MANUAL TÉCNICO SISTEMA DE TUBERÍA
DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
NTP ISO 4427
MANUAL TÉCNICO SISTEMA DE TUBERÍA
DE POLIETILENO POLI ETILENO DE ALT ALTA DENSIDAD DENSI DAD
NTP ISO 4427
Editado por: Nicoll Perú S.A. Ca. Venancio Ávila 1990 Urb. Chacra Ríos - Lima 01 Lima - Perú 1era Edición 1,000 ejemplares Impreso en el Perú - Julio 2014 DI.PER.CM.07.01.VE.02-01 Prohibida la reproducción total o parcial de este catálogo, por cualquier medio, sin permiso escrito por NICOLL PERÚ S.A.
I.
SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
INTRODUCCION ..............................................................................................................................08 BREVE RESEÑA HISTORICA ...........................................................................................................09 CAPITULO I 1. ESPECIFICACIONES TECNICAS ..............................................................................................10 1.1 NORMALIZACION.................... ................... .................. ................... ................... ................11 CAPITULO II 2. CARACTERISTICAS TECNICAS DEL PEAD .............................................................................12 2.1 PROPIEDADES DE LA MATERIA PRIMA PEAD...................... ................... ................... ..........13 2.2 PROPIEDADES DE LA TUBERIA DE PEAD..................... ................... ................... ................14 CAPITULO III 3. APLICACIONES DE LAS TUBERIAS DE POLIETILENO ............................................................16 3.1 MINERÍA..................... ................... ................... ................... .................. ................... .........17 3.2 AGRICULTURA.............. ................... .................. ................... ................... ................... .......17 3.3 SECTOR PESQUERO.................... .................. ................... ................... ................... ..........17 3.4 ÁREA SANITARIA.................... ................... ................... ................... .................. .................17 3.5 INDUSTRIA QUÍMICA.................... .................. ................... ................... ................... ...........17 3.6 INDUSTRIA EN GENERAL...................... .................. ................... ................... ................... ..17 CAPITULO IV 4. DETERMINACION DEL ESPESOR Y CLASIFICACION DE LAS TUBERIAS DE PEAD ................................................................................................................18 4.1 DETERMINACIÓN DEL ESPESOR................... ................... .................. ................... .............19 4.2 CLASIFICACION DE LAS TUBERIAS DE PEAD.................... ................... .................. ............19 CAPITULO V 5. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA PRESION DE TRABAJO ............................................20 CAPITULO VI 6. CALCULOS HIDRÁULICOS PARA TUBERÍAS DE PEAD ..........................................................22 6.1 CÁLCULO HIDRÁULICO............... ................... ................... ................... ................... ..........23 6.1.1 FLUJO BAJO PRESIÓN................................................................................................23 6.1.2 PÉRDIDAS DE CARGA................. ................... ................... ................... .................. .....23 6.1.3 SELECCIÓN DEL DIÁMETRO INTERNO DE LA TUBERÍA................. ................... .............23 www.nicoll.com.pe
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CAPITULO VII 7. OTRAS CONSIDERACIONES SOBRE LAS TUBERIAS DE PEAD ............................................ 25 7.1 PÉRDIDA DE CARGA EN CAMBIO DE DIRECCIÓN Y VÁLVULAS............. .................. ...........26 7.2 GOLPE DE ARIETE.............................................................................................................26 CAPITULO VIII 8. SISTEMA DE TUBERIAS PARA SISTEMAS A PRESION NTP ISO 4427 ...................................28 CAPITULO IX 9. SISTEMA DE UNIONES PARA TUBERIAS DE PEAD ....................................................................30 9.1 FUSION A TOPE (O BUTT FUSION).....................................................................................31 9.2 SOLDADURA POR ELECTROFUSIÓN.................. ................... ................... ................... .......38 9.2.1 ELECTROFUSIÓN A ENCAJE.................... ................... .................. ................... ............38 9.2.2 ELECTROFUSIÓN A SOLAPE.................... ................... ................... .................. ...........39 9.3 SOLDADURA POR EXTRUSIÓN O POR APOTE...................................................................40 9.4 CONEXIONES MECÁNICAS.................. ................... ................... ................... ................... ..41 9.4.1 CONEXIONES BRIDADAS................. ................... ................... .................. ................... .41 9.4.2 UNIÓN TIPO VICTAULIC............... ................... .................. ................... ................... .....42 9.4.3 UNIÓN ROSCADA (PLASSON O EQUIVALENTE)...................... ................... ................... 43 CAPITULO X 10. INSTALACIÓN DE TUBERÍAS DE POLIETILENO (PEAD O PEAD) ENTERRADAS...........................................................................................................................44 CAPITULO XI 11. INSTALACIÓN SUPERFICIAL DE TUBERÍAS DE POLIETILENO (PEAD O PEAD).........................................................................................................................49 CAPITULO XII 12. CONEXIONES DOMICILIARIAS.................................................................................................52 CAPITULO XIII 13. PRUEBA HIDRAULICA ..............................................................................................................54 CAPITULO XIV 14. ALMACENAJE Y TRANSPORTE ................................................................................................56 CAPITULO XIV 15. ANEXO.......................................................................................................................................58
SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
INTRODUCCIÓN
Un sistema de tuberías y conexiones de polietileno, por su avanzada tecnología ofrece la mejor alternativa en la solución de problemas a la conducción de fluidos de muy diversas formas, donde la tubería tradicional presenta serias limitaciones, incluyendo un alto costo de instalación.
El desarrollo de este sistema ha tenido avances muy significativos alrededor del mundo, donde sus aplicaciones son cada vez más amplias y se encuentra a la vanguardia en investigación y tecnología.
Nicoll PERU SA manteniéndose siempre a la vanguardia presenta su línea de tuberías y accesorios de Polietileno de Alta densidad ( PEAD) dando la oportunidad de emplear en forma forma ventajosa las características de las tuberías de PEAD.
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BREVE RESEÑA HISTORICA
Desde su descubrimiento en 1933, el PE (polietileno) ha llegado a ser uno de los materiales termoplásticos más usados a nivel mundial. La versatilidad de este único material plástico es demostrada por la diversidad de su uso y aplicaciones. La original aplicación del PE fue como sustituto al caucho como aislante térmico durante la segunda guerra mundial.
Las resinas modernas de PE son útiles para muchas aplicaciones rigorosas tales como tuberías a presión de agua y de gas, geomembranas, tanques de combustible de autos y otras aplicaciones demandadas. El uso del PE para la fabricación de tuberías ocurrió por el año 1950.
En Norte América, su uso original fue en aplicaciones industriales, seguido de uso para transporte de agua en lugares rurales, donde se necesitaba tuberías resistentes, de bajo peso para satisfacer las necesidades de la industria petrolera y de gas. Las tuberías de PEAD 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.
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1.
ESPECIFICACIONES TECNICAS. 1.1 NORMALIZACIÓN
La normalización establece las características dimensionales y de resistencia para satisfacer diversas exigencias de uso. En este sentido, el Comité Técnico de normalización de Tubos ,Válvulas y Accesorios de Material Plástico para el Transporte de Fluidos , presento los proyecto de normas al comité de reglamentos técnicos y comerciales (CTR) para su revisión, aprobación y posteriormente su discusión pública: NORMA:
NTP ISO 4427-1:2008. (revisada el 2013)
DESCRIPCIÓN:
SISTEMA DE TUBERÍAS PLÁSTICAS. Tubos de polietileno (PE) y conexiones para el abastecimiento de agua. Especificaciones. Parte 1: General. 1a. ed.
COMITÉ:
CTN 002: Tubos, válvulas y accesorios de material plástico.
PUBLICADO:
R. 36-2013/CNB-INDECOPI (2013-06-23)
REEMPLAZA A:
NTP ISO 4427-1 2008; NTP ISO 4427 2000
EQUIVALENCIAS:
ISO 4427-1: 2007 Plastics piping systems - Polyethylene (PE) pipes and fittings for water supply - Part 1: General.
NORMA:
NTP ISO 4427-2:2008
DESCRIPCIÓN:
SISTEMA DE TUBERÍAS PLÁSTICAS. Tubos de polietileno (PE) y conexiones para el abastecimiento de agua. Especificaciones. Parte 2: Tubos.
COMITÉ:
CTN 002: Tubos, válvulas y accesorios de material plástico.
PUBLICADO:
R. 42-2008/INDECOPI-CNB (2009-01-11)
TITULO (EN):
Plastics piping systems. Polyethylene (PE) pipes and fittings for water supply. Part 2: Pipes.
REEMPLAZA A:
NTP ISO 4427 2000
NORMA:
NTP ISO 4427-3:2008. (revisada el 2013)
DESCRIPCIÓN:
SISTEMA DE TUBERÍAS PLÁSTICAS. Tubos de polietileno (PE) y conexiones para el abastecimiento de agua. Especificaciones. Parte 3: Conexiones
COMITÉ:
CTN 002: Tubos, válvulas y accesorios de material plástico
PUBLICADO:
R. 36-2013/CNB-INDECOPI (2013-06-23)
REEMPLAZA A:
NTP ISO 4427-3 2008; NTP ISO 4427 2000
EQUIVALENCIAS:
ISO 4427-3:2007 Plastics piping systems - polyethylene (PE) pipes and fittings for water supply - Part 3: Fittings General
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2.
CARACTERISTICAS TECNICAS DEL PEAD 2.1. PROPIEDADES DEL LA MATERIA PRIMA PEAD.
El polietileno (PE) es un material termoplástico semicristalino y es un término genérico para los diferentes tipos de PE. Los siguientes tipos de PE son generalmente usados: LD-PE (Density 0.90-0.91 g/cm3) MD-PE (Density 0.93-0.94 g/cm 3) HD-PE (Density 0.94-0.97 g/cm 3) En sistema de tuberías generalmente es usado el PEAD (HDPE). Como materia prima utilizamos el PE 100 y el PE 80 que pertenecen a la clasificación de Polietileno de alta densidad (PEAD). En las tablas siguientes se muestran los valores referenciales de las propiedades del PEAD. En el Anexo se muestra la tabla de resistencia química a los diferentes compuestos químicos.
PE80 PROPIEDAD
Densidad (resina base) Densidad (Compuesto) Índice de fluidez MFI (190ºC/5Kg) Contenido de negro de humo
UNIDAD
VALORES
NORMA
g/cm3 g/cm3 g/10 min %
0.949 0.955 Max. 0.40 ≥2
ISO 1183 ISO 1183 ISO 1133 ASMT D 1603
N/mm2 % N/mm2 % N/mm2 Shore D MPa
25 9 35 >600 1400 60 MRS 10
PROPIEDADES MECÁNICAS
Tensión máxima elástica Elongación límite rango elástico Resistencia a la rotura Elongación de rotura Módulo de elasticidad Dureza Clasificación MRS
ISO 6259 ISO 6259 ISO 6259 ISO 6259 ISO 527 ISO 868 ISO 12162
PROPIEDADES TÉRMICAS
Tiempo de inducción a la oxidación a 200ºC Coeficiente medio de dilatación lineal entre 20 y 90ºC Conductividad térmica a 20ºC Temperatura de reblandamiento Vicat (1Kg) Temperatura de reblandamiento Vicat (5 Kg)
Min m/mºC w/m K °C °C
>20 2 x 10 -4 0.4 127 77
ISO TR 10837 ASTM D 396 DIN 52612 ISO 306 ISO 306
SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
PE100 PROPIEDAD
Densidad (resina base) Densidad (Compuesto) Índice de fluidez MFI (190ºC/5Kg) Contenido de negro de humo
Unidad
Valores
NORMA
g/cm3 g/cm3 g/10 min %
0.945 0.953 Max. 0.40 ≥2
ISO 1183 ISO 1183 ISO 1133 ASMT D 1603
N/mm2 % N/mm2 % N/mm2 Shore D MPa
21 9 35 >600 1400 60 MRS 10
ISO 6259 ISO 6259 ISO 6259 ISO 6259 ISO 527 ISO 868 ISO 12162
Min. m/mºC w/m K °C °C
>20 2 x 10 -4 0.4 127 77
ISO TR 10837 ASTM D 396 DIN 52612 ISO 306 ISO 306
PROPIEDADES MECÁNICAS
Tensión máxima elástica Elongación límite rango elástico Resistencia a la rotura Elongación de rotura Módulo de elasticidad Dureza Clasificación MRS PROPIEDADES TÉRMICAS
Tiempo de inducción a la oxidación a 200ºC Coeficiente medio de dilatación lineal entre 20 y 90ºC Conductividad térmica a 20ºC Temperatura de reblandamiento Vicat (1Kg) Temperatura de reblandamiento Vicat (5 Kg)
2.2
PROPIEDADES DE LA TUBERIA DE PEAD
PROPIEDADES
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BENEFICIOS
Tenaz y resistente al impacto.
Prácticamente no falla a temperaturas >5°C.
Presenta buena elasticidad.
En tuberías enterradas se adecua a movimientos locales de tierras.
Resistente térmicamente.
Resistencia muy alta a la exposición al medio ambiente ( para tubería que tiene color negro).
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PROPIEDADES
BENEFICIOS
Pared interna lisa.
Presenta una lenta deposición de residuos en las paredes de la tubería.
Resistente al desgaste.
Disminuye los costos debido a la vida útil prolongada.
Resistente a la intemperie /rayos UV.
Residencia muy alta al ambiente ( para tubería que tiene color negro).
Resistente a la intemperie /rayos UV.
No permite la condensación en periodos corto de tiempo.
No es toxico.
Amigable con el medio ambiente.
Aislante.
No conduce la electricidad.
Tiene muy buena soldabilidad.
Se une muy fácilmente por técnicas de fusión a tope, electro fusión, entre otros.
Junta de soldadura homogénea
Alcanza resistencia muy similar al del material base (tubería).
Prefabricación (armado antes de instalar).
Lo que permite mayor rapidez en el montaje y disminución de costos.
Peso liviano.
Lo que permite disminuir costos en el transporte y manipulación.
En el Anexo se muestra la tabla de resistencia química a los diferentes compuestos químicos.
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3. APLICACIONES DE LAS TUBERIAS DE POLIETILENO Algunas aplicaciones típicas que incluyen el uso de tuberías de PEAD son:
3.1 MINERÍA Las tuberías de PEAD 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 PEAD 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 PEAD 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. • Redes de agua potable • Alcantarillado
Además, por sus características de flexibilidad, bajo peso, resistencia a aguas salinas, 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.
3.5 INDUSTRIA QUÍMICA En la industria química, las tuberías de PEAD 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 PEAD 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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4. DETERMINACION DEL ESPESOR Y CLASIFICACION DE LAS TUBERIAS DE PEAD. 4.1 DETERMINACIÓN DEL ESPESOR.
De acuerdo a la normativa NTP ISO 4427, la designación del material (por ejemplo, PE 100) se relaciona con el nivel de Resistencia Mínima Requerida, MRS (Minimum Required Strength) que se debe considerar en el diseño de tuberías para la conducción de agua a 20ºC, por un tiempo de servicio de al menos 50 años. La tensión de diseño “ σs ” se obtiene al aplicar un coeficiente de diseño «C» sobre el valor MRS del material (C=1,25 para PE, norma ISO 12162).
MRS C DESIGNACIÓN DEL MATERIAL
MRS a los 50 AÑOS Y 20°C MPa
TENSIÓN DE DISEÑO, σs MPa
PE100
10
8.0
8
6.3
PE80
EnlasiguientetablaseespecificanlosvaloresMRSy susσscorrespondientes.
Todas las tuberías para servicios a presión se diseñan para resistir una presión hidrostática interna específica. Esta es la presión nominal PN, que indica la máxima presión de trabajo a la cual la línea (sistema) completa puede ser sometida en operación continua a una determinada temperatura. Para calcular el espesor de pared siguiente formula:
e=
se considera la
PN*D
Donde: PN = Presión nominal, MPa D = Diámetro externo de la tubería, mm σs = Tensión de diseño, MPa (1 MPa = 10 bar ≈ 10 Kgf/cm2 )
4.2 CLASIFICACION DE LAS TUBERIAS DE PEAD Como para tuberías de la misma clase (presión de trabajo), la relación diámetro/espesor es igual, se está difundiendo la clasificación de las tuberías en función de esta relación. Esta es la relación dimensional estándar (SDR), un número adimensional que identifica una clase de presión (a menor SDR, mayor presión).
SDR =
D
e
Donde: e = espesor de la tuberia, mm D = diámetro externo de la tubería, mm
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5. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA PRESION DE TRABAJO La temperatura, 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 PEAD (Temperaturas menores a -40ºC) o lo que es lo mismo, disminuye su resistencia al impacto y al aumentar la temperatura, se reduce la resistencia a la tracción, lo 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 refiere a una temperatura de 20°C. El coeficiente de seguridad debe tener en cuenta, así como todos los esfuerzos adicionales que pueden producirse durante el servicio, como golpes de presión y tensiones térmicas en cambios de temperatura, movimientos y hundimientos de tierra en tuberías ya tendidas. Las siguientes tablas muestran la relación que hay entre presión, temperatura y cantidad de años de vida útil. PE 80: RELACIÓN PRESIÓN NOMINAL (BAR) / TEMPERATURA (°C) Temperatura (C°)
10
Vida útil Esperada (Años)
32.5
26
17
11
4
6
10
16
5
5.0
6.3
9.4
15.8
25.3
10
4.9
6.2
9.3
15.5
24.8
25
4.8
6.0
9.0
15.1
24.2
4.7
5.9
8.9
14.8
23.8
4.6
5.8
8.7
14.6
23.3
5
4.2
5.3
7.9
13.2
21.2
10
4.1
5.2
7.8
13.0
20.8
25
4.0
5.0
7.6
12.7
20.3
50
4.0
5.0
7.5
12.5
20.0
100
3.9
4.9
7.3
12.2
19.6
5
3.6
4.5
6.6
11.2
18.0
10
3.5
4.4
6.7
11.0
17.7
25
3.4
4.3
6.4
10.8
17.3
50
3.3
4.2
6.3
10.6
16.9
5
2.1
3.8
5.8
9.6
15.5
10
2.0
3.8
5.7
9.5
15.2
25
1.9
3.7
5.5
9.2
14.8
50
1.9
3.6
5.4
9.1
14.5
5
2.6
3.3
5.0
8.4
13.4
50
10
2.5
3.2
4.8
8.1
12.9
60
5
1.8
2.2
3.3
5.6
9.0
70
2
1.3
1.7
2.6
4.3
6.9
40
6.3
8
10
16
20
5
7.9
10.1
12.6
20.2
25.8
10
7.8
9.9
12.4
19.8
24.5
25
7.6
9.6
12.1
19.3
24.1
50
7.5
9.5
11.9
19.0
23.8
100
7.3
9.3
11.6
18.7
23.6
5
6.6
8.4
10.6
16.9
20.2
10
6.5
8.3
10.4
16.6
20.0
25
6.4
8.1
10.1
16.2
20.7
50
6.3
8.0
10.0
16.0
20.5
100
6.1
7.8
9.8
15.7
19.2
5
5.6
7.2
9.0
14.4
18.2
10
5.5
7.0
8.8
14.1
17.0
25
5.4
6.9
8.6
13.8
17.8
50
5.3
6.7
8.4
13.5
16.6
5
4.8
6.1
7.7
12.3
15.6
10
4.7
6.0
7.6
12.1
15.5
25
4.6
5.9
7.4
11.8
14.2
50
4.5
5.8
7.2
11.6
14.1
5
4.2
5.3
6.7
10.7
13.4
50
10
4.0
5.2
6.5
10.4
13.1
60
5
3.0
3.8
4.8
7.7
9.6
70
2
2.4
3.1
3.9
6.2
7.3
10
20
30
40
PN 3.2
SDR
Vida útil Esperada (Años)
7
50
30
Temperatura (C°)
SDR
100 20
PE 100: RELACIÓN PRESIÓN NOMINAL (BAR) / TEMPERATURA (°C) 26
21
117
11
9
PN
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6. CALCULOS HIDRÁULICOS PARA TUBERÍAS DE PEAD 6.1 CÁLCULO HIDRÁULICO
La diferencia básica en el dimensionamiento hidráulico de tuberías de PEAD con respecto a tuberías de materiales tradicionales, reside en la bajísima rugosidad que éstas presentan. Las tuberías de PEAD tienen una superficie extremadamente lisa, lo cual se traduce en una excelente capacidad de escurrimiento. Tienen una alta resistencia a la corrosión, a incrustaciones y al crecimiento de bacterias. Por sus excelentes propiedades, se necesita un diámetro menor para transportar un volumen determinado comparado con tuberías de acero, fierro o concreto. Además, mantienen estas características de flujo durante toda su vida útil. 6.1.1 FLUJO BAJO PRESIÓN
Las ecuaciones que rela cionan el flujo de un fluido con su caída de presión en un sistema de tuberías involucran un factor de fricción que depende del material de la tubería. Las fórmulas más comúnmente utilizadas para los cálculos hidráulicos son las de Hazen-Williams y de Colebrook. En la fórmula de Hazen-Williams, la influencia de la rugosidad se considera en el coeficiente C, que para tuberías de PEAD la literatura técnica determina en 150. 6.1.2 SELECCIÓN DEL DIÁMETRO INTERNO DE LA
6.1.3 PÉRDIDAS DE CARGA
Las pérdidas de carga, como ya se explicó, se pueden determinar por las fórmulas de Hazen-Williams o Colebrook. La Fórmula de Hazen-Williams es: 1.85 -1.85- 4.87 H=10.643QCdL
Donde: H = Pérdida de carga, m.c.a. Q = Caudal, m3 /s C = 150 d = Diámetro interno, m L = Longitud de la tubería, m O, si se desea la pérdida de carga unitaria: 1.85 -1.85- 4.87 H=10.643QCd
Donde: h = Pérdida de carga unitaria, m.c.a./m A continuación se presentan 2 ábacos para la fórmula de Hazen-Williams, que permiten determinar directamente los valores deseados con una muy buena aproximación, sin tener que realizar la serie de cálculos que implica la utilización de la fórmula.
TUBERÍA
A partir de la velocidad media del fluido, se determina el diámetro interno por:
d=18,8
Q
v
Donde: d = Diámetro interno de la tubería, mm Q = Caudal, m 3 /h v = Velocidad media, m/s
Los ábacos son para tuberías de PEAD PE 100 dimensionadas según la norma NTP ISO 4427. El primer ábaco es para presiones nominales PN 10 y PN 16 y el segundo para presiones nominales PN 4 y PN 6.
SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD ÁBACO TUBERÍAS HDPE PE100 NORMA ISO 4427 CLASE / PN16 HAZEN-WILLIAMS
ÁBACO TUBERÍAS HDPE PE100 NORMA ISO 442 7 CLASE / PN4 -PN6 HAZEN - WILLIAMS
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NTP ISO 4427
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7. OTRAS CONSIDERACIONES SOBRE LAS TUBERIAS DE PEAD 7.1 PÉRDIDA DE CARGA EN CAMBIO DE DIRECCIÓN Y VÁLVULAS.
En la siguiente tabla se listan varios componentes comunes de sistemas de tuberías y la caída de presión asociada a través del fitting o accesorios, expresada como una longitud equivalente de tubería recta en términos de diámetros. Al multiplicar los diámetros de longitud equivalente por el diámetro interno se obtiene la longitud equivalente de tubería. Esta longitud equivalente se suma al largo total de tubería para calcular la pérdida de carga total del sistema. Estas longitudes equivalentes se pueden considerar como buenas aproximaciones para la mayoría de las instalaciones. FITTING
LONGITUD Equivalente
Tee 90° (Entrada Longitudinal del Fluido)
20D
Tee 90° (Entrada Lateral del Fluido)
50D
Codo 90°
30D
Codo 60°
25D
Codo 45°
18D
Válvula de Globo Convencional (Completamente Abierta)
350D
Válvula de Ángulo Convencional (Completamente Abierta)
180D
En general, las tuberías de polietileno absorben (disminuyen) mejor el efecto del golpe en virtud de su flexibilidad. Son capaces de soportar sobrepresiones superiores a las nominales para cortos intervalos de tiempo, siempre que esas presiones se mantengan dentro de valores aceptables, definidos por la presión nominal de la tubería. En forma simplificada, el golpe de ariete se puede expresar de la siguiente manera:
g Donde: ΔP=Sobrepresión debido al golpe, m c= Velocidad de propagación de la onda de presión, m/s Δv= Velocidad media del fluido, m/s g= Aceleración de gravedad, m/s2 La velocidad de propagación de la onda de presión(c) depende de la elasticidad del fluido y de la elasticidad de la pared de la tubería. Para una tubería de sección circular y libremente soportada, la velocidad de propagación se puede determinar por: E
Válvula de Compuerta Convencional (Completamente Abierta) 15D Válvula de Mariposa (Completamente Abierta) Válvula Check Convencional (Completamente Abierta)
40D 100D
C=
El golpe de ariete es un término usado para describir un aumento momentáneo de presión de corta duración al interior de las tuberías. Tales aumentos de carga ocurren cuando el equilibrio es perturbado por rápidas variaciones en las condiciones del flujo, como en la apertura y cierre de válvulas, paradas y partidas en bombas o cuando el fluido sufre un rápido cambio de dirección (por ejemplo en codos) en las partidas de las bombas. El golpe es tanto mayor en magnitud cuanto mayor es la velocidad media del fluido y mayor la distancia entre el golpe y la fuente del mismo.
E E
7.2 GOLPE DE ARIETE
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g +
dm e
Donde: EP= Módulo de elasticidad de la tubería, Kgf/m2 ρ=Peso específico del fluido para agua ρ=1.000 Kgf/m3 EW=Módulo
de elasticidad del fluido, Kgf/m2 dm=Diámetro medio de la tubería, m e=Espesor de pared de la tubería, m
NTP ISO 4427
Si la tubería es fijada longitudinalmente, EP debe ser sustituido por:
E 2
1Donde:
ᶹ
= Coeficiente
de Poisson
E <<
dm e
Así, la expresión de la velocidad de propagación para tuberías fijadas longitudinalmente se puede simplificar a:
e (1-) dm E
C=
2
En el caso de cargas de muy corta duración, a 20ºC, para PEAD, podemos considerar: EP = 10.000 Kgf/cm 2 (108 Kgf/m 2) y = 0,5 Además, de acuerdo a la siguiente relación: En el caso de cargas de muy corta duración, a 20ºC, para PEAD, podemos considerar: EP = 10.000 Kgf/cm 2 (108 Kgf/m 2) y ᶹ= 0,5
e dm
=0.01PN
Además, de acuerdo a la siguiente relación: (PN: Presión nominal, clase de la tubería) Podemos simplificar aún más la expresión de la velocidad de propagación:
cHDPE
El dimensionamiento de la tubería debe considerar la suma de las presiones existentes, es decir, las presiones internas necesarias para la conducción del fluido más las sobrepresiones de golpes del golpe, para lo cual se deben tomar algunas precauciones, tales como: • Adoptar velocidades del fluido menores que 2 m/s.
En las tuberías de PEAD, la compresibilidad del agua se puede despreciar, pues:
Ew
PRECAUCIONES
• Adoptar válvulas de cierre y apertura lentas. • En la partida de la bomba, cerrar parcialmente la
descarga de la línea hasta que esté completamente llena y la bomba haya entrado en régimen; entonces abrir lentamente la descarga. • Adoptar válvulas antigolpe. • Usar estanques hidroneumáticos
NTP ISO 4427
8. SISTEMA DE TUBERIAS PARA SISTEMAS A PRESION NTP ISO 4427 Se presenta las tablas de espesores mínimos exigidos por la norma NTP ISO 4427-2, para tuberías fabricadas con PE 100 y PE 80. Para mejor entendimiento de las tablas tener e n cuenta lo siguiente: a) La presión nominal PN corresponde a la máxima presión de operación admisible, en bar, a 20ºC b) La relación SDR corresponde al cociente entre el diámetro externo y el espesor de la tubería. c) El * indica valor calculado del espesor de acuerdo a la NTP-ISO 4065, que se redondea al valor más cercano a 2,0; 2,3 o 3,0. Esto, a fin de cumplir todos los requisitos nacionales. Por razones prácticas, se recomienda un espesor de pared de 3,0mm para la unión por electrofusión y aplicaciones de cubierta. DIMENSIONES DE LA TUBERÍA PEAD PE 80 NTP-ISO 4427(σS=63 KGF/CM2 ) RELACIÓN DIMENSIONAL ES TANDAS SDR DIAMETRO NOMINAL (DN)
SDR 41
SDR 33
SDR 21
PN 3.2
PN 4
PN 6
SDR 17 SDR 13.6 SDR 11 PN 8
PN 10P
PN 12.5
SDR 9 PN 16
SDR 7.4 N 20
Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) 16
-
-
-
-
-
-
2.0*
2.3
20
-
-
-
-
-
2.0*
2.3*
2.8
25
-
-
-
-
2.0*
2.3*
2.8
3.5
32
-
-
-
2.0*
2.4
3
3.6
4.4
40
-
-
2.0*
2.4
3
3.7
4.5
5.5
50
-
-
2.4
3
3.7
4.6
5.6
6.9
63
-
-
3
3.8
4.7
5.8
7.1
8.6
75
-
2.3
3.6
4.5
5.6
6.8
8.4
10.3
90
-
2.8
4.3
5.4
6.7
8.2
10.1
12.3
110
-
3.4
5.3
6.6
8.1
10
12.3
15.1
125
-
3.9
6
7.4
9.2
11.4
14
17.1
140
-
4.3
6.7
9.3
10.3
12.7
15.7
19.2
160
-
4.9
7.7
9.5
11.8
14.6
17.9
21.9
180
-
5.5
8.6
10.7
13.3
16.4
20.1
24.6
200
-
6.2
9.6
11.9
14.7
18.2
22.4
27.4
225
-
6.9
10.8
13.4
16.6
20.5
25.2
30.8
250
-
7.7
11.9
14.8
18.4
22.7
27.9
34.2
280
-
8.6
13.4
16.6
20.6
25.4
31.3
38.3
315
7.7
9.7
15
18.7
23.2
28.6
35.2
43.1
355
8.7
10.9
16.9
21.1
26.1
32.2
39.7
48.5
400
9.8
12.3
19.1
23.7
29.4
36.3
44.7
54.7
450
11
13.8
21.5
26.7
33.1
40.9
50.3
61.5
500
12.3
15.3
23.9
29.7
36.8
45.4
55.8
560
13.7
17.2
26.7
33.2
41.2
50.8
62.5
630
15.4
19.3
30
37.4
46.3
57.2
70.3
DIMENSIONES DE LA TUBERÍA PEAD PE 100 NTP-ISO 4427(σS=80 KGF/CM2 ) RELACIÓN DIMENSIONAL ES TANDAS SDR DIAMETRO NOMINAL (DN)
SDR 41
SDR 26
SDR 21
PN 4
PN 6
PN 8
SDR 17 SDR 13.6 SDR 11 PN 10P
PN 12.5P
PN 16
SDR 9 N 20
SDR 7.4 N 25
Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) Espesor(mm) 16
-
-
-
-
-
-
2.0*
20
-
-
-
-
-
2.0*
2.3*
2.3 3
25
-
-
-
-
2.0*
2.3*
3
3.5
32
-
-
-
2.0*
2.4
3
3.6
4.4
40
-
-
2.0*
2.4
3
3.7
4.5
5.5
50
-
2
2.4
3
3.7
4.6
5.6
6.9
63
-
2.5
3
3.8
4.7
5.8
7.1
8.6
75
-
2.9
3.6
4.5
5.6
6.8
8.4
10.3
90
-
3.5
4.3
5.4
6.7
8.2
10.1
12.3
110
-
4.2
5.3
6.6
8.1
10
12.3
15.1
125
-
4.8
6
7.4
9.2
11.4
14
17.1
140
-
5.4
6.7
9.3
10.3
12.7
15.7
19.2
160
-
6.2
7.7
9.5
11.8
14.6
17.9
21.9
180
-
6.9
8.6
10.7
13.3
16.4
20.1
24.6
200
-
7.7
9.6
11.9
14.7
18.2
22.4
27.4
225
-
8.6
10.8
13.4
16.6
20.5
25.2
30.8
250
-
9.6
11.9
14.8
18.4
22.7
27.9
34.2
280
-
10.7
13.4
16.6
20.6
25.4
31.3
38.3
315
7.7
12.1
15
18.7
23.2
28.6
35.2
43.1
355
8.7
13.6
16.9
21.1
26.1
32.2
39.7
48.5
400
9.8
15.3
19.1
23.7
29.4
36.3
44.7
54.7
450
11
17.2
21.5
26.7
33.1
40.9
50.3
61.5
500
12.3
19.1
23.9
29.7
36.8
45.4
55.8
560
13.7
21.4
26.7
33.2
41.2
50.8
62.5
630
15.4
24.1
30
37.4
46.3
57.2
70.3
1) LONGITUD: La tubería se proporciona con una longitud útil (l) de 6m; 10m; 12m, rollos de 100m, 150m y 200 m de acuerdo al diámetro (El diámetro interno mínimo de la bobina no debe ser menor de 18 veces el diámetro exterior de la tuber ía) y previo acuerdo con el cliente . Los extremos son de corte plano. 2) EL COLOR DE LA TUBERÍA: La tubería proporcionada es de color azul que es destinado sólo para el agua potable (la norma también permite tubos negros con franjas azules). Para las instalaciones expuestas a la intemperie, todos los componentes azules y los que no tengan capa negra deben ser protegidos contra la luz ultravioleta.
3) EL SISTEMA DE CONEXIONES: Debe respetar los requerimientos de la Norma NTP-ISO 4427-3. La conexión deberá ser azul o negra. Para las conexiones fabricadas, el color característico de los tubos deberá ser según lo señalado en la NTP-ISO 4427-2. Para las instalaciones expuestas a la intemperie, todos los componentes azules deberán estar protegidos de la luz ultravioleta directa. Una gran variedad de estos productos es mostrada por la línea FRIATEC.
NTP ISO 4427
9. SISTEMA DE UNIONES PARA TUBERIAS DE PEAD 9.1. FUSION A TOPE (O BUTT FUSION). En la unión por termofusión, las superficies a pegar se preparan, se funden simultáneamente con un calentador de placa caliente, se quita el calentador y las superficies fundidas se prensan juntas y se mantienen bajo presión. A medida que se enfrían los materiales fundidos se mezclan y fusionan en una unión permanente y monolítica.
FUSIÓN EN CLIMA FRÍO El polietileno se torna más sensible al impacto y menos flexible en climas fríos. Poner cuidado en el manejo cuando las temperaturas son muy frías, evite impactos fuerte s, como por ejemplo dejar caer la tubería de alturas moderadas. Las tuberías frías serán más difíciles de doblar o desenrollar. A temperaturas inclementes y especialmente en condiciones de mucho viento, debe proteger las operaciones de fusión para evitar la precipitación o barrido de nieve y una excesiva pérdida de calor por el enfriamiento del aire. Elimine toda escarcha, hielo o nieve de las superficies del DE y del DI de las áreas a fusionar. Las superficies deben estar limpias y secas antes de fusionarlas. La tubería de polietileno y los accesorios se contraerán ligeramente con el frío. La mayoría de los equipos para fusión a tope pueden adaptarse al diámetro ligeramente reducido de la tubería fría. Al realizar fusiones en temperaturas frías, puede ser que aumente el tiempo necesario para que el material se derrita adecuadamente. •
Maquina de soldadura a tope manual La fusión a tope (o “butt fusión”) se utiliza para hacer juntas de extremo a extremo entre extremos de tuberías con “tope” o planos y accesorios que tiene el mismo diámetro exterior y similar espesor de pared.
Mantenga
la
temperatura
especificada
de
la
herramienta de calentamiento. No aumente la temperatura de la herramienta de calentamiento • No aplique presión durante los pasos de calentamiento
de fusión a tope, cero presión. • No aumente la presión de empate en la fusión a tope.
En la fusión a tope, el tamaño del cordón (labios) de fusión determina el tiempo de calentamiento; de modo que el procedimiento automáticamente compensa el hecho de que la tubería fría requiere de más tiempo para formar adecuadamente el tamaño del cordón (labios) de fusión. Prueba en campo sobre tubería sobrante no presurizada que esté a la temperatura de ese ambiente. Use el tiempo estándar de calentamiento, más un tiempo adicional de calentamiento a incre mentos de 3 segundos, hasta que establezca el patrón adecuado de derretido de la tubería. Debe usar una tabla de madera limpia u otro tipo de coraza contra el calor entre la unión de tope y el calentador, para evitar calentar el accesorio al realizar fusiones de prueba. Maquina soldadura a tope para grandes diametros
SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
FACTORES CLAVE PARA OBTENER FUSIONES DE CALIDAD Las fusiones de calidad requieren el uso de todas las herramientas y equipos necesarios y el apego a todos los pasos del procedimiento en la secuencia correcta. El procedimiento de fusión prepara y alinea las superficies, calienta las superficie s de unión a la consistencia de derretido adecuada, une las superficies bajo presión y luego enfría la unión bajo presión. Una fusión defectuosa es producto de un equipo inadecuado o defectuoso, por la omisión de pasos o por hacer las cosas en la secuencia incorrecta. Las uniones defectuosas pueden ser peligrosas. Use únicamente las herramientas y equipos adecuados a la tar ea. No utilice herramientas y equipos defectuosos o inadecuados. Siga los procedimientos para el mantenimiento de los equipos, conforme a lo recomendado por el fabricante. • El operador que real ice la fusión debe ser un experto e n
el uso y la operación de las herramientas y equipos y ser competente en el procedimiento de fusión; el operador debe estar totalmente familiarizado con las herramientas y equipos y apegarse a las instrucciones del fabricante para su uso y operación. El uso inadecuado de las mismas o una secuencia incorrecta pueden conllevar a una fusión defectuosa y eso puede representar un peligro.
• Las supercies de la herramienta de calentamiento
deben estar limpias, sin daños y a la temperatura correcta; las caras de las herramientas de calentamiento tienen recubrimientos antiadherentes para una liberación rápida y completa del polietileno derretido. Las caras de las herramientas de calentamiento que presenten suciedad o contaminación pueden conllevar a una fusión deficiente y los recubrimientos dañados puede ser que no se despeguen adecuadamente del material derretido. Utilice únicamente implementos de Madera y trapos limpios y secos no sintéticos (de algodón) o toallas de papel para limpiar las superficies de la herramienta de calentamiento. Nunca utilice químicos en atomizadores o herramientas de metal en las caras de la herramienta de calentamiento. Las temperaturas de la herramienta de calentamiento son específicas para cada procedimiento. (Las temperaturas de la herramienta de calentamiento para la fusión a tope y para la fusión de silleta son diferentes). La temperatura especificada es aquella en las superficies que entran en contacto con la tubería o el accesorio que se está uniendo, no la temperatura del termómetro de la herramienta de calentamiento. Utilice un pirómetro o un termómetro infrarrojo para verificar la uniformidad de la temperatura a lo largo de ambas superficies de contacto del componente. (No se recomienda el uso de crayolas indicadoras de temperatura.)
De ser posible se puede utilizar un dispositivo de registro de datos en los equipos hidráulicos de unión para registrar los parámetros críticos de la fusión.
Si utiliza crayolas indicadoras de temperatura nunca debe aplicarlas a una superficie que entre en contacto con una tubería o accesorio).
• Las supercies de las tuberías y accesorios deben
Una temperatura dispareja puede indicar que el calentador está defectuoso. El termómetro del calentador mide la temperatura interna, que normalmente es mayor que la temperatura de la superficie. Sin embargo es posible verificar la temperatura de la herramienta de calentamiento verificando el termómetro para estar seguro de que dicho dispositivo esté manteniendo la temperatura.
estar limpias y preparadas adecuadamente; las superficies sucias, o contaminadas, o deficientemente preparadas que no encajan juntas adecuadamente no pueden producir una fusión de calidad. Limpie y prepare las superficies antes de unirlas. Si se reintroduce contaminación, limpie las superficies nuevamente.
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NTP ISO 4427
Cuando se verifica la temperatura de la superficie con un pirómetro o un termómetro infrarrojo, tome nota de la lectura del termómetro de la herramienta de calentamiento. Revise la lectura del termómetro de la herramienta de calentamiento antes de cada fusión para verificar que dicho dispositivo esté manteniendo la temperatura adecuadamente. Una temperatura incorrecta o dispareja puede ocasionar una fusión defectuosa; una baja temperatura en la herramienta de calentamiento puede conllevar a que se queme la unión durante una unión en caliente a tope.
Permita que los tubos que acaba de jalar se relajen durante varias horas, para que se recuperen de los esfuerzos por tensión. h. Debe alinear correctamente las tuberías antes de hacer las conexiones.
PRECAUCIÓNRiesgo de Impacto – No doble la tubería para alinearla contra las mordazas abier tas de fusión a tope. La tubería podría resortear y ocasionar lesiones o daños. Debe alinear la tubería antes de ponerla en los equipos de fusión a tope.
ANTES DE INICIAR:
I. FUSIONES DE PRUEBA:
a. Inspeccione los tramos de tubería y los accesorios para que no tengan cortes, perforaciones, rayones profundos u otros defectos perjudiciales e inaceptables. Nunca debe utilizar producto dañado.
Es posible evaluar uniones de muestra para verificar las habilidades y conocimientos del operador que realiza las fusiones. Corte las uniones en tiras y examine visualmente y pruebe la continuidad y fuerza de la unión. Para este propósito las pruebas de dobles, pelado y elongación son de utilidad. Estas pruebas generalmente se llevan a cabo en las tuberías pequeñas.
b. Es normal que los extremos de las tuberías se doblen o machuquen, pero quizá haya que quitar esa parte para la fusión a socket o para la fusión a tope en accesorios. c. Retire los daños superficiales en los extremos de las tuberías que pudiesen comprometer las superficies de la unión o interferir con las herramientas y equipos de fusión.
Para las prueba de fusiones de gran diámetro (> 12”) puede ser necesario contar con equipos y precauciones de seguridad especiales.
d. Asegúrese de tener todas las herramientas y equipos necesarios en el sitio, en buenas condiciones de operación y cargados de combustible. e. Las superficies de las tuberías y accesorios en donde se colocan las herramientas y equipos deben estar limpias y secas. Utilice trapos limpios, secos y no sintéticos (de algodón) o toallas de papel para eliminar suciedad, nieve, agua u otros contaminantes.) f. Proteja los equipos de termofusión y las superficies del clima inclemente y de los vientos. Quizá necesite colocar un tapanco temporal sobre los equipos de fusión y sobre las operaciones de fusión. g. Alivie la tirantez de la línea antes de hacer las conexiones. Cuando esté uniendo tubería enrollada, hacer una curva en forma de “s” entre las vueltas de tubería puede aliviar la tirantez. En algunos casos puede ser necesario permitir que la tubería adquiera la temperatura ambiente. Especímenes para Prueba de Tira Doblada
SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
A. PARÁMETROS DE CONFIGURACIÓN A.1. TEMPERATURA DE LA HERRAMIENTA DE CALENTAMIENTO MÍNIMA DE 400 °F – MÁXIMA DE 450 °F (204 – 232 °C)
del cilindro del carro de la máquina y la presión interna de arrastre y de ser necesario la presión necesaria para vencer la resistencia externa al arrastre, se utilizan para calcular las configuraciones de la presión de manómetro para la unión hidráulica por fusión.
Las superficies de la herramienta de calentamiento deben estar a temperatura antes de comenzar.
Las instrucciones del fabricante del equipo se utilizan para calcular este valor.
Antes de que empiece, todos los puntos en las superficies de la herramienta de calentamiento en los lugares en los que dicha herramienta entrará en contacto con los extremos de la tubería o los accesorios debe estar dentro de los rangos prescritos de temperatura mínima y máxima y la máxima diferencia de temperatura entre cuales quiera dos puntos en las superficies de fusión de la herramienta de calentamiento no debe ser mayor a 20°F (11°C) para equipos para tuberías menores a 18 pulgadas (450 mm) de diámetro o de 35°F (19°C) para equipos mayores. Las superficies de la herramienta de calentamiento deben estar limpias.
¡La presión en la interfaz y las configuraciones de la presión de manómetro para la unión hidráulica por fusión de la máquina de fusión no son lo mismo!
A.2. PRESIÓN EN LA INTERFAZ - MÍNIMO 60 PSI MÁXIMO 90 PSI (414 - 621 KPA; 4.14 - 6.21 BAR). Cuando las superficies de unión adecuadamente calentadas se juntan, la fuerza requerida para hacer la unión es la fuerza necesaria para enrollar el cordón (labios) de fusión derretido sobre la superficie de la tubería. Esto es una determinación visual. La presión en la interfaz se utiliza para calcular un valor de presión de unión por fusión para las máquinas hidráulicas de fusión a tope o para las máquinas manuales equipadas con una llave de torque. La misma presión en la interfaz se utiliza para todos los tamaños de tubería y para todas las máquinas de fusión a tope. Sin embargo, las configuraciones de la presión de unión por fusión para la máquina de fusión a tope se calcula para cada DE y SDR de la tubería. Para el caso de las máquinas hidráulicas, la presión en la interfaz, el área de la superficie de fusión, el tamaño
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B. PROCEDIMIENTO
1. ASEGURAR. Limpie el interior y el exterior de los extremos del componente (tubo o accesorio) frotándolos con un trapo limpio, seco y sin pelusa o con una toalla de papel. Elimine toda materia extraña. Alinee los componentes con la máquina, colóquelos en las mordazas y cierre las mordazas. No fuerce los tubos para alinearlos contra las mordazas abiertas de la máquina de fusión. (Cuando esté trabajando en tuberías enrolladas, de ser posible haga que la tubería forme una “S” a cada lado de la máquina para compensar la curvatura de la bobina y facilitar la unión.) Los extremos de los componentes deben sobresalir de las mordazas, lo suficiente de modo que esté completo el empate. Junte los extremos y verifique la alineación de arriba y abajo. Ajuste la alineación según sea necesario apretando el lado de arriba hacia abajo.
NTP ISO 4427
2. EMPATAR. Coloque la herramienta de empate entre los
extremos de los componentes y empátelos para establecer una superficie de empate lisa, limpia y paralela. Un empate completo produce virutas de una circunferencia continua en ambos extremos. Empate hasta que haya una distancia mínima entre la mordaza móvil y la fija. Algunas máquinas tienen topes de empate. Si tiene topes, empate hasta los mismos. 3. RETIRE la herramienta de empate y limpie todas las
virutas y rebabas de tubería de los extremos de los componentes. No toque los extremos de los componentes 4. ALINEAR. Una los extremos de los componentes,
verifique la alineación y por si hay deslizamiento contra la presión de fusión. Vea que haya contacto pleno en todo alrededor de ambos extremos sin que haya huecos detectables y verifique los diámetros exteriores en la alineación alta y baja. De ser necesario, ajuste el lado de arriba apretando la mordaza del lado de arriba. No afloje la mordaza del lado de bajo, dado que los componentes pueden resbalarse durante la fusión. Vuelva a empatar si ajusta la alineación del lado de arriba o de abajo.
El contacto inicial debe darse bajo presión moderada para asegurar un contacto pleno. Sostenga la presión de contacto muy brevemente y luego alivie la presión sin romper contacto. La presión debe reducirse a la presión de contacto al primer indicio de fusión alrededor de los extremos de la tubería. Sostenga los extremos contra la herramienta de calentamiento.
6. UNIR. Inmediatamente después de quitar la herramienta de calentamiento, RÁPIDAMENTE inspeccione los extremos derretidos, que deben esta planos, parejos y completamente fundidos. Si las superficies derretidas son aceptables, inmediatamente y en un movimiento continuo, una los extremos y aplique la fuerza de unión correcta. No las junte de golpe, Aplique suficiente fuerza de unión para enrollar ambos cordones derretidos sobre la superficie de la tubería. Una superficie derretida cóncava es inaceptable; indica que hubo presión durante el calentamiento. No continúe más. Permita que los extremos de los componentes se enfríen y comience nuevamente en el paso 1. La Fuerza correcta de unión formará un doble cordón (labios) y se enrollará sobre la superficie de ambos extremos.
5. FUNDIR. Verifique que la herramienta de calentamiento esté
manteniendo la temperatura correcta. Coloque la herramienta de calentamiento entre los extremos de los componentes y mueva los extremos contra la herramienta de calentamiento.
Apariencia Inaceptable de Fusión Cóncava
SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
7. SOSTENER. Sostenga la fuerza de unión contra los
extremos hasta que se enfríe la unión. La unión está lo suficientemente fría como para manipularla CON SUAVIDAD cuando el doble cordón (labios) está frío al tacto. Enfríe de 30 a 90 segundos por cada pulgada de diámetro de tubería. No trate de acortar el enfriamiento aplicando agua, trapos húmedos o cosas similares. Evite jalar, instalar, hacer pruebas a presión o un manejo rudo cuando menos durante otros 30 minutos. Las tuberías con espesores de pared mayores, requieren de más tiempo de enfriamiento.
Al realizar fusión a tope en accesorios moldeados, el cordón (labios) del lado del accesorio puede tener una apariencia irregular. Esto es aceptable, siempre y cuando el cordón (labios) del lado del tubo esté correcto.
FUSIONES ACEPTABLE
(2) Correcta alineación – sin huecos o vacíos, (3) Correcta fusión, presión y alineación, (4) Correcto enrollado del doble cordón (labios). 5. Doble cordón (labios) enrollado correcto 6. Correcta alineación
Proporciones de los Cordones en una Fusión a Tope 8. INSPECCIONAR. En ambos lados, el doble cordón
7. Doble cordón (labios) enrollado correcto (6) Correcta alineación
(labios) debe estar enrollado sobre la superficie y estar redondeado en forma uniforme y ser de tamaño consistente todo alrededor de la unión. Como se ilustra en la figura el ancho del doble cordón (labios) debe ser de 2 a 2 ½ veces su altura por arriba de la superficie y la profundidad de la ranura en V entre los cordones no debe ser de más de la mitad de la altura de los mismos. www.nicoll.com.pe
(8) No hay huecos ni vacíos al doblar
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FUSIONES INACEPTABLES
INCORRECTO
B. TINTES PENETRANTES. Se usa para detectar defectos superficiales en uniones soldadas en tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) mediante la aplicación de líquidos penetrantes.
INCORRECTO
(9).Tiempo insuficiente de calentamiento; cordón (10) Exceso de tiempo de calentamiento o exceso de presión aplicada durante el calentamiento; cordón (labios) de fusión muy grande (labios) de fusión muy pequeño
C. ULTRASONIDO INDUSTRIAL. Este método es uno de los principales métodos de ensayos no-destructivos, para el control de la calidad y evaluación de materiales en la industria de hoy en día. Su aplicación permite conocer la integridad del material en su espesor y detectar discontinuidades internas que no son visibles en la superficie de la soldadura. Además de la determinación de diferencias en la estructura del material y sus propiedades físicas.
PRUEBAS DESTRUCTIVAS A UNIONES TERMOFUSIONADAS. (11) Tubería angulada hacia dentro de Las unidades de fusión (12) Inadecuada alineación “arriba -abajo”
La selección de estas uniones debe realizarlas el Inspector QC de la Agencia Certificada. Entre estos ensayos tenemos:
A. PRESIÓN HIDROSTÁTICA Este ensayo destructivo consiste en exponer especímenes de tubos a una presión interna constante, en un ambiente controlado, con el objetivo de obtener datos útiles para establecer relaciones entre el esfuerzo y el tiempo de falla de las soldaduras en tubería.
(13) Empate incompleto o no remoción de tiras (14) Empate incompleto
PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS A UNIONES TERMOFUSIONADAS: Conforme a Ultrasonido técnicas del antes que la
lo establecido, se realizarán Pruebas con de acuerdo con las especificaciones proyecto. Estos ensayos deben ejecutarse cañería se coloque en zanjas o bajo terreno.
A. RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL. Se utiliza para detectar discontinuidades sub-superficiales en soldaduras de polietileno de alta densidad (PEAD). Este procedimiento puede ser aplicado para la inspección de soldaduras en tuberías de polietileno de alta densidad, en diámetros mayores o iguales a 32 mm (1.2598 in≅5/4 in) con un rango específico para cada tipo de Soldadura.
Este procedimiento incluye los accesorios de polietileno (PE) destinados a ser unidos con tuberías del mismo material, por medio de fusión térmica de los respectivos topes. Estos tipos de soldadura con: soldadura a tope, soldadura a encaje, soldadura a solape (silleta)
B. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN Se Determina las propiedades mecánicas de la soldadura en tuberías de polietileno, sometida a carga axial de tracción, a partir de un diagrama nominal esfuerzo - deformación. Indicar el método a seguir para medir el alargamiento a la rotura y la carga correspondiente. Esta prueba es aplicable a las uniones por soldadura a tope, para tuberías de polietileno con un diámetro nominal no menor de 90 mm. Este método debe usarse, junto con otra serie de métodos de prueba para eval uar la calificación de las soldaduras a tope.
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9.2
SOLDADURA POR ELECTROFUSIÓN.
Existen dos métodos de electrofusión (encaje, solape), que no son más que otro sistema de fusión convencional con la única diferencia que en la electrofusión se le incorpora a la conexión una resistencia eléctrica que evita el uso del elemento de calefacción externo. Por lo Tanto la diferencia principal entre la fusión de calor convencional y la electrofusión es el método por el cual se aplica calor.
El polietileno fundido de los dos componentes pasa a formar una sola pieza. Los procedimientos a seguir son los siguientes: • Determine la profundidad de penetración de la
tubería con respecto al accesorio, esto se puede realizar marcando la tubería a una longitud equivalente.
La conexión en su parte externa, trae dos terminales donde se conecta el voltaje que provoca que la resistencia interna funda el material y produzca la fusión. En este punto un sistema interno conectado al control de flujo eléctrico es interrumpido eliminando la corriente eléctrica. Equipos y materiales. • Caja de control. • Prensa manual de alineación. • Biselador. • Papel absorbente desechable. • Alcohol (Propanol, Etílico).
Accesorios de acuerdo al diámetro del tubo y al tipo de soldadura a realizar. Las recomendaciones de los ciclos caloríficos, suministros eléctricos y procedimientos para materiales de plástico son específicas de cada fabricante y por lo tanto deben consultarse anteriormente para evitar inconvenientes.
Determinar la
Profundidad
• Colocar el rascador y proceder a eliminar la película de óxido
de la superficie del tubo. Si durante el rascado quedaron zonas sin rascar, debe repetirse nuevamente esta operación. Limpiar la superficie de la tubería con papel absorbente desechable donde se realizará la unión y alinear los extremos.
PROCEDIMIENTOS: Para obtener una buena soldadura es necesario que se cumplan los procedimientos descritos en la norma ASTM F1290-93.
9.2.1 ELECTROFUSIÓN A ENCAJE. Esta técnica involucra la fusión promedio de calor de las tuberías con el accesorio, encajando los extremos de dicha tubería en el accesorio de electrofusión, durante un tiempo preestablecido. Cuando la corriente eléctrica se aplica, la resistencia que se encuentra en el interior de la conexión produce calor y funde la superficie interna del accesorio con la externa de la tubería.
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Raspado
de
la
superficie
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• Si la tubería presenta ovalamiento cortar la parte ovalada
y/o redondear la tubería con ovaladores externos, limpiar la superficie del tubo, para eliminar cualquier impureza de grasa o suciedad
• Limpiar la supercie interna del accesorio, así mismo se de -
berá usar un producto de limpieza adecuado a base de alcohol con un contenido mínimo de 98.8% y solo se deberá usar papel Absorbente. • Cuando el ciclo se haya completado, desconecte los
cables del Accesorio. Finalmente anotar los parámetros de la soldadura en la tubería.
9.2.2 ELECTROFUSIÓN A SOLAPE. Esta técnica involucra el acoplamiento por medio de fusión de un accesorio (silla), que encaja en la superficie exterior de la tubería. La fuente de calor se localiza en la superficie de fusión o base cóncava de la silla. • Colocar los cables para la soldadura, proceder a ingresar
código del accesorio con el lápiz lector. Una vez reconocido el código, el equipo empezara con la fusión.
La soldadura ocurre cuando los materiales fundidos de los dos componentes fluyen y se enfrían por debajo de la temperatura de fusión del material. A continuación se describen los procedimientos a seguir para la realización de esta soldadura: • Centre el accesorio en la tubería para determinar el área
de fusión requerida. • Marque la tubería a una longitud equivalente, raspe la
superficie entera de la tubería donde se colocara el accesorio o silla. • Monte la silla en la supercie frescamente lijada y
coloque a su vez las mordazas que sujetan la silla en sus bordes, luego encaje hasta formar un ángulo recto.
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• Cuando el ciclo de fusión se complete (comprobar que
han salido los testigos de soldadura), los cables pueden desconectarse del montaje.
• Apriete las tuercas para aanzar la unión en el lugar.
• Mantenga el dispositivo de sujeción el cual debe permanecer
en el lugar durante el tiempo de enfriamiento.
• Conecte el equipo de transferencia de calor al accesorio.
Presione el botón para empezar el ciclo de fusión. El tiempo del ciclo de Fusión completo aparecerá en la pantalla del equipo (los parámetros de fusión están registrados en el código de barras por lo que la máquina de electro fusión tiene un lector para aquello).
9.3 SOLDADURA POR EXTRUSIÓN O POR APORTE La soldadura por extrusión utiliza una pequeña extrusora manual que alimenta Polietileno fundido sobre una superficie ya preparada y precalentada. La preparación requiere remover una delgada capa de material de las superficies a ser soldadas y limpieza, un raspado, rectificado o preparar ángulos de soldadura . La pistola de extrusión precalienta las superficies y suministra un cordón de polietileno fundido en el área de unión, previamente preparada. El ambiente adecuado para hacer una soldadura por extrusión es en planta o en taller, donde las condiciones para soldar estén controladas, como son, limpieza, operadores entrenados,
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las herramientas y aparatos necesarios para este proceso de soldadura. Usando los procedimientos establecidos, las uniones soldadas en condiciones ideales que pueden desarrollar una resistencia a la tensión de hasta un 70% del material base. En uniones de campo se requiere de cuidados especiales y operadores altamente calificados para producir uniones de calidad. Típicamente, la soldadura por extrusión es usada para la fabricación en taller de piezas que trabajarán a muy poca o sin presión, como Registros Hombre, tanques, Conexiones de gran diámetro, sistemas de contención dual y estructuras para control de olores. La soldadura por extrusión no es un substituto para las fusiones a tope, lateral o a socket y no deberá de ser usada para unir o reparar tuberías y conexiones que trabajen a presión.
Realización de la soldadura
9.4 CONEXIONES MECÁNICAS Conexiones mecánicas son usadas para conectar elementos de polietileno entre ellos mismos o para conectar líneas de polietileno con otros materiales.
Vista de la soldadura realizada
9.4.1 CONEXIONES BRIDADAS. Las uniones bridadas se hacen usando adaptadores tipo brida el cual es fusionado a la tubería (Se coloca una brida metálica de respaldo detrás del adaptador la que hace el esfuerzo de apriete contra el adaptador tipo brida, apretando los tornillos contra la otra brida que se va a conectar. Preparación de la tubería
Los adaptadores (stubend) pueden tenar una cara corrugada para facilitar el sellado. A bajas presiones, típicamente 80 psi o menos, no se necesita empaque. A presiones más altas lo corrugado de las caras ayuda a sostener el empaque. Las contrabridas metálicas estándar son Clase 125 para presiones de 160 psi y menores, o Clase 150 para presiones mayores. Los materiales de las contrabridas son hierr o dúctil, acero, acero recubierto de primer, acero recubierto con resinas epóxicas o acero inoxidable.
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Fibra de vidrio también se encuentra disponible. Para servicio subterráneo, puede ser necesario que estén recubiertas y con protección catódica para proteger las contrabridas de la corrosión. Un lado de la contrabrida deberá de tener un radio o chaflán. Ese lado es que se coloca contra el adaptador tipo brida de polietileno.
Instalarunaválvulademariposaconeldiscoabiertopuedeayudarala alineación. Después de ajustar y apretar los tornillos al valor de 5 ft-lbs de torque, opere la válvula para asegurarse que el disco de esta rote sin interferencia. Realineé si es necesario, proceda al apriete definitivo usando el patrón del cuarto tornillo.
9.4.2 UNIÓN TIPO VICTAULIC
Conector o stubend
Brida de acero
Las uniones tipo Victaulic reúnen las ventajas de la rapidez de la instalación, integridad del diseño y confiabilidad del funcionamiento. El acoplamiento métrico estilo 995 está diseñado específicamente para unir mecánicamente la tubería de PEAD de tamaños métricos de las especificaciones dimensionales ISO 161-1 y DIN 8074 para SDR de 32,5 a 7,3. El acoplamiento cuenta con hileras de dientes de Sujeción integral en ambos lados de la carcasa.
Adaptador Tipo Brida y Contrabrida Metálica VÁLVULAS DE MARIPOSA. Cuando se unan adaptadores tipo brida o stub ends de polietileno a una válvula bridada de mariposa, el diámetro interno del adaptador se deberá de revisar, ya que dicho diámetro pude interferir con la operación del disco de la válvula, si el adaptador bloque la apertura del disco, hará inopera nte la válvula. Si la rotación del disco de la válvula es un problema, se puede usar un anillo de polietileno como espaciador entre las bridas del adaptador y de la válvula. La longitud de los tornillos se deberá de incrementar, según el espesor del espaciador. Existen adaptadores con el interior biselado para algunos tamaños. Las válvulas de mariposa deberán de estar centradas en los adaptadores tipo brida para operar correctamente. www.nicoll.com.pe
Conexión con una Válvula de Mariposa A medida que se aprietan las carcasas, los pernos fuerzan a los dientes a morder la tubería. Este diseño permite unir directamente tuberías de PEAD sin necesidad de un equipo de termofusión. Los acoplamientos métricos estilo 995 vienen con empaquetadura de grado «E» (rango de temperatura de -34ºC a 110ºC), para servicio de agua dentro del rango recomendado de temperatura, además de una variedad de ácidos diluidos, numerosos productos químicos y aire libre de aceite. No se recomienda para servicio de petróleo.
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También se encuentra disponible una empaquetadura de grado «T» (rango de temperatura de -29ºC a 82ºC) para servicio de petróleo, aire con vapores de aceite, aceites vegetales y minerales, dentro del rango de temperatura especificado.
De la misma forma, Plasson ha completado el desarrollo de un nuevo diseño para los fittings de compresión de diámetros grandes, es decir, tamaños 75, 90 y 110 mm. El nuevo diseño involucra cambios en la tuerca, sello, inserto de PP y casquillo de apriete. Debido a la nueva forma de diseño del fitting, no es necesario que la tuerca sea totalmente desatornillada antes del montaje. A continuación se muestran los componentes para los fittings de 75, 90 y 110 mm.
DETALLES DE COMPONENTES:
9.4.3. UNIÓN ROSCADA (PLASSON O EQUIVALENTE) Este tipo de unión permite un rápido acople y desacople, gran estanqueidad y resistencia a esfuerzos axiales. Son bastante utilizadas en riego e industrias en general. Se utilizan principalmente en diámetros entre 20 y 110 mm. Recientemente, Plasson ha desarrollado un nuevo diseño de fittings de compresión, en tamaños intermedios de 40, 50 y 63 mm, en el cual el sello o junta de goma ha sido rediseñado con un perfil trapezoidal, para permitir una introducción rá pida y fácil de la tubería, sin la necesidad de retirar la tuerca del fitting. Los diámetros 16 a 32 mm no han sido modificados. A continuación se muestra los componentes.
DETALLES DE COMPONENTES:
Ampliación del Perfil dePieza 1. Cuerpo 2. Sello o Junta de Goma 3. Inserto de PP 4. Castillo de Apriete 5. Tuerca
1. Cuerpo 2. Sello o Junta de Goma 3. Inserto de PP 4. Castillo de Apriete 5. Tuerca
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10. INSTALACIÓN DE TUBERÍAS DE POLIETILENO (PEAD O PEAD) ENTERRADAS
La deflexión en instalación está sujeta al control del cuidado de la colocación y consolidación del relleno de la tubería.
CONTROL DE LA DEFLEXIÓN. La capacidad de carga que tiene una tubería puede ser incrementada por la tierra cuando esta es encajada. Cuando la tubería es cargada, el peso es transferido de la tubería a la tierra por un movimiento exterior horizontal de la pared de la tubería.
Para la evaluación y control de la calidad de la instalación de tuberías flexibles, muchos diseñadores imponen un requisito de “aceptación de la deflexión”. Esto es particularmente importante para el flujo de gravedad con tuberías de gran SDR. Normalmente no se verifica para tuberías de presión la deflexión. La “aceptación de la deflexión” vertical en una tubería es la máxima deflexión requerida en la instalación. Típicamente sólo se toman medidas después que la consolidación inicial de la tubería ha ocurrido, normalmente 30 días
Esto mejora el contacto entre la tubería y la tierra y refuerza a su vez la pasiva resistencia de la tierra. Esta resistencia ayuda a más allá la deformación de la tubería y contribuye al soporte vertical de los pesos. La cantidad de resistencia encontrada en la tierra asentada es consecuencia directa del procedimiento de instalación. (Ver figura) El objetivo principal en una instalación de tubería de polietileno es limitar el control de la deflexión (en este capítulo él término “deflexión”, significa un cambio en el diámetro vertical de la tubería). La deflexión de la tubería de PE es la suma total de dos componentes: la “deflexión en la instalación” que refleja la técnica y cuidado de la tubería que se maneja; y la “deflexión en servicio” que refleja el acomodamiento de la construcción del sistema tubería-tierra, la subsiguiente fuerza y otras cargas. La “deflexión en servicio”, es normalmente una disminución en el diámetro vertical de la tubería, puede ser previsto a través de varias relaciones razonablemente bien documentadas y pueden ser incluidos aquellos de WATKINS AND SPANGLER o por el uso de un análisis del elemento finito.
ACEPTACIÓN DE LA DEFLEXIÓN:
después de la instalación. El ingeniero del proyecto dispone la “aceptación de la deflexión” basada en la aplicación particular y en el tipo de uniones. Normalmente, la deflexión está limitada al 5%, aunque las tuberías de PE en aplicaciones de gravedad normalmente pueden resistir deflexiones mucho más grandes sin deteriorarse. Cuando la deflexión es moderada pasada los 30 días, es común presentar un porcentaje mucho más alto.
A) EXCAVACIÓN DE LA ZANJA: La zanja debe excavarse de acuerdo a la alineación requerida y profundidad mostrada en la figura. El ancho de la zanja variará con su profundidad y también con el tipo de arena presente. El ancho de la cama debe permitir una adecuada compactación alrededor de la tubería. El material excavado, si es piedra libre y se fractura bien por la excavadora, puede proporcionar un apropiado asiento del material. La profundidad mínima, de la zanja con respecto a la clave de la tubería, debe proteger las tuberías de las cargas móviles de circulación rodada, de las cargas fijas, del material del relleno y de las variaciones de temperatura del medio ambiente. Como norma general, bajo calzada o terreno de circulación rodada posible, la profundidad mínima será de 1 m hasta la generatriz superior de la tubería. En aceras o lugares sin circulación rodada, puede disminuirse este recubrimiento a la profundidad que se congela el terreno, es decir 80 cm. Las paredes de la zanja pueden estar en un declive de un ángulo de 45º o el ángulo de reposo del material. Cuando sean necesarias zanjas anchas, el relleno de zanja debe ser compactado por niveles para poder así resistir la carga final.
Adaptador Tipo Brida y Contrabrida Metálica
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RELLENO TIPICO R
0.30Mts.
DN
montajes tales como codos, tees, son normalmente suficientes. Si se usa puntales de empujes, suficientemente revestido de concreto según su tamaño o superficies de concreto de presión, éstos se ponen en tierra serena y proporcionarán protección adecuada. El revestimiento o puntales de empuje deben construirse de hormigón reforzado y deben representar como especie de un ancla entre la tubería o accesorio y la pared sólida de la zanja. En la figura se ilustran varios tipos de bloqueo con concreto y revestimiento de accesorios.
0.1 mts.
Tamaño de la zanja
B) PREPARACIÓN DEL FONDO DE LA ZANJA. Para sistema de presión como acueductos, distancias de líneas de transmisión largas, la nivelación exacta de los fondos de las zanjas no es esencial a menos que se especifique en el trazado. El máximo tamaño da la partícula Clase I o Clase II del material usado para el asiento o relleno de zanja inicial deben preservarse a ½” para las tuberías más pequeñas (< 8”) y un tamaño de 1” agregado para diámetros de tuberías mayores de 8”. Referirse a PPI INFORME TÉCNICO Nº 31, para mayor información. El fondo de la zanja debe estar relativamente liso y libre de piedra.
Tipos de bloqueo y revestimiento
TENDIDO DE TUBERÍAS. La tubería de polietileno puede unirse al nivel de la tierra y puede bajarse hacia adentro de la zanja o en el caso en que fuese necesario se podrá realizar soldaduras dentro de ella. El exceso de esfuerzo o tensión debe evitarse durante toda la instalación, eliminando la posibilidad de que queden esfuerzos residuales después de la compactación. La fuerza de tirado que puede aplicarse a una tubería en tierra firme puede estimarse con la siguiente formula:
Deben quitarse objetos que puedan causar punto de carga en la tubería y el fondo de la zanja debe rellenarse usando de 4 –6 plg. De consolidación de la fundación. Si la condición de la tierra es inestable, el fondo de la zanja debe socavarse y llenarse la profundidad de la zanja con el material seleccionado apropiado. Consulte al ingeniero del proyecto antes del entierro de cualquier tubería para determinar especificaciones del relleno de zanja y condiciones especiales.
Dónde: F= Fuerza de Tirado Máximo, (N) S=Máximo Esfuerzo Aceptable (Conservadoramente entre7,0–11,0 MPa) A= Área seccional-cruzada de la pared de la Tubería (m2)
Típicamente, las tuberías de PE no requieren de puntal de empuje. La buena compactación de la tierra alrededor de los
Cuando es necesario halar la tubería, se debe tener cuidado de que no se dañe y debe hacerse por el extremo del collar de brida.
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F= S.A
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Los tubos de pequeño diámetro suministrados en rollos, se extenderán tangencialmente y los de mayor diámetro se extenderán, en posición horizontal, atando a un punto fijo el extremo del tubo exterior del rollo y estirando con precaución del extremo del tubo interior del rollo, al cual se le habrá atado una cuerda de unos 5 m. Los tubos no deben doblarse en ningún caso. Además es muy importante tanto en el desenrollado como en el tendido, evitar que se deterioren los tubos con cortes producidos por piedras puntiagudas o elementos de filo cortante. Por su bajo módulo de elasticidad los tubos de PE son flexibles. Se suelen unir fuera de la zanja, lo que facilita su montaje y además pueden ser instalados con radios de curvatura muy pequeños, sin necesidad de emplear accesorios.
Debe prestarse una particular atención a la compactación llevada a cabo alrededor de los accesorios y prolongar los extremos de la tubería más allá del montaje. La compactación del 90% (PROCTOR DENSITY) o mayor en esas áreas es recomendada. Los tornillos en la conexión del cabezal, así como las abrazaderas en las almohadillas de apoyo deben ser Reapretadas antes del entierro de la tubería. Las superficies de las conexiones pueden observarse mientras esté en funcionamiento. La tubería de PE o accesorios pueden encajarse en concreto si su diseño lo requiere. El revestimiento de concreto puede usarse para aumentar la taza de presión de accesorios, la fuerte estabilización de válvulas o accesorios y/o el control de la expansión o contracción térmica.
El radio de curvatura es función del tipo de material y de la presión nominal del tubo. Es recomendable no realizar a 20 ºC radios de curvatura R inferiores a los que se indican en la Figura Si el tendido se realiza a 0 ºC los radios de curvatura indicados anteriormente se incrementarán 2.5 veces. Entre 0 ºC y 20 ºC el radio de curvatura puede determinarse por extrapolación lineal.
INSTALACIÓN DE ACCESORIOS Y VÁLVULAS. Prevención de los movimientos o flexiones en el punto de conexión
RELLENO Y TAPADO DE HUECOS PN Tubo
PE 40
PE 80
PE 100
4
20DN
25DN
50DN
6
15DN
20DN
40DN
10
12DN
18DN
30DN
16
10DN
15DN
20DN
Radios mínimos recomenda dos
Cuando en la instalación de tuberías se conecten accesorios y/o estructuras rígidas, el movimiento o doblado debe prevenirse. Los rellenos de zanja deben compactarse para proporcionar apoyo total, o un apoyo de concreto puede construirse bajo la tubería y accesorios.
El relleno de zanja debe llevarse a cabo según uno de los métodos siguientes: como es requerido en la figura; o como sea especificado por el ingeniero que dirige la obra.
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A menos que se especifique por el ingeniero, debe completarse la "fundación" y "rellenos iniciales" antes de la prueba de goteo, y el resto del relleno se completa después de la realización de una prueba satisfactoria. En todos los casos deben ponerse la fundación y el material del relleno inicial y deben compactarse para proporcionar apoyo como es especificado por el ingeniero que dirige la instalación. El material en particular usado para el relleno variará según las condiciones locales, el tipo de aplicación y los requisitos específicos del Ingeniero que dirige la obra. En general, se han encontrado tres tipos de material de relleno aceptable para la instalación de tuberías de PEAD. Lo que se presenta a continuación incluye varios materiales del proceso y clasificaciones de la tierra listadas bajo el " Sistema de unificación de clasificación de tierra."
CLASE I.- Piedra angular 1/4in. a 1-1/2, incluyendo varios materiales que pueden estar localmente disponibles como coral, escoria aplastada, la piedra aplastada y cáscaras aplastadas.
CLASE II.- Arenas toscas y arenas gruesas ½ in. como tamaño de partícula máximo, incluyendo las arenas diversamente graduadas y arenas gruesas que contienen porcentajes pequeños de hullas menudas, generalmente granular y no-cohesivo, húmedo o seco.
CLASE III.- Finas arenas y la arcilla enarenada, incluye arena-arcilla fina y mezclas del grabar arcilla.
RELLENO INICIAL Los requisitos de compactación específicos pueden variar de trabajo a trabajo pero, deben adaptarse generalmente al Rellenos iniciales al 90 por ciento de Standard Proctor Density como lo determinado por "American Association of State Highway Officials Method: T99." En ciertas aplicaciones no-críticas, un nivel más bajo de consolidación puede ser especificado por el ingeniero que dirige la obra. La compactación debe llevarse a cabo en capas de 6 in hasta la cima de la tubería. La compactación no debe hacerse directamente encima de la tubería si no por lo menos un pie de capa de tierra encima de la misma. www.nicoll.com.pe
RELLENO FINAL. Los rellenos finales de cierta calidad pueden excavarse de otra tierra. Este material debe estar libre de vacíos, trozos de arcilla, piedras y cantos rodados más grande de 8 in. en su diámetro. En todos los casos el ingeniero que dirige la obra debe juzgar la conveniencia del material para el uso como relleno.
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11.
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11. INSTALACIÓN SUPERFICIAL DE TUBERÍAS DE POLIETILENO (PEAD) Generalmente, las tuberías de PEAD se instalan bajo tierra. Sin embargo, existen situaciones en las cuales la instalación superficial presenta ventajas, como por ejemplo: • Líneas para la conducción de pulpas o relaves mineros
que a menudo son relocalizadas y permiten ser rotadas para distribuir el desgaste en la tubería. • Condiciones ambientales: la resistencia y exibilidad de
las tuberías de PEAD a menudo permiten instalaciones a través de pantanos o sobre áreas congeladas. • Instalaciones sobre zonas rocosas o a través del agua
resultan a veces los métodos más económicos. • Su bajo peso y facilidad de montaje permiten una
Cuando se producen grandes cambios de temperatura en cortos períodos de tiempo, el movimiento de la tubería se puede concentrar en una zona y llegar a doblarla. Si el flujo del fluido transportado es continuo, las expansiones y contracciones de la línea serán mínimas una vez que se han establecido las condiciones de operación. La tubería de PEAD contiene un porcentaje de negro de humo que la protege de los rayos UV, pero el calor que absorbe aumenta la tasa de dilatación y contracción. Un método para limitar la dilatación y contracción es anclar adecuadamente la tubería en intervalos determinados a lo largo del tendido. Cuando ocurra la dilatación, la tubería se deflactara lateralmente, para lo cual debe haber espacio disponible. Al contraerse, tenderá a ponerse tirante entre los puntos de anclaje; esto no daña a la tubería, pues el PEAD tiene la propiedad de aliviar tensiones y ajustarse con el tiempo.
disponibilidad inmediata en instalaciones temporales. Para calcular la deflexión lateral, según se muestra en la figura, se puede utilizar la siguiente ecuación:
Dónde: ∆y= Deflexión Lateral, m L = Longitud entre anclaje, m α= Coeficiente de expansión térmica, m/m Línea °C (α=0,2 mm/m Línea °C ∆T= Variación de Temperatura, °C Instalación a campo abierto
DILATACIÓN Y CONTRACCIÓN TÉRMICAS En el diseño de una instalación superficial se deben considerar los cambios de temperatura tanto internos como externos, pues éstos causan dilatación y contracción en todos los tipos de tuberías.
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Deflexión lateral
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SOPORTES GUÍAS Las siguientes son recomendaciones para el uso apropiado de distintos tipos de soportes de tuberías: • Si la temperatura o peso de la tubería y el uido son altos,
se recomienda utilizar un soporte continuo (para temperaturas sobre los 60ºC). • El soporte debe ser capaz de restringir los movimientos
laterales o longitudinales de la tubería si así es diseñado. Si la línea ha sido diseñada para moverse durante la expansión, los soportes deslizantes deben proporcionar una guía sin restricción en la dirección del movimiento. • Las líneas que atraviesan puentes pueden necesitar
aislamiento para minimizar los movimientos causados por variaciones en la temperatura. • Los ttings pesados y las conexiones angeadas deben
ser soportados en ambos lados. La figura muestra ejemplos típicos de soportes de tuberías de PEAD.
Montaje de un sistema con soportes
SOPORTES ANCLAJES Para prevenir desplazamientos laterales y movimientos en los fittings se deben utilizar anclajes. Los anclajes se deben colocar tan cerca de las conexiones como sea posible. Si se requieren conexiones flangeadas, los anclajes se deben unir a los flanges. Sin embargo, no deben producirse flexiones entre la tubería y el flange. Algunos anclajes típicos para tuberías de PEAD se muestran en la figura.
Soportes de tubería de PEAD
Anclajes típicos
12 .
NTP ISO 4427
12.
CONEXIONES DOMICILIARIAS.
Las conexiones domiciliarias de agua potable están compuestas de Elementos de Toma y Conducción. Tipo de accesorios: a) Abrazadera de 2 cuerpos Termoplástica C-PPR o Polipropileno, con pernos, tuercas de acero inoxidable y empaquetadura o elastómero: NBR, EPDM o SBR.
b) Abrazadera para electro soldar en tubería de polietileno. Para su colocación en tuberías con presión de agua, los elementos de toma deberán tener perforador/obturador incorporado para perforar la tubería e impedir la fuga de agua, sin la necesidad de elementos adicionales y juntas consecuentes, o utilizar otra metodología que cumpla esta función.
ELEMENTOS DE CONDUCCIÓN Es la tubería de conducción de polietileno que empalma desde la abrazadera hasta la caja del medidor. Para el caso de que el elemento de toma sea una abrazadera para electro soldar, en un extremo se conectará con una copla electro fusión PN 16 y en el otro mediante un conector con la válvula termoplástica con niple telescópico existente conectada al medidor. Conexión domiciliaria donde se acopla con un conector a presión a la tubería de PEAD. Si la abrazadera es de tipo electro fusión, se debe utilizar una copla del mismo tipo, que ira unida a la tubería de PEAD (ver figura).
13 .
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13.
PRUEBA HIDRAULICA
Tener en cuenta que las pruebas de presión deben ser antes de hacer las acometidas domiciliarias y después de haber realizado los anclajes en todos los accesorios y cambios de dirección.
Manómetro (por ejemplo, registra una presión de prueba 150 PSI para una tubería de clase 10). • También se puede usar el mismo procedimiento para
hacer pruebas de presión con aire presurizando la línea en uno de los extremos. • La prueba se considera satisfactoria si la presión no varía
por debajo de la raíz de P/5, siendo P la presión de prueba en PSI (Lb/Plg2).
Posterior al tendido de la Tubería ya instalada, debe someterse a unas pruebas de presión para verificar la hermeticidad. • Se recomienda hacer estas pruebas cada 500 metros
lineales de tubería instalada. La presión de prueba deberá ser como mínimo de 1.5 veces la presión nominal de trabajo máxima a la que las tuberías vayan a estar sometidas. • Se debe llenar lentamente de agua el tramo que se va
a probar de abajo hacia arriba, manteniendo abiertos los elementos por donde sale el aire. Estos se cerrarán después de verificar que no existe aire en la línea. • En el momento de lograr una presión estable, se dejará
a 1 hora y se considerará satisfactoria la prueba cuando durante este tiempo, el manómetro no indique caída de presión lo cual indica que no hay fugas.
14 .
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14. ALMACENAJE Y TRANSPORTE. A. TRANSPORTE A continuación se detalla una serie de recomendaciones para un correcto transporte de tuberías y fittings de PEAD: • Los vehículos de transporte deben soportar la
longitud completa de tuberías y fittings y deben estar libres de objetos sobresalientes y agudos. Además se deben prevenir curvaturas y deformaciones durante el transporte. • Al cargar y descargar las tuberías no hay que
golpearlas, arrastrarlas ni tirarlas para no dañar su superficie. Es importante proteger los extremos para evitar deterioros que puedan dificultar el proceso de soldadura. • Al descargar los rollos o tiras es mejor usar sogas textiles
y no metálicas, las que pueden rayar la tubería. • Las tuberías de PEAD tienen una supercie muy lisa.
La carga debe ser firmemente asegurada para prevenir deslizamientos. • Al momento de descargar si ser puesta en obra se
Los rasguños y marcas profundas más del 10% del grueso de pared de la tubería anularían el grado de la presión de la tubería. Uso de tubería dañada no es permitido. El uso de tubería doblada (aplastada) no es permitido excepto cuando se usa acople electrofuze para reparar la parte doblada. Las limitantes en la altura de almacenamiento dependerán del diámetro y espesor de pared de la tubería y de la temperatura ambiente. Las tuberías de PEAD se pueden almacenar a la intemperie bajo la luz directa del sol, pues son resistentes a la radiación UV. Sin embargo, la expansión y contracción causada por un calentamiento repentino debido a la luz solar pueden hacer que la tubería se incline y ceda si no es restringida adecuadamente. Para tal efecto puede utilizarse apoyos con tablones de madera, con una separación de 1 m entre cada apoyo. Además, deben tener cuñas laterales que impidan el desplazamiento de las filas. En la siguiente tabla se muestran recomendaciones generales para alturas de apilamiento, desarrolladas por el Plastic Pipe Institute para tuberías de PEAD, según su relación dimensional estándar SDR.
recomienda usar grúas tipo pluma. DIAMETRO NOMINAL mm
Formas correcta e incorrecta de transporte.
B. ALMACENAMIENTO Cuando las tuberías se almacenan en pilas, se debe evitar un peso excesivo que puede producir ovalizaciones en las tuberías del fondo. Deben almacenarse en superficies planas, sin cargas puntuales, como piedras u objetos puntiagudos, de tal manera que el terreno de apoyo proporcione un soporte continuo a las tuberías inferiores.
Número de Filas de Apilamiento
110
45
26
14
125
40
23
12
140
35
20
11
160
31
17
10
180
27
15
9
200
24
13
8
225
20
11
7
250
17
10
6
280
15
9
5
315
13
8
5
355
12
7
4
400
11
6
4
450
10
6
4
500
9
6
3
560
8
5
3
630
7
4
3
710
6
4
3
800
-
3
2
900
-
3
2
1000
-
-
2
1200
-
-
2
15.
NTP ISO 4427
RESISTENCIA QUÍMICA DEL PEAD Leyenda: “S” – Satisfactorio; “O” – Ataque leve; “U” – No satisfactorio; “NA” No hay datos disponibles. Tener en cuenta que: 0°F = 21°C y 140°F= 60°C
Acet alde hido Acid o acético Acid o Acét ico (10-80 %) Acid o Acét ico Anhidri do Acético Acet ona Acid o Aromático Emulsiones de acrilico Acid o ad ipico Cloruro de aluminio concentrado Cloruro de aluminio diluido Floruro de aluminio concentrado Sulfato de aluminio concentrado Aluminio concentr ado (tod o ti po) Acid o am inoacético Amon io ( 100 % gas seco) Acet ato de a monio Bromuro de amonio Carbonato de amonio Cloruro saturado de amonio Fluoruro de amonio (20%) Hidróxido de amonio Metafosfato de amonio Nitrato de amonio saturado Persulfato de amonio saturado Fosfato de amonio Sulfato de amonio saturado Sulfito de amonio saturado Tiocianato de amonio saturado Acet ato de a mil (100%) Alco hol de a mil (100%) Cloruro de amil (100%) Anilina (1 00%) Acei te d e se milla de a nis Cloruro de antimonio Agua regia
70° F
140° F
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Cristales de ácido benzoico Acid o benzo ico saturad o Carbonato de bismuto saturado Licor Negro Lejia (10%) Boraz frio saturado Acid o bórico co ncen trad o Acid o bórico diluido Salmuera Acid o brómi co (10%) Bromina líquido (100%) Bromoclorometano Butadieno Butaneidol (10%) Butaneidol (60%) Butaneidol (100%) Mantequilla Acet ato de buti lo ( 100%) Alco hol de butilo (100%) Glicol de butilo Acid o butirico (100%) Citrato de cafeina saturado Bisulfuro de calcio Brumuro de calcio Carbonato de calcio saturado Clorato de calcio saturado Cloruro de calcio saturado Hidróxido de calcio Hipoclorito de calcio solución limpiadora Nitrato de calcio (50%) Sulfato de calcio Cristales de alcanfor Acei te d e al canf or Dióxido de carbono (100% seco) Dióxido de carbono (100% húmedo) Dióxido de carbono frío saturado
70° F
140° F
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SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
Carbonato de magnesio saturado Cloruro de magnesio saturado Hidróxido de magnesio saturado Nitrato de magnesio saturado Sulfato de magnesio saturado Margarina Cloruro mercurico Cloruro mercurico saturado Nitrato mercuroso saturado Mercurio Alcohol metílic o (100%) Metil etil cetona (100%) Cloruro de metileno (100%) Acido m etilsul fúrico Leche Aceites minerales Melasas Mostaza (preparada) Nafta Naftalina Gas Natural (wet) Cloruro de Niquel saturado Nitrato de níquel saturado Sulfato de níquel Acido n icot ínic o Acido n ítrico (0- 30%) Acido n ítrico (30 -60%) Acido n ítrico (70 %) Acido n ítríco (95 -98%) Nitrobenceno (100%) Nitroglicerina Octano Oleum concentrado Aceite de Oliva Jugo de naranja Acido o xalico dilu ído
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70° F
14° F
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Percloroetileno Eter de petróleo Petrolato Fenol Acid o fosfóric o (0-30%) Acid o fosfóric o (30-90%) Acid o fosfóric o (más de 9 0%) Soluciones fotográficas Anhí drid o flá lico Baños de desoxidación Acid o hidro clóri co Acid o sulfú rico Sulfuro nítrico Acei te de p ino Soluciones electrolíticas p/galvanoplastía Latón Cadmio Chromium Cobre Oro Indio Plomo Níquel Rodio Plata Estaño Zinc Bicarbonato de potasio saturado Borato de potasio (1%) Bromato de potasio (10%) Bromuro de potasio saturado Carbonato de potasio Clorato de potasio saturado Cloruro de potasio saturado Cromato de potasio (40%) Cianuro de otasio saturado
70° F
140° F
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NTP ISO 4427
Sulfuro de potasio concentrado SUlfito de potasio concentrado Gas propano Propargil alcohol Alcoh ol propílic o Propilen glicol Piridina Baño de coagulación de rayón Resorcinol Acido salicílico Agua de mar Grasa Acido silíci co Solución de nitrato de plata Solución de jabón concentrada Aceta to de sodio saturad o Benzoato de sodio (35%) Bicarbonato de sodio saturado Bisulfato de sodio saturado Bisulfito de sodio saturado Borato de sodio Carbonato de sodio concentrado Clorato de sodio saturado Cloruro de Sodio saturado Cianuro de sodio Dicromato de sodio saturado Ferrocianuro de sodio Ferrocianuro de sodio saturado Fluoruro de sodio saturado Hidróxido de sodio concentrado Hipoclorito de sodio Nitrato de sodio Nitrito de sodio Perborato de sodio Fosfato de sodio Sulfuro de sodio (del 25% hasta saturarse) Sulfito de sodio saturado Tiosulfito de sodio Aceit e de soy a
70° F
140° F
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Acid o sulfúr ico (98% concentr ado) Acid o sulfúr ico (hum eante) Acid o sulfur oso Acid o tán ico (10%) Acid o tar tári co Té Tetrahidro-furano Tolueno Jugo de jitomate Aceite transfor mador Tricloroetileno Fosfato de trisodio saturado Trementina o aguarrás Urea Urina Extracto de vainilla Vaselina Vinagre (co mercial) Agen tes humi dific adores Whiskey Vinos Xileno Levadura Cloruro de Zinc saturado Oxido de zinc Sulfato de zinc saturado Hidroxido de bario Sulfato de bario saturado Sulfito de bario saturado Cerveza Benzaldehído Benceno Acido S ulfónico d e Benzeno Acei te d e linaza Acei te d e ca stor conce ntr ado Catsup Sosa caústica Acei te d e hoja de cedr o Acid o sulfúr ico (10- 50%) Acido sulfúrico (ver ificar %)
70° F
140° F
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SISTEMA DE TUBERÍA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
Carbonato de bario saturado Cloruro de bario saturado Clorobenceno Acid o car bóni co Cera Carnauba Jugo de zanahoria Aceite d e parafin a Crema de cacahuate Pimienta (fresh ground) Aceite d e men ta Acid o perclór ico (50% ) Clorina líquida Perborato de potasio saturado Perclorato de potasio (10%) Permanganato de potasio (20%) Persulfato de potasio saturado Sulfato de potasio concentrado Aceite d e mad era de cedro Arsénico Aspirina Monóxido de carbono Tetracloruro de carbono Ozono Aceite d e palma Ferri/ferro cianuro de potasio Nitrato d epotasio saturado Solución de almidón saturada Acido estear ico (100%)
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70° F
140° F
S S A S S S S S S A S A S S S S S N S S S N A S S S S S
S S A S S S A S A N A N S S S S S N N S S N A S S S S S
NOTA:
Debido al número infinito de combinaciones potenciales químicos y concentraciones, no es posible evaluar cada situacion que pueda encontrarse en las tuberías HDPE. Las pruebas apropiadas de resistencia química deben ser realizadas si los productos van a ser utilizados con una solución química que no ha sido verificada para su uso con polietileno.
