Características de las tuberías

TUBERIA DE PVC

Es una tubería ligera (se puede decir que la más ligera en el campo de redes de abastecimiento), bastante inertes a la agresividad de las aguas y de las tierras. La superficie interior es completamente lisa, lo cual, desde el punto de vista hidráulico, es importantísimo siendo la tubería que proporciona perdidas de carga más pequeñas, lo cual permite reducir los secciones en un 15 % respecto a los tubos tradicionales. Posee un mejor comportamiento frente a las heladas que los demás tubos, ya que algunos tipos (polietileno flexible puede admitir la deformación sin romperse. Debido a su lisura interna, no es fácil que se produzcan incrustaciones de ningún tipo.

Su condición de termoplásticos, permiten que al calentarlos se reblandezcan y se puedan curvar y manipular con gran facilidad, si bien alguno (polietileno) son totalmente flexibles, elaborándose en rollos, con lo cual el número de juntas es muy limitado, y por ello, las pérdidas de carga son menores. Son tubos aislantes térmicos y eléctricos, por lo cual las corrientes vagabundas y telúricas que afectan a los tubos metálicos aquí no existen, por lo que los efectos de electrolisis que destruyen los tubos enterrados no les afectan.

TUBERÍA DE HIERRO DÚCTIL

Este tipo de tubería posee una gran resistencia a la tensión, la cual llega a 4.200Kg/cm2 y resistencia a la cedencia de 3,000 Kg/cm2. Debe además soporta una elongación mínima del 10%. Tiene una Gran Resistencia a la Flexión. El hierro dúctil se comporta con una gran flexibilidad antes de fallar.

Soporta de aplastamiento severo. Las cargas de tráfico extremas, relleno pesado, o movimientos de la tierra causados por sismos, congelamiento y deshielo y las presiones por expansión de la tierra, transmiten tremendas cargas a las tuberías bajo tierra. Posee una elevada Resistencia a la corrosión. Tiene una gran Resistencia al Impacto es decir Es menos vulnerable a sufrir daños debidos a un manejo inadecuado o condiciones anormales de servicio, trabaja bajo condiciones de tráfico pesado, en ambientes de suelos no estables, en donde otros materiales pudiesen fallar debido a las tensiones causadas por cargas excesivas.

Muestra una gran resistencia a Reventarse, la hace ideal para aplicaciones de altas presiones. Esto proporciona un factor adicional de seguridad en contra del golpe de ariete. Es fácil de Instalar. El hierro dúctil es fácil de instalar en el campo. Una amplia variedad de juntas y accesorios estándar están disponibles para toda aplicación. El hierro dúctil puede cortarse y horadarse directamente en el campo.

Por ultimo goza de un bajo Mantenimiento. Los años de experiencia en sistemas de operación a través del mundo han probado, que una vez instalado, el hierro dúctil no requiere casi nada de mantenimiento durante la vida útil de la tubería. La durabilidad del hierro dúctil se puede constatar en los registros de servicio de la tubería de fierro fundido durante los últimos 150 años.

El alto coeficiente de flujo del hierro dúctil (C = 140) y diámetros interiores generalmente más grandes que los diámetros nominales interiores, pueden representar una capacidad mayor de flujo, una pérdida menor de carga, costos más bajos de bombeo, y ahorros importantes de energía durante la vida útil de la tubería.

Por las características antes expuestas podemos decir que tiene una Larga vida útil. La historia registra el uso de la tubería de Fierro Fundido durante siglos. Se ha comprobado que el hierro dúctil es más resistente a suelos corrosivos que el Fierro fundido, lo cual se ha verificado durante cuatro décadas de servicio.

TUBERÍA DE PEAD

Tiene uso en líneas de aducción ya que permite su fácil instalación en terrenos sinuosos con curvas y/o altibajos. Es ideal para puentes colgantes y/o tramos engrampados a laderas de piedra. La tenacidad del material lo hace menos sensible a terrenos pedregosos.

