Cómo elegir tuberías de plástico reforzado con vidrio: especificaciones de producción y revisión de los principales fabricantes

Gracias a la combinación de las características positivas del vidrio y los polímeros, los tubos de fibra de vidrio han obtenido perspectivas de aplicación prácticamente ilimitadas, desde la instalación de conductos de ventilación hasta el tendido de rutas petroquímicas.

En este artículo examinaremos las características principales de los tubos de fibra de vidrio, el marcado, las tecnologías de fabricación del compuesto polimérico y las composiciones de los componentes aglutinantes que determinan el ámbito de aplicación del compuesto.

También presentaremos criterios importantes de selección, prestando atención a los mejores fabricantes, ya que un papel importante en la calidad del producto lo juegan las capacidades técnicas y la reputación del fabricante.

Características generales del plástico reforzado con fibra de vidrio

El plástico reforzado con fibra de vidrio es un material plástico que contiene componentes de fibra de vidrio y un relleno aglutinante (polímeros termoplásticos y termoendurecibles). Junto con una densidad relativamente baja, los productos de fibra de vidrio se caracterizan por buenas propiedades de resistencia.

En los últimos 30-40 años, el plástico reforzado con fibra de vidrio se ha utilizado masivamente para la fabricación de tuberías de diferentes propósitos.

El compuesto polimérico es una alternativa digna al vidrio, la cerámica, el metal y el hormigón en la fabricación de estructuras diseñadas para funcionar en condiciones extremas (petroquímica, aviación, extracción de gas, construcción naval, etc.).

Las tuberías combinan las cualidades del vidrio y los polímeros:

1. Bajo peso. El peso promedio del plástico reforzado con fibra de vidrio es de 1,1 g/cm³. En comparación, el mismo parámetro para el acero y el cobre es mucho mayor: 7,8 y 8,9 respectivamente. Gracias a su ligereza, se facilitan las labores de montaje y el transporte del material.
2. Resistencia a la corrosión. Los componentes del compuesto tienen baja reactividad, por lo que no están sujetos a corrosión electroquímica ni descomposición bacteriana. Esta cualidad es un argumento decisivo a favor del plástico reforzado con fibra de vidrio para redes de ingeniería subterráneas.
3. Altas propiedades mecánicas. El límite absoluto de resistencia del composite es inferior al del acero, pero el parámetro de resistencia específica supera significativamente a los polímeros termoplásticos (PVC, HDPE).
4. Resistencia a la intemperie. El rango de temperaturas límite (-60 °C..+80 °C), el tratamiento de las tuberías con una capa protectora de gelcoat proporciona inmunidad a los rayos UV. Además, el material es resistente al viento (límite de 300 km/h). Algunos fabricantes afirman la resistencia sísmica de los accesorios de tubería.
5. Resistencia al fuego. El vidrio no inflamable es el componente principal del plástico reforzado con fibra de vidrio, por lo que el material es difícil de inflamar. Durante la combustión no se libera el gas tóxico dioxina.

El plástico reforzado con fibra de vidrio tiene baja conductividad térmica, lo que explica sus cualidades de aislamiento térmico.

Desventajas de las tuberías compuestas: susceptibilidad al desgaste abrasivo, formación de polvo cancerígeno debido al mecanizado y alto costo en comparación con el plástico.

A medida que se desgastan las paredes internas, las fibras quedan expuestas y se rompen; las partículas pueden entrar en el medio transportado.

Tecnologías de fabricación de tubos de fibra de vidrio

Las características físico-mecánicas del producto terminado dependen de la técnica de producción. La armadura compuesta se fabrica mediante cuatro métodos diferentes: extrusión, pultrusión, fundición centrífuga y enrollado.

Tecnología #1 — extrusión

Extrusión: proceso tecnológico basado en el prensado continuo de material pastoso o de alta viscosidad a través de una herramienta de moldeo. La resina se mezcla con fibra de vidrio triturada y un endurecedor plástico, y luego se introduce en la extrusora.

El producto terminado no tiene un armazón de refuerzo continuo, ya que el aglutinante se rellena con fibra de vidrio de manera aleatoria. La ausencia de un «cinturón de refuerzo» afecta la reducción de la resistencia de las tuberías.

