El policloruro de vinilo (PVC) es un termoplástico familiar y versátil especialmente conocido como un material de tuberías y conexiones utilizado para aplicaciones residenciales y comerciales de plomería (fontanería).
En la misma familia de termoplásticos que el PVC, se encuentra policloruro de vinilo clorado (CPVC).
El CPVC, aunque es similar al PVC en su nombre y en los tipos de productos disponibles, muestra una resistencia superior al calor y a la presión, lo que le permite ser utilizado en aplicaciones industriales más exigentes.
La diferencia en la resistencia al calor y la presión proviene de la composición molecular de cada material.
Composición Molecular del CPVC y el PVC
El CPVC es un homopolímero que se ha sometido a una reacción de cloración. Típicamente, el cloro y el PVC reaccionan mediante un mecanismo de radical libre básico, el cual puede ser iniciado por energía térmica y/o UV.
En EL PVC, un átomo de cloro ocupa el 25 por ciento de los sitios de enlace en la estructura de carbono, y los sitios restantes se llenan con hidrógeno.
El CPVC difiere del PVC en que aproximadamente el 40 por ciento de los sitios de enlace en la estructura se llenan con átomos de cloro. Los átomos de cloro que rodean la estructura de carbono del CPVC son lo suficientemente grandes como para proteger su cadena de carbono de las condiciones que a menudo debilitan otros termoplásticos.
El contenido de cloro del PVC base se puede aumentar de 56.7 por ciento en masa a tanto como 74 por ciento en masa, aunque típicamente la mayoría de las resinas comerciales de CPVC contienen de 63 a 69 por ciento en masa de cloro.
Diagrama de CPVC (izquierda) a un nivel molecular comparado con PVC (derecha). Las esferas rojas representan los elementos de cloro.
Propiedades de Desempeño: CPVC frente a PVC
Muchas características importantes del CPVC y el PVC son consistentes entre los materiales. Y de otras maneras, principalmente la temperatura y la resistencia a la presión, las diferencias moleculares del CPVC vuelven sus características basales superiores a las del PVC.
Resistencia Química
Los termoplásticos están creciendo en popularidad, a menudo como una alternativa a los materiales de metal tradicionales. El mercado de PVC, por ejemplo, que fue valorado en $ 57 mil millones en el año 2015, se espera que alcance casi $ 79 mil millones para el año 2021.
A diferencia de los metales, los cuales son susceptibles a corrosión, formación de sarro y picaduras, el PVC y el CPVC son inherentemente inertes a la mayoría de los ácidos, bases y sales, así como a los hidrocarburos alifáticos. Esto puede prolongar su vida útil a menudo durante años o décadas más. La resistencia química es una clara ventaja tanto para el CPVC como para el PVC.
Sin embargo, debido a la diferencia en el contenido de cloro, cada material tiene una ventaja exclusiva. Un ejemplo es con mayores concentraciones de ácido sulfúrico. Suponiendo que el material está fabricado por expertos, el CPVC es superior al PVC. Alternativamente, un químico como el amoníaco es altamente reactivo con el cloro. El mayor contenido de cloro del CPVC significa que el PVC en realidad tiene un mejor desempeño contra el amoníaco y la mayoría de las aminas.
Antes de especificar el CPVC, consulte una tabla de compatibilidad química y póngase en contacto con el servicio de soporte técnico para asegurarse de que sea adecuado para su aplicación.
Este gráfico muestra la resistencia química del CPVC para su uso con diferentes grupos químicos. Para la compatibilidad química del CPVC Corzan® con más de 400 químicos, consulte los Datos de Resistencia Química del CPVC Corzan.
Resistencia a la Temperatura
La temperatura de transición vítrea (Tg) aumenta a medida que aumenta el contenido de cloro en el CPVC. La Tg es el punto donde el polímero pasa de ser un material duro y vítreo a ser una sustancia blanda y gomosa, perdiendo su integridad estructural.
La resistencia superior a la temperatura del CPVC se muestra en las normas ASTM para cada material, ya que la temperatura máxima de servicio para el PVC es de hasta 140°F (6°C) y para el CPVC es de hasta 200°F (93.3°C). Nota: asegúrese de consultar con el fabricante para verificar las capacidades operativas individuales de su producto.
No solo se puede usar el CPVC por encima de la temperatura máxima de servicio del PVC, sino que su mayor resistencia a la temperatura le permite funcionar mejor a temperaturas dentro del rango de trabajo del PVC. Por ejemplo, incluso por debajo de 140°F (60°C), el CPVC es superior al PVC en términos de resistencia al impacto y resistencia a la tracción.
