1.Polietileno de alta densidad, composición y características

1.1 La materia prima PEAD

Las tuberías FILAGUA son compuestas por polietileno de alta densidad. El polietileno de alta densidad (PEAD) es un polímero termoplásticos semi-cristalino. El PEAD esta compuesto por macromoléculas, formadas a través de un proceso de polimerización. Se entiende por polimerización, como reacción química durante la cual una rápida y sucesiva adicción de monómeros conducen a la formación de una macromolécula, crea largas cadenas de ramificaciones simples como se presenta en la fig.2. El monómero utilizado es el etileno, un hidro-carbonato puro, que a pesar de ser combustible no es fácilmente inflamable (punto de auto ignición elevado). En caso de combustión los productos no son tóxicos, siendo hasta recomendado por los organismos ambientales para instalaciones donde el riesgo de incendio se encuentre presente.

Fig. 1 - Monómero de Etileno

Fig. 2 - Macromolécula de PEAD

El Polietileno es un material parcialmente cristalino, designación que proviene del hecho de existir en su estructura cadenas largas y perfectamente alienadas cuya densidad es mas elevada (zonas cristalinas) y cadenas altamente desordenadas con densidades parciales más bajas (zonas amorfas). Estas dos zonas poseen puntos de fusión distintos, cerca de 130ºC para las zonas amorfas y temperaturas próximas a los 200ºC para zonas cristalinas, por lo que se torna necesario realizar una extrusión a temperaturas próximas de esta última para que la materia prima sea fluida.

Las zonas cristalinas permiten al polietileno de alta densidad una mayor resistencia, para diferentes ciclos térmicos, recuperando su forma manteniendo sus propiedades a lo largo de los años.

Los termoplásticos de naturaleza completamente amorfa son más frágiles, no soportando con la misma eficacia las variaciones de temperatura, no presentando la resistencia al polietileno de alta densidad mismo a temperaturas próximas de los 20ºC

La materia prima presenta las siguientes propiedades medias:

Tabla 1 - Propiedades medias de las materia primas utilizadas

Las propiedades mencionadas están debidamente especificadas en las normas DIN8075 y pr 12201

(FIAGUA) y ISO 4437, proyecto de la norma prEN 1555 (FILAGUA)

2.Gama de Producción

Para la fabricación de los tubos FILAGUA se utilizan dos resinas distintas , clasificadas en PE80 y PE100.

Cada una de ellas soporta una tensión mínimo requerida (MRS) diferente, 8.0 y 1.0 Mpa respectivamente, teniendo en cuenta una durabilidad de 50 años a una temperatura de operación de 20ºC, al cual corresponden tensiones tangenciales de 6.3 y 8Mpa.

Tabla 2 - Relación MRS, tensión tangencial para las resinas P80 y PE100

La relación entre tensión tangencial ( ) y MRS (minimun required strength) se verifica por la siguiente fórmula:

*Coeficiente de seguridad PE

Considerando las tensiones tangenciales mencionadas, la dimensión de los tubos se basa en la siguiente fórmula:

Donde,

PN - Presión nominal (20ºC)

DN - Diámetro nominal.

S - Clase o serie (según ISO 4065)

SDR - Razón entre DN y espesor nominal de la pared del tubo (en)

Para tubos destinados a la distribución del agua (FILAGUA), el espesor mínimo permitida es de 2.0 mm.

2.1 FILAGUA

Las tuberías FILAGUA son dimensionadas con recurso a la normalización DIN 8074 y prEN I2201I.

La gama de fabricación contempla presiones nominales de 3.2 a 25 bar, con diámetros nominales a partir de I6 hasta 400 mm.

Todas las tuberías son de color negro con cuatro listas longitudinales azules. A través de la tabla siguiente se puede realizar la presión nominal (PN), a la serie correspondiente (S) y al tipo de resina a utilizar (PE80/PE100).

