as tuberías HDPE son muy demandadas actualmente en nuestro mercado debido a sus propiedades mecánicas y físicas las cuales las hacen atractivas para diversos tipos de proyectos. Son propiedades como la buena durabilidad y resistencia a largo plazo, ser resistente a altas presiones y al impacto, ser resistente a la corrosión y químicos, ser de bajo costo, ser de fácil instalación, no ser tóxicas, tener buena resistencia a la abrasión, etc., las que aumentan cada vez más la demanda por este tipo de tubería sobre todo en sectores de nuestra industria como la minería, pesca, agricultura, drenaje, saneamiento, etc.
El método de unión más utilizado para estas tuberías es el método de termofusión el cual utiliza un equipo que une las tuberías por efecto combinado de temperatura y presión durante tiempos establecidos, con la ventaja de que una unión bien realizada es capaz de resistir hasta el 100% de la resistencia máxima del material. Existen además otros métodos de unión que son utilizados como son la electrofusion, coplas de compresión metálica (tipo Victaulic) y adaptadores mecánicos diversos, sin embargo estos métodos son menos utilizados debido al alto costo de los accesorios necesarios para la unión.
En el Perú se realiza muy poco el control de calidad de las uniones por termofusión y en general cualquier método de unión en este tipo de tuberías, muchas veces por desconocimiento, por falta de normativa en las especificaciones técnicas de los consumidores finales o por desidia de las partes interesadas, debido a estos factores el control de calidad generalmente está asociado únicamente a la minería, sector en el cual sí se solicitan que las instalaciones de tuberías HDPE cumplan con los requerimientos y normas adecuadas.
Figura 1. Falla catastrófica de unión de termofusión a tope [1].
Es muy importante dar a conocer en los demás sectores de la industria Peruana e incluso al sector educativo que existe normativa de ensayo para realizar control de calidad sobre uniones de tubería HDPE.
Figura 2. Análisis de la superficie de falla de una tubería, SCG precedente en la fractura catastrófica de la unión completa, [1]..
L
NORMATIVA DE ENSAYOS DESTRUCTIVOS PARA EL
CONTROL DE CALIDAD EN SOLDADURA POR
TERMOFUSIÓN DE TUBERÍAS DE POLIETILENO DE
ALTA DENSIDAD (HDPE)
Es importante saber que al realizar estos ensayos de control de calidad disminuyen el riesgo de falla de la unión por crecimiento lento de grietas, SCG (slow crack growth), como lo menciona el Dr. Chris O’Connor en una de sus publicaciones “Polyethylene Pipeline Systems - Avoiding The Pitfalls of Fusion Welding” [1]. Las figuras 1, 2 y 3, muestras ejemplos de este tipo de fallas en tuberías HDPE. La figura 4 muestra un defecto típico de una unión soldada por termofusión, que puede ocasionar falla de tipo SCG
Figura 3. SCG iniciado por contaminación durante la soldadura a tope, [1].
Figura 4. Defecto en la hendidura de soldadura de fusión a tope, [1].
Normalmente el control de calidad de las uniones de tuberías HDPE requieren diversos ensayos destructivos como son: tracción, doblado, torsión, impacto, desgarre, aplastamiento, etc. Sin embargo para termofusión a tope se utilizan por lo general los ensayos de tracción y doblado, los cuales son ensayos complementarios y al realizar ambos ensayos se puede garantizar un buen control de calidad de la unión soldada.
Normativa para ensayo de Tracción:
ISO 13953 – Determinación de resistencia a la tracción y modo de falla de unión por termofusión a tope, [2].
EN 12814-2 – Ensayo de soldadura en termoplásticos – Tracción, [3].
ASME IX – Calificación de Soldadura, Brazing y Termofusión, [4].
ASTM D638 – Método de ensayo para propiedades de tracción de plásticos, [5]. Respecto al ensayo de tracción, las normas ISO 13953 y EN 12814-2 buscan determinar la resistencia a la tracción de la unión por termofusión así como el tipo de fractura (dúctil o frágil, Ver figura 5) que se genera debido al ensayo. Son normas que cuentan con más de 15 años de antigüedad.
