BOLETIN 03 | 22 JUL 2016

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)

NORMATIVA

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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.

NORMATIVA

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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

NORMATIVA

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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

NANOPARTICULAS DE ORO http://wwwf.imperial.ac.uk/blog/fonsmad2015-velox/files/2015/07/Gold-Nanoparticles.jpg

INVESTIGACIÓN

5

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.

.

Gel dental SilveSol http://ablsilver.com/images/dropdown/product_silversol_tooth_gel.png

Wetsuit Zoot https://www.sports-block.com/media/images/org/2641501.1.1-wetsuit-z-force-5-0-men-zoot.jpg

INVESTIGACIÓN

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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.

INVESTIGACIÓN