2.- Consideraciones del material - THYSSEN Plastic Solutions
2.- Consideraciones del material - THYSSEN Plastic Solutions
2.- Consideraciones del material - THYSSEN Plastic Solutions
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Indice<br />
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1.- Introducción.<br />
<strong>2.</strong>- <strong>Consideraciones</strong> <strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />
<strong>2.</strong>1 Ventajas.<br />
<strong>2.</strong>2 Propiedades físicas <strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />
<strong>2.</strong>3 Propiedades químicas <strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />
3.- Cálculo Hidráulico.<br />
3.1 Para tuberías HDPE trabajando en presión.<br />
3.2 Tuberías HDPE trabajando como acueducto.<br />
3.3 Verificación <strong>del</strong> desgaste por abrasión.<br />
3.4 Cálculo para prevenir deformaciones en tuberías enterradas<br />
4.- Dimensiones de las tuberías.<br />
5.- Sistemas de unión.<br />
5.1 Unión por termofusión.<br />
5.2 Unión por electrofusión.<br />
5.3 unión por compresión.<br />
6.- Piezas especiales<br />
6.1 Fitting HDPE<br />
6.2 Accesorios para unión por compresión<br />
6.3 Presentación y forma de entrega.<br />
7.- Normas y consideraciones para diseño con tuberías HDPE<br />
7.1 Normas y control de calidad<br />
7.2 Comportamiento en función <strong>del</strong> tiempo y temeratura<br />
7.3 Comport. en función de tiempo, temperatura y tensiones.<br />
8.- Técnicas de Instalación<br />
8.1 Suministro de las tuberías.<br />
8.2 transporte interno y acopio.<br />
8.3 Instalación en zanjas.<br />
8.4 Instalaciones aéreas o superficiales<br />
9.- Principales aplicaciones en tuberías HDPE<br />
Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong><br />
Ruta Nac. Nº 148 - Km. 716<br />
Villa Mercedes (S. Luis) Argentina<br />
Tel: (54) 02657 445700 (Rot.) / Fax: 445705<br />
e-mail: comercial@thyssenplastic.com<br />
1
1.- Introducción<br />
2<br />
.<br />
<strong>THYSSEN</strong> PLASTIC SOLUTIONS opera bajo la directa conducción <strong>del</strong> Conde Claudio Gabriel Ladislao Zichy<br />
Thyssen, perteneciente a una familia de amplia tradición industrial, con inversiones en diversas partes <strong>del</strong> mundo.<br />
<strong>THYSSEN</strong> PLASTIC SOLUTIONS produce tubos por extrusión de resina de polietileno, bajo la misma filosofía de<br />
Calidad y Satisfacción al cliente que identifica a todas las empresas <strong>del</strong> grupo.<br />
La industria petroquímica ha desarrollado desde 1933 los métodos de obtención de ésta resina termoplástica a partir de la<br />
polimerización <strong>del</strong> etileno. Esta evolución ha sido contínua, sin embargo, ciertos desarrollos produjeron fuertes impactos en<br />
el mercado, como el PE63 a mediados de los 70, el PE80 en la década <strong>del</strong> 80 y finalmente, la tercera generación denominada<br />
PE100.<br />
Estas familias definen estrictas características técnicas para el <strong>material</strong> independientemente de la marca comercial<br />
<strong>del</strong> polietileno. Una de las principales fortalezas de la empresa es su compromiso por utilizar siempre materias primas de<br />
la más alta calidad disponible en el mercado mundial. Los tubos TPS son fabricados en polietileno PE80 y PE100, con tecnología<br />
única en sudamérica y materias primas provistas por empresas líderes.<br />
Esta combinación garantiza máxima elasticidad y flexibilidad, junto con una excepcional resistencia mecánica, química y térmica<br />
a sus productos.<br />
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Este catálogo presenta las informaciones básicas para el proyecto, uso e instalación de las<br />
tuberías y fittings HDPE
<strong>2.</strong>- <strong>Consideraciones</strong> <strong>del</strong> <strong>material</strong><br />
<strong>2.</strong>1 VENTAJAS<br />
Las tuberías y fittings HDPE superan largamente en muchas<br />
condiciones de uso a las tuberías de acero, hierro fundido,<br />
asbesto-cemento, fibra-vidrio, etc. debido a:<br />
• Gran resistencia a los agentes corrosivos.<br />
• Gran resistencia a los fluídos químicos.<br />
• Insensibilidad a la congelación.<br />
• Escasa pérdida de carga por roce.<br />
• Atoxicidad.<br />
• Bajo efecto de incrustación.<br />
• Alta resistencia a la abrasión.<br />
• Fácil de transporte por su bajo peso.<br />
• Flexibilidad.<br />
• Gran resistencia y estabilidad frente a la radiación<br />
ultravioleta.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>- PROPIEDADES FÍSICAS DEL MATERIAL<br />
3
<strong>2.</strong>3.- PROPIEDADES QUIMICAS<br />
Las tuberías HDPE poseen excelentes propiedades químicas;<br />
el <strong>material</strong> es insoluble en todos los solventes orgánicos<br />
e inorgánicos; sólo es atacado a temperatura ambiente<br />
y en el transcurso <strong>del</strong> tiempo por oxidantes muy fuertes<br />
(H 2 SO 4 conc, HNO 3 conc., agua regia).<br />
Los halógenos en estado libre (cloro, bromo, etc), a temperatura<br />
ambiente forman polietileno halogenado con desprendimiento<br />
de haluro de hidrógeno. La estructura <strong>del</strong> <strong>material</strong><br />
no queda destruída pero cambian las propiedades físicas y<br />
químicas.<br />
Otros elementos que no deben ser transportados en tuberías<br />
HDPE son: Tetracloruro de Carbono, Flúor, Ozono,<br />
Trióxido Sulfuro, Cloruro de Thyonil, Tuoleno, Xileno,<br />
Tricloroetileno).<br />
TABLA DE RESISTENCIA A LOS AGENTES QUÍMICOS<br />
Los resultados que facilitamos a continuación se obtuvieron después de 55 días, en probetas de 50 x 25 x 1 mm.<br />
Signos:<br />
X : Resistente Hinchamiento 50%<br />
D : Dcoloración<br />
La tabla indica todas las medidas y presiones para tubos de polietileno en PE 100 y PE 80, un factor de seguridad 1 : 254<br />
MEDIO 20ºC 60ºC<br />
Aceite de coco X /<br />
Aceite de linaza X X<br />
Aceite de parafina X X<br />
Aceite de sem. Maiz X /<br />
Aceite de silicona X X<br />
Aceite Diesel X /<br />
Aceite para husos X /<br />
Aceite p/transform. X /<br />
Aceite etéreo / /<br />
Aceites minerales X X<br />
Aceites vegetales X X<br />
Aceites animales X X<br />
Acetaldehido, gas X /<br />
Acetato de amilo X X<br />
Acetato de butilo X /<br />
Acetato de etilo / -<br />
Acetato de plomo X X<br />
Acetona X X<br />
Acido acético 10% X X<br />
Acido acético glacial X / D<br />
Acido adipínico X X<br />
Acido benzoico X X<br />
Acido benzosulfónico X X<br />
Acido Bórico X X<br />
Acido bromhídrico 50% X X<br />
Acido butírico X /<br />
Acido carbónico X X<br />
Acido cianhídrico X X<br />
Acido cítrico X X<br />
Acido clorhídrico X X<br />
Acido clorhídrico gas X X<br />
Acido cloroacético (mono) X X<br />
Acido clorosulfonico - -<br />
Acido crómico 80% X - D<br />
4<br />
MEDIO 20ºC 60ºC<br />
Acido dicloroacético 50% X X<br />
Acido dicloroacético 100% X / D<br />
Acido esteárico X /<br />
Acido fluorhídrico 40% X /<br />
Acido fluorhídrico 70% X /<br />
Acido fluosilísico C 6 X /<br />
Acrilonitrilo X X<br />
Agua de cloro (desinfecc) X<br />
Agua de mar X X<br />
Agua oxigenada 30% X X<br />
Agua oxigenada 100% X X<br />
Agua regia - -<br />
Alcanfor X /<br />
Alcohol alílico X X<br />
Alcohol bencílico X X<br />
Alcohol etílico X X<br />
Alcohol furfurílico X X<br />
Almidón X X<br />
Alumbre X X<br />
Amoníaco gaseoso 100% X X<br />
Amoníaco líquido 100% X X<br />
Anhidrido acético X / D<br />
Anhídrido sulfúrico - -<br />
Anhídrido sulfuroso húmedo X X<br />
Anhídrido sulfuroso seco X X<br />
Anilina pura X X<br />
Anisol / -<br />
Azufre X X<br />
Benceno / /<br />
Benzoato sódico X X<br />
Bicromato potásico 40% X X
MEDIO 20ºC 60ºC<br />
Borato potásico acuoso 1% X X<br />
Bórax (cualquier conc.) X X<br />
Bromato potásico 10% X X<br />
Bromo - -<br />
Bromuro potásico X X<br />
Butanol X X<br />
Butanotriol X X<br />
Butilglicol X X<br />
Butoxilo X /<br />
Carbonato sódico X X<br />
Cera de Abejas X /<br />
Cerveza X X<br />
Cetonas X X<br />
Cianuro potásico X X<br />
Ciclohexano X X<br />
Ciclohexanol X X<br />
Ciclohexanona X /<br />
Clorhidrina de glicerina X X<br />
Clorito sódico 50% X /<br />
Clorobenceno / -<br />
Cloroetanol X X D<br />
Cloroformo / -<br />
Cloro gaseoso húmedo / -<br />
Cloro gaseoso seco / -<br />
Cloro líquido - -<br />
Cloruro amónico X X<br />
Cloruro de aluminio anh. X X<br />
Cloruro de bario X X<br />
Cloruro de calcio X X<br />
Cloruro de cinc X X<br />
Cloruro de etileno X X<br />
Cloruro de Hg (sublim) X X<br />
Cloruro de metileno / /<br />
Cloruro de sulfurilo -<br />
Cloruro tionilo - -<br />
Cloruro férrico X X<br />
Cloruro magnésico X X<br />
Cloruro potásico X X<br />
Cloruro sódico X X<br />
Creosota X X D<br />
Cresol X X D<br />
Cromato potásico 40% X<br />
Decahidronaftalina X /<br />
Detergente Sintético X X<br />
Dextrina acuosa 18% X X<br />
Dibutileter X -<br />
Diclorobenceno / -<br />
Dicloroetano / /<br />
Dicloroetileno / /<br />
Dietileter X /<br />
Disobutilcetona X /<br />
Dimetilformamida X X<br />
Dioxano X X<br />
Emulsionantes X X<br />
Esencia de trementina X /<br />
Espermaceti X /<br />
Esteres alifáticos X X<br />
Ester etílico monocloroac. X X<br />
MEDIO 20ºC 60ºC<br />
Ester metílico dicloroacet. X X<br />
Ester metílico monocloroac. X X<br />
Eter X /<br />
Eter ede petróleo X /<br />
Eter isopropílico X -<br />
Etilendiamina X X<br />
Etilglicol X X<br />
Etilhexanol X X<br />
Fenol X X D<br />
Flúor - -<br />
Fluorúro amónico
3.- CÁLCULO HIDRÁULICO<br />
Las características de la superficie de las tuberías HDPE y<br />
su resistencia a la corrosión, incrustaciones y sedimentación,<br />
significa que estas tuberías tienen mucho menos pérdida<br />
de carga que las tuberías tradicionales.<br />
La capacidad de desagüe y velocidad de flujo de las tuberías<br />
HDPE, se pueden calcular usando las fórmulas de<br />
Prahdtl - Colebrook, Hazen - Williams o Manning.<br />
Las tuberías HDPE poseen un factor de rugosidad de Darcy<br />
igual a 0,007 mm. El coeficiente de Manning “n” es de 0,009<br />
para agua limpia a temperatura ambiente el alcantarillado.<br />
En tuberías tradicionales se hacen correcciones al valor de<br />
n debido a sedimentaciones y embanques; la naturaleza<br />
antiabrasiva y no polar <strong>del</strong> polietileno minimiza este efecto.<br />
3.1 PARA TUBERÍAS HDPE TRABAJANDO EN PRESIÓN<br />
Para el cálculo <strong>del</strong> caudal en una tubería a sección llena, se<br />
utiliza la fórmula de Hazen - Williams, que tiene la siguiente<br />
expresión:<br />
Donde:<br />
6<br />
Q = 0,2785 C • D 2,63 • J 0,54<br />
Q = Caudal (m3/s)<br />
D = Diámetro interior tubería (m)<br />
J = Pérdida de carga unitaria (m/m)<br />
C = 150<br />
Si se desea obtener la pérdida de carga, ésta se deduce de<br />
la fórmula anterior:<br />
Ejemplo:<br />
J = 10,668 · C -1,85 · Q 1,85 ·D -4,87<br />
Q = 80 l/s = 0.080 m 3 /s<br />
D = 500 mm en clase 6 ==> D interior = 0,4434m<br />
C = 150<br />
J = 10,668 · 150 -1,85 · 0,080 1,85 · 0,4434 -4,87<br />
J = 0,0004955 m/m = 0,496 m/km<br />
V = Q<br />
A =<br />
0.080<br />
! • 0.4434 2 / 4<br />
Los valores obtenidos mediante la fórmula de Hazen-<br />
Williams; también pueden ser determinados al aplicar directamente<br />
el diagrama de la página siguiente.<br />
Cuba termostatizada para ensayos de resistencia de las tuberías sometidas a presión y temperatura
EJEMPLO: Tubería 90 mm DI 79.8 mm, se quiere transportar agua, con un caudal = 3 l/seg. ¿Cuál es la pérdida de<br />
carga?: observando la recta trazada en el nomograma se concluye que es 0.5 m cada 100 m, a una velocidad de 0.6<br />
m/seg.<br />
Una tubería de acero de similar diámetro interior, conduciría el mismo caudal a una velocidad de 0.63 m/seg, con una pérdida<br />
de carga de 1.5 m cada 100 m, es decir 3 veces la pérdida <strong>del</strong> HDPE<br />
8
Las pérdidas de cargo, que se producen por el escurrimiento<br />
a través de singularidades, se pueden convertir en una<br />
longitud equivalente de tubería. Sumándose al largo real de<br />
la tubería con objeto de efectuar un cálculo simplificado de<br />
las pérdidas totales de energía.<br />
En la tabla siguiente se entregan los valores de longitud<br />
equivalentes en función <strong>del</strong> diámetro interior de la pieza<br />
especial.<br />
LONG.<br />
FITTING ESQUEMA EQUIV.<br />
Tee<br />
Codo segmentado 90º<br />
Codo segmentado 60º<br />
Codo segmentado 45º<br />
Y 45º<br />
Válvula Globo<br />
(completamente abierta)<br />
Válvula de ángulo convencional<br />
(completamente abierta)<br />
Válvula de compuerta convencional<br />
(completamente abierta)<br />
Válvula mariposa (completamente abierta)<br />
Válvula Check (completamente abierta)<br />
LL = Boca Llena<br />
P = Flujo Sección parcial<br />
Q P<br />
f Q =<br />
Q LL<br />
f V =<br />
V P<br />
V LL<br />
20 D<br />
50 D<br />
30 D<br />
25 D<br />
18 D<br />
60 D<br />
350 D<br />
180 D<br />
15 D<br />
40 D<br />
100 D<br />
3.2 TUBERÍA HDPE TRABAJANDO COMO ACUEDUCTO<br />
Para el cálculo <strong>del</strong> escurrimiento gravitacional, se utiliza la<br />
fórmula de Manning:<br />
Q = A • R 2/3<br />
n<br />
i<br />
Donde:<br />
Q = Caudal (m3/s)<br />
A = Superficie escurrimiento (m2)<br />
R = Radio hidráulico (R = A/P)<br />
P = Perímetro mojado<br />
i = Pendiente <strong>del</strong> terreno (m/n)<br />
n = Coeficiente de rugosidad de Manning (n = 0,009)<br />
Para el caso de escurrimiento a Boca Llena, R = D/4<br />
(D = Diámetro interior), el ábaco de la página siguiente ilustra<br />
el cálculo hidráulico en esta situación.<br />
Si el escurrimiento es a sección parcial; situación que<br />
generalmente se presenta en el escurrimiento normal:<br />
Para evitar el uso de tales fórmulas, se puede recurrir a la<br />
figura siguiente y el ábaco <strong>del</strong> escurrimiento a Boca Llena.<br />
9
Metodología - Ejemplo<br />
Se desea encontrar la tubería capaz de transportar un caudal<br />
de 70 l/s para una pendiente <strong>del</strong> 5 0/ 00.<br />
Entrando el ábaco de escurrimiento a Boca Llena, con un<br />
diámetro tentativo de 315 mm PN4; se obtiene:<br />
Q LL = 83 l/s, V LL = 1,2 m/s.<br />
Entrando a la figura 6 con f Q =70 / 83 = 0.84, se obtiene<br />
que:<br />
h/D = 0.69 , y f V = 1.12; de acuerdo a lo cual:<br />
Golpe de ariete<br />
V P = 1.34 m/s<br />
Por golpe de ariete, se denomina a la situación de impermanencia<br />
en el tiempo, a que se ve sometida una tubería a sección<br />
llena, al producirse un cambio en las condiciones <strong>del</strong><br />
escurrimiento; lo cual genera como consecuencia más<br />
importante una variación en la Presión <strong>del</strong> Flujo.<br />
Entre las causas más comunes, se pueden señalar a:<br />
-Abertura o cierre (parcial o total) de válvulas.<br />
-Partida o detención <strong>del</strong> funcionamiento de bombas.<br />
-Partida o detención <strong>del</strong> funcionamiento de turbinas.<br />
La variación de presión máxima que se produce, se puede<br />
calcular mediante la teoría de la onda elástica de Joukovsky:<br />
h =<br />
- a • v<br />
Donde:<br />
h = Variación de presión en m.c.a.<br />
a = Velocidad de la onda (m/s)<br />
V = V final - V inicial (m/s)<br />
g = aceleración de gravedad = 9,8 (m/s2)<br />
g<br />
Para calcular la velocidad de la onda “a”, se utiliza la<br />
siguiente expresión: ( en m/s)<br />
a = p<br />
g<br />
(<br />
1<br />
k<br />
1<br />
+<br />
d<br />
eE<br />
)<br />
=<br />
1 +<br />
1421<br />
k d<br />
e • E<br />
En que:<br />
p = Peso específico <strong>del</strong> agua = 1.000 Kg/m<br />
d = Diámetro interior (cm)<br />
e = Espesor mínimo de pared (cm)<br />
k = Módulo de compresión <strong>del</strong> agua = 2,06 · 104 kg/cm 2<br />
E = Módulo de elasticidad <strong>del</strong> HDPE = 8000 kg/cm 2<br />
(Tubería nueva, T = 20ºC)<br />
Las mayores sobrepresiones, o subpresiones; se obtienen<br />
cuando el tiempo de la maniobra t, es inferior o igual al<br />
tiempo crítico T c :<br />
T c = (2 • L)/ a<br />
donde L = Longitud de la tubería (m)<br />
Ejemplo:<br />
Para una tubería 280 mm, PN 10 y 1.000 m de largo, por la<br />
cual escurre un caudal de 100 l/s, y que se encuentra<br />
sometida a una presión de 15 m.c.a. en su punto más bajo;<br />
se detiene el flujo en un lapso de tiempo inferior al tiempo<br />
crítico:<br />
D = 28 - 2,55 · 2 = 22,9 cm<br />
e = 2,55 cm<br />
a =<br />
Tc =<br />
Vo =<br />
h =<br />
1 +<br />
1421<br />
<strong>2.</strong>06 • 10 4 2<strong>2.</strong>9<br />
•<br />
8000 <strong>2.</strong>55<br />
2 • 1000<br />
289.3<br />
0.10 m 3 /s<br />
(! • 0.229 2 )/ 4 m 2<br />
= 6.91 m/s<br />
- 289.3 • (0 - <strong>2.</strong>43)<br />
9.8<br />
= <strong>2.</strong>43 m/s<br />
= 289.3 Km/h<br />
= 71.7 m.c.a.<br />
Por lo tanto la tubería debe estar diseñada para soportar una<br />
presión máxima de:<br />
7,17 + 15,0 = 86,7 m.c.a.<br />
que equivale a 8,7 kg/cm<strong>2.</strong><br />
Lo cual es efectivo, ya que la presión nominal de diseño de<br />
esta tubería clase 10, es igual a 10 kg/cm2<br />
3.3 VERIFICACIÓN DEL DESGASTE POR ABRASIÓN<br />
El desgaste de estas tuberías depende de la velocidad, el<br />
tiempo de sólidos y el porcentaje en peso de los sólidos en<br />
la pulpa. Para velocidades bajo 2 m/seg prácticamente no es<br />
posible detectar la erosión en las tuberías cualquiera sea el<br />
tipo de sólido. Para velocidades mayores (sobre 5m/seg) las<br />
tuberías se desgastan. A mayor diámetro de la tubería se<br />
permite mayor velocidad.<br />
La experiencia ha demostrado que el desgaste de las tuberías<br />
HDPE es mucho menor que el de las de acero.<br />
En caso de hacer instalaciones a velocidades altas conviene<br />
realizar pruebas con la pulpa, para determinar posibles<br />
desgastes a velocidades de depositación.<br />
11
3.4 CÁLCULO PARA PREVENIR DEFORMACIONES<br />
EN TUBERÍA ENTERRADA<br />
En el ensayo de aplastamiento, los tubos no se rompen sino<br />
que van deformándose a medida que aumenta la presión,<br />
hasta el extremo que la parte superior de los mismos llega a<br />
tocar, sin agrietarse, el fondo abombado hacia arriba. Por<br />
ello, en las consideraciones que se hagan respecto a la<br />
resistencia, debe tenerse en cuenta este comportamiento.<br />
Una parte de la deformación que se produce bajo los efectos<br />
de una carga es elástica (reversible), en tanto que la otra<br />
es plástica (irreversible). De todos modos el ensayo de<br />
aplastamiento sólo permite apreciar hasta que punto se<br />
deforma el <strong>material</strong>, sin corresponder a las cargas a que<br />
está sometido el tubo en la zanja colmada. En la práctica, la<br />
deformación es mucho menor que la producida en el ensayo<br />
de aplastamiento bajo carga toda vez que las paredes de<br />
la excavación sostienen el tubo.<br />
En principio hay que señalar que incluso cuando se trata de<br />
canalizaciones fabricadas con <strong>material</strong>es convencionales,<br />
hay que apisonar el terreno circundante según DIN 4033,<br />
apartado 8<strong>2.</strong> Si la naturaleza de éste no lo admitiese deberá<br />
traerse de otro sitio <strong>material</strong> apisonable (DIN 4033, apartado<br />
8.1).<br />
Para determinar la capacidad de carga de una tubería flexible<br />
desde hace ocho años vienen midiéndose la presión<br />
ejercida por la tierra y la deformación experimentada, observándose<br />
que con el tiempo deja de producirse la disminución<br />
<strong>del</strong> peso de la tierra debida a esfuerzos de fricción en las<br />
paredes de la zanja.<br />
En el cálculo <strong>del</strong> peso muerto de la tierra se toma como base<br />
el valor máximo posible g H. Las cargas originadas por las<br />
ruedas de los vehículos pueden convertirse por los métodos<br />
usuales (p. ej. el Boussinesq) en una carga superficial por<br />
circulación o peso vivo Pv<br />
12<br />
HDPE<br />
Para el factor de impacto se recomiendan los siguientes<br />
valores:<br />
Camiones de gran tonelaje 60: 1,2 camiones de gran tonelaje<br />
30: 1,4 camiones normales 12: 1,5.<br />
Con ello la carga total sobre la tubería alcanza:<br />
q v = H + p v<br />
significando<br />
= Peso específico <strong>del</strong> <strong>material</strong> de relleno (Tabla 2)<br />
H = Altura de cobertura (m)<br />
= Factor de impacto<br />
P v = Carga superficial por circulación (Ton/m 2 )<br />
La altura mínima de cobertura, con vistas a las cargas producidas<br />
por la circulación variable debe alcanzar 0,8., siendo<br />
igual al diámetro d en las tuberías de d > 0,8m.<br />
Para la circulación ferroviaria y aérea se considerarán alturas<br />
mínimas > 1,5 !1,2 m.<br />
En los casos en que no se disponga de datos más exactos,<br />
puede recurrirse a los módulos de deformación <strong>del</strong> terreno<br />
de la tabla 2, válidos para esfuerzos de compresión de hasta<br />
aprox. 0,1 N/mm 2 . Si estos son mayores, aumentan los<br />
módulos de deformación <strong>del</strong> terreno por lo que puede contarse<br />
con valores más altos en capas de cobertura gruesas,<br />
con tal que se confirmen por medición. La deformación<br />
(aplastamiento de la parte superior y) de las tubería HDPE<br />
bajo el peso de la tierra se determina a través <strong>del</strong> valor Rs,<br />
que figura en la abscisa <strong>del</strong> diagrama de Watkins, Fig. 8, el<br />
cual es el cociente de la consistencia <strong>del</strong> terreno y de la rigidez<br />
de la tubería.
R S =<br />
E B<br />
E I/D 3<br />
(2)<br />
Donde:<br />
E B = Consistencia <strong>del</strong> terreno (módulo de deformación)<br />
E = Módulo de elasticidad <strong>del</strong> <strong>material</strong> de la<br />
tubería HDPE<br />
l = Módulo de inercia superficial de las paredes<br />
de la tubería = S3/12 (mm3)<br />
D = Diámetro medio de la tubería (mm)<br />
s = Espesor de la pared de la tubería (mm)<br />
En la ordenada <strong>del</strong> diagrama de Watkins figura la deformación<br />
de las tuberías referida al respectivo valor Rs que multiplicada<br />
por la compresión <strong>del</strong> terreno B<br />
Caso 1: refuerzo vertical de la zanja con tablestacas o tablones<br />
de madera (no apisonado).<br />
Caso 2: consolidación vertical de la zanja con tablas acanaladas,<br />
perfiles ligeros tablestecados o relleno no apisonado<br />
o tratamiento <strong>del</strong> relleno con agua a presión.<br />
B = qv /EB indica la deformación de la tubería y/D:<br />
(3)<br />
y/D = ! v = (! v / B ) · B (4)<br />
Debido a la tendencia de los plásticos a plastodeformarse, la<br />
deformación aumenta con el tiempo, distinguiéndose entre<br />
deformación breve y prolongada. Ambas se obtienen a partir<br />
<strong>del</strong> diagrama de Watkins, calculando el valor Rs con los<br />
módulos correspondientes a tiempos breves y prolongado<br />
(50 años).<br />
Las tuberías deben dimensionarse de modo que su deformación<br />
al cabo de 50 años no exceda de un 6%. Los valores<br />
de resistencia correspondientes a una deformación<br />
breve y prolongada, que se requieren para el valor Rs , se<br />
indican en la Tabla 4 para tuberías HDPE habiéndose calculado<br />
con los módulos de elasticidad Ek = 900 N/mm2 y EL =<br />
200 Nmm2 Caso 3: zanja rellanada a capas apisonadas contra el terreno<br />
natural o terraplenada (sin indicar grado ade apisonado).<br />
Caso 4: zanja rellenada a capas apisonadas o terraplenada,<br />
indicando grado de apisonado<br />
Las tuberías HDPR PM 3,2, que se utilizan habitualmente<br />
para canalizaciones, pueden emplearse sin comprobación<br />
estática especial en zanjas correctamente colmadas y apiusonadas<br />
cuyo relleno no tenga más de 6 m de altura.<br />
En cuanto a la aplicación de los módulos para calcular la<br />
deformación producida en los tendidos realizados en aguas<br />
subterráneas o cauces fluviales, hay que distinguir entre los<br />
siguientes casos:<br />
13
1. En terrenos no coherentes (gravas, arenas).<br />
a) Cuando se tengan que contener aguas subterráneas y el<br />
relleno de ambos lados de la tubería se apisone en seco,<br />
puede recurrirse al módulo correspondiente a terrenos apisonados.<br />
b) Cuando no tengan que contenerse aguas subterráneas, y<br />
por consiguiente, no resulte posible el apisonado, así como<br />
cuando se instale una tubería en un cauce fluvial se utilizará<br />
el módulo correspondiente a terrenos no apisonados.<br />
<strong>2.</strong> En terrenos coherentes<br />
Pese a contenerse las aguas subterráneas y a apisonarse<br />
los rellenos no coherentes, pueden producirse con el tiempo<br />
hundimientos y mezclas. Por consiguiente, al igual que en el<br />
caso 1b, deben utilizarse los valores EB mínimos, con lo que<br />
resultan paredes gruesas.<br />
3. Cálculo para prevenir abolladuras<br />
Se entiende por abolladura la deformación reniforme, que<br />
experimenta la sección de la tubería. Las tuberías instaladas<br />
en el agua o en terrenos situados por debajo <strong>del</strong> nivel de las<br />
aguas subterráneas, cuya presión hidrostática sea superior<br />
a su presión interior, deberán calcularse a prueba de abolladuras,<br />
lo mismo que las sometidas a vacío. La presión de<br />
abolladuras p ko de una tubería no deformada ni subterránea<br />
respecto a la presión exterior <strong>del</strong> agua o de gases, o sometida<br />
a depresión, se calcula a través de:<br />
14<br />
p ko =<br />
E R<br />
4 (1 - µ 2 )<br />
(s / r o ) 3<br />
(5)<br />
Significando:<br />
µ = 0.4 = Coef. de contracción transversal <strong>del</strong> mat.<br />
r o = Radio medio de la tubería<br />
Las presiones de abolladura a largo plazo, calculadas a través<br />
de ecuación (5) para tuberías de Hostalen, se muestran<br />
gráficamente en la figura 9, confirmándolas en gran parte los<br />
resultados de los ensayos realizados. La presión de abolladura<br />
admisible se obtiene aplicando un factor de seguridad<br />
de 2<br />
A las tuberías instaladas en aguas subterráneas o en cauces<br />
fluviales, el terreno circundante les ofrece en determinados<br />
casos un apoyo, incrementando su presión de abolladura<br />
respecto a las tuberías no subterráneas según la ecuación<br />
(5). Dicho incremento es tanto mayor cuanto más alta es la<br />
consistencia <strong>del</strong> terreno respecto a la rigidez de la tubería,<br />
pudiendo tenerse en cuenta a través de los factores de<br />
apoyo fs indicados en la tabla 5 :<br />
p k1 = f s p ko<br />
(6)<br />
Tabla Nº 5 : Factores de apoyo f s para tuberías HDPE<br />
Presión<br />
Nominal<br />
(bares)<br />
<strong>2.</strong>5<br />
3.2<br />
4.0<br />
6.0<br />
10<br />
16<br />
Apisonando<br />
el terreno<br />
3.2<br />
3.0<br />
<strong>2.</strong>8<br />
<strong>2.</strong>3<br />
1.2<br />
1.0<br />
No<br />
Apisonando<br />
el terreno<br />
1.9<br />
1.5<br />
1.2<br />
1.0<br />
1.0<br />
1.0<br />
En<br />
Hormigón<br />
Teniendo en cuanta el factor de reducción fa de la figura 10<br />
para las tuberías deformadas bajo carga, se obtiene finalmente:<br />
pk2 = fs · fa · pko (7)<br />
El factor de seguridad contra abolladuras se convierte<br />
en:<br />
S = pk2 /pw (8)<br />
Donde:<br />
Pw = w • Hw = Sobrepresión exterior <strong>del</strong><br />
agua subterránea.<br />
Siendo:<br />
w = 1 T/m3 (peso específico <strong>del</strong> agua)<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
H w = Altura de las aguas subterráneas o<br />
fluviales (m)<br />
El factor de seguridad contra abolladura, debe ser S! <strong>2.</strong><br />
Los terrenos que, bajo los efectos <strong>del</strong> agua, adquieren las<br />
características de un líquido viscoso (p.ej. los pantanosos,<br />
lodosos)no ofrecen ningún apoyo, es decir fs = 1. en tal<br />
caso, la sobrepresión exterior pw debe calcularse análogamente<br />
a la de las aguas subterráneas.<br />
Al instalar tuberías de plástico en excavaciones practicadas<br />
con broquel, en ningún caso debe superarse la presión de<br />
abolladura admisible en las mismas.<br />
Las conducciones instaladas en aguas subterráneas, p. ej.<br />
en terrenos pantanosos, deben asegurarse suficientemente<br />
para impedir que floten, p.ej., mediante caballetes, cuya distancia<br />
entre sí depende de la flexión admisible en aquellas.<br />
Como complemente, ilustraremos con un ejemplo lo que<br />
acabamos de manifestar:<br />
Se dispone: Tubería para PN 3,2<br />
Cobertura H = 4 m.<br />
Terreno arenoso =1900 Kg/m 3<br />
Apisonado según DIN 4033<br />
Densidad Proctor D p = 95%<br />
Cargas por circulación Ninguna<br />
Presión Vertical: q v = • H<br />
= 7600 Kg/m 2<br />
= 0.08 N/mm 2<br />
Módulo de deformación<br />
<strong>del</strong> terreno: E B = 8 N/mm 2 (tabla3)<br />
Compresión <strong>del</strong> terreno: B = qv/EB = 1 %
Rigidez de la tubería<br />
E K · I/D 3 = <strong>2.</strong>5 · 10 3 N/mm 2<br />
(breve)<br />
E L · I/D 3 = 0.55 · 10 3 N/mm 2<br />
(prolongada)<br />
Según ecuación (2): R SK = 3200<br />
R SL<br />
=14500<br />
Según figura 8<br />
(Curva media <strong>del</strong> margen de dispersión)<br />
(!v/ B) K = 1.55<br />
(!v/ B) L = 1.95<br />
<br />
Dado que la compresión <strong>del</strong> terreno B = 1 %<br />
la deformación de la tubería,según la ecuación (4) es:<br />
!vK = 1.55 %<br />
!vL = 1.95 %<br />
Si el terreno no estuviese apisonado, (D p = 85 %)<br />
se obtienen los siguientes valores:<br />
EB = 1.2 N/mm2 Rsk = 480<br />
RsL = 2180<br />
B =0.08/1.2 = 0.067 = 6.7 %<br />
(!v/ B) K = 1.05<br />
(!v/ B) L = 1.40<br />
La deformación de la tubería vale:<br />
!vK = 7.0 %<br />
!vL = 9.4 %<br />
15
Si el tendido se realiza por debajo <strong>del</strong> nivel de las aguas subterráneas,<br />
conteniendo éstas (es decir bombeándolas, rellenando<br />
y apisonando los lados de la tubería y colmando la<br />
zanja, D p = 95 %) y manteniendo su nivel 1,5 m sobre la<br />
parte inferior de la tubería, se calcula adicionalmente la abolladura<br />
de ésta respecto a aquellas: sobrepresión exterior de<br />
las aguas subterráneas P w = 0,15 bares.<br />
La presión requerida para que empiecen a abollarse las<br />
tuberías para PN 3.2, después de 50 años sin apoyo <strong>del</strong><br />
terreno circundante, se desprende de la figura 9: P ko = 0,15<br />
bares de sobrepresión.-<br />
Factor de reducción para la tubería deformada (según figura<br />
10)<br />
Para ! vP = 1.95, f a = 0.85<br />
16<br />
Presión de abolladura de las tuberías deformadas sin<br />
apoyo:<br />
P k1 = P k0 · F a = 0.128<br />
factor de apoyo según tabla 5 : F s = 3<br />
Presión de abolladura con apoyo:<br />
P k2 = P k1 · F s = 0.382<br />
Seguridad contra abolladuras S = P k2 / P w<br />
S = 0.382/0.15 = <strong>2.</strong>55
4.- DIMENSIONES DE LAS TUBERÍAS<br />
La tabla indica todas las medidas y presiones para tubos de polietileno en PE 100 y PE 80, con un factor de seguridad<br />
1:25, tomando como base la relación SDR = Díametro / espesor.<br />
17
18<br />
5.- Sistemas de Unión<br />
5.1 UNION POR TERMOFUSION<br />
El método de soldadura, es el más común y seguro para unir tubos HDPE. El proceso es relativamente rápido, simple y<br />
barato, no requiere de <strong>material</strong>es adicionales.<br />
La unión se produce a través <strong>del</strong> calentamiento de los extremos <strong>del</strong> tubo, con una temperatura que oscila en los 200 ºC,<br />
dependiendo de las condiciones climáticas.<br />
Una vez alcanzada la temperatura, se somete a los tubos a una presión homogénea y constante, resultando en una fusión<br />
molecular perfecta, logrado que ambos tubos se comporten como un solo cuerpo.<br />
El sistema puede realizarse mediante dos técnicas:<br />
• Unión por Tope<br />
• Unión por Socket<br />
En la primera no se requieren accesorios, soldándose ambos tubos entre sí. Para la misma, Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> cuenta<br />
con maquinaria y herramental para soldar tubos desde 40 mm hasta 1200 mm de diámetro.<br />
En la segunda, se utilizan accesorios hasta los 125 mm de diámetro, y se requiere de herramental especial.<br />
Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> produce con modernas maquinarias, accesorios facetados como codos, “T” o “Y” a partir <strong>del</strong> propio<br />
sistema de termofusión., como se oberva en el capítulo siguiente.<br />
El proceso de soldadura está normalizado según DIN 16932<br />
Durante el procedimiento de soldadura, deben observarse estrictos parámetros de Presión, Tiempo y Temperatura, dependiendo<br />
de las características de la cañería, relación de diámetros y espesores (SDR) y tipo de <strong>material</strong> empleado.<br />
Tambien son relevantes las condiciones climáticas en que se hace la operación.<br />
Como guía, se suministran a continuación tablas con los parámetros recomendados por los fabricantes de las máquinas soldadoras,<br />
que deberán respetarse para minimizar el riesgo de fallas en la soldadura, según el tipo de tubería utilizada.
Proceso de termofusión<br />
5.2 UNION POR ELECTROFUSION<br />
Posibilita realizar la unión de tubos en muy corto tiempo, a<br />
través de un accesorio especial en el que se insertan los<br />
extremos de ambos tubos y se conecta a un dispositivo que<br />
envía energía eléctrica que se traduce en calor, logrando la<br />
electrofusión.<br />
Para éste sistema solo existe una técnica que se utiliza en<br />
todos los tubos, variando los accesorios, cantidad de calor y<br />
tiempo requerido según el diámetro y paredes de los tubos.<br />
Las monturas por electrofusión son de alta practicidad y permiten<br />
realizar ramificaciones, desviaciones etc. sin necesidad<br />
de cortar el suministro principal, posibilitando además<br />
hacer pruebas en las instalaciones antes de ponerlas en funcionamiento.<br />
5.3UNION POR COMPRESION<br />
Las uniones pueden ser realizadas hasta diámetros de 110<br />
mm, mediante accesorios denominados “de compresión”·.<br />
Por medio de ellos se pueden unir mecánicamente extremos<br />
de dos tubos de igual o diferente diámetro, o unir tubos con<br />
alguna otra pieza.<br />
La unión se logra mediante la compresión de un sello intermedio,<br />
tipo “O ring”, una garra que actúa como sujeción de<br />
la tubería, y un cono que se fija al tubo, presionando la garra<br />
hacia el tubo.<br />
Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> dispone de todos los accesorios<br />
necesarios y de personal especializado para su correcta<br />
instalación.<br />
29
30<br />
6.- Piezas especiales - Fitting<br />
6.1.- FITTING HDPE<br />
CODO SEGMENTADO SOLDADO A TOPE<br />
CODO DOBLADO A PARTIR DE TUBO
NOTAS: 1.- En las Tee fabricadas, la presión de trabajo es un 60% de la que corresponde al espesor de la tubería con la que fue fabricada<br />
<strong>2.</strong>- El largo “L” puede disminuírse manteniendo la relación L -= 2H<br />
TEE CON REDUCCION<br />
31
32<br />
REDUCCION CONCENTRICA<br />
Se fabrican para<br />
PN: <strong>2.</strong>5, 3.2, 4.6 y 10 Kg/cm 2
REDUCCION<br />
EXCENTRICA<br />
MOLDEADA<br />
NOTAS: Se pueden fabricar reducciones excéntricas para otras dimensiones si el proyecto lo exige.<br />
PORTA FLANGES<br />
(STUB-END)<br />
33
34<br />
FLANGES SUELTOS
PERNOS STANDARD PARA FLANGES<br />
35
6.2 ACCESORIOS PARA UNIÓN POR COMPRESIÓN<br />
Los fittings sirven para unir tubos de polietileno de diámetros iguales o diferentes. También se los puede utilizar para unirlos<br />
a alguna otra pieza. Se fabrican hasta diámetros no mayores a 110mm, poseen un sistema de sujeción en acetol y<br />
como se atornilla al fitting, permitiendo un cierre hermético.<br />
En caso de que la tubería transporte líquidos corrosivos se les coloca un o-ring de vitton.<br />
36<br />
Codo a 90º Cupla Cupla de reducción<br />
T a 90 º<br />
Racor Hembra Racor Macho<br />
T a 90º Macho T a 90º Hembra
6.3 PRESENTACION Y FORMA DE ENTREGA<br />
Los tubos de HDPE producidos por Thissen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> pueden ser entregados como tubos rectos, o en bobinas, si<br />
las dimensiones lo permiten.<br />
La siguiente tabla determina la factibilidad de entrega en bobinas.<br />
37
7.- Normas y consideraciones para diseño con tuberias HDPE<br />
7.1 NORMAS Y CONTROL DE CALIDAD<br />
Las tuberías HDPE han sido diseñadas para las más duras condiciones climáticas<br />
y de agresividad química. Tienen un excelente comportamiento entre -40ºC y<br />
+60ºC. Las resinas utilizadas ya vienen pigmentadas por el fabricante, con antioxidantes<br />
que le dan una gran resistencia a los rayos ultravioleta. El alto peso molecular<br />
y una distribución molecular estrecha le da propiedades físicas muy estables<br />
difíciles de lograr con otros <strong>material</strong>es termoplásticos.<br />
PRUEBAS DE LABORATORIO DE LA TUBERIA<br />
-Pruebas de la materia prima<br />
Las propiedades físicas y químicas <strong>del</strong> polietileno de alto peso molecular son verificadas<br />
y garantizadas por el fabricante de la misma; sin embargo en la recepción,<br />
el lote es sometido a ensayos en nuestros laboratorios, para comprobar la densidad,<br />
fluidez y estabilidad térmica. Una vez que el lote ha sido aprobado, se procede<br />
a la fabricación <strong>del</strong> tubo.<br />
-Control de dimensiones<br />
Se realiza en línea de producción un monitoreo contínuo de espesores, a través<br />
de medidores por ultrasonido instalados en las mismas.<br />
Además, se cortan probetas cada treinta minutos para realizar todos los dimensionales<br />
en un banco de medición calibrado. Allí se determinan Diámetro, Espesor,<br />
Ovalización, etc.)<br />
-Prueba de presión<br />
Esta es la prueba principal en el ensayo de tuberías y fittings. Para realizar esta<br />
prueba se preparan probetas que se someten a presión y temperatura, por tiempos<br />
prolongados, de tal manera que se cumpla la norma ISO 4427 para el caso de<br />
transporte de fluídos, y la N.A.G. 129 para el caso de tubos de gas.<br />
Algunas de las pruebas incluyen:<br />
- Ensayo de 1000 hs. a 20ºC<br />
- Ensayo de reventamiento<br />
- Ensayo de 170 hs. a 80ºC<br />
- Ensayo de probeta entallada<br />
- Ensayo de probeta fusionada<br />
- Ensayo en probetas unidas a montura<br />
-Prueba de resistencia a la tracción<br />
Se realizan en probetas sacadas <strong>del</strong> tubo con dimensiones normalizadas; en<br />
nuestro laboratorio contamos para ello con una máquina de extracción de probetas<br />
por sacabocados, para espesores de hasta 12 mm, y una fresa especial para<br />
espesores mayores.<br />
Luego se someten al ensayo de tracción que deberá cumplir con el estiramiento<br />
y la tensión al punto de fluencia, requerido por las normas.<br />
38
- Ensayo para determinación de densidad<br />
Se realiza éste ensayo tanto a la materia prima como al tubo fabricado, y se lo compara<br />
con los valores declarados por el fabricante.<br />
Para ello contamos con una columna de gradientes y seis patrones de densidad con<br />
certificados de calibración, además de los controles de temperatura y termómetros<br />
solicitados por la norma DIN 53479 para la realización de éste ensayo.<br />
-Ensayo de determinación de fluidez (Melt Index)<br />
Al igual que la densidad, el ensayo de fluidez se realiza tanto a la materia prima como<br />
al tubo. Básicamente, se trata de determinar cuántos gramos de PE pasan por un orificio<br />
calibrado cada 10 minutos, a temperatura y carga determinadas por la norma<br />
ISO 1133<br />
-Ensayo de estabilidad térmica a la oxidación<br />
En nuestro laboratorio contamos con un Calorímetro Diferencial de Barrido DSC<br />
marca Seiko para determinar el tiempo de oxidación.<br />
Este equipo opera isotérmicamente a 200 - 210 ºC con dos medidores de flujo para<br />
el oxígeno y el nitrógeno, y un software que grafica y almacena los datos <strong>del</strong> termograma,<br />
y define los puntos de cambio de flujo y el punto máximo de la exoterma de<br />
oxidación.<br />
-Ensayo de reversión longitudinal<br />
En una muestra de tubo, se realizan dos marcas a 100 mm de distancia, se coloca la<br />
muestra en estufa a 110 ºC durante un tiempo determinado, según el espesor; pasado<br />
ese período a temperatura constante se retiran las muestras, se dejan enfriar a<br />
Temp. Ambiente y se realiza una nueva medición entre marcas, que no deberá superar<br />
lo determinado por la norma ISO 2505<br />
-Prueba de dispersión pigmentos<br />
Esta prueba está normalizada según ISO 13949. Consiste básicamente en sacar <strong>del</strong>gadas<br />
porciones de tubo con un micrótomo (40 micrones) y someterla al microscopio,<br />
donde se puede observar si los granos están uniforme y finamente dispersados dentro<br />
<strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />
-Pruebas Químicas<br />
El fabricante de materias primas nos da una lista <strong>del</strong> comportamiento <strong>del</strong> polietileno<br />
de alto peso molecular frente a distintos agentes químicos; sin embargo, las tablas de<br />
resistencia química corresponden a elementos puros que normalmente no son los<br />
que el tubo tiene que enfrentar en la práctica. Para mayor seguridad, cuando se diseña<br />
un depósito para sustancias químicas, se solicita al cliente una muestra de la sustancia<br />
química que se quiere transportar y se somete al siguiente procedimiento a la<br />
temperatura máxima de trabajo esperada.<br />
39
1.- Se confeccionan 28 probetas de prueba,<br />
procediéndose a su pesaje.<br />
<strong>2.</strong>- Se colocan estas probetas dentro de un<br />
recipiente con la sustancia que se quiere probar.<br />
3.- Se saca una probeta cada día; se les pesa y se<br />
le someta a un test de tracción, ASTM D 638<br />
4.- Se comparan los resultados de las probetas<br />
<strong>del</strong> líquido con probetas que no han sido<br />
introducidas en el líquido.<br />
Se permite una variación máxima de 5% de<br />
variación en el peso y 10% en las propiedades<br />
físicas para considerar el <strong>material</strong> aprobado para<br />
el fluído ensayado.<br />
5.- Se hace el mismo tipo de ensayo para soldadura.<br />
7.2 COMPORTAMIENTO EN FUNCION DEL<br />
TIEMPO Y TEMPERATURA<br />
En las tuberías de plástico sometidas a presión interior, su<br />
solidez depende de la temperatura y <strong>del</strong> tiempo. En la figura<br />
1 se representan los ensayos en función <strong>del</strong> tiempo, realizado<br />
con tubos llenos de agua a presión. Estas curvas son el<br />
resultado de numerosos ensayos y se confirma en el método<br />
de extrapolación de Arrhenius, para temperaturas bajas y<br />
tiempos prolongados.<br />
En la ordenada de los gráficos se ha representado las tensiones<br />
comparativas de v , que está relacionada con las<br />
dimensiones y la presión de la tubería según la fórmula:<br />
v = p<br />
d - S<br />
2 S<br />
(Kg/cm 2 )<br />
p = Presión interior<br />
d = Diámetro exterior tubería<br />
S = Espesor de pared<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
40
La calidad de las tuberías HDPE está normalizada según<br />
DIN 8075 partes 1 y 2: Todas las tuberías se someten a control<br />
de calidad en el laboratorio de fábrica.<br />
Mientras que la determinación exacta de los valres mínimos<br />
de la resistencia es únicamente una cuestión de orden técnico,<br />
los coeficientes de seguridad necesarios, que deben<br />
satisfacer diversos requisitos, sólo pueden ser determinados<br />
en la práctica.<br />
En primer lugar deben garantizar que las tuberías fabricadas<br />
en dimensiones exactas, determinadas por las propiedades<br />
de la materia prima, presenten todavía un margen de seguridad<br />
en lo que respecta ala rotura, tabajando a pleno esfuerzo<br />
de la presión nominal. El coeficiente de seguridad debe<br />
tener en cuenta, además, todos los esfuerzos adicionales,<br />
controlables que pueden producirse durante el servicio,<br />
como golpes de presión y tensiones térmicas en cambios de<br />
temperaturas, así como movimientos y hundimientos de tierras<br />
en tuberías ya tendidas.<br />
Además se exige que las tuberías no se dilaten mucho por<br />
efecto de la presión. Este requisito puede considerarse cumplido<br />
cuando la dilatación permanente de la tubería no es<br />
superior al 2-3% después de 50 años a 20ºC. Debido a estas<br />
consideraciones, el Comité Alemán de Normas ha establecido<br />
un factor de seguridad de 1,3 y 1,6 para los tubos de<br />
“polietileno duro”, según DIN 8075, 1º y 2º partes.<br />
Con ello se obtiene para las tuberías HDPE, un límite<br />
admisible de 50 Kg/cm2, valor que se aplica en el cálculo<br />
<strong>del</strong> grueso de pared.<br />
Debido a que el <strong>material</strong> usado por nosotros se comporta<br />
considerablemente mejor en unción <strong>del</strong> tiempo, el factor de<br />
seguridad se ha incrementado aproximadamente 1,8 a 1,9<br />
para esfuerzos admisibles de Fv adm. = 5N/mm2 a 20ºC,<br />
con vista a una vida útil de 50 años.<br />
En el cálculo de presión de trabajo a distintas temperaturas<br />
se usa las curvas según DIN8075 para PE duro tipo dos y<br />
con un coeficiente de seguridad de 1.5.<br />
Table Nº 1. Cuadro relación entre presión de trabajo y temperatura de trabajo en tubería HDPE<br />
41
7.3. COMPORTAMIENTO EN FUNCION DEL<br />
TIEMPO, TEMPERATURA Y TENSIONES<br />
El módulo de elasticidad de los termo-plásticos no es constante<br />
sino que, depende de la temperatura y <strong>del</strong> tiempo de<br />
aplicación de los esfuerzos. Por tal motivo, resulta correcto<br />
denominarlo Módulo de Plastodeformación (Ec)<br />
Módulo de plastodeformación (Ec)<br />
Establecido en función <strong>del</strong> esfuerzo de tracción y el tiempo<br />
de aplicación (determinado a 20ºC).<br />
42<br />
FIG. 3<br />
Módulo de Plastodeformación (E bc )<br />
Análogamente, se han realizado ensayos para determinar<br />
los módulos de plastodeformación bajo esfuerzos de compresión,<br />
obteniéndose valores similares a los de los esfuerzos<br />
de tracción, teniendo en cuenta la dispersión.<br />
Además de los módulos de plastodeformación descritos,<br />
correspondientes a esfuerzos de tracción y compresión,<br />
también resulta importante el comportamiento de los <strong>material</strong>es<br />
para tuberías frente a los esfuerzos de flexión.<br />
A partir de la flecha, determinada a diferentes temperaturas<br />
en probetas de 120 x20 x 6 mm bajo un momento de flexión<br />
local constante(carga de 4 puntos) y una tensión de<br />
3N)mm2 en la superficie, se calculó el módulo de plastodeformación<br />
Ebc. En la figura 4 puede verse el módulo de<br />
plastodeformación por flexión de las tuberías HDPE en función<br />
<strong>del</strong> tiempo y la temperatura.<br />
Módulo de Relajación<br />
Los elementos de construcción, sometidos durante mucho<br />
tiempo a deformaciones constantes, experimentan una<br />
relajación de las tensiones, que puede determinar su falla<br />
si éstas descienden por debajo de valores admisibles. Tal<br />
inconveniente puede evitarse si se tiene en cuenta en los<br />
cálculos el módulo de relajación en función <strong>del</strong> tiempo.<br />
Los resultados de los ensayos de relajación de tensiones,<br />
realizados según DIN 53441,se muestran en la fig. 5<br />
FIG. 5 Módulo de relajacióin <strong>del</strong> Hostalen GM 5010 T2<br />
y GM 7040 G a diferentes temperaturas.
Rigidez de la tubería<br />
E K · I/D 3 = <strong>2.</strong>5 · 10 3 N/mm 2<br />
(breve)<br />
E L · I/D 3 = 0.55 · 10 3 N/mm 2<br />
(prolongada)<br />
Según ecuación (2): R SK = 3200<br />
R SL<br />
=14500<br />
Según figura 8<br />
(Curva media <strong>del</strong> margen de dispersión)<br />
(!v/ B) K = 1.55<br />
(!v/ B) L = 1.95<br />
<br />
Dado que la compresión <strong>del</strong> terreno B = 1 %<br />
la deformación de la tubería,según la ecuación (4) es:<br />
!vK = 1.55 %<br />
!vL = 1.95 %<br />
Si el terreno no estuviese apisonado, (D p = 85 %)<br />
se obtienen los siguientes valores:<br />
EB = 1.2 N/mm2 Rsk = 480<br />
RsL = 2180<br />
B =0.08/1.2 = 0.067 = 6.7 %<br />
(!v/ B) K = 1.05<br />
(!v/ B) L = 1.40<br />
La deformación de la tubería vale:<br />
!vK = 7.0 %<br />
!vL = 9.4 %<br />
43
Si el tendido se realiza por debajo <strong>del</strong> nivel de las aguas subterráneas,<br />
conteniendo éstas (es decir bombeándolas, rellenando<br />
y apisonando los lados de la tubería y colmando la<br />
zanja, D p = 95 %) y manteniendo su nivel 1,5 m sobre la<br />
parte inferior de la tubería, se calcula adicionalmente la abolladura<br />
de ésta respecto a aquellas: sobrepresión exterior de<br />
las aguas subterráneas P w = 0,15 bares.<br />
La presión requerida para que empiecen a abollarse las<br />
tuberías para PN 3.2, después de 50 años sin apoyo <strong>del</strong><br />
terreno circundante, se desprende de la figura 9: P ko = 0,15<br />
bares de sobrepresión.-<br />
Factor de reducción para la tubería deformada (según figura<br />
10)<br />
Para ! vP = 1.95, f a = 0.85<br />
44<br />
Presión de abolladura de las tuberías deformadas sin<br />
apoyo:<br />
P k1 = P k0 · F a = 0.128<br />
factor de apoyo según tabla 5 : F s = 3<br />
Presión de abolladura con apoyo:<br />
P k2 = P k1 · F s = 0.382<br />
Seguridad contra abolladuras S = P k2 / P w<br />
S = 0.382/0.15 = <strong>2.</strong>55
8..- Técnicas de Instalación.<br />
8.1 SUMINISTRO DE LAS TUBERIAS<br />
El sistema de transporte que más ventajas ofrece es el de<br />
rollos o carretes, puesto que permite tender sin elementos<br />
de unión tubos de hasta varios miles de metros de longitud<br />
(según dimensiones). El radio de arrollado no debe ser inferior<br />
a 10 veces el diámetro <strong>del</strong> tubo.<br />
Esto es posible de realizar solamente hasta tuberías HDPE<br />
de 180 mm PN 16, suministrándose en rollos de 50 o 50 m,<br />
dependiendo <strong>del</strong> diámetro.<br />
Para tuberías de mayores dimensiones (sobre 90mm) que<br />
ya no se pueden arrollar, se suministran en tiras de hasta 18<br />
m., siendo la longitud más frecuente de12 m.<br />
8.2 TRANSPORTE INTERNO Y ACOPIO<br />
Al descargar las cañerías HDPE de un camión no hay que<br />
botarlas ni tirarlas, es necesario bajarlas con cuidado de<br />
manera que no se dañe la superficie. Sobre todo es importante<br />
proteger los extremos de la tubería ya que en caso de<br />
daño se dificulta el proceso de soldadura.<br />
Al descargar rollos o cañerías conviene hacerlo con sogas<br />
textiles y no con metálicas que pueden rayar la tubería.<br />
Después de descargarlas, las tuberías HDPE suministradas<br />
en longitudes estándar deben colocarse sobre una superficie<br />
plana sin estar en contacto con cargas puntuales, 500<br />
mm de diámetro sólo se apilarán en dos capas, asegurándolas<br />
para que no se desplacen por los lados. Al usar distanciadores<br />
de madera, estos no se deben separa a más de<br />
dos metros entre si. La altura máxima de apilamiento es de<br />
dos metros.<br />
8.3 INSTALACION EN ZANJAS<br />
Para instalar redes de distribución de gas y agua son válidas<br />
las especificaciones contenidas en DIN 19630. Si las<br />
condiciones locales permiten soldar por completo las tuberías<br />
HDPE fuera de zanja, ésta puede ser mucho más estrecha.<br />
En bosques o terrenos rocosos no es necesario eliminar los<br />
obstáculos, ya que dada la flexibilidad relativamente elevada<br />
de las tuberías HDPE pueden salvarse los mayores de ellos,<br />
tales como raíces de árboles o rocas. La tubería debe desenrrollarse<br />
tangencialmente <strong>del</strong> rollo o carrete, procurando<br />
evitar hacerlo en espiral. Las tuberías no deberán doblarse<br />
en ningún caso. Además, es muy importante tanto en el desenrollado<br />
como en el tendido, así como, naturalmente durante<br />
el almacenamiento o el transporte, evitar que se deterioren<br />
exteriormente por piedras puntiagudas, etc. Las irregularidades<br />
que puedan existir en el fondo de la zanja, deberán<br />
compensarse previamente con arena o gravilla (según DIN<br />
1063). Además al existir fondos con barro o pantanosos conviene<br />
hacer una sobreexcavación de 15 cm rellenando ésta<br />
con <strong>material</strong> estabilizado.<br />
La profundidad mínima de tendido de las tubería depende<br />
<strong>del</strong> diámetro exterior de éstas y de las cargas producidas por<br />
la circulación rodada, debiendo coincidir con la profundidad<br />
a que se congele el terreno (aprox. 70 a 80 cm). La zanja se<br />
colmará preferentemente con <strong>material</strong> exento de piedras,<br />
evitando los rellenos hidráulicos, puesto que, a causa de su<br />
baja densidad, las tuberías flotan incluso estando llenas de<br />
agua. En terrenos rocosos, es recomendable practicar con<br />
arena un lecho de asiento.<br />
45
En la zanja, el lecho de apoyo se realizará con <strong>material</strong> sin<br />
piedras en una altura de 0,1d + 10 cm, consolidándolo con<br />
una apisonadora ligera antes de tender la tubería. Esta<br />
deberá cubrirse hasta 30 cm por encima de su parte superior<br />
con <strong>material</strong> apisonable carente de piedras. El ancho de<br />
la zanja donde se ubica la tubería debe ser igual a d+ 30 cm.<br />
El <strong>material</strong> de relleno se dispondrá en capas (=30 cm), apisonando<br />
cuidadosamente cada una de ellas.<br />
Una vez colmada y apisonada la zanja, los esfuerzos producidos<br />
por la fricción entre la tubería y el relleno evitan las<br />
dilataciones y contracciones debidas a variaciones de temperatura.<br />
Radios de curvatura<br />
Dado que las tuberías HDPE admiten radios de curvatura<br />
relativamente reducidos, el trazado deberá elegirse de modo<br />
que puedan realizarse cambios de dirección en sentido horizontal<br />
doblando únicamente aquellas, por lo que resulta<br />
innecesario utilizar codos costosos. Es recomendable no<br />
practicar a 20ºC radios de curvatura inferiores a los que se<br />
indican a continuación:<br />
PRESION NOMINAL<br />
Kg/cm 2<br />
<strong>2.</strong>5<br />
3.2<br />
4.0<br />
6.0<br />
10.0<br />
D = Diámetro exterior de la tubería<br />
Radio de Curvatura<br />
admisible R<br />
50 D<br />
40 D<br />
30 D<br />
20 D<br />
10 D<br />
Si el tendido se realiza a 0ºC, los radios de curvatura indicados<br />
se incrementarán en un factor de 2,5. Entre 0 y 20ºC, el<br />
radio de curvatura puede determinarse por interpolación<br />
lineal.<br />
La congelación <strong>del</strong> agua no afecta para nada a las tuberías.<br />
Las tuberías no evitan de por sí que se hiele el agua que<br />
contienen. Los trabajos de tendido y soldadura deben someterse<br />
a un control de calidad.<br />
Las soldaduras se comprueban de acuerdo con la hoja de<br />
especificaciones DVS 2207 <strong>del</strong> Deutscher Verband Für<br />
Schweissttechnik (Asociación Alemana para la Técnica de<br />
Soldadura). Para verificar las costuras de soldaduras sin<br />
destruirlas, resulta adecuada la técnica ultrasónica descrita<br />
en DVS 2206.<br />
Otra prueba, que se realiza cuando el tendido ya se ha realizado,<br />
es la de agua a presión (comprobación de la hermeticidad).<br />
Para las tuberías de presión la verificación es de 1,3<br />
veces la presión nominal por un período de tres horas.<br />
Para colocar tuberías en una zanja se puede mover la<br />
máquina soldadora, soldando tramo a tamo o bien se sueldan<br />
tramos largos en una estación de soldadura (100-500<br />
mts). En este último caso se tira la tubería con el uso de una<br />
cabeza especial o bien amarrando la tubería a un cable.<br />
Se debe tener cuidado de no rayar la tubería en exceso al<br />
tirarla por terrenos rocosos, conviene el uso de polines o<br />
bien rodillos de madera.<br />
46<br />
La fuerza máxima de tirado de la tubería HDPE es la siguiente:<br />
F = !(d - S) S x T<br />
d = Diámetro ext. tubería (cm)<br />
S = Espesor tubería (cm)<br />
T = Máxima tensión permitida <strong>del</strong> <strong>material</strong> (kg/cm 2 )<br />
El valor de T va entre 70 - 120 kg/cm 2<br />
El largo máximo que se puede tirar una tubería está dado<br />
por la fórmula:<br />
L = T 2 / ( F· g (U· cos ø + sen ø))<br />
ø = Pendiente <strong>del</strong> terreno<br />
U = Coef. de fricción (0.1 - 0.8)<br />
L = Largo a tirar (m)<br />
Para terrenos normales U = 0.4 - 0.5<br />
Para terrenos pantanosos U = 0.1 - 0.2<br />
<strong>Consideraciones</strong> sobre la Expansión térmica de las<br />
Tuberías HDPE<br />
El coeficiente de expansión térmica <strong>del</strong> HDPE es de 0.16<br />
mm/mºC.<br />
Expansión y Contracción en Tuberías HDPE enterradas<br />
En tuberías enterradas los cambios de temperatura son normalmente<br />
bajos y estacionales. La expansión lineal resultante<br />
es normalmente baja.<br />
La fricción entre el terreno y la tubería es normalmente suficiente<br />
para mantener la tubería en posición y transferir la<br />
elongación y tensión a la pared de la tubería.<br />
Si durante la instalación la temperatura exterior es mayor<br />
que la <strong>del</strong> terreno la tubería se contrae después de colocada<br />
y rellenad la zanja, para eliminar un exceso de tensión<br />
conviene colocar la tubería culebreada en la zanja e instalarla<br />
temprano en la mañana cuando todavía está fría.<br />
8.4. INSTALACIONES AEREAS O SUPERFICIALES<br />
Expansión y Contracción de Tuberías HDPE en<br />
Superficies<br />
Cuando las tuberías no pueden ser protegidas contra la<br />
acción directa de los rayos solares, conviene pintarlas de<br />
blanco para disminuir la absorción <strong>del</strong> calor. También se<br />
pueden cubrir con tierra, en este caso se deben tomar las<br />
mismas precauciones que en tuberías enterradas; el <strong>material</strong><br />
debe ser compactado a cada lado de la tubería en un<br />
ancho igual a 2 diámetros, la altura de relleno debe tener por<br />
lo menos 30 cm sobre la parte superior de la misma. El<br />
ancho total de esta cubierta deba ser 5d. Si la tubería está<br />
en el fondo de un valle el ancho no se puede obtener, pero<br />
si las paredes laterales <strong>del</strong> valle son firmes estamos en el<br />
caso de una zanja.<br />
Colocando la tubería HDPE como en la figura se transfiere<br />
la dilatación lineal a deflexión lateral según la fórmula:<br />
D = 0.0078 L " DT<br />
siendo DT = Diferencia de temperatura.
Expansión y Dilatación de Tubería que siguen Rutas<br />
Específicas<br />
Cuando los movimientos laterales no son aceptables, se<br />
puede acomodar la tubería con codos de expansión; la<br />
tubería se mantiene en posición con anclajes y guías.<br />
LA = 10 !(DL x d)<br />
DL = Expansión Térmica<br />
d = Diámetro exterior tubería<br />
En caso que ninguno de los anteriores sistemas sea conveniente<br />
se puede usar compensadores de expansión.<br />
Los fittings y las válvulas deben ser soporetadas adicionalmente.<br />
Empotramiento de Tuberías de HDPE en Concreto<br />
Dado que las tuberías de HDPE no se unen indisolublemente<br />
con el hormigón, las tuberías de dicho <strong>material</strong> se conectan<br />
a las canalizaciones de hormigón soldando a las mismas<br />
un elemento anular reforzado con nervaduras, que se empotra<br />
en el hormigón. Si se exige hermeticidad al agua, se realiza<br />
una envoltura a base de caucho celular, separadamente<br />
o entre dos anillos de mampostería.<br />
Un apoyo deslizante o libre consta de un revestimiento de<br />
fibrocemento con un anillo de caucho. Los apoyos deslizantes<br />
se utilizan cuando se prevén hundimientos de terreno.<br />
Además al unir tuberías de HDPE a válvulas, fittings de hierro<br />
y otro tipo de tuberías es necesario empotrar esta unión<br />
de tal manera que no se produzcan asentamientos o movimientos<br />
que dañen la unión.<br />
Al atravesar caminos con tráfico pesado puede ser conveniente<br />
concretar la zanja.<br />
Debido al alto coeficiente de dilatación <strong>del</strong> HDPE sólo compensadores<br />
de deslizamiento lineal pueden ser usados<br />
Precauciones para Instalación de Fittings Fabricados<br />
Las tuberías y los fittings HDPE son soldados en el lugar de<br />
trabajo. Esta fusión deja las uniones tan fuertes como la<br />
tubería, sin embargo es necesario observar algunas precauciones:<br />
- Cuando se sueldan tres líneas de tubería a una Tee, es<br />
necesario moverla con cuidado.<br />
- No se debe levantar la Tee sin soportar las tuberías. Tees,<br />
codos y reducciones no deben soportar el peso de largos<br />
tramos de tubería, este debe ser soportado por la tubería.<br />
- Los fittings soldados deben ser movidos lo menos posible.<br />
Si esto es indispensable no se debe cargar la tubería sobre<br />
el fitting.<br />
-Al soldar una Tee o Y es conveniente usar un flange en la<br />
salida lateral. Algunas veces se puede tener dos salidas con<br />
flanges. En estos casos la tubería puede ser colocada desde<br />
ambas direcciones o bien rodada hacia la zanja antes de<br />
hacer la conexión final.<br />
47
9.- Principales aplicaciones de tuberías de HDPE.<br />
Transporte de agua potable<br />
Las tuberías HDPE para agua potable están normalizadas<br />
según DIN 19533 y DIN 19630 para su instalación.<br />
Para el cálculo hidráulico se usan las fórmulas de Pranti-<br />
Colebrook con una rigurosidad de K = 0.007 mm.<br />
(Especificación W = 327 de DVGW);o bien Hazen-Williams.<br />
Las tuberías de HDPE en dimensiones menores se usan con<br />
bastante éxito en los arranques domiciliarios, con fitting de<br />
conexión tipo Plasson.<br />
En conducciones de agua potable por zonas pantanosas y<br />
subacuáticas las tuberías de polietileno han dado excelente<br />
resultado.<br />
Transporte de Aguas Residuales Corrosivas Industriales<br />
La conciencia ante el problema ecológico derivado de la<br />
contaminación indiscriminada de ríos, lagos y mares ha llevado<br />
a las industrias a no botar sus desechos impunemente<br />
en cualquier lugar. Los grandes complejos químicos han<br />
debido desarrollar plantas especiales para el tratamiento de<br />
residuos o bien preparar grandes depósitos donde almacenar<br />
estos elementos.<br />
Normalmente, cualquiera sea la solución adoptada es necesario<br />
transportar líquidos corrosivos a bastante distancia.<br />
Estos líquidos deben ser transportados en la forma más económica<br />
posible y además deben asegurar una máxima<br />
estanqueidad, para no contaminar las áreas que atraviesa.<br />
El <strong>material</strong> que más se adapta a estas condiciones es el<br />
HDPE.<br />
Tuberías para Transporte de Gas<br />
En Europa y EE.UU., se usa tuberías de Polietileno desde<br />
hace mucho tiempo.<br />
Las tuberías HDPE por su resistencia al impacto, a terrenos<br />
agresivos, a los hidrocarburos, así como por su fácil tendido<br />
y unión dan excelentes resultados para redes de abastecimiento<br />
de gas natural y otros tipos de gases.<br />
De acuerdo a las normas existentes (DIN 19630) las tuberías<br />
HDPE pueden utilizarse en todas las conducciones de<br />
gas que alcancen una presión máxima de servicio de 4<br />
kg/cm2 (Norma DVGWG 475, G472)<br />
La resistencia de las tuberías HDPE a los residuos aromáticos<br />
u otros componentes <strong>del</strong> gas natural es muy elevada.<br />
En el ensayo de presión interna las tuberías con gas soportan<br />
sin romperse 5 veces más tiempo que con agua potable.<br />
Por lo tanto la duración predecible de las tuberías HDPE<br />
subterráneas que se ajustan a las especificaciones existentes<br />
es muy superior a los 50 años con una temperatura máxima<br />
de 20ºC.<br />
En tuberías HDPE de diámetro hasta 110 mm. El sistema<br />
Plasson nos asegura una excelente unión. También se usan<br />
las soldaduras de manguitos con elementos calefactores y<br />
las soldaduras de tope.<br />
48<br />
Además se usan las uniones con manguitos electrosoldables.<br />
Las pérdidas de gas por permeabilidad específica son mínimas,<br />
debido al grueso de las tuberías HDPE. Según las<br />
mediciones realizadas, las pérdidas por difusión alcanzan<br />
únicamente una fracción (1/1000) de las que suelen registrarse<br />
en las redes de abastecimiento. La permeabilidad a<br />
los gases, determinada por las compañías de gas, confirma<br />
que las pérdidas anuales que sufren las tuberías HDPE destinadas<br />
a las presiones citadas, son tan escasas que carece<br />
de importancia económica y ecológica, así como en cuanto<br />
a su seguridad.<br />
En conducciones antiguas de hierro fundido y que han perdido<br />
su hermeticidad la técnica <strong>del</strong> relinning, permiten reparar<br />
la red de tuberías con bastante economía.<br />
Tubería para Aire Comprimido<br />
La aplicación de las tuberías HDPE en aire comprimido se<br />
ha desarrollado principalmente con la aparición de los fittings<br />
tipo Plasson que permiten una fácil instalación además<br />
de una absoluta estanqueidad al paso <strong>del</strong> aire.<br />
Las principales ventajas de esta aplicación son:<br />
- Fácil de transportar, se fabrican en tiras de 3, 6,<br />
12 m o en rollos de 100 mts.<br />
- Fácil de cortarlas; no se necesita personal<br />
especializado.<br />
- Resistencia a la corrosión; las aguas sulfatadas<br />
no le afectan,<br />
- Las instalaciones se arman como un mecano<br />
en poco tiempo y son fácil de desmontar y<br />
trasladar para su aplicación en otro lugar.<br />
- Gran resistencia al impacto (no se quiebra).<br />
- A través de flanges o fittings especiales se<br />
pueden conectar fácilmente a instalaciones<br />
de acero antiguo, con conexiones tipo Victaulic<br />
o flange.<br />
- El costo de instalación es menor que en acero.<br />
- Existe una amplia gama de fittings Plasson<br />
para cualquier aplicación.<br />
- Se puede usar el mismo sistema de aire<br />
comprimido para agua potable o industrial.<br />
- Las tuberías HDPE en instalaciones subterráneas<br />
o al aire libre no necesitan mantención.<br />
Transporte Hidráulico de Relaves en Minería<br />
En los países mineros por excelencia como EE.UU.,<br />
Canadá, Sud-Africa, el HDPE ha dado excelente resultado<br />
en transporte hidráulico de sólidos en suspensión.<br />
Para esta aplicación se usa principalmente tuberías sobre<br />
110 mm de diámetro, de clase 10 y 16. El sistema de unión<br />
usado es de flanges con bridas o soldadura de tope. En soldadura<br />
de topes es conveniente sacarle la rebaba interna de<br />
la soldadura. Para esto se usa u equipo especial que saca la<br />
rebaba sin dañar internamente la tubería.
Protección de cables Eléctricos y Telefónicos<br />
Los tubos HDPE para la protección de cables pueden fabricarse<br />
de cualquier longitud. Por este motivo, su empleo<br />
resulta hoy en día corriente en la construcción de conducciones<br />
subacuáticas enterradas hasta el punto que al tender<br />
los conductores de agua y gas, también se tiende una cantidad<br />
suficiente de tubos vacíos para la posterior introducción<br />
de cables.<br />
Los tubos sumergibles para la protección de cables deben<br />
calcularse contra deformaciones abolladuras tomando como<br />
punto de referencia un terreno no aprisionado con una densidad<br />
Procto (Dp = 85%)<br />
Enfriamiento de Tendidos Eléctricos Subterráneos<br />
En el paso de zonas densamente pobladas o aglomeraciones<br />
industriales, los cables eléctricos de alta tensión deben<br />
tenderse en canalizaciones subterráneas. Para poder transportar<br />
más energía (400 KW y más ), hay que refrigerarlas al<br />
objeto de que no se destruya prematuramente su aislamiento<br />
sensible a la temperatura.<br />
En Europa se vienen instalando desde 1968 líneas eléctricas<br />
subterráneas, refrigeradas por el agua que circula a través<br />
de tuberías HDPE.<br />
Para esta aplicación las tuberías HDPE ofrecen las siguientes<br />
ventajas:<br />
- Resistencia a la corrosión;<br />
- Paredes lisas con buenas condiciones hidráulicas;<br />
- Suministro en carretes;<br />
- Instalación en rollos;<br />
Por refrigeración indirecta (tendido paralelo a las líneas eléctricas<br />
), se puede transportar entre un 70 % y 80% más de<br />
energía.<br />
Por refrigeración directa (cables eléctricos instalados dentro<br />
de los conductos de refrigeración) se puede transportar un<br />
100 % más.<br />
Conducción de líquidos o gases a baja temperatura<br />
En instalaciones de refrigeración resulta necesario trasladar<br />
gases o líquidos a bajas temperaturas.<br />
Para esta aplicación la tubería HDPE presenta las siguientes<br />
características favorables<br />
- Resistencia a temperaturas bajas hasta menos de 40ºC;<br />
- Baja conductividad térmica;<br />
- Buen coeficiente de roce para conducción de gases y líquidos;<br />
- Resistencia a la corrosión<br />
- Bajo peso especialmente apropiado para instalaciones en<br />
altura;<br />
- Fácil instalación.<br />
Para una mejor protección, la tubería HDPE puede recubrirse<br />
con otra cañería de mayor tamaño colocando poliuretano<br />
expandido. También es posible de recubrir el polietileno con<br />
cualquier otro aislante tradicional.<br />
Aplicación en plantas mineras<br />
Las tuberías HDPE han reemplazado a las tuberías de hierro<br />
recubiertas con goma y las tuberías de acero inoxidable<br />
en innumerables aplicaciones mineras.<br />
Su bajo costo y su fácil instalación ha significado que las instalaciones<br />
modernas tengan una proporción cada vez mayor<br />
de estas tuberías HDPE.<br />
El reemplazo de antiguos sistemas de cañerías a HDPE es<br />
relativamente fácil ya que existen los fittings y elementos<br />
para efectuar estos cambios.<br />
El largo tiempo de duración, el bajo costo, la fácil instalación<br />
y la escasa mantención hacen que la tubería HDPE tenga<br />
ventajas comparativas interesantes respecto a los <strong>material</strong>es<br />
tradicionales.<br />
El polietileno de alta densidad resiste prácticamente a todos<br />
los elementos corrosivos de la industria minera y las tuberías<br />
se aplican en rangos de temperaturas que van desde -<br />
40ºC a 60ºC y a presiones de hasta 16 kg/cm<strong>2.</strong><br />
Las tuberías HDPE se utilizan por ejemplo en las siguientes<br />
instalaciones:<br />
- Plantas de flotación<br />
- Plantas de lixiviación<br />
- Plantas de extracción por solventes<br />
- Plantas para tratamiento de carbón<br />
- Refinerías electrolíticas<br />
- Plantas de cianuración<br />
- Conducción de petróleos y gases<br />
- Plantas de obtención de yodo<br />
Transporte de Líquidos Corrosivos en Plantas Químicas<br />
Al igual que en el sector minero las tuberías HDPE han desplazado<br />
<strong>del</strong> mercado a los sistemas tradicionales que entra<br />
en el rango de competencia de este producto.<br />
Las plantas modernas de celulosa y refinación de azúcar en<br />
los países desarrollados han adoptado las tuberías HDPE<br />
con bastante éxito.<br />
Riego en agricultura<br />
La aplicación tradicional de las tuberías HDPE ha sido en la<br />
agricultura.<br />
Las aplicaciones agrícolas principales son:<br />
- Transporte de agua para dar de beber a los animales y<br />
riego menor en zonas áridas.<br />
- Riego por aspersión, su flexibilidad y facilidad de enrollado<br />
permite tener sistemas de riego por aspersión móviles.<br />
-Riego por goteo. En la última década el riego por goteo ha<br />
incrementado la productividad agrícola además de aumentar<br />
el número de hectáreas regadas, por un mejor aprovechamiento<br />
de las aguas.<br />
En estas aplicaciones han tenido principal importancia las<br />
tuberías, fittings y accesorios HDPE.<br />
49
Técnica <strong>del</strong> relinning<br />
Para restaurar canalizaciones deterioradas ya existentes,<br />
ha dado excelentes resultados introducir en su interior tuberías<br />
HDPE. Este económico procedimiento se conoce por<br />
“relinning”, pudiendo utilizarse para canalizaciones de aguas<br />
residuales, tuberías de agua potable, conductos de gas y<br />
conducciones subacuáticas enterradas.<br />
Mediante el mismo, los conductos de nivel libre pueden convertirse<br />
en conductos de presión, para incrementar su capacidad.<br />
Ello reza también para las redes de gas a baja presión,<br />
que pueden adaptarse apara presiones medias y altas.<br />
El diámetro de las tuberías flexibles a introducir, llega en la<br />
actualidad a 630 mm. Según el estado y el trazado de la<br />
canalización antigua, pueden introducirse tuberías de hasta<br />
400 m.<br />
50<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Conducto de Aguas Servidas al Fondo <strong>del</strong> Mar<br />
<br />
La longitud de éstas depende de su peso específico, el<br />
esfuerzo de tracción admisible, que no debe exceder de 10<br />
N/mm2 , y <strong>del</strong> coeficiente de rozamiento, que en los tendidos<br />
que se han realizado hasta ahora no ha excedido de 0,8. Los<br />
tramos de tubería se unen con bridas desmontables en<br />
excavaciones practicadas al efecto. La “pera”, tiene por<br />
objeto evitar que se deteriore la tubería y en eliminar las últimas<br />
asperezas. Para que la tubería introducida no sufra<br />
variaciones longitudinales a causa de cambios de temperatura<br />
y de esfuerzos hidrodinámicos, el espacio existente<br />
entre la misma y la canalización antigua puede rellenarse<br />
p.ej. con hormigón de baja viscosidad. Si éste se bombea, la<br />
presión utilizada para ello no debe superar ala presión de<br />
abolladura de la tubería, adaptando medidas adecuadas -<br />
p.ej. llenando de agua la tubería de plástico y aplicando una<br />
sobrepresión interna, se evitará que los empujes ascensionales<br />
y a presión <strong>del</strong> <strong>material</strong> de relleno puedan abollarla<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
El problema de las aguas servidas y la contaminación de las playas hace necesario un manejo de los resíduos, que permita<br />
solucionar esta dificultad.<br />
Las tuberías HDPE por sus características, son adecuadas para el transporte de resíduos al fondo <strong>del</strong> mar.<br />
La tubería se puede preparar en la playa y tirarla hacia el mar con un remolcador. La tubería se lastra con anillos de hormigón.<br />
Una vez que la cañería está flotando en la superficie <strong>del</strong> mar, se llena de agua con lo cual los anillos de lastre la llevan hasta<br />
el fondo.<br />
En el lecho se puede enterrar la tubería empotrándola con pilares de madera que la fijen ante cualquier movimiento.<br />
Los anillos de lastre deben estar separados de la tubería por anillos de goma.<br />
Esta técnica es muy usada en las playas, y puertos de Europa y Estados Unidos, llegándose a fabricar tuberías para este<br />
efecto de hasta 1,5 mts de diámetro.
Conducciones subacuáticas enterradas<br />
Una aplicación muy interesante para las tuberías HDPE la<br />
constituyen las conducciones subacuáticas enterradas, ya<br />
empleadas con éxito en muchos lugares de Europa,<br />
América, Australia y Africa para atravesar ríos, canales,<br />
lagos o brazos de mar.<br />
Con las tuberías HDPE dejan de ser necesarios los costosos<br />
elementos prefabricados de adaptación al perfil <strong>del</strong> fondo,<br />
denominados “cuellos de cisne”, toda vez que por su flexibilidad<br />
natural se amoldan perfectamente por sí mismas a las<br />
irregularidades <strong>del</strong> terreno dentro de determinados radios<br />
mínimos en función de su presión interna.<br />
Las conducciones subacuáticas enterradas se utilizan como:<br />
- tuberías de presión, por ejemplo: para agua potable.<br />
- tuberías de nivel libre, por ejemplo: para aguas residuales<br />
- tuberías para la protección de cables.<br />
Una conducción subacuática enterrada puede estar integrada<br />
por una o varias tuberías situadas una al lado de otra o<br />
en forma de manojo.<br />
Según el tipo de aguas a atravesar,, estructura <strong>del</strong> fondo y<br />
factores de seguridad, las conducciones subacuáticas enterradas<br />
pueden tenderse por tres métodos diferentes.<br />
Tendido sobre el fondo<br />
Si las circunstancias lo permiten, la tubería se tiende sencillamente<br />
sobre el fondo. Las distintas secciones de la misma<br />
se unen entre sí por soldadura en la orilla. La conducción<br />
resultante se transporta se transporta al agua después de<br />
haberla lastrado con anillos de hormigón, se tiende sobre el<br />
lugar donde ha de ir instalada y se sumerge inundándola.<br />
Tendido en una zanja subacuática<br />
Según las condiciones locales de las aguas a atravesar, después<br />
de haber soldado y lastrado en la orilla los distintos tramos<br />
que la componen, la tubería se hace flotar sobre la<br />
zanja ya trazada y se sumerge en la forma descrita más arriba,<br />
o bien se hace avanzar de una orilla a otra arrastrándola<br />
por el fondo de la zanja, después de haber dispuesto adecuadamente<br />
los elementos de lastrado.<br />
Una vez tendida la tubería en el fondo de la zanja, ésta se<br />
colma. El relleno hasta la parte superior de aquella debe<br />
realizarse, de ser posible, con tubos de guía, para evitar que<br />
sufra cargas.<br />
Tendido directo mediante arado de dragado<br />
Las tuberías enteras se tienden sin elementos de lastrado<br />
sobre la superficie <strong>del</strong> agua o bien, según sus dimensiones,<br />
se embarcan en carretes o rollos a bordo de la embarcación<br />
que debe realizar el tendido.<br />
Los tubos introducidos en el arado de dragado se unen al<br />
extremo de la conducción que ha quedado en la orilla o se<br />
fijan en la misma, hundiendo a continuación el arado en un<br />
hoyo excavado directamente en la orilla.<br />
El tendido propiamente dicho empieza cuando el dragador<br />
se ha sujetado al costado de la embarcación.<br />
Unas toberas situadas en el lado de avance de la draga dan<br />
paso a 8000 a 12000 l/min. de agua a una presión de 10-12<br />
bares, que al abrir una estrecha franja en el terreno permiten<br />
el avance de aquella por el fondo. La embarcación y el arado<br />
de dragado se trasladan lentamente hacia la orilla opuesta<br />
por medio de cabrestantes, desenrollándose entre tanto y<br />
saliendo por la parte inferior <strong>del</strong> arado la tubería HDPE a tender.<br />
Una vez que ha pasado el arado de dragado, las paredes de<br />
la zanja se unen de nuevo, encerrando el tubo acabado de<br />
colocar. Según la estructura <strong>del</strong> fondo y las necesidades, el<br />
tubo queda enterrado a una profundidad de 2 a 6 metros por<br />
debajo de aquel.<br />
En Finlandia Central hubo que tender durante el invierno una<br />
conducción de agua potable a través de un lago de varios<br />
centenares de metros de anchura. A tal objeto se colocaron<br />
en ambas orillas rollos de cable que se fueron desenrollando<br />
sobre el hielo que cubría la superficie <strong>del</strong> agua soldando<br />
a continuación sus extremos. Después de enfriada la costura,<br />
el tubo se rodeó con alambre de plomo y se tendió en un<br />
surco libre de hielo, sumergiéndose en el fondo <strong>del</strong> lago al<br />
llenarlo de agua potable.<br />
Era necesario unir dos fábricas de celulosa situadas a orillas<br />
de un lago con una conducción de agua de 4800 m a través<br />
<strong>del</strong> mismo. Con un diámetro exterior de 355 mm, se requirió<br />
un grueso de paredes de 20,1 mm para soportar una presión<br />
de trabajo de 6 bares a una temperatura máxima de 20ºC.<br />
Las distintas secciones de la tubería, de una longitud de 15<br />
m cada una, se soldaron entre sí directamente a la orilla <strong>del</strong><br />
agua, obteniéndose tramos de más de 100 m. Para ello, se<br />
empleó, también en este caso, un aparato de soldadura a<br />
tope.<br />
A las secciones de tubería, lastradas con anillos de hormigón,<br />
se soldó en sus extremos, con el aparato anteriormente<br />
citado, collares prefabricados, arrastrándolas posteriormente<br />
a la orilla y subiéndolas sobre pequeñas balsas para<br />
facilitar la unión de las bridas.<br />
En Noruega meridional se fabricó un tubo continuo de 2100<br />
m t 226 x 28 mm (previsto para sobrepresión interna de 16<br />
bares y 15ºC de temperatura de servicio).<br />
Aún cuando la fábrica no esté emplazada junto al agua, las<br />
tuberías HDPE pueden elaborarse de manera continua<br />
sobre el terreno mediante extrusoras portátiles. De este<br />
modo, se ha construído a orillas <strong>del</strong> Báltico un conducto de<br />
desagüe de aprox. 2 Km. de longitud y de 630 mm de diámetro<br />
exterior, que se sumergió en el fondo <strong>del</strong> mar a 2,5 m.<br />
de profundidad.<br />
Mediante conductos a presión de Hostalen, conectados a<br />
una planta depuradora central, puede evacuarse de manera<br />
económica las aguas residuales de las poblaciones ribereñas<br />
<strong>del</strong> lago de Atter (Austria). Mientras que las canalizaciones<br />
costeras deben seguir las orillas accidentadas de dicho<br />
lago, contorneando zonas pantanosas y otras dificultades<br />
similares, el recto trazado de las conducciones subacuáticas,<br />
que se tienden en un tiempo mínimo, permite acceder<br />
directamente a los puntos neurálgicos.<br />
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Se han instalado 27 Km. de dichas conducciones, de 140 a 600 mm de diámetro, a una profundidad máxima de 140 m. Su<br />
fabricación se realizó mediante una extrusora portátil instalada a orillas <strong>del</strong> lago, en tramos de aprox. 1000 m de longitud,<br />
que posteriormente se unieron entre sí mediante collares prefabricados y bridas desmontables. Las conducciones lastradas<br />
con bloques de hormigón instalados a una distancia de 3 a 4 m entre sí, se remolcaron al lugar previsto para su instalación,<br />
sumergiéndose por inundación.<br />
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Técnica de Relinning para el<br />
encamisado de tuberías existentes.<br />
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