ES2847829T3

ES2847829T3 - Sistemas y procedimientos de empalme para tuberías de fibra de vidrio

Info

Publication number: ES2847829T3
Application number: ES12853584T
Authority: ES
Inventors: Alwin Fahrer; Naveen Alva; Jerald Sarmiento; Kees Rookus
Original assignee: Future Pipe Industries Group Ltd
Current assignee: Future Pipe Industries Group Ltd
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: CN104246343B; RU2625393C2; EP2786057A1; MA35837B1; RU2014125895A; CA2859737C; BR112014017998B1; CA2859737A1; SA112340031B1; HRP20210193T1; CO7061050A2; AU2012343490A1; EP2786057B1; WO2013080018A1; CL2014001411A1; BR112014017998A8; PL2786057T3; AU2012343490B2; PT2786057T; EP2786057A4

Abstract

Un sistema de empalme (100) de tuberías de resina termoestable reforzada (RTR), que comprende: una primera tubería (102A) de RTR que tiene una primera porción (110) de espiga, incluyendo la porción (110) de espiga una primera superficie de unión, que está ahusada, en donde una porción de la primera superficie de unión comprende surcos externos; una segunda tubería (102B) de RTR que tiene una segunda porción de espiga, incluyendo la segunda porción de espiga una segunda superficie de unión, que está ahusada, en donde una porción de la segunda superficie de unión comprende surcos externos; un acoplador que tiene una primera porción de encastre en un primer extremo y una segunda porción de encastre en un segundo extremo, incluyendo cada una de las porciones primera y segunda de encastre una superficie interna de unión que está ahusada, en donde una porción de las superficies internas primera y segunda de unión comprende surcos internos, en donde un grosor de pared del acoplador aumenta desde cada extremo hasta una porción central debido a las superficies internas ahusadas de unión; una primera cavidad entre una porción de la primera superficie de unión y de la primera superficie interna de unión, formada la primera cavidad cuando se encaja a presión la primera porción (110) de espiga en la primera porción (120) de encastre y hace contacto con la superficie interna de unión de la primera porción de encastre del acoplador; una segunda cavidad entre una porción de la segunda superficie de unión y de la segunda superficie interna de unión, formada la segunda cavidad cuando se encaja a presión la segunda porción de espiga en la segunda porción de encastre y hace contacto con la superficie interna de unión de la segunda porción de encastre del acoplador; un material inyectable y endurecible ubicado en la cavidad, en donde el sistema de empalme (100) comprende, además, un hilo de resistencia aplicado a al menos una de la primera superficie de unión y de la segunda superficie de unión, en donde la primera superficie de unión y la segunda superficie de unión son superficies coincidentes.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y procedimientos de empalme para tuberías de fibra de vidrio

Referencia cruzada con solicitudes relacionadas

La presente es una solicitud no provisional que reivindica el beneficio de 35 USC 119(e) de la solicitud de patente estadounidense provisional n° 61/564.046 presentada el 28 de noviembre de 2011.

Antecedentes

Campo técnico

El presente contenido versa acerca de sistemas y procedimientos de empalme para tuberías de fibra de vidrio. En un ejemplo particular no limitante, los sistemas y procedimientos de empalme para tuberías de fibra de vidrio son utilizados en aplicaciones de alta presión.

Descripción de la técnica relacionada

En los últimos años los materiales compuestos se han vuelto materiales cada vez más aceptados para aplicaciones estructurales críticas. Un ejemplo interesante de esta tendencia puede encontrarse en la industria aeroespacial, en la que los materiales compuestos comprenden más de un 50% de los materiales de las aeronaves comerciales más recientes (por ejemplo, el Boeing 777 y el Airbus 350-900). Aplicaciones relacionadas de materiales compuestos en la industria aeroespacial incluyen las alas, el fuselaje y el cuerpo de la cola.

Se puede encontrar una tendencia similar en campos petrolíferos, por ejemplo en el Próximo Oriente, donde el acero revestido ha sido el material dominante para tuberías en las últimas décadas. Con el paso del tiempo, los campos petrolíferos en la región se han vaciado cada vez más, requiriendo, por lo tanto, una inyección de agua para mantener la presión en los yacimientos de petróleo y mantener la producción a los niveles requeridos. Esta inyección de agua aumenta el corte por agua de los fluidos producidos, lo que tiene como resultado una mezcla muy corrosiva, que puede provocar una gran corrosión interna y externa en las tuberías de acero, como puede verse en la Figura 1. Por esta razón, la tubería de resina termoestable reforzada (RTR), que es un material sumamente resistente a la corrosión, ha hallado cada vez más aceptación como un material alternativo para tuberías para el transporte de fluidos producidos y la inyección de agua.

Además de su resistencia a la corrosión, la tubería de RTR tiene muchas ventajas adicionales, tales como su durabilidad elevada, una relación elevada de resistencia con respecto al peso y una superficie interna lisa. Como resultado de esto, la tubería de RTR, o RTRP, por sus siglas en inglés, ofrece una resistencia muy reducida a la fluencia cuando se compara con los materiales más tradicionales. La aplicación de RTRP también aumenta la fiabilidad del sistema al evitar fugas, reduciendo, de ese modo, los costes del ciclo vital. Debido a su composición ligera inherente y a su facilidad general de unión en aplicaciones de presión reducida, los costes de instalación de RTRP también son muy reducidos.

Como se expone en la patente británica número GB986882 (“Andrew et al.”), se unen entre sí dos tuberías de resina sintética mediante un procedimiento en el que una espiga en un miembro, que tiene un hilo de resistencia eléctrica enrollado en torno al mismo, se inserta en un encastre en el otro miembro en una posición en la que la espiga y el encastre definen entre ellos un espacio anular de una anchura pequeña pero finita. En Andrews et al., el espacio anular está acotado por juntas anulares pero tiene aberturas de entrada y de salida. Adicionalmente, se inyecta una resina fluida en el espacio hasta que se llena, y se endurece la resina calentándola haciendo pasar una corriente a través del hilo de resistencia eléctrica, de forma que la resina una la espiga y el encastre entre sí.

Como se expone en el documento WO 2008/054227 (“Kj0lseth et al.”), un acoplamiento tiene una primera parte, que tiene la forma de una parte macho, y una segunda parte, que tiene la forma de una parte hembra, pudiendo introducirse la parte macho en la parte hembra, formando, de ese modo, una oquedad con forma anular entre las superficies enfrentadas de las partes macho y hembra. En Kj0lseth et al., se delimita una oquedad con forma anular en la dirección axial de las partes con una restricción interna en un lado interno y con una restricción externa en un lado externo, y se dispone un paso desde la superficie externa de la parte hembra hasta la oquedad, para la inyección de adhesivo en la oquedad, y se dispone un paso desde la oquedad hasta la superficie externa de la parte hembra, para la aireación y el escape de adhesivo cuando se llena la oquedad con adhesivo, distinguido porque el paso para la aireación y el escape de adhesivo está dispuesto más cerca del lado externo de la oquedad que el paso para la inyección de adhesivo.

La patente U.S. n° 5.336.351 (“Meyers”) expone un conector flexible de tuberías, fabricado, preferiblemente, de polietileno, para conectarse a una tubería de plástico duro. El conector de Meyers tiene un miembro de tubo que define una pared cilíndrica con superficies interna y externa. La pared cilíndrica tiene un extremo macho con una pluralidad de cortes sesgados formados en la superficie externa. El extremo macho con los cortes sesgados es insertado en el extremo hembra de la tubería de plástico duro con un adhesivo para soldadura con disolvente aplicado en la superficie interna del mismo. El adhesivo para soldadura con disolvente licua la superficie interna del extremo hembra de la tubería para formar una capa licuada de plástico duro que es recibida en los cortes sesgados del extremo macho y luego endurece formando una capa sólida reconfigurada. Por consiguiente, el conector de Meyers puede fijarse de forma estanca a una tubería de plástico duro dado que la capa licuada se solidifica en los cortes sesgados para evitar la separación del conector de tuberías y de la tubería de plástico duro y para proporcionar un cierre estanco entre los mismos.

