Tuberías de HDPE: descripción y características.

El contenido del artículo

• Historia de las tuberías de polietileno
• Características del polietileno de baja presión
• Características de las tuberías de HDPE
• Tecnología de producción de tubos de HDPE
• Racores para tubos de polietileno

En este artículo: Una historia de las tuberías de polietileno cuál es la diferencia entre LDPE y HDPE; características del polietileno de baja presión (alta densidad); pros y contras de las tuberías de HDPE; tecnología para la producción de tuberías de polietileno de baja presión; racores para tubos de polietileno.

El plástico en forma de sifón de cocina para drenar el agua comenzó a asaltar las comunicaciones en nuestras casas y apartamentos alrededor de los años 80, reemplazando por completo los anteriormente populares sifones de acero y hierro fundido. A mediados de los 90, las tuberías de plástico se convirtieron inesperadamente en tuberías de plomería, atractivas por su novedad, bajo peso, precio y absoluta resistencia a la corrosión. Parecería que después de más de 15 años de presencia en el mercado ruso, las tuberías de polietileno deberían haberse familiarizado con los propietarios, pero algunas de ellas todavía tratan el plástico en el sistema de suministro de agua con desconfianza y sospecha. Ofrecemos investigar las características del polietileno de baja presión y las tuberías fabricadas con él..

Historia de las tuberías de polietileno

El polietileno, como otros tipos de plástico, se obtuvo por accidente. En 1898, Hans von Pechmann, físico alemán, llevó a cabo otra etapa de investigación sobre el diazometano, que había obtenido cuatro años antes, una sustancia bastante peligrosa de origen químico. Después de un experimento con el calentamiento de diazometano, von Pechmann descubrió una sustancia cerosa blanca en el fondo del matraz, que resultó ser polietileno o, como lo llamó el químico, polimetileno. A principios del siglo XX, no había necesidad industrial de polietileno Pehmann de código abierto, por lo que su creación fue olvidada durante 37 largos años..

Después de la Primera Guerra Mundial, los grandes industriales comenzaron a buscar nuevos materiales para aislar cables eléctricos, confiando su desarrollo a los laboratorios químicos. Actuando en el marco de tal orden, los químicos británicos Reginald Gibson y Eric Fawcett en el laboratorio de la empresa química «Empire of the Chemical Industry» (Imperial Chemical Industries) redescubrieron el polietileno, colocando una mezcla de etileno y benzaldehído en una cámara de presión, actuando sobre él con una presión de cientos de atmósferas. Los químicos consideraron que la sustancia blanca, similar a la cera obtenida, fue un error durante el experimento, especialmente porque no lograron volver a obtener polietileno; durante el primer experimento, el aire ingresó accidentalmente a la cámara de presión, los experimentadores no tomaron esto en cuenta..

Laboratorio ICI

Después de investigar una sustancia obtenida accidentalmente por Gibson y Fawcett, el químico Michael Perrin, que también trabajaba para la empresa ICI, decidió crear una tecnología que haría posible la obtención de polietileno a escala industrial. El desarrollo de la tecnología le llevó a Perrin cuatro años (comenzó a investigar el polietileno en 1935) y fue coronado con éxito solo en 1939; ICI recibió una patente este año para la producción de polietileno de alta presión (baja densidad). Durante la Segunda Guerra Mundial, la producción de polietileno se expandió: este plástico se utilizó para aislar cables coaxiales de radar. Desde 1944, los envases de polietileno tienen una demanda en los Estados Unidos entre los propietarios de cadenas minoristas de tiendas..

El polietileno de alta presión tenía una suavidad y plasticidad bastante altas, por lo que era perfecto para la producción de envases para productos de embalaje comprados por los clientes. Sin embargo, no era adecuado para su uso en redes de comunicación que transportaban agua caliente: las tuberías experimentales creadas a partir de este polímero no permitían que el agua pasara, pero no podían contener gases, ya que los enlaces intermoleculares en LDPE no son lo suficientemente fuertes..

En 1951, los químicos Paul Hogan y Robert Banks, que trabajaban para Phillips Petroleum Corporation, desarrollaron un catalizador para la polimerización de polietileno, trióxido de cromo. En presencia de un catalizador, se podría producir polietileno a una presión y temperatura más moderadas. El uso de nuevos catalizadores en la producción de gránulos de polietileno ha creado la posibilidad de crear tuberías de plástico para el suministro de agua fría y caliente, así como para las comunicaciones de alcantarillado. Dos años después, el químico alemán Karl Ziegler creó sistemas catalíticos basados ​​en compuestos de organoaluminio y haluros de titanio, que permitieron obtener polietileno de baja presión (alta densidad), que se caracteriza por una mayor rigidez y resistencia que el LDPE. En los años 70, el sistema de catalizador de Ziegler se reponía con nuevos tipos, lo que permitía, entre otras cosas, producir una amplia gama de resinas de polietileno..

