Sistemas de Tuberías de PVC-U para la conducción de agua

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1 Sistemas de Tuberías de PVC-U para la conducción de agua AseTUB, Asociación Española de Fabricantes de Tubos y Accesorios Plásticos info@asetub.es Introducción El Policloruro de Vinilo (PVC) es un material termoplástico que se presenta en su forma original como un polvo de color blanco. Se fabrica mediante la polimerización del cloruro de vinilo monómero (VCM) que, a su vez, se obtiene de la sal y del petróleo. La versatilidad del PVC, debida a su capacidad de aditivación y tratamiento, permite obtener distintos tipos de compuestos destinados a la fabricación de productos rígidos o flexibles, transparentes u opacos, compactos o espumados. El PVC se adapta con facilidad a las necesidades de la vida moderna y contribuye al progreso. Las formulaciones para de resinas de PVC-U, varían según la clase de tubo que se vaya a fabricar, a fin de cumplir, por un lado con las calidades finales exigidas al producto y por el otro para conseguir una procesabilidad en máquina sin interrupciones y con alta productividad, todo ello dentro de un marco de costes razonable. La fabricación de tubos de PVC-U (rígido) puede considerarse como un proceso de laboratorio a gran escala, totalmente limpio, con grandes ventajas: - No produce ningún tipo de contaminación. - No genera gases nocivos, ni ambiente polvoriento en condiciones normales de explotación. - No genera niveles de ruido molesto. - No presenta peligro alguno de incendio por ser el PVC un producto autoextinguible. El personal obrero no está sometido a esfuerzos físicos, que se reducen a valores testimoniales con el alto grado de automatización de las modernas fábricas. El consumo energético es muy bajo, aproximadamente entre 0,5 y 1 kw/kg de tubo de PVC-U y las temperaturas de transformación máximas constantes y localizadas, entre ºC, no producen un ambiente de trabajo molesto. El tubo de PVC-U requiere menos energía para ser fabricado que cualquier otro tipo de tubería, incluyendo en esta consideración la extracción, importación de crudos de petróleo y subsiguiente refino para la obtención de la materia prima, contribuyendo al ahorro energético de la nación, en magnitudes importantes. Los kilos equivalentes de petróleo utilizados para la fabricación de 100 metros de tubería de 100 mm de diámetro son: Fundición: 1970 kg equivalente de petróleo PVC-U: 154 kg equivalente de petróleo Este ahorro se extiende todavía más allá, en el posterior empleo del tubo, gracias a la ligereza que le da su densidad de 1,4 kg/dm 3 3(transporte, colocación, etc.) a la vista de la siguiente comparación que ilustra esta ventaja en relación a tubos de materiales corrientes, basadas en normas industriales relativas a tubos de similar diámetro, PN 10 y de 6m de longitud incluida la copa de unión: Material Peso (kg) Peso (%) PVC-U Fundición Fundición-cemento

2 Características generales de las tuberías de PVC-U - Densidad La densidad del PVC-U es de aproximadamente 1,40 g/cm 3. Los aditivos sólidos o líquidos producen modificaciones de la densidad. Las diversas Normas, fijan unos valores de densidad máxima, para las diferentes aplicaciones. Los diferentes aditivos, con densidades muy dispares, aunque se emplean en reducidas cantidades, modifican el valor final de densidad, por lo que al diseñar la formulación se deben tener en cuenta las densidades de aditivos. Al aumentar la densidad, generalmente se reducen las propiedades de resistencia a tracción e impacto, debiendo emplearse aditivos modificadores para mantener estos valores dentro de Normas. - Elasticidad La fuerza de cohesión entre las distintas moléculas se oponen a la deformación provocada por una fuerza exterior y entre ciertos márgenes la pieza o elemento deformado tiende a recuperar su forma primitiva una vez han cesado las acciones que la deforman. Esta propiedad es designada como elasticidad. Si la deformación supera cierto límite, ésta subsiste. El límite hasta el cual el cuerpo conserva su elasticidad se llama límite de elasticidad. Si la deformación sigue aumentando tendrá lugar la rotura del elemento. La carga por unidad de sección transversal del cuerpo o probeta bajo cuya acción se rompe se denomina Carga de rotura. De acuerdo con la ley de Hooke, para un sólido elástico ideal, los esfuerzos son proporcionales a las deformaciones, pero dado el carácter viscoelástico de los polímeros su comportamiento no cumple con dicha ley obteniendo diagramas esfuerzo-deformación de formas muy variadas según se ensaya, dependiendo de la velocidad del ensayo, influyendo también la temperatura. El sistema de medida más comúnmente empleado para obtener los diagramas de esfuerzo-deformación es aquél que consigue mediante un ensayo de tracción, esto es, deformando una probeta y registrando dicha deformación frente al esfuerzo aplicado según la figura adjunta. Ensayo de tracción El esfuerzo de tracción (nominal), σ, se define como la fuerza de tracción F, soportada por la probeta en cualquier momento del ensayo dividida por la sección transversal original de la misma A o, Si a este esfuerzo de tracción le corresponde una longitud l 1 de la probeta, siendo l o la longitud inicial de la misma, la deformación viene dada por: Si el esfuerzo de tracción corresponde al momento de la rotura de la probeta tendremos el esfuerzo de tracción a la rotura y la deformación correspondiente será el alargamiento a la rotura que se suele expresar en tanto por ciento: 176

