Marco normativo para el diseño y fabricación de equipos y sistemas de tubería de PRFV para fluidos corrosivos

Las normativas que se han aplicado tradicionalmente para regular el almacenamiento de productos corrosivos, (en España sería el R.D. 656/2017 – ITC-MIE APQ 6 [1]), siguen estando muy enfocadas en los equipos y tuberías construidos con materiales metálicos. Por este motivo, y dadas las particularidades del PRFV, resulta complicado verificar el cumplimiento de la reglamentación aplicable en los aspectos relativos al diseño y fabricación, de equipos y tuberías hechos de este material. En este artículo trataremos de proporcionar las herramientas que permitirán asegurar el cumplimiento de los requisitos legales para el diseño y fabricación de este tipo de equipos y tuberías.

Selección de materiales

La ITC-MIE APQ 6 [1] en su capítulo 2, artículo 6, exige simplemente que los materiales empleados para fabricar estos equipos tengan una vida útil y resistencia mecánica adecuada. Para materiales metálicos existe una muy amplia bibliografía que permite seleccionar el material adecuado para cada aplicación, pero para el PRFV esta tarea puede ser mucho más compleja. Para garantizar una correcta selección de materiales, que además cumplan con la reglamentación aplicable, se deben seguir estas recomendaciones:

• Verificar la compatibilidad química a la temperatura máxima de servicio prevista, entre la resina que se empleará en la capa interior anticorrosión (o el liner interior de termoplástico) y el fluido o mezcla de fluidos contenidos en el equipo o tuberías. En los casos más sencillos esta verificación se puede hacer mediante las guías de corrosión que editan los distintos fabricantes de resinas o termoplásticos. Sin embargo, si el fluido o mezcla de fluidos no están incluidos en estas guías, será necesario consultar al servicio técnico del fabricante de resinas o termoplásticos que se pretende utilizar, o a un especialista en este campo.
• Para capas interiores anticorrosión de PRFV en contacto con fluidos que puedan atacar al vidrio, es necesario emplear en las primeras capas que están en contacto con el fluido, velos sintéticos en lugar de los clásicos velos de fibra de vidrio. Si el fluido es muy agresivo desde un punto de vista químico, se recomienda también usar para esta capa chopped strand mat de vidrio “ECR” en lugar del tradicional vidrio “E”, ya que mejora sensiblemente la resistencia y durabilidad del equipo.
• Para fluidos que atacan a las sales metálicas (por ejemplo el hipoclorito sódico o el peróxido de hidrógeno), en contacto con capas interiores anticorrosión de PRFV, se deben emplear sistemas de catálisis libres de sales metálicas (por lo general se usan sistemas a base de dimetilanilina (DMA) y peróxido de dibenzoilo o BPO).
• Tanto para la capa anticorrosión como para la capa estructural del equipo, emplear siempre resinas con una diferencia mínima de 20 ºC entre su HDT (heat deflection temperature) y la temperatura máxima de servicio prevista. De esta forma se garantizará que el composite tendrá una capacidad portante adecuada a la temperatura máxima de servicio, y que el material no se dañará cuando se alcancen las temperaturas más altas previstas.
• Si se prevé que la erosión puede ocasionar daños en determinadas zonas de equipos o tuberías, se deberá utilizar una resina con la mayor deformación a rotura posible, y además mezclada con carga mineral (se recomienda especialmente el uso de carburo de silicio), para mejorar la resistencia frente a la abrasión del laminado.
• Si el equipo o los sistemas de tubería se van a instalar en zonas con riesgo de explosión (clasificadas como ATEX), hay que tener en cuenta que tanto el PRFV como los termoplásticos son aislantes para la electricidad, por lo que en condiciones normales no será posible transferir las cargas electrostáticas de estos equipos a tierra. Para evitar este problema será necesario usar velos de carbono o resinas con carga mineral de grafito, o termoplásticos especiales conductivos, en aquellas zonas en las que sea necesario eliminar la electricidad estática. Estas zonas con tratamiento o materiales especiales deberán además disponer de su correspondiente puesta a tierra.
• Dado que el PRFV es un material inflamable, si existe riesgo de incendio en las áreas donde se instalarán estos equipos o sistemas de tubería, será necesario utilizar resinas especiales halogenadas y en ocasiones con una carga mineral añadida (por lo general trióxido de antimonio), para conseguir una cierta resistencia a la llama. Esta resistencia permitirá disponer de un periodo de tiempo adecuado para luchar contra el fuego y evacuar las áreas afectadas en caso de incendio.

