En tamaños grandes, normalmente utilizamos un mezclador estático de polietileno PE para aplicaciones generales. Este material es menos costoso que el PVC, lo que se notará en tamaños grandes.
Introducción
Los mezcladores estáticos son herramientas vitales en diversos procesos industriales utilizados para mezclar líquidos, gases y partículas sólidas. Estos mezcladores se utilizan en muchas industrias debido a su diseño simple y eficiente. El material de polietileno (PE) es uno de los materiales más utilizados en la fabricación de mezcladores estáticos debido a sus propiedades únicas. En este artículo, hemos examinado los principios de funcionamiento, las características y las aplicaciones de los mezcladores estáticos con material de polietileno.
Principios de funcionamiento del mezclador estático
Definición de mezclador estático
Un mezclador estático es un dispositivo de mezcla que mezcla materiales sin necesidad de partes móviles. Estos dispositivos consisten en un conjunto de elementos mezcladores fijos ubicados dentro de un tubo o cámara. Cuando los materiales pasan a través de estos elementos, se mezclan de forma homogénea debido a numerosos cambios de dirección y ramificaciones.
Rendimiento del mezclador estático
El funcionamiento estático del mezclador se basa en los principios de la hidrodinámica y el flujo de fluidos. Los elementos de mezcla dentro del mezclador están diseñados para dividir el flujo de material en varias corrientes más pequeñas de manera ordenada y luego combinar estas corrientes. Este proceso hace que los materiales se mezclen de forma homogénea. Los mezcladores estáticos generalmente no requieren energía externa y funcionan únicamente utilizando la energía del flujo de material.
Material de polietileno (PE)
¿Qué es el polietileno?
El polietileno es un polímero termoplástico que se utiliza en muchas aplicaciones industriales debido a sus propiedades únicas. El polietileno es conocido como un material plástico con alta resistencia a los químicos, al calor y al impacto. Este material tiene propiedades mecánicas y químicas superiores que lo convierten en una de las principales opciones para la construcción de mezcladores estáticos.
Propiedades del polietileno (PE)
- Alta resistencia química : El polietileno tiene una alta resistencia a muchos productos químicos y solventes, lo que ayuda a mejorar la vida útil de los mezcladores.
- Resistencia al calor : el polietileno tiene buena resistencia al calor y la capacidad de funcionar a diferentes temperaturas.
- Ligero : Debido a su peso ligero, el polietileno ayuda a reducir el peso total de los mezcladores, haciéndolos más fáciles de transportar e instalar.
- Resistencia mecánica : El polietileno tiene buena resistencia mecánica y resistencia al impacto, lo que ayuda a aumentar la durabilidad y la eficiencia de los mezcladores.
- No absorbe la humedad : El polietileno tiene propiedades impermeables y no absorbe la humedad, lo que ayuda a mejorar el rendimiento y la vida útil de los mezcladores.
Características estáticas de un mezclador con material de polietileno (PE)
1. Resistencia a la corrosión
Una de las características destacadas de un mezclador estático fabricado en material de polietileno es su alta resistencia a la corrosión. Estos mezcladores pueden soportar los efectos químicos de diversos materiales y evitar la degradación y los daños causados por la corrosión.
2. Alta precisión
Los mezcladores estáticos fabricados en material de polietileno tienen una alta precisión en la mezcla de materiales. Estos mezcladores pueden mezclar materiales de manera homogénea y uniforme, lo que ayuda a mejorar la eficiencia y precisión de los procesos.
3. Larga vida útil
Debido a las propiedades mecánicas y químicas superiores del polietileno, los mezcladores estáticos fabricados con este material tienen una larga vida útil. Esta característica ayuda a reducir la necesidad de reparaciones y reemplazo de mezcladores y reduce los costos de mantenimiento.
4. Rendimiento estable
El mezclador estático con material de polietileno tiene un rendimiento estable y confiable. Estos mezcladores pueden funcionar bien en duras condiciones de trabajo y temperaturas variables, proporcionando un flujo uniforme de materiales.
5. Compatibilidad con diversos productos químicos.
El polietileno tiene una alta compatibilidad con diversos productos químicos. Esta característica permite que los mezcladores estáticos funcionen bien al mezclar una variedad de productos químicos, incluso materiales corrosivos y sensibles.