Características del polietileno de baja presión

Este polietileno se produce utilizando tecnologías de fase gaseosa, suspensión y solución, la polimerización se produce bajo presión de 1 a 5 kg / cm². Tiene una densidad superior a 0,941 g / cm3, es bastante rígido y, debido a su estructura cristalina, es ligeramente transparente u opaco. Debido a la débil ramificación de los enlaces moleculares, las fuerzas intermoleculares proporcionan una alta resistencia a la tracción en polietileno de baja presión. El punto de fusión es de aproximadamente 130 ° C, que es 20 ° más alto que el del LDPE, pero esto hace que el polietileno sea resistente a las temperaturas de calentamiento durante el funcionamiento de los productos terminados (aproximadamente 121 ° C)..

En comparación con el polietileno de alta presión, la permeabilidad a la humedad y al gas del HDPE es 5 veces menor, tiene una mayor resistencia química a grasas y aceites. Como el LDPE, es susceptible al agrietamiento ambiental, pero el polietileno de baja densidad y alto peso molecular no tiene este inconveniente. Dependiendo de la marca, el HDPE es resistente a bajas temperaturas de -50 ° C e inferiores.

Una amplia gama de productos está hecha de polietileno de alta presión: bolsas y películas de embalaje para cadenas minoristas, tuberías, aislamiento de cables eléctricos de alto voltaje, mallas diversas, tanques y latas, tapas de botellas de PET, herrajes para muebles, accesorios para automóviles, juguetes y juegos para niños. complejos, mobiliario, etc..

En Rusia, el polipropileno primario de baja presión se produce en las empresas de OOO Stavrolen, OAO Kazanorgsintez, importado de Europa y Asia, secundario (obtenido a partir de materiales reciclables) – producido por varios pequeños fabricantes.

Características de las tuberías de HDPE

Ventajas de las tuberías de polímero de baja presión (alta densidad):

• Tienen una larga vida útil, al menos 40 años. Este período se estableció originalmente durante su desarrollo en los años 50 del siglo pasado..
• No están sujetos a influencias corrosivas y químicas, es decir, no requieren protección catódica renovable cuando se colocan en el suelo, es decir, no requieren mantenimiento..
• Con iguales características, el costo de las tuberías de polietileno es menor que el de acero..
• Debido a la suavidad constante de las superficies internas, las incrustaciones y los lodos no se acumulan en ellas, respectivamente, el diámetro interno no cambia durante toda la vida útil.
• Tienen baja conductividad térmica: su pérdida de calor y el grado de condensación en la superficie exterior son extremadamente pequeños.
• En caso de congelación del líquido dentro de la tubería de HDPE, la estructura no se destruirá, ya que el diámetro de la tubería aumentará por debajo del diámetro del líquido congelado (en un 5-7% del original) y volverá al anterior después de descongelar el líquido transportado..
• El peso de las tuberías es 6 veces menor que el peso de las tuberías de acero del mismo diámetro y máxima presión de trabajo, lo que facilita enormemente el transporte y la instalación..
• Alta resistencia al golpe de ariete, proporcionada por el bajo módulo de elasticidad de las tuberías de HDPE.
• Soldar tuberías de polietileno es mucho más fácil, rápido y económico que las tuberías de acero. Además, las uniones soldadas de las tuberías de HDPE no pierden su fiabilidad con el tiempo..
• Total seguridad ambiental, por lo que se permite el uso de tuberías de polietileno en las tuberías de abastecimiento de agua potable a la población..

Contras de las tuberías de polietileno:

• Limitaciones en la temperatura del líquido transportado, lo que dificulta su uso en sistemas de calefacción y suministro de agua caliente..
• Tecnología de montaje específica.
• En comparación con ellos, los tubos de acero y hierro fundido tienen características mecánicas más altas. La vida útil de las tuberías de polímero colocadas en el suelo depende del tipo de suelo local (su movilidad).
• Sus características de rendimiento se reducen bajo la influencia de la radiación ultravioleta (el grado de resistencia a la radiación ultravioleta depende de los catalizadores utilizados en la producción de materias primas: gránulos de HDPE).

Tecnología de producción de tubos de HDPE

La línea para la producción de tubos de polietileno está ubicada en un área relativamente pequeña, aproximadamente 100 m².

