1. Polietileno Reticulado. Composición y Caracterización

Los tubos FILPEX son compuestos por Polietileno reticulado (PE-X).

El Polietileno reticulado representa el estado final de materia prima que sufre una transformación desde su fuente, en este caso el petróleo, hasta su estado final ya referido.

Así, el punto de partida para la producción de un tubo FILPEX tiene como base un Polietileno de Alta Densidad (PEAD). Este proviene de la polimeralización del Etileno, unido en cadenas de monómeros de Etileno, que derivan del petróleo en estado gaseoso. Durante la polimerización, largas cadenas de ramificaciones simples son formadas, como ejemplifica la Fig. 2.

La materia prima presenta la siguientes propiedades medias:

Tabla 1 - Propiedades medias de la materia-prima

Como se puede observar en la Fig. 1, el Etileno es un Fidro-carbonato puro. No siendo un materia fácilmente inflamable (punto de auto-ignición elevado) y, por lo tanto, un materia combustible. Los productos de la combustión no son tóxicos, siendo un material indicado por los organismos ambientales como teniendo excelentes características para su utilización en sistemas de tubos para el transporte de fluidos en locales con posible riesgo de incendio. En este caso, se puede referir a las habitaciones domésticas como local con posible riesgo de incendio.

Fig. 1 - Monómero de Etileno

Fig.2 - Esquema de molécula de PEAD

El Polietileno es un material parcialmente cristalino. Esta clasificación 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 mas bajas (zonas amorfas). Estas dos zonas poseen puntos de fusión distintos, cerca de 130ºC para la zona cristalina y temperaturas próximas a los 200ºC para zonas amorfas, por lo que será necesario realizar una extrusión a temperaturas próximas de la ultima para que la materia prima se vuelva fluida. Es de tener en cuenta, por lo tanto, que a valores muy elevados de temperatura en la extrusión provoca una aceleración de la degradación del material.

Esta afirmación se considera mas perceptible cuando se observa un comportamiento del Polietileno a elevadas temperaturas, a lo largo de los años. El gráfico siguiente presenta un comportamiento del Polietileno reticulado a lo largo del tiempo.

Grafico 1 - Comportamiento de los tubos en PEX a lo largo del tiempo(norma DIN 16892)

Los tubos en Polietileno reticulado son obtenidos por extrusión , partiendo de una materia prima base en Polietileno de Alta Densidad (PEAD) con aditivos que permitan reticulación. Los tubos en Polietileno de Alta Densidad (PEAD) no permiten temperaturas de operación superiores a 40ºC, teniendo por base una duración de 50 años. Para que el incremento de la temperatura de operación fuese posible, se tendría que utilizar una materia prima con un peso molecular mucho más elevado y se necesitaría de un proceso de producción para este tipo de material. El reticulado aumenta la resistencia la resistencia a las temperaturas de operación mas elevadas para una misma presión de funcionamiento. Por otro lado, la flexibilidad del tubo aumenta cuanto mayor sea su grado de reticulado.

El proceso de reticulado puede ser efectuado durante el proceso de producción, adicionando a la materia prima elementos que proporcionen esa reticulación aprovechando la temperatura de trabajo elevada (método peróxido), o posteriormente a un proceso de extrusión por la inmersión en agua caliente (estado líquido), acción de vapor de agua a baja temperatura o circulación de agua caliente en el interior del tubo.

Destacar que después del reticulado, no se podrá considerar que el tubo esta compuesto de material

termoplástico. Este material ya no es hundible. Se puede considerar que se procedió a la unión de buenas

características de los materiales termoplásticos con los elastómeros, por lo que se considera que los

tubos en Polietileno reticulado son compuestos por un material “termoelástico”.

2. Gama de Producción

Los tubos en Polietileno reticulado son dimensionados con recurso a la norma DIN 16893.

Se considera una tensión limite tangencial =6.3N/mm2. Para este valor, existe un coeficiente de seguridad ya asociado.

