el agua transportada por DURATEC Tuberías y Fittings de HDPE

Transcripción

1 el agua transportada por DURATEC Tuberías y Fittings de HDPE e x i j a l a m a r c a D U R A T E C - n o c o n f í e e n l o s p a r e c i d o s

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3 Índice General 1. Introducción 3 2. Ventajas Resistencia química Servicio a largo plazo Bajo peso Coeficiente de fricción Sistemas de unión Resistencia/flexibilidad Resistencia a la abrasión Estabilidad a la intemperie Estabilidad ante cambios de temperatura 5 3. Aplicaciones Minería Agricultura Sector pesquero Área sanitaria Industria química Industria en general 6 4. Especificaciones técnicas materia prima Tabla: Especificaciones técnicas PE Tabla: Especificaciones técnicas PE Dimensiones para tuberías Tubería HDPE PE 100 norma ISO Tubería HDPE norma DIN Dimensiones para fittings Codos segmentados para soldadura por termofusión Tees segmentadas para soldadura por termofusión Reducciones para soldadura por termofusión Porta flanges (stub ends) para soldadura por termofusión Fittings inyectados para soldadura tipo soquete Fittings inyectados para soldadura por electrofusión Fittings inyectados Flanges Uniones especiales Unión roscada (Plasson o equivalente) Unión tipo Victaulic 34 1

4 7. Sistemas de unión Uniones fijas Soldadura a tope Soldadura por electrofusión Soldadura tipo soquete Uniones desmontables Stub ends y flanges Flanges tradicionales IPP Deltaflex TM Flanges tipo Convoluted Unión roscada (Plasson o equivalente) Unión tipo Victaulic Instalación Instalación subterránea Excavación y preparación del encamado Tendido de la tubería Expansión y contracción térmicas Instalación de fittings Pasada de pared Relleno y compactación Instalación superficial Dilatación y contracción térmicas Soportes guías Soportes anclajes Aplicaciones en conducción de pulpas Instalación bajo agua Unión y montaje Anclajes y pesos Lanzamiento al agua y hundimiento Instalación en tendidos existentes (RELINING) Reparación de líneas dañadas Reparación permanente Reparación mecánica Reparación de fittings Reparación bajo el agua Precauciones de instalación para fittings segmentados Suministro, transporte y almacenamiento Suministro Transporte Almacenamiento Consideraciones de diseño Cálculo hidráulico Flujo bajo presión Selección del diámetro interno de la tubería Pérdidas de carga 55 a) Fórmula de Hazen-Williams 55 b) Fórmula de Colebrook Pérdida de carga en singularidades Flujo gravitacional 60 a) Flujo a sección llena 60 b) Flujo a sección parcial Golpe de ariete Curvas de regresión Límite de curvatura Cálculo de deflexiones Control de calidad Materia prima Tuberías Tabla de resistencia química Servicios al cliente Servicio de termofusión en terreno Asistencia técnica Fabricación de piezas especiales 76 Anexos 77 Anexo A: Tabla dimensionales 77 Anexo B: Normas de referencia relacionadas con tuberías y fittings de HDPE. 79 Anexo C: Ejemplos de cálculos 80 C1: Cálculo de pérdida de carga utilizando fórmulas de Hazen-Williams y Colebrook 80 C2: Cálculo de pérdida de carga utilizando ábaco de Hazen-Williams 81 C3: Cálculo de pérdida de carga utilizando los ábacos de Manning 82 C4: Cálculo de b para la instalación de válvulas mariposa 86 C5: Cálculo de espaciamiento entre soportes aéreos 87 C6: Teorema de Bernoulli para líquidos perfectos 89 2