Una línea extrusiva de alta productividad permite obtener productos compuestos sin armazón a bajo precio, sin embargo, la demanda es limitada debido a sus bajas propiedades mecánicas. La base de la matriz polimérica es polipropileno y polietileno.

Tecnología #2 — pultrusión

Pultrusión: tecnología de fabricación de elementos compuestos alargados de pequeño diámetro con sección transversal constante. Al pasar a través de una hilera de moldeo calentada (+140 °C), se «estiran» piezas de material de fibra de vidrio impregnado con resina termoendurecible.

A diferencia del proceso de extrusión, donde la fuerza determinante es la presión, en el equipo de pultrusión esta función la realiza la fuerza de tracción.

Los principales componentes operativos de la instalación de pultrusión: sistema de alimentación de fibra, depósito de polímero, dispositivo de preformado, termoprensa, cinta de tracción y máquina de corte.

Proceso tecnológico:

1. Los hilos de fibra de las bobinas se introducen en un baño de polímero, donde se impregnan con resinas termoplásticas.
2. Las fibras tratadas pasan a través de la unidad de preformado: los hilos se alinean y adquieren la forma deseada.
3. El polímero no endurecido llega a la hilera. Mediante varios calentadores se crea un régimen óptimo para la polimerización y se selecciona la velocidad de tracción.

El producto curado es estirado por la máquina de tracción y cortado en segmentos.

Características distintivas de la tecnología de pultrusión:

• polímeros aptos para procesamiento – resinas epoxi, poliéster, vinil;
• velocidad de tracción – el uso de polímeros «de pultrusión» optimizados e innovadores permite acelerar la tracción hasta 4-6 m/min. (estándar: 2-3 m/min.);
• rango de zona de trabajo: mínimo – 3,05*1 m (fuerza de tracción hasta 5,5 t), máximo – 1,27*3,05 m (fuerza – 18 t).

A la salida se obtiene un tubo con paredes exteriores e interiores perfectamente lisas, y también con altos niveles de resistencia.

Características del plástico reforzado con vidrio obtenido mediante el método de pultrusión: tensión de rotura a flexión – 700-1240 MPa, conductividad térmica – 0,35 W/m²°C, módulo de elasticidad a tracción – 21-41 GPa

Las desventajas del método no se refieren a la calidad del producto original, sino a la tecnología en sí. Argumentos en contra: el alto costo y la larga duración del proceso de producción, la imposibilidad de fabricar tuberías de gran diámetro diseñadas para cargas significativas.

Tecnología #3 — colada centrífuga

La empresa suiza Hobas desarrolló y patentó la técnica de formación centrífuga. En este caso, la producción se realiza desde la pared exterior del tubo hacia la interior utilizando un molde giratorio. Los componentes de la tubería incluyen: fibras de vidrio picadas, arena y resinas de poliéster.

Los componentes de materia prima se introducen en una matriz giratoria: se forma la estructura de la superficie exterior de la tubería. Durante la producción, se mezclan con la resina líquida componentes sólidos, relleno y fibra de vidrio; bajo la acción del catalizador, la polimerización se acelera.

Como resultado, se forman paredes lisas multicapa. Gracias a la técnica de «rociado» centrífugo, la estructura del tubo es monolítica, homogénea, sin delaminaciones ni partículas gaseosas.

Ventajas adicionales:

• alta precisión en las dimensiones del producto original (la sección interna del molde giratorio corresponde al diámetro externo del producto terminado);
• posibilidad de moldear una pared de cualquier espesor;
• alta rigidez anular del compuesto polimérico;
• obtención de una superficie lisa en el exterior e interior de los accesorios de tubería.

La desventaja de la producción centrífuga de tuberías de plástico reforzado con vidrio es el consumo energético y el alto costo del producto final.

Tecnología #4 — bobinado progresivo

La técnica más popular es el bobinado continuo. El tubo se crea alternando el mandril con fibra de vidrio y polímeros, junto con procesos de enfriamiento. El método de producción tiene varias subvariantes.

Técnica de anillo espiral

El colocador de fibras es un anillo especial, en cuya circunferencia se encuentran las hileras con los hilos.

