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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD BOLIVARIANA DE VENEZUELA
PROGRAMA DE FORMACIÓN DE GRADO EN REFINACIÓN Y
PETROQUÍMICA
VALENCIA-EDO. CARABOBO
EVALUACIÓN DE LA VARIACIÓN DE ESPECIFICACIÓNES DE CALIDAD DEL
COMPUESTO PVC EN EL ÁREA DE MEZCLA DE LA PLANTA PETROCASA
PERFILES I GUACARA. SA
Trabajo especial de grado presentado ante la Universidad Bolivariana Venezuela como requisito parcial para optar al Título de Ingenieros en Refinación y Petroquímica.
INTRODUCCIÓN
En Latino-América reside un gran porcentaje de la pobreza mundial, y esto se ve reflejado en el déficit de vivienda, que contribuyen a un lento desarrollo de los países en este ámbito. En Venezuela es claro que la falta de respuestas a las necesidades básicas de la población como la vivienda, escuelas, asistencia médica es producto del desfase que existe entre el crecimiento poblacional y la construcción en general. Ante esta situación la prefabricación se incorpora como un elemento canalizador pues ha servido para dar respuesta a estas necesidades. Es aquí donde aparecen las viviendas sociales. Que son viviendas de producción (y pensamiento) lineal industrial y mecánico, no permite considerar variabilidad, heterogeneidad y complejidad como elementos esenciales. Es por esta razón que se crea PETROCASA S.A.la cual es una empresa de Desarrollo Endógeno Aguas Abajo, que se encarga de trasformar materia prima PVC, en kit de vivienda para impulsar el desarrollo habitacional del país, facilitando la adquisición de una vivienda digna a todas las familias venezolanas. Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (1999) Artículo 82. “Toda persona tiene derecho a una vivienda adecuada, segura, cómoda, higiénica, con servicios básicos esenciales que incluyan un hábitat que humanice las relaciones familiares, vecinales y comunitarias. La satisfacción progresiva de este derecho es obligación compartida entre los ciudadanos y ciudadanas y el Estado en todos sus ámbitos. El Estado dará prioridad a las familias y garantizará los medios para que éstas y especialmente las de escasos recursos, puedan acceder a las políticas sociales y al crédito para la construcción, adquisición o ampliación de viviendas”.Según lo expresado en este Artículo, el cuerpo Constituyente establece una garantía al derecho a una vivienda digna, y
La promoción y divulgación de estudios e investigación concernientes al ambiente; El fomento de iniciativas públicas y privadas que estimulen la participación ciudadana en los problemas relacionados con el ambiente; La educación y coordinación de las actividades de la Administración Pública y de los particulares, en cuanto tengan relación con el ambiente; El estudio de la política internacional para la defensa del ambiente, y en especial de la región geográfica donde está ubicada Venezuela; Cualesquiera otras actividades que se consideren necesarias al logro del objeto de esta Ley. De acuerdo al Artículo 6, los organismos de la Administración Pública Nacional, de los Estados y de los Municipios; las instituciones, corporaciones o entidades de carácter público y aquellas de carácter privado en las cuales el Estado, directa o indirectamente participe con el cincuenta por ciento o más de su capital social, deberán programar y ejecutar sus actividades de acuerdo con las previsiones del Plan Nacional de Conservación, Defensa y Mejoramiento del Ambiente y de conformidad con las reglas que se dicten en virtud de lo dispuesto en el artículo 4 de esta Ley.
OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS
Objetivo General Evaluar la variación en las especificaciones de calidad del compuesto PVC en el área de mezcla. Objetivos Específicos
- Recolectar los datos de las especificaciones de calidad medidas al compuesto de PVC.
