio necesario. En otras modalidades, un dispositivo, sistema o procedimiento separado (por ejemplo, ya sea manual) es usado para ejecutar una o más de las etapas de preparación deseadas o requeridas. En una modalidad, un sistema robótico u otro sistema automatizado que limpia con chorros de arena u otro dispositivo socava una pared (por ejemplo, utilizando agua a alta presión, arena, etc.) está configurado para recolectar todos, la mayoría o algunos de los materiales usados en el procedimiento de limpieza a chorro de arena o socavado. En general, esto puede ayudar a acelerar el proceso para reforzar un tubo u otra estructura, ya que se requiere menos tiempo para limpiar después de la etapa de socavado iniciales. Las etapas de limpieza a chorro de arena, socavado y/u otras etapas preparatorias mencionadas anteriormente pueden ser usada en relación con cualquiera de las modalidades o sistemas y/o métodos de refuerzo revelados en la presente.

Además, una o más etapas o elementos de curado (y/u otras etapas o elementos de post-aplicación) pueden ser incorporados a cualquiera de los sistemas o métodos reforzantes revelados en la presente o equivalentes de los mismos. Por ejemplo, después de la aplicación a una pared u otra superficie, una o más capas del haz o hilos de fibras ensanchados cargados de resina pueden ser sometidos selectivamente a tratamiento térmico, tratamiento con corriente eléctrica, tratamiento con aire ventilado u otros procedimientos de secado, tratamiento con luz y/o los semejantes. En algunas modalidades, el tratamiento con luz incluye el uso de luz infrarroja (IR), ultravioleta (UV) y/o luz de otras longitudes de onda o niveles de energía. El uso de etapas de curado u otras etapas de post-aplicación puede ayudar a mejorar adicionalmente la fuerza de enlace entre los haces de fibras ensanchados y las superficies adyacentes a las cuales tales haces son unidos. Además, tales procedimientos de postaplicación pueden ayudar a disminuir el tiempo de curado, permitiendo ventajosamente gue capas subsecuentes del haz de fibras y/u otros materiales (por ejemplo, pintura, otros recubrimientos de terminado, etc.) sean aplicados con un tiempo de retardo reducido.

En algunas modalidades, aire u otros gases pueden ser administrados a través de un tubo o adyacentes a una superficie gue es tratada con el fin de facilitar el curado. Tal aire u otros gases pueden ser provistos utilizando uno o más ventiladores, dispositivos de soplador y/u otros dispositivos de transferencia de fluido. Sin embargo, en otras modalidades, se permite que los haces de fibra ensanchados se sequen al aire en un medio ambiente sin el uso de aire, forzado, calor u otros procedimientos de curado.

Como se indica anteriormente, una vez que las capas de CFRP deseadas u otras capas de fibra cargadas de resina han sido aplicadas a una pared u otra superficie, recubrimientos o capas protectoras, decorativas adicionales u otros recubrimientos o capas pueden ser aplicados a la misma. Por ejemplo, las capas de refuerzo de fibras pueden ser recubiertas selectivamente con pintura, recubrimientos de terminado y/o los semejantes. Además, puede ser necesario cortar o eliminar porciones de las capas de fibra, tales como por ejemplo en, o cerca de juntas u otros elementos de un tubo u otra superficie que es reforzada. La aplicación de capas adicionales y/o la ejecución de etapas de poste-aplicación adicionales (por ejemplo, punteo, corte, etc.) pueden ser efectuadas manual o automáticamente (por ejemplo, utilizando un sistema robótico) .

