HDPE Polietileno de alta densidad
HDPE Polietileno de alta densidad ¿Qué significa HDPE en inglés? High-density polyethylene .-El polietileno de alta
densidad es un polímero de adición, conformado por unidades repetitivas de etileno. En el proceso de polimerización, se emplean catalizadores tipo Ziegler-Natta, y el Etileno es polimerizado a bajas presiones, mediante radicales libres. Características Característic as del polietileno de alta densidad El polietileno de alta densidad es un
polímero que se caracteriza c aracteriza por: 1. 2. 3. 4.
Excelente resistencia térmica y química. Muy buena resistencia al impacto. Es sólido, incoloro, translúcido, casi opaco. Muy buena procesabilidad, es decir, se puede procesar por los método métodoss de
5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
conformados empleados para los termoplásticos, conformados termoplásticos, como inyección y Extrusión. Es flexible, aún a bajas temperaturas. Es tenaz. Es más rígido que el polietileno de baja densidad. Presenta dificultades para imprimir, pintar o pegar sobre él. Es muy ligero. Su densidad es igual o menor a 0.952 g/cm3. No es atacado por los ácidos, resistente al agua a 100ºC y a la may mayoría oría de los Disolventes ordinarios.
Vida útil: El HDPE es un material resistente a los impactos, ataques químicos y a los abrasivos. Muy Segura: Uniones soldadas por termo fusión, que transforman las piezas en sistemas integrales, libre de juntas. Resistencia estructural: Soportan las cargas verticales transfiriendo mayor parte de la carga al suelo. Eficiencia hidráulica: Las tuberías HDPE tienen un interior liso, lo que permite flujo más rápido de los fluidos. Instalación rápida: Las tuberías HDPE son mucho más livianas que las tuberías de concreto. No requiere equipos pesados: Fácil de transportar, manipular e instalar. Muy Flexible: Las tuberías HDPE pueden ser curvadas, reduciendo accesorios o acoples extras. El polietileno (pe) es un polímero resultado de la polimerización del etileno. Es posiblemente el plástico más popular del mundo. Comúnmente se distinguen dos tipos, el de baja densidad y el de alta densidad, que es el que vamos v amos a estudiar. Aunque también, más detalladamente, los Polietilenos se pueden clasificar en base a su densidad (de acuerdo al código c ódigo ASTM) como: * * * * *
Polietileno de Baja Densidad (PEBD o LDPE) Polietileno Lineal de Baja Densidad (PELBD o LLDPE) Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE) Polietileno de Alta Densidad Alto Peso Molecular (HMW-HDPE) Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHM (UHMWPE) WPE)
El polietileno de alta densidad (hdpe) se produce normalmente con un peso molecular que se encuentra en el rango entre 200.000 y 500.000, pero puede ser mayor. Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Es más duro, fuerte y un poco más pesado que el de baja densidad, pero es menos dúctil. El polietileno con peso molecular entre 3.000.000 y 6.000.000 es el que se denomina UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene). Con este material se producen fibras, tan fuertes, que pueden utilizarse para fabricar chalecos a prueba de balas. Para conocer mejor el HDPE, podemos ver un poco de su historia, sus propiedades, sus aplicaciones y su proceso de obtención. Ventajas
generales del HDPE
Liviana, de fácil manipulación y transporte. Generalmente son producidos en largos que van hasta los 12 metros, por lo que requiere menos uniones y por ende menor tiempo de instalación. Diversas posibilidades de diseños industriales con diversas soluciones de unión. Paredes internas lisas con muy bajo coeficiente de roce que no permiten adherencias que Posteriormente impidan el paso de los fluidos Excelente resistencia química, a la corrosión y abrasión. Menores costos de instalación. Vida útil de más de 50 años con bajos costos de mantención y operación. Alta flexibilidad, que en caso de sismos o vibraciones del terreno, las tuberías se adaptan mejor a los movimientos, sin agrietarse ni desacoplarse. Más ventajas
1.-Cantidad de accesorios mínimos 2.-No está expuesto a vandalismo 3.-Coef para maning 0.009 4.-No hay pérdidas por evaporación 4.-Mantiene el caudal uniforme en todo su recorrido 5.-Se puede usar en cruce de quebradas, entre cerros, etc. 6.-Coef de rugosidad menor que el de concreto 7.-Costo del mantenimiento menor que el de otros materiales 8.-Tiempo de instalación muy rápido en comparación con el de concreto 9.-Garantía de vida entre 50 - 70 años. Como se pudo comprobar en campo, las tuberías de Polietileno de Alta Densidad garantizan gran durabilidad, son a sísmicas, flexibles, poseen alta resistencia a la abrasión, no se corroen, no requieren de mantenimiento y las uniones termo fusionadas garantizan impermeabilidad al sist ema.
