Mezclador estático de PVC

La primera opción entre los materiales para mezcladores estáticos es el PVC, que es más fácil de producir y tiene buena durabilidad.

Cloruro de polivinilo (PVC)

El cloruro de polivinilo (PVC) es un material termoplástico que se obtiene mezclando resina de cloruro de polivinilo (PVC) con diferentes proporciones de estabilizantes, lubricantes, cargas, pigmentos, plastificantes y coadyuvantes de procesamiento. Se han desarrollado diferentes combinaciones de estos materiales para lograr propiedades específicas para distintas aplicaciones. Sin embargo, el componente principal de cualquier compuesto es la resina de PVC.

El término técnico «PVC» en química orgánica se refiere al cloruro de polivinilo, un polímero compuesto por moléculas de cloruro de vinilo en forma de cadena. En la literatura general, el nombre suele abreviarse como «PVC», sin usar corchetes. Al referirse a un tipo específico de tubería de PVC, el tipo se indica claramente, como se muestra a continuación. En términos generales, «tubería de PVC» se utiliza para abarcar todos los tipos de tuberías de presión de PVC suministradas por Vinidex.

Diferentes tipos de cloruro de polivinilo

Los compuestos de PVC con la mayor resistencia a corto y largo plazo no contienen plastificantes y utilizan una cantidad mínima de agentes de composición. Este tipo de PVC se conoce como UPVC o PVC-U. Se pueden producir compuestos con una resistencia al impacto aún mayor añadiendo otras resinas o modificadores al UPVC, como ABS, CPE o resinas acrílicas. Estos compuestos se conocen como PVC modificado (PVC-M).

Mediante la adición de plastificantes, también se pueden producir compuestos de PVC flexibles o plastificados con diversas propiedades. Otros tipos de PVC incluyen el CPVC (PVC-C) (PVC clorado), que tiene un mayor contenido de cloro, y el PVC orientado (PVC-O), que es PVC-U, cuyas moléculas se orientan preferentemente en una dirección específica.

El PVC-U (no plástico)  es duro y rígido, con una tensión máxima de tracción de aproximadamente 52 MPa a 20 °C y es resistente a la mayoría de los productos químicos. El PVC-U se puede utilizar normalmente a temperaturas de hasta 60 °C, pero el límite de temperatura real depende de la tensión y las condiciones ambientales.

El PVC-M (modificado)  es más tenaz y ofrece mayor tenacidad, especialmente en cuanto a resistencia al impacto. Su módulo elástico, límite elástico y resistencia máxima a la tracción son generalmente inferiores a los del PVC-U. Estas propiedades dependen del tipo y la cantidad de modificador utilizado.

El PVC plastificado  tiene menor dureza. Presenta mayor resistencia al impacto y es más fácil de extruir o moldear. Sin embargo, presenta menor resistencia térmica y química, y generalmente presenta menor resistencia a la tracción. Los compuestos del PVC plastificado varían más que los del PVC-U. Vinidex no fabrica tuberías de presión con PVC plastificado.

El PVC-C (PVC clorado)  es similar al PVC-U en la mayoría de sus propiedades, pero presenta una mayor resistencia a la temperatura, de hasta 95 °C. La tensión de rotura a 20 °C es similar a la del PVC-U, y la tensión de rotura a tracción a 80 °C es de aproximadamente 15 MPa.

El PVC-O (PVC Orientado)  , también conocido como HSPVC (PVC de Alta Resistencia), representa un avance significativo en la tecnología de la industria de las tuberías de PVC.

El proceso de producción de PVC-O orienta preferentemente las moléculas de PVC de cadena larga en dirección circunferencial o toroidal. Esto mejora significativamente el rendimiento en esta dirección. Entre otras ventajas, el PVC-O puede alcanzar hasta el doble de resistencia a la tracción que el PVC-U. En aplicaciones con direcciones de tensión bien definidas, como las tuberías de presión, el PVC-O puede aumentar significativamente la resistencia y/o ahorrar material.

Las propiedades típicas del PVC-O en la dirección circunferencial son:

• Resistencia a la tracción del PVC-O – 90 MPa
• Módulo elástico de PVC-O – 4000 MPa

La capacidad de mejorar propiedades mediante la orientación molecular se conoce desde hace más de tres décadas, con diversas aplicaciones industriales. Más recientemente, esta tecnología se ha aplicado a productos de consumo como películas, bolsas de basura de alta resistencia y botellas para bebidas carbonatadas.