Vida útil prevista

Como ya se ha comentado antes, el capítulo 2, artículo 6 de la ITC-MIE APQ 6 [1] exige que los materiales empleados para fabricar estos equipos tengan una vida útil adecuada, siendo además obligatorio para equipos nuevos que el fabricante emita un certificado con su vida útil prevista. En los materiales metálicos la tasa anual de corrosión suele ser cuasi-lineal y está estudiada para múltiples fluidos, por lo que el establecimiento de un determinado “corrosion allowance”, permitirá establecer la vida útil del equipo. Para el PRFV esta tarea es mucho más compleja, ya que la degradación de la capa anticorrosión puede variar en virtud de múltiples factores. Por este motivo se deben seguir las siguientes recomendaciones:

• El espesor mínimo de la capa anticorrosión debe estar directamente relacionado con la agresividad del fluido contenido. A mayor agresividad del fluido o a mayor vida útil requerida, será necesario disponer bien de una capa anticorrosión de mayor espesor, bien de un material más resistente en dicha capa anticorrosión. La norma EN 13121 parte 2 y las guías de corrosión editadas por los fabricantes de las resinas permiten establecer en múltiples casos el espesor mínimo requerido para dicha capa anticorrosión. En casos más complejos no recogidos en estas guías, será necesario consultar con especialistas en esta materia.
• Al igual que ocurre con los “corrosion allowance” en los materiales metálicos, el espesor de la capa anticorrosión en ningún caso se podrá tener en cuenta para el cálculo estructural, ya que se trata de un espesor de sacrificio destinado exclusivamente a soportar la agresión química del fluido contenido.
• Dada la dificultad de establecer una correlación entre la vida útil prevista y el espesor de la capa anticorrosión para estos materiales, se recomienda que el certificado de vida útil de los equipos vaya vinculado al seguimiento de un plan de inspección a lo largo de dicha vida útil. De esta forma se garantizará que los daños menores pueden ser reparados antes de llegar a ser críticos, evitando además fallos catastróficos cuyas consecuencias, dada la agresividad de los fluidos contenidos, suelen ser graves en este tipo de equipos.
• Cuando se disponga de un liner interior de termoplástico reforzado externamente con PRFV, se debe prestar especial atención a la adherencia entre ambos materiales, especialmente cuando las temperaturas de servicio están por encima de 60 ºC. La correcta adherencia entre ambos materiales debe garantizarse siguiendo las buenas prácticas establecidas para este tipo de equipos, de lo contrario el riesgo de fallos catastróficos originados por falta de adherencia entre ambos materiales será elevado.
• Si los efectos de la abrasión previstos son importantes, se deberán tener en cuenta para establecer la vida útil del equipo o sistema de tuberías, añadiendo si fuese necesario un espesor extra de sacrificio en las zonas afectadas.