- Analizar los datos de las especificaciones de calidad recolectados
- Evaluar las causas a nivel de procesamiento que están ocasionando la variación en la calidad del compuesto PVC. 4. Hacer una propuesta de mejora para disminuir o eliminar la variación en las especificaciones de calidad del compuesto
FUNDAMENTOS TEORÍCOS
El poli cloruró de vinilo (PVC) es un polímero termoplástico sintético que se usa ampliamente, obtenido de dos materias primas naturales: Un 57% del cloruro de sodio o sal común (Na Cl), fuente inagotable. Un 43% del petróleo Tiene el segundo tonelaje de venta más grande del mundo. El amplio uso del PVC se atribuye principalmente a su gran resistencia química y su capacidad única para mezclarse con aditivos y producir un gran número de compuestos con una amplia variedad de propiedades físicas y químicas. Figura N° 1. Unidad estructural que se repite del PVC Fuente: Smith, W (2016). Estructuras y Propiedades. La presencia del átomo grande de cloro en uno de cada dos átomos de carbono de la cadena principal del poli cloruró de vinilo produce un material polimérico esencialmente amorfo que no recristaliza. Las grandes fuerzas de cohesión entre las cadenas del polímero de PVC se deben principalmente a los fuertes momentos bipolares generados por los átomos de cloro. Sin embargo, los grandes átomos de cloro negativos crean cierto obstáculo estérico y una repulsión electrostática, con lo cual se reduce la flexibilidad de las cadenas. Esta inmovilidad molecular da por resultado una dificultad en el procesado del homo polímero y solamente en unas cuantas aplicaciones se puede
usar el PVC sin combinarlo con diversos aditivos para que pueda ser procesado y convertido en productos terminados. El Homo polímero de PVC tiene una resistencia a la tensión relativamente alta (7. a 9.5 ksi) y también a la fragilidad. El PVC tiene una temperatura media de deformación por calor (de 57 a 82 °C [de 135 a 180 °F] a 66 psi), buenas propiedades eléctricas (de 425 a 1300 V/mil de resistencia dieléctrica) y alta resistencia a los disolventes. El alto contenido de cloro del PVC le da resistencia química y al fuego. De la sal común se deriva el Cloro y del petróleo el Etileno, ambos elementos dan como compuesto di cloro etano, el cual se convierte a altas temperaturas en el gas cloruro de vinilo (CVM). A través de un proceso de polimerización (emulsión, suspensión en masa y solución), el Cloruro de Vinilo se transforma en un polvo blanco, fino y químicamente inerte: la resina de PVC. A partir de ella se pueden obtener productos rígidos y flexibles. A partir de procesos de polimerización, se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet, plastisoles, soluciones y emulsiones. Elaboración de Compuestos de Cloruro de Polivinilo. El cloruro de polivinilo solo se puede usar en unas cuantas aplicaciones sin que se tenga que añadir cierto número de compuestos al material básico para que pueda ser procesado y convertido en producto terminado. Entre los compuestos que se añaden al PVC se incluye plastificantes, estabilizadores térmicas, lubricantes, materiales de cargas y pigmentos. Los plastificantes imparten flexibilidad a los materiales poliméricos. Generalmente son compuestos de alto peso molecular que se seleccionan de modo que sean completamente miscibles y compatibles con el material básico. Con el PVC se usan comúnmente como plastificantes los esteres de ftalato. El efecto de algunos
Poli cloruro de Vinilo Rígido. El poli cloruró de vinilo por sí solo no se puede usar en algunas aplicaciones pero es difícil de procesar y tiene baja resistencia al impacto. La adición de resinas ahu ladas puede mejorar el flujo del polímero fundido durante el procesado, formando una dispersión de pequeñas partículas ahuladas suaves en la matriz del PVC rígido. El material ahulado sirve para absorber y dispersar energía de impacto, con lo cual la resistencia del material al impacto aumenta. Con propiedades mejoradas, el PVC rígido se usa en múltiples aplicaciones. En la industria de la construcción se usa el PVC rígido para tuberías, tinglados, marcos de ventana y canaletas, así como en molduras y adornos interiores. El PVC también se usa para hacer conductos de cables eléctricos. Poli cloruro de Vinilo Plastificado. La adición de plastificante al PVC da por resultado suavidad, flexibilidad y extensibilidad. Estas propiedades se pueden modificar dentro de una amplia variedad, ajustando la relación polímero- plastificante. El poli cloruró de vinilo plastificado se usa en muchas aplicaciones en las que superan al caucho, los textiles y el papel. El PVC plastificado se usa en tapicería de muebles y automóviles, recubrimientos de paredes interiores, impermeables para la lluvia, zapatos, equipaje y cortina de baño. En la industria del transporte, el PVC plastificado se usa para hacer cubiertas protectoras de automóviles, aislamiento de cable eléctrico, tapetes y adornos interiores y exteriores. Otras aplicaciones son: mangueras de jardín, juntas para refrigerador, componentes de artefactos y enseres domésticos. Cómo se Procesa el PVC Calandreo. Se elaboran principalmente películas y láminas (flexibles y rígidas, transparentes y opacas, espumadas o no, encogibles y orientadas, con y sin carga, con y sin pigmento, etc.). El proceso en sí consiste en hacer pasar el compuesto de PVC por un juego de tres o más rodillos de considerable dimensión, alimentándose el compuesto