Aplicaciones de mezcladores estáticos con material de polietileno (PE)
1. Industria química
En la industria química, se utilizan mezcladores estáticos con material de polietileno para mezclar diversos productos químicos, incluidos ácidos, bases y disolventes. La alta resistencia química y la precisión de mezcla de estos mezcladores ayudan a mejorar la eficiencia y la calidad de los procesos químicos.
2. Industrias petroquímicas
En la industria petroquímica, los mezcladores estáticos con material de polietileno se utilizan para mezclar productos químicos y aditivos en los procesos de producción y refinación. Estos mezcladores son ampliamente utilizados en esta industria debido a su alta resistencia a los productos químicos y su capacidad para operar en condiciones adversas.
3. Industrias farmacéuticas
En la industria farmacéutica, se utilizan mezcladores estáticos con material de polietileno para mezclar productos farmacéuticos y soluciones sensibles. La alta precisión y compatibilidad química de estos mezcladores ayudan a mejorar la calidad y seguridad de los productos farmacéuticos.
4. Industria de alimentos y bebidas
En la industria de alimentos y bebidas, se utilizan mezcladores estáticos con material de polietileno para mezclar aditivos y conservantes en los procesos de producción. Estos mezcladores son muy útiles en esta industria debido a su alta resistencia a los productos químicos y su capacidad de operar a diversas temperaturas.
5. Tratamiento de agua y aguas residuales
En los sistemas de tratamiento de agua y aguas residuales, se utilizan mezcladores estáticos con material de polietileno para mezclar productos químicos como cloro, antiincrustantes y agentes antiincrustantes. Estos mezcladores ayudan a mejorar la calidad del agua y reducen los problemas causados por los sedimentos y la corrosión.
Ventajas de utilizar un mezclador estático con material de polietileno (PE)
1. Mejorar la eficiencia y la precisión
El uso de un mezclador estático con material de polietileno ayuda a mejorar la eficiencia y precisión de los procesos de mezcla de materiales. Estos mezcladores pueden mezclar materiales de forma homogénea y uniforme, lo que conduce a un mejor rendimiento y a una reducción del desperdicio de material.
2. Reducción de costes de mantenimiento y reparación
Debido a la alta resistencia y larga vida estática del mezclador con material de polietileno, se reduce la necesidad de reparaciones y reemplazo de mezcladores. Esta característica ayuda a reducir los costos de mantenimiento y reparación y aumenta la eficiencia económica.
3. Mayor seguridad y fiabilidad
Los mezcladores estáticos fabricados en material de polietileno son altamente seguros y confiables debido a su alta resistencia a la corrosión y compatibilidad química. Esta característica ayuda a reducir los riesgos de derrames de productos químicos y fallas del mezclador, proporcionando un rendimiento estable y confiable.
4. Compatibilidad medioambiental
El polietileno, como material plástico duradero y resistente, tiene una alta compatibilidad ambiental. El uso de un mezclador estático con material de polietileno ayuda a reducir el uso de productos químicos nocivos y a reducir la contaminación ambiental.
Polietileno (PE)
Los materiales de polietileno se producen a partir de materias primas derivadas del gas natural mediante dos procesos de polimerización primarios.
El proceso de polimerización a baja presión da como resultado cadenas de polímero lineales con ramificaciones laterales cortas. Los cambios de densidad en el polímero resultante se logran variando la cantidad de comonómero utilizado con etileno durante el proceso de polimerización.
El proceso de polimerización a alta presión da como resultado cadenas de polímero con ramificaciones laterales altamente desarrolladas. Los cambios de densidad en el polímero resultante se logran cambiando la temperatura y la presión utilizadas durante el proceso de polimerización.
Las propiedades físicas de los materiales de polietileno son específicas de cada grado o tipo y pueden modificarse por cambios en la densidad y la distribución del peso molecular. Las propiedades físicas generales se enumeran en la siguiente tabla.