Resistencia a la Presión
La prueba de tuberías de CPVC y PVC tiene la misma clasificación de presión a 73°F (22.8°C), pero a medida que aumenta la temperatura, el CPVC mantiene su clasificación de presión mejor que el PVC.
Por ejemplo, calculemos la clasificación de presión para la tubería Cédula 80 de 10 pulgadas a 130°F (54.4°C) tanto para PVC como para CPVC. Tenga en cuenta que cada material tiene una presión clasificada en 230 psi a 73°F (22.8°C).
- El PVC tiene un factor de degradación de 0.31 a 130°F (54.4°C), por lo que tiene una clasificación de presión de hasta 71.3 psi a esa temperatura (230 psi x 0.31 = 71.3 psi).
- El CPVC tiene un factor de degradación de 0,57 a 130°F (54.4°C), por lo que tiene una clasificación de presión nominal 131.1 psi a esa temperatura (230 psi x 0.57 = 131.1 psi).
Aunque el PVC aún se puede especificar para aplicaciones a 130°F (54.4°C), el material puede soportar una presión significativamente menor a temperaturas elevadas (las que superan los 73°F o 22.8°C) que el CPVC.
Este gráfico muestra que el CPVC mantiene una clasificación de presión superior que el PVC a medida que la temperatura aumenta. Arriba de 140°F (60°C), el PVC supera su temperatura de trabajo máxima.
Desempeño en el Fuego
Los termoplásticos, tales como el polipropileno y el polietileno, a menudo otorgan a todos los termoplásticos una reputación negativa en lo que se refiere al desempeño en el fuego. Sin embargo, la susceptibilidad a la quema y la fusión no aplica para todos los termoplásticos.
El CPVC industrial, específicamente, está diseñado para limitar la inflamabilidad y la producción de humos. Específicamente, existen pruebas de ASTM que miden los siguientes puntos en el material:
Temperatura de ignición flash: la temperatura más baja a la que se puede encender suficiente gas combustible mediante una llama externa pequeña. El CPVC Corzan debe estar a 900°F (482°C) para que esto ocurra, y el PVC rígido debe estar a 750°F (399°C).
Índice Límite del Oxígeno (LOI): El porcentaje de oxígeno necesario en la atmósfera circundante para sostener una llama. El LOI del CPVC Corzan es 60 y del PVC es 45. Para referencia, la atmósfera de la tierra es 21% oxígeno.
Tipos Comunes de Productos de CPVC y PVC
Tanto la resina de PVC como la de CPVC comienzan en forma de polvo o de gránulos, a menudo con los aditivos ya mezclados. La resina se conforma o moldea en los productos utilizados para uso residencial, comercial e industrial.
Se utilizan dos métodos principales de moldeo para PVC y CPVC.
- Moldeo por inyección: Para la producción a gran volumen, el moldeo por inyección es un proceso fácilmente repetible. La resina se introduce en un barril caliente, se inyecta desde ese punto de entrada a través de la herramienta de moldeo y luego se enfría para endurecerlo.
- Extrusión: También un proceso para productos de alto volumen, la extrusión comienza cuando la resina se introduce en la parte superior de la máquina. La materia prima se derrite gradualmente a través de la energía mecánica de un tornillo de giro y por los calentadores a lo largo del barril. Luego se forma en un perfil continuo y se enfría para endurecerse.
Tubería, Conexiones y Válvulas: Un informe del mercado de PVC de 2016 encontró que las tuberías y conexiones representan el 62% de los ingresos de PVC. La facilidad de instalación y la resistencia a la corrosión lo convierten en un reemplazo valioso para materiales alternativos. El CPVC comúnmente se especifica como tuberías, conexiones y válvulas en donde el calor, la presión y la resistencia química son puntos de preocupación.
Ductería: Con las crecientes regulaciones de emisión de aire, la necesidad de sistemas de manejo de humos confiables, especialmente en entornos corrosivos, está creciendo rápidamente. Dependiendo de las demandas, principalmente de temperatura, tanto el PVC como el CPVC se especifican en donde la fiabilidad es necesaria.
Lámina y Revestimiento: La excelente resistencia a la corrosión y el desempeño en el fuego del CPVC se pueden aplicar a diversas aplicaciones industriales y se puede envolver con plástico reforzado con fibra (FRP). Y, cuando la lámina o el revestimiento enfrenten menos exigencias de temperatura y presión, se puede especificar el PVC.
Otros tipos de productos: A menudo comenzando con láminas de CPVC o PVC como base, los fabricantes pueden cortar y formar el material para su uso en una variedad de aplicaciones.
