ES3036387T3 - Curing of a liner by means of a laser - Google Patents

Curing of a liner by means of a laser

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ES3036387T3
ES3036387T3 ES23159005T ES23159005T ES3036387T3 ES 3036387 T3 ES3036387 T3 ES 3036387T3 ES 23159005 T ES23159005 T ES 23159005T ES 23159005 T ES23159005 T ES 23159005T ES 3036387 T3 ES3036387 T3 ES 3036387T3
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Eugen Wolf
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Saertex Multicom GmbH
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Abstract

La invención se refiere a un método para el curado de un revestimiento para la rehabilitación de tuberías o canales, en el que se utiliza la luz láser procedente del curado de un revestimiento impregnado en resina, y al uso de un axicon para generar un perfil de haz anular de un láser para el curado de un revestimiento para la rehabilitación de tuberías o canales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Endurecimiento por láser de un revestimiento
La invención se refiere a un procedimiento para endurecer un revestimiento para rehabilitar tuberías o canales, en el que se utiliza un rayo láser para endurecer un revestimiento impregnado de resina, y al uso de un axicón para generar un perfil de haz anular de un láser para endurecer un revestimiento para reparar tuberías o canales.
El uso de láseres en la rehabilitación de tuberías y canales, en los que el láser se usa para endurecer un tubo de fibra impregnado de resina, ya se conoce, por ejemplo, por el documento EP4017906A1. Sin embargo, los procedimientos conocidos hasta la fecha tienen la desventaja de que la fuente de láser tenía que dirigirse directamente a la pared interior del revestimiento que se va a endurecer. Esto ha hecho que el dispositivo requerido para el endurecimiento sea muy engorroso y caro.
El documento WO9851960A1 describe el endurecimiento de un revestimiento usando un láser, encapsulando un endurecedor y liberando las cápsulas el endurecedor a través de la radiación láser. El endurecedor no es un fotoiniciador. Las cápsulas deben absorber la luz láser.
El documento FR2538916A1 describe un dispositivo y un procedimiento para la producción colectiva de fibras ópticas mediante tratamiento térmico.
El documento CN104816086A describe un cabezal de procesamiento por láser de pared interior de tubo.
El documento CH676029A5 describe la reconstrucción de tuberías subterráneas dañadas. Un tubo de tres capas con capas interiores y exteriores transparentes y una capa central endurecible se introduce en una tubería, se infla y endurece con una fuente de luz.
El documento JP2002219753A describe un procedimiento y un dispositivo para regenerar una tubería, aplicándose un revestimiento a la pared interior de la tubería. El revestimiento se endurece entonces por radiación con ondas electromagnéticas. Esta radiación se lleva a cabo con luz que se transmite a través de un cable de fibra óptica conectado a un sistema fotoeléctrico, por ejemplo un láser excímero. La luz se refleja en la superficie interior del revestimiento por medio de un espejo cónico.
Hasta ahora, existía el prejuicio de que es particularmente difícil endurecer un revestimiento con un tubo de fibra impregnado de resina utilizando un láser. Por ejemplo, los documentos EP4017906A1 y WO9851960A1 describen que la propia fuente láser puede dirigirse al interior del revestimiento o que la luz láser cae sobre el interior del revestimiento a través de un espejo giratorio. Hasta ahora, estos procedimientos no han podido llegar al mercado.
El objeto de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar una tecnología más simple para endurecer un revestimiento con la ayuda de luz láser para renovar tuberías o canales.
En una primera forma de realización, el problema subyacente a la invención se resuelve mediante un procedimiento para endurecer un revestimiento para renovar tuberías o canales, en el que se llevan a cabo las siguientes etapas:
a. Introducir un revestimiento que comprende al menos una manguera de fibra impregnada de resina en la tubería o canal que se va a renovar,
b. Instalar el revestimiento presionando el revestimiento contra la pared interior de la tubería o canal que se va a renovar, y
c. Endurecer el sistema de resina en el tubo de fibra impregnado de resina moviendo un dispositivo a través del revestimiento instalado, en donde la luz láser es desviada dentro del dispositivo, mediante al menos una óptica, en un ángulo de entre 0,5 y 179° con respecto al rayo láser incidente, de tal manera que la luz láser incide sobre la pared interior del revestimiento colocado y así puede endurecer el sistema de resina en la manguera de fibras,
caracterizado por que la óptica comprende al menos un axicón con el que se genera un perfil de haz anular de un rayo láser que incide en la pared interior del revestimiento colocado, siendo el axicón una lente cónica que produce un perfil de haz anular. El dispositivo permite colocar la fuente de luz láser fuera del revestimiento y desviar la luz láser, que por ejemplo se irradia en la dirección longitudinal del revestimiento, en el revestimiento colocado hacia la pared interior para endurecer el sistema de resina.
Una ventaja importante de usar luz láser en el procedimiento según la invención en comparación con los procedimientos que usan fuentes de luz convencionales (como, por ejemplo, lámparas de mercurio, sin láseres) es, por ejemplo, que la pérdida de intensidad se ha asociado hasta ahora de forma cuadrática con la distancia, mientras que la pérdida de intensidad cuando se usa un láser está asociada aproximadamente linealmente con la distancia. Además, el color de la luz láser se puede adaptar de la mejor manera posible a las condiciones ópticas para endurecer el revestimiento.
El procedimiento según la invención permite una manipulación más fácil, una menor inversión, un mejor control del endurecimiento y una mayor seguridad laboral (por ejemplo, no hay más riesgo de descargas eléctricas debido a las altas tensiones de ignición o a la implosión de lámparas de alta presión).
Procedimiento
La colocación del revestimiento en la etapa a. se puede realizar insertando el revestimiento en la tubería o el canal o, alternativamente, mediante la inversión en la tubería o canal.
La instalación del revestimiento en la etapa b. se puede realizar, por ejemplo, aplicando un fluido (como, por ejemplo, aire comprimido, vapor o agua) al revestimiento.
El endurecimiento en la etapa c. se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante endurecimiento térmico o por luz. Si el endurecimiento tiene lugar térmicamente, el sistema de resina puede contener un iniciador de descomposición térmica, por ejemplo. Si el endurecimiento tiene lugar de manera fotoendurecible, el sistema de resina puede contener, por ejemplo, uno o más iniciadores que se descomponen con la luz.
En la etapa c., el dispositivo se mueve a través del revestimiento, preferentemente a una velocidad en un rango comprendido entre 0,1 y 5000 cm por minuto, de forma particularmente preferida entre 0,2 y 1000 cm por minuto.
En el procedimiento, en la etapa c., la óptica se mueve a lo largo del revestimiento, preferiblemente cerca del eje de simetría del revestimiento instalado. En particular, la posición de la óptica en la etapa c. se desvía del eje de simetría en un promedio inferior al 50 %, lo más preferentemente inferior al 10 %, del diámetro interior del revestimiento instalado.
Sistema de resina
El sistema de resina según la invención es preferiblemente un sistema de resina para endurecer los revestimientos. Por ejemplo, puede ser un sistema de resina hecho de poliéster insaturado, éster vinílico o un sistema de resina epoxídica. El sistema de resina según la invención también puede contener preferiblemente iniciadores térmicos, tales como, por ejemplo, compuestos azoicos o peróxidos. Sin embargo, el peróxido de benzoilo preferiblemente no se usa como iniciador térmico, ya que es peligroso para el medio ambiente. El sistema de resina contiene preferiblemente partículas de arcilla en una cantidad de como máximo el 1 % en peso, lo más preferiblemente sin partículas de arcilla.
El sistema de resina contiene preferiblemente fibras naturales en una cantidad de como máximo el 1 % en peso, lo más preferiblemente sin fibras naturales.
También puede contener otros materiales de relleno (por ejemplo, hidróxido de aluminio o carbonato de calcio) y aditivos.
El sistema de resina contiene preferentemente iniciadores de polimerización en una cantidad en un rango comprendido entre el 0,01 y el 5 % en peso, de forma particularmente preferida entre el 0,05 y el 1 % en peso. El iniciador puede ser un fotoiniciador o un iniciador térmico o una mezcla de fotoiniciador e iniciador térmico. Preferiblemente, al menos un máximo de absorción del fotoiniciador está en un rango comprendido entre 250 y 600 nm, lo más preferiblemente en un rango comprendido entre 400 y 500 nm.
Dispositivo
Una guía de luz, en particular preferiblemente un cable de fibra óptica, está conectada preferiblemente al sistema óptico, que conduce la luz láser desde una fuente de láser al sistema óptico.
La fuente láser se puede colocar preferiblemente fuera del revestimiento.
El dispositivo puede ser, por ejemplo, un dron (por ejemplo, un dron volador). La óptica se monta entonces preferiblemente en el dron volador. La óptica del dron volador se puede conectar, por ejemplo, a la fuente láser a través de la guía de luz.
El dispositivo también puede ser, por ejemplo, un automóvil en el que se monta la óptica. El coche puede tener ruedas, por ejemplo. La óptica del coche se puede conectar, por ejemplo, a la fuente láser a través de la guía de luz.
Luz láser
La luz láser puede generarse preferiblemente por al menos un láser. También pueden utilizarse varios láseres para generar la luz láser. Si se utilizan varios láseres, al menos 2 de los múltiples láseres pueden emitir luz láser con diferentes longitudes de onda. Esto tendría la ventaja de que se pueden abordar diferentes iniciadores o diferentes bandas de absorción de un iniciador.
El diámetro del rayo láser que incide sobre la óptica está preferiblemente en un rango comprendido entre 0,1 y 50 mm (lo más preferiblemente de 1 a 10 mm).
La longitud de onda de la luz láser (en particular de la luz láser que entra en la óptica) está preferiblemente en un rango comprendido entre 200 a 2200 nm, de manera particularmente preferida en un rango comprendido entre 325 y 600 nm, lo más preferiblemente en un rango comprendido entre 400 y 500 nm. Este rango es particularmente ventajoso porque los sistemas de resina y revestimientos anteriores para la renovación de tuberías y canales están optimizados para tener una transmisión particularmente alta en esta estrecha ventana de las longitudes de onda. La mayoría de los revestimientos tienen una pérdida de transmisión máxima por debajo de aproximadamente 300 nm, por lo que una longitud de onda por debajo de 325 nm no es ventajosa.
Puede preferirse que se genere con al menos un láser una luz láser con una longitud de onda en un rango comprendido entre 975 y 1800 nm y la luz láser se convierte en luz láser con una longitud de onda en un rango comprendido entre 325 y 600 nm con ayuda de un convertidor de frecuencia.
Alternativamente, por lo tanto, puede preferirse que la luz láser generada por el al menos un láser tenga una longitud de onda en un rango comprendido entre 975 y 1800 nm, de manera particularmente preferible en un rango comprendido entre 1200 y 1500 nm. La luz láser es entonces, por ejemplo, una luz láser infrarroja. La ventaja de la alternativa radica en las pérdidas de energía y los costes de la fibra óptica. Si bien las fibras para conducir la luz láser UV son comparativamente caras e implican pérdidas de potencia significativas (por ejemplo, del 10 al 30 % a 100 m; > 6 dB/km), las fibras para conducir la luz láser infrarroja son económicas y tienen pérdidas muy bajas (< 0,1 % a 1000 m; < 1 dB/km). Esa es la misma razón por la que la luz láser infrarroja y las fibras ópticas infrarrojas se utilizan para tareas de telecomunicaciones. Además, la protección láser para los sistemas láser infrarrojos también es menos crítica en comparación con los sistemas láser UV. La luz láser generada de esta manera se puede convertir entonces en luz láser con una longitud de onda en un rango comprendido entre 325 y 600 nm antes de la óptica, preferiblemente usando un convertidor de frecuencia (como, por ejemplo, un cristal óptico no lineal).
La luz láser o el al menos un láser pueden ser pulsados o continuos, por ejemplo.
La luz láser o el al menos un láser se irradia preferiblemente hacia el elemento óptico en la dirección longitudinal del revestimiento.
