ES2227185T3 - Una caldera construida utilizando un material compuesto. - Google Patents
Una caldera construida utilizando un material compuesto.Info
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Abstract
Una caldera (2), la cual se utiliza, en particular, en calentadores de agua, acoplada con un elemento calefactor (3) el cual es preferiblemente eléctrico, aunque no de modo exclusivo, y del tipo que está realizado completamente de un material compuesto de matriz polimérica, comprendiendo una primera capa (4) que está elaborada con un material plástico que posee características las cuales la hacen adecuada para el contacto con el agua con propósitos sanitarios y una segunda capa (5) que está elaborada con un material compuesto que consiste en fibras de alta resistencia a la tracción caracterizada porque: u la primera capa (4) puede ser de material de matriz elastomérica. u la segunda capa (5) se compone de una pluralidad de filamentos o tiras sintéticas enrolladas alrededor de la primera capa (4), los dichos filamentos o tiras sintéticas estando cubiertos con resinas las cuales aglomeran por medio de reticulación o fusión; la dicha segunda capa estando fabricada como un cuerpo único y diseñada para crear una resistencia estructural para la caldera (2); u las dichas primera y segunda capas siendo separables una de otra solamente después que dicha caldera ha sido destruida, dicha destrucción de la caldera siendo tal de manera de permitir que la dicha caldera pueda ser reciclada al final de su vida útil.
Description
Una caldera construida utilizando un material
compuesto.
La invención se refiere a una caldera de material
compuesto de matriz polimérica, para ser usada, en particular, en un
calentador de agua.
Desde hace algún tiempo el solicitante ha estado
aumentando su interés en el uso de materiales sintéticos de matriz
polimérica tales como materiales adecuados para la fabricación de
componentes para depósitos de agua, con fines sanitarios, calentado
lo mismo por electricidad que por gas. Este interés surge debido a
las numerosas ventajas que presentan estos materiales en comparación
con los materiales metálicos usados hasta el momento.
Una primera desventaja de las calderas de metal
utilizadas tradicionalmente en calentadores de agua está constituida
por el fenómeno de la corrosión electrolítica lo cual ocurre sobre
la superficie interna de dichas calderas. Para contrarrestar dicha
corrosión electrolítica en el momento que ocurre, se adoptan
sistemas de protección tales como la aplicación en la parte interna
de revestimientos adecuados o de un protector especial o de ánodos
de corriente impresa.
Otra desventaja adicional de las calderas de
metal tradicionales son los efectos negativos medioambientales que
se producen durante la fase de producción por el uso de substancias
químicas utilizadas para preparar las superficies de metal.
Otra desventaja adicional está constituida por la
corta vida útil de las calderas tradicionales de metal.
En los diseños propuestos hasta ahora para la
fabricación de calderas de material sintético para calentadores de
agua, se han inclinado de forma general a preferir materiales con
características mecánicas particulares así como formas particulares
de refuerzo estructural en el momento de seleccionar dichos
materiales.
Por ejemplo, la solicitud de Patente
Internacional n. PCT/IT97/00186 estudia el uso de materiales
poliméricos aleados los cuales están modificados con otros
poliméricos técnicos ya que estos materiales poseen características
positivas de resistencia a la tensión mecánica, lo cual es debido
también a la adición de agentes de refuerzo.
La solicitud de Patente Internacional n.
PCT/
EP98/07982, propone un modo de lograr las características considerables de resistencia mecánica de una caldera para calentadores de agua fabricada de material sintético con nervaduras estructurales de refuerzo.
EP98/07982, propone un modo de lograr las características considerables de resistencia mecánica de una caldera para calentadores de agua fabricada de material sintético con nervaduras estructurales de refuerzo.