3 En un material como el acero existe una proporcionalidad entre las cargas y las deformaciones unitarias cumpliendo la ley de Hooke, en la zona de comportamiento elástico. Si en un material plástico como el PVC-U se presenta una relación esfuerzo-deformación inicialmente lineal, se puede aprovechar esta zona para calcular el módulo de Young, que es la relación entre σ, esfuerzo de tracción unitario referido a la sección inicial y la ε deformación o alargamiento en la zona proporcional: y que para el PVC-U es: E= kg/cm 2 ~ MPa - Modulo de rigidez y flexibilidad La determinación de la flexibilidad de las tuberías fabricadas con PVC-U es compleja al intervenir en esta característica propiedades mecánicas simultáneas, tales como tracción, compresión y cizallamiento. El esfuerzo de flexión definido como la tensión máxima de la fibra externa del material en la sección de la probeta situada en la zona de aplicación de la carga, se calcula siguiendo las leyes teóricas de la elasticidad, suponiendo que la fibra neutra (la que no está sometida a ningún esfuerzo) coincide con el eje geométrico. Esta hipótesis es inexacta, dado que sólo se cumple en una flexión para con materiales homogéneos e isótropos en las que los esfuerzos crecen proporcionalmente a la distancia de la fibra neutra. De todas formas hay que destacar que para pequeñas deformaciones en la práctica se considera que la flexión es pura. El módulo elástico a flexión para el PVC-U se considera similar al de tracción, es decir, del orden de kg/cm 2 ~ Mpa Las tuberías de PVC-U pueden admitir ciertas curvaturas, que están establecidas, para adaptarse a trazados de zanjas a la vez que debido a cargas sobre ellas se autorizan deformaciones (flexiones transversales) de hasta el 5% de su diámetro exterior. - Durabilidad Las tuberías de PVC-U están diseñadas para una vida mínima de 50 años. Los ensayos están basados en comprobar el comportamiento de los tubos bajo presión hidráulica interna a diferentes temperaturas y a largo plazo. La tubería de PVC-U como material termoplástico, responde a la presión interna de la forma típica de los plásticos, es decir, tiene fluencia o desplazamiento entre moléculas. El fenómeno de deslizamiento molecular es el resultado de las propiedades viscoelásticas del PVC-U, lo cual significa que la relación tensión-alargamiento no es rectilínea ni independiente del tiempo, como en el caso de los materiales elásticos. Por ello, en el diseño de las tuberías de PVC-U, se considera una tensión de trabajo con un coeficiente de seguridad que garantiza la vida útil de la tubería para una duración enservicio superior a 50 años, de acuerdo con la normativa de producto aplicable. - Conductividad térmica La conductividad térmica es un factor importante para el cálculo de los procedimientos de intercambio térmico basados en la conductividad. La conductividad térmica del PVC-U es: 0,122 Kcal/m.h ºC - Conductividad eléctrica La conductividad eléctrica de una suspensión de polvo de PVC-U en agua, indica el contenido de sustancias conductoras hidrosolubles, significando tanto una medida de la pureza de las polimerizadas en suspensión o en masa, como una indicación sobre el contenido de emulgentes y carbonato sódico de los productos de emulsión y en pasta. Es preciso, sobre todo en el campo de la electrotecnia, que la resina de PVC presente bajos índices de conductividad. Estos índices de conductividad pueden ser altamente alterados por la acción de algunos aditivos. Los materiales pueden clasificarse de acuerdo con su conductividad eléctrica específica en los siguientes grupos: (1 Siemens = 1 Ohmio -1 ): 177

