Tuberías de PRFV para aplicaciones industriales

Transcripción

1 Tuberías de PRFV para aplicaciones industriales Josep Aubeso Gassó Director Técnico AMITECH Spain S.A.U. Introducción Los sistemas de tuberías de PRFV Flowtite fabricadas por AMITECH son altamente conocidas en campos de aplicación en obra civil como el RIEGO, ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SANEAMIENTO. De todas formas, existen aplicaciones no tan conocidas en los sectores industriales, los cuales ha habido una creciente presencia de estos sistemas de tuberías de PRFV fruto de las excelentes propiedades del propio material, utilizándose ámpliamente en las captaciones y emisarios submarinos, bombeos, circuitos principales de agua de circulación y circuitos de refrigeración auxiliar. El objetivo de este escrito es dar a conocer prácticas e instalaciones habituales en instalaciones industriales, las cuales pueden ser aplicadas en determinados casos especiales para sistemas de riego, abastecimiento de agua y saneamiento. Áreas de utilización en aplicaciones industriales Las principales áreas de utilización de conducciones para aplicaciones industriales son las que se nombran a continuación: - Sistemas de refrigeración en Centrales Térmicas de Ciclo Combinado - Colectores y tubería de proceso en Plantas Desalinizadoras y Desalobradoras - Sistemas de refrigeración en Centrales Termosolares - Tuberías de proceso y refrigeración en Plantas químicas - Colectores y distribución en Piscifactorías En cada una de estas áreas o aplicaciones, la instalación de tubería se puede realizar de las siguientes formas: - Instalación de tubería de PRFV AÉREA - Instalación de tubería de PRFV ENTERRADA Cada uno de estas formas de instalación de tubería presenta diversos tipos de unión, escogidos para garantizar en cada caso la adecuada resistencia mecánica y estanquidad. En el presente documento se exponen también los distintos tipos de unión utilizados en instalaciones especiales de tubería de PRFV Flowtite. Sistemas de refrigeración en tuberías de PRFV para centrales térmicas de ciclo combinado (C.T.C.C.) La tecnología de generación eléctrica con ciclos combinados de gas natural es una de las más eficientes y con menor impacto ambiental, y está ya ampliamente extendida en todo el mundo. Es la tecnología utilizada en la amplia mayoría de nuevos proyectos de generación eléctrica en los países desarrollados, sustituyendo paulatinamente a las tradicionales, con la consiguiente reducción de emisiones a la atmósfera.

2 Conocemos como ciclo combinado a la co-existencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema: uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión. Estos dos procesos funcionan de manera complementaria, alcanzando rendimientos energéticos muy elevados ya que se obtiene electricidad en dos etapas utilizando una única fuente de energía. El PRFV en los ciclos combinados El principal uso de las tuberías PRFV en los ciclos combinados consiste en el sistema de agua de circulación. Este sistema tiene como función el aporte de agua tanto para refrigerar el condensador como para los circuitos auxiliares de refrigeración. El sistema de agua de circulación puede ser abierto o cerrado. En el primer caso se capta el agua de mar que es conducida, previo tratamiento, al condensador para luego devolverla al mar mediante la línea de descarga. En el caso cerrado se incorporan unas torres de refrigeración donde, tras enfriar el agua proveniente del condensador, ésta pasa a una balsa desde la cual se bombea de nuevo hacia el condensador mediante las bombas de circulación. Por tanto, las tuberías de PRFV son ampliamente utilizadas desde las captaciones, emisarios submarinos y bombeos hasta las líneas de agua de circulación y circuitos de refrigeración auxiliar. También son utilizadas en otros sistemas como las plantas de tratamiento de agua y la red enterrada contraincendios. En todas sus aplicaciones, las tuberías de PRFV aportan grandes ventajas al proyecto: ausencia total de corrosión, no necesitan mantenimiento, excelente comportamiento hidráulico a largo plazo, facilidad de manipulación y rapidez de instalación incluso en grandes diámetros (hasta 4 metros) gracias a su ligereza y longitudes útiles de 12 metros sin uniones. AMITECH Spain conjuntamente con AMITECH Industrial Spain está en la vanguardia de este avance gracias a su intervención en los proyectos de ciclo combinado en Granadilla, Tirajana, As Pontes, Cas Tresorer, Puerto de Barcelona, Lares (Portugal), Emile-Huchet (Francia) o Irsching (Alemania). Sistemas de tuberías de PRFV para plantas desalinizadoras y desalobradoras En los países faltos de recursos hídricos es necesario la construcción de sistemas de obtención de agua, ya sea para uso de consumo humano o para riego. Uno de los sistemas más eficientes a la hora de obtener agua potable o para riego es el de la desalinización y/o desalobración. La tecnología de la desalinización en nuestro país es una de las más eficientes en todo el mundo. La tecnología de desalinización consiste básicamente en extraer las sales necesarias del agua de mar o pozos salobres hasta conseguir un agua apta para cualquier uso (boca o riego). Este proceso de desalinización requiere equipos y sistemas de conducciones muy resistentes a la corrosión y que ofrezcan además unas altas prestaciones mecánicas. Líneas de PRFV aéreas. Conexión a filtros de arena