En las dos invenciones indicadas anteriormente,
la caldera utilizada está fabricada a través de la unión conjunta
por soldado o por la utilización de adhesivos de dos o más
componentes. Estas soluciones, las cuales son estructuralmente
débiles, requieren de adaptaciones adecuadas para garantizar que las
condiciones de funcionamiento del artículo no causen situaciones que
sean potencialmente peligrosas para el usuario debido a la presión
que se genera en el interior de la caldera en condiciones
particulares, durante el proceso de calentamiento o bien cuando el
agua es depositada dentro de dicha caldera.
Un primer propósito de esta invención es el hecho
de hacer posible la fabricación de una caldera elaborada de un
material polimérico sintético como un único cuerpo sin un diseño
estructuralmente débil.
Un segundo propósito de la caldera en cuestión de
la presente invención es el hecho que los costes de producción deben
ser similares a aquellos a los de una caldera que posea una
capacidad idéntica pero realizada de metal.
Otros objetivos adicionales están constituidos
por la facilidad con la cual los componentes pueden ser reciclados y
por una vida útil garantizada por al menos diez años.
Además, los propósitos antes mencionados son
conseguidos con el menor impacto posible que se produce en el
medioambiente durante la fase de producción y con el consumo de
energía, ambos durante el proceso de producción y cuando el
calentador de agua acoplado con la caldera está en uso, siendo
extremadamente bajo dicho impacto en comparación con los otros
calentadores de agua existentes en el mercado.
La caldera en cuestión en la presente invención,
la cual se utiliza, en particular, en calentadores de agua, está
acoplada con un elemento calefactor el cual es preferiblemente
eléctrico, aunque no de modo exclusivo, y del tipo que está
realizado completamente de un material compuesto de matriz
polimérica, comprende una primera capa elaborada con un material
plástico que posee características las cuales la hacen adecuada para
el contacto con el agua con propósitos sanitarios y una segunda capa
elaborada con un material compuesto que consiste en fibras de alta
resistencia a la tracción, está caracterizada porque:
- \bullet
- la primera capa puede ser de material de matriz elastomérica.
- \bullet
- la segunda capa se compone por una pluralidad de filamentos o de tiras sintéticas enrolladas alrededor de la primera capa, los dichos filamentos o tiras sintéticas estando cubiertos con resinas las cuales aglomeran por medio de reticulación o fusión; la dicha segunda capa estando fabricada como un cuerpo único y diseñada para crear una resistencia estructural para la caldera.
- \bullet
- las dichas primera y segunda capas siendo separables una de otra solamente después que dicha caldera ha sido destruida, dicha destrucción de la caldera siendo de manera tal que permite que la dicha caldera pueda ser reciclada al final de su vida útil.
Estas y otras características se mostrarán mejor
en la descripción que sigue a continuación de una realización
preferida de esta invención proporcionada en la forma de un ejemplo
en los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una caldera acoplada dentro de un
calentador eléctrico de agua;
La figura 2 es una sección esquemática y sin
escala de la caldera;
Haciendo referencia a la figura 1, el número 1 es
utilizado para indicar un calentador de agua en el cual una caldera
2 está acoplada.
En el interior de la caldera 2 hay un elemento
calefactor 3 del tipo eléctrico.
En la figura 2, el número 4 indica una primera
capa que entra en contacto directo con el agua caliente o el agua
que será calentada y el número 5 denota una segunda capa la cual se
encuentra exteriormente con respecto a la primera.
La primera capa 4 está elaborada de un material
de matriz termoplástica constituida de resinas de poliolefina,
homopolímero, copolímero, metaloceno o resinas de base PET, o
resinas de base PPE/PPO o incluso, de una mezcla de otros materiales
poliméricos compatibles o de aquellos los cuales se han hecho
compatibles, que pueden ser o los semicristalinos o los amorfos.
La primera capa 4 puede también estar elaborada
de un material de matriz elastomérica constituida por de PB o por
resinas de base PIB o incluso una mezcla con otros poliméricos
compatibles o aquellos los cuales se han hecho compatibles, que
pueden ser o los semicristalinos o los amorfos.
Las dos capas 4 y 5, ambas estando en un cuerpo
único, son completamente separables una de la otra.