Los gránulos de HDPE de un cierto grado se vierten en la tolva de la extrusora, se calientan a la temperatura de fusión y se plastifican. El polietileno fundido entra en el cabezal directo de la extrusora, pasando en su entrada a través de las mallas filtrantes y la rejilla en la que está instalado el mandril (boquilla cónica aerodinámica). El polietileno fundido envuelve proporcionalmente el mandril y sigue hasta la matriz del futuro tubo, donde toma la forma de un tubo de un diámetro determinado. El cuerpo del mandril tiene una boquilla incorporada para suministrar aire comprimido que enfría las paredes del tubo de polietileno a la salida de la matriz..

La tubería curada se extrae de la extrusora utilizando un dispositivo especial, cuyo diámetro de agarre corresponde al diámetro de la tubería. El dispositivo de escape guía la tubería a través de la unidad de enfriamiento, donde su red está expuesta a corrientes de agua de las boquillas..

El control sobre el espesor de la pared y la ausencia de distorsiones de la forma geométrica de la tubería se realiza mediante un dispositivo de medición sin contacto. Detrás hay un dispositivo de marcado que aplica el marcado apropiado en el cuerpo de la tubería de HDPE mediante estampado o impresión.

Si se produce una tubería con un diámetro superior a 125 mm, luego de marcarla se corta en trozos de la longitud requerida utilizando una guillotina móvil o una sierra circular, siguiendo a lo largo de la red de la tubería a la velocidad de su extracción de la extrusora. Los tubos de menor diámetro son recogidos por el enrollador en bobinas.

Además de las características estructurales del cabezal de la extrusora, las características de calidad de la tubería de polietileno están influenciadas por la temperatura de la masa fundida, su caudal y el estiramiento. En el proceso de flujo, las moléculas de HDPE fundidas se orientan, lo que afecta la contracción axial de la tubería después de salir del extrusor, así como la anisotropía (la presencia de rugosidad en la superficie de la tubería terminada). El grado de contracción axial de una tubería de polietileno también depende de la velocidad de su tracción: si es más alta que la velocidad de la masa fundida en la salida, entonces aumenta la contracción axial y el adelgazamiento de las paredes..

La intensidad del suministro de aire comprimido (calibración de presión) depende del diámetro, el espesor de la pared de la tubería, de las características del grado de polímero dado y de la temperatura de su fusión en la extrusora. La calibración de la presión del aire se ajusta cuando el primer lote de tubería sale de la extrusora mediante un ajuste experimental. Si la presión del aire es insuficiente, se formarán ondulaciones notables en las paredes de la tubería; si es excesiva, el aumento de la fricción provocará múltiples microfisuras, lo que reducirá significativamente la resistencia de las paredes de la tubería..

Racores para tubos de polietileno

Se utilizan tres tipos de accesorios para conectar tuberías de HDPE: para soldadura a tope (sin usar una espiral eléctrica), para soldadura eléctrica y accesorios de compresión.

Los accesorios de soldadura a tope (espigas) permiten la soldadura a tope de las tuberías. La soldadura a tope se lleva a cabo en la siguiente secuencia: tapajuntas de los extremos de las tuberías y accesorios; calentar las secciones a soldar con un dispositivo de calentamiento eléctrico hasta el estado de fluidez viscosa; quitar el dispositivo de calentamiento y unir las piezas a soldar bajo presión. Es importante conectar el accesorio y la tubería entre sí lo antes posible después de quitar el dispositivo de calentamiento, evitando que el plástico se enfríe. Además, para garantizar una costura fuerte y confiable, es necesario eliminar por completo la posibilidad de que entren partículas de polvo en la costura..

Los accesorios de HDPE destinados a la soldadura eléctrica se suministran con calentadores de alambre integrados (resistencias eléctricas); cuando se suministra una corriente eléctrica al alambre, su calentamiento hace que el polímero se derrita en las áreas de unión. Una vez que el accesorio y la tubería están conectados, el suministro de voltaje se interrumpe y se forma una conexión de alta estanqueidad. Los accesorios de electrofusión se sueldan en tuberías de polímero utilizando máquinas de soldadura especiales que le permiten ajustar el modo de soldadura de acuerdo con las dimensiones de la tubería y el accesorio que se va a cortar. Este método de soldadura es especialmente útil cuando se reparan secciones de tubería de difícil acceso..

La construcción de una tubería de plástico utilizando accesorios de compresión es muy simple, ya que no requiere ninguna preparación adicional de las tuberías de HDPE. Los accesorios de compresión se conectan a las tuberías sin desmontarse en sus partes constituyentes: el sello de goma se comprime mediante el manguito de presión en la posición en la que es necesario con restricción simultánea de compresión, lo que evita deformaciones de la tubería, y el anillo de sujeción de un diseño especial no permitirá debilitar la conexión. La instalación de la tubería mediante la conexión de accesorios de compresión se puede realizar en cualquier época del año, incluso a temperaturas negativas, mientras que todo el alcance del trabajo está disponible para que lo realice una persona sin capacitación especial..