El elemento de trabajo se desplaza continuamente a lo largo del eje del mandril en movimiento y distribuye las fibras a lo largo de líneas helicoidales.

Al cambiar la velocidad de rotación del mandril y el movimiento del colocador, cambia el ángulo de disposición de las fibras de vidrio. En los extremos del tubo, el anillo funciona en modo «inverso» y coloca los hilos con una inclinación mínima.

Principales ventajas del método:

• resistencia uniforme en toda la superficie de la tubería;
• excelente resistencia a las cargas de tracción: se eliminan las grietas;
• creación de productos de diámetro variable y secciones de configuración compleja.

Esta técnica permite obtener tuberías de alta resistencia, diseñadas para funcionar bajo alta presión (redes de ingeniería de bombas y compresores).

Bobinado helicoidal de cinta

La técnica es similar a la anterior, la diferencia es que el colocador suministra una cinta estrecha de fibras. La capa de refuerzo densa se logra aumentando el número de pasadas.

En la producción se utiliza un equipo más barato que en el método helicoidal-anular, pero el bobinado 'de cinta' presenta un par de desventajas importantes:

• productividad limitada;
• La colocación suelta de las fibras reduce la resistencia de la tubería.

El método helicoidal de cinta es relevante para la fabricación de accesorios de tuberías para presión baja y media.

Método longitudinal-transversal

Se realiza un bobinado continuo: el colocador coloca fibras longitudinales y transversales simultáneamente. No hay movimiento de reversa.

Para el mandril giratorio se utilizan bobinas móviles que suministran fibras longitudinales de refuerzo. Para fabricar tubos de gran volumen, se requiere utilizar una gran cantidad de bobinas.

Características del método:

• se utiliza principalmente para la creación de tubos con sección transversal de hasta 75 mm;
• Es posible tensar los hilos axiales, logrando así una resistencia similar a la del método helicoidal.

La tecnología longitudinal-transversal es altamente productiva. Las máquinas permiten variar la proporción de refuerzo axial y anular en un amplio rango.

Tecnología de capa inclinada transversal-longitudinal

El desarrollo de los ingenieros de Járkov tiene demanda entre los fabricantes nacionales. En el bobinado de capa inclinada, el colocador produce una 'velo' compuesto por un haz de hilos aglutinantes. La cinta se coloca sobre el mandril con un ligero ángulo, superponiéndose a la vuelta anterior, formando así un refuerzo anular.

Al finalizar el procesamiento de todo el mandril, las fibras se pasan por rodillos: se eliminan los residuos de polímeros aglutinantes y se compacta el recubrimiento de refuerzo.

El laminado permite lograr el contenido mínimo necesario de plástico. La proporción de vidrio en el compuesto curado es de aproximadamente el 80% – un resultado óptimo que garantiza alta resistencia y baja inflamabilidad.

Características del bobinado de capa inclinada:

• densidad de adherencia de las fibras de vidrio;
• diámetro ilimitado de los tubos producidos;
• altas propiedades dieléctricas debido a la ausencia de refuerzo continuo a lo largo del eje.

El módulo de elasticidad del plástico reforzado con fibra de vidrio de 'capa inclinada' es inferior al parámetro similar de otras técnicas. Debido al riesgo de aparición de grietas entre capas, el método no es viable para la creación de tuberías de alta presión.

Parámetros de selección de tubos de fibra de vidrio

La selección de tuberías de compuesto de vidrio se basa en los siguientes criterios: rigidez y presión de diseño, tipo de componente aglutinante, características constructivas de las paredes y método de unión. Los parámetros importantes se indican en los documentos adjuntos y en cada tubo: marcado abreviado.

Rigidez y presión nominal

La rigidez del plástico reforzado con vidrio determina la capacidad del material para resistir cargas externas (peso del suelo, tráfico) y la presión sobre las paredes desde el interior. Según la estandarización ISO, las tuberías se clasifican en varias clases de rigidez (SN).

Nivel máximo admisible de presión de trabajo para cada una de las clases: SN 2500 – 0,4 MPa, SN 5000 – 1 MPa, SN 10000 – 2,5 MPa

El grado de rigidez aumenta a medida que se incrementa el espesor de la pared de la tubería de plástico reforzado con vidrio.