Tabla 3 - Relación entre presión nominal (PN), Serie de presión (S) y Clase de Tensión (MRS)

En la tabla 4, se verifica el espesor mínimo para cada serie.

Tabla 4 - Espesor mínima de la pared para las diferentes series de tubos

La marcación existente en la superficie exterior del tubo FILAGUA respeta la normalización indicando:

-Fabricante –Referencia a la(s) norma(s) – Orden de fabricación – Tensión de seguridad – Marcación métrica –Fecha

-Operador – Referencia de Homologación – Clase de presión – Designación comercial – Diámetro exterior- Sigla PEAD

A continuación se presenta un ejemplo de la configuración de la marcación FILAGUA:

DUOFIL - FILAGUA - PEAD-63X3.8 - Homologación LNEC DH 652 - = 6.3 Mpa.- MRS = 8.0 Mpa - OP 71 - 22:33:12 - 12/09/00 - PEA 1017/01 - 12mt.

Las tuberías son proveídas en rollos para diámetros de 20 hasta 110 mm inclusive, encontrándose debidamente cintadas y con las extremidades taponadas.

El aprovisionamiento en barras para los diámetros de 110 hasta 400 mm, se efectúa de forma palatizada (Cantidades punto2.3, tabla 6).

2.2 Paletización

Para el aprovisionamiento en palets de las tuberías FILAGUA las cantidades son las siguientes:

Tabla 6 - (Valor idéntico para las barras de 6 y 12 metros)

3-Duración

La duración de los tubos FILAGUA es sustentada por las normas vigentes. Teniendo en cuenta la presión máxima de servicio estipulada para cada una de las series de los tubos, considerando una temperatura de 20ºC, y esperando un tiempo de duración de 50 años.

Se puede observar, el comportamiento de los tubos en polietileno de alta densidad para diferentes temperaturas.

Fig. 3 - Curva de regresión PE80 (Fuente DIN 8074)

Fig. 4 - Curva de regresión PE100 (Fuente DIN 8074)

En la tabla siguiente (de acuerdo con la norma DIN 8074) se encuentran discriminados los valores de las presiones de operación admisibles para diferentes condiciones de trabajo (temperatura y duración).Estos valores sólo serán válidos para agua.

Tabla 7 - Presiones máximas de servicio

Nota: En los conductos donde sean adicionados accesorios o elementos soldados es recomendable la aplicación de un factor de seguridad adicional (fs=0.8xbar)

4. Propiedades de los tubos FILAGUA

· Elevada duración, manteniendo sus propiedades a lo largo de los años.

· Buen comportamiento fisiológico visto que las tuberías en polietileno no alteran las características del agua potable (FILAGUA).

· No tóxico en caso de incendio.

· Gran resistencia química, a los agentes químicos y a suelos agresivos;

· Peso reducido, facilitando el manejo y transporte.

· Bajo coeficiente de rugosidad interior. Su superficie interior prácticamente lisa permite, la ejecución de sistemas con perdidas de carga reducidas, comparadas con otro tipo de tuberías.

· Buena resistencia al calor, debido a la tenacidad de los materiales.

· Buena flexibilidad. Las tuberías en polietileno permiten hacer curvas con relativa facilidad, posibilitando su instalación en trazados con curvas y permitiendo también un buen comportamiento a bajas temperaturas.

· Excelente resistencia a los rayos ultravioletas, cuando pigmentados con color negro (a través de la adición de humo negro).

· Baja conductividad térmica.

· Baja conductividad eléctrica.

· Producto más ecológico que los metales, cantidades de materia y de energía mucho mas reducidas para

producir a la misma cantidad de producto acabado. Es un producto fácilmente aprovechado para la

producción de otros productos para combustión (ej: energía térmica)

5.Recomendaciones

5.1 Manejo

No se pueden utilizar cables, accesorios metálicos u otro tipo de equipamiento que de algún modo puedan dañar el producto siendo obligatorio la utilización de cintas adecuadas para el efecto.

5.2 Almacenaje

Durante el almacenaje no se deberá:

· Colocar tubos en contacto con disolventes.

