Cómo surgió un nuevo mercado final nacional para el HDPE

Michael Pluimer de Crossroad Engineering Services recopila datos sobre el rendimiento de la tubería corrugada de HDPE reciclado en el sureste de Pensilvania. | Cortesía de Advanced Drainage Systems (ADS).

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La luz verde de un grupo para usar HDPE reciclado en tuberías de drenaje de carreteras abre un mercado potencialmente enorme para el plástico recuperado. Los funcionarios explicaron recientemente el trabajo que impulsó la decisión.

La Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Autopistas y Transporte (AASHTO), un grupo cuyos miembros incluyen departamentos estatales de transporte (DOT), aprobó el año pasado una nueva especificación para tuberías corrugadas de HDPE utilizadas en carreteras y vías férreas. Con un tamaño que varía de 4 a 60 pulgadas de diámetro, las tuberías negras, durante décadas, se han fabricado con plástico virgen, como lo exigen las especificaciones.

El HDPE reciclado ya se usaba en tuberías que atienden las necesidades de drenaje pluvial de propiedades privadas. La nueva especificación M 294 R elimina un obstáculo que impide que los DOT compren tuberías de HDPE posconsumo y posindustriales para usar en proyectos de carreteras y bajo otros derechos de paso públicos.

"Realmente sentimos que va a cambiar las reglas del juego tanto para la industria como para los estados porque, francamente, es una forma mucho más sostenible de producir y fabricar tuberías", dijo Michael Pluimer, propietario de Crossroad Engineering Services y profesor asistente. en la Universidad de Minnesota-Duluth. "Creo que es algo de lo que los estados se beneficiarán enormemente".

Pluimer, quien probó la durabilidad y la vida útil de las tuberías con contenido reciclado, habló en un seminario web reciente copatrocinado por el Consejo de Reciclaje del Noreste (NERC) en colaboración con la Asociación de Recicladores de Plástico (APR). (APR es propietaria de Resource Recycling, Inc., editor de Plastics Recycling Update).

Otros oradores fueron Liz Bedard de APR, Ryan Fragapane de AASHTO y Joe Babcanec del fabricante de tuberías Advanced Drainage Systems (ADS).

Pluimer participó en la investigación de la durabilidad de las tuberías de HDPE recicladas, incluido el trabajo que se realizó como parte de su disertación, publicada en 2016. El Programa de Investigación de Carreteras Cooperativas Nacionales proporcionó $ 950,000 para financiar dos esfuerzos de investigación, y la Autoridad de Tránsito del Sudeste de Pensilvania patrocinó el proyecto de Pluimer. trabajo de tesis en la Universidad de Villanova, dijo.

Cuando se trata de fallas de estas tuberías, que se utilizan en alcantarillas pluviales y alcantarillas, la principal preocupación son las roturas que ocurren cuando la tubería está bajo una cantidad de estrés baja o media durante un período prolongado, dijo Pluimer. Para probar tuberías de plástico virgen, se muesca una muestra de plástico antes de que se caliente y se someta a tensión, un procedimiento que se denomina oficialmente prueba de tensión de ligamento constante con muescas (NCLS).

Pero esa prueba no proporciona información sobre cómo la contaminación afecta el agrietamiento por tensión, por lo que desarrollaron un procedimiento de prueba para muestras de plástico sin muescas, llamado prueba de tensión de ligamento constante sin muescas (UCLS). Utilizando este procedimiento, probaron muestras de plástico con contenido reciclado en tres condiciones diferentes: 80 grados (todas las temperaturas Celsius) a 650 libras por pulgada cuadrada (PSI), 80 grados a 450 PSI y 70 grados a 650 PSI.

Los datos permitieron a Pluimer desarrollar un modelo de cuánto tiempo durarían diferentes tuberías en el campo. Descubrió que una tubería con un 98% de PCR por debajo de 500 PSI a unos 23 grados duraría más de 100 años, dijo Pluimer.

A continuación, dirigió experimentos para probar la precisión del modelo matemático poniendo enormes cantidades de estrés en las tuberías de HDPE reciclado. Ese trabajo involucró dos métodos de prueba diferentes: usar equipo de laboratorio especialmente diseñado para poner 1,637 PSI en la tubería y, por separado, enterrar una sección de tubería y colocar bloques de concreto en el suelo, generando 1,528 PSI. En todos los casos, cuando el modelo indicó que la tubería fallaría, lo hizo, y cuando el modelo mostró que no lo haría, no lo hizo.

"Entonces, básicamente, obtuvimos nueve de nueve en cada tubería que se probó; coincidió con nuestros resultados previstos en el modelo", dijo Pluimer.

Además, se realizó un estudio de tres años para evaluar el desempeño de las tuberías con contenido reciclado enterradas a solo dos pies debajo de las vías del tren, dijo. El proyecto probó secciones con contenido tanto virgen como reciclado, instalando medidores para registrar los impactos de la tensión en los productos.

"Se desempeñaron prácticamente de manera idéntica durante toda la duración de la prueba", dijo.

AASHTO aprobó, y en junio de 2018 publicó, un estándar M 294 revisado que permite el HDPE reciclado en las tuberías. Sin embargo, se requieren pruebas periódicas adicionales para la versión de plástico reciclado, que incluyen una prueba de tiempo de inducción de oxidación, prueba de alargamiento a la rotura y la prueba UCLS desarrollada por Pluimer.