La clasificación por presión nominal (PN) refleja la graduación de los productos respecto a la presión segura del líquido a una temperatura de +20 °C durante toda la vida útil (aproximadamente 50 años). La unidad de medida para PN es MPa.

Algunos fabricantes, como Hobas, indican características combinadas de dos parámetros (presión y rigidez) mediante una fracción. Las tuberías con una presión de trabajo de 0,4 MPa (clase PN – 4) y un grado de rigidez (SN) de 2500 Pa se marcarán como – 4/2500.

Tipo de material aglutinante

Las propiedades operativas de la tubería dependen en gran medida del tipo de aglutinante. En la mayoría de los casos se utilizan aditivos de poliéster o epoxi.

Características de los aglutinantes de poliéster

Las paredes se forman a partir de resinas de poliéster termoendurecibles, reforzadas con fibra de vidrio y aditivos de arena.

Los polímeros utilizados poseen cualidades importantes:

• baja toxicidad;
• curado en condiciones de temperatura ambiente;
• adherencia fiable a las fibras de vidrio;
• inercia química.

Las tuberías compuestas con polímeros de poliéster no son susceptibles a la corrosión ni a la acción de medios agresivos.

Ámbito de aplicación: servicios públicos, captación de agua, tuberías de plantas de tratamiento, alcantarillado industrial y doméstico. Limitaciones operativas: temperatura superior a +90 °C, presión superior a 32 atmósferas.

Características de la resina epoxi

El aglutinante confiere al material una mayor resistencia. El límite de temperatura de los compuestos con epoxi es de hasta +130 °C, y la presión máxima es de 240 atmósferas.

Una ventaja adicional es la conductividad térmica prácticamente nula, por lo que las tuberías ensambladas no requieren aislamiento térmico adicional.

Las tuberías de esta clase resultarán más caras que los productos de poliéster. Por lo general, las tuberías de plástico reforzado con vidrio con aglutinante epoxi se utilizan en la industria del petróleo y gas, petroquímica y en la organización de la infraestructura de puertos marítimos.

Estructura de las paredes de los tubos compuestos

Según el diseño, se distinguen: tuberías de plástico reforzado con vidrio de una, dos y tres capas.

Características de los productos de una sola capa

Los tubos no tienen un revestimiento protector, por lo que se caracterizan por su bajo costo. Características de la tubería: imposibilidad de uso en regiones con terreno difícil y clima severo.

Además, estos productos requieren una instalación cuidadosa – excavación de una zanja de gran volumen, construcción de un «colchón» de arena. Pero el presupuesto de los trabajos de instalación aumenta debido a esto.

Características de los tubos de dos capas

Los productos están revestidos internamente con una película de polietileno de alta presión. La protección aumenta la resistencia química y mejora la estanqueidad de la tubería bajo cargas externas.

Sin embargo, la operación de los accesorios en tuberías de la industria petrolera reveló debilidades en las modificaciones de dos capas:

• insuficiente adherencia entre la capa estructural y el revestimiento: violación de la monoliticidad de las paredes;
• deterioro de la elasticidad de la película protectora a temperaturas bajo cero.

Durante el transporte de medios que contienen gas, es posible el desprendimiento del revestimiento.

El propósito de la tubería de dos capas es el transporte de masas desgasificadas. Los tubos compuestos son adecuados para el bombeo de aguas residuales, la instalación de redes de alcantarillado y de suministro de agua

Parámetros del tubo de tres capas

Estructura del tubo de fibra de vidrio:

1. Capa polimérica externa (espesor 1-3 mm) – aumento de la resistencia mecánica y química.
2. Capa estructural – capa constructiva responsable de la resistencia del producto.
3. Revestimiento (espesor 3-6 mm) – capa interna de fibra de vidrio.

La capa interna proporciona suavidad, estanqueidad y suaviza las fluctuaciones cíclicas de la presión interna.

Las características físico-mecánicas de los tubos de fibra de vidrio de tres capas permiten utilizarlos en diversas industrias para el transporte de medios que contienen gas y líquidos.