3 Los sistemas de tubería de PRFV en las plantas desalinizadoras Los principales usos de los sistemas de tuberías de PRFV en las desalinizadoras consisten en los siguientes puntos: Instalación de las líneas enterradas de colectores de entrada de agua de mar y salida de las salmueras, los cuales se realizan mediante unión en manguitos de PRFV Flowtite Instalación de las líneas enterradas, que incluye los grandes colectores de la filtración y del edificio de ósmosis, realizados tanto en manguitos de PRFV Flowtite como en laminación química Todos los tramos aéreos de captación, filtración, micro filtración, ósmosis, lavado y agua-producto, en los cuales se utiliza el sistema de unión por laminación química Detalle de líneas de PRFV aéreas con uniones mediante laminaciones químicas El metraje total de tubería en una planta desalinizadora puede llegar hasta los metros y con más de accesorios en PRFV Flowtite (codos, bridas, reducciones, etc.). El rango de diámetros de las tuberías abarca desde DN25 hasta DN1400, con presiones nominales de PN6 y PN10. En esta aplicación, los sistemas de tubería de PRFV aportan grandes ventajas al proyecto: ausencia total de corrosión, no necesitan mantenimiento, excelente comportamiento hidráulico a largo plazo, facilidad de manipulación y rapidez de instalación incluso en grandes diámetros gracias a su ligereza y longitudes útiles de 12 metros sin uniones.

4 Líneas de PRFV. Gran diversidad geométrica en accesorios y conexiones AMITECH Spain conjuntamente con AMITECH Industrial Spain está en la vanguardia de este avance gracias a su intervención en los proyectos como la Planta Desalinizadora de Alcúdia, Tordera, Mostaganem (Algeria), Desalobradora del Baix Llobregat. Sistemas de tuberías de PRFV para piscifactorías Se construyen hoy en día gran cantidad de piscifactorías para satisfacer la alta demanda de pescado para consumo. Estas piscifactorías tienen la finalidad de criar determinados tipos de pescado en las mejores condiciones posibles. Uno de los principales requerimientos para que la cría de pescado se realice adecuadamente es el abastecimiento y renovación de agua de mar en contínuo. Es por ello que se ha optado por la instalación de tuberías de PRFV para las conducciones principales de gran diámetro ya que ofrecen los principales condicionantes requeridos por el cliente: - Tuberías resistentes a la corrosión. Agua de mar - Propiedades hidráulicas excelentes. Baja rugosidad interior - Alta resistencia mecánica. Garantizar el suministro de agua de mar en contínuo Gama de producto y ventajas de los sistemas de tubería de prfv para aplicaciones industriales Gama de producto La división de fabricación AMITECH, cuenta con varios sistemas de fabricación que le permiten aplicar el tipo de tubería, uniones y accesorios según las necesidades de cada caso:

5 Debido a la estructura del laminado y según el proceso de fabricación, puede obtenerse una amplia combinación de DN, PN y SN permitiendo adaptarse a las necesidades técnicas y económicas del proyecto. Diámetro Nominal: Desde DN25 a DN4000 Presión nominal (bar): 1, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40 Rigidez nominal (N/m²): 2500, 5000, Las longitudes unitarias de suministro estándar de las tuberías son de 12m, aunque se pueden suministrar longitudes especiales según requerimientos del proyecto. Ventajas del PRFV Resistencia a la corrosión La resistencia a la corrosión no solo implica el hecho que la tubería no sufra los procesos de corrosión típicos, sino que además los costes de instalación y mantenimiento son inferiores debido a que no necesita de ningún tipo de elemento auxiliar para evitar dichos procesos. Este factor es muy importante si consideramos los elevados costes de parada por mantenimiento que pueden existir en Centrales Térmicas, Desalinizadoras, Plantas Químicas o Piscifactorías. Para ello es necesario proporcionar a cada aplicación el producto más adecuado ya sea fabricando la tubería y accesorios de PRFV con resinas altamente resistentes a la corrosión y temperatura como las Vinilésteres o proporcionando una barrera química interior especial. Además, la fabricación de tuberías de PRFV permite combinar varios tipos de resina en un mismo tipo de tubo y/o accesorio, proporcionando las resinas más resistentes en las capas donde más se necesita (generalmente en la capa interior o de barrera química). Las combinaciones de resinas más usuales en el sector industrial para la fabricación de tubería y accesorios de PRFV son las siguientes: CAPA ESTRUCTURAL CAPA INTERIOR O LINER CAPA TIPO TIPO I TIPO II TIPO III TIPO IV ESTRUCTURAL ORTO ISO ORTO/ISO VE INTERIOR O LINER ORTO ISO VE VE ORTO: Resina de Poliéster Ortoftálica ISO: Resina de Poliéster Isoftálica VE: Resina Viniléster

6 Cabe destacar las resinas Viniléster ya que se utilizan principalmente cuando el fluido a conducir es altamente corrosivo o si la temperatura de trabajo del fluido es elevada (superior a los 50ºC). La capa interior o liner es una de las partes más importantes a la hora de proporcionar una adecuada resistencia a la corrosión. Esta capa está compuesta básicamente por velo de fibra ECR resistente a la corrosión e hilo cortado o manta de fibra hasta conseguir el espesor necesario. El espesor mínimo necesario de la capa interior es de 1mm, aunque en algunas aplicaciones especiales como la conducción de ácidos o los distintos productos químicos en desalinizadoras se pueden utilizar espesores de entre 1,5mm a 3mm de espesor. Es muy importante que dicha capa tenga un nivel de curado o secado máximo en su interior para asegurar una resistencia a la corrosión óptima. Este factor se mide por el nivel de estireno residual de la capa interior, determinado según la norma ISO 4901:1985. Cabe destacar que los procesos de fabricación de AMITECH consiguen un nivel de estireno residual inferior al 0,02% en peso, consiguiendo una resistencia a la corrosión máxima. Altas propiedades mecánicas La aportación de fibras de vidrio en el proceso de fabricación de las tuberías de PRFV, ofrece unas elevadas propiedades mecánicas y resistentes a la pared estructural del laminado. Este es el principal motivo por el que se pueden conseguir productos de gran diámetro y alta resistencia a la presión. Las propiedades mecánicas de los tubos de PRFV pueden ser confeccionadas de acuerdo con los requerimientos de cada conducción individualmente. Variando la cantidad de refuerzo, emplazamiento y orientación, los tubos pueden ser diseñados de acuerdo a la capacidad de presión, vacío y resistencia axial necesaria para conducciones forzadas. Incluso tubos con clase de presión baja, pueden ofrecer resistencia al vacío. Excelentes propiedades hidráulicas Otra de las ventajas que aporta este tipo de tubería es el bajo coeficiente de rugosidad. Esta característica lleva implícita varias consideraciones. Por una parte al tener unas pérdidas de carga menores va a permitir el uso de diámetros menores, con el consiguiente ahorro económico, o bien dará una capacidad hidráulica mayor con el mismo diámetro. Ahora bien, si se prefiere mantener el diámetro del tubo y el caudal, lo que tendremos será una tubería con menores pérdidas de carga. Ello implica unas necesidades de bombeo inferiores con el consiguiente ahorro económico en energía y en grupos de bombeo al ser éstos más pequeños. Adicionalmente, el hecho de un menor coeficiente de rugosidad implica que la superficie interior lisa no produce el efecto de apilamiento de materiales, por lo que el tubo se mantiene libre de incrustaciones. De esta forma, el coeficiente de rugosidad se mantiene constante con el tiempo reduciéndose asimismo los costes de mantenimiento. Los beneficios de la utilización de una tubería con un coeficiente de rugosidad menor en cuanto al ahorro en los costes de bombeo, puede llegar al punto de que se recupera la inversión inicial realizada en la tubería dentro del ciclo de vida de la misma, maximizándose este efecto en instalaciones de gran diámetro. Sistemas de unión fiables Los sistemas de unión utilizados en las conducciones de PRFV Flowtite para instalaciones industriales son dos: Laminación Química Este tipo de unión rígida es la más utilizada en instalaciones aéreas apoyadas en soportes metálicos. La realización de este tipo de unión puede realizarse tanto en fábrica, para la construcción de accesorios especiales y conjuntos, como en la propia obra, donde se ensamblan las distintas partes o conjuntos de unión entre equipos y/o arquetas.