previamente mollineado, para que por rotación y compresión se forme la película o lámina, según el espesor deseado. Extrusión. Es original de la industria hulera, y consiste en un tornillo sinfín dentro de un barril, en cuyo extremo se encuentra un dado que da forma a un sin número de perfiles rígidos y flexibles, tales como cintas, cordones, mangueras, tubos rígidos, perfiles rígidos para ventanas, puertas, cancelería, etc. Inyección. Consiste en un tornillo sinfín que empuja el compuesto de PVC fundido hacia un molde que debe ser completamente llenado. Se fabrica una gran variedad de artículos como tapas para licuadoras, gogles, manubrios de bicicletas, conexiones para tubería rígida, etc., pero principalmente para calzado completo y zapato tennis, productos de gran demanda. Soplado. Es un proceso combinado de extrusión y soplado para producir artículos huecos, donde se aprovecha el mismo principio que para la producción de botellas de vidrio. Compresión o Prensado. Este es un proceso poco común, empleado principalmente para la fabricación de discos fonográficos; consiste en un molde de dos partes con calefacción propia que acciona por presión, forma el producto deseado. Vaciado. El molde caliente es llenado y vaciado formando una película de espesor dependiente de la temperatura del molde. Posteriormente se aplica más temperatura para que la película cure adecuadamente y se extrae a mano el
barrido (DSC), Análisis termogravimétrico (TGA) y el Análisis térmico mecánico dinámico (DMTA). Índice de Fluidez (UNE 53200, DIN 53735). Esta es inversamente proporcional al peso molecular. A índices de fluidez menores corresponden mayores pesos moleculares.La determinación se obtiene con un reómetro que mantiene una temperatura fija (190°C) y consiste en calentar una muestra del material en un horno y aplicar sobre dicha masa fundida un pistón con una carga normalizada. Se cuantifica la cantidad de material fundido que atraviesa una boquilla por unidad de tiempo. El ensayo se realiza con poca velocidad de cizallamiento. Un peso molecular promedio elevado se traduce en índices de fluidez bajos, es decir, la masa fundida tiene una viscosidad elevada, como la que se requiere para la extrusión. Un peso molecular promedio bajo equivale a índices de fluidez altos, es decir, la masa fundida presenta una viscosidad baja, ideal para la inyección. Los índices de fluidez habituales se sitúan en el intervalo de 0,5 g/ 10 min a 40 g/ 10 min. A partir de la diferencia de índices de fluidez antes y después de la transformación se puede sacar la conclusión acerca de la degradación sufrida por el material durante la misma, es decir, el peso molecular promedio es menor debido a la rotura de las cadenas moleculares. Temperatura de Reblandecimiento Vicat (UNE 53118, DIN 53460, ISO 306). Este método permite estudiar el reblandecimiento de los termoplásticos cuando la temperatura aumenta. El ensayo consiste en determinar la temperatura a la que un punzón cilíndrico de acero ha penetrado dentro de la probeta una profundidad de 1± 0,1 mm. Para ello, se sumergen las probetas en un líquido de acondicionamiento térmico, después se carga el punzón con un peso constante y se calienta el líquido a 50 ó 120 º C/h. El peso utilizado es de 10 N para el método A y de 50 N para el método
B. Las probetas tendrán un espesor entre 3 y 6 mm y unas dimensiones de 10 x 10 mm. Calorimetría Diferencial de Barrido(DSC). Es la más simple y universalmente empleada de las técnicas térmicas para estudiar qué ocurre cuando el polímero es calentado. En la calorimetría de barrido diferencial la muestra y la referencia se someten a una temperatura que aumenta en forma continua; en este caso, se agrega calor sobre la muestra o la referencia, a modo de mantenerlas a una temperatura idéntica. El calor agregado que se registra, compensa el que se pierde o se gana como consecuencia de reacciones endotérmicas o exotérmicas que tienen lugar en la muestra. El material de referencia debe de cumplir una serie de características para no desvirtuar la medida realizada: no debe experimentar eventos o procesos térmicos en el intervalo de temperatura a estudiar, no debe reaccionar con el crisol que lo contiene o con los termopares y su conductividad térmica debe ser similar a la de la muestra. Generalmente, se utiliza como referencia un crisol vacío. La preparación de la muestra es importante para reducir la resistencia térmica en el sensor del equipo. Así se evitan gradientes de temperatura dentro de la muestra y el consiguiente fallo de la señal registrada. Por esta razón, las muestras ideales son films o muestras que ocupen perfectamente la parte inferior del crisol. Suele ser necesario cortar las muestras voluminosas en los trozos más pequeños posibles y presentarlas antes de meter en el crisol. A continuación, se sella el crisol con una tapa. Puede emplearse una purga de gas por varias razones: para eliminar el gas y vapores formados en la célula durante el análisis - la célula de medida es así protegida de gases corrosivos (por ejemplo, halógenos)-; para desplazar el oxígeno atmosférico y evitar la oxidación no deseada de la muestra; para la introducción de un gas reactivo para investigar su reacción química con la muestra.