Método de unión de la tubería de fibra de vidrio

Según el método de conexión, la gama de accesorios de tubería de compuesto se divide en 4 grupos.

Grupo n.º 1 – unión de espiga y campana

Las juntas elásticas de goma se montan en las ranuras correspondientes de las espigas de los extremos de los tubos. Los anillos de asiento se forman en equipos con control electrónico, garantizando la precisión de su posición y dimensiones.

Dependiendo de la ubicación de la red de ingeniería y del tipo de medio transportado, se selecciona el tipo de junta de goma. Los accesorios de tubería se suministran con los anillos necesarios.

Grupo n.º 2 – unión de espiga y campana con junta y tope

Al construir una tubería en superficie, es necesario compensar la acción de las fuerzas axiales sobre la tubería. Para ello, además de la junta, se coloca un tope. El elemento está hecho de cable metálico, policloruro de vinilo o poliamida.

El tope se instala en las ranuras anulares a través del orificio de la campana en el extremo de espiga. El limitador no permite el desplazamiento axial de los elementos de la tubería.

Grupo n.º 3 – conexión bridada

Empalme de tubería compuesta con accesorios moldeados o tuberías metálicas. Las dimensiones de conexión de las bridas de plástico reforzado con fibra de vidrio se rigen por la norma GOST 12815-80.

Para la fijación con brida, en la base de la tubería se ha previsto un «tope» especial con orificios para los elementos de sujeción. El ancho de los bordes de unión depende de los parámetros de la tubería.

Grupo n.º 4 – fijación adhesiva

Método de conexión no desmontable: se aplica en los extremos una composición de materiales de vidrio de refuerzo con adición de un componente de poliéster de curado «en frío». Este método garantiza la resistencia y estanqueidad de la tubería.

Marcado de la capa interna protectora

La metodología de producción de tuberías permite fabricar productos con diferentes composiciones de la capa interna, que determinan la resistencia de la tubería al medio transportado.

La variedad de productos se divide en 4 grupos. Las tuberías de plástico reforzado con fibra de vidrio de categoría HP soportan sin problemas el bombeo regular de líquidos hasta +90 °C, mientras que el valor límite de pH no debe superar 14.

Los fabricantes nacionales utilizan el siguiente marcado de revestimientos protectores.

La designación alfabética indica el ámbito de uso permitido:

• A – transporte de líquidos con abrasivos;
• P – suministro y evacuación de agua fría, incluida agua potable;
• J – uso permitido en medios gaseosos y líquidos químicamente agresivos;
• G – sistemas de suministro de agua caliente (límite 75 °C);
• S – otros líquidos, incluidos los de acidez elevada.

El revestimiento protector se aplica en una capa de hasta 3 mm.

Reseña de productos de los principales fabricantes

Entre la diversidad de productos presentados hay marcas reconocidas con una larga trayectoria y reputación positiva. Entre ellas se encuentran los productos de las empresas: Hobas (Suiza), Steklokompozit (Rusia), Amiantit (grupo de Arabia Saudita con plantas de producción en Alemania, España, Polonia), Ameron International (EE. UU.).

Fabricantes jóvenes y prometedores de tuberías compuestas de plástico reforzado con fibra de vidrio: Poliek (Rusia), Arpipe (Rusia) y Zavod Stekloplastikovyj Trub (Rusia).

Fabricante #1 — marca HOBAS

Las fábricas de la marca están ubicadas en Estados Unidos y en muchos países de Europa. Los productos del grupo Hobas han obtenido reconocimiento mundial por su excelente calidad. Las tuberías GRT con aglomerante de poliéster se fabrican mediante la técnica de centrifugado a partir de fibra de vidrio y resinas de poliéster insaturado.

Los sistemas de tuberías Hobas se utilizan ampliamente en alcantarillado, drenaje y redes de agua, tuberías industriales y centrales hidroeléctricas. Se permite la instalación en superficie, el método de microtúnel y el arrastre.

Características de los tubos compuestos Hobas:

• diámetro – 150-2900 mm;
• clase de rigidez SN – 630-10 000;
• nivel de presión PN – 1-25 (PN1 – tubería sin presión);
• presencia de revestimiento interior anticorrosión;
• resistencia a medios ácidos en un amplio rango de pH.