Por el documento US 4.647.080, se conoce un empalme para secciones telescópicas de tubería que incluye rebajes alineados en ambas secciones, juntas de estanqueidad separadas de ambos bordes de los rebajes y comprimidas contra ambas secciones de tubería y comprimidas contra ambas secciones de tubería, y una lechada solidificable que llena los rebajes en todos los espacios entre las juntas de estanqueidad. También se describe un procedimiento para tender secciones de tubería subterráneas y sellar los empalmes de tubería desde la superficie.

Se conoce otro empalme de tuberías por el documento EP 1312848 A1. El sistema de empalme dado a conocer en el mismo comprende una primera tubería que tiene una porción de espiga, una segunda tubería que tiene una porción de encastre que están conectadas entre sí de tal forma que se solapen estas porciones. Las juntas tóricas definen un hueco entre las dos tuberías en esta región solapada, en el que se inserta un material inyectable/endurecible para conectar las tuberías entre sí.

Por el documento DE 94 19777 U se conoce un empalme entre tuberías de plástico reforzado con fibra de vidrio y un acoplador, en el que se inyecta un material endurecible en una cavidad entre cada tubería y el acoplador del empalme y es luego endurecido. Se acelera el endurecimiento del material por medio de un elemento de calentamiento en la pared del acoplador.

En consecuencia, se desean un diseño, una producción y una certificación con éxito de empalmes mecánicos de tuberías de RTR capaces de soportar las presiones elevadas requeridas para este tipo de aplicaciones.

Breve sumario

Lo que sigue presenta un resumen simplificado para proporcionar una comprensión básica de algunos aspectos del contenido reivindicado. Este sumario no es una perspectiva general exhaustiva, y no se contempla que identifique elementos clave/críticos ni que delinee el alcance del contenido reivindicado. Su fin es presentar algunos conceptos de una forma simplificada como preludio a la descripción más detallada que se presenta más adelante. La presente invención está definida únicamente por la reivindicación independiente adjunta, en la que las características ventajosas se definen mediante las reivindicaciones dependientes.

Un aspecto del presente contenido es un sistema de empalme de tuberías de resina termoestable reforzada (RTR), que comprende: una primera tubería de RTR que tiene una porción de espiga, incluyendo la porción de espiga una primera superficie de unión; una segunda tubería de RTR que tiene una porción de encastre conformada para recibir la porción de espiga, teniendo la porción de encastre una segunda superficie de unión; y una cavidad entre la primera superficie de unión y la segunda superficie de unión, formada la cavidad cuando se encaja a presión la porción de espiga en la porción de encastre; y un material inyectable/endurecible ubicado en la cavidad.

Otro aspecto del presente contenido es un procedimiento de empalme de tuberías de resina termoestable reforzada (RTR), que comprende las etapas de: encajar a presión una porción de espiga de una primera tubería en una porción de encastre de una segunda tubería, formando una cavidad entre la porción de espiga y la porción de encastre; inyectar un compuesto de unión en el interior de la cavidad; y endurecer el compuesto de unión.

Según otro aspecto, se proporciona un procedimiento de unión de tuberías de fibra de vidrio, que comprende: encajar a presión una primera tubería de fibra de vidrio en una segunda tubería de fibra de vidrio, perforar un agujero superior en una parte superior de la segunda tubería de fibra de vidrio e inyectar un compuesto de unión en el agujero inferior, de forma que se llene cualquier cavidad entre las tuberías primera y segunda por medio del compuesto de unión.

Según otro aspecto, se proporciona un sistema de unión rápida de tuberías de fibra de vidrio, que comprende: una primera tubería de fibra de vidrio, que tiene una porción de espiga, una segunda tubería de fibra de vidrio, que tiene una porción de campana y un agujero superior perforado en una posición superior de su campana, y un compuesto inyectable de unión, encajando la segunda tubería de fibra de vidrio en la primera tubería de fibra de vidrio y se inyecta el compuesto de unión en el agujero inferior para unir de forma segura las tuberías primera y segunda de fibra de vidrio.

Según otro aspecto, se proporciona un procedimiento de unión de tuberías de fibra de vidrio, que comprende: encajar a presión una primera tubería de fibra de vidrio y una segunda tubería de fibra de vidrio en extremos opuestos de una tubería de acoplamiento de fibra de vidrio, perforar un agujero superior en la parte superior de la tubería de acoplamiento de fibra de vidrio e inyectar un compuesto de unión en el agujero inferior, de forma que se llene cualquier cavidad entre el acoplador y las tuberías primera y segunda por medio del compuesto de unión.

Según otro aspecto, se proporciona un sistema de unión rápida de tuberías de fibra de vidrio, que comprende: una primera tubería de fibra de vidrio, que tiene una porción de espiga, una segunda tubería de fibra de vidrio, que tiene una porción de espiga, un acoplador, que tiene una porción moldeada para que case con cada una de las dos porciones de espiga, y un agujero superior perforado en una posición superior de su porción moldeada, y un compuesto inyectable de unión, encajando las tuberías primera y segunda de fibra de vidrio en la tubería de acoplamiento de fibra de vidrio y se inyecta el compuesto de unión en el agujero inferior para unir de forma segura las tuberías primera y segunda de fibra de vidrio con la tubería de acoplamiento de fibra de vidrio.

Breve descripción

Las Figuras 1A-B muestran una corrosión interna y externa de sistemas de tuberías de acero, debido a un corte por agua elevado.

Las Figuras 2A-C muestran diversos empalmes de tuberías de RTR para aplicaciones de producción de petróleo. Las Figuras 3A-D muestran algunas etapas en un procedimiento ejemplar de fabricación de una tubería de fibra de vidrio.

La Figura 4 es una vista en sección transversal de un empalme inyectado.

La Figura 5 es una vista en sección transversal que muestra un sistema ejemplar de procedimiento de inyección para lograr el empalme inyectado de la Figura 4.

La Figura 6 es un ejemplo ilustrativo de la disposición de agujeros de inyección.

La Figura 7 muestra una configuración ejemplar de conexiones para un procedimiento ejemplar de inyección.

La Figura 8 muestra un ejemplo de una inyección completada.

La Figura 9 es una vista en sección transversal de un empalme mecánico inyectado ejemplar para aplicaciones de alta presión.

La Figura 10 muestra algunas etapas en un procedimiento ejemplar de fabricación y de empalme para lograr una tubería DN300 PN160 de fibra de vidrio que tiene un empalme mecánico inyectado integral.

La Figura 11 muestra algunas etapas en un procedimiento ejemplar de fabricación y de empalme para lograr una tubería DN600 PN80 de fibra de vidrio que tiene un empalme mecánico inyectado de acoplamiento.

Descripción detallada

Perspectiva general

En la Tabla 1 se presenta un resumen de los atributos competitivos de RTRP en comparación con otros materiales, más tradicionales. Se hace notar que la composición de “tubería de fibra de vidrio” está definida por ASTM D 2310 para una tubería de resina termoestable reforzada con fibra de vidrio. En consecuencia, en la presente memoria se utilizan las expresiones “RTRP”, “tubería de RTR” y “tubería de fibra de vidrio” de forma intercambiable.

Tabla 1: Atributos competitivos de una tubería de resina termoestable reforzada (RTRP)

Tubería de resina termoestable reforzada (RTR)

En las últimas cinco décadas, la tecnología de tuberías de RTR ha evolucionado para producir un material que ofrece ahora sistemas mejorados de tuberías de especificación alternativa con respecto a materiales utilizados tradicionalmente para tuberías. Los productos de tubería de RTR aparecieron por vez primera en la década de 1950 con el desarrollo de productos petroquímicos derivados. Desde la década de 1970, la tecnología ha evolucionado para permitir que la RTR sea utilizada bien como el material favorito para tuberías, o bien como una alternativa factible para ciertas aplicaciones.