· Amontonar tubos sueltos a una altura superior a 1m.

· Amontonar más de 3 palets de tubos.

· Someter los tubos a una temperatura superior a 40ºC.

· Los tubos cuando están almacenados en bobinas deberán mantener las extremidades atadas u taponadas.

5.3. Transporte

Durante la carga, el traslado deberá ser suave, no debiendo haber estiramientos, golpes o arrastramientos de forma que se evite daños en el material. Los tubos deben ser sujetados en toda su extensión.

6.Campos de aplicación

6.1 FILAGUA

Los tubos FILAGUA, por sus propiedades, se encuentran variadas aplicaciones:

Conductas de abastecimiento de agua,

Aplicaciones Industriales:

7. Sistemas FILAGUA

Los sistemas FILAGUA se usan con dos tipos de accesorios: accesorios de soldadura tope a tope y accesorios electrosoldables.

7.1 Accesorios para Soldadura tope a tope

7.2 Accesorios electrosoldables

8.Instrucciones de montaje

8.1 Informaciones generales de soldadura

a) El índice de fluidez de cada tubo y/o accesorio, es variable consonante a la materia prima que es el combustible, aspecto fundamental cuando se va a proceder a una soldadura, por lo tanto, se puede admitir un intervalo comprendido entre 0.2 y 1.3 g/10 min (190º1 5Kg);

b) Deberá proteger la zona de soldadura de condiciones climáticas desfavorables (humedad, viento, radiación UV intensiva, temperaturas inferiores a 5ºC), utilizando tienda o toldo apropiado. Las temperaturas admisibles para efectuar soldadura están comprendidas entre 5ºC y 40ºC .

c) Será importante señalar algunos puntos a tener en cuenta para efectuar soldaduras.

· Se puede efectuar electrosoldaduras para todos los diámetros que para instalaciones destinadas a la distribución del agua e instalaciones de gas.

· La soldadura tope a tope para instalaciones de gas de suelo es posible a partir del diámetro de 90 mm, inclusive.

· Las uniones franjeadas deben ser reducidas lo mas posible.

· Cuando el sistema de apertura rápida solo es posible para instalaciones destinadas a la distribución de agua.

8.2 Electrosoldadura

En la electrosoldadura de tubos, los accesorios son soldados a través de un calentamiento producido por las resistencias eléctricas incorporadas en el accesorio que al calentar a través de la tensión que le es inducida, funden la materia prima de forma homogénea.

8.2.1 Procedimientos generales de electrosoldadura

1) Cortar el tubo perpendicularmente al eje radial, con las respectivas herramientas de corte. Marcar la medida de introducción en el accesorio.

2) Raspar el tubo en la dirección axial utilizando un raspador propio de forma que se elimine la capa de óxido proveniente de influencias atmosféricas, en particular de los rayos UV. Si el objeto a soldar es un accesorio se debe proceder a la misma operación.

3) Limpiar los tubos y accesorios . No soldar tubos o accesorios que no esten debidamente limpios y enteramente secos, siendo aconsejable la utilización de un solvente (acetona, alcohol....) y un papel suave;

4) Introducir los tubos en el accesorio y verificar si las marcas se situan en la extremidad del accesorio. La longitud de las marcas introducidas en los tubos deben corresponder a la mitad de la longitud del accesorio.

5) Apretar ambos tubos a través de un dispositivo de posicionamiento.

6) Se deberá colocar los bordes del accesorio girado hacia arriba.

7) Colocar los cabos de la máquina de forma que su peso no provoque la rotación de la unión electrosoldable.

8) Introducir los datos de la soldadura a través de la lectura del código de barras existente en el accesorio o cartón, a través de una pluma magnética o lectura automática del aparato de electrosoldadura . Existen equipamientos que permiten la introducción manual del código de soldadura.

9) Proceder al proceso de soldadura respetando las instrucciones del servicio.

