La forma más sencilla de operar para cualquier productor de polímeros es producir gránulos naturales para una amplia gama de aplicaciones (incluidas tuberías de presión) y enviarlos a los transformadores, quienes agregan la mezcla maestra coloreada durante la fabricación de los productos.
Entonces, ¿por qué promovemos el uso de materiales totalmente compuestos para la fabricación de tuberías de presión?
En pocas palabras, el uso de compuestos de PE para la producción de tuberías proporciona un alto nivel de consistencia en la calidad y el rendimiento de las tuberías con el menor esfuerzo por parte del productor de tuberías.
Las tuberías de presión de PE están diseñadas para una larga vida útil (más de 100 años) en la infraestructura subterránea. De hecho, instalar la tubería en el suelo es la parte más costosa de la operación (normalmente entre el 85 y el 90 % de los costos del proyecto), por lo que lo último que un ingeniero de gas o agua quiere hacer es reemplazar las tuberías dentro de su vida útil.
Esta "tranquilidad" exige materiales y productos consistentes que solo se pueden lograr si el negro de humo o el pigmento y otros aditivos esenciales se dispersan correctamente en la matriz polimérica.
El enfoque compuesto de PE se ha aplicado con éxito en Europa y ha dado lugar a una alta penetración del PE tanto en la distribución de gas como de agua. Los niveles de penetración de gas se acercan al 100% y el 70% de todas las tuberías de agua nuevas instaladas en Europa se fabrican con compuestos de PE.
Las especificaciones europeas están establecidas en un alto nivel e incluyen todas las propiedades clave para proporcionar una larga vida útil sin fugas. Estos requisitos han sido adoptados ahora por la Organización Internacional de Normalización en ISO 4437 (2007) e ISO 4427 (2007) para tuberías de PE para gas y agua, respectivamente. El nivel de dispersión del negro de carbón es una parte esencial de las normas. Debido a que estos requisitos son altos, significa que los factores mínimos de diseño se pueden establecer en 2,00 para gas y 1,25 para agua. Esto garantiza una alta calidad a un precio aceptable para la tubería.
Los datos de fallos publicados recientemente en la industria del agua del Reino Unido y Dinamarca confirman que este enfoque de calidad es el correcto: el PE demuestra la tasa de fallos más baja para todos los materiales utilizados en las tuberías principales de agua.
En algunos países se utilizan polímeros de PE naturales y métodos de mezcla maestra para producir tuberías de gas y agua. Sin embargo, estos sistemas requieren un enfoque completamente diferente al sistema de garantía de calidad y equipos de procesamiento diferentes a los que se utilizan en otras partes del mundo.
Los productores de tuberías son entonces responsables de controlar los niveles de adición y dispersión de aditivos. Para lograrlo utilizarán extrusoras especialmente diseñadas para dar una buena mezcla y dispersión.
Al tomar la ruta natural y del masterbatch se deben considerar muchas cuestiones:
1. Si el material de PE natural es PE100, no significa que la tubería hecha de PE natural y un lote maestro sea una tubería de PE100. En algunos países hemos observado que se utilizan portadores de LDPE o LLDPE para ayudar a dispersar los aditivos, lo que inevitablemente reducirá la resistencia de la mezcla a 50 años.
2. De manera similar, si el material natural supera la resistencia al agrietamiento por tensión de la especificación PE100, es posible que la tubería no, ya que el mismo material de soporte reducirá la resistencia al agrietamiento por tensión de la mezcla.
3. Una buena dispersión del pigmento y los aditivos es esencial para el rendimiento de la tubería a largo plazo. Es particularmente difícil dispersar entre un 2 y un 2,5 % de negro de humo sin grandes aglomerados utilizando una extrusora estándar de un solo tornillo. Estos aglomerados pueden proporcionar un sitio de iniciación para una grieta que puede causar una falla prematura de la tubería (ver figura 1).
4. Para reducir la aglomeración, hemos observado que algunos productores de tuberías reducen la cantidad de negro de humo, pero esto significa que los rayos u.v. Se sacrificará la estabilidad de la tubería, ya que se requiere un nivel mínimo del 2% para proteger la tubería durante su vida útil.
5. Además, para ayudar a mejorar la dispersión y reducir costos, algunos utilizan un negro de humo con un tamaño de partícula mayor. Esto también reducirá la protección de la tubería, ya que se requiere negro de humo con un tamaño de partícula inferior a 25 nm para lograr una buena estabilidad ultravioleta.
6. La elección correcta de los aditivos también requiere un conocimiento considerable y pruebas exhaustivas para garantizar que el producto terminado cumpla con los requisitos de rendimiento a largo plazo y los diferentes requisitos organolépticos y de aprobación alimentaria en todo el mundo.
7. Claramente, al utilizar el lote natural y el masterbatch, es el fabricante de la tubería quien asume la responsabilidad total de la calidad de la tubería, ya que son ellos quienes controlan todos los elementos críticos anteriores.
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