5 1. Introducción introducción La industria de materiales plásticos se ha desarrollado por alrededor de 100 años, pero el polietileno (PE) fue descubierto en la década del 30. Los primeros PE eran de baja densidad y se utilizaron principalmente como conductores de cables. Los polietilenos de alta densidad (HDPE), utilizados hoy día en sistemas de tuberías, fueron desarrollados en los años 50. Los sistemas de tuberías de HDPE ofrecen la oportunidad de utilizar ventajosamente las características tan particulares de este material y ocuparlas para resolver antiguos problemas y diseñar sistemas para aplicaciones donde los materiales tradicionales son inadecuados o demasiado costosos. Las tuberías de HDPE ofrecen mayores alternativas de diseño garantizando una larga vida útil, economía en instalación y equipos, minimizando los costos de mantención, cuando las condiciones de operación están dentro de las capacidades de temperatura y presión del material. El desarrollo de técnicas especiales de proceso y el mejoramiento de los equipos de producción han permitido obtener cada vez mejores resinas, con las cuales se logran productos terminados únicos para la industria, tanto en calidad como en funcionamiento. Vista frontal Planta Industrial Lo Chena, San Bernardo, Santiago. Uno de los más recientes desarrollos concierne a un grado de HDPE con propiedades de resistencia significativamente mayores que las del HDPE tradicional. Este nuevo grado, denominado PE 100, es usado particularmente en tuberías para agua a presión, obteniéndose un ahorro en el espesor de pared de las tuberías en aproximadamente 35% comparado con una tubería de HDPE tradicional. En este catálogo se presentan las ventajas y principales aplicaciones de las tuberías y fittings de HDPE, las especificaciones técnicas del material, los sistemas de unión, las consideraciones de diseño e instalación, etc. Se ha dedicado un especial esfuerzo en la preparación de los capítulos de dimensiones de tuberías y fittings, cubriendo una amplia gama de productos que cumplen con las características dimensionales establecidas en normas internacionales. Duratec fabrica tuberías y fittings de HDPE a partir de resinas de excelente calidad suministradas por proveedores certificados bajo normas de la serie ISO 9000 y de acuerdo a las más estrictas normas de fabricación. La finalidad primordial de este catálogo es servir de material de apoyo, presentando información confiable con lo mejor de nuestro conocimiento y experiencia. Con este propósito, pretendemos mantener una exitosa relación con nuestros clientes y ofrecerles el mejor servicio. 3

6 2. Ventajas Cuando se comparan con materiales tradicionales, los sistemas de tuberías de polietileno de alta densidad (HDPE) ofrecen significativos ahorros en los costos de instalación y equipamiento, mayor libertad de diseño, bajo costo de mantención y una larga vida útil para la mayoría de estos sistemas. Estos beneficios, ventajas y oportunidades de disminución de costos se derivan de las propiedades y características únicas de las tuberías de HDPE. 2.1 Resistencia química Para todos los propósitos prácticos, las tuberías de HDPE son químicamente inertes. Existe sólo un número muy reducido de fuertes productos químicos que podrían afectarlas. Los químicos naturales del suelo no pueden atacarlas o causarles degradación de ninguna forma. El HDPE no es conductor eléctrico, por lo cual no son afectadas por la oxidación o corrosión por acción electrolítica. No permiten el crecimiento, ni son afectadas por algas, bacterias u hongos y son resistentes al ataque biológico marino. 2.2 Servicio a largo plazo La vida útil estimada tradicionalmente para las tuberías de HDPE es superior a 50 años para el transporte de agua a temperatura ambiente (20ºC). Para cada aplicación en particular, las condiciones de operación internas y externas pueden alterar la vida útil o cambiar la base de diseño recomendada para alcanzar la misma vida útil. Estas conclusiones son respaldadas por más de veinte años de experiencia real. 2.3 Bajo peso Las tuberías de HDPE pesan considerablemente menos que la mayoría de las tuberías de materiales tradicionales. Su gravedad específica es 0,950, flotan en agua. Son 70-90% más livianas que el concreto, fierro o acero, haciendo más fácil su manejo e instalación. Importantes ahorros se obtienen en mano de obra y requerimiento de equipos. 2.4 Coeficiente de fricción Debido a su gran resistencia química y a la abrasión, las tuberías de HDPE mantienen excelentes propiedades de escurrimiento durante su vida útil. Gracias a sus paredes lisas y a las características de impermeabilidad del PE, es posible obtener una mayor capacidad de flujo y mínimas pérdidas por fricción. Para los cálculos de flujo bajo presión, se utiliza comúnmente un factor «C» de 150 para la fórmula de Hazen-Williams. Cuando el flujo es gravitacional, se utiliza un factor «n» de 0,009 para la fórmula de Manning. 2.5 Sistemas de unión Las tuberías de HDPE se pueden unir mediante termofusión por soldadura a tope, por electrofusión o bien por soldadura tipo soquete. El sistema de soldadura a tope es reconocido en la industria como un sistema de unión de gran confiabilidad, es costoefectivo, no requiere coplas, no se producen filtraciones y las uniones son más resistentes que la tubería misma. Las tuberías también pueden unirse por medios mecánicos, tales como stub ends y flanges, coplas de compresión o uniones tipo Victaulic. No se pueden unir mediante solventes o adhesivos. 2.6 Resistencia/flexibilidad La gran resistencia de las tuberías de HDPE es una importante característica derivada de las propiedades químicas y físicas tanto del material como del método de extrusión. La tubería no es frágil, es flexible, por lo que puede curvarse y absorber cargas de impacto en un amplio rango de temperaturas. Esta resistencia y flexibilidad permiten a la tubería absorber sobrepresiones, vibraciones y tensiones causadas por movimientos del terreno. Pueden deformarse sin daño permanente y sin efectos adversos sobre el servicio a largo plazo. Esto permite que sean instaladas sin problemas en terrenos con obstáculos, ya que pueden colocarse en forma serpenteada, respetando ciertas tolerancias de curvatura (radios mínimos). También se pueden colocar en zanjas estrechas, pues las uniones pueden efectuarse fuera de ella. La resistencia a la ruptura por tensiones ambien- 4