4 - Aislantes eléctricos σ = a S/cm - Semiconductores σ = a 10 3 S/cm - Conductores σ >10 3 S/cm La conductividad del PVC-U en suspensión o en masa es ~ 10 a 20 µs/cm La mayoría de los polímeros que se utilizan comercialmente son aislantes y como consecuencia de su baja conductividad se cargan electrostáticamente. La rigidez dieléctrica del PVC-U es de Kv/mm. - Lisura interna La lisura interior de las tuberías de PVC-U se ha destacado como una de las ventajas en la utilización de estas tuberías. Su bajo coeficiente de rugosidad absoluta produce unas pérdidas de carga unitaria de los fluidos que circulan por ellas muy inferiores a las producidas en otros materiales tradicionales de rugosidad mayor. Durante la circulación del agua (u otro fluido) se producen rozamientos entre las partículas de ésta y las paredes interiores de la tubería. El coeficiente de rozamiento l, depende de la rugosidad interior de la tubería. La rugosidad absoluta K es la máxima de las asperezas de su superficie interior la rugosidad relativa K/D es la relación entre la rugosidad absoluta y el diámetro del tubo. Adjuntamos una tabla comparativa de los valores de rugosidad absoluta para distintas tuberías. Rugosidad Tipo de Tubería Absoluta (mm) Fundición sin revestir 0,25 Fundición revestida centrifugada 0,50 Hierro galvanizado 0,025 Fibrocemento sin revestir 0,025 Hormigón moldeado 0,40 Hormigón centrifugado 0,25 Hormigón en tubería 1,25 PVC-U 0,007 Se puede apreciar que las tuberías de PVC-U presentan un valor de rugosidad sensiblemente más bajo que las demás, esta propiedad posibilita: - Menor pérdida de carga, y por consiguiente, mayor caudal transportado. - Mayor dificultad para producirse incrustaciones. - Menor consumo de energía de bombeo, a igualdad de caudal transportado. Aplicaciones principales de las tuberías de PVC-U Las aplicaciones principales son: - Conducción de agua a presión - Evacuación de aguas pluviales - Evacuación de aguas residuales en interior de edificios - Canalizaciones subterráneas de saneamiento - Drenaje agrícola - Drenaje obra civil - Canalizaciones de riego - Protección de cables eléctricos - Redes enterradas contra incendios - Tuberías de aireación y ventilación - Encofrado perdido 178

5 - Conducciones industriales de fluidos ácidos y alcalinos - Canalones para aguas pluviales Existe una amplia gama de tubos y accesorios de PVC que ofrecen soluciones integrales para cada una de las aplicaciones mencionadas anteriormente. Los tubos y accesorios de PVC para la conducción de agua se vienen utilizando desde hace más de 50 años. En los últimos 10 años, el crecimiento del uso de tuberías de PVC en España ha sido superior al 75%. Actualmente en Europa, el 31% de las tuberías empleadas son de PVC y a nivel mundial representan el 39%. Comportamiento de las tuberías de PVC-U en función de la temperatura La temperatura influye en el comportamiento del PVC-U tanto en la resistencia de una tubería en función de la temperatura de servicio, cuyo resultado será la presión máxima admisible para el trabajo de dicha tubería. Definiciones y Clasificación de tubos y accesorios de PVC-U para conducción de agua a presión La norma UNE-EN 1452: Sistemas de Canalización en Poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) para la conducción de agua, de Mayo 2000 es la versión oficial de la norma europea que anuló y sustituyó a la UNE 53112:88 y que de acuerdo con las directivas europeas, todos los países miembros de la comunidad europea han adoptado. - Tensión hidrostática a largo plazo para 50 años a 20ºC (LTHS): Es el valor de la tensión tangencial en MPa que puede considerarse como propiedad del material y que representa el 50% del límite de confianza, para la tensión hidrostática a larga duración a 20ºC y 50 años. - Límite inferior de confianza (LCL): Es el valor de la tensión tangencial en MPa que puede considerarse como propiedad del material y que representa el 97,5% del límite inferior de confianza, para la tensión hidrostática a larga duración a 20ºC para 50 años. - Tensión mínima requerida (MRS): Es el valor del límite inferior de confianza (LCL) redondeado al valor más próximo de la serie de números Renard R10.Coeficiente de servicio (C): Es un coeficiente mayor a la unidad, tomado de la serie R10 y que considera las condiciones de servicio así como las propiedades de los componentes del sistema de tubería. - Serie de números de Renard R10: Son series de números preferentes de acuerdo con las normas ISO 3 y 497 y los valores para R.10 son: Tensión de diseño (σ s ): Es la tensión tangencial para una aplicación derivada del MRS dividida por el coeficiente C y redondeado el valor más próximo de la serie R10, expresada en MPa. 179

