ESPECIFICACIONES TECNICAS DE SISTEMAS CON REDES DE TUBERIAS DE HDPE

Qu es la tubera HDPE? Es tubera plstica fabricada en Polietileno de Alta Densidad (HDPE por sus siglas en ingls). La tubera HDPE est diseada para trabajar con agua a presin y es muy utilizada a nivel mundial como una alternativa al PVC (Policloruro de Vinilo). La tubera HPDE tambin se utiliza ampliamente en la construccin de redes de distribucin de gas, en minera y en la industria. La norma de fabricacin ms utilizada en el mundo para la fabricacin de tubera HDPE es la ISO 4427[footnoteRef:1]. Actualmente, varias industrias bolivianas fabrican tubera HDPE bajo la mencionada norma. Esta tecnologa ha sido incorporada en el Manual de Diseo tcnico con tecnologas alternativas del Ministerio de Medio Ambiente y Agua[footnoteRef:2] publicada en Diciembre de 2010. [1: International Standard ISO 4427-1, Plastic Piping Systems - Polyethylene (PE) pipes and fittings for water supply , 2007] [2: Gua tcnica de diseo y ejecucin de proyectos de agua y saneamiento con tecnologas alternativas, MMAyA Estado Plurinacional de Bolivia, 2010]

Por qu utilizar tubera HDPE en proyectos de agua potable?Proteccin a la salud y al medio ambienteDe acuerdo a un estudio[footnoteRef:3] realizado el ao 2002, pequeas cantidades de plomo y cadmio pueden ser liberadas de productos vinlicos desde los tubos de PVC hacia el agua potable. A diferencia del PVC, el HDPE es calificado por la FDA (Food and Drug Adiminstration) como material apto para estar en contacto con los alimentos[footnoteRef:4]. [3: Environmental Impacts of Polyvinyl Chloride (PVC) Building Materials, Joe Thornton, Ph.D., 2002] [4: Regulacin 21 CFR 177.1520 de la Food and Drugs Administration (FDA) de EEUU]

El HDPE es un material mucho ms fcil de reciclar y menos peligroso que el PVC para el medio ambiente. El plstico clorado PVC (policloruro de vinilo) ocasiona graves riesgos al medio ambiente y a la salud pblica durante todo su ciclo de vida. Los principales riesgos estn asociados con la generacin y emisin de dioxinas durante el proceso de fabricacin del cloruro de vinilo y la incineracin de productos de PVC[footnoteRef:5]. [5: Sentencia dictada por el Tribunal Superior de Viena, Austria el 31 de Marzo de 1994]

En un contexto de cambio climtico la conservacin del recurso hdrico (agua) cobra cada vez ms importancia. La tendencia mundial es a construir redes de distribucin ms seguras y ms duraderas para evitar prdidas de agua en el tiempo.Las prdidas de agua representan costos tanto ambientales como econmicos para los municipios y los operadores de sistemas de agua; en las redes construidas con materiales tradicionales los problemas de instalacin y fugas en la red se presentan principalmente en las uniones entre tramos de tubo. Mientras que el PVC y el FFD (Fierro Fundido Dctil) admiten prdidas de agua de entre el 10% y el 20%[footnoteRef:6], el HDPE unido por termofusin admite 0% de prdidas. [6: http://plasticpipe.org/municipal_pipe/potable_water.html]

La gran seguridad que ofrece el HDPE en cuanto a fugas es una de las razones por las cuales la mayor parte de redes de gas natural del mundo son construidas con este tipo de tubera.

Beneficios para el proyecto:Actualmente el uso de este material para la construccin de redes de agua es la tendencia mundial por sus propiedades fsicas, larga vida til y facilidad de instalacin.La tubera HDPE presenta las siguientes propiedades fsicas: Flexible: se puede enrollar, doblar y aplastar. Liviano: de bajo peso y fcil de transportar. Tenaz: alta resistencia al impacto, golpes y maltrato. Resistencia a bajas temperaturas: no pierde sus propiedades a bajas temperaturas. Resistencia a los ataques qumicos y a la corrosin: resiste indefinidamente en terrenos hmedos, salinos o qumicamente agresivos. Presiones mximas y mnimas: Diseado para presiones de trabajo de 4 a 16 bar.