Aplicaciones
de las tuberías HDPE
Sistemas de conducción de aguas servidas, colectores y emisarios. Sistemas de conducción de aguas lluvias y desagües. Transporte y descarga de riles a plantas de tratamiento. Sistemas de canales de riego. Transporte de soluciones y fluidos en la minería y todo tipo de procesos industriales. Sistemas de conducción de fluidos como fittings, e stanques, tuberías y otros.
Sistemas de unión del HDPE
Según las aplicaciones o sistemas, las tuberías HDPE permiten varios tipos de uniones, que también pueden utilizarse en forma complementaria según el tipo de proyecto, las condiciones del terreno, así como la resistencia mecánica. Además las tuberías HDPE pueden ser conectadas fácilmente a sistemas o redes de otro tipo de material utilizando bridas y franges de conexión, según sea el caso. Termo fusión con aporte de material. Campana con anillo de goma. Electro fusión. En algunos casos unión roscada. Aplicaciones
El HDPE tiene muchas aplicaciones en la industria actual. Más de la mitad de su uso es para la fabricación de recipientes, tapas y cierres; otro gran volumen se moldea para utensilios domésticos y juguetes; un uso también importante que tiene es para tuberías y conductos. Su uso para empaquetar se ha incrementado debido a su bajo coste, flexibilidad, durabilidad, su capacidad para resistir el proceso de esterilización, y resistencia a muchas sustancias químicas. Entre otros muchos productos en los que se utiliza el HDPE, podemos nombrar botes de aceite lubricante (automoción) y para disolventes orgánicos, mangos de cúter, depósitos de gasolina, botellas de leche, bolsas de plástico y juguetes. Para la fabricación de artículos huecos, como botellas, se usa un procedimiento parecido al de soplado del vidrio. Se usan también el moldeo por compresión y la conformación de láminas previamente formadas. La necesidad en el desarrollo de sistemas de conducción, de ejecutar los proyectos a menores costos, en limitados espacios de tiempo y con una calidad garantizada, viene generando el crecimiento en uso de materiales plásticos, entre ellos las tuberías de polietileno de alta densidad HDPE, ya que estos cuentan con ciertas ventajas como; flexibilidad, elasticidad, resistencia mecánica, resistencia a agentes químico-orgánicos, larga vida útil, entre otras. Las tuberías HDPE, Polietileno de Alta Densidad, ofrecen variadas alternativas de diseño, flexibilidad y garantizan una larga vida útil para todo tipo de proyectos en Acuicultura, Minería, Agricultura, Construcción, Pesca, Alcantarillado, y todo tipo de Industria.
Las tuberías de polietileno de HDPE se utilizan principalmente en: Ductos para agua. Emisarios Submarinos. Riles industriales. Relaves. Cámaras de Carga. Aducción de agua.
Esta gran versatilidad de los productos HDPE lo hacen ideal para todo tipo de proyectos en que sea necesario transportar, almacenar, distribuir, emitir fluidos y líquidos de todo tipo. También la utilización del material HDPE conllevan una gran economía, por la facilidad de transporte, instalación y sus casi nulos costos de mantención posterior.
PROPIEDADES
El Polietileno es un material termoplástico con diferentes características, las cuales dependen de su estructura molecular y se definen como polietilenos de baja, media y alta densidad definido bajo las normas ASTM. Las densidades son 0.91-0.93 gr/cm3, 0.93-0.94 gr/cm3 y 0.96 gr/cm3 respectivamente. CUADRO N°1 PROPIEDADES FISICAS DEL HDPE. Propiedad
Unidad
Valor
Norma
Densidad
g/cm3
0.945 0.955
DIN 53479
Viscosidad específica (Índice de viscosidad límite)
cm3/g
300
ISO/R 1191
Índice de fusión MFI 190/5
G/10MIN
0.4 - 0.8
DIN 53735
N/mm2
22
DIN 53455
%
15
R 527
N/mm2
32
Propiedades mecánicas
Tensión de tracción (rango elástico) Elongación límite (rango elástico) Resistencia a la ritura
Alargamiento de rotura
%
> 800
Tensión límite de flexión
N/mm2
28
DIN 53452
Módulo de resistencia a la torsión
N/mm2
240
DIN 53477
Dureza de bola
N/mm2
40
DIN 53456
Dureza Shore D
-
60
DIN 53505
Resistencia al impacto con entalladura
mJ/mm2
15
DIN 53453
Resistencia al impacto con entalladura, a +23°C y -40°C.
mJ/mm2
sin rotura
DIN 53453
mm/m x °C
0.17
DIN 52328
Propiedades térmicas
Coeficiente medio de dilatación lineal entre 20 y 90°C.