Tiene uso en red de distribución presentamos algunas ventajas que se obtienen al ejecutar un tendido de tubería matriz de de pead en comparación con una instalación semejante en PVC. Los tubos de pead vienen en rollos de 100 metros en lugar de barras de 6 metros. Esto facilita la instalación de acometidas de cualquier longitud (8, 10 y 12 metros) sin generar desperdicios. La flexibilidad de la tubería es ideal para conectar una matriz que se encuentra enterrada a cierta profundidad con un medidor o una llave de corte que se encuentra a otra cota. Sus principales características son:

Flexibilidad: Se acomoda al terreno sinuoso y se ahorra en curvas y codos. Vida útil: Más de 50 años Es 100% atóxico: No contiene sales de metales pesados a diferencia de otros

plásticos Gran resistencia al impacto: Resistente a golpes y terreno pedregoso Instalación rápida: los tubos de pead vienen en rollos de 50m y 100m por lo que

requiere menos uniones y menos mano de obra para su instalación Facilidad de transporte: Pesa la octava parte del tubo de cemento y menos de la

mitad del tubo de fierro Galvanizado

No pierde sus propiedades físicas a bajas temperaturas (hasta –20oC)

Gran resistencia a productos químicos y a suelos agresivos

ACERO GALVANIZADO

El acero galvanizado en caliente es acero protegido frente a la corrosión mediante un recubrimiento de cinc, obtenido por inmersión en un baño de cinc fundido prácticamente puro (98'5 % como mínimo) a una temperatura de unos 450 ºC. En estas condiciones se obtiene sobre el acero un recubrimiento complejo construido por varias capas de aleaciones cinc-hierro y una capa externa de cinc prácticamente puro.

El cinc se utiliza no por ser un metal más resistente que el hierro, sino, al contrario, por ser un metal menos noble y que se corroe antes. En una instalación hidráulica, cuando dos metales con diversos potenciales de oxidación están en contacto directo, el más negativo se protegerá a expensas del más positivo, que se corroerá.

El potencial de oxidación del cinc (+0'76 V) es bastante superior respecto al del hierro (+0'44 V), lo cual hace que se oxide con mayor facilidad; pero al oxidarse el cinc, se protege el hierro. Básicamente, el cinc actúa como un ánodo de sacrificio. Por otra parte, los subproductos que se obtienen en el ataque al cinc están formados principalmente por hidróxidos (óxidos hidratados) y carbonatos de cinc, que son muy insolubles, compactos y adherentes y forman sobre la superficie interna de la tubería una capa que la protege de la corrosión incluso aunque existan pequeñas zonas de hierro en contacto directo con el agua.

ACERO INOXIDABLE

Los aceros inoxidables basan su eficacia en la incorporación de determinados metales al acero (principalmente níquel, cromo y molibdeno) que forman una capa pasivamente constituida por óxido de cromo, que evita los procesos de corrosión.

Existen diversos tipos de aceros inoxidables, si bien en instalaciones de edificios los más utilizados son el AISI 304 (8-10'5 % de níquel y 18-20 % de cromo) y el AISI 316 (10-14 % de níquel, 16-18 % de cromo y 2-3 % de molibdeno) muy utilizado, ya que su contenido en molibdeno le garantiza una mayor resistencia contra la corrosión, especialmente por cloruros. Asimismo, también en determinadas circunstancias se utiliza el AISI 316L, similar al AISI 316 pero con un contenido en carbono inferior al 0'03 % (en el AISI 304 y 316 es inferior al 0'08 %)

COBRE

El cobre es un metal relativamente noble que reacciona con facilidad con el oxígeno disuelto en el agua para formar una capa de óxido cuproso que pasiva el metal, protegiéndolo de la corrosión. Al ser un metal noble, no reacciona con los ácidos minerales, pero sí lo hace con los agentes oxidantes y por ello también pueden producir en él procesos de corrosión.

Materiales para tuberías.

Selección de acuerdo a sus propiedades mecánicas y químicas.

Todo fluido a ser conducido por una tubería tiene un material idóneo que soporte sus

propiedades de resistencia química bajo las condiciones de presión, temperatura,

viscosidad, etc. Todas las compañías manufactureras de tuberías, y de equipos y accesorios

relacionados con ellas tienen tablas de resistencia química que sugieren materiales

adecuados a cada fluido. Es enteramente razonable la designación de un material de tubería

idóneo, pero muchas veces se dificulta su uso desde el punto de vista económico. Por lo que

debe haber un compromiso entre la corrosión, erosión y contaminación de producto contra

el costo.

También se debe tomar en cuenta las propiedades de este material para las solicitudes bajo los esfuerzos mecánicos que va a recibir, así como las facilidades de soldadura y montaje.

Diferentes pueden ser los puntos de vista y parámetros para clasificar los materiales de tuberías: comportamiento químico, mecánico, dureza, rugosidad, resistencia a la fatiga, a la vibración, conductividad térmica, etc. De acuerdo a nuestra experiencia nosotros clasificamos a las tuberías en:

Tuberías hechas con materiales ferrosos.Tuberías hechas con materiales no ferrosos.Tuberías hechas con materiales no metálicos.