ASME IX, a diferencia de las normas ISO y EN, evalúa la soldadura únicamente por el tipo de fractura (dúctil o frágil), esto es debido a que requiere ensayos de tracción por impacto con velocidades de ensayo de 6000 mm/min y 9000 mm/min, las cuales requieren equipos especiales de ensayo para ser realizadas. ASME IX aumentó en su versión 2013 la Parte QF (Qualification Fusión), por lo tanto esta parte tiene tres años de antigüedad, y está en constante revisión puesto que en la versión 2015 aumentó el control de calidad de uniones por electrofusion de tuberías HDPE.
Sobre ASTM D638, si bien es una norma para ensayar material base y no soldadura, se utiliza mucho en nuestro medio debido a que existen especificaciones de compañías mineras donde se indica que los ensayos de tracción de la unión soldada deben ser realizados bajo esta normativa.
En este tipo de ensayo normalmente se reportan la resistencia máxima a la tracción así como el tipo de fractura dúctil o frágil.
Figura 5. Ejemplo típico de fractura dúctil (izquierda) y fractura frágil (derecha) en ensayo de tracción [2]. Normativa para ensayo de Doblado:
ASTM F2620 – Práctica para Termofusión de Tuberías y Accesorios de Polietileno, [6]. EN 12814-1 – Ensayo de soldadura en
termoplásticos – Doblado, [7].
ASME IX – Calificación de Soldadura, Brazing y Termofusión, [4].
Respecto al ensayo de doblado, las tres normas indicadas buscan determinar la sanidad de la unión por termofusión midiendo la ductilidad de la misma, teniendo que soportar el doblado sin fisurarse ni fracturarse. Las dos primeras normas cuentan con más de 15 años de antigüedad mientras que la Parte QF de ASME IX cuenta con 3 años de antigüedad. En nuestro medio es más utilizada para el doblado la norma ASTM F2620, pero recientemente ASME IX está teniendo mayor protagonismo a pesar de ser una norma relativamente joven, lo cual se puede deber a que se respalda en las normas ASTM para realización de varios de sus ensayos.
Finalmente, al margen de la norma de ensayo, es importante entender que es necesaria la realización de ensayos destructivos para la evaluación de resistencia e integridad de una unión soldada, normalmente estos ensayos se realizan durante la calificación de soldador y equipo de soldadura, y luego esporádicamente a lo largo de la producción para verificar que las condiciones de termofusión no hayan sufrido alguna variación.
REFERENCIAS
[1]. O’Connor, Chris; Senior Consultant, GL Noble
Denton (Oil & Gas), United Kingdom; “Polyethylene Pipeline Systems - Avoiding The Pitfalls of Fusion Welding.
http://www.pipeline-conference.com/sites/default/files/papers/ptc_2012_
OConnor.pdf
[2]. ISO 13953 – 2001; Polyethylene (PE) pipes and
fittings – Determination of the tensile strength and failure mode of test pieces from a butt-fused joint.
[3]. EN 12814-2 – 2001; Testing of welded joints of thermoplastics semi-finished products – Tensile test.
[4]. ASME IX – 2015; Qualification Standard for Welding, Brazing, and Fusing Procedures; Welders; Brazers; and Welding, Brazing, and Fusing Operators.
[5]. ASTM D638 – 2014; Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.
[6]. ASTM F2620 – 2012; Standard Test Method for
Tensile Properties of Plastics, Standard Practice for Heat Fusion Joining of Polyethylene Pipe and Fittings.