7 tales es muy alta, asegurando que no hay ningún efecto en el servicio a largo plazo si se producen rayas superficiales de una profundidad no mayor a 1/10 del espesor durante la instalación. La resistencia extrema de las tuberías de HDPE es una de sus características excepcionales que permite innovar en el diseño de sistemas de tuberías. 2.7 Resistencia a la abrasión Las tuberías de HDPE tienen un buen comportamiento en la conducción de materiales altamente abrasivos, tales como relaves mineros. Numerosos ensayos han demostrado que las tuberías de HDPE con respecto a las de acero tienen un mejor desempeño en este tipo de servicio en una razón de 4:1. Han sido probadas en la mayoría de las aplicaciones mineras, con excelentes resultados. 2.8 Estabilidad a la intemperie Las tuberías de HDPE 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, que además, le otorga el color negro a estas tuberías. El negro de humo es el aditivo más efectivo, capaz de aumentar las características de estabilidad a la intemperie de los materiales plásticos. La protección, que incluso niveles relativamente bajos de negro de humo imparten a los plásticos, es tan grande que no es necesario usar otros estabilizadores de luz o absorbedores UV. Si el negro de humo no es correctamente dispersado, algunas áreas permanecerán desprotegidas contra la exposición ambiental, convirtiéndose en puntos débiles donde el material se degradará más rápidamente. En estas áreas el material se torna frágil y podría ser el punto de partida para una falla. Por lo tanto, es vital lograr una buena dispersión para una protección homogénea, lo cual se asegura cuando el negro de humo es adicionado en equipos apropiados para tal efecto. Ensayos de estabilidad indican que las tuberías de HDPE pueden estar instaladas o almacenadas a la intemperie en la mayoría de los climas por períodos de muchos años sin ningún daño o pérdida de propiedades físicas importantes. 2.9 Estabilidad ante cambios de temperatura La exposición de las tuberías de HDPE a cambios normales de temperatura no causa degradación del material. Sin embargo, algunas propiedades físicas y químicas de la tubería podrían cambiar si la temperatura es aumentada o disminuida. Para proteger el material contra la degradación a altas temperaturas que podría ocurrir durante la fabricación, almacenamiento o instalación, se utilizan estabilizadores que protegen el material contra la degradación térmica. 5