Una capa 6 del calentador de agua 1 que contiene
la caldera 2 está envuelta alrededor del área exterior de dicha
caldera y está diseñada para proporcionar un aislamiento térmico
para dicha caldera; la capa 6 siendo separable de la superficie
externa de la segunda capa 5.
Una primera ventaja de la caldera en cuestión en
la presente invención es que la segunda capa, diseñada para
suministrar la resistencia estructural necesaria para dicha caldera,
garantiza cuando está caliente, un valor de explosión de al menos no
menor de 30 barias a 70ºC y un número de ciclos mecánicos de fatiga
desde 1 a 8 barias, de más de los 20,000 que se precisan por los
estándares de seguridad determinados.
Una segunda ventaja está constituida por el hecho
que el coste industrial de la caldera, objeto de la presente
invención es substancialmente idéntico a aquel de las calderas con
la misma capacidad, pero elaboradas completamente de metal.
Otra ventaja adicional está constituida por la
facilidad con la cual pueden ser reciclados los únicos componentes
cuando son triturados o la unidad entera de la caldera objeto de la
presente invención.
Otra ventaja adicional está constituida por el
bajo impacto que se produce en el medioambiente durante el proceso
de producción y el consumo de energía durante ambos procesos de
producción y cuando dicha caldera está en uso, lo cual es
extremadamente bajo en comparación con aquellos otros productos
disponibles en el mercado hoy en día.
Otras ventajas adicionales están constituidas por
la carencia de luz real de la unidad y la ausencia de cualquier
elemento diseñado para combatir la corrosión de la superficie
interna de la caldera.
Por último, la caldera objeto de la presente
invención, tiene la ventaja adicional de que sus niveles de
producción de calentamiento, así como sus niveles mecánicos de
funcionamiento no son más bajos que aquellos de los de las calderas
elaboradas de metal.
Una realización adicional, no mostrada, prevé la
aplicación de una capa compuesta de una pluralidad de filamentos o
tiras de material sintético cubierta con resinas las cuales
aglomeran por medio de la reticulación o de la fusión en el exterior
de dicha caldera de material polimérico, para ser utilizada, en
particular, en un calentador de agua, acoplada con un elemento
calefactor y el cual es preferiblemente eléctrico, aunque no de modo
exclusivo y caracterizada por el hecho que está ensamblada desde dos
o más elementos acoplados unos con otros por soldadura, adhesivo, o
cualquier otro método.
La dicha cubierta es aplicada a dichos elementos
compuestos cuando están completamente ensamblados.
La dicha capa y la caldera creadas después del
ensamblaje terminado de dichos dos o más elementos son acopladas una
con otra de manera de permitir su total separación.
En esta descripción, se ha hecho una alusión
específica a un calentador de agua en cuyo interior se encuentra
acoplada la caldera objeto de la presente invención, no obstante, la
dicha caldera puede ser naturalmente utilizada de manera provechosa
en otros campos de aplicación diferentes a aquellos de los
calentadores de agua.
Claims (9)
1. Una caldera (2), la cual se utiliza, en
particular, en calentadores de agua, acoplada con un elemento
calefactor (3) el cual es preferiblemente eléctrico, aunque no de
modo exclusivo, y del tipo que está realizado completamente de un
material compuesto de matriz polimérica, comprendiendo una primera
capa (4) que está elaborada con un material plástico que posee
características las cuales la hacen adecuada para el contacto con el
agua con propósitos sanitarios y una segunda capa (5) que está
elaborada con un material compuesto que consiste en fibras de alta
resistencia a la tracción caracterizada porque:
- \bullet
- la primera capa (4) puede ser de material de matriz elastomérica.
