ES2237697T3 - Cinta textil plana de refuerzo para un conducto y conducto asi reforzado. - Google Patents

Abstract

Cinta textil plana, destinada a constituir, por arrollamiento alrededor de un tubo, el armazón de un conducto destinado a la circulación de un fluido a presión, caracterizado porque la cinta (10) se halla constituida por una zona, central (11) de sección sensiblemente rectangular y por dos zonas longitudinales (12) de menor espesor que la zona central.

Description

Cinta textil plana de refuerzo para un conducto y conducto así reforzado.

La presente invención hace referencia a una cinta plana destinada a reforzar un conducto para transporte de fluidos a presión, especialmente un conducto flexible destinado al transporte de hidrocarburos y de gas.

A través de los documentos FR 2 739 673 y EP 0 853 547 a nombre de la propia solicitante, es ya conocida una cinta plana del indicado tipo que sirve de armazón para un conducto constituido por un tubo interno estanco, uno o varios arrollamientos (preferentemente cruzados) de una cinta lana textil y, en su caso, una funda exterior. La cinta plana textil se realiza de acuerdo con la técnica de los productos termoplásticos reforzados, a base de un conjunto de mechas filamentosas ("yarns" o "rovings") sujetadas por unos medios de contención y un material de ligazón. Las mechas filamentosas se realizan ventajosamente a base de aramida (Kevlar^{R}). El grado preferente de compacidad de las mechas para las cintas es ventajosamente superior al 60% y la compacidad global de las cintas es superior a un 39%.

En la práctica, las indicadas cintas se arrollan alrededor del tubo interno por medio de una bobinadora, con un ángulo de bobinado de aproximadamente 55º. La bobinadora permite depositar simultáneamente un número elevado (del orden de unas cincuenta) cintas planas relativamente estrechas soportadas por unas bobinas montadas sobre una jaula sometida a rotación. Un técnica de este tipo resulta costosa. Por una parte, una bobinadora es una máquina de precisión en sí costosa. Por otra parte, una cintas textiles de refuerzo fabricadas en pequeñas dimensiones resultan más caras que si presentaran una mayor anchura. Sin embargo, esta técnica es utilizada dado que permite distribuir una holgura global sobre un número elevado de cintas sobre el perímetro del tubo; en efecto, como consecuencia de las tolerancias de fabricación del conducto, por una parte, y, por otra parte, de las deformaciones que experimenta el mismo cuan do es utilizado (hinchamiento a consecuencia de la presión interna), se producen necesariamente unas holguras cuya suma engendra una holgura global que debe distribuirse entre las cintas; si existe un número relativamente elevado de cintas, por ejemplo cincuenta, resulta más fácil dominar esta holgura global, dado que queda distribuida sobre el conjunto de cintas, lo que da como resultado un juego relativo promedio por cinta aceptable, mientras que dejaría de serio sobre un número de cintas notablemente inferior.

El técnico se halla sometido a la tentación de utilizar cintas anchas para disminuir los costos, al ser las cintas anchas en sí menos costosas y al poder ser depositadas alrededor del tubo interno por medio de una máquina más simple y rústica que una bobinadora. Sin embargo, si se pretende utilizar cintas textiles anchas para realizar los refuerzos del conducto, existirán menos cintas sobre el perímetro del tubo y en consecuencia la holgura total se distribuirá sobre un número de cintas considerablemente más reducido, aumentando proporcionalmente el valor nominal de la holgura relativa entre las cintas. Estas holguras resultan nefastas dado que provocan el desplazamiento local del tubo interno y consecuentemente engendran determinadas cargas locales sobre la segunda capa de armado cuando se pone en servicio el conjunto. Además, el posicionamiento relativo de las sucesivas cintas entre sí resulta menos preciso que cuando se utiliza una bobinadora. En estas condiciones, resulta difícil dominar la holgura y el posicionamiento de las cintas. Además, cuando varia el diámetro exterior del tubo interno como consecuencia de las tolerancias de fabricación, resulta imposible compensar estas variaciones cuando se utiliza una cinta ancha ya dimensionada, mientras que con una cinta de reducida anchura resulta suficiente adaptar el número de cintas cargadas sobre la correspondiente bobinadora.