7 Detalle sección de laminación química de PRFV Las uniones químicas de PRFV Flowtite, se fabrican de forma general mediante la unión de segmentos de tubería de PRFV con capas de tejido de fibra de vidrio impregnados en resina, o laminando dichos tejidos directamente en un molde. Debido al elevado coste de los moldes, los accesorios moldeados se suministran generalmente en diámetros pequeños (DN>900). El desarrollo de sistemas de tubería de PRFV hacia altas presiones y grandes diámetros ha conducido al desarrollo estructural y optimización de accesorios en PRFV. Recientes avances en refuerzos de fibra de vidrio y herramientas de análisis estructural han ayudado en dicho desarrollo. La utilización de tejidos de fibra de vidrio más optimizados ayuda a incrementar la capacidad mecánica de las laminaciones químicas. Figuras 5a y 5b Tejido trenzado WR 820 gr/m 2 Tejido cosido multiaxial de 800 gr/m 2 A continuación se muestran ejemplos de laminaciones químicas realizadas en aplicaciones industriales en disposición aérea.

8 Termosolar EXTRESOL I. Uniones químicas en campo. Codo más apoyo especial en PRFV C.T.C.C. Baix Llobregat. Uniones químicas en codo mitrado Unión Mediante Manguito Flexible Flowtite El tipo de unión de manguito utilizado por los principales fabricantes de tubos de PRFV en aplicaciones industriales enterradas, aunque también se puede utilizar para instalaciones aérea si es requerido. Detalle sección de la unión de manguito Flowtite Este sistema de unión es el que ofrece una mejor capacidad de funcionamiento. Efectivamente este sistema aporta una serie de ventajas como pueden ser:

9 a) Un mayor ángulo de giro de tubo a tubo b) La posibilidad de realizar cortes del tubo en obra utilizando la misma junta de unión para conectarlos. De esta forma se da total libertad al instalador para cortar un tubo a la longitud requerida y no precisar de un tubo de longitud especial equipado con el sistema de unión c) El sistema de manguito reduce al máximo cualquier posibilidad de fuga e infiltración, trabajando hasta presiones de 32 bar y con capacidad de vacío absoluto d) Rango de fabricación hasta DN4000 PN10 Líneas de tubería de PRFV enterradas unidas mediante manguito Flowtite. Colectores de refrigeración C.T.C.C. La Florida Optima relacion calidad/precio Su peso ligero (comparado con materiales tradicionales como el hormigón, acero o fundición) permite la fabricación de tramos de tubería independientes en longitudes de hasta 12m en todos los diámetros, que juntamente con el sistema se unión de fácil instalación, hace de las tuberías de PRFV Flowtite una óptima relación económica desde el punto de vista de la instalación. Reduciendo costes en contratación de equipos de manipulación y rendimientos diarios de tubería instalada. Instalación de tuberías de PRFV en aplicaciones industriales. Casos prácticos y obras realizadas Tal y como se ha comentado en los capítulos anteriores, los sistemas de tubería para aplicaciones industriales se disponen tanto en secciones aéreas como enterradas. En este apartado se exponen casos singulares de instalación que consideramos pueden ser de gran utilidad en futuros diseños de sistemas de tuberías en PRFV.