En los sistemas de tuberías y accesorios se utilizan numerosos grados de materiales de polietileno y se diseñan propiedades específicas para aplicaciones específicas. Se puede obtener orientación de Vinidex sobre la opción más efectiva para cada instalación. Los tipos más comunes de materiales de polietileno son los siguientes:
Polietileno de baja densidad (LDPE)
El LDPE tiene una estructura de cadena altamente ramificada con una mezcla de cadenas laterales pequeñas y grandes. La densidad del LDPE está entre 910 y 940 kg/m3 y presenta una alta flexibilidad y retención de propiedades a bajas temperaturas.
La principal aplicación del LDPE en tuberías es en tuberías de microirrigación o goteo con tamaños de hasta 32 mm de diámetro.
Los materiales de LDPE pueden modificarse con elastómeros (caucho modificado) para proporcionar valores de resistencia al agrietamiento por tensión ambiental (ESCR) en aplicaciones de riego fino donde las tuberías operan en entornos abiertos y mientras transportan productos químicos agrícolas.
PE lineal de baja densidad (LLDPE)
El LLDPE tiene una estructura de cadena con poca ramificación lateral y una distribución de peso molecular más estrecha, lo que resulta en mejores propiedades de tracción y ESCR en comparación con los materiales LDPE. Los materiales LLDPE pueden usarse como polímero único o como mezcla con LDPE en aplicaciones de microirrigación para aprovechar la flexibilidad del material.
PE80 y PE100
El primer material de tubería de polietileno utilizado en aplicaciones de ingeniería fue el polietileno de alta densidad (HDPE) tipo 50, con una resistencia a la tracción a largo plazo de 50 MPa. Posteriormente, se utilizaron materiales de polietileno de densidad media (MDPE), con propiedades de tubería mejoradas en comparación con los materiales de alta densidad anteriores, en tuberías debido a su flexibilidad, ductilidad, resistencia al crecimiento lento de grietas y resistencia a la propagación de grietas.
Los materiales de tuberías de polietileno de segunda y tercera generación que se utilizan actualmente pueden ser materiales de densidad media o alta y ahora se denominan Resistencia Mínima Requerida (MRS). El material de tubería PE80 tiene un MRS de 8,0 MPa y el material PE100 tiene un MRS de 10,0 MPa. Las tuberías de polietileno se utilizan ampliamente en aplicaciones con y sin presión, como suministro de agua, alcantarillado, red de gas, bobinas de tuberías de diámetro pequeño, bobinas de irrigación móviles, tuberías eléctricas y de comunicación, y aplicaciones mineras e industriales.
Clasificación de materiales y regresión de tensiones
Esfuerzo de diseño hidrostático
La tensión de diseño hidrostático admisible se basa en la resistencia mínima requerida (MRS), que a su vez se obtiene de las curvas de regresión de tensión.
Las curvas de regresión de tensión se generan a partir de pruebas de presión a corto y largo plazo de muestras de tuberías. Dado que existe una relación lineal entre el logaritmo de la tensión aplicada y el logaritmo del tiempo hasta la falla, los puntos de prueba se grafican y se extrapolan a un punto de 50 años elegido arbitrariamente.
En algunos casos, especialmente a temperaturas más altas, se produce un cambio abrupto en la pendiente de la curva de regresión, conocido como «codo». La rodilla, como se muestra en la figura siguiente, representa la transición de un modo de falla dúctil a uno frágil.
La relación entre las curvas para diferentes temperaturas de prueba permite predecir la posición de la rodilla a 20 °C en función de la posición conocida a la temperatura elevada. Esto a su vez permite predecir la vida dúctil a 20 °C.
El valor de tensión del anillo previsto (límite de predicción inferior del 97,5 %) se determina en el punto de 50 años. En consecuencia, el compuesto de PE se clasifica como PE 80 o PE 100 según la resistencia mínima requerida (MRS) del material, es decir, 8,0 o 10,0 MPa.
La tensión de diseño hidrostático se obtiene aplicando un factor no menor a 1,25 al valor MRS. Se enfatiza que las curvas de regresión de tensión solo forman la base para el diseño y no predicen la vida útil del sistema.