Una atmósfera de gas alrededor de la muestra tiene una importante influencia sobre los análisis termogravimétricos. Son varias las ventajas que supone su introducción: retirar gases o vapores producidos en la célula de medida que podrían alterar el balance final; reducir la condensación de productos en las partes frías del equipo; eliminar la presencia de gases corrosivos; reducir las reacciones secundarias; desplazar el oxígeno por medio de un gas inerte y evitar oxidaciones no deseadas; introducir un gas reactivo que actué sobre la muestra y actuar como refrigerante para el mecanismo de la balanza. Aplicaciones: detección de aditivos en plásticos; detección de contenido en agua, componentes volátiles y cenizas y examen de procesos de descomposición. Análisis térmico mecánico dinámico (DMTA). El ensayo consiste en someter a la muestra a un movimiento oscilatorio forzado de frecuencia fija y medir en función de la temperatura el desfase en la respuesta del material. Esto permite obtener una gráfica de la variación del módulo elástico dinámico en función de la temperatura y de la frecuencia empleada. Esta técnica es muy sensible y permite medir temperaturas de transición vítrea mejor que la calorimetría diferencial de barrido (DSC). También es adecuada para determinar temperaturas máximas de utilización de materiales termoplásticos. Ensayos Mecánicos. Los ensayos mecánicos permiten la determinación de datos específicos de los termoplásticos (resistencia y módulo elástico) necesarios para su aplicación en el diseño de ingeniería o en el control de calidad. Tracción (UNE 53 023, ASTM D 638, DIN 53455, ISO 527). Determinación del esfuerzo máximo en el punto de fluencia, así como el alargamiento en la rotura, de unas probetas extraídas del tubo o accesorio.Consiste en deformar una probeta haltera, a lo largo de su eje mayor, a velocidad constante y aplicando fuerza hasta su rotura. Las probetas pueden ser
moldeadas por inyección, o mecanizadas a partir de placas moldeadas por compresión. Se les da un acondicionamiento normalizado. Su espesor es alrededor de 3 ó 4 mm. Ambos extremos de la probeta se sujetan fuertemente en las mordazas de una máquina de ensayo (Ilustración 4). Las mordazas se separan a velocidad constante de 1, 2, 5, 10, 10, 50, 100, 200, 500 mm/ min., tirando de la probeta desde ambos extremos. El esfuerzo es registrado gráficamente frente a la deformación (alargamiento). Las propiedades de tracción son la mejor indicación de la resistencia de un material. La fuerza necesaria para tirar la probeta se determina conjuntamente con el alargamiento de rotura. El módulo elástico, es la relación del esfuerzo a la deformación por debajo del límite proporcional del material. Es el dato de tracción más útil, porque las piezas se deberán diseñar de tal manera que los esfuerzos estén por debajo de este valor. Hay un gran beneficio en el alargamiento moderado, pues esta cualidad permite absorber los impactos y choques rápidos. Así, el área total bajo la curva esfuerzo- deformación, es un índice de la tenacidad global del material. Un material con una resistencia a la tracción muy alta y poco alargamiento será quebradizo. Para medir el alargamiento con precisión se necesita un dispositivo electrónico (extensómetro) de medición fina del mismo, sobre todo para determinar el módulo de elasticidad. Si la longitud de la probeta sufre un estiramiento muy considerable (>50 mm), como puede ser en el caso de termoplásticosbiorientados o láminas blandas, basta con medir la variación de distancia entre mordazas para determinar el alargamiento. Flexión (UNE 53022, DIN 53452, ASTM D 790, ISO 178). Las probetas se fabrican por prensado o inyección. Son rectangulares. Ésta se coloca en un equipo similar al empleado en el ensayo de tracción, pero que dispone de dos soportes distanciados entre sí de 16 x espesor (mm). Se aplica