Fabricación

La RTRP es producida normalmente mediante un procedimiento de enrollamiento de filamentos. Este procedimiento implica enrollar filamentos de fibra de vidrio con una tensión controlada sobre un mandril de acero. El mandril gira mientras que un carro se mueve horizontalmente, tendiendo las fibras de refuerzo con el patrón deseado. Los filamentos son revestidos e impregnados con una resina sintética según son enrollados. Una vez que el mandril está cubierto por completo hasta el grosor deseado, se coloca el mandril en un horno para endurecer o fraguar la resina. Una vez ha endurecido la resina, se retira el mandril, dejando un producto final hueco.

El enrollamiento de filamentos es muy adecuado para la automatización, en la que pueden controlarse meticulosamente la tensión y la colocación de los filamentos. La orientación de los filamentos también puede controlarse con cuidado, de forma que se apilen u orienten de forma distinta capas sucesivas con respecto a la capa anterior. El ángulo con el que se tiende la fibra determinará las propiedades del producto final. Por ejemplo, un “bucle” de ángulo elevado proporcionará resistencia a la deformación por aplastamiento, mientras que un patrón “cerrado” o “helicoidal” de menor ángulo proporcionará una mayor resistencia a la tracción. Para aplicaciones particulares de presión, la tubería está normalmente enrollada helicoidalmente con un ángulo nominal de ±55 grados para una relación óptima de resistencia con respecto al peso. Otros productos producidos utilizando esta técnica incluyen palos de golf, tuberías, remos, horquillas de bicicleta, postes para línea de energía eléctrica y de transmisión, vasijas a presión para carcasas de misil, fuselajes de aeronave, postes de farola y mástiles de yate, entre muchos otros.

En un caso de enrollado de filamentos de accesorios de montaje el procedimiento de producción varía ligeramente. Los filamentos son enrollados bajo tensión sobre un molde de acero que tiene las dimensiones interiores del accesorio de montaje que ha de producirse. El molde puede ser bien girado o bien mantenido en una posición fija; en este caso se necesita una estación de rotación que pueda enrollar el refuerzo en torno al molde. Una vez que el mandril del molde está completamente cubierto hasta el grosor deseado, se coloca el mandril en un horno para endurecer o fraguar la resina. Una vez que ha endurecido la resina, se retira el mandril del molde, dejando un producto final hueco.

Aplicaciones

La tubería de RTR tiene la capacidad de dar servicio a una amplia gama de aplicaciones en un gran número de mercados diana. Los Estados miembros del Consejo de Cooperación del Golfo (CCG) es el mercado de tuberías de RTR de mayor crecimiento en el mundo. Este crecimiento del mercado ha sido soportado no solo por el fuerte crecimiento en mercados diana en los que las RTRP ya gozan de una presencia considerable en el mercado, sino también por una aceptación generalizada de este material en la región, en vez de otros materiales más tradicionales para tuberías. En la Tabla 2 se proporcionan mercados diana seleccionados y aplicaciones típicas para RTRP. Estos incluyen, entre otros, los mercados de producción de petróleo y gas, de la transmisión y la distribución de agua, de infraestructuras y municipal, industrial y petroquímico, desalinización y energía eléctrica, y marino y de alta mar.

Tabla 2: Mercados diana y aplicaciones para las tuberías de RTR

Estándares aplicables de producto

Con el paso de los años se han desarrollado varias especificaciones específicas internacionales y para usuarios finales para el uso de tuberías de fibra de vidrio. En la Tabla 3 se proporcionan los estándares internacionales más relevantes para la aplicación de RTRP en aplicaciones de producción de petróleo.

Tabla 3: Estándares internacionales relevantes

Especificación |______________________________________ Título

Además de estos estándares internacionales, existe un gran número de estándares específicos para usuarios finales para la aplicación de RTRP en la producción de petróleo. Grandes empresas petrolíferas nacionales e internacionales (por ejemplo, Aramco, a Dc O, Shell, BP, etc.) también tienen, normalmente, sus propios estándares, basados principalmente en los principios establecidos definidos en los estándares internacionales.

Tuberías de RTR para conducciones de producción de petróleo

Los inventores han estado en la vanguardia de la promoción e implementación de estos materiales para aplicaciones de producción de petróleo. Desde principios de la década de 1990 los inventores han adquirido una cantidad significativa de experiencia en la región del CCG con sistemas de tuberías de RTR de presión media (hasta 5 MPa). Solo en la última década, los inventores han instalado más de 500 km de tuberías reforzadas con epoxi DN200-DN500 de presión media para aplicaciones en el campo petrolífero en la región del Próximo Oriente.

Diseño de las tuberías de RTR

Los componentes de tuberías de RTR están generalmente clasificados por la presión interna. Normalmente, los estándares describen una metodología de clasificación de presión basada en pruebas de certificación hidrostática a corto y a largo plazo. La clasificación de presión implica, además, premisas acerca de la vida del diseño, de la temperatura de operación, de factores de seguridad y de factores de diseño del sistema de conducciones o de tuberías. La clasificación nominal de presión que los fabricantes asignan a sus productos puede diferir entre fabricantes, como resultado de distintas premisas adoptadas.

Para superar esto, se ha definido una resistencia a largo plazo que excluye factores de diseño y de seguridad. En ASTM D 2992 se describe un procedimiento generalmente aceptado para determinar la resistencia a largo plazo de RTR. Este estándar evalúa los datos de resistencia-regresión obtenidos durante un periodo de prueba de 10.000 h (~14 meses). Establece un procedimiento para obtener una presión hidrostática a largo plazo (LTHP) (normalmente, para un vida de diseño de 20 años), una tensión hidrostática a largo plazo (LTHS), al igual que sus límites respectivos de confianza, LCLpresión y LCLtensión. Se debe hacer notar que los componentes de las tuberías tienen que ser sometidos a pruebas a la temperatura de diseño o superior. Para realizar una distribución suficiente de datos de fallo, el tiempo total requerido para completar las pruebas a largo plazo a menudo supera los dos años. En aras de la practicidad, y para limitar el tiempo y los costes implicados, estas pruebas son realizadas, en general, únicamente sobre una tubería de diámetro interior pequeño (normalmente DN50 a DN250).

Utilizando el valor LCLtensión derivado para una vida de diseño de 20 años, el grosor requerido de la pared de la tubería puede deducirse como se muestra en la Ec. 1.

en la que:

tR = grosor de la pared reforzada de la tubería de RTR [mm]

ID = diámetro interno de la tubería de RTR [mm]

LCLtensión = límite inferior de confianza de la tensión hidrostática a largo plazo [MPa]

PN = presión de diseño de la tubería de RTR [en bares; 1 bar = 100 kPa]

Sf = factor de seguridad [sin unidad]

El factor de seguridad (Sf) es normalmente 1,5, pero puede aumentarse si se necesita en caso de variaciones cíclicas de la presión, curvatura de la tubería superior al radio mínimo de curvatura recomendado por el fabricante, cargas térmicas elevadas, una seguridad adicional requerida en cruces de carretera, tipo de instalación (por ejemplo, sobre tierra, en contraposición con subterránea), etc. Las recomendaciones para determinar estimaciones razonables para Sf están disponibles en los estándares internacionales relevantes, tales como API 15 HR e ISO 14692.

Además del grosor de la pared reforzada, la tubería de RTR también tiene, normalmente, un revestimiento rico en resina de aproximadamente 0,5 mm, y una capa final rica en resina de aproximadamente 0,3 mm. El revestimiento actúa como una barrera adicional contra la corrosión de la tubería de RTR, y la capa final actúa como una capa externa de protección que proporciona una resistencia contra la degradación por rayos UV y una tolerancia de arañazos superficiales que pueden producirse durante la manipulación de la tubería. El grosor total de la pared de la tubería es proporcionado, entonces, por la Ec. 2.