Curvas de regresión de estrés
Para diseñar una tubería con el espesor requerido para una presión y diámetro determinados, por ejemplo, se aplica la siguiente fórmula:
σ = MRS/C
σ = P(De)/2e
Aspectos de rendimiento de los materiales de polietileno
Resistencia a la abrasión
El transporte de sólidos en transportadores de líquidos o gases en tuberías de polietileno provoca la abrasión de las paredes internas de la tubería, especialmente en puntos de alto flujo como curvas o uniones. La alta resistencia a la abrasión, flexibilidad, peso ligero y resistencia de las tuberías de polietileno Vinidex han llevado a su uso generalizado en aplicaciones como el transporte de lodos y relaves mineros. La abrasión se produce como resultado de la fricción entre la pared de la tubería y las partículas transportadas. La cantidad real y la tasa de desgaste de las paredes de las tuberías se determinan mediante una combinación de lo siguiente:
- Gravedad específica de los sólidos
- Contenido de sólidos en purines
- Forma, dureza y tamaño de partículas sólidas.
- Velocidad del fluido
- Grado del material de la tubería de polietileno
La interacción de estos parámetros significa que cualquier predicción de la tasa de desgaste solo puede realizarse cuando se han realizado pruebas de tasa de desgaste en la suspensión específica bajo las condiciones operativas propuestas. Bajo diferentes condiciones de prueba, las clasificaciones relativas de los diferentes materiales de las tuberías pueden cambiar y se deben realizar pruebas siempre que sea posible.
En general, las tuberías de polietileno tienen mayor resistencia a la abrasión que las tuberías de acero, hierro dúctil, FRP, asbesto y cemento reforzado con fibra, lo que ofrece una solución más rentable para instalaciones de lodos abrasivos. Se han llevado a cabo programas de pruebas de laboratorio en el Reino Unido, Alemania y EE. UU. para obtener comparaciones de desgaste relativo para diferentes materiales utilizando superficies de tubos deslizantes y giratorios. Se muestran los resultados de programas experimentales que utilizan el método Kirchmer de Darmstadt (Alemania) y reportados por Meldt (Hoechst AG) para una suspensión de agua y arena de cuarzo con un contenido de sólidos de 46% en volumen y una velocidad de flujo de 0,36 m/s. En la figura 2.2.
Estos se realizaron en una amplia gama de materiales y demuestran la excelente resistencia a la abrasión de los materiales de las tuberías de polietileno. De manera similar, Boothroyde y Jacobs (BHRA PR 1448) 1 realizaron pruebas de circuito cerrado utilizando lechada de mineral de hierro en un rango de concentración de 5 a 10 % y descubrieron que el PE era superior al acero dulce y al cemento de asbesto en términos de resistencia al desgaste. Para la mayoría de los grados, la diferencia en la resistencia a la abrasión entre MDPE y HDPE no es significativa.
El diseño de accesorios que implican cambios en la dirección del flujo en las líneas de lodos es muy importante. Cuanto más lenta sea la velocidad de cambio de dirección, menor será la cantidad de desgaste. Se debe utilizar un radio central grande para las curvas. Si es posible, se debe utilizar un radio de al menos 20 veces el diámetro de la tubería, junto con una longitud larga, recta y sin costuras.
En la práctica, la vida útil efectiva de una tubería de polietileno se puede extender utilizando juntas desmontables para rotar periódicamente las secciones de la tubería de polietileno para distribuir el desgaste de manera uniforme alrededor de la circunferencia de la tubería.
Desgaste
La erosión de los plásticos ocurre por el proceso de degradación u oxidación de la superficie debido al efecto combinado de la radiación ultravioleta, el aumento de la temperatura y la humedad cuando las tuberías se almacenan en lugares expuestos.
Todos los sistemas de tuberías de polietileno Vinidex contienen antioxidantes, estabilizadores y pigmentos para proteger en las condiciones de construcción australianas. Las tuberías de polietileno negro contienen negro de carbono, que actúa como pigmento y estabilizador UV, y estas tuberías no requieren protección adicional para su almacenamiento y uso externo.
Otros colores como el blanco, el azul, el amarillo o el morado no tienen la misma estabilidad que los sistemas de pigmentos negros y para una retención óptima de las propiedades, el período de exposición debe limitarse a dos años. Con estos sistemas de pintura, las capas de oxidación de la superficie externa se desarrollan más rápidamente que con las tuberías de PE estabilizadas con negro de carbón. Para períodos de exposición superiores a dos años, se deberá adoptar una protección adicional, como por ejemplo una cubierta.