[7]. EN 12814-1 – 2001; Testing of welded joints of thermoplastics semi-finished products – Bend test
n nanomaterial puede ser definido como aquel material cuya dimensión característica se encuentra en el rango de aproximadamente 1 a 100 nm (1 nm = 10-9 m). Como ejemplos de nanomateriales y sus dimensiones podemos mencionar nanotubos de carbono, nanopartículas de plata, y nanoalambres de oro, con diámetros de 1, 10, y 30 nm, respectivamente. El tamaño tan reducido y la estructura en escala nanométrica de estos materiales hacen que fenómenos tales como el confinamiento cuántico generen en ellos propiedades únicas. Así por ejemplo, un nanotubo de carbono puede alcanzar una resistencia a la tracción de 30GPa, es decir, tres órdenes de magnitud mayor en comparación con la resistencia de un acero. De la misma manera,
una capa de grafeno puede conducir corriente sin ningún tipo de restricción, generando lo que se conoce hoy en día como conducción balística. El entendimiento de las propiedades de los nanomateriales, y su manipulación y control ha dado lugar a la nanotecnología. Históricamente, los primeros conceptos de nanotecnología fueron presentados en 1959 por Richard Feynman, en su célebre charla titulada “There’s Plenty of Room at the Bottom”, en donde se exponía la posibilidad de manipular átomos de manera individual. Sin embargo, recién en los años ochenta y noventa se descubrieron los primeros nanomateriales, Suimo Ijima y Richard Smalley descubrieron respectivamente los nanotubos de carbono y los fulerenos.
PRODUCTOS DE CONSUMO BASADOS EN
NANOMATERIALES
U
Actualmente, debido al desarrollo de herramientas para la observación de la materia en escala muy pequeña y de nuevas técnicas de fabricación controlada de materiales, se han podido obtener nanomateriales con geometría, dimensiones y propiedades específicas.
A pesar de que la nanotecnología es un campo que se encuentra aún en desarrollo, existen ya productos comercialmente disponibles basados en nanomateriales. El proyecto Nanodatabase
(www.nanodb.dk) presenta una lista de productos
que se pueden adquirir en el mercado europeo, y que contienen nanomateriales o están basados en nanotecnología. La lista, en constante actualización, está conformada por 2329 productos agrupados en las siguientes categorías: automotriz, bienes para niños, comida y bebidas, electrónica y computación, electrodomésticos, hogar, y salud y bienestar.
La mayor cantidad de artículos se encuentran en las sub-categorías de cuidado personal, vestimenta, bienes deportivos, y artículos para limpieza. Las nanopartículas de plata y de dióxido de titanio son los nanomateriales más empleados como constituyentes de estos productos. En el caso particular de las nanopartículas de plata, diversas investigaciones han demostrado su alta capacidad bactericida. Esta propiedad es empleada en productos tales como el gel dental SilverSol, de la compañía American Biotech, en donde las nanopartículas de plata se emplean como agente para mejorar considerablemente la capacidad de limpieza y cuidado de los dientes. También empleando nanopartículas de plata, la compañía Wigwam ha desarrollado unas medias que presentan una mayor eficiencia para aniquilar gérmenes y una alta capacidad para eliminar olores indeseables, en comparación con las medias convencionales.
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Gel dental SilveSol
http://ablsilver.com/images/dropdown/product_silversol_toot h_gel.png Wetsuit Zoot https://www.sports- block.com/media/images/org/2641501.1.1-wetsuit-z-force-5-0-men-zoot.jpg INVESTIGACIÓN
Además de la lista de productos, el proyecto Nanodatabase contempla también la evaluación de la probabilidad de exposición y del potencial daño, tanto a nivel humano como hacia el medio ambiente, que se podría derivar del uso de estos productos basados en nanomateriales.
El estudio indica que existe una gran cantidad de productos en los cuales se desconoce el tipo de nanomaterial empleado, y por lo tanto se desconoce el potencial impacto que éste pueda generar. La compañía Zoot, por ejemplo, ofrece en el mercado europeo un wetsuit basado en nanotecnología; aunque no se especifica el tipo de nanomaterial involucrado, el wetsuit es identificado como el de mayor hidrodinámica, con muy alta duración, y capaz de generar una menor
resistencia en el agua y con ello mayor velocidad de desplazamiento, en comparación con wetsuits convencionales.
Si bien es cierto que los nanomateriales representan una alternativa muy promisoria no solo para generar una serie de productos, sino también para solucionar diversos problemas de la sociedad, es muy importante tener en cuenta que tal como ocurre con cualquier nueva tecnología, su uso puede acarrear ciertos riesgos. Por ello, actualmente a nivel internacional un gran componente de la investigación en
nanotecnología está orientado a la evaluación de la toxicidad de los nanomateriales y aspectos de sostenibilidad de los mismos.