Materiales ferrosos

Debido a que desde la revolución industrial los materiales de fierro ( fierro fundido, acero y

sus aleaciones ) han probado ser los materiales que dan mejores condiciones de resistencia

química y mecánica contra el costo, en la actualidad son los materiales mas comunes de

tubería.

Ha habido diferentes esfuerzos para normalizarlos por lo que lo enlistaremos a continuación:

NPS Nominal Pipe Size.- Nos indica el diámetro nominal de la tubería.

AISI/SAE American Iron & Steel Institute / Society of Automotive Engineers.- Los cuales usan un numero de cuatro dígitos, en los cuales los dos primeros dígitos indican la concentración de carbono y los siguientes dos dígitos el elemento de aleación.

UNS Unified Numbering System.- Debido a la globalización mundial fue necesario llegar a un numero de clasificación mundial.

ASME/ASTM American Society of Mechanical Engineers / American Society for testing and materials.- Las cuales estudian sus propiedades mecánicas y las pruebas que se les deberán realizar.

Dependiendo del procedimiento de manufactura las tuberías de acero se fabrican: Con costura, la cual se realiza rolando placa de acero y luego soldándola, y sin costura , la cual se manufactura con un lingote incandescente de acero que se estira y se rola.

Manufactura de tubería con costura. Manufactura de tubería sin costura.

No hay que olvidar las viejas tuberías de fierro fundido que ahora principalmente se usar para conducir drenaje.

Tubería de fierro fundido

Materiales no ferrosos.

Las tuberías de materiales no ferrosos se han estado usando aun antes que las de fierro, pero

debido a su más difícil manufactura, resistencia física, comportamiento mecánico,

resistencia química y costo; han sido relegadas a un papel secundario.

Podemos hablar entonces de tuberías de cobre, plomo, níquel, bronce, latón, aluminio,

Zirconio, titanio, etc.

Estos materiales siguen normas diferentes a las de acero al carbón, son relativamente de

alto costo, y su selección se basa generalmente en su resistencia particular a ciertos fluidos

de proceso, a su buena transferencia de calor, o a sus propiedades mecánicas a altas

temperaturas.

Especificación ASME/ASTM y su descripción

Para mayor información acerca de tuberías de cobre y sus aleaciones ver “The Copper Tube Handbook “ CDA Copper Development Association.

Tubería de cobre templado suave.

Tubería de cobre estirado dura.

Tubería de aluminio

Materiales plásticos.

Las tuberías plásticas se han desarrollado como un buen medio para conducir fluidos con

gran actividad química; generalmente están compuestas de un polímero único o como

resultado de una mezcla de diferentes polímeros. En el primer caso tenemos: tuberías de

polímeros de vinilo ( PVC ), de propileno, de etileno ( PE ), de butileno ( PB ),

polieolefinas y poliésteres. En el segundo caso tenemos: Acrilo nitrilo butadieno estireno

( ABS ), Celulosa acetato butirato ( CAB ), etc. Haciendo hincapié en que las tuberías

hechas de poliéster y epoxy, son generalmente reforzadas con fibra de vidrio.

Cabe hacer notar que en contraposición a su alta resistencia química, se opone su generalmente pobre resistencia mecánica; por lo que es muy común soportarla con camisas de tubería metálica u otros tipos de soporte.

Tubería de PVC

Tubería de polipropileno

Tubería ABS

Vidrios.

Las tuberías y accesorios hechos completamente de vidrio. Este material le proporciona un

excelente resistencia química sobre todo en pH bajos, además de poder observar el proceso

que se realiza a través de las tuberías y equipos.

Dentro de sus mas graves inconvenientes es que en principio el vidrio es un material muy

frágil, lo que ocasiona que en la practica casi sea un arte el soportar estas tuberías, equipos

y accesorios; ya que cualquier esfuerzo mecánico puede ocasionar que alguna pieza se

quiebre, es muy probable que no soporte cualquier cambio repentino de temperatura (o un

diferencial de temperatura alto).

Es muy poco probable que como tubería o sus accesorios soporte diferencial de presión tan

siquiera medianos.

Sistema de tubería y equipo de vidrio.

Tuberías con baños y recubrimientos.

Ciertas tuberías metálicas (comúnmente acero) pueden ser bañadas o recubiertas con algún material que forme una película entre el y el fluido a conducir, y que impida algún ataque químico sobre el metal.