8 3. Aplicaciones Algunas aplicaciones típicas que incluyen el uso de tuberías de HDPE son: 3.1 Minería Las tuberías de HDPE han dado excelentes resultados al utilizarse en distintos procesos de aplicaciones mineras. Gracias a su alta resistencia a la abrasión y corrosión, facilidad de manejo e instalación y buena resistencia mecánica, son ideales para: Conducción de relaves Riego de pilas de lixiviación Conducción de soluciones ácidas y alcalinas Conducción de concentrados (pipelines) Sistema de combate contra incendios 3.2 Agricultura Son variados los usos que las tuberías de PE tienen en la agricultura. Mediante el sistema de uniones desmontables resultan de rápido acople y desacople. Además, por su flexibilidad se pueden enrollar permitiendo un fácil transporte (se pueden suministrar en rollos de 50, 100 o más metros). Algunos ejemplos de aplicaciones son: Riego por goteo (PE lineal) Riego por aspersión Transporte de agua 3.3 Sector pesquero En las industrias pesqueras, las tuberías de HDPE se están utilizando cada vez más. Por ser livianas y de fácil manejo, además de resistentes al agua salada y al ataque biológico marino, resultan ideales para este tipo de aplicaciones, entre las cuales están: Jaulas para el cultivo de salmones Descargas marítimas Transporte de agua salada 3.4 Área sanitaria Las tuberías de HDPE presentan claras ventajas sobre otros materiales (acero, cemento comprimido, etc.), especialmente en su utilización en arranques domiciliarios y en zonas de napa freática alta, en las cuales se facilita su instalación al efectuar las uniones fuera de la zanja, sin necesidad de evacuarlas en el momento de instalar la tubería. Algunos ejemplos son: Redes de agua potable* Alcantarillado Además, por sus características de flexibilidad, bajo peso, resistencia a aguas salinas, y además por no permitir el crecimiento de algas u hongos propios de la biología marina, son ideales para su utilización en medios subacuáticos en diversas aplicaciones, tales como en emisarios submarinos. Para la identificación de redes de agua potable, se utiliza el sistema de coextrusión de rayas azules a lo largo de la tubería. 3.5 Industria química En la industria química, las tuberías de HDPE han dado excelentes resultados. Gracias a su alta resistencia a la corrosión, a su resistencia química y a la abrasión, son ideales para: Conducción de soluciones ácidas y alcalinas Conducción de productos químicos Transporte de agua Sistema de combate contra incendios 3.6 Industria en general Los sistemas de tuberías de HDPE han sido utilizados exitosamente en cientos de aplicaciones, tanto generales como de alta especialización, en todo tipo de industria. Las aplicaciones más frecuentes son las siguientes: Transporte de aire comprimido y de ventilación Protección de cables eléctricos y telefónicos Conducción de líquidos o gases a baja temperatura Transporte de gas, petróleo y sus derivados Transporte de aguas residuales corrosivas Conducción de aguas Transporte neumático Sistema de combate contra incendios. 6

9 Tuberías con pesos de lastre. (Gentileza Borealis). Jaula para el cultivo de salmones. Instalación de tubería para gas en zanja. (Gentileza Borealis). 7

10 4. Especificaciones técnicas materia prima Duratec fabrica tuberías de HDPE a partir de resinas de excelente calidad, suministradas por proveedores certificados bajo normas de la serie ISO Las tuberías y fittings se fabrican bajo normas nacionales e internacionales que garantizan su calidad. A continuación, en las tablas 4.1 y 4.2 se presenta una descripción general con las especificaciones técnicas correspondientes a los grados de HDPE de uso más común, los grados PE 100 y PE 80. Tabla 4.1: Especificaciones técnicas PE 100 Propiedad Método de prueba Valor típico Unidad Densidad (resina base) ISO Kg/m 3 Densidad (compuesto) ISO Kg/m 3 Índice de fluidez (190ºC/5Kg) ISO ,45 g/10 min. Tensión máxima elástica ISO MPa Alargamiento a la rotura ISO 6259 >600 % Módulo de elasticidad ISO MPa Tª de reblandecimiento Vicat (1Kg) ISO ºC Tª de reblandecimiento Vicat (5Kg) ISO ºC Estabilidad térmica (OIT 1), 210ºC) ISO >20 min. ESCR (10% Igepal), F 50 ASTM D 1693-A >10000 h Contenido de negro de humo ASTM D % 1) OIT: oxidation induction time Tabla 4.2: Especificaciones técnicas PE 80 Propiedad Método de prueba Valor típico Unidad Densidad (resina base) ISO Kg/m 3 Densidad (compuesto) ISO Kg/m 3 Índice de fluidez (190ºC/5Kg) ISO ,85 g/10 min Tensión máxima elástica ISO MPa Alargamiento a la rotura ISO 6259 >600 % Módulo de elasticidad ISO MPa Tª de reblandecimiento Vicat (1Kg) ISO ºC Tª de reblandecimiento Vicat (5Kg) ISO ºC Estabilidad térmica (OIT 1), 210ºC) ISO >20 min ESCR (10% Igepal), F 50 ASTM D 1693-A >10000 h Contenido de negro de humo ASTM D % 1) OIT: oxidation induction time Nota: La resina de grado PE 63 está siendo cada vez menos comercializada, por lo cual en este catálogo no se incluyen sus especificaciones técnicas. 8