10 Colectores de refrigeración de la C.T.C.C. del Puerto de Barcelona (Técnicas Reunidas y Duro Felguera) Las líneas de colectores principales consisten principalmente en tuberías enterradas DN2000 sin anclajes en los cambios de dirección. Disposición de las líneas de PRFV DN2000 enterradas en paralelo El proyecto, con una inversión total de 500 millones de euros, tendrá una potencia de 850 MW y entrará en funcionamiento en verano de Amitech suministra e instala tuberías y accesorios en PRFV Flowtite con rangos entre DN500 y DN2000 para la refrigeración principal, además de diámetros menores para las líneas de refrigeración auxiliares. La instalación de las tuberías, con una presión nominal de PN6 bar y una rigidez de SN5000 N/m 2, se ha realizado, tanto en las líneas enterradas como en las aéreas, con soldaduras químicas. Cambios de dirección de las líneas de PRFV DN2000. Uniones mediante laminación química sin bloques de hormigón El cálculo de análisis de estrés ejecutado por Amitech permitió comprobar que los bloques de anclaje en los cambios de dirección no eran necesarios. Las uniones laminadas han sido diseñadas teniendo en cuenta estas circunstancias.

11 Final de las líneas de PRFV DN2000. Conexiones embridadas a los raisers de refrigeración de la planta La promoción de la obra corresponde a Gas Natural. General Electric es el contratista principal formando un consorcio con Técnicas Reunidas y Duro Felguera (UTE CTCC Puerto de Barcelona). Instalación de accesorios de prfv enterrados sin bloques de hormigón. Solución de unión mixta: manguito flowtite / laminación química En algunos proyectos, ya sean industriales como en obra civil para conducciones de agua potable o incluso riego, es necesario (por requerimientos de proyecto) no instalar bloques de hormigón en los cambios de dirección o en determinados accesorios como reducciones, derivaciones, etc. Donde los esfuerzos de empuje debido a la presión interior son considerables. Sin embargo, los accesorios unidos con la junta de manguito flexible FLOWTITE requieren la colocación de macizos de hormigón para soportar las fuerzas de empuje. Para ello AMITECH ha desarrollado una solución mixta que combina las uniones rígidas laminadas con las uniones en manguito flexible FLOWTITE, evitando así la instalación de macizos de hormigón. T= 2 PA sin(α/2) α Detalle de la fuerza de empuje en codo La solución consiste en proporcionar al accesorio la longitud de tubería en cada extremo necesaria para que las fuerzas de empuje por presión sean soportadas por el propio suelo natural a través del material de relleno. Esta mayor longitud reparte los esfuerzos de los empujes de forma uniforme hacia el suelo natural. Dicho efecto se detalla en la Figura 13, teniendo en cuenta los siguientes efectos:

12 - 1. El efecto de la presión induce fuerzas de empuje que provocan el desplazamiento del accesorio y la tubería - 2. Las fuerzas de rozamiento entre la tubería y el material de relleno, y la capacidad portante del suelo natural soportan las cargas axiales y momentos inducidos en el accesorio - 3. A cierta distancia del accesorio, las uniones no se ven afectadas por el efecto del empuje, por lo que es posible continuar la instalación mediante manguitos flexibles Flowtite UNIONES RÍGIDAS LAMINADAS UNIONES EN MANGUITO Fig. 14 Disposición de tubería en codo y el efecto del empuje por presión Para determinar la longitud de tubería necesaria para soportar el empuje, es necesario realizar un estudio previo. Uno de los métodos utilizados es el indicado en el manual AWWA M-45, en el que compensa la carga de la presión interior de la tubería con las cargas del agua interior de la tubería, del tubo y del suelo mediante el factor de fricción interactivo entre la pared de la tubería y el material de relleno. Detalle de cargas y reacciones en una sección de tubería en presión con cambio de dirección