La formula del calculo se basa en lo siguiente:

Donde,

PN - Presión nominal

DN - Diámetro nominal

s - Espesor

S - Clase o serie

SDR - Razón entre DN y s

Se encuentra establecido que la dimensión mínima para el espesor del tubo PEX es de 1.8 mm.

2.1 - FILPEX-a

El tubo FILPEX-a es producido acudiendo al método del peróxido, por ejemplo, pro el método ENGEL.

Tabla 2 - Gama de producción del tubo FILPEX-a

Los tubos FILPEX-a son embalados en cajas de cartón:

La marcación existente en la superficie exterior del tubo FILPEX-a respeta la normalización, indicando:

- Fabricante - Temperatura máx. de operación y Presión correspondiente

- Designación comercial - Operador

- Material - Fecha

- Dimensiones - Orden de Fabricación

- Presión nominal y Temperatura correspondiente - Marcación Métrica Como ejemplo, se puede verificar a continuación la configuración del tubo FILPEX-a

El tubo FILPEX-a es fabricado según las normas alemanas DIN 16892 Y DIN 16893.

2.2 - FILPEX-B

EL Tubo FILPEX-b es producido por extrusión por el método de silanio en las dimensiones indicadas:

Tabla 3 - Gama de producción del tubo FILPEX-b

Los tubos FILPEX-b son embalados en cajas de cartón:

La marcación existente en la superficie exterior del tubo FILPEX-b respeta la normalización, indicando:

- Fabricante- Temperatura máx. de operación y Presión correspondiente

- Designación comercial - Operador

-Material - Fecha

-Dimensiones - Orden de Fabricación

- Presión nominal y Temperatura correspondiente -Marcación Métrica

Como ejemplo, se puede verificar a continuación la configuración del tubo FILPEX-b,

El tubo FILPEX-b es fabricado según las normas alemanas DIN 16892 Y DIN 16893 siendo homologado por LNEC (DH507) y certificado por AENOR (nº.001/1335).

2.3 - FILFLEX

El tubo FILFLEX es producido por extrusión, en Polipropileno, teniendo como finalidad permitir la protección y posterior remoción del tubo en Polietileno reticulado instalado. Existen relaciones de dimensión a respetar para que sea posible esta substitución.

Tabla 5 - Gama de fabricación del tubo FILFLEX

El tubo FILFLEX es proveído en color azul, rojo y negro en rollos de 50 m o 100 m.

1)La relación dimensional indica el Diámetro Nominal en Polietileno Reticulado.

3 - Durabilidad

Los tubos en Polietileno reticulado son producidos según la norma DIN 16893 que relaciona el valor de presión nominal, con la temperatura de operación de 20ºC en un tiempo de vida útil estimado de 50 años.

Dicha situación no es muy frecuente. En realidad, normalmente se pretende utilizar temperaturas superiores. De esta forma, se toma necesario valorar la relación entre estas tres variables, verificando si los valores de las presiones de operación permiten la utilización del tubo durante el tiempo de vida requerido.

La tabla 6 muestra la relación entre las presiones de funcionamiento máximas y las respectivas temperaturas de operación, estimando una durabilidad del sistema.

Tabla 6 - Presión del servicio máximo (bar) en función de la duración pretendida y de la temperatura de

funcionamiento (extracto de la norma DIN 16893)

Destacar que para temperatura de operación de 20ºC y considerando un periodo de vida útil de 50 años, la tabla 6 indica el valor de presión nominal como valor limite de la presión de funcionamiento.

Destacar que la serie milimétrica de los tubos FILPEX no se encuentra representada en la Tabla 6. Siendo asi, se puede considerar como tiempo estimado de vida útil. Los valores presentados por la columna referente a los FILPEX –PN 12.5. Tal conclusión proviene del hecho del espesor de la pared para la serie en referencia por ser siempre superior al espesor de la clase representados por S5, para los mismos valores del Diámetro Nominal.

Los valores indicados en la Tabla 6 no contemplan eventuales influencias UV, esto es, la degradación natural provocada por el envejecimiento acelerado cuando en contacto directo con los rayos UV podrá comprometer la veracidad de los valores presentados en la Tabla 6.