Cálculo de los equipos 

De nuevo el capítulo 2, artículo 6 de la ITC-MIE APQ 6 [1] exige que los cálculos de este tipo de equipos se realicen conforme a códigos de diseño de reconocida solvencia. El cálculo de equipos y tuberías de PRFV se ha de realizar conforme a códigos específicos para este tipo de materiales, detallándose a continuación los más recomendables por su reconocido prestigio y grado de actualización:

- Para equipos de PRFV:

• Norma EN 13121 partes 1 a 5 [2]: Es el código europeo desarrollado para el cálculo de tanques y equipos a presión o vacío de PRFV y laminado dual. Es una norma armonizada cuyo cumplimiento otorga además presunción de conformidad con la Directiva 2014/68 UE para equipos a presión.
• Norma ASME RTP-1 [3]: Es la norma norteamericana para cálculo de equipos de PRFV hasta vacío absoluto o un máximo de 15 psig de presión en cabeza.
• Norma ASME BPVC section X [4]: Es la norma norteamericana para cálculo de equipos a presión de PRFV, con una presión de diseño en cabeza superior a 15 psig.

- Para sistemas de tubería de PRFV:

• Norma BS 7159:1989 [5]: Es un código de diseño para tuberías de PRFV o laminado dual, que además permite integrar el cálculo de flexibilidad y soportación de las líneas de tubería.
• Norma ASME NM-2 [6]: Es un código de diseño exclusivamente para tuberías de PRFV, que permite también integrar el cálculo de flexibilidad y soportación. Su gran inconveniente es el alto coste de las pruebas iniciales que permiten establecer las propiedades mecánicas de la tubería que posteriormente se usan en los cálculos.
• Normas ISO 14692 partes 1 a 4 [7]: Este código de diseño se aplica para tuberías en el sector del petróleo y gas, para tuberías hechas exclusivamente de PRFV. Al igual que la norma ASME NM-2, permite integrar el cálculo de flexibilidad y soportación, pero el establecimiento de las propiedades mecánicas de la tubería mediante ensayos previos tiene un alto coste.

Sobre el cálculo de los equipos y tuberías es importante señalar que el PRFV es un composite, y por lo tanto sus propiedades mecánicas tienen dos peculiaridades importantes que se deben siempre tener en cuenta:

• Dependen del número, tipo y orden de capas de refuerzo de fibra de vidrio que se hayan empleado en su fabricación. Por lo tanto, dos laminados con un mismo espesor pueden tener propiedades muy diferentes si se fabrican a partir de capas de fibra de refuerzo de distinta naturaleza o aplicadas en distinta cantidad u orden.
• Al tratarse de un material heterogéneo compuesto por una matriz de resina con fibras de refuerzo embebidas, sus propiedades no son isotrópicas como en los metales. Las propiedades mecánicas dependerán del tipo y dirección en la que se apliquen las fibras de refuerzo (propiedades ortotrópicas o anisotrópicas)
• La resistencia del material depende directamente de la capacidad de la matriz de resina de mantener la cohesión entre las fibras y las distintas capas de refuerzo. De esta manera, la resistencia dependerá también de la elongación máxima que la resina es capaz de alcanzar antes de comenzar a fisurarse. Por lo tanto, dos laminados con la misma secuencia de capas de refuerzo y espesor pueden tener resistencias distintas si la naturaleza de la resina empleada para su fabricación es diferente.

Teniendo en cuenta lo anterior, el cálculo del espesor de pared de los equipos y tuberías de PRFV deberá definir no solo el espesor mínimo requerido, sino además la secuencia de capas de refuerzo y su tipología y el tipo de resina que se empleará para su fabricación. Toda esta información permitirá además establecer de forma unívoca las propiedades mecánicas mínimas esperadas en el laminado correspondiente.  

Por último, es importante destacar que el capítulo 2 artículo 6 y el artículo 8, la ITC-MIE APQ 6 [1] establecen las cargas que se deben tener en cuenta para el cálculo de equipos y tuberías. Además de las cargas típicas aplicadas a tuberías y equipos (peso propio, peso del fluido, presión interior, vacío, etc.), es obligatorio considerar las cargas de viento, nieve, lluvia, seísmo y sobrecargas de uso que sean aplicables en cada proyecto y ubicación geográfica. En lo que se refiere a los sistemas de tuberías, se deberán tener también en cuenta las cargas debidas a las dilataciones debidas a los cambios de temperatura, que van siempre asociadas a la posición y tipología de soportes instalados. 