13 De la anterior Figura 14 se extrae la fórmula utilizada para el cálculo de codos: Donde: L p = Longitud de tubería de soporte P = Presión interior de la tubería PA seno( ) = 2 f (2W + W + W A = Área interior de la sección de tubería = Ángulo del codo W e = Peso unitario del suelo de cobertura de la tubería W p = Peso unitario de la tubería W w = Peso unitario del agua f = factor de fricción (tubo PRFV/material de relleno) L p e p w ) Instalación de tubería DN4000 enterrada sin bloques de hormigón en los accesorios Instalación de tubería y accesorios de PRFV en una central termosolar. Extresol I (SENER COBRA) En la actualidad la construcción de centrales termosolares se ha convertido en una necesidad energética para la sociedad de nuestro país, ligado al cumplimiento medioambiental cada vez más exigente para generar recursos sostenibles. Amitech Spain suministró e instaló la tubería del sistema de agua de circulación de la central termosolar EXTRESOL-1, el segundo mayor complejo termosolar de Europa, ubicado en la provincia de Badajoz. La inversión total es de 600 millones de euros en conjunto, para una potencia de 50MW en cada planta solar con almacenamiento térmico. Cada planta suministrará a la red la electricidad equivalente al consumo de hogares, con lo que se evitará la emisión de toneladas de CO2 al año. Dicha instalación entrará en funcionamiento durante el 2009.

14 Tubería de PRFV Flowtite en instalación aérea. DN1100-DN800 Tuberías y accesorios de PRFV antes de aplicar la capa de pintura exterior Sistema de canalización de agua El suministro consiste en tubería de PRFV Flowtite, diseñada para PN6 y vacío absoluto, con un rango de diámetros entre DN100mm hasta DN1100mm. La instalación es totalmente aérea y el sistema de unión mediante laminación química.

15 Vista general de las líneas de PRFV Tubería aérea de PRFV con soportes de PRFV y metálicos Amitech Spain ha sido responsable de la ingeniería de las conducciones de PRFV, incluyendo el estudio de análisis de tensiones y el diseño de la soportación necesaria.

16 Instalación de tubería y accesorios de PRFV en la piscifactoría de Mira, Portugal (SOMAGUE & MONTEADRIANO) La piscifactoría de Mira, propiedad del Grupo Pescanova, es la mayor planta del mundo para la producción de rodaballo. La unión de empresas formada por Somague y Monteadriano adjudicó a Amitech Spain el suministro y montaje de metros de tuberías de PRFV Flowtite, con un rango de diámetros entre DN2600 y DN200 mm, una presión PN 6 bar y una rigidez SN5000 N/m 2. Instalación de tubería enterrada con manguito Flowtite DN2600 Amitech, también ha desarrollado piezas especiales de grandes dimensiones en PRFV Flowtite. Cabe destacar las Tes DN2600 mm con brida DN2600 mm y reducciones a DN2000 mm, además de otras piezas como bridas, reducciones y fondos ciegos. Te de PRFV DN con doble reductor a DN2000 El manguito PRFV Flowtite, ha sido el sistema de unión utilizado tanto en los tramos enterrados como en los aéreos. Este sistema ya fue utilizado satisfactoriamente en las conducciones aéreas de la piscifactoría

17 de Pescanova en Xove (Lugo), en un rango hasta DN1800 mm en PN6 bar. Los manguitos PRFV Flowtite permiten una gran rapidez y flexibilidad en los trabajos de instalación, garantizando una total estanqueidad en las uniones. Instalación de tuberías de PRFV Aérea Conclusiones Los sistemas de tuberías Flowtite fabricados en PRFV (Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio), dan solución a infraestructuras hidráulicas de gran complejidad a todos los sectores: civil (RIEGO, ABASTECIMIENTO DE AGUA y SANEAMIENTO) e industrial (CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO, DESALINIZADORAS, CENTRALES TERMOSOLARES Y PISCIFACTORÍAS). Las grandes ventajas de este material (resistencia a la corrosión, altas propiedades mecánicas, fácil instalación, etc.) permiten realizar proyectos de gran envergadura. Pudiendo suministrar un gran rango de diámetros (hasta DN4000) y presiones de hasta 10bar con una óptima relación Calidad/Precio. Los sistemas de unión utilizados pueden ser diversos, aplicándose en cada caso el más adecuado para cumplir con los requerimientos resistentes y el menor coste para la instalación. Existen además sistemas desarrollados por AMITECH para poder combinar distintos tipos de unión (flexibles-rígidos) en una misma línea de tubería en el caso que no sea posible la colocación de bloques de hormigón en accesorios.