La flexibilidad del tubo permite su fcil instalacin en terrenos sinuosos con curvas y/o altibajos, es apta para atravesar los puentes colgantes y/o tramos engrampados a laderas de piedra, la tenacidad del material lo hace menos sensible a terrenos pedregosos.El hecho de que estas tuberas se fabriquen en rollos, permite que el tendido sea gil, lo cual se traduce en un ahorro significativo en tiempos de ejecucin de proyectos, con el consiguiente ahorro en costos de mano de obra y supervisin.Cules son los costos de esta tecnologa y cmo impactan en el proyecto de agua?La vida til de una red de agua construida en HDPE es de aproximadamente 50 aos, en lugar de los 20 aos de una red de agua construida en PVC. Esto impacta directamente en su desempeo econmico (amortizacin de la inversin a lo largo del horizonte del proyecto), como se puede apreciar en el siguiente ejemplo:

Comparacin costos durante el ciclo de vida del proyecto[footnoteRef:7] [7: La tubera HDPE en el mundo - Materiales modernos para nuevos desafos, Heredia 2010]

Al horizonte del proyecto (30 aos)

Supuestos

Dimetro nominal de la tubera [pulgadas]2

Costo de produccin del agua [Bs/m3]1.00

Costo de reparacin por cada fuga [Bs]500.00

Caudal que lleva la tubera [m3/ao]122640

Horizonte del proyecto [aos]30

MaterialRed en PVCRed en HDPE

Costo de adquisicin de la tubera [Bs/m]15.0018.00

Costo de zanja e instalacin [Bs/m]20.0012.00

Costo red construida [Bs/m]35.0030.00

Vida til [aos]20.0050.00

Costo del tubo por ao [Bs/m/ao]1.750.60

Fugas [# de fugas/m/ao]0.000090.00004

Costo de reparaciones [Bs/m/ao]0.04500.0200

Costo del agua perdida [Bs/m/ao]1.10380.4906

Costo total tubo incluyendo mant. y prdidas [Bs/m/ao]2.89881.1106

Costo total del sistema de tuberas [Bs/m/30 aos]86.9633.32

I. TIPOS DE ENSAMBLES EN TUBERA DE HDPE

Los ensambles o empalmes correspondientes a las redes con tuberas de polietileno HDPE (PEAD), se clasifican en; Termofusin, Electrofusin y Bridado.

TERMOFUSIN ELECTROFUSIN BRIDA STUB-END MECNICO

1.1. TERMOFUSIN Empalme permitido para unir tuberas de HDPE de norma NTP ISO 4427 presin o NTP ISO 8772 para alcantarillado.

Empalme permitido para unir tuberas de HDPE de norma NTP ISO 4427 presin o NTP ISO 8772 para alcantarillado a accesorios de unin a tope (inyectados):

Ensamble por Termofusin

Se utiliza una plancha calentadora para producir la plastificacin del material, obtenida la plastificacin del material, se retira la plancha calentadora y se une los extremos aplicando una presin adecuada al tipo de unin que estemos realizando, durante el tiempo especificado.

Los parmetros bsicos a considerar son: Temperatura de la plancha calentadora.,

Tiempo de calentamiento y Presin (de calentamiento y unin).

1.2. ELECTROFUSIN.

Empalme permitido para unir tuberas de HDPE de norma NTP ISO 4427 presin o NTP ISO 8772 para alcantarillado.

Empalme mediante accesorios por electrofusin Empalme permitido para unir tuberas de HDPE de presin o alcantarillado a accesorios:

Equipo de electrofusin

Se realiza con accesorios que llevan incorporado una resistencia. Este accesorio se conecta mediante dos bornes a una mquina que suministra tensin, que origina la circulacin de corriente elctrica a travs de la resistencia.