(Ec. 2) t-r = ^ír+ tL tc

en la que:

t j = grosor total de la pared de la tubería de RTR [mm]

tR = grosor de la pared reforzada de la tubería de RTR [mm]

tL = grosor del revestimiento de la tubería de RTR [mm]

tc = grosor de la capa final de la tubería de RTR [mm]

Selección de empalme

Desde principios de la década de 1990, los inventores han adquirido una experiencia excelente en el campo petrolífero de CCG con el uso de empalmes unidos por adhesivo; véase la Figura 2A. Estos tipos de empalmes son una excelente elección para presiones bajas a medias (normalmente hasta 5 MPa). Como puede verse en la Tabla 4, se han instalado mucho más de 600 km de estos tipos de empalmes para la producción de petróleo en la región durante los últimos 10-15 años. Según sea necesario, se realizan conexiones con componentes de acero utilizando conexiones con bridas, mostradas en la Figura 2B.

Tabla 4: Lista de referencia para proyectos de RTRP de presión media en la región de CCG

Los inventores también han comenzado la implementación de tubería de RTR de alta presión (13,79 MPa) para aplicaciones de producción de petróleo en la región. Varios usuarios han aceptado esta nueva tecnología y ya se han instalado con éxito varios proyectos piloto, como puede verse en la Tabla 5.

Tabla 5: Lista de referencia para proyectos de RTRP de alta presión en la región CCG

El sistema preferido de empalme para estas mayores presiones de diseño son los empalmes roscados API 5B, vistos en la Figura 2C, que tienen un historial acreditado en el campo petrolífero, tanto para aplicaciones de tubería de conducción como de fondo de pozo. Se puede encontrar más información en la Especificación API 5 B: Specification for Threading, Gauging and Thread Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads, 15a edición, 2008.

Sin embargo, como se demuestra por la exposición y los hechos anteriores, existen lagunas y limitaciones en la capacidad de las tuberías existentes de RTR para ser utilizadas en aplicaciones en el campo petrolífero. Estas limitaciones pueden ser más evidentes cuando son capturadas en términos de presión y de diámetro. Las limitaciones se describen aproximadamente en la Tabla 6, con respecto a una clase de “presión nominal” (PN) o de presión nominal y a un “diámetro nominal” (DN) o diámetro nominal de tubería.

Tabla 6: Limitaciones típicas de empalmes de tuberías de RTR

Se debe hacer notar que estas limitaciones en presión de diseño son principalmente debidas a limitaciones en el rendimiento del empalme. En particular, el cuerpo de la tubería puede producirse y certificarse, normalmente, a presiones mucho mayores que los empalmes.

Claramente, la anterior exposición indica que el rendimiento del empalme a presiones elevadas es el mayor de los factores limitantes de la aplicabilidad de RTRP en aplicaciones en el campo petrolífero. En cambio, las conducciones de acero pueden diseñarse y son aplicadas a presiones mucho mayores, como puede verse en la Tabla 7.

Tabla 7: Limitaciones típicas de empalmes de tuberías de acero

Dado que, en muchos sentidos, las propiedades del material de la tubería de RTR son preferidas a las de las tuberías de acero, es evidente que el empalme es el problema, en comparación con el empalme de tuberías de acero. El empalme tradicional de tuberías de acero incluye la soldadura o el roscado de tuberías y de accesorios de montaje. La soldadura de tuberías de acero es relativamente sencilla, pero también lleva mucho tiempo y es costoso. Para el rendimiento a largo plazo de una conducción de acero, la calidad de la soldadura es crítica, y la pericia en soldadura y la experiencia del soldador son fundamentales. Las velocidades típicas de soldadura para soldaduras en tubería de acero son de aproximadamente 0,25 a 0,5 metros por hora; por lo tanto, llevaría al menos dos a cuatro horas soldar una tubería DN300 de acero. En aplicaciones de tipo petróleo y gas, la soldadura es inspeccionada habitualmente utilizando rayos X o ultrasonidos. Esta inspección ultrasónica o por rayos X aumenta, además, el gasto ya significativo de lograr tales empalmes, y también se suma al tiempo necesario para lograr el empalme de tuberías de acero.

Adicionalmente, a menudo se prefiere aplicar un revestimiento de protección al interior de la tubería de acero, antes de la soldadura, para reducir la corrosión. El revestimiento debe ser endurecido completamente antes de cualquier soldadura y, por lo tanto, las etapas de la inspección añaden latencia al procedimiento de empalme. Además, el área soldada normalmente permanece sensible a la corrosión, en particular en el interior de la conducción, que no puede ser revestida después de que se completa la soldadura. Finalmente, cualquier error en la soldadura puede requerir que se reinicie todo el procedimiento.

Las tuberías y los accesorios de montaje roscados, en particular para tuberías galvanizadas para agua, siempre serán utilizadas para reparaciones o en accesorios de montaje especializados (por ejemplo, accesorios de montaje con bridas) pero no es una instalación preferida. Existen muchos inconvenientes al uso de accesorios de montaje roscados, uno de los cuales es el hecho de que las tuberías y los accesorios de montaje galvanizados pueden ser difíciles de reparar. Cuando empiezan a romperse las tuberías y los accesorios de montaje galvanizados, los sedimentos y el óxido se acumulan en el interior de la tubería, encogiendo el diámetro interior de la tubería. Si se necesita realizar una reparación, muchas veces la persona que repara la tubería encontrará que hay más tubería dañada de lo previsto originalmente. Además, realizar una reparación en tuberías y accesorios de montaje roscados requiere equipos para cortar y roscar la tubería; si los equipos no están disponibles, el reparador tiene que tener la pericia de poder realizar las mediciones correctas, que son entonces transmitidas a un suministrador con la capacidad de cortar y roscar la tubería. Cualquier inexactitud en las mediciones podría afectar a las operaciones y dar lugar a una pérdida de tiempo, de dinero y malas relaciones con el cliente.

Además, en un sistema envejecido de tuberías de acero, no es inusual que los accesorios de montaje roscados se fundan entre sí y sean sumamente difíciles de retirar. Esto, normalmente, implica el corte de la tubería en el área general de la reparación y encontrar un accesorio de montaje por el que la tubería pueda ser extraída, o cortar la tubería cerca del accesorio de montaje y obturar la tubería restante.

Otro sistema de empalme es un empalme mecánico, o cualquier procedimiento de unión de tuberías o accesorios de montaje mediante un acoplamiento que utilice la compresión de una junta de caucho para garantizar un cierre estanco al agua. Dos ejemplos de empalmes mecánicos son tubería con bridas y accesorios de montaje, y tubería con surcos con acoplamientos o accesorios de montaje que tienen una junta de caucho; la junta de caucho se asienta en el interior del surco y es comprimida, llenando el surco y sellando el empalme.

En teoría, las reparaciones en aplicaciones de empalme mecánico son más sencillas de llevar a cabo. Estos son accesorios de montaje de alta presión, por lo que sus tolerancias son elevadas; y se puede instalar de forma relativamente sencilla una tubería y accesorios de montaje de diámetro muy grande. Sin embargo, es necesario un nivel bastante alto de pericia para preparar e instalar esta tubería y los accesorios de montaje adjuntos. Por ejemplo, es sencillo instalar los accesorios de montaje mecánicos para una tubería con surcos, pero la medición y la creación de surcos de la tubería requiere cierta destreza, mientras que la tubería con bridas, las piezas del carrete y los accesorios de montaje con bridas requieren un nivel muy alto de pericia para realizar nuevas instalaciones o reparaciones. Además, los accesorios de montaje son pesados, voluminosos y costosos, y las reparaciones requieren mucha mano de obra.

Por lo tanto, puede concluirse que para que la tubería de RTR compita de forma más generalizada con el acero, se necesita aumentar la clasificación de presión de los sistemas de tuberías de fibra de vidrio. Dado que el rendimiento del empalme es un factor limitante para el avance de la clasificación de presión, el desarrollo entre los fabricantes de tuberías de RTR se centra, en general, en hacer disponibles sistemas de empalme que puedan soportar estas presiones elevadas.

Hasta la fecha, aunque se puede utilizar una tubería no de acero o de plástico con accesorios de montaje mecánicos, el nivel de pericia requerido para instalarla es elevado y no se ha desarrollado aún un buen sistema de empalme. Los sistemas de empalme de tuberías de RTR que pueden soportar presiones elevadas proporcionarían un escenario caracterizado por tener todas las ventajas de ambas tecnologías en cuanto al rendimiento a largo plazo a presiones elevadas utilizando un material aceptado y preferido.

