sesion 03 - tuberías hdpe (1)

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TUBERÍAS HDPE

INTRODUCCIÓN

Tradicionalmente las tuberías utilizadas para la conducción de fluidos por gravedad o a presión han sido fabricadas de materiales rígidos como acero, concreto o hierro.

En las últimas décadas, gracias al desarrollo de los materiales poliméricos, aparecen los tubos flexibles hechos de materiales termoplásticos.

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MATERIA PRIMA POLIETILENO

El polietileno es químicamente el polímero más simple. Se representa con suunidad repetitiva (CH2-CH2)n. Es químicamente inerte. Se obtiene de lapolimerización del monómero de etileno (CH2=CH2).

El polietileno es un derivado del petróleo

Por lo tanto, el polímero está formado por unidades repetidas de:

PROCESO DE EXTRUSIÓN

La extrusión consiste en la utilización de un flujocontinuo de materias primas (PEAD) para la obtenciónde tubos termoplásticos. El PEAD es sometido a fusión,transporte, presión, deformación y enfriamiento.

La producción de tubos emplea el proceso de extrusióncon diferentes equipos en línea.

La extrusora, que inicia el proceso llevando el pellet dePEAD del estado sólido al estado fluido.



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PROCESO DE EXTRUSIÓN

APLICACIONES

INDUSTRIA EN GENERAL

Los sistemas de tuberías de PEAD han sido empleados exitosamente endiversos tipos de industria. Las aplicaciones más frecuentes semencionan a continuación:

Sistemas de agua potableAlcantarillado sanitario y pluvialTransporte de aguas residuales corrosivas Protección de cables eléctricos y telefónicosTransporte de aire comprimido y de ventilación Conducción de líquidos o gases a baja temperaturaTransporte de gas, petróleo y sus derivadosAlcantarillas en carreterasPADs de lixiviación



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VENTAJAS TUBERÍAS HDPE

Buen Comportamiento Hidráulico

Alta flexibilidad Resistencia Estructural Resistencia Química Resistencia a la radiación

UV Resistencia a la abrasión Resistencia al impacto Tubería Liviana Mayor vida útil

PROPIEDADES HIDRÁULICAS

•Coeficiente de rugosidad (Manning) de otros materiales

Tabla 2.5. Coeficiente de fricción de Manning (n)Material Coeficiente n

Concreto liso 0.012Concreto áspero 0.016Concreto presforzado 0.012Concreto con buen acabado 0.014Acero soldado con revestimiento interior a base de epoxico 0.011Acero sin revestimiento 0.014Fibrocemento 0.010Polietileno de Alta Densidad (HDPE) liso (tubo sólido) 0.009Polietileno de Alta Densidad (HDPE) Corrugado 0.010PVC liso (tubo sólido) 0.009



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Tubos rígidosTubos Rígidos

HDPE (corrugado)

Flexibilidad

Tubos Flexibles



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Su flexibilidad permite deflexiones longitudinales que se acomodan a la topografía y deflexiones transversales logrando relacionarse directamente con el suelo circundante, generando así, un sistema conjunto suelo-tubería.

Por esta característica son también llamados Geotuberías o Geopipes (Koerner).

-Tubería flexible

-Transfiere carga al suelo circundante

-Soporta cargas vivas altas con rellenos mínimos

-Soporta alturas de relleno de más de 20m. (Tubería Corrugada)

-Se necesita una recubrimiento mínimo de 0.30m para tubos menores a 48” y 0.60m para tubos de 60”. (Tubería Corrugada)

Resistencia Estructural



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Resistencia Química

Concreto 12.0

0 7.0 14

5.0

Aluminio

Acero Galv.

5.0 9.0

5.5 10.0

PVC 12.03.0

HDPE 14.01.5

PH-El HDPE resiste casi todo el rango de PH desde lo muy ácido hasta lo totalmente alcalino

Resistencia a la Degradación UV

-Los tubos ADS usan el negro de humo como aditivo protector UV. Por lo que, resisten el efecto de los rayos ultravioleta del sol.

- Para su almacenamiento no requiere ser techado como en el caso de las tuberías de PVC, esto genera ahorros en la obra.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6 18 36

Degradación Ultravioleta

1% Carbón Negro

1% Cadmio Rojo

3-D Column 3

Meses Expuestos en Arizona



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Resistencia a la Abrasión

• Universidad del Estado de California, Sacramento CA.

• Cuarzo Angular:12.7mm a 50.8mm.


