MÉTODOS DE FABRICACIÓN, EMBOBINADO VS MOLDEO ¿CUÁL ES MEJOR?

GENERALIDADES

El filamento embobinado (filament winding) y el moldeo por contacto (hand lay-up) son los dos métodos distintos que utilizamos en EFISA para la fabricación de tanques y equipos de plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV, FRP o GRP). Ambos métodos se utilizan formar un material compuesto por resina y fibra de vidrio, donde la resina desempeña la función de sustrato y la fibra de vidrio sirven como refuerzo, equivalente a la combinación de concreto con varillas de acero como refuerzo. A la estructura formada por estas múltiples capas se le llama laminado.

El primero básicamente es una técnica automatizada de alta precisión, utilizado para fabricar formas cilíndricas, elípticas o hasta esféricas y el segundo un proceso manual mucho más flexible pero menos consistente que permite fabricar todo tipo de formas geométricas.

Ambos métodos están dentro del alcance de las normas ASME RTP-1, API 12P y BS EN 13121, así como también cada uno posee normas específicas de la ASTM, todas enfocadas en la construcción de equipos altamente resistentes a la corrosión, las cuales utilizamos en EFISA para el diseño, cálculo y construcción de los equipos que fabricamos en PRFV (FRP o GRP).

MOLDEO POR CONTACTO (HAND LAY-UP)

Es un proceso en el que se coloca sobre el molde, una capa de algún agente desmoldeante, después los refuerzos de fibra de vidrio como son Gel Coat, velo, colchoneta o petatillo, posteriormente se agrega una resina previamente formulada y catalizada; posteriormente de forma manual utilizando brocha y rodillo, se esparce la resina y se comprimen los materiales, con el objetivo de que todo el refuerzo se impregne con la resina y se eliminen todas las burbujas de aire.

La secuencia, cantidad de capas y tipo de refuerzo de fibra de vidrio que se agregue, determinarán el espesor y las propiedades mecánicas con las que contará el laminado; mientras tanto la resina utilizada y específicamente la o las primeras capas de refuerzo, determinarán la resistencia química del laminado, a la sustancia o fluido con la que entrará en contacto la pieza final.

La polimerización o curado de la resina, proceso en el cual endurece, siempre es a molde abierto, generalmente se realiza a temperatura ambiente, aunque algunas veces la pieza se introduce a un horno o se le sopla aire caliente, para acelerar el proceso o mejorar las propiedades mecánicas y de resistencia química de la pieza. Por lo que, una vez catalizada y vaciada la resina sobre el molde, se cuentan con tan solo algunos minutos para esparcirla y rodillar, antes de que este alcance su punto gel y ya no moje el refuerzo ni permita el que se le saquen las burbujas.

El moldeo por contacto da origen a piezas ligeras, con propiedades, rigidez y resistencia personalizadas, de acuerdo a la secuencia y resina seleccionada, en las cuales se tiene 2 caras, una tan lisa y tersa como la superficie del molde, por lo que la preparación de la superficie del molde es fundamental para lograr un acabado óptimo, y otra cara rugosa en la que es posible notar los filamentos de fibra de vidrio de los cuales están formados los refuerzos y sobre la cual se pueden aplicar múltiples recubrimientos para dar una apariencia, color y/o propiedad específica deseada en ella.

FILAMENTO EMBOBINADO (FILAMENT WINDING)

Proceso de fabricación que consiste en enrollar filamentos continuos, secos o previamente mojados en resina, sobre un molde macho o mandril giratorio, mientras que un carro se mueve horizontalmente, depositando las fibras de acuerdo con el patrón deseado, también suelen utilizarse rodillos para mejorar la impregnación de resina y eliminar burbujas en el proceso y se deben regula variables como la cantidad y velocidad de polimerización de la resina, velocidad de giro del mandril, cantidad, orientación (longitudinal, helicoidal, circunferencial) y tensión de los hilos.

La cantidad de capas o vueltas del filamento determinan el espesor, su orientación y el ángulo formado entre el eje de rotación y la hélice del embobinado, determinarán las propiedades mecánicas del laminado, las cuales invariablemente serán anisotrópicas, es decir que mostrarán resistencias, elasticidad o deformaciones distintas según la dirección en la que se aplique la carga. Es por lo que determinar el uso que tendrá el cilindro, antes de su fabricación, es fundamental para determinar la orientación, número de capas y cantidad de hilos, antes de su construcción.

Este proceso también es a molde abierto y aún que es mucho más complicado, también es posible introducirlo a un horno, para acelerar el proceso o mejorar las propiedades mecánicas y de resistencia química de la pieza.

El filamento embobinado es muy automatizable, lo que disminuye por mucho el error humano mejorando la calidad y resistencia final de las piezas, así mismo es muy escalable, lo que permite aumentar la velocidad y volumen en el que se fabrica, por lo que es considerado como uno de los procesos más económicos para la producción de objetos cilíndricos, como tanques, torres o tubería. Permite lograr laminados con mayor contenido de fibra de vidrio, lo que se traduce en mayor resistencia mecánica con menor espesor.

En EFISA, para nuestro proceso de fabricación de tanques cilíndricos, ya sea vertical u horizontal o nuestra tubería, es necesario hacer un proceso de laminado a mano sobre el mandil, para formar la barrera contra la corrosión de la pieza, la cual esta conformada por una capa de velo de superficie ya sea de fibra de vidrio tipo C o de poliéster tipo Nexus, seguida por capas de colchoneta de fibra de vidrio tipo E, siguiendo los lineamientos, tiempos y recomendaciones que mencionan las normas antes mencionadas.

¿CUÁL ES MEJOR?

Para poder responderé esta duda, es inevitable el responder otras preguntas como ¿Cuál es la figura de la pieza?, ¿Cuál es el uso final de la pieza a fabricar?, ¿Cuántas piezas necesitas?, ¿En cuánto tiempo la necesitas?, etcétera. Por lo que a continuación enlistamos algunas de las principales diferencias entre los métodos, para que puedas tú responder esa pregunta:

1. Automatización y Calidad

El bobinado de filamentos es automatizado, lo que garantiza una alta precisión, consistencia y una mejor relación resistencia-peso al controlar la tensión y orientación de la fibra. El moldeo por contacto es manual, por lo que la calidad final depende de la habilidad del operario, pudiendo tener variaciones. 

2. Geometría y Forma

El bobinado está limitado principalmente a formas simétricas, cilíndricas o rectangulares (tubos, tanques, torres, etc.). El moldeo por contacto permite fabricar casi cualquier forma, desde formas grandes y simples hasta componentes complejos casi sin restricciones de simetría. 

3. Coste y Producción

El bobinado es más económico para producciones en masa debido a la velocidad de producción y menor necesidad de mano de obra. El moldeo por contacto tiene bajos costes iniciales de moldes, ideal para tiradas cortas o piezas muy grandes, pero el coste de mano de obra es elevado. 

4. Propiedades Mecánicas

Debido al uso de fibras continuas y un mayor porcentaje en volumen de fibra (generalmente mayor que en el moldeado manual), el ofrece una resistencia estructural superior. 

EN RESUMEN ¿CUÁL ELEGIR?

CARACTERISTICA	Filamento Embobinado (filament winding)	Moldeo por Contacto (Hand Lay-up)
Automatización	Alta (controlado por computadora)	Muy baja (manual)
Velocidad	Rápido para formas cilíndricas	Lento, alto tiempo de ciclo
Formas típicas	Cilindros, tanques, tubos (huecos), torres, etcétera	Complejas, superficies planas, formas irregulares
Resistencia	Muy alta (alta carga de fibra/orientación)	Menor, depende de la mano de obra
Coste Laboral	Bajo (menos mano de obra)	Alto (intensivo en mano de obra)
Precisión	Alta consistencia y repetibilidad	Baja, propensa a variaciones
Volumen de producción	Alto/Medio	Bajo (prototipos, piezas grandes de caras planas)

En EFISA utilizamos ambos métodos, enfocados siempre en explotar las mejores características de cada uno de ellos, por ejemplo, bridas, soportes, marcos, tinas o tanques rectangulares se fabrican por moldeo por contacto, mientras tubos, tanques y torres cilíndricos por filamento embobinado.

Elija Filamento Embobinado (FW) si: Necesita fabricar tubos que trabajan a presión, tanques de gran volumen o capacidad, componentes estructurales con alta resistencia, producir piezas uniformes, predecibles y de alta calidad con consistencia estable y alto volumen de producción.

Elija Moldeo por Contacto (HLU) si: Necesita producir piezas únicas, prototipos, formas geométricas complejas no simétricas, piezas con paredes planas grandes (tinas, cajones, etcétera) donde la automatización no es viable.