Las varias modalidades reveladas en la presente pueden proveer varias mejoras y ventajas con respecto a sistemas, dispositivos y métodos existentes. Por ejemplo, la colocación del haz o hilos de CFRP directamente sobre una pared de tubo u otra superficie que es tratada puede ayudar a mejorar la eficiencia de un procedimiento de refuerzo de tubo. Tales modalidades pueden también ser menos costosas y más confiables. A manera de ejemplo, el tiempo, dinero, labor, equipo y otros recursos usados para la manufactura, transporte, preparación e instalación de hojas de CFRP separadas sobre una superficie de un tubo u otra estructura son sustancialmente mayores que para las modalidades de hilos de CFRP revelados en la presente. Por ejemplo, con el fin de reparar un tubo dañado utilizando hojas de CFRP, se puede requerir una tripulación de 12 hombres. En contraste, solo una tripulación de 4 hombres puede ser necesaria para reforzar el mismo tubo dañado utilizando las hilos de CFRP. Tal reducción en requerimientos de mano de obra resulta, por lo menos en parte, debido a las tareas que llevan mucho tiempo y tediosas de recubrir hojas de CFRP individuales y aplicarlas a mano a una superficie deseada es eliminada. Además, como se discute en mayor detalle en la presente, la aplicación directa de las hilos de CFRP a una pared puede eliminar ventajosamente la necesidad de un recubrimiento adherente y/u otras capas base y/u otras etapas preparatorias (por ejemplo, deshumidificación del tubo).

La aplicación directa del haz de CFRP puede también mejorar las características estructurales de un tubo reforzado u otra estructura, ya que la orientación de los filamentos colocados sobre una pared u otra superficie puede ser controlada de manera exacta. En contraste, la orientación de los filamentos contenidos dentro de hojas de CFRP individuales no puede ser modificada para satisfacer criterios de diseño específicos u otros requerimientos. De manera relacionada, se elimina la necesidad de refuerzo longitudinal por medio de un tubo u otro ítem, debido a que los filamentos de las hilos pueden ser orientados a una o más ángulos que proveen un nivel deseado de integridad estructural tanto en dirección circunferencial (por ejemplo, presilla) y longitudinal.

Además, se puede evitar la necesidad de deshumidificación a través de un tubo al usar cualquiera de las modalidades de un sistema o método reforzante revelado en la presente. Por ejemplo, cuando las hojas de CFRP son usadas para reforzar un tubo, técnicas y procedimientos de deshumidificación dentro o cerca del tubo son frecuentemente requeridas antes de que los recubrimientos adherentes, imprimaciones y/u hojas de CFRP sean aplicadas.

Además, las varias modalidades discutidas e ilustradas en la presente pueden proveer varios beneficios ambientales y de salud. Por ejemplo, la cantidad de epoxi u otra resina usada con la aplicación del haz de CFRP ensanchado es en general menor que cuando se usan hojas de CFRP. Asi, la cantidad de VOC y otros gases o compuestos emitidos de la resina durante la aplicación directa de los hilos de CFRP a una pared puede ser reducida ventajosamente. Asi, la exposición de los trabajadores a gases y otros materiales potencialmente peligrosos puede ser reducida ventajosamente. Además, el saturador de resina u otro recipiente a través del cual el haz o hilos de fibras sin procesar es encauzado puede ser parcial o completamente cubierto para reducir adicionalmente la cantidad de compuestos volátiles emitidos al área de los alrededores y al medio ambiente. Además, los métodos descritos en la presente producen en general menos desechos y otro desperdicio sólido y/o liquido.

Además, los sistemas, dispositivos y métodos revelados en la presente, o equivalentes de los mismos, pueden requerir ventajosamente menos herramientas, tales como por ejemplo, rodillos, cubos, mesas y/o los semejantes. Además, puede ser más fácil transportar los varios bienes requeridos para consumar los requerimientos de refuerzo discutidos e ilustrados en la presente. Por ejemplo, los carretes, recipientes a granel u otras fuentes de hilos de carbono sin procesar y los tambores u otros recipientes de resina no requieren mayor cuidado o instrucciones de manejo especiales durante su entrega a un sitio de trabajo. Además, los varios dispositivos, componentes, herramientas requeridas y/u otro equipo requerido por tales sistemas pueden ser transportados, movilizados, montados y llevados rápida y fácilmente.