10) Respetar el tiempo mínimo de enfriamiento, posibilitando la soldadura de fusión, aspecto fundamental para garantiza la calidad de la soldadura.

11) Siempre que el proceso de electrosoldura sea interrumpido (falta de energía electrica....), no se podrá reutilizar el mismo accesorio.

8.3 Soldadura tope a tope

La soldadura tope a tope se caracteriza por tres fases:

1) Preparación de la soldadura-Alienación de las caras a soldar a través de la herramienta de fresado y alineación de las tuberías.

2) Pre-calentamiento-Los extremos de los tubos y/o accesorios a soldar son presionados (a baja presión) contra el disco de calor hasta la temperatura de soldadura.

3) Juntura y enfriamiento – Las partes calentadas son unidas, sobre presión, después de haber sido retirado el elemento de calentamiento, hasta que termine el tiempo necesario al enfriamiento de ambas partes.

8.3.1 Parámetros de soldadura

Para proceder a la soldadura, es necesario estipular los parámetros necesarios para que esta se efectúe correctamente. La tabla siguiente muestra el tiempo y presión para diferentes espesores.

Tabla 8 - Valores de referencia para soldadura tope a tope y accesorios de PE80 a temperatura de 20ºC y

bajo nivel de velocidad del aire

8.3.2 Procedimientos para soldadura tope a tope

1) Preparación del local de soldadura, en caso de necesidad de trabajar sobre toldo apropiado.

2) Leer el manual de la máquina a verificar el correcto funcionamiento de todos sus componentes.

3) Colocar los tubos y/o accesorios con las respectivas áreas a soldar en planos paralelos una con otra, asegurando la posibilidad de movimientos longitudinales.

4) Alineación de las caras a soldar (fase 1), limpiar bordes y otros vestigios resultantes del proceso de rectificación.

5) Efectuar la limpieza de los topes interior y exteriormente, utilizando un agente de limpieza.

6) Verificar si los tubos y/o accesorios están debidamente colocados en la máquina de soldar encostrándolos.

7) Sellar la parte opuesta del tubo de forma que se evite un enfriamiento rápido de su temperatura interior, en el caso de detectarse la existencia de corriente del aire.

8) Determinar la presión de arrastre que depende del espesor y del peso del tubo a arrastrar (presión que deberá ser adicionada a la presión de soldadura).

9) Verificar la temperatura del disco de calentamiento, (es aconsejable que sea limpio antes de cada soldadura).

10) Insertar el disco de calentamiento, encostrar ambos topes imponiendo la presión al tiempo determinado, de forma que se crear un cuello, entonces se debe reducir la presión de ajuste y esperar que se cumpla el tiempo de pre-calentamiento (fase 2).

11) Remover el elemento de calentamiento y unir los topes, aumentando gradualmente la presión de ajuste durante el tiempo de unión hasta conseguir el vapor requerido. Mantener la presión de ajuste durante el tiempo necesario para el enfriamiento.

12) Acabada la soldadura, se deberá observar un cuello en torno de toda la circunferencia con las siguientes características:

· Tamaño idéntico de las dos partes que componen el cuello.

· Superficie del cuello suave.

8.4.Sistemas de tubería enterrada

8.4.1 FILAGUA

Este punto explica los procedimientos a seguir teniendo en cuenta el Reglamento General de Sistemas Públicos de Distribución y Drenaje de aguas residuales.

· La profundidad mínima para el asentamiento de las tuberías no debe ser inferior a 80 cm, a medida entre la parte superior del tubo y el nivel del pavimento, pudiendo ser reducida para 50 cm tratándose de un ramal de unión en zonas no sujetas a la circulación viaria.

· La longitud de la zanja para profundidades inferiores a 3m, debe tener una dimensión mínima definida por las siguientes fórmulas:

- L=D+0.5 para conductos de diámetro no superior a 0.50m.

- L=D+0,70 para conductos de diámetro superior a 0.50 m.

