Sistemas de curado para la producción de tubería PRFV en continuo y en discontinuo

El sistema convencional de curado para el proceso FW en discontinuo está normalmente basado en una combinación de un peróxido de metiletilcetona (MEKP) de media o baja reactividad con cobalto (Butanox 1), que permite obtener un largo tiempo (gel time) en el baño de resina. El inconveniente es el largo gel time y tiempo de curado (curing time) del tubo a temperatura ambiente. Esto se puede resolver equipando la línea con lámparas de IR para lograr una elevada temperatura de curado del tubo y con ello, una velocidad de curado superior y un tiempo de producción inferior. Pero las desventajas de usar peróxidos de MEK convencionales a elevadas temperaturas son su baja eficacia y por lo tanto su relativa baja velocidad final del curado.

Para hallar una solución a la baja velocidad de producción e ineficaz polimerización, la combinación de un sistema de dos peróxidos con cobalto con un proceso FW en continuo resulta satisfactoria. El principio está basado en un ‘Kicker’ que empieza la reacción y un ‘Finisher’ que permite una polimerización óptima y logra la máxima eficacia. Usando estos sistemas de dos peróxidos en una producción FW en continuo se puede obtener una velocidad de producción más elevada comparada con el sistema de referencia. Dependiendo del sistema de curado, se puede incrementar de un 22% a un 33% la velocidad de producción.

La producción de tuberías PRFV para el transporte de agua en general es un negocio en auge. Una de las razones es el tremendo incremento de demanda de agua potable, especialmente en países cálidos. La imprevisible climatología, por ejemplo en el sur de Europa donde existen amplios periodos de sequía, tiene también una influencia.

El resultado es que el transporte de agua potable de una zona a otra se ha convertido en algo cada vez más importante y por lo tanto ha pasado a ser una prioridad.

Las tuberías de PRFV en base poliéster insaturado (UP) se pueden producir de cuatro formas distintas: proceso FW en discontinuo, proceso FW en continuo, proceso Hobas y proceso Meyer.

Esta presentación se centrará en la comparación de los procesos de enrollamiento (FW) discontinuos y continuos.

El principio básico del método discontinuo es un equipamiento relativamente simple, con un baño de resina y un mandril, y un sistema de curado basado en un MEKP de reactividad mediana con cobalto. Algún inhibidor puede ser necesario en algunas circunstancias. Mediante este proceso, se alcanza la máxima velocidad de línea en relación con la longitud, el diámetro y el grosor de la capa de la tubería.

El siguiente único paso posible para incrementar la producción es la instalación de más líneas.

En la producción en discontinuo de tuberías, el sistema de curado de referencia está basado en MEKP/cobalto. Se requiere combinar un largo tiempo con una velocidad de curado media/baja y su correspondiente tiempo de desmoldeo. Ajustando/modificando el sistema de curado se logra una mejora en el tiempo de desmoldeo y por lo tanto en la velocidad de producción.

Otro problema en la producción de tuberías por el método discontinuo es el espesor de la capa. A medida que crece el diámetro de la tubería, también lo hace el grosor de pared, siendo necesario a veces 30 o incluso 45 mm. Al existir una relación directa entre el espesor y el pico exotérmico, fácilmente se pueden prever algunos problemas. Esto ocurre porque al exceder un cierto máximo pico exotérmico, se producen todo tipo de fallos mecánicos como grietas, laminación y fibras blancas (contacto reducido entre la fibra de vidrio y la resina de poliéster curada). Por lo tanto, hay que adaptar el sistema de curado a uno con un pico exotérmico más reducido, por debajo de 100 °C.

La otra posibilidad es la de cambiar al proceso de enrollamiento (FW) continuo.

Los sistemas de curado usados aquí están inicialmente basados en MEKP/cobalto (Butanox 2) y para diámetros de tubería medios, la velocidad de producción se puede incrementar hasta 25 m/h. Aquí, el tiempo abierto ya no es de importancia, ya que los componentes líquidos y sólidos se mezclan a menudo justo antes de la aplicación en un proceso continuo.

El tiempo de desmoldeo en cambio sí que es de suma importancia (la velocidad de producción se mide en m/h).

El asunto está en ¿cómo mejorar esta situación? Ajustando/modificando el sistema de curado se puede una vez más lograr una mejora.

Cuando se comparan ambos procesos de enrollamiento (FW), se observa una velocidad de producción superior y un curado más eficiente en el método FW en continuo. Esto se refleja en un contenido de estireno residual (RS) menor en el producto final (tubo). En el método discontinuo, un menor RS se logra sólo con un post-curado, el cual significa costes adicionales al necesitar elevadas temperaturas durante varias horas. Parece claro, luego que el método continuo ofrece ventajas competitivas sobre el método discontinuo.

Hasta ahora se ha visto como lograr unos ratios de producción mayores cambiando el sistema de curado. En situaciones más o menos ideales esto es así. Pero la realidad puede parecer algo distinta. Uno de los factores de mayor influencia negativa resulta ser la humedad. La influencia del agua en la velocidad de producción de una tubería es un fenómeno mucho menos conocido. Específicamente hace referencia a la interferencia de la humedad con el sistema de curado. El agua no reacciona con el peróxido orgánico en sí mismo pero sí que lo hace con otro componente importante, el cobalto. Se forma un complejo muy estable que no da la reacción esperada con el peróxido orgánico. Dicho de otra manera, el acelerante de cobalto acaba parcialmente desactivado por lo que el sistema de curado da un gel time mucho más largo, una menor reactividad y al final, un ratio de producción más bajo.

¿Cómo evitar esta situación no deseada? Lo primero evidentemente es controlar el almacenamiento de las cargas y refuerzos en relación a la humedad. Pero hay otras formas; el acelerante de cobalto convencional exhibe este comportamiento pero existen otros productos de nuevo desarrollo con características adaptadas para la prevención de estas reacciones.

A un nivel bajo, hasta un 0.5% (sobre resina), no hay apenas influencia. Pero a niveles superiores, el gel time se incrementa rápidamente hasta valores muy altos resultando un sistema de curado de muy bajo rendimiento. Ello es debido a que el cobalto no activa o sólo parcialmente, el peróxido orgánico. En algunos casos el tiempo de curado puede llegar a ser de hasta algunos días.

Estos niveles de humedad se pueden fácilmente alcanzar con niveles relativamente bajos de humedad en la carga o fibras de refuerzo originales. Este componente es el mayoritario en la formulación final de la resina contribuyendo por lo tanto de forma muy importante.