De acuerdo con algunas modalidades, ciertas etapas o procedimientos preparatorios son efectuados antes de la aplicación de las hilos de CFRP a una pared interior de un tubo u otra superficie. Por ejemplo, la pared u otra superficie a ser tratada puede ser limpiada para remover suciedad, polvo y otros desechos. En base a la superficie sobre la cual el CFRP será colocado, una capa superior de tal superficie puede penetrada o removida por lo menos parcialmente. Por ejemplo, un procedimiento de limpieza a chorro de arena de alta presión utilizando agua, otros líquidos u otros fluidos pueden ser usados. Además, una imprimación y/u otros recubrimientos pueden también ser aplicados a la superficie sobre la cual el CFRP será colocado (por ejemplo, utilizando un atomizador, rodillo y/o los semejantes). Sin embargo, en algunas configuraciones, un recubrimiento adherente y/u otros aglutinantes no son requeridos antes de que el haz de CFRP sea aplicado a la pared u otra superficie. Esto puede ahorrar tiempo y costos, especialmente cuando se compara con métodos existentes para instalar hojas de CFRP sobre superficies similares. Además, uno o más recubrimientos superiores pueden ser aplicados una vez que las hilos de CFRP han sido colocadas sobre la pared del tubo u otra superficie. Tales recubrimientos superiores pueden ayudar a sellar el CFRP, pueden mejorar adicionalmente la integridad estructural de la sección de tubo reforzada y/o proveer beneficios adicionales, como se desee o requiera.

Los sistemas, aparatos, dispositivos y/u otros artículos revelados en la presente pueden ser formados a través de cualquier medio apropiado. Los varios métodos y técnicas descritos anteriormente proveen un número de maneras para llevar a cabo la invención. Por supuesto, se comprenderá que no necesariamente todos los objetivos o ventajas descritos pueden ser obtenidos de acuerdo con cualquier modalidad particular descrita en la presente. Así, por ejemplo, aquellos experimentados en el arte reconocerán que los métodos pueden ser efectuados de una manera que obtiene u optimiza una ventaja o grupo de ventajas como se enseña en la presente sin obtener necesariamente otros objetivos o ventajas como se puede enseñar o sugerir en la presente.

Además, el experimentado en el arte reconocerá la intercambiabilidad de varios elementos de diferentes modalidades reveladas en la presente. Similarmente, los varios elementos y etapas discutidos anteriormente, también como otros equivalentes conocidos para cada uno de tales elementos o etapas, pueden ser mezclados y hacerse coincidir por aquel de habilidad ordinaria en el arte para efectuar métodos de acuerdo con los principios descritos en la presente. Adicionalmente, los métodos que son descritos e ilustrados en la presente no están limitados a la secuencia exacta de actos descritos, ni están limitados necesariamente a la práctica de todos los actos resumidos. Otras secuencias de eventos o actos, o menos de todos los eventos, o presencia simultánea de los eventos, pueden ser utilizados en la práctica de las modalidades de la invención .

Aunque la invención ha sido revelada en el contexto de ciertas modalidades y ejemplos, se comprenderá por aquellos experimentados en el arte que la invención se extiende más allá de las modalidades reveladas específicamente a otras modalidades y/o usos alternativos y modificaciones y equivalentes obvios de los mismos. Así, no se pretende que la invención esté limitada, excepto por las reivindicaciones adjuntas .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para reforzar un tubo, caracterizado porque comprende: una fuente de resina que comprende una resina, dicha fuente de resina está configurada para impregnar por lo menos parcialmente un haz de fibras con resina; en donde el sistema está configurado para impregnar por lo menos parcialmente un haz de fibras que se hace mover, por lo menos parcialmente, a través del sistema con la resina; un conjunto de colocación configurado para recibir un haz de fibras impregnado de resina, el conjunto de colocación comprende por lo menos un brazo que tiene un extremo distante; en donde el sistema está configurado para hacer avanzar selectivamente el haz de fibras impregnado de resina en relación con el conjunto de colocación, hacia el extremo distante del por lo menos un brazo; por lo menos un elemento de esparcimiento que se extiende dése el por lo menos un brazo, el elemento de esparcimiento configurado para esparcir el haz de fibras impregnado de resina desde un primer ancho a un segundo ancho y sobre una pared interior del tubo; en donde el segundo ancho del haz de fibras impregnado de resina es mayor que el primer ancho del haz de fibras impregnado de resina; y un controlador para regular por lo menos un aspecto relacionado con la manera en la cual el haz de fibras impregnado de resina se hace avanzar en relación con el conjunto de colocación y con el elemento de esparcimiento hacia y sobre la pared interior del tubo; y en donde el haz de fibras impregnado de resinas ensanchado por el elemento de esparcimiento está configurado para adherirse directamente a la pared interior del tubo sin el uso de recubrimientos adherentes u otras capas intermedias.

2. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto de colocación está configurado para ser sujetado y manipulado manualmente por un usuario.

3. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto de colocación está configurado para ser movido automáticamente en relación con la pared interior del tubo.

4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conjunto de colocación está configurado para girar selectivamente alrededor de un eje longitudinal del tubo para colocar circunferencialmente el haz de fibras impregnado de resina a lo largo de la pared interior del tubo.

5. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el haz de fibras comprende un haz de fibras de carbono.

6. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la fuente de resina es colocada en general entre una fuente de haz de fibras sin procesar y el conjunto de colocación.

7. El sistema de la reivindicación 6, caracterizado porque la fuente de resina comprende por lo menos un conjunto de avance para ayudar a dirigir el haz de fibras sin procesar desde la fuente de haz de fibras sin procesar en relación con la fuente de resina para impregna por lo menos parcialmente el haz de fibras sin procesar con resina.

8. El sistema de la reivindicación 6, caracterizado porque la fuente de haz de fibras sin procesar, la fuente de resina y el conjunto de colocación son colocados en un conjunto movible, dicho conjunto movible está configurado para ser movido automática o manualmente dentro del interior del tubo.

9. El sistema de la reivindicación 8, caracterizado porque el conjunto movible comprende un carro con ruedas.

10. El sistema de la reivindicación 8, caracterizado porque el conjunto movible comprende un pedal para el pie configurado para hacer mover selectivamente dicho conjunto movible dentro del interior del tubo.

11. El sistema de la reivindicación 7, caracterizado porque el por lo menos un conjunto de avance comprende un rodillo.

12. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema comprende por lo menos un conjunto de avance configurado para hacer avanzar selectivamente el haz de fibras impregnado de resina hacia el elemento de esparcimiento.

13. El sistema de la reivindicación 12, caracterizado porgue el por lo menos un conjunto de avance comprende un rodillo .

1 . El sistema de acuerdo con cualguiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el controlador comprende un dispositivo portátil configurado para ponerse en operación selectivamente por un usuario.

15. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el controlador comprende uno o más botones colocados sobre el conjunto de colocación.

16. El sistema de la reivindicación 14, caracterizado porque el dispositivo portátil está configurado para poner en operación selectivamente por lo menos un conjunto de rodillo apto para hacer avanzar selectivamente el haz de fibras impregnado de resina hacia el extremo distante del conjunto de colocación.

17. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conjunto de colocación comprende por lo menos una junta, la por lo menos una junta está configurada para permitir que un usuario modifique el ángulo al cual un haz de fibras impregnado de resina es colocado sobre la pared interior del tubo.

18. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el controlador está configurado para regular selectivamente el movimiento del conjunto de colocación alrededor del eje longitudinal del tubo.

19. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conjunto de colocación está configurado para ser movido longitudinalmente dentro del tubo para recubrir una sección longitudinal deseada de la pared interior del tubo con el haz de fibras impregnado de resina.

20. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el controlador está configurado para controlar el movimiento longitudinal del conjunto de colocación dentro del tubo.

21. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conjunto de colocación es asegurado a por lo menos un elemento de soporte, el por lo menos un elemento de soporte tiene una primera pata y por lo menos una segunda pata, las primeras y por lo menos segundas patas están configuradas para ponerse en contacto con la pared interior del tubo.

22. El sistema de la reivindicación 21, caracterizado porque el por lo menos un elemento de soporte está configurado para ser movido longitudinalmente dentro del interior del tubo.