Para resolver este problema, el técnico podría verse tentado a enrollar las cintas con sus bordes cabalgando unos sobre otros, pero ello engendraría inconvenientes y, de manera especial, problemas de desgaste y de fatiga. Además, esta solución engendra ría irregularidades susceptibles de producir defectos en las capas superiores sucesivas que resulta necesario añadir. Si se tejiera la cinta de una manera suelta, al menos en lo que respecta a sus bordes, para que las mechas filamentosas de los bordes que cabalgan unos sobre otros se intercalaran entre sí y no engendraran ni discontinuidades ni sobreespesores, resultaría imposible alcanzar el grado elevado de compacidad que resulta necesario de acuerdo con las patentes de la propia solicitante a los que se ha hecho anteriormente referencia para poder obtener las características de refuerzo que interesan.

Existe, pues, un problema no resuelto por los técnicos para llegar a realizar un arrollamiento de cintas textiles que resulte menos costoso que con la técnica clásica sin que ello signifique renunciar a unas buenas características mecánicas. Este es el problema que la presente invención se encamina a resolver.

La invención alcanza su objetivo merced al hecho de qué la cinta que se utiliza para la realización de los refuerzos es una cinta que presenta unos bordes adelgazados sobre una determinada anchura en vistas a permitir el solapado de los bordes adelgazados, sin que ello engendre un notable aumento de espesor. En otras palabras, la cinta se halla constituida por una zona central de sección sensiblemente rectangular y dos bordes longitudinales más delgados que la zona central. Ventajosamente el espesor de los bordes será uniforme y será sensiblemente igual a la mitad del espesor de la sección central, la anchura de estos bordes se hallará ventajosamente comprendida entre un 5% y un 15% de la anchura de la sección central, siendo preferentemente próxima a un 10%.

El adelgazamiento de los bordes de un elemento de recubrimiento es en si ya conocido, en unos ámbitos muy alejados de la presente invención, por ejemplo en los acoplamientos de planchas con solapado o a través del documento JP 59035924 en el que se describe una banda a base de resina multicapa destinada a la constitución de un tubo transparente que será seguidamente seccionado para la formación de recipientes. La banda se realiza con unos bordes laterales adelgazados y es arrollada sobre sí misma sin interespacios con soldadura de los bordes. Se trata de una banda destinada a la constitución por si misma del correspondiente tubo, pero no se trata en modo alguno de la banda de refuerzo de un conducto. Además, se trata de una banda a base de una resina homogénea y no de una cinta textil cuya forma de fabricación resulta totalmente diferente.

La invención se refiere igualmente al conducto cuyo refuerzo se obtiene por medio del arrollamiento de cintas textiles planas de acuerdo con la invención, y merced a los cuales resulta posible utilizar cintas más anchas y, en consecuencia, prever menos cintas, ventajosamente, menos de 10 cintas para cada capa de refuerzo.

Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la lectura de la descripción que sigue relativa a varios ejemplos de realización, y haciendo referencia á los dibujos anexos, en los que:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de un conducto en el que están incorporadas una capas de refuerzo realizadas mediante el arrollamiento de una cinta de acuerdo con la invención,

- la figura 2 es una vista en perspectiva de una primera forma de realización de una cinta plana de acuerdo con la invención,

- las figuras 3 y 4 son sendas vistas en sección de una segunda y una tercera forma de realización de una cinta plana de acuerdo con la invención,

- la figura 5 es una vista en sección de un arrollamiento de cinta de la segunda forma de realización, mostrando el solapado de los bordes,

- la figura 6 es una vista en sección de una cuarta forma de realización de la invención.

