el agua transportada por DURATEC Tuberías y Fittings de HDPE

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el agua transportada por DURATEC

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

de HDPE

Tuberías y Fittings

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Índice

1. Introducción 3

2. Ventajas 4

2.1 Resistencia química 4

2.2 Servicio a largo plazo 4

2.3 Bajo peso 4

2.4 Coeficiente de fricción 4

2.5 Sistemas de unión 4

2.6 Resistencia/flexibilidad 4

2.7 Resistencia a la abrasión 5

2.8 Estabilidad a la intemperie 5

2.9 Estabilidad ante cambios de temperatura 5

3. Aplicaciones 6

3.1 Minería 6

3.2 Agricultura 6

3.3 Sector pesquero 6

3.4 Área sanitaria 6

3.5 Industria química 6

3.6 Industria en general 6

4. Especificaciones técnicas materia prima 8 4.1 Tabla: Especificaciones técnicas PE 100 8 4.2 Tabla: Especificaciones técnicas PE 80 8

5. Dimensiones para tuberías 9

5.1 Tubería HDPE PE 100 norma ISO 4427 10

5.2 Tubería HDPE norma DIN 8074 11

6. Dimensiones para fittings 12 6.1 Codos segmentados para soldadura

por termofusión 12

6.2 Tees segmentadas para soldadura

por termofusión 14

6.3 Reducciones para soldadura por termofusión 16 6.4 Porta flanges (stub ends) para soldadura

por termofusión 17

6.5 Fittings inyectados para soldadura tipo soquete 18 6.6 Fittings inyectados para soldadura por electrofusión 20

6.7 Fittings inyectados 25

6.8 Flanges 29

6.9 Uniones especiales 32

6.9.1 Unión roscada (Plasson o equivalente) 32

6.9.2 Unión tipo Victaulic 34

General

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10. Consideraciones de diseño 55

10.1 Cálculo hidráulico 55

10.1.1 Flujo bajo presión 55

10.1.2 Selección del diámetro interno

de la tubería 55

10.1.3 Pérdidas de carga 55

a) Fórmula de Hazen-Williams 55

b) Fórmula de Colebrook 56

10.1.4 Pérdida de carga en singularidades 60

10.1.5 Flujo gravitacional 60

a) Flujo a sección llena 60

b) Flujo a sección parcial 60

10.1.6 Golpe de ariete 64

10.2 Curvas de regresión 65

10.3 Límite de curvatura 66

10.4 Cálculo de deflexiones 66

11. Control de calidad 71

11.1 Materia prima 71

11.2 Tuberías 71

12. Tabla de resistencia química 72 13. Servicios al cliente 76 13.1 Servicio de termofusión en terreno 76

13.2 Asistencia técnica 76

13.3 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

7. Sistemas de unión 35

7.1 Uniones fijas 35

7.1.1 Soldadura a tope 35

7.1.2 Soldadura por electrofusión 37

7.1.3 Soldadura tipo soquete 39

7.2 Uniones desmontables 40

7.2.1 Stub ends y flanges 40

7.2.1.1Flanges tradicionales 40

7.2.1.2 IPP Deltaflex^TMFlanges tipo Convoluted 41 7.2.2 Unión roscada (Plasson o equivalente) 42

7.2.3 Unión tipo Victaulic 44

8. Instalación 45

8.1 Instalación subterránea 45

8.1.1 Excavación y preparación del encamado 45

8.1.2 Tendido de la tubería 45

8.1.3 Expansión y contracción térmicas 46

8.1.4 Instalación de fittings 46

8.1.5 Pasada de pared 47

8.1.6 Relleno y compactación 47

8.2 Instalación superficial 47

8.2.1 Dilatación y contracción térmicas 47

8.2.2 Soportes guías 48

8.2.3 Soportes anclajes 48

8.2.4 Aplicaciones en conducción de pulpas 49

8.3 Instalación bajo agua 49

8.3.1 Unión y montaje 49

8.3.2 Anclajes y pesos 49

8.3.3 Lanzamiento al agua y hundimiento 50 8.4 Instalación en tendidos existentes

(RELINING) 50

8.5 Reparación de líneas dañadas 50

8.5.1 Reparación permanente 51

8.5.2 Reparación mecánica 51

8.5.3 Reparación de fittings 52

8.5.4 Reparación bajo el agua 52

8.6 Precauciones de instalación para

fittings segmentados 52

9. Suministro, transporte y

almacenamiento 53

9.1 Suministro 53

9.2 Transporte 53

9.3 Almacenamiento 54

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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 oportuni- dad 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 inadecua- dos o demasiado costosos. Las tuberías de HDPE ofrecen mayores alternativas de diseño garantizando una larga vida útil, economía en instalación y equipos, mi- nimizando los costos de mantención, cuando las condi- ciones de operación están dentro de las capacidades de temperatura y presión del material.