6 Relación entre parámetros funcionales LCL (Mpa) MRS (Mpa) > ISO-CEN DN (mm) C σ s (Mpa) 90 2,5 10,0 >90 2,0 12,5 La correspondencia entre Presiones Nominales (PN), Series (S) y Relación de Dimensiones Estándar (SDR) de las tuberías de PVC-U es: Presiones nominales (bar) σ s 2, , C MPa S SDR S SDR S SDR S SDR S SDR S SDR S SDR S SDR S SDR S SDR DN ,7 34,4 12, ,3 13, ,5 10 DN> ,8 42, , , ,5 Diámetros nominales incluidos en la UNE-EN 1452: (140)-160-(180)-200-(225)-250-(280)-315-(355) Características geométricas y funcionales - Diámetro nominal (DN/ID o DN/OD): Designación numérica del diámetro de un componente mediante un número entero aproximadamente igual a la dimensión real en milímetros. Esto se aplica tanto al diámetro interior (DN/ID) como al diámetro exterior (DN/OD). - Diámetro interior (ID): Diámetro interior medio de la caña del tubo en una sección cualquiera. - Diámetro exterior medio (OD): Diámetro exterior medio de la caña de tubo en una sección cualquiera. - Espesor nominal (e n ): Designación numérica del espesor, aproximadamente igual a la dimensión fabricada en mm y de acuerdo con lo establecido en las normas correspondientes. - Presión nominal (PN): Es un número convencional que coincide con la presión máxima de trabajo a 20ºC. - Presión de trabajo (P t ): Es el valor de la presión interna máxima para la que se ha diseñado un tubo, teniendo en cuenta un coeficiente de servicio (C) o de seguridad, que considera las fluctuaciones de los parámetros que puedan producirse normalmente durante su uso continuado de 50 años. - Presión de ensayo (P): Es la presión a que se someten las probetas para determinar las características funcionales. - Presión máxima admisible (PMA): Presión máxima, incluido el golpe de ariete, que un componente es capaz de soportar en servicio. - Presión de funcionamiento admisible (PFA): Presión hidrostática máxima que un componente es capaz de soportar de forma permanente en servicio. 180

7 - Presión de prueba en obra admisible (PEA): Presión hidrostática máxima que un componente recién instalado en obra es capaz de soportar, durante un período de tiempo relativamente corto, con objeto de asegurar la integridad y la estanqueidad de la conducción. - Presión de diseño (DP): Presión máxima de funcionamiento (en régimen permanente) de la red o de la zona de presión, fijada por el proyectista, considerando futuras ampliaciones, pero excluyendo golpe de ariete. - Presión máxima de diseño (MDP): Presión máxima de funcionamiento de la red o de la zona de presión, fijada por el proyectista, considerando futuras ampliaciones e incluyendo golpe de ariete, donde: - MDP se designa MDPa, cuando se fije previamente el golpe de ariete admitido. - MDP se designa MDPc, cuando el golpe de ariete se calcule. - Presión de funcionamiento (OP): Presión interna que aparece en un instante dado en un punto determinado de la red de abastecimiento de agua. - Presión de servicio (SP): Presión interna en el punto de conexión a la instalación del consumidor, con caudal nulo en la acometida. - Golpe de ariete: Fluctuaciones rápidas de presión debidas a las variaciones de caudal durante intervalos cortos de tiempo. - Presión de prueba de la red (STP): Presión hidrostática aplicada a una conducción recientemente instalada de forma que se asegure su integridad y estanquidad. - Serie de tubos (S): Es un número para la designación de un tubo de acuerdo con la norma ISO 4065, en base a cuya serie se establece los espesores de las tuberías. (tabla universal de espesores). Su expresión es: σ = Tensión tangencial del material considerado (Tensión de diseño) P = Presión del fluido a conducir (Presión nominal) - Relación de dimensiones estándar (SDR): Es un concepto muy generalizado aplicado a la normalización para definir clases de tuberías. Su expresión es la relación entre el diámetro exterior de un tubo y su espesor. La relación entre S (Serie) y SDR es la siguiente: En este apartado de características geométricas y funcionales se han incorporado definiciones de la norma UNE- EN 805 Abastecimiento de agua. Especificaciones para redes exteriores a los edificios y sus componentes. Uniones de tuberías de PVC-U Las tuberías de PVC-U son fabricadas por un proceso de Extrusión continuo. Los tubos son cortados en fábrica a longitudes establecidas en Normas o según especificaciones del fabricante. Los extremos de los tubos pueden ser fabricados de 3 formas distintas: Con extremo con embocadura para unión por junta elástica. Con extremo con embocadura para unión por encolado. Con extremo recto para unión mediante manguitos dobles separados. 181