Donde L es el largo de la zanja (m) y D el diámetro de la tubería (m)

· El asentamiento de los conductos debe cumplir con los siguientes requisitos:

- Las tuberías deben ser asentadas de forma que aseguren que cada trozo de tubería se apoye continua y directamente sobre terrenos de igual resistencia.

- En las excavaciones que fueran hechas en terrenos rocosos las tuberías deben ser asentadas, en toda su extensión, sobre la capa uniforme previamente preparada con 0.15m a 0.30m de espesor de arena, gravilla o material uniforme cuya mayor dimensión no exceda de 20 mm.

- Cuando por su naturaleza el terreno no asegure las condiciones necesarias de estabilidad de las tuberías o de los accesorios , debe hacerse su sustitución por materiales mas resistentes debidamente compactados.

· En las uniones soldadas, se debe garantizar que la parte lisa del tubo repose sobre toda su longitud.

· El terraplén de zanjas debe ser efectuado de 0.15 m a 0.30 m encima de las tuberías con materiales cuyas dimensiones no excedan los 20mm. La compactación del material del terraplén debe ser hecha cuidadosamente de forma que no se dañen las tuberías.

· Al realizar las zanja se puede hacer curvas. Las tuberías FILAGUA gracias a su flexibilidad aseguran la realización de esos desvíos sin que para eso sea necesario usar accesorios para hacer uniones. Los valores de referencia para el radio de la curvatura mínima son los siguientes:

Temperatura de instalación a mas de 20ºC radio de curvatura mínimo=20xDiametro exterior.

Temperatura de instalación a más de 10ºC radio de curvatura mínimo=35xDiametro exterior.

Temperatura de instalación a más de 5ºC radio de curvatura mínimo=50xDiametro exterior.

Nota: al efectuar una curva que no cumple los radios de curvatura mencionados se deberá usar un accesorio(curva, codo...)

8.5 - Ensayos de presión

Todas las tuberías, antes de entrar en servicio, deben ser sometidas en toda su longitud, de una sola vez o por trozos, a los ensayos establecidos:

· El ensayo a trozos de tubería a colocar dentro del tubo, debe ser hecho por separado con el tubo fuera de estas, antes del montaje del local, no dispensando el ensayo final del conjunto de la red.

· Los fluidos de ensayo admisibles para tuberías destinadas a la distribución de gas son el aire o gas distribuido en la red, tomando las medidas de seguridad necesarias.

· La presión de ensayo debe ser, como mínimo, 1.5 veces la presión de servicio de la tubería, pero nunca inferior a 1 bar.

· Para la ejecución de los ensayos se debe proceder a la medición continuad e las presiones y temperaturas, con la ayuda de aparatos registradores y de un indicador de presión calibrado, acompañado del certificado de calibración.

· Los valores delas presiones deben ser corregidos teniendo en cuenta de las presiones y temperaturas, con el auxilio de aparatos registradores y de un indicador de presión calibrado, acompañado del certificado de calibración.

· Se pueden hacer ensayar trozos inferiores a 500 m, con el gas distribuido, la presión de servicio, desde que se haga la verificación de estancamiento de todas las juntas de este trozo con la ayuda de un producto espumoso , siendo disponible la corrección de la presión, en función de la temperatura.

· El resultado será satisfactorio si, después de la estabilización de las condiciones de ensayo, la presión

se mantiene constante en las seis horas siguiente, con eventual hace las variaciones de temperatura.

9.Pérdidas de Carga en los tubos de Polietileno de Alta densidad FILAGUA

Para ejemplificar el cálculo delas pérdidas de carga los mas simplificadamente posible recurrimos a la fórmula de Manning:

Donde:

V - Velocidad de agua m/sg.

Di - Diámetro interior de la tubería (mm)

R - Radio hidráulico igual a Di/4 (mm)

J - Pérdida de carga en m.c.a.v./100 m

n -0.007 o 0.008 (para PE)

El caudal que circula por la tubería será:

9.1Perdida de carga FILAGUA

Según la formula de Manning