- \bullet
- la segunda capa (5) se compone de una pluralidad de filamentos o tiras sintéticas enrolladas alrededor de la primera capa (4), los dichos filamentos o tiras sintéticas estando cubiertos con resinas las cuales aglomeran por medio de reticulación o fusión; la dicha segunda capa estando fabricada como un cuerpo único y diseñada para crear una resistencia estructural para la caldera (2);
- \bullet
- las dichas primera y segunda capas siendo separables una de otra solamente después que dicha caldera ha sido destruida, dicha destrucción de la caldera siendo tal de manera de permitir que la dicha caldera pueda ser reciclada al final de su vida útil.
2. Una caldera, según la reivindicación 1,
caracterizada porque el material de matriz termoplástica con
el cual puede ser fabricada dicha primera capa (4) está constituido
de resinas de poliolefina, homopolímero, copolímero, metaloceno o
resinas de base PET, o resinas de base PPE/PPO o incluso, de una
mezcla de otros materiales poliméricos compatibles o de aquellos los
cuales se han hecho compatibles, que pueden ser o los
semicristalinos o los amorfos; la elección de dichos posibles
materiales de matriz termoplástica, está en dependencia de la
resistencia, en particular la resistencia termal, que va a ser
suministrada a la primera capa (4).
3. Una caldera, según la reivindicación 1,
caracterizada porque el material elastomérico con el cual
puede ser fabricada dicha primera capa (4) está constituido de
resinas de base PB- o PIB o incluso de una mezcla con otros
materiales poliméricos compatibles o aquellos los cuales se han
hecho compatibles, que pueden ser o los semicristalinos o los
amorfos; la elección de dichos posibles materiales de matriz
termoplástica, está en dependencia de la resistencia, en particular
la resistencia termal, que va a ser suministrada a la primera capa
(4).
4. Una caldera, según las reivindicaciones 1, 2 y
3 caracterizada porque el material de la primera capa (4), el
cual está en contacto directo con el agua, tiene un alto nivel de
resistencia a la dilatación térmica y a la deformación mecánica
cíclica debido a la presión del agua.
5. Una caldera, según la reivindicación 1,
caracterizada porque los filamentos o tiras de la segunda
capa (5) pueden estar constituidos de fibra de vidrio, carbón o
incluso de un tipo de tejido.
6. Una caldera según las reivindicaciones de la 1
a la 5, caracterizada porque la resina de revestimiento la
cual está elaborada de filamentos o tiras de material sintético de
la segunda capa (5), está constituida de un material preimpregnado;
las dichas resinas utilizadas en dicho material preimpregnado pueden
ser lo mismo del tipo de resinas termosellables o del tipo de
resinas de matriz de termoplástico con puntos adecuados de fusión,
la selección de dichas resinas depende de ambas resistencias
mecánica y termal que se va a proporcionar a la segunda capa
(5).
7. Una caldera, según la reivindicaciones 1, 5 y
6, caracterizada porque la pluralidad de filamentos o tiras
de un material sintético se aplica de acuerdo a la tecnología más
apropiada, diseño y grosor para los niveles finales de rendimiento
requeridos de la caldera (2); pongamos por ejemplo, en dependencia
de dicha tecnología, diseño y grosor, la dicha caldera puede
alcanzar cuando está caliente, unos valores de explosión de 38
barias a 70ºC y un número de ciclos mecánicos de fatiga de por
encima de un millón a 1-6 barias debido a la presión
inconstante del agua.
8. Una caldera según la reivindicación 1,
caracterizada porque una capa (6) del calentador (1) de agua
que contiene la caldera (2) colocada en dicho calentador de agua
para ser usada con la intención de garantizar el aislamiento termal
de dicha caldera, está colocada en la zona exterior de la segunda
capa (5) de dicha caldera y puede ser separada de dicha segunda
capa; el hecho de que esta sea separable se ha diseñado para
permitir que la caldera (2) sea completamente desmontada después de
su destrucción, si es necesario que sea reciclada al final de su
vida útil.
9. Una caldera según las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la primera capa (4) puede
estar elaborada de dos o más componentes, fijados unos con otros
mediante soldado, adhesivo o cualquier otro método.
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