Consiste en determinar la masa por unidad de volumen, normalmente se expresa en g/cc. Las normas describen hasta cuatro métodos para determinar esta magnitud. Los más sencillos son mediante empuje hidrostático y mediante picnómetro. En ambos casos, el material necesario es muy corriente (balanza y picnómetro). Absorción de Agua (UNE 53028, DIN 53495, ISO 62). Determinación de la capacidad de absorción de agua por m^2 , de tubos y accesorios de PVC.Consiste en cuantificar el agua retenida por el termoplástico en condiciones normalizadas. Es una prueba muy sencilla que sólo precisa de una balanza y un baño termostático. Se expresa en mg o en % y se suele hacer por inmersión de las probetas a 23º C durante 24 h aunque también pueden realizarse ensayos a largo plazo para representar la absorción de agua en función del tiempo de inmersión, o del tiempo hasta saturación. Por contacto con el agua o por acción de la humedad del ambiente, las piezas de plástico absorben agua en una cantidad que depende en gran manera de la estructura y composición del plástico. Los plásticos polares como la PA absorben mucha humedad; en cambio, los no polares como el PE, PP, PS Y PTFE muy poca. La velocidad con que se absorbe el agua depende en gran medida de la relación superficie/ volumen de la pieza. Por ello los ensayos comparativos deberán efectuarse con probetas de medidas exactas e idénticas. La absorción de agua implica una alteración de las características de la pieza o del material. En general se reducen la resistencia y la dureza, aumentando la tenacidad. El aspecto puede resultar perjudicado por la aparición de zonas mates o lechosas. Empeoran las características dieléctricas. La absorción de agua puede significar también hinchamiento y alteración de las dimensiones. Dureza Shore (UNE 53130, ASTM D 2240, ISO 868).
Consiste en evaluar la dureza superficial del material midiendo la profundidad que alcanza una punta de acero normalizada cuando se presiona contra el material. Se puede medir con instrumentos simples como por ejemplo el durómetro. La superficie de apoyo y de la muestra deberán ser lisas y de caras paralelas. El durómetro se coloca sobre la muestra con paralelismo de caras con ayuda de un dispositivo apropiado. La presión aplicada por estos aparatos es de 12,5 N en la Shore A y de 50 N en la Shore D. El método Shore A se aplica a plásticos blandos, por ejemplo PVC plastificado. El método Shore D se emplea para plásticos más duros. La dureza Shore se expresa en unidades de Shore A o D. Son posibles deferencias de 2-3 unidades Shore. Es muy importante realizar la medida siempre al mismo tiempo, 3 ó 15 s. Contenido en Materiales Volatites. (UNE 53090, UNE53269, ASTM D 2584). Permite cuantificar el contenido en cenizas de los materiales. Consiste en determinar la variación de masa experimentada por el material al someterlo a calcinación.Para realizar el ensayo se introduce un crisol con la muestra en el interior de horno mufla a 600º C y se mantiene hasta pesada constante. Debido a la sencillez de sus medios (horno mufla , balanza, mechero) y la información suministrada (contenido en refuerzo o en carga inorgánica) se emplea frecuentemente en el control de calidad de materiales. Ensayos de Aspecto. Este conjunto de ensayos merece un apartado especial debido a la gran importancia que tienen especialmente en piezas decorativas o simplemente exteriores. En estos casos se hace fundamental que el color y el brillo de la pieza sean idénticos a las del resto del equipo.Otro problema relacionado con el aspecto es cuantificar cuándo y cómo va a deteriorarse el aspecto de pieza con el uso.
