Diseño, fabricación y control de calidad de tanques estáticos de PRFV

Nº Revista: 
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Diseño, fabricación y control de calidad de tanques estáticos de PRFV

 

Por el Ing. Carlos A. Pisano (*)

 

Introducción

Los tanques estáticos verticales construidos enteramente en resinas poliéster reforzadas con fibra de vidrio para almacenamiento de productos químicos,  son una alternativa técnico-económica interesante a la hora de tener que seleccionar un material para la construcción de este tipo de recipientes.

La combinación de elevada resistencia química junto con su excelente resistencia mecánica convierte al PRFV en una alternativa válida y muy utilizada en diversas industrias.

En tamaños que oscilan entre los 2000 y los 80.000 litros, cuanto no más, su diseño y construcción merecen especial atención y la dedicación de personal técnico con suficientes conocimientos y experiencia para evitar resultados no deseados.

El presente artículo está basado en la norma ASTM D3299 “Standard Specification for Filament-Wound Glass-Fiber-Reinforced Thermoset Resin Corrosion-Resistant Tanks”, revisión 2010.

                                                                                                     

Diseño

Consideraciones previas

El espesor en este tipo de tanques se logra intercalando capas de fibra de vidrio y resina hasta lograr el espesor previamente calculado.  A los fines de su resistencia estructural es fundamental el tipo y forma de distribución de la fibra de vidrio.  Así por ejemplo, se utilizan alternadamente fieltros de fibra no tejida, tejidos con diversos entramados roving y fibra larga roving.   Generalmente esta última se distribuye mediante un proceso automático denominado habitualmente “filament winding”, que significa enrollamiento.  En tanto que los fieltros son colocados a mano.

La resina que embebe el conjunto y es la que le confiere la cohesión a la fibra es la que le comunica la resistencia química y a la temperatura al compuesto final.

Cuando se requiere de una resistencia química especialmente alta, se utilizan resinas con estas características.  Debido a que el costo de este tipo de resinas (antiácidas) es muy superior a la media, en la construcción se coloca una primera capa (1 a 2mm) con este tipo de resina y luego, se continúa la construcción con resina de menor precio, logrando así la resistencia mecánica, que, en definitiva, es otorgada por el tipo y cantidad de fibra como se mencionó más arriba.

Cuando se utiliza esta primer capa de resina antiácida, se dice que el tanque tiene “barrera química”.

Esta barrera química es pobre en fibra y muy rica en resina y es la que estará en contacto con el medio agresivo, es decir, estará del lado interior del tanque.

 

Espesores de pared

La ecuación utilizada para el cálculo del espesor de pared es la siguiente:

 

            0,036 * d * H * D

tT =  tbq + -------------------

             2 * Efw * Z 

 

En donde:

tT  =  espesor total (mm)

tbq =  espesor de la barrera química (mm)

d   =  peso específico del fluido a contener (kg/dm3)

H   =  altura del fluido en el tanque (mm)

D   =  diámetro interno del tanque (mm)

Efw =  módulo en tracción del enrollamiento sólo (kPa)

Z   =  deformación admisible  (0,001)

 

Consideraciones generales

  • En caso de tanques para instalaciones externas sometidos a vientos o agitación violenta, deberían tenerse en cuenta consideraciones especiales de diseño.
  • Tanques expuestos a la intemperie deberían tener aditivos protectores de radiaciones solares en su capa externa.
  • Bajo acuerdo entre fabricante y comprador las resinas agregadas pueden tener agentes retardantes de llama; pigmentos o cargas siempre que no interfieran con la inspección visual de la calidad del laminado.
  • Para la construcción de: bocas de inspección; deflectores internos; conexiones diversas con el exterior; uniones entre parte superior e inferior con las paredes del tanque; juntas; etc. se recomienda leer atentamente lo indicado por la norma ASTM 3299 al respecto.
  • El contenido de fibra de vidrio de la capa estructural del tanque debería estar entre 50 y 80% en peso.

 

Fabricación

Como ya se ha mencionado, se trata de tanques fabricados por el método de enrollamiento (filamento wound) el cual debería tener un ángulo máximo de 80º respecto al eje del tanque.

Poseen barrera química otorgada por resinas de alta resistencia a la corrosión como Resinas Bisfenólicas o Vinil Ester; siendo el espesor de esta barrera no inferior a 2,5 mm.

La deformación permitida máxima de las paredes del tanque (Z) es de 0.0010 mm/mm a 21ºC cuando se realiza la prueba hidráulica.

La cabeza del tanque deberá tener forma torisférica y su base, plana, deberá unirse a la pared lateral con los ángulos recomendados por norma.

 

Control de calidad e inspección

En este tipo de producto es fundamental la inspección visual realizada por un especialista en el tema.  Para ello es necesario que el tanque no haya sido pintado o tenga algún tipo de revestimiento que impida observar la calidad del laminado.

En el caso que el tanque vaya a almacenar algún tipo de producto para el cual existen dudas o falta de datos en cuanto a su resistencia química, se recomienda seguir los lineamientos de la la norma ASTM C 581 “Std Practice for Determining Chemical Resistance of Thermosetting Resins Used in GFR Structures Intended for Liquid Service”.

Por otro lado, la norma ASTM C582 “Std Specification for Contact-Molded Reinforced Thermosetting Plastic Laminates for Corrosion-Resistant Equipment” es una excelente guía para el control de calidad del laminado.   En ella se indican los siguientes puntos principales a considerar:

 

Propiedades Físicas y Mecánicas

  • Resistencia a la tracción y módulo elástico (ASTM D 638)
  • Resistencia a la flexión y módulo de elasticidad (ASTM D790)
  • Contenido y tipo de fibra de vidrio (ASTM D 2584). Este valor junto con el espesor deberían contrastarse con lo recomendado por la ASTM C 582 respecto a la composición del laminado según resistencia mecánica necesaria y espesores de pared.
  • Espesor de pared
  • Dureza BarCol (ASTM D 2583)
  • Resistencia química (ASTM C 581) ya mencionada más arriba.

 

Calidad de trabajo y Terminado

El laminado terminado, ya sea del lado del molde (interior) como del lado externo, debería cumplir con determinados criterios de aceptación evaluando la existencia o no de cuestiones tales como:

  • Fisuras (superficiales e internas)
  • Ampollas (burbujas de aire bajo la superficie del laminado)
  • Hoyos o cráteres
  • Porosidad superficial
  • Rebabas en bordes o superficie
  • Refuerzo no mojado; delaminaciones
  • Fibra de vidrio expuesta
  • Áreas quemadas
  • Bordes cortantes
  • Rayados sobre la superficie
  • Presencia de materia extraña

Como se comprenderá estos “accidentes” sólo pueden evaluarse cuando el laminado no está cubierto.  Por otro lado, muchos de ellos se evalúan teniendo en cuenta tamaño y densidad de los mismos.

La superficie expuesta (interior) debe tener un buen grado de curado, la cual es evaluada mediante el control de su dureza Barcol y el ensayo de acetona.  Debe ser absolutamente lisa y libre de rugosidades.

 

 

(*) Director Centro Tecnológico de Plásticos y Elastómeros, Instituto Politécnico Superior, Universidad Nacional de Rosario, Av. Pellegrini 250 – 2000 Rosario (Argentina), Tel +54 341 4487110, www.ctpe.com.ar