• Resultados de las Pruebas PH=7.0

Desgaste por Abrasion a 100,000 ciclos

0.0%

5.0%

10.0%

15.0%

20.0%

25.0%

ADSAASHTO

M294

PVC ASTMF679

ConcretoASTM C14

A. Galv.AASHTO M36

A. Alumin.AASHTO

M196

Per

dida

de

Pare

d en

%

Tubo de 24" a pH = 7.0




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Abrasión en otras Tecnologías


Desgaste por Abrasion a 100,000 ciclos

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

ADSAASHTO

M294

PVC ASTMF679

ConcretoASTM C14

A. Galv.AASHTO

M36

A. Alumin.AASHTO

M196

Perd

ida

de P

ared

en

%

Tubo de 24" a pH = 4.0

•Resultados de las Pruebas PH=4.0




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Resistencia al Impacto

Las tuberías de HDPE resisten al impacto aún a bajas temperaturas.

Esta propiedad es importante para soportar deterioro y fracturas en las maniobras de cargas y descargas o por golpes en zanja ocasionados por piedras o derrumbes de zanja repentinos.

Grados Centígrados

Tubería muy liviana (corrugada)

El peso de cada tipo de tubería es proporcional a la facilidad de instalación (colocación dentro de zanja) del sistema. Es ideal un tipo de tubería que combine ligereza, resistencia y durabilidad (resistencia al impacto y demás).



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COMPARATIVO PESO

0102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60

DIAMETRO (Pulg.)

Pes

o (k

g/m

)

PVCPEAD- ADS N-12GRP CONCRETO

Tubería muy liviana

Departamentos de Transporte

California

Michigan

New York

Carolina del Sur

Florida

Estimación de Vida Método

50

70

70

50

100

Basado en propiedades de esfuerzo a largo plazo

Mayor Vida Útil•Las tuberías HDPE tienen una vida útil superior a los 50 años.



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Tubería HDPE lisa: recomendada para sistemas a presión, redes de construcción de gas

Tubería HDPE de pared interna lisa y pared externa corrugada: recomendada para sistemas por gravedad, resiste presión externa

TIPOS

TUBERÍAS HDPE LISA



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Tubería plástica fabricada en Polietileno de Alta Densidad (HDPE por sus siglas en inglés). La tubería HDPE lisa está diseñada para trabajar con agua a presión. La tubería HPDE también se utiliza ampliamente en la construcción de redes de distribución de gas, en minería y en la industria. La norma de fabricación más utilizada en el mundo para la fabricación de tubería HDPE es la ISO 4427 y la ASTM F 714.

TUBERÍAS HDPE LISA

La tubería de Polietileno en el PERÚ se fabrica en base a lassiguientes normas técnicas:

1. ASTM F 714, fabricada en pulgadas2. NTP ISO 4427:2008, Tubos de Polietileno (PE) para el

abastecimiento de agua, milimétrica.3. NTP ISO 8772:2008, Tubos y conexiones de Polietileno de

alta densidad (PEHD) para sistemas enterrados de drenaje yalcantarillado.

4. NTP ISO 4437:2004, Tuberías enterradas de polietileno (PE)para el suministro de combustible gaseoso.

La 1. y 2. son las más usadas en la fabricación de la tuberíade Polietileno en un 50% - 50%.

NORMAS TÉCNICAS



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RESINALa materia prima con la que se fabrica la tubería es la resina depolietileno (PE), este polímero ha experimentado mejoras a travésde los años.Desde la primera generación, con la denominación PE 63, luego lasegunda generación PE 80 (PE 3408 en ASTM) y finalmente latercera PE 100 (PE 4710 en ASTM), estas mejoras se han basado encambios en su estructura molecular lo que permitió aumentar lascaracterísticas físicas y mecánicas del tubo.



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Comparación de espesoresCompararemos los diferentes espesores de pared para una tubería de 315 mm dediámetro exterior PN 10 bares, fabricada con diferentes tipos de resina

Ø NOMINAL SDR Espesor Ø INT Peso/Metro Caudal Ø NOMINAL SDR Espesor Ø INT Peso/Metro Caudal

Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s32.5 0.20 6.22 2.69 49 L/S 32.5 0.49 15.02 15.71 286 L/S17.0 0.39 5.85 5.00 43 L/S 17.0 0.94 14.12 29.12 252 L/S11.0 0.60 5.42 7.44 37 L/S 11.0 1.46 13.09 43.38 217 L/S9.0 0.74 5.15 8.87 34 L/S 9.0 1.78 12.44 51.76 196 L/S7.3 0.91 4.81 10.60 29 L/S 7.3 - 11.44 61.83 166 L/S


Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s32.5 0.27 8.10 4.57 83 L/S 32.5 0.55 16.89 19.90 361 L/S17.0 0.51 7.61 8.47 73 L/S 17.0 1.06 15.88 36.86 320 L/S11.0 0.78 7.06 12.60 63 L/S 11.0 1.64 14.73 54.90 275 L/S9.0 0.96 6.71 15.05 57 L/S 9.0 2.00 14.00 65.51 248 L/S7.3 1.18 6.26 17.96 50 L/S 7.3 2.47 13.07 78.25 216 L/S






Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s32.5 0.43 13.14 12.04 219 L/S 32.5 0.92 28.15 55.26 1004 L/S17.0 0.82 12.35 22.29 193 L/S 17.0 1.77 26.47 102.39 888 L/S11.0 1.27 11.45 33.22 166 L/S 11.0 2.73 24.55 152.49 763 L/S9.0 1.56 10.89 39.63 150 L/S 9.0 3.33 23.33 181.96 690 L/S7.3 1.92 10.16 47.34 131 L/S 7.3

12" 24"

16"

30"

TUBERÍAS HDPE NORMA ASTM F714

6"

14"

8" 18"

10 20"



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NORMA ASTMSDR32.50 35.67 mca 50 PSI 44.94 mca 63 PSI17.00 70.31 mca 100 PSI 89.16 mca 125 PSI11.00 112.09 mca 160 PSI 142.66 mca 200 PSI9.00 140.62 mca 200 PSI 178.33 mca 250 PSI7.30 178.33 mca 254 PSI 226.12 mca 317 PSI

RESINA PE4710RESINA PE3408

Nota Resina PE3408 en ASTM es equivalente a la resina PE80 en ISO.Nota Resina PE4710 en ASTM es equivalente a la resina PE100 en ISO.

Sin embargo las resistencias que da la norma ISO son diferentes por los factores de seguridad que considera

TERMOFUSIÓN A TOPE

Las superficies a unir se corrigen con un REFRENTADOR orectificador para igualar cualquier diferencia, Luego se calientan las piezascon una fuerza de compresión reducida y se unen por aplicación depresión, con acción mecánica o hidráulica, de acuerdo al tamaño de latubería y sin usar elementos adicionales de unión.

Esta técnica produce una unión permanente y eficaz, además es la máseconómica de los sistemas de uniones térmicas. La Soldadura a Topees apropiada para la unión de dos tuberías del mismo SDR(relación ø / espesor) con diámetros desde 25 mm hastadiámetros de 1200 mm.

MÉTODOS DE UNIÓN



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Termofusión –Verificación de Parámetros

Termofusión –Verificación de Parámetros



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Parámetros de soldadura

Los parámetros de soldadura a tope son: Presión, Temperatura y Tiempo. Es imprescindible cumplir con estos parámetros definidos si queremos obtener una soldadura fiable y duradera.

Verificar alineamiento detuberías (de existir undes alineamiento, estedeberá ser de máximo0.1 e = 10% del espesorde pared).

Limpiar la superficiesexteriores e interiorespróxima a los puntos asoldarse, (virutas, polvoy grasa).

Observar los parámetrosde soldadura necesarios,en el proceso.

Procedimiento



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PRUEBAS DE CONTROL DE CALIDAD

PRUEBAS DE CONTROL DE CALIDAD

Una vez finalizada la soldadura a tope en las tuberías de HDPE, es imprescindible que se realicen unas pruebas ver que las soldaduras se han realizado correctamente o detectar e identificar posibles fallos.

Métodos no destructivosInspección visual del bordón de soldadura (método comúnmente utilizado)La inspección visual es muy valiosa y sirve para detectar algunos defectos, como desalineación, poros o inclusiones, errores en los parámetros de soldadura.(Hay otros métodos más complejos y no tan comunes que se realizan por ultrasonidos, rayos X, radiografía, termografía, etc…)



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Inspección visualLa inspección visual consiste sencillamente en examinar detenidamente la unión de los tubos resultante de todo el proceso de soldadura tope.