Ejemplo 1

El presente contenido proporciona un empalme inyectado mecánico, para tuberías de fibra de vidrio, que permite una tubería resultante con mayores PN, Dn y parámetros de temperatura de operación. Se instalan entre sí dos tuberías, de forma que el ahusamiento del diámetro interno de una tubería permita que la segunda tubería encaje en el mismo, mientras que se deja un espacio o cavidad entre las mismas. Se crean un orificio de inyección y un canal en la tubería externa, de forma que se pueda inyectar un material o compuesto de unión en el interior del orificio de inyección y del canal para llenar el espacio o cavidad, creando un empalme mecánico seguro entre las dos tuberías. Ejemplo 2

Las Figuras 3A-D muestran etapas en un procedimiento ejemplar de fabricación de tuberías de fibra de vidrio adecuado para un empalme mediante el sistema y el procedimiento dados a conocer. En primer lugar, con respecto a un extremo hembra (encastre) de tubería, se forma un enrollamiento en un equipo existente, según se muestra en la Figura 3A. Se utiliza un perfil de caucho en el mandril existente de tubería para conformar el interior de una campana o de un encastre, de manera que después del enrollado, la tubería tenga una campana o encastre integral. En la Figura 3B se muestra un ejemplo no limitante de una tubería de fibra de vidrio que tiene una campana o encastre. La Figura 3C muestra otra vista del mandril de tubería con el perfil de caucho utilizado para conformar la campana o encastre con surcos internos. De forma alternativa, los surcos pueden mecanizarse dándoles la forma de una campana después de que se haya desmoldeado la tubería. Se mecaniza una espiga (macho) correspondiente en un torno para formar surcos en la superficie de unión, según se muestra en la Figura 3D. Por lo tanto, el procedimiento de fabricación para los empalmes puede llevarse a cabo utilizando equipos existentes de producción. En consecuencia, no se necesitan grandes inversiones adicionales, más allá de las ya existentes en unas instalaciones típicas de tuberías de fibra de vidrio, para producir este tipo de empalme de tuberías para tuberías de fibra de vidrio.

Ejemplo 3

En la Figura 4 se muestra un diagrama en sección transversal de un empalme inyectado 100. El empalme incluye una porción macho (espiga) (110) en un extremo de una primera tubería 102A y una porción hembra (campana o encastre) 120 en un extremo de una segunda tubería 102B. La porción 120 de campana tiene una superficie interna 130 de unión que incluye surcos y la porción 110 de espiga tiene una superficie externa 140 de unión que incluye surcos. El empalme 100 se monta empujando la porción 110 de espiga en el interior del encastre 120, lo que también se denomina “encaje a presión”. Cuando se monta el empalme, las superficies 140, 130 de unión, respectivamente de la porción 110 de espiga y de la porción 120 de campana, forman una cavidad en la que se inyecta un compuesto de unión y se permite que endurezca para formar el empalme mecánico inyectado.

El encaje a presión es un aspecto particular de este diseño, cuando se compara con los empalmes roscados de tubería tales como los empalmes roscados API 5B, que requieren pares elevados para su montaje. Aunque los pares requeridos para los empalmes roscados API 5B pueden ser generados manualmente para diámetros más pequeños, para diámetros superiores a 20,32 cm se requiere un equipo hidráulico pesado. Este equipo puede ser difícil de manipular en una zanja para tubería y, por lo tanto, el diseño de empalme roscado de tuberías no es siempre apropiado o factible. En cambio, este diseño de encaje a presión no requiere que la tubería gire durante su montaje, ni requiere el uso de maquinaria o de un equipo pesado, por ejemplo llaves de enroscar tuberías, para montar el empalme para tuberías de fibra de vidrio. En consecuencia, esta etapa de encaje a presión logra, al menos, un ahorro en coste y en tiempo.

El elemento 160 de estanqueidad del empalme puede incluir un anillo de estanqueidad de caucho, o un adhesivo estructural. El caucho puede estar fabricado de una amplia variedad de compuestos, incluyendo, por ejemplo, NBR, EPDM, Viton, silicona, etc. La selección del compuesto depende, normalmente, del medio transportado y de la temperatura de aplicación. También se contempla dentro del alcance del presente contenido que no se utilice ninguna junta tórica en el empalme de las tuberías de fibra de vidrio y que el compuesto 150 de unión forme el cierre estanco 160.

Si se utiliza un sellador adhesivo, se aplica el material al área aplicable en el encastre 120 y en la espiga 110 antes del montaje del empalme. Durante el montaje del empalme 100, las superficies coincidentes comprimirán, esparcirán y compactarán el adhesivo para formar un cierre estanco 160. El adhesivo puede incluir cualquiera de muchos materiales, o una combinación de los mismos, incluyendo, sin limitación, epoxi, viniléster, poliéster, poliuretano, acrilato de metilo o adhesivos a base de silicona. También pueden utilizarse otros tipos de adhesivos siempre que se certifiquen mediante pruebas. También se contempla dentro del alcance del presente contenido que una combinación de junta tórica y de adhesivo forme el cierre estanco 160.

Normalmente, se utilizan correas de empalme o gatos de aproximación para juntar el empalme por tracción y mantenerlo en su posición. Si se utiliza adhesivo como un sellador, necesitará una cierta cantidad de tiempo para endurecer; el periodo real de tiempo depende del tipo de sellador utilizado. Mientras el adhesivo endurece, el área en la que la espiga sobresale del encastre, marcada como cierre estanco 170 a la presión en la Figura 4, también necesita ser sellada para crear una cámara al vacío. El sellador utilizado para el cierre estanco 170 a la presión puede ser el mismo que el adhesivo utilizado para la parte delantera de la espiga 110, o un material sellador alternativo o cualquier otro tipo de cierre estanco o de junta (por ejemplo, junta tórica) con capacidad para mantener la presión y/o el vacío durante el procedimiento de inyección.

Una vez que han fraguado el sellador y los materiales adhesivos, se presuriza la cámara con una presión del aire de 80 a 100 kPa para comprobar si existe cualquier fuga en el cierre estanco. Si no se puede mantener la presión, entonces esto es una indicación de que existe una fuga. En este caso se comprueba y se vuelve a sellar el área 170 del cierre estanco a la presión. Si esto no soluciona el problema, es probable que el cierre estanco en la parte delantera de la espiga 110 no sea hermético y se necesita desmontar de nuevo el empalme, y volver a comenzar el procedimiento.

Una vez que aguanta el cierre estanco 170 a la presión, el empalme está listo para la inyección 180. El compuesto inyectado 150 de unión puede comprender una mezcla de resina epóxica, endurecedor y material de carga. Para un ejemplo no limitante, se pueden utilizar resina epóxica de bisfenol A (BPA), 24 partes de endurecedor IPD (puede utilizarse, entre otros, agente de endurecimiento de epoxi Evonik Degussa VESTAMIN® IPD) y 31 partes de material de carga de vidrio triturado. Aunque se ha descubierto que esta mezcla proporciona la resistencia requerida necesaria, otras mezclas también pueden producir la resistencia requerida. La mezcla es producida mezclando progresivamente el vidrio triturado en la resina epóxica de bisfenol A hasta que se mezclan completamente los componentes. Finalmente, se añade el endurecedor IPD en la mezcla.