La tecnología de orientación molecular se aplicó por primera vez a las tuberías de PVC por Imperial Plastics en Yorkshire en la década de 1970. De hecho, Yorkshire Water, en el Reino Unido, construyó su primera planta piloto en 1974, produciendo tuberías de 100 mm. Vinidex inició la producción en una planta piloto de tuberías de PVC-O a principios de 1982 e instaló su primera tubería de PVC-O en Australia en 1986. Desde entonces, Vinidex ha seguido desarrollando y ampliando su línea de productos de PVC-O de producción comercial, bajo la marca Supermine.

 

Comparación de las normas PVC-O, PVC-M y PVC-U

El PVC-O tiene la misma composición que el PVC-U y sus propiedades generales son similares. La principal diferencia en las propiedades mecánicas radica en la orientación. La composición del PVC-M difiere debido a la adición de un modificador de impacto, y sus propiedades difieren de las del PVC-U estándar según el tipo y la cantidad de modificador utilizado. La siguiente comparación se ofrece solo con fines generales, con el fin de destacar las diferencias típicas entre los diferentes grados de tubería.

Resistencia a la tracción   : el PVC-O tiene el doble de resistencia a la tracción que el PVC-U normal. El PVC-M tiene una resistencia a la tracción ligeramente menor que el PVC-U estándar.

Tenacidad   : El PVC-O y el PVC-M presentan una flexibilidad constante en todas las condiciones prácticas. El PVC-U estándar puede presentar fragilidad en ciertas condiciones adversas, como cortes o defectos.

Factor de seguridad   : El diseño de tuberías de PVC para aplicaciones de presión requiere predecir su rendimiento a largo plazo y aplicar un factor de seguridad. Como en todos los diseños de ingeniería, la magnitud del factor de seguridad indica el nivel de confianza en las predicciones de rendimiento. Los materiales de PVC-M y PVC-O de nueva generación ofrecen un mayor grado de confianza en las predicciones de rendimiento, lo que permite usar factores de seguridad más bajos en los diseños.

Estrés de diseño   : las tuberías de PVC-O y PVC-M tienen mayores tensiones de diseño que las tuberías de PVC-U estándar, lo que resulta en un factor de seguridad reducido, mientras que para las tuberías de PVC-O la resistencia en la dirección del bucle es mayor.

Elasticidad y fluencia   : El módulo elástico del PVC-O es un 24 % superior al del PVC-U convencional en una dirección, mientras que en otras direcciones es similar al del PVC-U estándar. El módulo elástico del PVC-M es ligeramente inferior al del PVC-U estándar.

Resistencia al impacto   : El PVC-O tiene una resistencia al impacto al menos de 2 a 5 veces mayor que el PVC-U estándar. El PVC-M también tiene una resistencia al impacto mayor que el PVC-U estándar. Las pruebas de impacto de las tuberías de PVC-M se centran en lograr características de fractura dúctil.

Resistencia a la intemperie   : no hay diferencia significativa en la resistencia a la intemperie del PVC-U, PVC-M y PVC-O.

Unión   : Las tuberías de PVC-U y PVC-M se pueden unir con juntas de goma o adhesivos a base de disolventes. Las tuberías de PVC-O solo se pueden unir con juntas de goma. No se pueden unir con adhesivos a base de disolventes.

Propiedades del PVC

La siguiente tabla muestra las propiedades generales de los compuestos de PVC utilizados en la fabricación de tuberías. Salvo indicación contraria, los valores indicados se basan en una formulación estándar sin modificar con resina PVC K67. También se incluyen valores comparativos para otros materiales de tuberías. Las propiedades de los termoplásticos varían significativamente con la temperatura, por lo que se indican los límites aplicables cuando es necesario.

Las propiedades mecánicas dependen de la duración de la tensión y están bien definidas por la función de fluencia. Para obtener información más detallada sobre las aplicaciones de tuberías, consulte la sección de diseño de este manual. Para obtener datos fuera de las condiciones especificadas, se recomienda a los usuarios contactar con nuestro departamento técnico.

abreviatura

• PE: Polietileno
• PP: Polipropileno
• PA: Poliamida (nailon)
• CI: Hierro fundido
• AC: Cemento de amianto
• GRP: Tubería reforzada con fibra de vidrio

Conversión de unidades

• 1 MPa = 10 bar = 9,81 kg/cm2   ⁼   145 lbf/   ^pulg2
• 1 julio = 4,186 calorías = 0,948 x 10-3   ^BTU   = 0,737 ft.lbf
• 1 Kelvin = 1 grado Celsius = 1,8 grados Fahrenheit de diferencia de temperatura

Propiedades mecánicas

Al igual que otros materiales termoplásticos, la respuesta del PVC a la tensión/deformación depende del tiempo y la temperatura. Cuando se aplica una carga constante y fija a un material plástico, el comportamiento de deformación resultante es bastante complejo. El material presenta una respuesta elástica inmediata, recuperándose completamente al retirarse la carga. Además, se produce un proceso de deformación más lento que continúa mientras se aplica la carga hasta que se produce la rotura.