El desarrollo de técnicas especiales de proceso y el me- joramiento de los equipos de producción han permiti-

do obtener cada vez mejores resinas, con las cuales se logran productos termi- nados únicos para la industria, tanto en calidad como en funcionamiento.

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 tu- berías 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 tube- rías 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, presen- tando 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.

Vista frontal Planta Industrial Lo Chena, San Bernardo, Santiago.

1. Introducción

introducción

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4 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 man- tención y una larga vida útil para la mayoría de estos sistemas.

Estos beneficios, ventajas y oportunidades de dis- minución 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 cau- sarles 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 con- diciones de operación internas y externas pueden alterar la vida útil o cambiar la base de dise- ño 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 requerimien- to 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 carac- terísticas 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. Cuan- do 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 electro- fusión o bien por soldadura tipo soquete. El sistema de soldadura a tope es reconocido en la industria como un sistema de unión de gran confia- bilidad, es costoefectivo, no requiere coplas, no se producen filtraciones y las uniones son más resistentes que la tubería misma. Las tuberías tam- bién 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 cier- tas 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-

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5 5

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 comporta- miento en la conducción de materiales altamen- te abrasivos, tales como relaves mineros. Nume- rosos 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 ex- puestas 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 plásti-

cos, es tan grande que no es necesario usar otros estabilizadores de luz o absorbedores UV.

Si el negro de humo no es correctamente disper- sado, 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 adi- cionado 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 pér- dida 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 al- tas temperaturas que podría ocurrir durante la fabricación, almacenamiento o instalación, se uti- lizan estabilizadores que protegen el material contra la degradación térmica.

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6 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 insta- lación 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 instala-

ción al efectuar las uniones fuera de la zanja, sin necesidad de evacuarlas en el momento de insta- lar 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.

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Tuberías con pesos de lastre. (Gentileza Borealis).

Instalación de tubería para gas en zanja.

(Gentileza Borealis).

Jaula para el cultivo de salmones.

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8 4. Especificaciones técnicas

Tabla 4.1: Especificaciones técnicas PE 100

Tabla 4.2: Especificaciones técnicas PE 80

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.

Propiedad Método de prueba Valor típico Unidad

Densidad (resina base) ISO 1183 949 Kg/m³

Densidad (compuesto) ISO 1183 959 Kg/m³

Índice de fluidez (190ºC/5Kg) ISO 1133 0,45 g/10 min.

Tensión máxima elástica ISO 6259 25 MPa

Alargamiento a la rotura ISO 6259 >600 %

Módulo de elasticidad ISO 527 1400 MPa

Tª de reblandecimiento Vicat (1Kg) ISO 306 127 ºC

Tª de reblandecimiento Vicat (5Kg) ISO 306 77 ºC

Estabilidad térmica (OIT¹⁾, 210ºC) ISO 10837 >20 min.

ESCR (10% Igepal), F₅₀ ASTM D 1693-A >10000 h

Contenido de negro de humo ASTM D 1603 ≥2 %

1) OIT: oxidation induction time

Propiedad Método de prueba Valor típico Unidad

Densidad (resina base) ISO 1183 945 Kg/m³

Densidad (compuesto) ISO 1183 955 Kg/m³

Índice de fluidez (190ºC/5Kg) ISO 1133 0,85 g/10 min

Tensión máxima elástica ISO 6259 21 MPa

Alargamiento a la rotura ISO 6259 >600 %

Módulo de elasticidad ISO 527 1000 MPa

Tª de reblandecimiento Vicat (1Kg) ISO 306 125 ºC

Tª de reblandecimiento Vicat (5Kg) ISO 306 72 ºC

Estabilidad térmica (OIT¹⁾, 210ºC) ISO 10837 >20 min ESCR (10% Igepal), F₅₀ ASTM D 1693-A >10000 h

Contenido de negro de humo ASTM D 1603 ≥2 %

1) OIT: oxidation induction time

Duratec fabrica tuberías de HDPE a partir de resinas de excelente calidad, suministradas por proveedores certificados bajo normas de la serie ISO 9000.

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.