La mezcla es empujada al interior del empalme creando un diferencial de presiones en el espacio anular o cavidad del empalme de inyección, según se muestra en la Figura 5. El diferencial de presiones mueve la resina desde su recipiente, hasta el fondo del empalme inyectado. La gravedad garantiza que la mezcla llena la mitad inferior del empalme en primer lugar y que, entonces, la mezcla se eleva progresivamente hasta la parte superior del empalme, hacia el tubo de salida. Una asistencia por vacío, que puede utilizarse opcionalmente, también garantiza que no hay retención de aire en el espacio anular y garantiza que se llena completamente el espacio anular con la mezcla de inyección. En el momento en el que la mezcla fluye hacia el interior del tubo de salida, se llena el empalme, y se aprieta el tubo de entrada para evitar que la mezcla fluya fuera del empalme. Entonces, se corta o retira el tubo de salida de la cámara de diferencial de presiones y se permite que endurezca la mezcla inyectada de resina. En una realización, se puede acelerar el procedimiento de endurecimiento aplicando calor a través de una camisa de calentamiento enrollado en torno al empalme. Sin embargo, según la presente invención, la forma de endurecer la mezcla inyectada de resina es aplicando una corriente a través de un hilo de resistencia aplicado en una de las superficies coincidentes en el empalme. La corriente calentará el hilo y el material circundante, endureciendo, de ese modo, la mezcla de inyección. Normalmente, el empalme queda completamente endurecido y tiene su resistencia mecánica dos a tres horas después de la inyección.

Un beneficio del encaje a presión es que se pueden montar varios empalmes de una vez o en una sola tanda, dado que pueden mantenerse en su lugar por medio de gatos de aproximación y correas. Una vez montados, el procedimiento de inyección puede llevarse a cabo empalme por empalme, tras lo cual puede comenzar el ciclo de endurecimiento. De esta forma, se logran velocidades relativamente elevadas de instalación, en particular en comparación con los empalmes para tuberías de acero que necesitan ser soldados. Sin duda, el tiempo de instalación es inferior al necesario para empalmes soldados para tuberías de acero de dimensiones comparables, y es, a menudo, mucho más rápido. Adicionalmente, para el empalme inyectado, no hay necesidad de esperar hasta que se endurezca completamente el empalme de inyección antes de instalar la siguiente tubería. Por lo tanto, los procedimientos y los sistemas descritos pueden lograrse rápidamente.

Ejemplo 4

Un procedimiento ejemplar por etapas para una inyección de empalme mecánico inyectado incluye lo siguiente: 1) Antes de comenzar las actividades de inyección, encajar en seco la espiga y el encastre (sin una junta tórica en la espiga) para garantizar un montaje correcto.

2) Marcar los agujeros de entrada y de salida de inyección en el encastre, de tal forma que se encuentren aproximadamente 45° a 180° separados entre sí y también de forma que un agujero se encuentre al principio de los surcos y que el otro agujero se encuentre al final de los surcos, según se muestra en la Figura 6. Cualquier tolerancia para la colocación de los agujeros no tiene que ser limitante, y la colocación del agujero de entrada puede ser en diversas posiciones. El agujero de salida puede encontrarse en la posición más alta posible para garantizar que el empalme se llena por completo.

3) Taladrar los agujeros de entrada y de salida de inyección. Se puede utilizar inicialmente una broca de 5 mm, seguido de una broca de 10 mm. Si el taladrado se lleva a cabo directamente con una broca de 10 mm, la probabilidad de dañar el diámetro interno (ID, por sus siglas en inglés) del encastre es mayor. Si no hay disponible una broca de 5 mm, entonces pueden utilizarse brocas de diámetro de 4 mm o de 6 mm o de otros similares.

4) Después de taladrar, limpiar el agujero taladrado desde el diámetro interno del encastre utilizando medios adecuados, de forma que no haya ninguna fibra suelta o restricciones presentes. Medios adecuados incluyen, sin limitación, papel de esmeril o de lija. Por ejemplo, se puede utilizar un papel basto de esmeril para eliminar la mayoría de las fibras y para alisar la superficie. Entonces, puede utilizarse un segundo papel de esmeril, más fino, para alisar la superficie adicionalmente. Se puede utilizar cualquier combinación y tipo de papel de esmeril u otros procedimientos de limpieza o de alisado, junto con sentido común y mucho esmero para producir un agujero limpio adecuado para procedimientos adicionales.

5) Roscar con macho el agujero taladrado con un juego de machos roscadores de rosca ahusada National Pipe Thread (NPT) de %" a 3/8". Se pueden utilizar otros juegos de machos roscadores o terrajas, siempre que se logre un cierre hermético. La relación entre el juego de machos roscadores y el tamaño del agujero taladrado puede ser similar a otras configuraciones de tubería de acero, de fibra de vidrio u otras.

6) Limpiar las conexiones de entrada y de salida de inyección utilizando gas comprimido.

7) Montar la junta tórica en la espiga y aplicar lubricación encima de la junta tórica al igual que en el área de asiento del encastre. La junta tórica puede estar fabricada de caucho o de otro material adecuado, compatible con el material que ha de fluir a través de la tubería. Para aplicaciones de agua, se puede preferir el compuesto de caucho EPDM. La colocación de la junta tórica puede ser en la parte delantera de la espiga, pero puede variar dependiendo de las dimensiones interiores y exteriores y del diseño de las tuberías que han de ser montadas, al igual que del tamaño de la junta tórica.

8) Montar el empalme y sujetarlo para evitar cualquier movimiento utilizando una o más correas para sujetar carga o gatos de aproximación adecuados. Se pueden utilizar otras sujeciones adecuadas, de forma que se pueda unir y cerrar el empalme, pero de una forma que no obstruya los agujeros de inyección.

9) Aplicar silicona o cualquier otro sellador adecuado en el borde exterior del empalme entre la espiga y el encastre. Otros selladores adecuados incluyen otros selladores a base de silicona, selladores a base de poliéster, un compuesto de estanqueidad de poliéster, etc., incluyendo muchos compuestos disponibles comercialmente. Permitir que endurezca el sellador.

10) Aplicar cinta Teflón u otra cinta adecuada en un accesorio posterior de montaje de %" a 3/8" y conectarlo con los agujeros de entrada y de salida de inyección. Se pueden utilizar otros accesorios posteriores de montaje y cintas, en particular si se considera el coste o los materiales a mano, siempre que se logre una conexión hermética.

11) Cortar longitudes adecuadas de tubo flexible para realizar conexiones apropiadas desde el agujero de entrada hasta el cubo del material de inyección y desde la salida hasta la cámara de diferencial de presiones. En un ejemplo, se puede utilizar tubo de polietileno o de nailon con un diámetro de %" o 7/16", aunque también serían apropiados otros materiales y dimensiones y, de nuevo, pueden escogerse considerando el coste y el material a mano. La longitud del tubo o del tubo flexible debería proporcionar algo de holgura, como sugieren las figuras.

12) Se deberían preparar dos conexiones en la cámara de diferencial de presiones. Una conexión es para la entrada al encastre desde la cámara de diferencial de presiones, y una segunda conexión es para el tubo de presión. El tamaño de las conexiones es de 3/8". En la Figura 7 se muestra una configuración ejemplar de conexiones completadas en un empalme con una tubería de acoplamiento. Las consideraciones para estas conexiones pueden ser similares a las de la etapa 11.

13) Antes de llevar a cabo la inyección, se comprueba el cierre estanco a la presión del empalme. Esto se realiza conectando el suministro de gas comprimido / conducción de vacío con el empalme, creando, de ese modo, un diferencial de presiones con el aire exterior. Se deja el empalme con el diferencial de presiones durante 10 minutos.

Si hay una caída en la presión / el vacío, se comprueba el empalme en busca de fugas. En particular, la inyección no puede llevarse a cabo si hay una fuga. Normalmente, se producirá una fuga bien debido a una junta tórica dañada, o bien debido a fugas en el sellador. Si existe una fuga, se vuelve a sellar la capa de sellador de silicona. Si esto no soluciona el problema, entonces es probable que la junta tórica no selle y se deberían desmontar el o los empalmes y comprobar antes de su nuevo montaje utilizando las etapas 1-13, según sea apropiado.

14) Una vez que el empalme supera la prueba de presión/vacío, se prepara el material de inyección. En este ejemplo no limitante, el material de inyección comprende 100 partes de resina epóxica, 24 partes de mezcla de IPD y 31 partes de fibra de vidrio triturado. Para garantizar que se mezclan bien los materiales, se puede añadir el vidrio triturado en pequeñas cantidades, tales como puñados de una vez, a la resina epóxica y mezclarlos bien hasta que se mezcle completamente toda la cantidad de vidrio triturado con la resina. Entonces, se puede añadir IPD y mezclar de nuevo la mezcla. Se puede utilizar cualquier dispositivo de mezclado, incluyendo mezcladores industriales o más rudimentarios, por ejemplo, una hélice fijada a un taladro, un palito, etc.