El Programa Nacional de Evaluación de Productos de Transporte (NTPEP, por sus siglas en inglés) de AASHTO audita a los fabricantes y garantiza que las pruebas de tuberías requeridas se realicen de manera continua. Fragapane, gerente asociado del programa de NTPEP, dijo que los auditores del programa inspeccionan a los productores de tuberías, examinando el papeleo, las líneas de producción y los patios de almacenamiento. Los fabricantes deben poder rastrear el plástico desde las materias primas que ingresan a la instalación hasta las tuberías terminadas.

Los auditores también seleccionan muestras de tubería para que las prueben laboratorios externos, que examinan el contenido de carbono, el diámetro interior, el grosor del revestimiento, la rigidez/aplanamiento, la fragilidad, las marcas, las perforaciones, el tiempo de inducción a la oxidación, el alargamiento a la rotura y el índice de densidad de fusión. Esos laboratorios también ejecutan las pruebas NCLS y UCLS, que implican aplicar calor y tensión para ver cuándo se rompe el plástico. NTPEP coloca los resultados de las pruebas junto a los resultados de las pruebas de los propios fabricantes y comparte los datos con los DOT estatales.

NTPEP emite un certificado de autenticación a las instalaciones que producen tuberías que cumplen con las normas, dijo Fragapane. Mostró una muestra de un certificado emitido a Advanced Drainage Systems (ADS).

ADS es propietaria de Green Line Polymers, que tiene ocho instalaciones de reciclaje en EE. UU. que procesan un total de aproximadamente 255 millones de libras de HDPE posconsumo (incluidos productos comerciales e industriales que se usaron y desecharon) y 170 millones de libras de HDPE posindustrial cada año, dijo Babcanec, gerente nacional del programa de ingeniería de ADS.

ADS estima que aproximadamente una cuarta parte de todo el HDPE pigmentado de EE. UU. recolectado en la acera se recicla en productos de drenaje ADS, dijo Babcanec.

Cuando se trataba de desarrollar una tubería M 294 con contenido reciclado, ADS descubrió que la combinación de diferentes materias primas es clave para garantizar que la tubería cumpla con las especificaciones de AASHTO, porque el material posconsumo se desempeña bastante mal por sí solo, dijo Babcanec. Por otro lado, el material posconsumo es al menos consistente en su rendimiento, lo que facilita que Green Line formule mezclas con éxito.

La mezcla ocurre en dos etapas, las cuales son importantes para mejorar las propiedades de las tuberías terminadas. Green Line realiza "mezclas de sal y pimienta" o mezcla mecánica de hojuelas de fuentes post-consumo y post-industriales. Luego, para homogeneizar aún más el plástico, Green Line lo derrite y peletiza, dijo Babcanec. Debido a que las tapas de PP en las botellas de HDPE son difíciles de clasificar, la contaminación por PP es un problema importante. Pero el PP y el HDPE se derriten a diferentes temperaturas, lo que significa que Green Line puede eliminar el PP antes de peletizar el HDPE.

A través de las pruebas, que se realizaron con Battelle Laboratories, ADS desarrolló una tubería M 294 R compuesta de 80,5 % de HDPE reciclado, 15 % de HDPE virgen de alto peso molecular y un paquete de aditivos de 4,5 %, dijo Babcanec. El HDPE de alto peso molecular aumentó aún más la resistencia al agrietamiento por tensión en las tuberías durante las pruebas NCLS y UCLS, señaló.

De acuerdo con un documento de NERC-APR, las siguientes empresas ahora están produciendo tuberías M 294 con HDPE posconsumo: Advanced Drainage Systems (ADS), Crumpler Plastic Pipe, Fratco, Haviland Drainage Products, Lane Enterprises, Prinsco y Timewell.

Bedard, director del Programa de Olefinas/Rígidos de APR, enfatizó la importancia de la nueva especificación para impulsar la demanda interna de HDPE recuperado. APR, con la asistencia de NERC, planea emprender otras actividades para apoyar el esfuerzo, incluida la creación de un directorio de fabricantes de tuberías, la publicación de estudios de casos, la realización de otras actividades de educación y extensión, y la medición del impacto del proyecto en el mercado.

Babcanec señaló que la especificación permite a los fabricantes reciclar envases de un solo uso en un producto duradero con una larga vida. Y ese producto es muy adecuado para material de desecho porque el color no importa (de todos modos, todo se tiñe de negro para mejorar la resistencia a los rayos UV del producto) y los olores no son una preocupación.

"Estamos tomando... plásticos de un solo uso que tal vez, como máximo, tengan una vida útil de seis meses y literalmente los estamos convirtiendo en un producto que durará más de 100 años", dijo Babcanec. "Creo que es algo de lo que todos pueden estar orgullosos".

Cuando se le preguntó acerca de las diferencias de precios entre la tubería M 294 virgen y la reciclada, Babcanec dijo que los precios son similares, si no iguales. Señaló que ADS y otros fabricantes tienen que realizar más pruebas en la tubería con contenido reciclado. Pero Babcanec también dijo que el plástico reciclado brinda la capacidad de garantizar un suministro constante de materia prima, lo cual es importante en situaciones como el huracán Harvey, que interrumpió la disponibilidad de plástico virgen de las plantas de la Costa del Golfo.

Pluimer dijo que cree que habrá algunos flujos y reflujos con respecto a los precios, pero algunos estados están dispuestos a pagar más por las tuberías de plástico reciclado.

"Hay algunos estados que vemos que quieren o están interesados ​​en pagar una prima por los materiales fabricados con contenido reciclado solo por el beneficio desde el punto de vista de la sostenibilidad", dijo.

Este artículo se ha corregido para indicar que ADS desarrolló una tubería M 294 R con un paquete de aditivos del 4,5 %. Debido a un error tipográfico, el artículo indicaba previamente el porcentaje incorrecto de aditivo en el producto.

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