Al recubrir las tuberías con materiales laminados pegados, o tuberías extruidas contra la

pared; es común que el manufacturero de limitantes de los alcances a los que puede llegar

(diámetros, longitudes, materiales, etc). Es muy común la dificultad en piezas que cambian

de dirección o se unen a otras; por lo que es imposible realizar soladuras o roscado entre

piezas. Comúnmente la unión se realiza por sistemas bridados o similares, por lo que forma

una familia de problemas cuando se esta realizando el diseño de tuberías.

Las tuberías de acero bañadas por inmersión ( galvanizado- bañado en zinc ) se usan para conducir agua; pero se pueden bañar con diferentes polímeros, y este recubrimiento le dará diferentes resistencias químicas especificas.

Tuberías de asbesto y concreto (civiles ).

El uso de tubería en la ingeniería civil ha hecho uso de las tuberías en dos diferentes vertientes: Agua Potable y Drenaje.

En la conducción de agua potable para la conducción de los cabezales de distribución

principales (acueductos) se usa generalmente tubería de acero principalmente galvanizada,

también tubos de concreto reforzado, actualmente y con un amplio desarrollo en el futuro

se están utilizando tuberías de polímeros reforzados, tanto para nuevos acueductos como

para recubrir los existentes que se encuentran dañados. Para tuberías de agua potable

secundarias y dependiendo del terreno se ha estado usando asbesto cemento y plástico

reforzado.

Tuberías de concreto para acueductos

Para el desalojo del drenaje se usaba en un principio canales a cielo abierto, pero debido a que estas contaminaban el suelo posteriormente se conducían por tuberías de albañal de cemento, de lamina galvanizada corrugada y últimamente con tuberías de polímero reforzado.

Tuberías especiales.

Resulta obvio que existe una amplia variedad de fluidos, sólidos, líquidos, gaseosos y hasta

plasma (aceleradores de partículas y reactores de fusión) en donde se tienen que confinar

fluidos con características físicas y químicas muy especiales; en consecuencia el espectro

de materiales y perfil de una tubería casi no tiene límite.

Uso de las tuberías

Sistemas de abastecimiento de agua

Hasta la década de 1960-1970 eran muy utilizadas las tuberías de fibrocemento. Se dejaron de utilizar al hacerse cada vez más evidentes las propiedades cancerígenas del asbesto que se utilizaba en la fabricación del fibrocemento. Actualmente ya casi no se utiliza el fibrocemento, y las redes construidas con este material se han ido sustituyendo paulatinamente por otros materiales.

Desagües

Los materiales más comunes para el desalojo de aguas servidas son: PRFV, hierro fundido, PVC,1 hormigón ofibrocemento.4 Hasta la década de 1950-1960 se utilizaban tubos de desagüe en plomo nota 1  .

Los nuevos materiales que están reemplazando a los tradicionales son el PRFV (poliéster reforzado con fibra de vidrio),PEAD (polietileno de alta densidad) y PP (polipropileno).

Gas

Suelen ser de cobre o acero (dúctil o laminar, según las presiones aplicadas), según el tipo de instalación, aunque si son de un material metálico es necesario realizar una conexión a la red de toma de tierra.5 También se están comenzando a elaborar de PRFV, polietileno reforzado con fibra de vidrio.6 en el caso de tuberías de conducción con requerimientos térmicos y mecánicos menos exigentes; además, soportan altas presiones.

Calefacción

Tradicionalmente se ha usado el acero negro, el más adecuado para radiadores de ese material o de fundición. Actualmente se usa el cobre, material muy usado en las instalaciones nuevas, pero da problemas por contacto con otros metales en presencia de agua (corrosiones) especialmente con emisores de aluminio (muy corrosible), por lo que también se utilizan tuberías de material plástico. No deben emplearse tuberías galvanizadas porque el agua, a temperaturas superiores a 60 °C, destruye la protección de cinc.

En redes enterradas se emplea tubería preaislada.

Uso industrial

Energía

En el transporte de vapor de alta energía se emplea acero aleado con cromo y molibdeno.

Para grandes caudales de agua (refrigeración) se emplea poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV-hasta DN3200), hierro fundido dúctil (hasta 2m de diámetro) o acero al carbono. En el caso de la última, la tubería se fabrica a partir de chapa doblada que posteriormente es soldada (tubería con costura).

En el ámbito de la producción de energía hidráulica se llama tubería forzada.

Petroquímica

Dada la variedad de productos transportados se encuentran materiales muy distintos para atender a las necesidades de corrosión, temperatura y presión. Cabe reseñar materiales como el PRFV, Monel o el Inconel para productos muy corrosivos.