Esto se denomina fluencia. Si se retira la carga antes de la falla, el material recuperará gradualmente sus dimensiones originales con el tiempo. La velocidad de fluencia y recuperación también se ve afectada por la temperatura. La fluencia tiende a acelerarse a temperaturas más altas. Debido a esta respuesta, los plásticos se denominan viscoelásticos.

línea de regresión del estrés

Una consecuencia de la fluencia es que las tuberías sometidas a mayores tensiones fallarán en menos tiempo que las sometidas a menores. Una larga vida útil es crucial para las aplicaciones de tuberías a presión. Por lo tanto, el diseño de la tubería debe ser capaz de soportar estas tensiones de pared para garantizar una mayor vida útil.

Para determinar su rendimiento a largo plazo, se prueba un gran número de muestras tubulares hasta su rotura. Todos estos puntos de datos individuales se grafican y se someten a un análisis de regresión. La extrapolación del análisis de regresión lineal revela que la tensión de falla última prevista en el punto de diseño, que debe superar la tensión mínima requerida (TMR), es un 97,5 % inferior al valor real.

Luego se aplica un factor de seguridad al MRS para obtener la tensión de trabajo máxima del material de la tubería para una variedad de tamaños de tubería para una variedad de clasificaciones de presión.

El punto de diseño ISO utilizado en Europa y Australia es de 50 años o 438.000 horas. Históricamente, Norteamérica ha utilizado un punto de diseño de 100.000 horas. Este punto de diseño es totalmente arbitrario y no debe interpretarse como un indicador de la vida útil de las tuberías de PVC.

La línea de regresión de tensión se traza tradicionalmente en un eje logarítmico, mostrando la relación entre la tensión circunferencial o de aro y el tiempo hasta la ruptura.

*Para PVC-M y PVC-O, el punto de especificación de 50 años es el punto de confianza inferior del 97,5 % para garantizar un factor de seguridad mínimo.

Módulo de fluencia

Para el PVC, el módulo o la relación tensión/deformación debe considerarse en el contexto de la velocidad o duración de la carga y la temperatura.

Un método común consiste en calcular el módulo de fluencia a partir de una curva de deformación-tiempo con tensión constante. Para obtener una imagen completa, se requiere una serie de curvas con diferentes niveles de tensión a una temperatura dada. El módulo puede calcularse a partir de cualquier combinación de tensión/deformación/tiempo y suele denominarse módulo de fluencia.

Estas curvas son útiles, por ejemplo, al diseñar cargas laterales a corto y largo plazo en tuberías.

Pruebas realizadas en el Reino Unido y Australia han demostrado que el PVC-O presenta una mayor rigidez, lo que significa que, en la dirección de orientación, su módulo es aproximadamente un 24 % superior al del PVC-U estándar en las mismas condiciones. Otros estudios han demostrado que no parece haber cambios significativos en la dirección axial.

temperatura alta

Clasificación de presión a altas temperaturas

Las propiedades mecánicas del PVC se indican a 20 °C. La resistencia de los termoplásticos generalmente disminuye y la ductilidad aumenta con el aumento de la temperatura, por lo que las tensiones de diseño deben ajustarse en consecuencia.

devolver

El «rebote» se refiere al cambio dimensional que se produce en los productos plásticos debido a la «memoria del material». El producto plástico «recuerda» su forma original y, si posteriormente se deforma, recupera su forma original al calentarse.

En realidad, la contracción se produce a todas las temperaturas, pero para una extrusión de alta calidad no tiene importancia práctica por debajo de 60 °C para tuberías convencionales y por debajo de 50 °C para tuberías de PVC-O.

La intemperie y el daño solar

Los efectos de la «meteorización» o degradación superficial de la energía de la radiación sobre los plásticos, en conjunción con factores naturales, están ampliamente estudiados y documentados. La radiación solar provoca cambios en la estructura molecular de los materiales poliméricos, incluido el PVC.