23. El sistema de la reivindicación 21, caracterizado porque el por lo menos un elemento de soporte comprende un carro con ruedas o un trípode.

24. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el haz de fibras es provisto sobre un carrete o en un recipiente a granel .

25. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el haz de fibras comprende nylon, vidrio, grafito o poliaramida.

26. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la resina comprende epoxi, poliuretano, acrílico u otro polímero.

27. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conjunto de colocación comprende dos o más elementos de esparcimiento so para permitir que dos recubrimientos de haz de fibras impregnado de resina sean aplicados a la pared interior del tubo .

28. Un método para reforzar una superficie de concreto utilizando polímero reforzado con fibra, caracterizado porque comprende: recubrir hilos de fibra cruda con una resina; dirigir selectivamente los hilos de fibra recubiertos con resina a través de un conjunto de colocación de un sistema reforzante; esparcir los hilos de fibra recubiertos con resina que sale de un extremo distante del conjunto de colocación sobre una superficie de concreto; hacer girar el conjunto de colocación alrededor de un eje para colocar los hilos de fibra recubiertos con resina a lo largo de una primera sección circunferencial de la superficie de concreto; y hacer mover el conjunto de colocación a lo largo de un eje longitudinal del tubo para colocar selectivamente los hilos de fibra recubiertos con resina a lo largo de una segunda sección circunferencial de la superficie de concreto.

29. El método de la reivindicación 28, caracterizado porque la superficie de concreto comprende la pared interior del tubo.

30. El método de la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además proveer una imprimación o recubrimiento adherente sobre la pared del tubo antes de esparcir los hilos de fibra recubiertos con resina sobre la pared del tubo.

31. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 30, caracterizado porque comprende además proveer por lo menos un recubrimiento superior sobre los hilos de fibra esparcida que es colocada sobre la superficie de concreto .

32. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 32, caracterizado porque el dirigir selectivamente los hilos de fibra a través del conjunto de colocación comprende poner en operación por lo menos un conjunto de avance del conjunto de colocación.

33. El método de la reivindicación 32, caracterizado porque el por lo menos un conjunto de avance comprende un rodillo .

3 . El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 33, caracterizado porque la etapa de esparcir los hilos de fibra recubiertos con resina sobre una superficie de concreto es efectuada con una cuchara de albañil.

35. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 33, caracterizado porque la etapa de esparcir los hilos de fibra recubiertos con resina sobre una superficie de concreto es efectuada utilizando por lo menos un conjunto de rodillo.

36. El método de la reivindicación 29, caracterizado porque el ángulo relativo al eje longitudinal al cual los hilos de fibra recubiertos con resina es colocada sobre la pared del tubo es ajustable.

37. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 36, caracterizado porque la segunda sección circunferencial se superpone por lo menos parcialmente a la primera sección circunferencial.

38. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 36, caracterizado porque la segunda sección circunferencial se empalma en general con la primera sección circunferencial.

39. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 38, caracterizado porque los hilos de fibra comprende nylon, vidrio, grafito o poliaramida.

40. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 39, caracterizado porque la resina comprende epoxi, poliuretano o acrilico.

41. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 40, caracterizado porque el recubrimiento de los hilos de fibra sin procesar con resina comprende dirigir los hilos de fibra sin procesar a través de un depósito de resina de un saturador.

42. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 41, caracterizado porque el recubrimiento de los hilos de fibra sin procesar con resina comprende selectivamente atomizar, aplicar por gotas o aplicar de otra manera resina sobre los hilos de fibras sin procesar.

43. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 42, caracterizado porque comprende además curado utilizando tratamiento de luz, tratamiento térmico, tratamiento con corriente eléctrica o tratamiento de ventilación activa o pasiva.

44. El método de la reivindicación 43, caracterizado porque la etapa de curado es efectuada utilizando un dispositivo o componente acoplado al conjunto de colocación.

45. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 44, caracterizado porque la superficie de concreto es parte de una pared, viga, columna, tubo y/o los semej antes .