Ensayos Destructivos

Para las pruebas de muestras de fusión de tuberías de HDPE se deberán extraer tres probetas equidistante a 120º, cuyas dimensiones deben ser en largo 15 veces por cada lado de la soldadura del espesor de la tubería, ancho 1.5 veces el espesor de la tubería para prueba de doblez; de las tres probetas, una se someterá a doblez externa, otra para doblez interno y la última será para prueba de tracción según lo requiera el proyecto. Para prueba de tracción esta debe ser enviada a un laboratorio competente para su ensayo. El doblez de cada probeta debe de presentar que los extremos se mantengan a 180º.



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Pruebas de muestras de fusión

Conceptos Básicos

SDR: estándar Dimensión Ratio= D/eD: Diámetro ExternoDN: Diámetro NominalE: EspesorQ: Caudal m3/seg.C: Coeficiente Hazeny WilliamHf: pérdida de CargaV: velocidad m/seg.



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Selección del Diámetro

El diámetro se seleccionará de acuerdo al caudal a aplicar para lo cual se tendrá en cuenta lo siguiente

Se recomienda mantener la velocidad en tuberías HDPE entre 0.5 m/s y 5 m/s. La velocidad mínima se recomienda con la finalidad de evacuar la presencia de sedimentos en la línea y la velocidad máxima con la finalidad de prevenir un desgaste prematuro en la línea.


Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s32.5 0.20 6.22 2.69 49 L/S 32.5 0.49 15.02 15.71 286 L/S17.0 0.39 5.85 5.00 43 L/S 17.0 0.94 14.12 29.12 252 L/S11.0 0.60 5.42 7.44 37 L/S 11.0 1.46 13.09 43.38 217 L/S9.0 0.74 5.15 8.87 34 L/S 9.0 1.78 12.44 51.76 196 L/S7.3 0.91 4.81 10.60 29 L/S 7.3 - 11.44 61.83 166 L/S








Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s Pulg Pulg Pulg Kg/m V=2.5m/s32.5 0.43 13.14 12.04 219 L/S 32.5 0.92 28.15 55.26 1004 L/S17.0 0.82 12.35 22.29 193 L/S 17.0 1.77 26.47 102.39 888 L/S11.0 1.27 11.45 33.22 166 L/S 11.0 2.73 24.55 152.49 763 L/S9.0 1.56 10.89 39.63 150 L/S 9.0 3.33 23.33 181.96 690 L/S7.3 1.92 10.16 47.34 131 L/S 7.3

12" 24"

16"

30"

TUBERÍAS HDPE NORMA ASTM F714

6"

14"

8" 18"

10 20"



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Selección del SDR¿Qué es el SDR?La relación SDR corresponde al cociente entre el diámetro externo y el espesor de la tubería. Se utiliza para evaluar la resistencia de las tuberíasde plástico a presión. Un número SDR inferior indica que un tubo puede soportar más presión, un número más alto de SDR indica que un tubo puede soportar menos presión.Para seleccionar el SDR debo conocer el HDT de mi sistema.

NORMA ASTMSDR32.50 35.67 mca 50 PSI 44.94 mca 63 PSI17.00 70.31 mca 100 PSI 89.16 mca 125 PSI11.00 112.09 mca 160 PSI 142.66 mca 200 PSI9.00 140.62 mca 200 PSI 178.33 mca 250 PSI7.30 178.33 mca 254 PSI 226.12 mca 317 PSI

RESINA PE4710RESINA PE3408

CaudalCaudal-En dinámica de fluidos, caudales la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo. Se denomina también caudal volumétrico o índice de flujo fluido, y que puede ser expresado en masa o en volumen. Para el cálculo de caudal en una tubería de sección llena, se utiliza la fórmula de Hazen-William que tiene la siguiente expresión:

Donde:Q = Caudal ó flujo volumétrico en [m³/s].D = Diámetro interior en [m]S = [Pendiente -Pérdida de carga por unidad de longitud del conducto [m/m].C = Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo (150 para tubos deHDPE).



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La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de presión en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Pérdida de Carga

¿Cómo determino el HDT?HDT: Altura Dinámica TotalEs la altura que necesito bombear más todas las pérdidas que se producen en la tubería debido a la fricción con la misma o a la presencia de accesorios.

Dos posibilidades para estimarlo rápidamente en campo (Solo para verificación):1.-Reviso lo que me marca el manómetro.2.-Considera la diferencia de cotas del punto más alto de bombeo y le sumo las pérdidas locales y de fricción



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COLORES

Coextrusión de líneas de Colores

Tubería de Colores

Conformado

Inyectado

ACCESORIOS TERMOFUSION



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ACCESORIOS ELECTROFUSION



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