Fabricación e inspección 

Una vez más el capítulo 2, artículo 6 de la ITC-MIE APQ 6 [1] establece que durante la fabricación de equipos y sistemas de tuberías deberá llevarse a cabo un control de calidad conforme a lo establecido en la normativa vigente o en el código de diseño aplicado. Teniendo en cuenta este requisito, será necesario realizar los ensayos, pruebas e inspecciones que detalla el código de diseño aplicado. Los códigos de diseño recomendados en el apartado anterior para el cálculo de equipos y tuberías de PRFV incluyen información detallada a este respecto.

Los códigos recomendados anteriormente incluyen además los procedimientos para demostrar la cualificación de los laminadores de PRFV y soldadores de termoplástico. Por lo tanto, los operarios que lleven a cabo la fabricación deberán estar debidamente homologados conforme a los procedimientos que establezca el código de diseño que se esté aplicando.

Otras reglamentaciones aplicables 

En caso de que los equipos o sistemas de tubería tengan una presión de diseño y volumen o diámetro suficientemente altos, estarán también dentro del alcance de aplicación de la Directiva de Equipos a Presión 2014/68 [8] y del Reglamento de Equipos a Presión (R.D. 809/2021 [9]). En estos casos habrá que aplicar el correspondiente marcado CE a los equipos o sistemas de tubería, siguiendo además el módulo de evaluación de la conformidad que corresponda. En algunos casos, en función de la categoría de riesgo aplicable, será necesario también que el diseño, fabricación y control de calidad de estos equipos o tuberías sea supervisado y validado por un Organismo Notificado. 

Conclusiones

Las particularidades técnicas del PRFV hacen que resulte complejo verificar el cumplimiento de los requisitos recogidos en la ITC-MIE APQ 6 [1] del Reglamento de Almacenamiento de Productos Químicos, para el diseño y fabricación de equipos y sistemas de tuberías de este material. Sin embargo, el uso de las guías de corrosión editadas por los fabricantes de resinas y termoplásticos, junto a los códigos de diseño existentes para este tipo de equipos y tuberías, facilita notablemente esta verificación. 

Será además imprescindible respetar los procedimientos de diseño, fabricación y control de calidad recogidos en el código de diseño aplicado. Es también fundamental el establecimiento y seguimiento de un programa de control de calidad adaptado al uso y vida útil previstos. Estos factores permitirán disponer de un equipo o sistema de tuberías de PRFV con una larga vida útil, y que además cumpla con todos los requisitos exigidos en la citada instrucción técnica complementaria (ITC).  

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] – Reglamento de Almacenamiento de Productos Químicos - Instrucción Técnica Complementaria MIE APQ 6 (ITC-MIE APQ 6) – Almacenamiento de líquidos corrosivos en recipientes fijos.

[2] – UNE-EN 13121 - Tanques y depósitos aéreos de plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV). 

[3] – ASME RTP-1 – Reinforced thermoset plastic corrosion-resistant equipment.

[4] – ASME BPVC Section X – Fiber-reinforced plastic pressure vessels. 

[5] – BS 7159:1989 – Design and construction of glass reinforced plastics (GRP) piping systems for individual plants or sites.

[6] – ASME NM-2 – Glass-fiber-reinforced thermosetting-resin piping systems. 

[7] – ISO 14692 – Petroleum and gas industries – Glass-reinforced plastics (GRP) piping.

[8] - Directiva 2014/68/UE del parlamento europeo y del consejo, de 15 de mayo de 2014 relativa a la armonización de las legislaciones de los Estados miembros sobre la comercialización de equipos a presión.

[9] – Real Decreto 809/2021, de 21 de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias.