TTUUBBEERRÍÍAA DDEE LLIISSAA DDEE HHDDPPEE

1. PROPIEDADES Y CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO Las propiedades y rendimientos de los sistemas de tuberías de HDPE, para entenderlo mejor, son determinados por las propiedades del mismo material. Como su nombre lo sugiere, el polietileno es hecho de la polimerización del etileno, generalmente con al adición de otra alfa-olefina como el propileno, butano o hexano. Para aplicaciones de tuberías, las resinas de polietileno son generalmente hechas de la combinación de cientos de esas unidades. Una variedad de catalizadores y procesos de polimerización existen comercialmente, que son usados para controlar el número de unidades de monómeros en la cadena del polímero, el tipo, frecuencia y distribución de las unidades de co-monómeros, la cantidad y tipo de ramificaciones de la cadena principal del polímero, y la uniformidad relativa de la longitud de la cadena del polímero en la masa de la resina de polietileno.

En mayor o menor medida, cada una de las variables puede influenciar en las propiedades de la resina de polietileno y determina su apropiada aplicación para sistemas de tuberías. Tres parámetros básicos del polietileno pueden ser usados para dar indicaciones generales sobre las propiedades de la resina y su adecuada aplicación en tuberías. Esas son: Densidad, peso molecular y distribución del peso molecular.

2. SELECCIÓN DE MATERIAL Y ESPECIFICACIÓN

Hoy, el principal estándar ASTM para ayudarnos a la especificación del material polietileno para apliaciones de tuberías es D 3350 “Standard Specification for Polyethylene Plastics Pipe and Fittings Materials”. Este estándar ASTM define las más importantes propiedades que necesitan ser consideradas cuando escogemos un polietileno para una aplicación de sistemas de tuberías a presión, y define un sistema de clasificación para un fácil proceso de especificación.

ASTM D-3350 “Standard Specification for Polyethylene Plastics Pipe and Fittings Materials”

Éste estándar define los requerimientos básicos de material polietileno para tuberías, acorde con un sistema de célula de clasificación consistente en seis dígitos y una letra. La Tabla 2.1 muestra el sistema de célula de clasificación del ASTM D 3350, con cada célula representando una propiedad o característica del polietileno que ha sido reconocido como importante para su procesamiento o trabajo. Las propiedades son divididas en la parte superior en rangos o células, donde ciertas propiedades pueden ser fácilmente especificadas.

Tabla 2.1. Propiedades primarias – Límites de células de clasificación

Propiedad Método

de Testeo

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1. Densidad, g/cm3 D 1505 No especificado

0.925 o menor

>0.925 – 0.940

>0.940 – 0.955

>0.947 – 0.955 >0.955 … Valor

especifico

2. Índice de Fluidez D 1238 No especificado >1.0 1.0 a 0.4 <0.4 a

0.15 <0.15 Valor especifico

3. Módulo de Elasticidad MPa [psi] D 790 No

especificado <138

[<20,000]

138-<276 [20,000 a 40,000]

276-<552 [40,000 a 80,000]

552-<758 [80,000 a 110,000]

758-<1103 [110,000 a 160,000]

>1103 [>160,000]

Valor especifico

4. Tensión a rango elástico, Mpa [psi] D 638 No

especificado <15

[2200]

15-<-18 [2200-<2600]

18-<21 [2600-3000]

21-<24 [3000-<3000]

24-<28 [3500-<4000]

>28 [>4000]

Valor especifico

5. Resistencia al crecimiento de grietas I. ESCR a. Condición de testeo (100% igepal.) b. Duración del testeo, h c. Falla, max, % II. PENT (horas) Placa moldeada, 80ºC, 2.4 Mpa, F 1473, Tabla 1

D 1693

F 1473

No especificado

No

especificado

No especificado

No

especificado

A

48

50

…

B

24

50

…

C

192

20

…

C

600

20

10

…

30

…

100

…

500

Valor especifico

Valor especifico

6. Clasificación de tensiones hidrostáticas

I. Diseño hidrostático base, MPa [psi], (23ºC)

II. Mínimo esfuerzo

requerido, Mpa [psi], (20ºC)

D 2837

ISO 12162

NPR A

5.52 [800]

…

6.89 [1000]

…

8.62 [1250]

…

11.03 [1600]

…

…

8 [1160]

…

10 [1450]

A: NPR = Ningún radio de presión

Como ya se indicó, la célula de clasificación ASTM D 3350 consiste en una cadena de 6 dígitos y una letra, la cual designa el color y el estabilizador UV tal como se indica:

Código de letra Color y Estabilizador UV

A Natural

B Coloreado

C Negro con 2% mínimo de negro de humo

D Natural con estabilizador UV

E Coloreado con estabilizador UV

Grado del polietileno – D 3350

La designación del grado originalmente establecido en la ASTM D 1248 ha sido añadida a la D 3350, y además modificada para ser consistente con los más nuevos materiales de polietileno para tuberías. El grado consiste de las letras “PE”, seguido de dos números. Las letras “PE”, por supuesto, es para designar que el material es polietileno. El primer número designa la célula de clasificación de la densidad del material. El segundo número designa la célula de clasificación para la resistencia al crecimiento de grietas del material cuando es testeado en concordancia con la ASTM D 1693 o ASTM F 1473.

Por ejemplo, un HDPE - (PE) con una densidad de 0.945 gr/cc – célula de clasificación 3, y un ESCR, condición C, de mayor a 600 horas – célula de clasificación 4, sería un grado PE34.

Designación PPI (Plastic Pipe Institute)

El uso de la célula de clasificación por ASTM D3350 provee una descripción detallada de un material polietileno para tuberías. El Instituto de Plásticos para Tuberías ha argumentado la designación de grado del ASTM D3350 para incluir el Fatiga Hidrostática de diseño (Hydrostatic Design Stress – HDS) para añadir dos dígitos en el grado del material. La Fatiga Hidrostática de Diseño es el máximo esfuerzo al que el material puede ser sometido antes de aplicar un factor de diseño de 0.5 para establecer el diseño hidrostático básico (HDB).

Por truncamiento del estandar HDS en cientos, el PPI ha adoptado el uso de 04 para 400 psi (2.26 MPa) HDS, 06 para 630 psi (4.31 Mpa) HDS, y 08 para 800 psi (5.4 Mpa) HDS.

Usando ese formato, la designación PPI para el material polietileno con un grado de PE34 y una Fatiga Hidrostática de Diseño de 800 psi, es un PE 3408.

A continuación, en las tablas 2.2, se presenta una descripción general con las especificaciones técnicas correspondiente a la célula de clasificación 345464C, una designación estándar moderna del grado de resina PE 3408 para tuberías:

Tabla 2.2. Propiedades de la célula de clasificación PE345464C – PE-3408

Clase Propiedad Unidad Valor Norma

3 Densidad gr/cm3 >0.940 – 0.947 D 1505

4 Índice de Fluidez < 0.15 D 1238

5 Módulo de Elasticidad MPa [psi]

758 - <1103 [110000 a 160000] D 790

4 Tensión de tensión rango elástico Mpa [psi] 21 - <24 [3500 - <4000] D 638

6 Resistencia al crecimiento de grietas, PENT Horas 100 F 1473

4 Diseño Hidrostático básico Mpa [psi] 11.03 [1600] D 2837

C Contenido de negro de humo % >2 D 1603

3. CARÁCTERÍSTICAS

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL MATERIAL

Las tuberías HDPE poseen excelentes propiedades químicas, insolubles en la mayoría de los solventes orgánicos e inorgánicos. Sólo es atacado a la temperatura ambiente y en el transcurso del tiempo por oxidantes muy fuertes (H2SO4 concentrado, HNO3 concentrado y agua regia).

Los halógenos en estado libre (cloro, bromo, etc.), a temperatura ambiente forman polietileno halogenado con desprendimiento de haluro de hidrógeno. La estructura del material no queda destruida, pero cambian las propiedades físicas y químicas.

Elementos que no deben ser transportados en tuberías HDPE son: Tetracloruro de carbono, Bisulfito de carbono, Cloroformo, Flúor, Ozono, Trióxido de sulfuro, Cloruro de thyonil, Tolueno, XIleno, Tricloroetileno.

La permeabilidad de los gases es muy baja; para una pared de 50 micrones de grosor, el coeficiente de permeabilidad específico a 20ºC es:

Gases (cm3 / cm * s mbar) * 1012

Aire 2.4 Gas Natural 5.6

O2 7.0 H2 21.0

SO2 50.0

CO2 18.0

N2 2.0

CH2 6.0

S = Espesor de pared

Al quemarse las tuberías HDPE desprenden CO, CO2, H2O, pero ningún gas nocivo.

RESISTENCIA A LOS AGENTES QUÍMICOS

Los resultados que facilitamos a continuación se obtuvieron después de 55 días, en probetas de 50 x 25 x 1 mm.

Signos convencionales

X Resistente Hinchamiento < 3% o pérdida de peso < 0.5% Alargamiento de desgarre sin alteración apreciable

/ Resistente bajo determinadas condiciones

Hinchamiento 3-8% o pérdida de peso 0.55% y/o disminución del alargamiento de desgarre < 50%

- No resistente Hinchamiento > 8% o pérdida de peso > 5% y/o disminución del alargamiento de desgarre

D Decoloración

Fórmula molecular – (CH2 – CH2) - n

Medio 20ºC 60ºC Medio 20ºC 60ºC Aceite de coco X / Aceites minerales Aceite de linaza X X Aceite vegetales y animales Aceite de parafina X X Acetaldehído, gaseoso Aceite de semillas de maíz X / Acetato de Amilo Aceite de Silicona X X Acetato de butilo Aceite diesel X / Acetato de etilo Aceite para husos X / Acetato de plomo Aceite para transformadores X / Acetona Aceite etéreos X / Ácido acético (10%) Medio 20ºC 60ºC Medio 20ºC 60ºC Ácido acético (100%) glacial X /D Agua de mar X X Ácido adipínico X X Agua Oxigenada (30%) X X Ácido benzoico X X Agua oxigenada (100%) X / Ácido benzilsulfónico X X Agua regia - - Ácido borico X X Alcanfor X / Ácido bromhídrico (50%) X X Alcohol Arílico X X Ácido butírico X / Alcohol bencílico X X Ácido carbónico X X Alcohol etílico X X Ácido cianhídrico X X Alcohol furfurílico X XD Ácido cítrico X X Almidón X X Ácido clorhídrico (en cualquier concentración) X X Alumbre X X

Ácido clorhídrico gaseoso, húmero y seco X X Amoníaco, gaseoso (100%) X X

Ácido cloroacético (nomo) X X Amoníaco, líquido (100%) X X Ácido clorosuitónico - - Anhídrido acético X /D Ácido crómico (80%) X -D Anhídrido sulfúrico - - Ácido dicloroacético (50%) X X Anhídrido sulfuroso, húmedo X X Ácido dicloroacético (100%) X /D Anhídrido sulfuroso, seco X X Ácido esteárico X / Anilina, pura X X Ácido fluorhídrico (40%) X / Anisol / - Ácido fluorhídrico (70%) X / Azufre X X Ácido fluosilícico acuoso (hasta el 32%) X X Benceno / /

Ácido fórmico X Benzoato sódico X X Ácido fosfórico (25%) X X Bicromato potásico (40%) X X Ácido fosfórico (50%) X X Bisulfito sódico, diluido con agua X X Ácido fosfórico (95%) X XD Borato potásico, acuoso al 1% X X Ácido ftálico (50%) X X Borax, en cualquier concentración X X

Ácido glicólico (50%) X X Bromato potásico acuoso (hasta el 10%) X X

Ácido glicólico (70%) X X Bromo - - Ácido láctico X X Bromuro potásico X X Ácido maleico X X Butanol X X Ácido malico X X Butanotriol X X Ácido monocloroacético X X Butilglicol X X Ácido nítrico (25%) X X Butoxilo X / Ácido nítrico (50%) / - Carbonato sódico X X Ácido oleico (conc.) X / Cera de abejas X / Ácido oxálico (50%) X X Cerveza X X Ácido perclórico (20%) X X Cetonas X X Ácido perclórico (50%) X / Cianuro potásico X X Ácido perclórico (70%) X -D Ciclohexano X X Ácido propiónico (50%) X X Ciclohexanol X X Ácido propiónico (100%) X / Ciclohexanona X / Ácido silícico X X Clorhidrina de glicerina X X Ácido succínico (50%) X X Clorito sódico (50%) X /

Ácido sulfhídrico X X Clorobenceno / - Ácido sulfúrico (10%) X X Cloroetanol X XD Ácido sulfúrico (50%) X X Cloroformo / - Ácido sulfúrico (80%) X X Cloro gaseoso, húmedo / - Ácido Sulfúrico (98%) X - Cloro gaseoso, seco / - Ácido sulfuroso X X Cloro, líquido - - Ácido tánico (10%) X X Cloruro amónico X X Ácido tartárico X X Cloruro de aluminio, anhidrico X X Ácido tricloroacético (50%) X X Cloruro de bario X X Ácido tricloroacético (100%) X / Cloruro de calcio X X Ácido aromáticos X X Cloruro de zinc X X Ácido grasos (> C6) X / Cloruro de etileno (sublimado) / / Acrilnitrilo X X Cloruro de metileno / X Agua de cloro (desinfección de tuberías) X Cloruro de sulfurilo - Medio 20ºC 60ºC Medio 20ºC 60ºC Cloruro de tionilo - - Hidróxido de bario X X Cloruro férrico X X Hidróxido potásico (en solución al 30%) X X Cloruro magnésico X X Hidróxido sódico (en solución al 30%) X X Cloruro potásico X X Hipoclorito de calcio X X Cloruro sódico X X Hipoclorito sódico (12% de cloro activo) / - Creosota X XD Isooctano X / Cresol X XD Isopropanol X X Cromato potásico acuoso (40%) X Jarabe simple X X Dacahidronaftalina X / Jugos de frutas X X

Detergentes sintéticos X X Lejía para blanquear el cloro (12% de cloro activo) / -

Dextrina, acuosa (saturada al 18%) X X Levadura, en agua X X Dibutileter X - Melasa X X Diclorobenceno / - Mentol X / Dicloroetano / / Mercurio X X Dicloroetileno - - Mermelada X X Dietileter X / Metanol X X Disobutilcetona X / Metibutanol X / Dimetilformamida (100%) X X Metiletilcetona X / Dioxano X X Metilglicol X X Emulsionantes X X Morfolina X X Esencia de trementina X / Nafta X / Espermaceti X / Naftalina X / Esteres alifáticos X X Nitrato amónico X X Ester etílico del ácido monocloroacético X X Nitrato de plata X X

Ester metílico del ácido dicloroacético X X Nitrato potásico X X Ester metílico del ácido monocloroacético X X Nitrato sódico X X Éter X / Nitrobenceno X / Éter de petróleo X / Nitrotolueno X / Éter isopropílico X - Octilcresol / - Etilendiamina X X Oleum - - Etilglicol X X OXicloruro de fósforo X XD Etilhexanol X X Ozono / -

Fenol X XD Ozono en sol, acuosa (prep. para agua potable) X

Flúor - - Pentóxido de fósforo X X Fluoruro amónico, acuoso (hasta 20%) X X Permanganato potásico X XD Formaldehído (40%) X X Petróleo X / Formamida X X Piridina X / Fosfato de tributilo X X Poliglicoles X X Fosfatos X X Potasa caústica X X Ftalato de dibutilo X / Propanol X X Gases industriales, conteniendo X X Propilenglicol X X - Ácido carbónico X X Pulpa de fruta X X - Ácido Clorhídrico (cualquier concentración) X X Revelador fotográfico, corriente X X

- Ácido fluorhídrico (trazas) X X Sales de cobre X X

- Ácido sulfúrico húmedo (cualquier concentración) X X Sales de níquel X X

- Öxido de carbono X X Sebo X X - Vapores nitrosos (trazas) X X Seudocumeno / / Gasolina X X Silicato sódico X X Gelatina X X Silicato soluble X X Glicerina X X Soles salinos, saturados X X Glicol (concentrado) X X Soluciones para hilar viscosa X X Glucosa X X Soda caústica X X Grasa de desecador X / Sulfato amónico X X Halothan / / Sulfato de aluminio X X Hidrato de hidracina X X Sulfato magnésico X X Hidrocarburo fluorado (p.e. ®Frigen) / - Sulfatos X X Hidrógeno X X Sulfuro amoniaco X X Medio 20ºC 60ºC Medio 20ºC 60ºC Sulfuro de carbono / Tolueno / - Sulfuro sódico X X Tricloroetileno / - Tetrabromuro de acetileno / - Tricloruro de antimonio X X Tetracloroetano x - Tricloruro de fósforo X X

Tetracloruro de carbono / - Trietanolamina Tween 20 y 80 (Atlas Chemicals) X X

Tetrahidrofurano X - Urea X X Tetrahidronaftalina X / Vapores de bromo / Tintura de yodo DAB 7 X /D Vaselina X / Tiofeno / / Vinagre, a concentración corriente X X Tiosulfato sódico X X p-Xileno / -

RANGOS DE PRESIONES PARA LAS TUBERÍAS DE HDPE:

Lo fundamental para los rangos de presiones de los sistemas con tuberías de HDPE es el concepto de Tensión Hidrostática a Largo Plazo (Long-Term Hydrostatic Strenght – LTHS) del material. ASTM D 1598, “Tiempo para falla de tubos plásticos bajo presión interna constante”, es el método de testeo estándar por el que las muestras de tubos de HDPE son sujetas a presiones constantes y sus tiempos de falla es anotado como una función del esfuerzo aplicado. Usando la relación conocida como la ecuación ISO, es posible la relación entre la presión testeada y la tensión del material (esfuerzo circunferencial resultante generado en las paredes del tubo por aquella presión interna).

Donde:

PN: Presión nominal (Kg/cm2). D: Diámetro exterior del tubo (mm). e: Espesor mínimo de pared del tubo (mm). σs: Tensión del material (Kg/cm2)

La Figura 2.1 muestra el logaritmo de la relación de la Tensión del Material Vs. Tiempo de falla para un HDPE PE 3408 testeado en agua a 23ºC (73ºF) acorde con la ASTM D 1598. Note que aunque la actual información testeada es solo aproximadamente 10,000 horas, la línea es extrapolada a 100,000 horas la cual es usada para establecer la Tensión Hidrostática a Largo Plazo (LTHS).

σs = PN * ( D – e ) / ( 2 * e )

Figura 2.1: Gráfico Tensión- Ruptura para el material PE-3408

Factor de Diseño y Fatiga Hidrostática de Diseño

Es necesario en diseños de sistemas de tuberías de plástico que el HDPE sea reducido siendo multiplicado este por un factor de diseño (DF) para permitir un mayor margen de seguridad en el uso y para contener una fatiga potencial en el tubo más allá de la presión interna del tubo. Otros factores a considerar son: servicio y condiciones medioambientales, temperaturas mayores a 23ºC, otros medios fluidos, etc. Actualmente la industria ha aceptado que los factores de diseño son 0.5 para agua a una temperatura de servicio de 23ºC y 0.32 para la distribución de gas natural. Para mayores demandas y aplicaciones más agresivas la aplicación o condiciones de servicio, menores factores de diseño pueden necesitarse.

Sistemas de dimensionamiento

Las dimensiones estándar para sistemas de tuberías son una importante parte del diseño por mucha razones. El diámetro de la tubería dictara la capacidad de llevar un volumen determinado de fluido. El espesor de pared determinará la tensión de la tubería y su capacidad de manejar presiones internas y externas así como afectar la capacidad potencial de flujo. Es así que, el cociente entre el diámetro y el espesor de pared (Conocido también relación dimensional – DR), se convierte en un importante factor de diseño para tuberías. La estandarización de esas dimensiones permite la instalación de elementos tales como accesorios, válvulas y equipamiento de instalación para ser diseñados para un número límite de tamaños, mientras a su vez, permite la suficiente diversidad de tamaños para que el diseñador construya los sistemas que el necesita.

emin

DEprom SDR = DEprom

emin

INFLUENCIA TEMPERATURA

El agua transportada por las tuberías de plástico experimenta pequeñas variaciones de temperatura, debidas al bajo coeficiente de conductividad térmica que tienen estos materiales, sobre todo comparadas con el de materiales tradicionales. Esto hace que cuando la temperatura ambiente baja de los 0ºC, el agua conducida por una tubería de plástico se hiele con mayor dificultad que la conducida por una tubería de otro material. Además, hay que tener en cuenta, que aprovechando el bajo módulo de elasticidad de los plásticos, el tubo podrá absorber con mayor facilidad el incremento de volumen que experimenta el agua en el caso de congelarse.

En cuanto a las variaciones dimensionales que pueden experimentar estos tubos, motivados por cambios de temperatura, estas pueden ser reversibles originadas por la dilatación térmica, e irreversibles debidas a la descongelación de tensiones internas introducidas en los tubos durante el proceso de extrusión. En lo que se refiere a las variaciones dimensionales reversibles, hay que considerar el alto coeficiente de dilatación lineal que presenta el HDPE en comparación con otros materiales como el acero o la fundición dúctil, y valorar esta característica a la hora de proyectar una instalación, y respecto a las irreversibles reducir estas cuidando el proceso de transformación de los tubos y vigilándolas, realizando el ensayo normalizado de comportamiento al calor.

La temperatura, asimismo, tiene una gran influencia en las propiedades mecánicas de los tubos, y así, por ejemplo, hay que tener en cuenta que al descender la temperatura, aumenta la fragilidad del HDPE (temperaturas menores a -40ºC) o lo que es lo mismo, disminuye su resistencia al impacto. Por otro lado, al aumentar la temperatura, se reduce la resistencia a la tracción, lo que significa que disminuye la resistencia a la presión interna, y por eso al definir la presión nominal de un tubo fabricado a base de un material termoplástico, esta se refiera a una temperatura de 20ºC.

El coeficiente de seguridad debe tener en cuenta, además, todos los esfuerzos adicionales incontrolables que pueden producirse durante el servicio, como golpes de presión y tensiones térmicas en cambios de temperatura, así como movimientos y hundimientos de tierra en tuberías ya tendidas.

Consideraciones sobre la expansión térmica de las tuberías HDPE

El coeficiente de expansión térmica es de 2 x 10-4 m/mºC.

Expansión y contracción en tuberías HDPE enterradas

En tuberías enterradas los cambios de temperatura son normalmente bajos y estacionales. La expansión lineal resultante es normalmente baja.

La fricción entre el terreno y la tubería es suficiente para mantener la tubería en posición y transferir la elongación y tensión a la pared de la tubería.

Si durante la instalación la temperatura exterior es mayor que la del terreno, la tubería se contrae después de colocada y rellenada en la zanja. Para eliminar un exceso de tensión conviene colocar la tubería culebreada en la zanja e instalarla temprano en la mañana cuando todavía esta fría.

Expansión y contracción de tuberías HDPE en superficies

Cuando las tuberías no pueden ser protegidas contra la acción directa de los rayos solares, conviene pintarlas de blanco para disminuir la absorción de calor. También se pueden cubrir con tierra, en este caso se deben tomar las mismas precauciones que en tuberías enterradas; el material debe ser compactado a cada lado de la tubería en un ancho igual a 2 diámetros, la altura de relleno debe tener por lo menos 30 cm. sobre la parte superior de la misma. El ancho total de esta cubierta debe ser de 4D.

Colocando la tubería HDPE como en la figura se transfiere la dilatación lineal a deflexión lateral según la fórmula:

D = 0.0078 * L * ΔT 0.5

CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS

Las características de la superficie de las tuberías de HDPE y su resistencia a la corrosión, incrustaciones y sedimentación, significa que éstas tienen mucha menor pérdida de carga que las tuberías tradicionales.

La capacidad de desagüe y velocidad de flujo de las tuberías HDPE, se pueden calcular usando las fórmulas de Prandtl – Colebrook, Hanzen Williams o Manning.

Las tuberías HDPE poseen un factor de rugosidad de Darcy igua a 0.007mm. El coeficiente de Manning “n” es de 0.009 para agua limpia temperatura ambiente. En tuberías tradicionales se hacen correcciones al valor “n” debido a sedimentaciones y embanques; la naturaleza abrasiva y no polar del polietileno minimiza este efecto.

Para el cálculo de caudal en una tubería de sección llena, se utiliza la fórmula de Hazen-William, que tiene la siguiente expresión:

Donde:

Q: Caudal (m3/s) D: Diámetro interior de la tubería (m) J: Pérdida de carga unitaria (m/m) C: Coeficiente de Chezy = 150 Si se desea obtener la pérdida de carga, ésta se deduce de la fórmula anterior: RESISTENCIA A LA ABRASIÓN:

La investigación ha demostrado que las partículas sólidas transportadas en agua tienen la capacidad de erosionar los tubos con una velocidad de erosión que aumenta con el incremento de la velocidad del flujo, de la concentración de los sólidos, de la temperatura y de las dimensiones de las partículas. Mientras que en condiciones normales de uso los tubos de cemento han logrado resultados aceptables en el campo industrial, los tubos de plástico han sustituido ventajosamente a los tubos de acero que estaban expuestos a una fuerte erosión; pruebas comparativas han demostrado que existen una marcada diferencia de erosión.

A pesar que los tubos plásticos para alcantarillado no han superado la meta de los 50 años de la vida operativa, no se nota desgaste debido a la abrasión. En las tuberías que están en servicio del 1966 no evidencian ninguna razón de que puedan presentar inconvenientes en los próximos decenios.

ATOXICIDAD:

Ha sido probado el uso de tubos de polietileno (PE) en el transporte de agua potable por todas las normativas internacionales. Dicho material responde a todas las prescripciones higiénicas relacionadas a los acueductos como también a las normativas relacionadas a los materiales que vienen en contacto con alimentos; todo está favorecido por la completa ausencia de sabor y olor del material mismo.

Las tuberías de HDPE en dimensiones menores se usan con bastante éxito en los arranques domiciliarios, con fittings de compresión.

En conducciones de agua potable por zonas pantanosas y subacuáticas las tuberías de polietileno han dado excelente resultado.

Para la identificación de redes de agua potable se utilizan rayas azules a lo largo de la tubería a través de un sistema de coextrusión.

J = 10.668 * C -1.85 * Q1.85 * D -4.87

Q = 0.2785 * C * D2.63 * J0.54

PROPIEDADES ELÉCTRICAS:

El polietileno es un óptimo aislante por su estructura no polar, característica notable utilizada en diferentes aplicaciones. Desde el inicio de su producción a nivel industrial, estas características hacen que en los tubos se genere cargas electrostáticas; en los tubos enterrados el problema está resuelto por la humedad misma del terreno.

Además, la elevada resistividad del volumen superficial hace que el material no sufra en lo mínimo por las corrientes parásitas.

RESISTENCIA Y FLEXIBILIDAD:

La Tubería de HDPE es capaz de absorber impactos normales producidos por el manipuleo y la instalación. Adicionalmente tiene una gran flexibilidad pudiendo ser fabricadas en rollos de 100 metros para tuberías de 110mm (4”) cuando estas tienen un SDR inferior o igual a 13.5.

En la puesta en obra de los tubos de HDPE, es importante tener presente el radio de curvatura máximo y así no crear tensiones en las paredes del tubo demasiado elevados, y en particular en los tubos con bajo espesor de pared.

Es recomendable no practicar a 20ºC radios de curvatura inferiores a los que se indican a continuación:

SDR Radio de Curvatura Admisible PE 3408

26 40D

21 30D 17 20D

13.5 20D 11 15D

9 10D D: Diámetro Exterior de la Tubería HDPE.

Si el tendido se realiza a 0ºC, los radios de curvatura indicados se incrementarán en un factor de 2.5. Entre 0 y 20ºC, el radio de curvatura puede determinarse por interpolación lineal.

ESTABILIDAD A LA INTEMPERIE:

Están protegidas contra la degradación que causan los rayos UV al ser expuestas a la luz directa del sol, ya que contienen un porcentaje de negro de humo (la cantidad mínima que debe contener el polietileno es 2%), que además le otorgan un color negro característico.

Esto permite que las tuberías de HDPE puedan ser instaladas a la intemperie.

3. APLICACIONES

Minería

El polietileno de alta densidad resiste prácticamente todos los elementos corrosivos de la industria minera y las tuberías se aplican en rangos de temperatura que van desde los -40ºC a 60ºC y presiones de hasta 16 Kg/cm2.

Las tuberías HDPE se utilizan por ejemplo en las siguientes instalaciones:

Plantas de flotación. Plantas de lixiviación. Plantas de biolixiviación. Plantas de extracción por solventes. Plantas de tratamientos de carbón. Refinerías electrolíticas. Plantas de cianuración. Conducción de petróleos y gases. Plantas de obtención de yodo. Transporte hidráulico de relaves

Industria Química

La contaminación indiscriminada de ríos, lagos, mares, ha llevado a la industria a tomar conciencia del problema ecológico, contribuyendo en la eliminación correcta de desechos. Los grandes complejos químicos han desarrollado plantas especiales para el tratamiento de residuos o bien han preparado grandes depósitos donde almacenar estos elementos.

Normalmente, cualquiera sea la solución adoptada, es necesario transportar líquidos corrosivos a bastante distancia. Estos líquidos deben ser transportados en la forma más económica posible y, además, deben asegurar una máxima estanqueidad para no contaminar las áreas que atraviesan.

Área Sanitaria

Transporte de agua potable: Las tuberías HDPE para agua potable están normalizadas para nuestro país según la Norma NTP ISO 4427:2000.

Conducción de aguas servidas al fondo del mar (Emisarios Submarinos): El problema de la contaminación de las playas hacen necesario el manejo de los residuos en forma adecuada. Las tuberías HDPE, por sus características, son el material apropiado para el transporte de residuos al fondo del mar.

Conducciones subacuáticas enterradas: Con las tuberías HDPE no son necesarios los costosos elementos prefabricados de adaptación al perfil del fondo, denominados “cuellos de cisne”, dada su flexibilidad natural, se amoldan perfectamente por sí mismas a las irregularidades del terreno, dentro de determinados radios mínimos, en función de su presión interna.

Las conducciones subacuáticas enterradas se utilizan como:

- Tuberías de presión, por ejemplo, para agua potable. - Tuberías de nivel libre, por ejemplo, para aguas

residuales. - Tuberías para la protección de cables.

Agricultura

La aplicación tradicional de las tuberías HDPE ha sido la agricultura.

Las aplicaciones son principalmente en diámetros pequeños hasta 110mm. Sólo esporádicamente se usan tuberías mayores.

Las aplicaciones agrícolas principales son:

Transporte de agua para bebederos de animales y riego menor en zonas áridas.

Riego por aspersión: su flexibilidad y facilidad de enrollado permite tener sistemas de riego por aspersión móviles.

Riego por goteo: en la última década el riego por goteo ha incrementado la productividad agrícola. Además de incrementar el número de hectáreas regadas, permite un mejor aprovechamiento de las aguas.

Industria en General

Transporte de gas: Las tuberías de HDPE, por su resistencia al impacto en terrenos agresivos, a los hidrocarburos, así como por su fácil tendido y unión, dan excelentes resultados para redes de abastecimiento de gas natural y otros tipos de gases.

De acuerdo a las normas existentes (DIN 19630), las tuberías HDPE pueden utilizarse en todas las conducciones de gas que alcancen una presión máxima de servicio de 4 Kg/cm2 (norma DVGWG 475, G472).

La resistencia de las tuberías HDPE a los residuos aromáticos u otros componentes del gas natural es muy elevada.

En el ensayo de presión interna, las tuberías con gas soportan sin romperse cinco veces más tiempo que con agua potable. Por lo tanto, la duración predecible de las tuberías HDPE subterráneas que se ajustan a las especificaciones existentes es muy superior a los 50 años con una temperatura máxima de 20ºC.

Las pérdidas de gas por permeabilidad específica son mínimas, debido al espesor de las tuberías HDPE. Según las mediciones realizadas, las pérdidas por difusión alcanzan únicamente una fracción (1/1000), de las que suelen registrarse en las redes de abastecimiento. La permeabilidad a los gases, determinada por las compañías de gas, confirma que las pérdidas anuales que sufren las tuberías HDPE destinadas a las presiones citadas son tan escasas que, carecen de importancia económica y ecológica, así como en cuanto a su seguridad.

Protección de cables eléctricos y telefónicos: Las tuberías HDPE para la protección de cables pueden fabricarse en cualquier longitud. Por este motivo su empleo resulta muy común hoy en día, en la construcción de conducciones subacuáticas enterradas.

Los tubos sumergibles para la protección de cables, deben calcularse contra deformaciones y abolladuras, tomando como punto de referencia un terreno no compactado.

4. DIMENSIONES Tabla 4.1: Dimensiones para Tuberías HDPE, Normas ASTM F-714

Pressure Rating Psi 64 80 100 128 160 200 265

DN (Pulg)

D exterior

(mm)

(1) Relación estándar de dimensión (SDR)

SRD 26.0 SDR 21.0 SDR 17.0 SDR 13.5 SDR 11.0 SDR 9.0 SDR 7

e min

(mm)

D interior (mm)

e min

(mm)

D interior (mm)

e min

(mm)

D interior (mm)

e min

(mm)

D interior (mm)

e min

(mm)

D interior (mm)

e min

(mm)

D interior (mm)

e min

(mm)

D interior (mm)

1/2 21.30 2.4 16.5 3.0 15.3 3/4 26.70 2.4 21.9 3.0 20.7 3.8 19.1 1 33.40 2.5 28.4 3.1 27.2 3.7 26.0 4.8 23.8

1 1/2 48.30 3.6 41.1 4.4 39.5 5.4 37.5 6.9 34.5 2 60.30 3.6 53.1 4.5 51.3 5.5 49.3 6.7 46.9 8.6 43.1 3 88.90 5.2 78.5 6.6 75.7 8.1 72.7 9.9 69.1 12.7 63.5 4 114.30 6.7 100.9 8.5 97.3 10.4 93.5 12.7 88.9 16.3 81.7 6 168.30 6.5 155.3 8.0 152.3 9.9 148.5 12.5 143.3 15.3 137.7 18.7 130.9 24.0 120.3 8 219.10 8.4 202.3 10.4 198.3 12.9 193.3 16.2 186.7 19.9 179.3 24.3 170.5 31.3 156.5 10 273.10 10.5 252.1 13.0 247.1 16.1 240.9 20.2 232.7 24.8 223.5 30.3 212.5 39.0 195.1 12 323.90 12.5 298.9 15.4 293.1 19.1 285.7 24.0 275.9 29.4 265.1 36.0 251.9 46.3 231.3 14 355.60 13.7 328.2 16.9 321.8 20.9 313.8 26.3 303.0 32.3 291.0 39.6 276.4 16 406.40 15.6 375.2 19.4 367.6 23.9 358.6 30.1 346.2 37.0 332.4 18 457.20 17.6 422.0 21.8 413.6 26.9 403.4 33.9 389.4 41.5 374.2 20 508.00 19.5 469.0 24.2 459.6 29.9 448.2 37.6 432.8 46.2 415.6 22 558.80 21.5 515.8 26.6 505.6 32.9 493.0 41.4 476.0 24 609.60 23.4 562.8 29.0 551.6 35.9 537.8 45.1 519.4

1) La relación SDR corresponde al cociente entre el diámetro externo y el espesor de la tubería