Disposición de capa de barrera para sistemas de depósito.

Disposición de capa de barrera con propiedades de estanqueidad a los gases para recipientes para el transporte ypara el almacenamiento de gases licuados con al menos una capa,

componiéndose la capa de un material conpropiedades anisotrópicas y estando ajustadas las propiedades anisotrópicas con respecto al comportamiento dedilatación térmica de modo que un valor de la relación de coeficiente de dilatación térmica en dirección secundariacon respecto al coeficiente de dilatación térmica en una dirección primaria ortogonal a la dirección secundariaasciende al menos a 1,3, caracterizada porque las propiedades anisotrópicas con respecto al comportamiento deelasticidad están ajustadas de modo que un valor de la relación del módulo de elasticidad en dirección primaria conrespecto al módulo de elasticidad en dirección secundaria es al menos 1,3.

Disposición de capa de barrera para sistemas de depósito La invención se refiere a una disposición de capa de barrera para sistemas de depósito según el preámbulo de la reivindicación principal.

Una disposición de barrera de este tipo se conoce por el documento FR 2 717 298 A1, que se considera el estado de la técnica más cercano. A continuación se prevé un recipiente estanco a los gases para el transporte y para el almacenamiento de helio licuado. Una capa del recipiente puede componerse de un material con propiedades anisotrópicas, pudiendo variarse las propiedades anisotrópicas en dirección longitudinal y dirección horizontal, lo que repercute en los coeficientes de dilatación térmica.

Para el transporte y el almacenamiento de líquidos ultracongelados, tales como por ejemplo gas natural licuado (LNG -Liquified Natural Gas) , se encuentran disponibles diferentes tipos de sistemas de depósito. Una variante ampliamente extendida debido al elevado volumen de carga no la representan depósitos con membrana integrada autoportantes, en los que el sistema de contención está instalado directamente sobre la estructura portante.

De manera correspondiente a los códigos vigentes, por ejemplo IGC, los sistemas de depósito con membrana integrada están construidos a partir de al menos una capa de barrera estanca a los gases y al menos una capa aislante, en el ejemplo del código IGC se exigen dos capas de barrera estancas a los gases.

Mediante las bajas temperaturas del material de transporte, que ascienden por ejemplo a -160ºC y menos, se produce una contracción del material de barrera. Dado que el sistema de depósito está unido firmemente con la estructura de soporte, estas contracciones se compensan mediante elementos de compensación.

Los sistemas de depósito con membrana integrada utilizados actualmente usan materiales metálicos como material de barrera y compensan las contracciones mediante la incorporación de compensadores en forma de acanaladuras. Para minimizar contracciones se conoce también el uso de aleaciones especiales, tales como por ejemplo FeNi36, cuyo coeficiente de dilatación térmica es muy bajo.

Debido al comportamiento del material isotrópico (se dilatan o contraen de forma geométricamente uniforme con los cambios de temperatura) son necesarias acanaladuras de compensación en varias direcciones, lo que lleva inevitablemente a que las acanaladuras se corten geométricamente. Esto requiere elementos de cruzamiento de forma compleja o la interrupción de una acanaladura, lo que lleva a valores pico de tensión en la barrera.

A partir del documento WO 20081125248 se conoce un panel multicapa para el revestimiento de depósitos de líquido-gas con una placa aislante de material aislante del calor y un recubrimiento de obturación, en el que el recubrimiento de obturación presenta un termocompensador formado como acanaladura sin fin, por ejemplo, circular.

Resulta el objetivo de desarrollar una disposición de capa de barrera para sistemas de depósito, que presente una construcción simplificada y que permita un procedimiento de fabricación automatizado, continuo, debiendo mantenerse bajas las tensiones que aparecen mediante cambios de temperatura.

Este objetivo se consigue mediante las características de las reivindicaciones independientes. Configuraciones y perfeccionamientos ventajosos resultan con las características de las reivindicaciones dependientes.

Se propone una disposición de capa de barrera para sistemas de depósito con membrana integrada con al menos una capa, produciéndose la capa de un material con propiedades anisotrópicas. Las propiedades anisotrópicas están ajustadas con respecto al comportamiento de dilatación térmica y también con respecto al comportamiento de elasticidad de modo que un valor de un cociente de coeficientes de dilatación térmica en una dirección secundaria y coeficientes de dilatación térmica en una dirección primaria ortogonal a la dirección secundaria así como un valor de un cociente del módulo de elasticidad en dirección primaria y módulo de elasticidad en dirección secundaria es en cada caso mayor de 1, 3.