8 Tipos de uniones Los tipos de uniones principales son: a) Junta elástica La junta de elastómero es comprimida cuando se introduce el extremo macho en la embocadura. b) Encolado Un adhesivo a base de disolvente se aplica sobre el extremo macho y en la embocadura y ambos extremos se unen por introducción del uno en el otro c) Accesorio mecánicos Formadas por manguitos dobles, con juntas elásticas. La estanquidad se consigue por deformación de las juntas elásticas al introducir los extremos de los tubos por cada lado del manguito. d) Uniones con brida Sobre el extremo de la tubería se incorpora un manguito con tope encolado sobre el tubo, previa introducción de una brida loca que en el montaje se situará sobre el manguito encolado para unir a otro extremo con brida o a elementos tales como válvulas. Entre ambas bridas se coloca una junta plana de elastómero. Legislación, Normativa y Certificación Legislación Actualmente existe una profusa legislación que regula la conducción de agua tanto a nivel nacional como europeo. - Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Abastecimiento de Agua. Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo (1974). (Este pliego que en breve será derogado, ha sido actualizado técnicamente por la siguiente Guía Técnica). - Guía Técnica sobre Tuberías para el Transporte de Agua a Presión. Cedex / Mº de Fomento /Mº Medio Ambiente (Mayo 2003).Directiva Productos de la construcción - Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Saneamiento de Poblaciones. Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo (1986). (en revisión). - CPD 89/106/CEE: Directiva Europea de Productos de Construcción por el que se dictan las disposiciones para la libre circulación de productos de construcción y cuya transposición en España fue realizada a través del Real Decreto 1630/ DWD 98/83/CEE: Directiva Europea de Agua Potable y cuya transposición en España fue realizada a través del Real Decreto 140/2003 por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano 182

9 - Ordenes ministeriales del Ministerio de Fomento por las que homologa periódicamente equipos y materiales utilizados en el ámbito de la construcción Normativa Todas las características tanto del material como del producto final están definidas y recogidas en las normas de producto. Según los requisitos de la aplicación las exigencias de las tuberías serán diferentes. Seguidamente se detallan las normas de producto para tubos y accesorios de PVC para algunas de las aplicaciones más comunes. Abastecimiento de agua a presión: - UNE-EN 1452: Sistemas de canalización en materiales plásticos para conducción de agua (PVC-U) - ISO/DIS 16422: Tubos y uniones de PVC orientado (PVC-O) para transporte de agua Saneamiento y evacuación: - UNE-EN 1401: Sistemas de canalización para saneamiento enterrado sin presión (PVC-U) - UNE-EN 1456: Sistemas de canalización para saneamiento enterrado o aéreo con presión (PVC-U) - pren 13476: Sistemas de canalización de pared estructurada para saneamiento enterrado sin presión (PVC- U), polietileno (PE) y polipropileno (PP) - UNE-EN 1329: Sistemas de canalización para evacuación de aguas residuales en el interior de edificios (PVC-U) - UNE 607: Canalones suspendidos y sus accesorios de PVC-U. Definiciones, exigencias y métodos de ensayo - UNE 12200: Sistemas de canalización - evacuación de aguas pluviales en instalaciones aéreas y al exterior (PVC-U) - UNE EX: Sistemas de canalización - saneamiento subterráneo con presión (PVC-U) Drenaje: - UNE 53486: Tubos corrugados y accesorios PVC-U para drenaje agrícola. Características y métodos de ensayo - UNE EX: Tubos y Accesorios de PVC-U y PE para Drenaje enterrado en Obras de Edificación e Ingeniería Civil Tuberías Flexibles: - UNE-EN ISO 3994: Mangueras de materiales termoplásticos con refuerzo termoplástico helicoidal para succión y descarga de materiales acuosos. Especificaciones. Certificación Las empresas de AseTUB, que siempre apuestan por ofrecer productos de la máxima calidad, han sido pioneras en certificar sus tubos y accesorios, conforme a toda esta normativa, a través de AENOR, organismo de certificación que otorga la Marca de Calidad de producto. Esta es una garantía de calidad esencial, no sólo para el usuario, sino para el propio fabricante que se asegura, mediante un control periódico y continuado, la perfecta aptitud de sus productos para la aplicación a la que se destinan. Las compañías que forman AseTUB son titulares de un muy alto porcentaje de las Marcas de Calidad existentes para tuberías plásticas. Para tener la máxima garantía de calidad y la satisfacción de los usuarios, AseTUB recomienda a los profesionales del sector que exijan y utilicen tubos y accesorios de PVC certificados y que la instalación sea siempre realizada por profesionales cualificados. 183