Tecnología de tubos RTP reforzados con cinta de núcleo de acero
Tecnología de tuberías reforzadas con cinta de cordón de acero de alta resistencia
Las tuberías termoplásticas reforzadas (RTP) que utilizan refuerzos de fibra de vidrio o de poliéster están principalmente limitadas a aplicaciones de pequeño diámetro. Esta limitación se debe a que una tubería RTP de gran diámetro y alta presión requeriría el uso de múltiples capas de cinta de fibra impregnada —normalmente entre 30 y 50 capas—.
El alto número de capas de refuerzo genera dos desafíos críticos: por un lado, dificulta la integridad de la unión entre capas, y por otro, prolonga significativamente el ciclo de fabricación de la tubería (ya que no es posible aplicar tantas capas en una sola pasada de producción). Además, el gran volumen de refuerzo reduce la flexibilidad de la tubería, lo que compromete una de las principales ventajas del RTP tradicional.
Sin embargo, en algunos escenarios críticos donde se necesitan tuberías compuestas plásticas de gran diámetro para sustituir las tuberías de acero convencionales —a menudo con el fin de mitigar las desventajas inherentes del acero (susceptibilidad a la corrosión, peso elevado y altos costes de instalación y mantenimiento)—, las fibras sintéticas de alta resistencia (como la aramida o la fibra de carbono) no han logrado una adopción generalizada. Sus costos de material y procesamiento extremadamente altos las hacen económicamente inviables para la mayoría de los operadores de petróleo y gas, que son los principales usuarios finales de las tuberías terrestres de gran diámetro.
Para abordar esta brecha crítica entre rendimiento y costo, Goldstone ha desarrollado una alternativa rentable y de alto desempeño: la tecnología de tuberías RTP reforzadas con cordón de acero.
Esta innovación combina la alta capacidad de resistencia a la presión del acero con la resistencia a la corrosión, flexibilidad y ligereza de los termoplásticos.
El cordón de acero de alta resistencia se fabrica trenzando múltiples hilos finos de acero, lo que proporciona una excelente flexibilidad y una alta resistencia por filamento individual. Su resistencia a la tracción unitaria supera los 3000 MPa, muy por encima de los 800 MPa de la cinta de fibra de vidrio impregnada.
Por ejemplo, un cordón de acero de 1,0 mm de diámetro ofrece una resistencia a la tracción de aproximadamente 1900–2000 N, equivalente a la de una fibra de aramida de 900 tex. En comparación, una fibra de vidrio o de poliéster de 1600 tex (≈1,1 mm) solo alcanza una resistencia de 800–900 N.
Por lo tanto, el cordón de acero se presenta como un material de refuerzo rentable para reemplazar las fibras sintéticas costosas en las tuberías compuestas de gran diámetro.
1. Diseño Estructural y Proceso de Fabricación
Para maximizar el rendimiento del refuerzo con cordón de acero, la tubería RTP reforzada con cordón de acero adopta una estructura compuesta coextruida de tres capas, en la que cada capa está optimizada para lograr una sinergia funcional:
- Revestimiento interior: Extrusionado a partir de polietileno de alta densidad (HDPE) o copolímero aleatorio de polipropileno (PPR) con un alto índice de fluidez.
Esta capa garantiza una excelente resistencia química frente al petróleo, gas y medios corrosivos (como agua de formación o aguas residuales), además de mantener una pared interior lisa que minimiza la pérdida por fricción del fluido (coeficiente de fricción < 0,015, un 30 % menor que el de las tuberías de acero). - Capa de refuerzo: Compuesta por cordones de acero galvanizados de alta resistencia, dispuestos en un patrón de enrollado helicoidal(con un ángulo de bobinado ajustable entre 45° y 60°, según los requisitos de presión).
Los cordones de acero están preimpregnados con un adhesivo termoplástico para mejorar la adhesión con las capas interior y exterior, eliminando el riesgo de delaminación bajo presión cíclica.
Para las tuberías de gran diámetro (DN200–DN500), se adopta un diseño de doble capa de cordón de acero, que permite lograr un equilibrio óptimo entre la resistencia radial y axial. - Capa protectora exterior: Extrusionada a partir de HDPE resistente a la intemperie, modificado con aditivos anti-UV y negro de carbono.