Con frecuencia se añaden inhibidores y agentes reflectantes al material para limitar el proceso a efectos superficiales. En condiciones climáticas adversas, puede producirse pérdida de brillo y decoloración. Estos procesos requieren un aporte de energía y no son posibles si el material está protegido, como en tuberías subterráneas. Desde una perspectiva práctica, el material a granel no se ve afectado y las propiedades iniciales de las pruebas (como la resistencia a la tracción y el módulo) se mantienen inalteradas.

Sin embargo, bajo condiciones de estrés local severas, como el impacto en la superficie exterior, perturbaciones microscópicas en la superficie erosionada pueden causar la fractura del material, lo que resulta en una disminución de la resistencia al impacto en la prueba.

Prevenir el daño solar

Todas las tuberías de PVC fabricadas por Vinidex cuentan con un sistema de protección que garantiza su protección contra efectos nocivos durante el mantenimiento y la instalación. Si el periodo de mantenimiento supera un año y la resistencia a los impactos es crucial para la instalación, se recomienda una protección adicional.

Esto se puede lograr almacenando las tuberías cubiertas o cubriéndolas con un material adecuado, como arpillera. Se debe evitar la acumulación de calor y mantener la ventilación. No se deben utilizar lonas de plástico negro. Los sistemas de tuberías de presión sobre el suelo se pueden proteger con recubrimientos de PVA blanco o de color claro. Limpiar con detergente para eliminar la grasa y la suciedad es suficiente para una buena adherencia.

Envejecimiento del material

La resistencia última del PVC no cambia significativamente con el tiempo. Su resistencia última a la tracción a corto plazo suele aumentar ligeramente. Es importante destacar que la línea de regresión de la tensión no indica que el material se debilite con el tiempo. Por ejemplo, incluso si una tubería se somete a presión constante durante muchos años, su presión última de rotura a corto plazo se mantendrá igual que cuando era nueva.

Sin embargo, la morfología de este material cambia con el tiempo, como una disminución del volumen libre en la matriz y un aumento del número de enlaces cruzados entre moléculas. Esto provoca algunos cambios en sus propiedades mecánicas:

• Ligero aumento de la resistencia máxima a la tracción
• Aumento significativo del límite elástico
• El módulo aumenta a niveles elevados de deformación.

En general, estos cambios parecen beneficiosos. Sin embargo, la respuesta del material a altos niveles de tensión se modifica debido a que se suprime la fluencia local a concentraciones de tensión y se reduce la capacidad de deformación de la pieza. La fractura frágil se vuelve más probable y puede observarse una disminución general de la resistencia al impacto.

Estos cambios aumentan exponencialmente con el tiempo, rápidamente inmediatamente después del moldeo y luego lentamente con el tiempo. Son difíciles de medir a menos que la pieza se utilice durante un período prolongado. El envejecimiento artificial se puede lograr calentando a 60 °C durante 18 horas. El PVC-O experimenta este envejecimiento durante la orientación, lo que resulta en propiedades similares a las del material completamente envejecido, pero con un aumento significativo de la resistencia final.

resistencia al desgaste

Los plásticos suelen tener un buen rendimiento en condiciones abrasivas. Sus características principales son su bajo módulo elástico y coeficiente de fricción. Esto confiere al material elasticidad, con partículas que tienden a deslizarse en lugar de desgastarse en la superficie.

Los materiales conocidos de baja fricción, como el teflón, el nailon y el poliuretano, ofrecen un rendimiento excelente. Sin embargo, la asequibilidad es un factor clave, y el PVC destaca en cuanto a tasa de desgaste por unidad. Los factores que influyen en el desgaste son complejos, lo que dificulta la correlación de los datos de las pruebas con las condiciones reales.

El Instituto de Maquinaria Hidráulica y Estructuras Hidráulicas de la Universidad Técnica de Darmstadt, en Alemania Occidental, evaluó la resistencia a la abrasión de varios tipos de tuberías. El abrasivo utilizado fue arena de río para tuberías de hormigón, de arcilla vidriada y de PVC. Los resultados de las pruebas son los siguientes:

Efectos microbianos

El PVC no es atacado por los microorganismos que se encuentran comúnmente en los sistemas de aguas subterráneas y alcantarillado.

Invasión microbiana

El PVC no es una fuente de alimento y es muy resistente a los daños causados ​​por termitas y roedores.

Impacto del sulfuro del suelo

Las tuberías subterráneas de PVC pueden presentar una decoloración grisácea en presencia de sulfuros, comunes en suelos orgánicos . Esto se debe a una reacción con el sistema de estabilización utilizado durante el procesamiento. Se trata de un fenómeno estético que no afecta el rendimiento de la tubería.