CALCULO DEL DIAMETRO DE TUBERIAS
Para calcular el diámetro de las tuberías de HDPE se puede usar la siguiente fórmula: en donde: d = Diámetro interior de la tubería en mm. Q = Caudal en lt/seg. v = Velocidad de escurrimiento en mt/seg. En el Cuadro Nº 2 se representa graficamente la fórmula y además se obtiene la pérdida de carga. Para succión se recomienda una velocidad de escurrimiento entre 0.5 y 1.0lt/seg. y para succión el valor recomendado es entre 1.0 y 3.0lt/seg. CUADRO N°2
Con el Cuadro Nº 3 se pueden determinar las presiones de operación de una tubería de HDPE en función de la temperatura a la cual se operará y a la vida útil esperada del proyecto.
CUADRO N°3 Relación entre presión y temperatura de trabajo en tuberías de HDPE Años
de vida ú til esperada
Presión de trabajo en Kg/cm2 para distintas clases de tuberías PN2,5
PN3,2
PN4
PN6
PN10
PN16
10 °C
1 5 10 25 50
3.4 3.2 3.2 3.1 3.0
4.3 4.1 4.0 3.9 3.8
5.4 5.1 5.0 4.9 4.8
8.0 7.7 7.6 7.3 7.2
13.0 12.8 12.6 12.2 12.0
21.4 20.5 20.2 19.5 19.2
20 °C
1 5 10 25 50
2.9 2.7 2.7 2.6 2.5
3.6 3.5 3.4 3.3 3.2
4.6 4.3 4.2 4.2 4.0
6.8 6.5 6.4 6.2 6.0
11.4 10.8 10.6 10.4 10.0
18.2 17.3 17.0 16.6 16.0
30 °C
1 5 10 25 50
2.5 2.4 2.3 2.0 1.7
3.1 3.0 2.9 2.5 2.2
3.9 3.8 3.7 3.1 2.7
5.9 5.6 5.5 4.7 4.1
9.8 9.4 9.2 7.8 6.8
16.7 14.0 14.7 12.5 10.9
40 °C
1 5 10 25 50
2.1 1.8 1.6 1.3 1.2
2.7 2.3 2.0 1.7 1.5
3.4 2.9 2.5 2.1 1.8
5.0 4.3 3.7 3.1 2.8
8.0 7.2 6.2 5.2 4.6
13.4 11.5 9.9 8.3 7.4
50 °C
1 5 10 15
1.7 1.2 1.1 1.0
2.2 1.5 1.3 1.3
2.7 1.9 1.7 1.6
4.1 2.9 2.5 2.4
6.8 4.8 4.2 4.0
10.9 7.7 6.7 6.4
60 °C
1 5
1.2
1.5 1.1
1.9 1.4
2.9 2.0
4.8 3.4
7.7 5.4
Con el Cuadro Nº 4 se puede apreciar la aplicación de distintos polímeros en función de la presión de operación y la temperatura de trabajo.
CUADRO N°4
EJERCICIO NPSH
Se tiene una bomba cuya curva característica viene expresada analíticamente por Hb = 40- 0,004.Q 2 (m, m3/h), que trabaja en una instalación definida por Hi =24- 0,002.Q2 (m, m3/h). Si en la bomba e instalación mencionadas la perdida de carga en la aspiración vale 0.0004 m, (m 3/h) , se desea saber la cota en que debe posicionarse el eje de la bomba. Datos: Cota de la lámina superior del depósito de aspiración abierto a la atmosfera y y y
Presión de vapor = 1.6 mca. NPSHreq = 2.5 mca NPSHseguridad= 1.5 mca.
RESOLUCION:
Curvas características de la instalación y de la bomba Hb = 40- 0,004.Q 2 (m, m3/h) Hi =24- 0,002.Q2 (m, m3/h) K= 0.0004 m, (m3/h) Igualando las dos ecuaciones: 40- 0,004.Q2 = 24- 0,002.Q2 Q =51.64 m3/h La expresión de la cavitación es: NPSHREQUERIDO + NPSHSEGURIDAD = NPSHDISPONIBLE Presión de vapor 1.6 mcl Hf (Aspiración) =0,004.Q 2 =1.07 mcl.
= 9.49 mcl.
NPSHREQUERIDO =2.5 mcl. NPSHSEGURIDAD = 1.5 mcl. NPSHDISPONIBLE =0.4 mcl.
= 4mcl.
= 4mcl.