En el procedimiento según la invención, se usa preferiblemente luz láser con una intensidad en el caso de un haz continuo o de intensidad media en el caso de luz láser pulsada en un rango comprendido entre 109 y 1016 W/m2. La intensidad se define generalmente como la potencia por superficie, es decir, vatios por metro cuadrado, es decir, W/m2. La duración del pulso del láser está preferiblemente en un rango comprendido entre 10 y 350 femtosegundos. La energía de pulso del láser está preferiblemente en un rango comprendido entre 1 y 20 mJ (milijulios). La velocidad de repetición del láser está preferiblemente en un rango comprendido entre 0,1 y 50 kHz.
Óptica
La óptica puede ser reflectante, refractiva y/o difractiva.
51 la luz láser es generada por varios láseres, entonces, en particular, también se pueden usar varias ópticas.
Como resultado de la óptica, la luz láser se propaga preferiblemente sobre la superficie de un cono. Como resultado, se produce una iluminación anular en el lado interior del revestimiento.
El ángulo puede estar preferiblemente en un rango comprendido entre 5° y 150°, lo más preferiblemente en un rango comprendido entre 10° y 85°.
La óptica puede incluir un espejo giratorio. Como resultado, un rayo láser puede desviarse mientras el dispositivo se mueve de tal manera que el rayo láser choca contra la pared interior del revestimiento montado y, por lo tanto, puede endurecer el sistema de resina. El ángulo del espejo con respecto a la dirección del rayo láser frente al espejo está preferiblemente en un rango comprendido entre /- 0,1° y 89,9°, lo más preferiblemente en un rango comprendido entre 30° y 60°.
La óptica comprende al menos un axicón, con el que se genera un perfil de haz anular de un rayo láser que incide en la pared interior del revestimiento instalado. El sistema de resina puede endurecerse. Preferiblemente, la óptica no contiene en particular ningún elemento galvanométrico o giratorio. Los axicones son lentes cónicas que producen un perfil de haz anular. Al endurecer un revestimiento, los axicones tienen la ventaja de que la fuente de láser puede ubicarse realmente fuera del revestimiento y, por lo tanto, el riesgo de accidentes en el revestimiento puede minimizarse incluso durante el endurecimiento. Además, la instalación de la óptica es mucho más fácil y rápida que en el caso actual de las cadenas de luces UV. Además, a diferencia del estado de la técnica, apenas hay desarrollo de temperatura debido a la fuente de luz en el revestimiento. Además, esta tecnología se puede utilizar para endurecer revestimientos en tuberías con diámetros significativamente más pequeños. El axicón puede ser convexo o cóncavo. El ángulo de apertura del axicón o del cono de luz emergente está preferiblemente en un rango comprendido entre 1° y 180°, lo más preferiblemente en un rango comprendido entre 20° y 150°, incluso más preferiblemente en un rango comprendido entre 40° y 130°. El ángulo de apertura del axicón se define como el ángulo límite de la luz emitida. Este ángulo de apertura del axicón o del cono de luz emergente es, por lo tanto, dos veces mayor que el ángulo de la luz emitida en relación con el rayo láser entrante (como, por ejemplo, en la etapa c., también ángulo de deflexión).
La óptica también puede incluir preferiblemente al menos dos axicones. En este caso, un axicón puede ser cóncavo y un axicón puede ser convexo. Al variar la distancia entre los dos axicones, el diámetro del anillo se puede ajustar para una distribución óptima de la potencia.
El material del al menos un axicón es preferiblemente vidrio (en particular vidrio de cuarzo) o plástico.
El diámetro del axicón está preferentemente en un rango comprendido entre 2 y 600 mm, lo más preferentemente en un rango comprendido entre 20 y 50 mm. El diámetro del axicón es preferiblemente mayor que el diámetro del rayo láser.
El grosor del borde del axicón está preferiblemente en un rango comprendido entre 2 y 10 mm.
La óptica también puede incluir al menos un elemento óptico difractivo (DOE). Esto se puede usar, por ejemplo, para dar forma al rayo láser.
Uso
En una forma de realización adicional, el problema subyacente a la invención se resuelve usando al menos un axicón para generar un perfil de haz anular de un rayo láser para endurecer un revestimiento para renovar tuberías o canales.