La temperatura que genera la resistencia plastifica tanto el tubo como el accesorio. El parmetro bsico es el tiempo de la conexin del accesorio a la campana de electrofusin. La presin necesaria para la unin viene dada por la interferencia que se produce al plastificarse el tubo y el accesorio.

1.3. UNIN BRIDADA.

EMPALME permitido para unir tuberas de HDPE de norma NTP ISO 4427 presin o NTP ISO 8772 para alcantarillado con accesorios o vlvulas bridadas de HFD

Se denomina a las uniones mediante bridas que se ubican en el extremo del tubo. La unin es ajustada con bridas y pernos. Este tipo de unin se emplea para empalmes a accesorios, vlvulas, equipos de bombeo o elementos de un sistema que se empalmen mediante bridas. Para acondicionar un tubo con empalme bridado debe emplearse piezas stub end que lo soporten, estas piezas irn termofusionadas al tubo.

Empalme bridado entre tubos de HDPE Empalme bridado entre tubo de HDPE y tubo de Acero

II. TUBERAS LISAS DE HDPE

Pueden ser utilizados en diversas aplicaciones tales como riego de pilar de lixiviacin, conduccin de revales, adiccin y distribucin de aguas potables. Sistemas de combate contra incendio, entre otras.

2.1. DISEO

Las tuberas de polietileno son fabricadas para resistir diferentes presiones mximas de trabajo de una red. Dicha presin mxima de resistencia se relaciona en funcin de su SDR (Standard Dimensional Ratio).

Segn la norma ISO, para las tuberas de polietileno de alta densidad se aplican los siguientes conceptos:

Mnima Resistencia Requerida (MRS):

Corresponde a la mnima tensin tangencial que el material debe resistir a una temperatura de 20 C por perodo de a lo menos 50 aos.

Tensin de Diseo (Os):

Corresponde a la tensin tangencial admisible que se obtiene al dividir la mnima resistencia requerida por un factor de seguridad C, denominado coeficiente de diseo, y que de acuerdo a la normativa ISO para el caso del polietileno de alta densidad adopta un valor C = 1,25.

Caractersticas MecnicasTensin de circunferencial

Designacin de la materia primaMRR a 50 aos y 20CTensin de Diseo s100 horas a 24C165 horas a 80C1000 horas a 80C1 hora a 20C

Mpa (PSI)

PE808(1160)6.3(914)10(1450)4.5(652)4.0(580)11.3(1683)

PE10010(1450)8.0(1160)12.4(1798)5.4(783)5.0(725)14.0(2030)

(1)1Mpa = 10 bares(2)Q,,=MRR/C donde C es un coeficiente de diseo que vara de acuerdo a las condiciones operativas, ambientales y temperatura. En este caso para agua a 20 se a tomado el valor de 1.25. Para otras condiciones operativas se puede variar significativamente por lo cual consultar a nuestro departamento tcnico.

Presin Nominal (PN):

Es la mxima presin de trabajo a la que puede ser sometida una lnea o sistema a 20 C durante al menos 50 aos.

Relacin de Dimensiones Estndar (SDR):

Es un valor adimensional que relaciona el dimetro externo nominal (DN) y el espesor de pared de una tubera (e). Cada SDN representa una presin nominal y se relacionan de acuerdo a las siguientes frmulas:

Donde:PN: Presin Nominal (MPa)DN: Presin Externo (mm)Os: Tensin de diseo (MPa)1 MPa = 10 bar = 10 kgf/cm2

Con las ecuaciones anteriores es posible obtener la presin mxima de trabajo (PN) para tubera especfica.

2.2. FORMAS DE ESPECIFICAR LAS TUBERAS LISAS DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

Segn su PN, PE y dimetro (ISO 4427) Segn su SDR, PE y dimetro (DIN 8475)

Conexiones Inyectadas

Conexiones Segmentadas

Conexiones de Electrofusin

Dimensiones y caractersticas Tubos HDPE NTP-ISO 4427:2008 Presin Nominal (PN) corresponde a la mxima presin operativa permisible PPMS, expresada en bar, del tubo a 20 C. Espesor mnimo exigido por la norma NTP ISO 4427.