La figura 1 muestra un conducto 1 para el transporte de fluidos a presión, constituido por un tubo interno 2, por ejemplo, extruido, recubierto por una primera capa 3 y una segunda capa 4 de cintas de refuerzo, o y por una funda exterior externa de estanqueidad 5, asimismo extruida. Las capas de refuerzo 3 y 4 han sido realizadas por el arrollamiento entrecruzado de una cinta plana 10 de acuerdo con la invención, con un ángulo de deposición sensiblemente de 55º (entre 52º y 58º) con respecto al eje longitudinal del conducto. Tal como puede verse en la figura, los bordes de las cintas 10 adyacentes se solapan. El número total n de cintas 10 sobre la periferia es relativamente reducido; se elige preferentemente que sea inferior a 10, lo que, para un diámetro y un ángulo de deposición determinados, permite definir una anchura mínima preferente de las cintas igual a \piDcos\alpha/10 (quedando definida la anchura media expuesta de la cinta como la anchura de la sección central aumentada con la anchura de uno solo de sus bordes para tener en cuenta el solapado, de manera que es igual a \piDcos\alpha/n, donde D es el diámetro exterior del tubo 2, n es el número de cintas y \alpha es el ángulo de deposición de la capa de cintas).

Las figuras 2 a 4 muestran tres formas de realización de la cinta que difieren unas de otras por la disposición de los bordes de espesor reducido. Por razones de claridad de los dibujos, la anchura de los bordes con respecto a la de la sección central de la cinta ha sido exagerada en estas figuras.

La cinta 10 objeto de la invención, dotada de una anchura media L + \ell, se halla constituida por una sección central 11 de sección rectangular, con una anchura L y un espesor E, enmarcada lateralmente por dos bordes o alas longitudinales 12, de una anchura \ell y un espesor e. Preferentemente, e = E/2 y L/20 < \ell < 3L/20.

Las alas 12 pueden quedar situadas a una altura intermedia de los bordes de la sección central 11 (figura 2), de una manera alternada en la parte superior y en la parte inferior de los bordes de la sección central 11 (figuras 3 y 5) o exclusivamente en la parte inferior (o en la parte superior) de los dos bordes de la sección central 11, o de acuerdo con cualquier otra disposición. A pesar de que la disposición representada en las figuras 3 y 5 sea la que se presta de una manera más natural al recubrimiento de los bordes 12, las otras disposiciones puede asimismo resultar apropiadas en la práctica, teniendo en cuenta la flexibilidad de la cinta y las deformaciones que la misma experimenta al ser arrollada.

Tal como muestra la figura 2 y más esquemáticamente las figuras 2 a 5, la cinta que constituye objeto de la invención es una cinta textil constituida por unas capas de mechas filamentosas 14 fijadas por unos medios de sujeción 15. Puede, por ejemplo, hallarse constituida, de acuerdo con el contenido del documento EP 0 853 547, por unas capas de mechas filamentosas 14 aglomera das entre sí y sujetadas por unos medios de contención 15 y un material de ligamento en vistas a mantener una compacidad global elevada, por ejemplo, de al menos un 30%.

El material de ligazón, tal como, por ejemplo, un material termoplástico que revista las mechas filamentosas, no ha sido representado. Sin embargo, la cinta podría igual mente hallarse constituida únicamente por un tisaje de mechas filamentosas por medio de un hilo de trama sin material de ligazón. En el caso de una cinta tejida sin material de ligazón, la compacidad continuará ventajosamente siendo importante, por ejemplo, de al menos un 39%. Las mechas filamentosas 14 utilizadas como hilo de urdimbre pueden pertenecer a cualquier tipo, tal como aramide (Kevlar^{R}, Twaron^{R}, Technora^{R}) o carbono, por ejemplo. Los bordes 12 se hallan constituidos a base del mismo material que la sección central, presentando 11 simplemente un espesor más reducido, a causa, por ejemplo, de comprender un número inferior de capas de mechas filamentosas. De acuerdo con la invención, resulta ventajoso espaciar los medios de contención (hilos de trama) en vistas a permitir que, al producirse flexiones en el conducto, las cintas arrolladas se distorsionen, permitiendo que puedan reorganizarse sus fibras longitudinales.