15) Una vez que sale el material de inyección a través de la conducción de salida de inyección, detener el flujo del material de inyección y cerrar la válvula de salida de inyección. Retirar la conexión del tubo de salida y atar las conexiones de los tubos de entrada y de salida entre sí, según se muestra en la Figura 8. Por ejemplo, se puede utilizar cinta para fijar los tubos en su posición.

16) Después de que se endurece la inyección a temperatura ambiente, retirar las conexiones de entrada y de salida de inyección del empalme y aplicar un endurecimiento posterior al empalme. El tiempo de endurecimiento puede verse afectado por varios factores, y puede llevar, por ejemplo, dos a tres horas utilizando una camisa de calentamiento. El empalme también puede recibir un endurecimiento posterior utilizando una camisa de calentamiento u otro mecanismo adecuado, y retirar la sujeción después del endurecimiento posterior.

En los anteriores ejemplos, el agujero de salida está ubicado en la parte superior de las tuberías de encaje a presión y el agujero de entrada se encuentra separado 45° a 180° del agujero de salida. Sin embargo, los agujeros pueden estar colocados en un número de configuraciones alternativas. Por ejemplo, el agujero de entrada o de inyección puede estar colocado en la parte superior de las tuberías de encaje a presión, mientras que el agujero de salida está colocado en la parte inferior de las tuberías de encaje a presión. En otras configuraciones, puede desearse que tanto el agujero de entrada o de inyección como el agujero de salida estén colocados en la parte superior o en la parte inferior de las tuberías de encaje a presión. Además, dependiendo del diámetro de la tubería, podrían utilizarse múltiples agujeros de entrada y / o de salida. En consecuencia, pueden variar la colocación, el número de agujeros y las etapas adicionales de procedimiento necesarias para lograr las diversas configuraciones posibles de los agujeros perforados.

Ejemplo 5

La Figura 9 es una vista en sección transversal de un empalme mecánico inyectado ejemplar para aplicaciones de alta presión. Se encajan a presión entre sí una primera tubería que tiene una parte “extremo hembra”, de campana o encastre (hembra) de recepción y una segunda tubería que tiene una parte coincidente de “extremo macho” o espiga (macho). El cierre estanco entre las mismas es realizado por una junta tórica o un adhesivo, por ejemplo adhesivos de epoxi, de poliéster, de viniléster, de acrilato de metilo, etc., entre otros. Los agujeros son perforados de antemano en la primera tubería para permitir una infusión o inyección de vacío de “ENTRADA” y una infusión o inyección de “SALIDA”. Como puede verse en la Figura 9, el valor “DN” es proporcionado por el diámetro interno de la segunda tubería.

Ejemplo 6

La Figura 10 muestra etapas en un procedimiento ejemplar de fabricación y de empalme para lograr una tubería DN300 PN160 de fibra de vidrio que tiene un empalme mecánico inyectado integral. Estas etapas incluyen: enrollar en equipos estándar de producción para crear una forma general de tubería, mecanizado interno de la campana para crear la forma interior de la campana, una espiga acabada, hacer coincidir de la tubería acampanada con la espiga mediante montaje de encaje a presión y sin maquinaria pesada, inyección del empalme mediante vacío y gravedad y prueba final. Se debe hacer notar que, en caso de que se emplee inyección asistida por vacío, se utiliza el vacío para eliminar el aire de las cavidades y aspirar la mezcla de resina o el compuesto de unión hacia el interior de las cavidades. Entonces, una vez que la resina se encuentra en el interior de las cavidades, la gravedad tracciona la mezcla de resina o el compuesto de unión hasta el punto más bajo de las cavidades, de forma que la mezcla o el compuesto inyectado de arriba abajo llene las cavidades por completo. La prueba se lleva a cabo con presiones internas como se describe en los estándares internacionales, tales como ASTM D1598, ASTM D1599, a Pi 15 HR, API 15 LR e ISO 14692, entre otros.

Ejemplo 7

La Figura 11 muestra etapas en un procedimiento ejemplar de fabricación y de empalme para lograr una tubería DN600 PN80 de fibra de vidrio que tiene un empalme mecánico inyectado de acoplamiento. En esta configuración, que es según la presente invención, se mecanizan dos tuberías, teniendo cada una una espiga, para que coincidan con un acoplador moldeado coincidente. De nuevo, se utiliza un montaje de encaje a presión, que no requiere maquinaria pesada, antes de la inyección de vacío para tener como resultado tuberías empalmadas y acopladas de forma segura. Se puede hacer notar que este montaje puede tener como resultado el doble del número de juntas tóricas y/o de posiciones del adhesivo de otras configuraciones y, por esta razón, puede no ser preferido para ciertas aplicaciones. Se puede contemplar una mayor pluralidad de agujeros perforados en esta configuración, para aumentar el flujo del compuesto de unión entre las tuberías y el acoplador.

Especificaciones que pueden lograrse de tuberías unibles de fibra de vidrio resultantes de los sistemas y de los procedimientos descritos incluyen, sin limitación, un diámetro de 100 a 1000 mm, una presión de 20 a 5 MPa, y la capacidad para soportar temperaturas de hasta aproximadamente 95°C. Otros tipos de componentes unibles de fibra de vidrio incluyen tubería más empalme, acoplador, brida, codo y tes. También son factibles diámetros superiores a DN1000 o 1000 mm y temperaturas superiores a 95°C con los sistemas y los procedimientos descritos. Prueba del empalme inyectado

Con el presente contenido se puede utilizar un planteamiento normalizado para una prueba de verificación y de certificación para proyectos de empalme inyectado de alta presión. Este planteamiento se deriva de los requisitos generales de prueba descritos en los estándares internacionales enumerados en la Tabla 3, por ejemplo, ASTM D1598 y ASTM D1599.

En consecuencia, las pruebas de verificación hacen uso de procedimientos no normalizados de prueba que tienen como objetivo generar tanta información como sea posible a partir de un número limitado de pruebas. En general, los resultados de las pruebas de verificación tienen como objetivo la estimación de si el producto podrá satisfacer las condiciones requeridas para una prueba de certificación. Por otro lado, las pruebas de certificación tienen como objetivo la generación de datos de pruebas de certificación que pueden ser utilizados en proyectos comerciales en una etapa posterior.

A continuación, se describen con más detalle las etapas de prueba tanto de verificación como de certificación. Para cada prueba, la junta tórica comprendió caucho NBR o caucho EPDM. Adicionalmente, para cada prueba el compuesto inyectado de unión comprendió una mezcla de resina epóxica, endurecedor y material de carga, en particular, el compuesto inyectado de unión comprendió 100 partes (en peso) de resina epóxica de bisfenol A (BPA), 24 partes de endurecedor IPD (puede utilizarse agente endurecedor de epoxi Evonik Degussa VESTAMIN® IPD, entre otros) y 31 partes de material de carga de vidrio triturado.

Prueba de verificación

Se utilizan los siguientes procedimientos no estándar de prueba de verificación para la certificación de alta presión: A) Prueba de estallido por etapas; y B) Prueba de supervivencia de 100 horas. Para ambos procedimientos, las pruebas se llevan a cabo de forma habitual a temperatura ambiente, pero también pueden llevarse a cabo a temperatura elevada.

Procedimiento ejemplar de prueba de estallido por etapas

1) Montar el carrete y garantizar que hay implementadas medidas adecuadas de seguridad.

2) Llenar el carrete con agua y garantizar que se elimina todo el aire del carrete y conectar el equipo de bombeo. 3) Presurizar el carrete hasta la presión de diseño (PN, por sus siglas en inglés), del carrete de prueba en bares) a una velocidad constante, que puede ser, normalmente, de PN/10 a PN/5 bares/min.

4) Una vez se presuriza el carrete, mantener la presión de prueba constante durante 5 minutos.