En los casos en que se requieran tuberías que no sean negras durante períodos más prolongados de servicio expuesto, comuníquese con Vinidex para obtener asesoramiento. Para obtener más información sobre la intemperie de las tuberías de polietileno, consulte la Nota técnica VX-TN-6C, Intemperismo de tuberías de polietileno.
Influencia
La infiltración de sistemas de tuberías de polietileno desde fuentes externas puede ocurrir cuando los suelos circundantes están muy contaminados. La infiltración es compleja y depende de factores como el tipo de suelo, la concentración de contaminantes, la temperatura, la difusión, el diámetro de la tubería y el espesor de la pared y la velocidad del flujo en la tubería. Los compuestos orgánicos no polares y de bajo peso molecular son los que penetran más rápidamente en las paredes de las tuberías de polietileno. Por consiguiente, cuando se encuentren sustancias como hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos clorados y bencenos alquilados en concentraciones suficientemente altas, se debe considerar la posibilidad de utilizar conductos impermeables. Si se sospecha contaminación, se debe tomar una muestra de suelo y, en el caso de líneas de transmisión de agua potable, se debe proporcionar protección a las tuberías de polietileno donde se encuentre contaminación en concentraciones significativas.
Resistencia biológica
Las tuberías de polietileno pueden estar sujetas a daños debido a fuentes biológicas como hormigas o roedores. La resistencia al ataque está determinada por la dureza del polietileno utilizado, la geometría de las superficies de polietileno y las condiciones de instalación. Las aplicaciones de riego de diámetro pequeño que utilizan materiales LDPE pueden estar sujetas al ataque de hormigas o termitas debido a las secciones de pared relativamente delgadas y la rigidez del LDPE. En estos casos, la fuente de las hormigas debe tratarse con técnicas insecticidas convencionales. Tanto los materiales MDPE como HDPE tienen un valor de dureza mayor que el LDPE y, junto con las secciones de pared de tubería más gruesas utilizadas en aplicaciones PE63, PE80 y PE100, proporcionan una solución general robusta. En tuberías de diámetro pequeño, las secciones de paredes delgadas pueden resultar dañadas por termitas en casos graves. Sin embargo, el PE no es una fuente de alimento y el daño que a menudo se atribuye al ataque de las termitas en el PE se debe posteriormente a otras fuentes de daño mecánico. Los sistemas de tuberías de polietileno generalmente no se ven afectados por organismos biológicos en aplicaciones terrestres y marinas, y la naturaleza parafínica de las superficies de las tuberías de polietileno retrasa el crecimiento de organismos marinos en servicio.
Conductividad eléctrica
Las tuberías de polietileno Vinidex no son conductoras y no pueden utilizarse para conexión a tierra eléctrica ni para descargas estáticas.
Cuando se utilizan tuberías de polietileno para reemplazar las tuberías de agua metálicas existentes, el diseñador debe considerar los sistemas existentes utilizados para fines de conexión a tierra o control de corrosión. En estos casos, se debe consultar a la autoridad de suministro eléctrico correspondiente para determinar sus necesidades.
Electricidad estática
La electricidad estática puede acumularse en la superficie de las tuberías de polietileno como resultado de la fricción durante la manipulación, el flujo de gas, la compresión y la purga.
En atmósferas secas, polvorientas o explosivas, se debe evaluar la generación de potencial eléctrico y tomar medidas seguras de disipación estática para evitar cualquier posibilidad de explosión.
Clasificación de resistencia al fuego
Los sistemas de tuberías de polietileno favorecen la combustión y, por lo tanto, no son adecuados para su uso en áreas protegidas contra incendios en edificios que no cuentan con la protección adecuada. Los índices de clasificación de fuego individuales para materiales de polietileno se pueden determinar mediante pruebas de acuerdo con los requisitos de AS1530.
En edificios de varios pisos, los sistemas de polietileno que penetran en los huecos del piso deben estar encerrados en conductos de servicio resistentes al fuego adecuados a la clase de edificio pertinente o se deben instalar dispositivos como compuertas cortafuegos de acuerdo con las instrucciones del fabricante.