Esta capa ofrece resistencia a la oxidación, la abrasión y los daños mecánicos durante el transporte y la instalación, prolongando la vida útil de la tubería en entornos exteriores o en suelos agresivos.
2. Escenarios de aplicación típicos
Gracias a su equilibrio entre costo y rendimiento, la tubería RTP reforzada con cordón de acero es ideal para los siguientes escenarios de alta exigencia::
2.1 Transporte terrestre de petróleo y gas
- Tuberías de recolección de gas de esquisto: La flexibilidad de la tubería se adapta a terrenos irregulares (por ejemplo, zonas montañosas), reduciendo la necesidad de codos y uniones (la cantidad de juntas se reduce en un 70 % en comparación con las tuberías de acero, disminuyendo el riesgo de fugas).
- Tuberías de reinyección de agua producida en campos petrolíferos: Resiste la corrosión causada por aguas con alta salinidad (TDS > 100.000 mg/L) y altas temperaturas (hasta 80 °C), eliminando la necesidad de recubrimientos internos anticorrosivos, uno de los principales costos de mantenimiento en las tuberías de acero.
2.2 Transporte de lodos mineros e industriales
- Tuberías para transporte de lodos en minas de carbón: El revestimiento interior resistente al desgaste (HDPE con dureza Shore D 60) soporta la abrasión causada por partículas de carbón (tamaño medio de 0,5–2 mm), extendiendo la vida útil a 8–10 años (frente a los 3–5 años de las tuberías de acero).
2.3 Municipal and Infrastructure
- Tuberías de suministro de agua a alta presión: Para proyectos de transporte urbano de agua o trasvases a larga distancia, el peso ligero de la tubería permite su manipulación manual en zonas urbanas (sin necesidad de grúas), lo que acelera la instalación (velocidad de tendido de hasta 300 m/día, 3 veces más rápida que las tuberías de acero).
3. Ventajas comparativas frente a las soluciones tradicionales
| Aspecto | RTP reforzado con cordón de acero | Tubería de acero tradicional | RTP reforzado con fibra de aramida |
|---|---|---|---|
| Costo del material | 100% (Referencia) | 120% | 250% |
| Costo de instalación | 100% | 250% (requiere equipo pesado) | 120% |
| Costo anual de mantenimiento | 100% | 500% (reparación por corrosión, renovación del recubrimiento) | 150% (inspección por delaminación de fibra) |
| Costo total del ciclo de vida (20 años) | 100% | 320% | 210% |
| Vida útil | >50 años | 20–30 años (con recubrimiento) | >50 años |
4. Tendencias de desarrollo futuro
Para ampliar su campo de aplicación, Goldstone está impulsando tres líneas clave de I+D en la tecnología de tuberías RTP reforzadas con cordón de acero:
- Actualización de alta resistencia a la corrosión: Desarrollo de cordones de acero galvanizado con un recubrimiento grueso de aleación de zinc para mejorar la resistencia a medios ácidos (por ejemplo, H₂S, CO₂) en pozos profundos de petróleo y gas.
- Ampliación a grandes diámetros: Optimización del proceso de enrollado para desarrollar tuberías de DN300–DN600, dirigidas a oleoductos y gasoductos terrestres de larga distancia, actualmente dominados por las tuberías de acero.
- Integración inteligente: Incorporación de sensores de fibra óptica dentro de la capa de cordón de acero para monitorear en tiempo real la presión, la temperatura y la tensión.
Esto permite implementar mantenimiento predictivo (por ejemplo, alertas tempranas ante anomalías de presión) y se alinea con la tendencia del “campo petrolífero digital”.
En resumen, la tecnología de tuberías RTP reforzadas con cordón de acero resuelve el antiguo compromiso entre rendimiento, costo y escalabilidad en las tuberías compuestas de gran diámetro.
Ofrece una alternativa viable y económica frente a las tuberías de acero tradicionales y las costosas soluciones reforzadas con fibras sintéticas, con un amplio potencial para transformar los mercados de oleoductos y gasoductos terrestres, minería e infraestructura municipal.