Tal como se ha representado en la figura 5, la cinta 10 objeto de la invención permite adaptarse a la holgura global cuando se lleva a cabo el bobinado, cabalgando al menos parcialmente los correspondientes bordes 12 de las cintas adyacentes. Este solapado al menos parcial de los bordes 12 impide la formación de separaciones (sobre la totalidad del espesor de la capa de refuerzo) entre dos bandas. Como máximo, llega a formarse una abertura 13 inferior a la anchura \ell del borde, que no atraviesa la capa. La separación exterior 13 puede originar una ligera entrada de la funda exterior, pero, sin embargo, ésta se halla bloqueada por el borde inferior 12 parcialmente recubierto por el borde superior 12 de la cinta adyacente. Por otra parte, si las características mecánicas de los bordes 12 son idénticas a las de la sección central 11, la presencia de una holgura determina una ligera degradación de las características mecánicas de la capa de armazón a este nivel, pudiendo a priori originar una presión de ruptura inferior a la que se obtendría con una disposición de cintas estrechas de tipo clásico, sin holguras. Resulta posible paliar este inconveniente previendo urjas características mecánicas diferentes, superiores, a nivel de los bordes, por ejemplo, mediante una modificación de la naturaleza o del grado de torsión de las mechas filamentosas utilizadas, o por medio de un diferente grado de compacidad. En particular, puede resultar interesante utilizar en los bordes unas fibras que presenten un alargamiento a la rotura superior al de las fibras que se utilicen en la parte central.

La forma de realización de la cinta 10 que se ha representado en la figura 6 difiere de la representada en la figura 2 por el hecho de qué, en lugar de estar constituida por varios espesores de mechas filamentosas, ha sido realizada mediante una textura sobre dos dimensiones (hilos de trama, hilos de urdimbre) con un solo espesor de mechas filamentosas 14, 14'. Las mechas 14 de la parte central 11 presentan unas dimensiones más importantes que las mechas 14' integrantes de las partes marginales 12 de menos espesor.

Resulta igualmente ventajoso prever sobre la cinta 10 un señalizador, tal como, por ejemplo, un hilo de color 16 que permita visualizar la vocalización de la cinta cuando se lleva a cabo el arrollamiento. Este hilo 16 puede ventajosamente hallarse emplazado entre el borde 12 y la parte central 11 de la cinta (ha sido únicamente representado en la figura 6, pero puede adaptarse a cualquier otra forma de realización) para materializar la zona intermedia. De esta manera resulta posible controlar visualmente que ninguno de los bordes 12 de las cintas se sitúe cabalgando sobre la parte central 11 de una de ellas (debe siempre existir dos señalizadores 16 uno al lado de otro; ninguno de los señalizadores debe quedar recubierto si se realiza correctamente el arrollamiento).

Claims (11)

1. Cinta textil plana, destinada a constituir, por arrollamiento alrededor de un tubo, el armazón de un conducto destinado a la circulación de un fluido a presión, caracterizado porque la cinta (10) se halla constituida por una zona, central (11) de sección sensiblemente rectangular y por dos zonas longitudinales (12) de menor espesor que la zona central.

2. Cinta según la reivindicación 1, caracterizada porque el espesor de los bordes longitudinales (12) es sensiblemente igual a la mitad del espesor de la zona central (11).

3. Cinta según una cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la anchura de los bordes (12) se halla comprendida entre un 5% y un 15% de la anchura de la zona central (11).

4. Cinta según una cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la compacidad de la cinta es igual o superior al 39%.

5. Cinta según una cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque se halla constituida a base de mechas filamentosas ensambladas por unos medios de contención y por un material de ligazón termoplástico.

6. Cinta según una cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque está constituida por un único espesor de mechas filamentosas (14, 14') que presentan dimensiones diferentes en la parte central (11) y en los bordes (12).

7. Cinta según una cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la cinta (10) se halla provista de un señalizador (16) en la zona de separación entre la parte central (11) y los bordes (12).

8. Conducto para el transporte de fluidos a presión, constituido por un tubo interno (2) revestido por al menos una capa (3, 4) de cintas textiles planas (10) arrolladas sobre dicho tubo en sentido helicoidal.

9. Conducto según la reivindicación 8, caracterizado porque el ángulo de deposición de las cintas (10) con respecto al eje longitudinal del conducto se halla comprendido entre 52º y 58º, eligiéndose preferentemente de manera que sea igual a 55º.

10. Conducto según una cualesquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque el número de cintas planas del arrollamiento es inferior a 10.

11. Conducto según una cualesquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque la anchura media de las cintas (10) es igual o superior a \piDcos\alpha/10, donde D es el diámetro exterior del tubo 2 y \alpha es el ángulo de deposición de la capa (3, 4) de cintas (10).