Ejemplo de realización
Se produjo un revestimiento comercial impregnado con resina y para endurecer con luz UV, tal como se describe, por ejemplo, en el documento EP2573442A1. Dicha tubería con un diámetro de 300 mm estaba revestida con un revestimiento con un espesor de pared de 4 mm. El sistema de resina usado (por ejemplo, L050-LCW-03 FC de AOC) contenía un 0,1 % en peso de Irgacure 819 como fotoiniciador. Durante la renovación, el revestimiento se introdujo en la tubería para renovar y luego se configuró con aire comprimido. Con un oscilador láser Ti<3+>:Al2O3 con amplificador regenerativo y un oscilador paramétrico óptico conectado posteriormente (OPA del tipo TOPAS Prime de Coherent Inc., láser de zafiro de titanio Astrella de Coherent Inc., versión HE con 6 mJ; frecuencia de repetición de 1 kHz; potencia media de 1 W, intensidad de pulso: 3x10<15>W/m<2>, duración del pulso 40 femtosegundos;) se generó un rayo láser. La longitud de onda en la salida OPA fue de 450 nm. El rayo láser se guio a través de un cable de fibra óptica de 100 m de longitud, que es habitual para este propósito, hasta un axicón con un ángulo de apertura (doble ángulo de deflexión) de 59,8° (fabricante Thorlabs; tipo: AX1240-A, diámetro 1/2 pulgada, ángulo físico: 40°, ángulo de deflexión: 29,9°, grosor central 10,3 mm, revestimiento AR 350 - 700 nm R<promedio>< 0,5%.
El ángulo de deflexión se midió a 532 nm), lo que proyectó el rayo láser en forma anular sobre la pared interior del revestimiento instalado. El axicón atravesó todo el revestimiento con un carro de forma aproximadamente concéntrica en el revestimiento instalado, de modo que la luz láser anular iluminó toda la pared interior del revestimiento. La velocidad se fijó en 3,6 mm por minuto.
Como resultado, el fotoiniciador podría activarse y la resina podría endurecerse.
Las características de la invención divulgadas en la presente descripción, así como en las reivindicaciones, tanto de forma individual, como también en cualquier combinación, pueden ser esenciales para implementar la invención en sus distintas formas de realización. La invención no se limita a las formas de realización descritas. Puede variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para endurecer un revestimiento para la renovación de tuberías o canales, en el que se llevan a cabo los siguientes pasos:
a. Introducir un revestimiento que comprende al menos una manguera de fibra impregnada de resina en la tubería o canal que se va a renovar,
b. Instalar el revestimiento presionando el revestimiento contra la pared interior de la tubería o canal que se va a renovar, y
c. Endureceder el sistema de resina en la manguera de fibra impregnada de resina, moviendo un dispositivo a través del revestimiento instalado, en donde la luz láser es desviada en el dispositivo, mediante al menos una óptica, en un ángulo de entre 0,5 y 179°, de tal manera que la luz láser incide sobre la pared interior del revestimiento instalado y así pueda endurecer el sistema de resina en la manguera de fibra, caracterizado por que la óptica comprende al menos un axicón con el que se genera un perfil de haz anular de un rayo láser que incide en la pared interior del revestimiento instalado, siendo el axicón una lente cónica que produce un perfil de haz anular.
2. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la óptica está conectada a una fuente láser por medio de una guía de luz.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el diámetro del axicón está en un rango comprendido entre 5 y 50 mm.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el ángulo de apertura del al menos un axicón está en un rango comprendido entre 20° y 150°.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la óptica comprende un elemento óptico difractivo.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la óptica comprende al menos dos axicones.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la longitud de onda del láser está en un rango comprendido entre 325 y 600 nm.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema de resina contiene un fotoiniciador y el máximo de absorción del fotoiniciador está en un rango comprendido entre 325 y 600 nm.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se genera con al menos un láser una luz láser con una longitud de onda en un rango comprendido entre 975 y 1800 nm y, antes de la entrada en la óptica, la luz láser se convierte en una luz láser con una longitud de onda en un rango comprendido entre 325 y 600 nm con ayuda de un convertidor de frecuencia.
10. Uso de al menos un axicón para generar un perfil de haz anular de un rayo láser con el fin de endurecer un revestimiento para renovar tuberías o canales, siendo el axicón una lente cónica que produce un perfil de haz anular.
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