Se ha establecido la producción de piezas especiales: codos, reductores, manguitos con bridas y tes.

Fabricante #2 — empresa Steklokompozit

La empresa «Steklokompozit» ha establecido una línea de producción de tubos de plástico reforzado con vidrio Flowtech, la técnica de producción es el bobinado continuo.

Se utiliza equipo con doble suministro de resinas. Las resinas de alta tecnología se suministran para la capa interior, y la composición más barata, para la capa estructural. Este método permite racionalizar el consumo de material y abaratar el producto.

La gama de tubos Flowtech – 300-3000 mm, clase PN – 1-32. Longitud estándar – 6, 12 m. Bajo pedido, es posible la fabricación en longitudes de 0,3 a 21 m.

Fabricante #3 — marca Amiantit

Los componentes principales de los tubos Flowtite de Amiantit: fibra de vidrio, resina de poliéster, arena. La técnica utilizada es el bobinado continuo, que garantiza la creación de una tubería multicapa.

La estructura del plástico reforzado con vidrio incluye seis capas:

• bobinado exterior de cinta no tejida;
• capa de potencia – fibra de vidrio picada + resina;
• capa intermedia – fibra de vidrio + arena + resina de poliéster;
• capa de potencia repetida;
• revestimiento de hilos de vidrio y resina;
• capa protectora de fibra de vidrio no tejida.

Las investigaciones realizadas mostraron una alta resistencia a la abrasión: después de 100 000 ciclos de procesamiento con grava, la pérdida de la capa protectora fue de 0,34 mm.

La clase de resistencia de los productos Flowtite – 2500 – 10000, bajo pedido es posible fabricar un tubo SN-30000. La presión de servicio – 1-32 atmósferas, la velocidad máxima del flujo – 3 m/s (para agua limpia – 4 m/s).

Fabricante #4 — empresa Poliek

La LLC «Poliex» produce diversas modificaciones de productos de tubería Fpipes de plástico reforzado con vidrio. La técnica de fabricación (bobinado continuo en capas cruzadas longitudinal-transversal) permite crear tubos de tres capas de hasta 130 cm de diámetro.

Los materiales compuestos poliméricos se utilizan en la fabricación de tuberías de revestimiento, eslabones de columnas de elevación de agua, tuberías de suministro de agua y sistemas de calefacción.

Rango de nomenclatura de tuberías de plástico reforzado con vidrio para alcantarillado – 62,5-300 mm, productos de alta presión – 62,5-200 mm, conductos de ventilación – 200-300 mm, revestimientos de pozos – 70-200 mm

Además de las tuberías de plástico reforzado con vidrio, en el mercado hay muchos productos de otros materiales – acero, cobre, polipropileno, metal-plástico, polietileno, etc., que, gracias a su precio más asequible, se utilizan activamente en diversos ámbitos domésticos – instalación de sistemas de calefacción, suministro de agua, alcantarillado, ventilación, etc.

Puede conocer las características de las tuberías de diferentes materiales en los siguientes artículos nuestros:

• Tubos metaloplásticos: tipos, características técnicas, particularidades de instalación
• Tuberías y accesorios de polipropileno: tipos de productos de PP para montaje de tuberías y métodos de conexión
• Tuberías de ventilación de plástico para extracción: tipos, sus características, aplicación
• Tuberías de cobre y accesorios: tipos, marcado, detalles de instalación de un conducto de cobre
• Tuberías de acero: tipos, surtido, resumen de características técnicas y aspectos de instalación

Conclusiones y video útil sobre el tema

Tecnología de fabricación y conveniencia del uso de tuberías de plástico reforzado con vidrio:

Comparación de las técnicas de bobinado continuo y discontinuo de fibra:

En la construcción de viviendas particulares, las tuberías de plástico reforzado con vidrio se usan bastante raramente. La razón principal es el alto costo, en comparación con los análogos de plástico. Sin embargo, en el ámbito industrial, las cualidades del compuesto han sido valoradas, y se están reemplazando masivamente las tuberías metálicas desgastadas por las de plástico reforzado con vidrio.

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