Aplicaciones del PVC y el CPVC
El valor del PVC y el CPVC yace en su versatilidad, costo relativo, facilidad de instalación y resistencia a la corrosión. Con estas ventajas en mente, los usos comunes para cada uno difieren dependiendo de las demandas de la aplicación.
Usos del PVC
El PVC es un material confiable y de bajo costo que también se puede instalar sin el uso de soldadores expertos y costosos. A nivel mundial, más del 50% de la resina de PVC se fabrica para su uso en la construcción.
Agua: TLa resistencia a la corrosión relativa y el bajo costo hacen que el PVC sea la elección popular en aplicaciones de plomería (fontanería) a baja temperatura y presión.
- Agua potable
- Alcantarillado para tormentas
- Alcantarillado sanitario
- Drenaje
Vivienda: La lámina de PVC se puede fabricar para reemplazar otros materiales, tales como la madera, como un sustituto liviano y resistente. El material a menudo se pinta o termina para dar el aspecto de otros materiales tradicionales.
- Revestimiento de vinilo
- Marcos de ventana
- Alféizares de ventanas
- Acabados de gabinete
- Piso
Aislamiento de Cables Eléctricos: Los plastificantes pueden hacer que el PVC sea más suave y más flexible para usarse como aislamiento de cables. Además, el PVC es resistente al fuego y económico.
Señalización: Debido a que el PVC puede ser económico, relativamente duradero y fácil de pintar, las láminas de este material se utilizan comúnmente para la señalización.
Usos del CPVC
Como el CPVC se basa en las virtudes del PVC, se puede utilizar en muchas de las mismas aplicaciones, pero puede ser costoso siendo el PVC económico la alternativa viable.
Sin embargo, cuando una aplicación requiere la resistencia química de un PVC o CPVC, con condiciones exigentes de temperatura y presión, el CPVC es la opción fiable.
Aplicaciones industriales: El CPVC es una solución duradera y libre de problemas para los entornos industriales más difíciles, y a menudo se especifica en una serie de industrias exigentes.
- Procesamiento químico: Transporte confiable de químicos agresivos a altas temperaturas, bajo presión, sin problemas de corrosión.
- Cloro alcalino: Transporte de químicos a través de algunos de los entornos más corrosivos imaginables sin problemas de corrosión.
- Procesamiento de Minerales: Resista las demandas de operaciones de procesamiento de materias primas y preciosas.
- Generación de Energía: Soporte a largo plazo de las altas presiones y los químicos corrosivos comúnmente utilizados por las plantas de energía.
- Semiconductor: Cumpla con los estándares de alta pureza para cuartos limpios y elimine los problemas de corrosión causada por químicos agresivos.
- Tratamiento de Aguas Residuales: Ponga fin a la corrosión, incluso cuando transporte los químicos de desinfección más agresivos.
Plomería (fontanería) Residencial y Comercial: Para aplicaciones de plomería (fontanería) que requieren mayor fiabilidad de temperatura y presión, el CPVC proporciona un sistema seguro, eficiente y flexible resistente a la formación de sarro, picaduras y acumulación de bacterias, independientemente del pH del agua o los niveles de cloro.
- Hospedaje: Restaurantes y edificios de oficinas de poca altura.
- Venta al por menor: Edificios de oficinas de mediana altura y centros comerciales.
- Educación: Escuelas K-12, así como colegios y universidades.
- Cuidado de la Salud: Hospitales, clínicas médicas y complejos médicos.
- Multi-Familiares: Estructuras de seis pisos o menos, incluidos apartamentos, condominios, hoteles y moteles.
- Gran Altura: Departamentos, condominios y hoteles que abarcan siete pisos o más.
Rociadores Contra Incendios Residenciales y Comerciales: La resistencia al fuego y al humo del CPVC, junto con su método de unión simple, lo hacen ideal para diferentes aplicaciones de vivienda.
- Vivienda unifamiliar (NFPA 13D): Viviendas independientes, casas móviles.
- Residencial (NFPA 13R): Estructuras de cuatro pisos o menos, incluidos condominios, hoteles o moteles y edificios de departamentos de múltiples unidades.
- Residencial Comercial (NFPA 13): Estructuras de cinco pisos y más, incluyendo de gran altura, condominios, hoteles y edificios de unidades múltiples.
¿Cómo se Compara el CPVC con los Materiales de Tubería de Metal?
Para ciertas aplicaciones, el PVC y el CPVC se especifican comúnmente para reemplazar el metal. Revise nuestro artículo de recursos, Sistemas de Tuberías de Metal en Comparación con CPVC, para conocer más sobre cómo el CPVC supera a las alternativas de metal.