5) Después de 5 minutos, aumentar la presión 0,5 * PN a la misma velocidad constante expuesta en la etapa 3). 6) Repetir las etapas 4) y 5) hasta que se produzca un fallo.

7) Registrar la presión de fallo.

8) Registrar el modo de fallo.

Los resultados de la prueba de estallido por etapas son utilizados, en general, como una primera estimación acerca de si el carrete tiene capacidad para soportar las condiciones de prueba requeridas en las pruebas de certificación. El objetivo para la presión de la prueba de estallido por etapas es, normalmente, un mínimo de 3 * PN.

Procedimiento ejemplar de prueba de supervivencia de 100 horas

2) Llenar el carrete con agua y garantizar que se elimina todo el aire del carrete y conectar el equipo de bombeo.

3) Presurizar el carrete hasta la presión de diseño (PN) a una velocidad constante.

4) Una vez se presuriza el carrete hasta la PN, mantener la presión constante durante 5 minutos.

5) Después de 5 minutos, aumentar la presión hasta 0,5 * PN a la misma velocidad constante.

6) Mantener la presión constante durante 5 minutos.

7) Después de 5 minutos, aumentar la presión hasta 2,1 * PN a la misma velocidad constante.

8) Mantener esta presión de prueba durante 100 horas.

9) Si tiene éxito, aumentar la presión 0,2 * PN.

10) Repetir las etapas 8) y 9) hasta que se produzca un fallo.

11) Registrar la presión de fallo y el tiempo hasta el fallo.

12) Registrar el modo de fallo.

Los resultados de la prueba de supervivencia de 100 horas son utilizados, en general, para estimar si el carrete tiene capacidad para soportar las condiciones de prueba requeridas en las pruebas de certificación. El objetivo de la presión de prueba de 100 horas es, normalmente, un mínimo de 2,3 * PN.

Prueba de certificación

Para la certificación de los empalmes de alta presión se lleva a cabo una prueba de supervivencia de 1.000 horas según ASTM D1598. La temperatura de prueba es la temperatura de diseño del proyecto y la presión de prueba ha sido normalizada a 2,1 * PN. Para normalizar, la prueba se lleva a cabo, normalmente, bien a 65 °C o a 95 °C, dado que estas temperaturas de prueba abarcan la mayoría de los requisitos de los clientes. En realidad, los procedimientos de prueba de 1.000 horas variarán dependiendo de los requisitos del cliente, de la especificación y/o del proyecto. Para proyectos de desarrollo, la presión de prueba ha sido normalizada a 2,1 * PN, dado que abarca la mayoría de los requisitos de los clientes.

Procedimiento ejemplar de prueba de supervivencia de 1.000 horas

3) Permitir que se estabilice el carrete a la temperatura de prueba durante 24-48 horas.

4) Presurizar el carrete hasta la presión de diseño (PN) a una velocidad constante.

5) Una vez se presuriza el carrete, mantener la presión constante durante 5 minutos.

6) Después de 5 minutos, aumentar la presión hasta 1,5 * PN a la misma velocidad constante.

7) Una vez se presuriza el carrete, mantener la presión constante durante 5 minutos.

8) Después de 5 minutos, aumentar la presión hasta 2,1 * PN a la misma velocidad constante.

9) Mantener esta presión de prueba durante 1.000 horas.

10) Si tiene éxito, aumentar la presión 0,2 * PN.

11) Repetir las etapas 9) y 10) hasta que se produzca un fallo.

12) Registrar la presión de fallo y el tiempo hasta el fallo.

13) Registrar el modo de fallo.

En los anteriores ejemplos de procedimiento de prueba, se utiliza agua dado que es normalmente un medio fluido fácilmente accesible, mientras que también es un medio agresivo para la tubería de fibra de vidrio. Sin embargo, se contemplan otros medios fluidos y pueden utilizarse en vez de agua, o además de la misma.

Resultados de prueba del empalme inyectado

Hasta la fecha, el desarrollo del empalme inyectado ha superado con éxito la etapa de prueba de verificación; la etapa de prueba de certificación está en desarrollo. En las Tablas 8 y 9 se destacan algunos de los resultados obtenidos hasta ahora.

Tabla 8: Prueba de verificación

Tabla 9: Prueba de certificación

Lo que se ha descrito anteriormente incluye ejemplos de una o más realizaciones. Por supuesto, no es posible describir cada combinación concebible de componentes o de metodologías con fines descriptivos de las realizaciones mencionadas anteriormente, pero una persona con un nivel normal de dominio de la técnica puede reconocer que son posibles muchas combinaciones y permutaciones adicionales de diversas realizaciones. En consecuencia, se pretende que las realizaciones descritas abarquen todas alteraciones, modificaciones y variaciones tales, siempre y cuando se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Además, en la medida en la que se utiliza la expresión “que incluye” bien en la descripción detallada o bien en las reivindicaciones, se prevé que tal expresión sea inclusiva de una forma similar a la expresión “que comprende”, dado que se interpreta “que comprende” cuando es empleada como una expresión de transición en una reivindicación. Se comprenderá que los expertos en la técnica, dentro del alcance del contenido expresado en las reivindicaciones adjuntas, pueden llevar a cabo muchos cambios adicionales en los detalles, los materiales, las etapas y la disposición de partes, que han sido descritos e ilustrados en la presente memoria para explicar la naturaleza del contenido.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de empalme (100) de tuberías de resina termoestable reforzada (RTR), que comprende:

una primera tubería (102A) de RTR que tiene una primera porción (110) de espiga, incluyendo la porción (110) de espiga una primera superficie de unión, que está ahusada, en donde una porción de la primera superficie de unión comprende surcos externos;

una segunda tubería (102B) de RTR que tiene una segunda porción de espiga, incluyendo la segunda porción de espiga una segunda superficie de unión, que está ahusada, en donde una porción de la segunda superficie de unión comprende surcos externos;

un acoplador que tiene una primera porción de encastre en un primer extremo y una segunda porción de encastre en un segundo extremo, incluyendo cada una de las porciones primera y segunda de encastre una superficie interna de unión que está ahusada, en donde una porción de las superficies internas primera y segunda de unión comprende surcos internos, en donde un grosor de pared del acoplador aumenta desde cada extremo hasta una porción central debido a las superficies internas ahusadas de unión;

una primera cavidad entre una porción de la primera superficie de unión y de la primera superficie interna de unión, formada la primera cavidad cuando se encaja a presión la primera porción (110) de espiga en la primera porción (120) de encastre y hace contacto con la superficie interna de unión de la primera porción de encastre del acoplador; una segunda cavidad entre una porción de la segunda superficie de unión y de la segunda superficie interna de unión, formada la segunda cavidad cuando se encaja a presión la segunda porción de espiga en la segunda porción de encastre y hace contacto con la superficie interna de unión de la segunda porción de encastre del acoplador; un material inyectable y endurecible ubicado en la cavidad, en donde el sistema de empalme (100) comprende, además, un hilo de resistencia aplicado a al menos una de la primera superficie de unión y de la segunda superficie de unión, en donde la primera superficie de unión y la segunda superficie de unión son superficies coincidentes.

2. El sistema de empalme (100) de la reivindicación 1, que comprende, además, un primer elemento (160) de estanqueidad que forma un cierre estanco entre la primera tubería (102A) y el acoplador.

3. El sistema de empalme (100) de la reivindicación 1, en el que:

el material inyectable y endurecible (150) es inyectado en un agujero en una porción superior del acoplador, llenando, de esta manera, la cavidad formada por la primera superficie de unión y la primera superficie interna de unión.

4. El sistema de empalme de la reivindicación 1, en el que los surcos de la superficie de unión de la primera porción de espiga se alinean con los surcos de la primera superficie interna de unión de la primera porción de encastre para formar la primera cavidad, que se extiende entre la primera superficie de unión y la primera superficie interna de unión; y

en el que los surcos de la superficie de unión de la segunda porción de espiga se alinean con los surcos de la segunda superficie interna de unión de la segunda porción de encastre para formar la segunda cavidad, que se extiende entre la segunda superficie de unión y la segunda superficie interna de unión.