4 - Propiedades

· Elevada gama de temperaturas de operación. Se puede afirmar que la reticulación de un tubo en PEAD incrementa la capacidad de operar a temperaturas mas elevadas. Así los tubos en Polietileno reticulado podrán operar a temperaturas situadas entre –50ºC y 95ºC. Se puede utilizar los tubos en Polietileno reticulado hasta temperaturas de 110ºC, para periodos breves de fabricación.

· Bajo coeficiente de conductibilidad térmica. Siendo un material plástico, esta característica permite aumentar la eficiencia de los sistemas de transporte de fluidos a temperaturas no ambientales. En los sistemas de transporte de agua caliente, la disponibilidad de agua a determinada temperatura, con mas presión del sistema, sucede con una disminución de la potencia de calefacción y de forma más rápida, cuando se compara con sistemas de tuberías metálicas.

· Bajo coeficiente de Conductibilidad Térmica. Esta característica impide la trasmisión de corrientes errantes que originan perforaciones en las tubos metálicos.

· Bajo coeficiente de rugosidad en la pared interior. La baja rugosidad de la pared interior (pared prácticamente lisa) permite reducir las necesidades de la altura manométrica de los sistemas de bombeo que se traducen en una reducción de la factura energética del sistema. Esta característica proporciona aun la disponibilidad de presiones de operación superiores con más presión del sistema, cuando se opera con recurso a presiones hidrostáticas (sistemas sanitarios), cuando se compara con sistemas semejantes de materiales metálicos. La probabilidad de acumulación de residuos vulgarmente designados por incrustaciones que originan reducciones significativas de las secciones de los tubos, también es reducida.

· Posibilidad de Substitución posterior y montaje sobre pavimentos. Según la regulación existente, no es posible instalar sistemas de tubos agregados en pavimentos si el sistema no utiliza tubos flexibles y con posibilidad de remoción posterior. La forma de instalación del tubo en Polietileno reticulado en el interior de la manga en Polipropileno (FILFLEX) y su flexibilidad permiten la satisfacción de tal presupuesto, permitiendo una reducción de las cantidades efectivas a instalar,

· Resistencia a la Corrosión. Siendo un materia plástico, la elevada resistencia a la corrosión permite una duración elevada de los sistemas.

· Comportamiento fisiológico. Los tubos en Polietileno reticulado mantienen las características de agua potable cuando encerradas en su interior, no existiendo migraciones de esta para el fluido a transportar.(Ver verificación del Instituto Nacional de Salud Dr. Ricardo Jorge).

· Resistencia a los rayos UV.

La composición de los tubos en Polietileno reticulado no permiten una exposición prolongada a los RV sin

existencia de una degradación y consecuente disminución de la duración de la tubería.

5. Campos de aplicación

5.1 – Sistemas Sanitarios

Propuesta de instalación: FILPEX-a o FILPEX-b conjuntamente con FILFLEX

5.2 – Sistemas de Calefacción Central

Propuesta de instalación: FILTERMO conjuntamente con FILFLEX

5.3 – Sistemas de Calefacción por Suelo Radiante

Propuesta de instalación: FILTERMO

6. Dilataciones Térmicas

Los tubos en Polietileno reticulado presentan valores de dilatación térmica que deberán ser estimados teniendo en cuenta la precaución de ruptura del sistema.

Por cuestiones de simplificación, se considera que la dilatación térmica sucede solo en el sentido longitudinal del tubo. A pesar de tal no corresponder totalmente a la verdad por el hecho de existir dilataciones tridimensionales debido a la variación de temperatura, son las dilataciones térmicas longitudinales las mas visibles e importantes del tubo en Polietileno Reticulado.