De manera especialmente preferente el cociente de los coeficientes de dilatación térmica es mayor de 4 o mayor de 20 y el cociente de los módulos de elasticidad es mayor de 2.

El material es preferentemente un material compuesto. Mediante la anisotropía del coeficiente de dilatación térmica y del módulo de elasticidad, debido a fuertes cambios de temperatura, pueden ajustarse de manera dirigida en función de la dirección las dilataciones y contracciones provocadas, y pueden incorporarse compensadores sólo en una dirección.

Las propiedades anisotrópicas del material compuesto, que puede estar formado como material compuesto de fibra, pueden definirse mediante una estructura de varias capas, dispuestas una con respecto a otra en ángulos determinados, de un material de fibra con fibras orientadas, estando previstas por ejemplo tres capas dispuestas una con respecto a otra en ángulos diferentes y encontrándose los ángulos de las capas una con respecto a otra con respecto a una dirección primaria definida entre -45º y 45º. En el presente caso se denomina ángulo entre capas el

ángulo entre direcciones principales de fibra de las capas. En ensayos anteriores, esta construcción resultó especialmente ventajosa para la formación de propiedades anisotrópicas, siendo posible una adaptación de las condiciones dadas, por ejemplo mediante la elección de los ángulos de las capas.

Por un sistema de depósito con membrana integrada pueden entenderse depósitos no autoportantes, que presentan paredes que se componen de una capa delgada. Las paredes flexibles pueden sostenerse a través de una capa aislante de estructuras circundantes del barco. Además se exponen depósitos con membrana integradas al menos exclusivamente para bajas presiones de sobrepresión de por debajo de 0, 07 MPa o incluso a menos de 0, 025 MPa con respecto a una presión ambiental, mediante lo cual los mismos pueden producirse de forma que se ahorre material esencialmente, como depósitos de gas a alta presión.

En una realización ventajosa, los ángulos de las capas dispuestas una con respecto a otra con referencia a una dirección primaria definida pueden presentar los valores 0º, 33º y -33º o los valores 0º, 45º y -45º. Para estos valores la construcción en capas muestra propiedades especialmente favorables.

A través de la utilización de fibras con coeficientes de dilatación térmica muy bajos o negativos tales como fibras de carbono, fibras de polietileno, fibras de PBO, fibras de aramida o fibras de vidrio es posible ajustar los coeficientes de dilatación térmica de la disposición de capa de barrera en dirección primaria a un valor desde muy bajo hasta negativo. Además es posible ajustar, a través de la construcción en capas la rigidez de la disposición de capa de barrera en dirección secundaria a un valor bajo. De esta manera las contracciones debidas a la temperatura disminuidas llevan a bajas tensiones.

Las varias capas para la construcción de un material compuesto anisotrópico pueden estar formadas exclusivamente por un tipo de fibra, por ejemplo exclusivamente de fibras de carbono o exclusivamente de fibras de vidrio. En una realización híbrida pueden estar formadas al menos dos capas de distintos materiales de fibra. Por ejemplo puede estar formada una capa para la construcción de un material compuesto de fibra anisotrópico de fibras de carbono y al menos una capa de fibras de vidrio. Dado que las fibras de carbono presentan un coeficiente de dilatación térmica negativo, en particular en combinación con capas de fibras de vidrio, se consiguen propiedades favorables para un material compuesto de fibra anisotrópico.

De manera ventajosa, las varias capas están dispuestas simétricamente con respecto al plano central de la capa de material compuesto. De este modo se evita una generación de tensiones internas.

Las capas pueden estar formadas como materiales preimpregnados, que se componen de fibras sin fin, que pueden existir como tejidos, en una matriz de plástico aún no endurecida, produciéndose la matriz a partir de resina epoxídica, resina de poliéster, poliuretano u otro material adecuado. Los materiales preimpregnados dan como resultado una calidad uniforme y elevada, son ventajosos también una baja ondulación (desviación de las fibras) y un alto porcentaje de fibras. Así mismo, los materiales preimpregnados son bastante adecuados para un procesamiento a máquina y para procesos de fabricación automatizados.

Mediante una elección de material de refuerzo, material de relleno, material para la matriz... [Seguir leyendo]

1. Disposición de capa de barrera con propiedades de estanqueidad a los gases para recipientes para el transporte y para el almacenamiento de gases licuados con al menos una capa, componiéndose la capa de un material con propiedades anisotrópicas y estando ajustadas las propiedades anisotrópicas con respecto al comportamiento de dilatación térmica de modo que un valor de la relación de coeficiente de dilatación térmica en dirección secundaria con respecto al coeficiente de dilatación térmica en una dirección primaria ortogonal a la dirección secundaria asciende al menos a 1, 3, caracterizada porque las propiedades anisotrópicas con respecto al comportamiento de elasticidad están ajustadas de modo que un valor de la relación del módulo de elasticidad en dirección primaria con respecto al módulo de elasticidad en dirección secundaria es al menos 1, 3.

2. Disposición de capa de barrera de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el valor de la relación del módulo de elasticidad en dirección primaria con respecto al módulo de elasticidad en dirección secundaria es al menos 2 y/o porque el valor de la relación del coeficiente de dilatación térmica en dirección secundaria con respecto al coeficiente de dilatación térmica en dirección primaria es al menos 4 y preferentemente es al menos 20.

3. Disposición de capa de barrera de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el material es un material compuesto, estando formado el material compuesto preferentemente como material compuesto de fibra.

4. Disposición de capa de barrera de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las propiedades anisotrópicas de la capa formada como material compuesto pueden ajustarse mediante una elección de material de fibra y/o material para una matriz que incluye las fibras y/o material de relleno y/o mediante una construcción del material compuesto.

5. Disposición de capa de barrera de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las propiedades anisotrópicas del material de la capa formado como material compuesto pueden ajustarse mediante una estructura de varias capas dispuestas una con respecto a otra en ángulos determinados de un material de fibra con fibras orientadas, encontrándose preferentemente los ángulos de las capas una con respecto a otra con respecto a la dirección primaria definida entre -45º y 45º.

6. Disposición de capa de barrera de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque los ángulos de las capas dispuestas una con respecto a otra con referencia a la dirección primaria definida presentan los valores 0º, 33º y -33º o los valores 0º, 45º y -45º.

7. Disposición de capa de barrera de acuerdo con la reivindicación 3 a 6, caracterizada porque las fibras de la capa formada como material compuesto son fibras de carbono, fibras de aramida, fibras de polietileno, fibras de PBO o fibras de vidrio.

8. Disposición de capa de barrera de acuerdo con la reivindicación 3 a 7, caracterizada porque las varias capas para la construcción de un material compuesto anisotrópico están formadas exclusivamente por un tipo de fibra, o como material híbrido por varios tipos de fibra.

9. Disposición de capa de barrera de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque las varias capas están dispuestas simétricamente con respecto al plano central de la capa formada como material compuesto.

10. Disposición de capa de barrera de acuerdo con la reivindicación 3 a 9, caracterizada porque el material para la matriz que incluye las fibras o capas es preferentemente resina epoxídica, resina de poliéster o poliuretano.

11. Disposición de capa de barrera de acuerdo con la reivindicación 1 a 10, caracterizada porque la capa anisotrópica está unida con al menos una capa estanca a los gases o al menos un forro.

12. Disposición de capa de barrera de acuerdo con la reivindicación 1 a 11, caracterizada porque la capa anisotrópica sólo en una dirección presenta compensadores, tales como acanaladuras, para la compensación de solicitaciones físicas.

13. Disposición de capa de barrera de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque el material con propiedades anisotrópicas está formado como un material compacto.

14. Disposición de capa de barrera de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el valor del coeficiente de dilatación térmica del material anisotrópico en una dirección, en la que el valor del coeficiente de dilatación térmica es mínimo, asciende a menos de 10-5/K, de manera ventajosa a menos de 8x10-6/K y especialmente de manera ventajosa a menos de 4x10-6/K.

15. Depósito con membrana integrada para el alojamiento de líquidos ultracongelados con una capa aislante y una disposición de capa de barrera de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14.