Se percibe fácilmente que las dilataciones o contracciones térmicas en una dimensión milimétrica cuando el respectivo coeficiente de dilatación térmica es de la orden de las décimas de milésimo de metros, presentan valores que pueden ser considerados despreciables (por veces valores de la orden ). Por otro lado, siendo la longitud del tubo de la orden de decenas de metros, la dilatación térmica presentará variaciones milimétricas importantes en cuyo sistema deberá “absorber” para que la ruptura no ocurra. Fácilmente se percibe estos conceptos por el análisis de las dilataciones lineales de los tubos en Polietileno reticulado.

Los tubos presentan coeficientes lineales de dilataciones térmicas próximas de 0.2 mm/mºC. Este coeficiente representa un valor medio visto que este varia en función de la temperatura base.

Como se observa, existirá una dilatación de 1 mm por cada metro de tubo y por cada incremento unitario de temperatura. Las misma constatación podrá y deberá ser efectuada en el caso de que existieran disminuciones de temperatura, existiendo la necesidad de absorber las contracciones del sistema.

Grafico 2 - Dilaciones Térmicas lineales de los tubos en Polietileno reticulado, teniendo por base

Tambiente=20ºC

7. Pérdidas de carga

Para que se efectué la circulación o distribución de fluidos en el interior de los tubos se considera necesario garantizar que, para determinada velocidad y/o presión pretendida del sistema, la perdida de carga (perdida de presión) en el interior de estas sea un valor que, en función de la presión existente a montante, se tome posible la obtención de los resultados atrás indicados.

De otra forma, es importante verificar si existirá agua en la salida de los equipamientos sanitarios después de ser conducida en el interior del tubo FILPEX, sabiendo que la montante tenemos una determinada presión disponible para la red de distribución del agua instalada o si la bomba hidráulica instalada en el sistema de calefacción por suelo radiante tendrá una altura manométrica necesaria para vencer las perdidas de carga del sistema, incluyendo las pérdidas de carga del sistema , incluyendo las perdidas de carga del tubo, para el caudal de calefacción pretendido.

De esta forma, es importante definir y cuantificar las perdidas de carga del sistema a instalar.

Es importante señalar que los sistemas introducen perdidas de carga no solo en tubos sino también por los accesorios y equipamientos instalados.

Los gráficos siguientes presentan las perdidas de carga en linea de los tubos de Polietileno Reticulado. Estos valores fueron calculados recurriendo a la formulación explícita de Haaland para la determinación del respectivo coeficiente de perdida de carga (o coeficiente de darcy) es consecuente la aplicación del mismo en la ecuación de Darcy-Weisbach.

Grafico 3 - Pérdida de carga para tubos en Polietileno reticulado FILPEX - PN20, considerando una

temperatura de operación de 20ºC

Los gráficos de pérdida de carga presentados se refieren a temperaturas de operación de 20ºC.

La probabilidad de que existieran sistemas con temperaturas de operación superiores, es elevada. Un sistema sanitario para distribución de edificios de agua caliente podrá encerrar agua caliente con una temperatura de 40ºC o un sistema de calefacción central por radiadores porra encerrar agua a 70ºC.

De esta forma, se toma necesario valorar la perdida de carga del sistema cuando en plena operación, esto es, cuando el fluido se encuentra a temperatura de operación.

En las tablas 7 a 9 presentan los valores de los coeficientes de variación de temperatura (KVT) a utilizar en estas situaciones.

Estos coeficientes KVT son multiplicados por el valor de perdida de carga del sistema simulando que este operaba a 20ºC (se retira el valor de las graficas presentadas). El valor final de esta multiplicación indicará la perdida de carga real del sistema cuando este se encuentra operando a temperatura real.

La pérdida de carga referida presenta valores en mm.cH2O/m.

Grafico 4 - Pérdida de carga para tubos en Polietileno reticulado FILPEX - PN12.5, considerando una

temperatura de operación de 20ºC

Gráfico 5 - Pérdida de carga de los tubos en Polietileno reticulado FILPEX y FILTERMO - series

milimétricas para temperaturas de operación de 20ºC

Tabla 7 - Coeficiente de Variación de Temperatura (KTV) para tubos de Polietileno reticulado FILPEX -

PN12.5

Tabla 8 – Coeficiente de Variación de Temperatura (KTV) para tubos en Polietileno reticulado FILPEX -

PN20

Tabla 9 - Coeficiente de variación de Temperatura (KTV) para tubos en Polietileno FILPEX y FILTERMO -

Serie milimétrica

9.Sistemas FILPEX

Los tubos FILPEX tiene asociados un conjunto de accesorios que permiten la realización de los sistemas pretendidos, siendo normalmente utilizados accesorios de apertura mecánica.

10- Ejemplos de aplicación

Fig. 10 - Esquema de instalación sanitaria típica

10.1 – instalación de sistemas sanitarios

Se considera el sistema presentado en la fig. 10.

Para la definición del sistema se deberá valorar los caudales de agua pretendidas. Normalmente se recurre al Reglamento General de Sistemas Públicos y de Construcción de Distribución de Agua y Drenaje de Aguas Residuales para valorarse los valores mínimos, que se consideran valores de proyecto, para los caudales a circular en el interior de la instalación.

Así para la instalación típica presentada de los caudales mínimos por el Reglamento citado son los siguiente:

Tabla 10 - Caudales mínimos del proyecto segundo art.90.º del Reglamento General de Sistemas

Públicos y de Construcción de Distribución de Agua y Drenaje de Aguas Residuales

Se tiende a dimensionar no solo el tubo de alimentación a cada colector de distribución sino también este. Así el Reglamento indica que las velocidades de agua deberán situarse entre . Es importante también que los caudales de alimentación de los colectores de agua caliente y agua fría no sean iguales.

Es importante aunque los valores presentados tengan implícito el funcionamiento simultaneo de todos los equipamientos instalados en el WC. Esto no corresponde con la realidad práctica. El art. 91.º del reglamento citado indica que durante el dimensionamiento se deberá utilizar el coeficiente simultáneamente. Utilizando este coeficiente se obtienen los siguientes caudales de cálculo, aproximados,

Realizando la dimensión para estos caudales y considerando la gama de velocidad presentados, se puede dimensionar el sistema de alimentación bien como el colector de distribución.

Considerando una alimentación a través de un tubo FILPE PN 12.5 – 20x1.9, las velocidades de transporte del agua se encuentran dentro de los limites pretendidos. Así, para la dimensión del tubo indicada se aconseja la utilización de colectores de distribución de ¾”.

Los tubos de alimentación de cada equipo serán dimensionados en función de los caudales mínimos ya referidos para cada equipamiento y considerando que las velocidades de cálculo son respetadas.

Se obtienen los siguientes resultados para cada equipamiento:

Tabla 11 - Dimensión y verificación de las velocidades de los tubos de alimentación a cada equipo

instalado

A continuación se muestran algunas fases de instalación de un sistemas sanitario:

Fig. 11 - Instalación de Cajas Terminales

Fig. 12 - Corte del tubo FILPEX

Fig. 13 - Aplicación de R179 para unión a tubo FILPEX a la caja terminal R573D

Fig. 14 - Aplicación de R179 para unión del tubo FILPEX al colector de distribución

Fig. 15 - Aspecto final de la caja de colectores de distribución a agua sanitaria

Este tipo de instalación presenta grandes ventajas con el nivel de utilización, manteniendo independientes todos los circuitos de distribución, con el nivel de manutención, permitiendo aislar y eliminar la alimentación del agua a da equipamiento garantizando su eventual substitución manteniendo, todos los restantes en funcionamiento, situación imposible en los sistemas de distribución sanitaria de red del tubo.

Por otro lado, las presiones de operación son mas equilibradas, disminuyendo la probabilidad de sensaciones de “perdida de agua” cuando se colocan varios equipos en servicio.

Para terminar, y en caso de necesidad de substitución, la forma de instalación del tubo FILPEX en el interior de la manga de protección FILFLEX permite la remoción de la misma, sin necesidad de aberturas de las paredes o suelos.

10.2 Instalación de sistemas de calefacción central por radiadores.

Después de asegurarse cuales son las necesidades nominales de calefacción de un espacio, la dimensión del sistema a instalar pasa por la sección de los radiadores a instalar y del propio sistema de calefacción del fluido de transferencia de calor (caldera), en este caso el agua .

Como ejemplo, el gráfico 6 indica la potencia de calefacción debitada por cada elemento de un radiador.

Gráfico 6 - Potencia por elementos de los radiadores GIACOSTAR

La dimensión de los tubos pasa por la dimensión de los sistemas de transferencia de calor a instalar.

De forma simple, considerando la instalación de un radiador GIACSTAR R805 con 12 elementos, a operar con una temperatura media superficial de 80ºC para una temperatura de confort de 20ºC, se puede determinar la potencia de calefacción por este debitada.

Parece obvio que el aumento del caudal de circulación de agua disminuirá al variar la temperatura de la misma entre el valor de entrada y de salida. Destacar que se deberá mantener la velocidad de circulación baja no solo para reducir la posibilidad de ruidos en las instalaciones sino también para disminuir las perdidas de carga del sistema teniendo en cuenta la instalación de una bomba con dimensiones reducidas.

La dimensión de este sistema pasa por el compromiso entre los equipamientos a instalar, conforme lo referido anteriormente.

La instalación del sistema de calefacción central podrá utilizar el principio de las tomas hidráulicas, recurriendo al accesorio R317M . Este sistema garantiza la instalación de un sistema polivalente que permite la instalación terminal del radiador o la no inclusión de este por cuestiones de “layout” del espacio. Este sistema es ideal para sistemas de pre-instalación de calefacción central, permitiendo la opción final al utilizador de instalar los radiadores donde realmente desea, combinándolos con el “layout” del espacio a ocupar.

Se puede verificar en las imágenes siguientes, algunos aspectos que se muestran con la instalación de este tipo de sistemas.

Fig. 16 - Instalación de tomas hidráulicas

Fig. 17 - Aspecto final de las tomas hidráulicas

Fig. 18 - Instalación de la tampa R317C por la no utilización en el presente de la toma hidráulica R317M

Fig. 19 - Unión terminal entre la toma hidráulica y el radiador

10.3 –Instalación de sistemas de Calefacción por pavimento radiante

Las instalaciones de calefacción recurriendo al suelo radiante tiene la ventaja de uniformalizar el sistema a instalar, esto es, la variación de temperatura a lo largo del espacio es calentado y mucho menor cuando comparado con un sistema de calefacción tradicional.

La dimensión de los tubos de este sistema pasa por la dimensión del propio sistema. Después de definida la variación de temperatura del agua entre la entrada y la salida del sistema y la temperatura ambiente se calcula una variación de temperatura media logarítmica que permite valorar las necesidades de aumentar o disminuir el paso de la tubería instalada (distancia entre dos líneas paralelas del tubo) teniendo en cuenta la obtención de la potencia necesaria para combatir las necesidades del calentamiento.

Grafico 7 - Valores de potencia termina de calefacción en función del paso aplicado y de la temperatura

de ida del agua, para pavimentos cerámicos y temperatura ambiente de 19ºC

El cálculo de su diámetro deberá ser efectuado según la definición del número de líneas de tubos a instalar en el sistema, imponiendo las velocidades de circulación, teniendo atención y verificando la temperatura de entrada y salida de agua de las mismas.

Fig. 20 - Esquema de instalación del sistema de suelo radiante

Fig. 21 - Caja de colectores de distribución de sistemas de suelo radiante

Fig. 22 - Instalación del tubo FILTERMO par un sistema de suelo radiante

La red electrosoldada apenas es utilizada en caso de necesidad, teniendo en cuenta fijar en su posición, prescindiéndose normalmente de esta.

La instalación de estos sistemas supone la utilización de colectores con”n” salidas intentando disminuir la

variación de temperatura de el agua de entrada y de salida, incrementando la uniformidad del

calentamiento, y disminuyendo también las perdidas de carga asociadas al sistema, permitiendo las

instalación de equipamientos de bombeo de dimensiones reducidas, como se puede observar en la fig.20.