el agua transportada por DURATEC

e x i j a l a m a r c a D U R A T E C - n o c o n f í e e n l o s p a r e c i d o s

de HDPETuberías y FittingsTuberías y Fittings

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Índice

1. Introducción 3

2. Ventajas 42.1 Resistencia química 42.2 Servicio a largo plazo 42.3 Bajo peso 42.4 Coeficiente de fricción 42.5 Sistemas de unión 42.6 Resistencia/flexibilidad 42.7 Resistencia a la abrasión 52.8 Estabilidad a la intemperie 52.9 Estabilidad ante cambios de temperatura 5

3. Aplicaciones 63.1 Minería 63.2 Agricultura 63.3 Sector pesquero 63.4 Área sanitaria 63.5 Industria química 63.6 Industria en general 6

4. Especificaciones técnicas materia prima 84.1 Tabla: Especificaciones técnicas PE 100 84.2 Tabla: Especificaciones técnicas PE 80 8

5. Dimensiones para tuberías 95.1 Tubería HDPE PE 100 norma ISO 4427 105.2 Tubería HDPE norma DIN 8074 11

6. Dimensiones para fittings 126.1 Codos segmentados para soldadura

por termofusión 126.2 Tees segmentadas para soldadura

por termofusión 146.3 Reducciones para soldadura por termofusión 166.4 Porta flanges (stub ends) para soldadura

por termofusión 176.5 Fittings inyectados para soldadura tipo soquete 186.6 Fittings inyectados para soldadura por electrofusión 206.7 Fittings inyectados 256.8 Flanges 296.9 Uniones especiales 326.9.1 Unión roscada (Plasson o equivalente) 326.9.2 Unión tipo Victaulic 34

General

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10. Consideraciones de diseño 5510.1 Cálculo hidráulico 5510.1.1 Flujo bajo presión 5510.1.2 Selección del diámetro interno

de la tubería 5510.1.3 Pérdidas de carga 55

a) Fórmula de Hazen-Williams 55b) Fórmula de Colebrook 56

10.1.4 Pérdida de carga en singularidades 6010.1.5 Flujo gravitacional 60

a) Flujo a sección llena 60b) Flujo a sección parcial 60

10.1.6 Golpe de ariete 6410.2 Curvas de regresión 6510.3 Límite de curvatura 6610.4 Cálculo de deflexiones 66

11. Control de calidad 7111.1 Materia prima 7111.2 Tuberías 71

12. Tabla de resistencia química 72

13. Servicios al cliente 7613.1 Servicio de termofusión en terreno 7613.2 Asistencia técnica 7613.3 Fabricación de piezas especiales 76

Anexos 77Anexo A: Tabla dimensionales 77Anexo B: Normas de referencia relacionadas

con tuberías y fittings de HDPE. 79Anexo C: Ejemplos de cálculos 80

C1: Cálculo de pérdida de carga utilizando fórmulas de Hazen-Williams y Colebrook 80C2: Cálculo de pérdida de carga utilizando ábaco de Hazen-Williams 81C3: Cálculo de pérdida de carga utilizando los ábacos de Manning 82C4: Cálculo de b para la instalación de válvulas mariposa 86C5: Cálculo de espaciamiento entre soportes aéreos 87C6: Teorema de Bernoulli para líquidos perfectos 89

7. Sistemas de unión 357.1 Uniones fijas 357.1.1 Soldadura a tope 357.1.2 Soldadura por electrofusión 377.1.3 Soldadura tipo soquete 397.2 Uniones desmontables 407.2.1 Stub ends y flanges 407.2.1.1Flanges tradicionales 407.2.1.2 IPP DeltaflexTM Flanges tipo Convoluted 417.2.2 Unión roscada (Plasson o equivalente) 427.2.3 Unión tipo Victaulic 44

8. Instalación 458.1 Instalación subterránea 458.1.1 Excavación y preparación del encamado 458.1.2 Tendido de la tubería 458.1.3 Expansión y contracción térmicas 468.1.4 Instalación de fittings 468.1.5 Pasada de pared 478.1.6 Relleno y compactación 478.2 Instalación superficial 478.2.1 Dilatación y contracción térmicas 478.2.2 Soportes guías 488.2.3 Soportes anclajes 488.2.4 Aplicaciones en conducción de pulpas 498.3 Instalación bajo agua 498.3.1 Unión y montaje 498.3.2 Anclajes y pesos 498.3.3 Lanzamiento al agua y hundimiento 508.4 Instalación en tendidos existentes

(RELINING) 508.5 Reparación de líneas dañadas 508.5.1 Reparación permanente 518.5.2 Reparación mecánica 518.5.3 Reparación de fittings 528.5.4 Reparación bajo el agua 528.6 Precauciones de instalación para

fittings segmentados 52

9. Suministro, transporte yalmacenamiento 53

9.1 Suministro 539.2 Transporte 539.3 Almacenamiento 54

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La industria de materiales plásticos se ha desarrollado por alrededor de 100años, pero el polietileno (PE) fue descubierto en la década del 30. Los primerosPE eran de baja densidad y se utilizaron principalmente como conductores decables. Los polietilenos de alta densidad (HDPE), utilizados hoy día en sistemasde tuberías, fueron desarrollados en los años 50.Los sistemas de tuberías de HDPE ofrecen la oportuni-dad de utilizar ventajosamente las características tanparticulares de este material y ocuparlas para resolverantiguos problemas y diseñar sistemas para aplicacio-nes donde los materiales tradicionales son inadecua-dos o demasiado costosos. Las tuberías de HDPE ofre-cen mayores alternativas de diseño garantizando unalarga vida útil, economía en instalación y equipos, mi-nimizando los costos de mantención, cuando las condi-ciones de operación están dentro de las capacidades detemperatura y presión del material.El desarrollo de técnicas especiales de proceso y el me-joramiento de los equipos de producción han permiti-do obtener cada vez mejores resinas, con las cuales se logran productos termi-nados únicos para la industria, tanto en calidad como en funcionamiento.

Uno de los más recientes desarrollos concierne a un grado de HDPE con propie-dades de resistencia significativamente mayores que las del HDPE tradicional.Este nuevo grado, denominado PE 100, es usado particularmente en tuberíaspara agua a presión, obteniéndose un ahorro en el espesor de pared de lastuberías en aproximadamente 35% comparado con una tubería de HDPE tra-dicional.

En este catálogo se presentan las ventajas y principales aplicaciones de las tu-berías y fittings de HDPE, las especificaciones técnicas del material, los sistemasde unión, las consideraciones de diseño e instalación, etc. Se ha dedicado unespecial esfuerzo en la preparación de los capítulos de dimensiones de tube-rías y fittings, cubriendo una amplia gama de productos que cumplen con lascaracterísticas dimensionales establecidas en normas internacionales. Duratecfabrica tuberías y fittings de HDPE a partir de resinas de excelente calidad su-ministradas por proveedores certificados bajo normas de la serie ISO 9000 y deacuerdo a las más estrictas normas de fabricación.

La finalidad primordial de este catálogo es servir de material de apoyo, presen-tando información confiable con lo mejor de nuestro conocimiento y expe-riencia. Con este propósito, pretendemos mantener una exitosa relación connuestros clientes y ofrecerles el mejor servicio.

Vista frontal Planta IndustrialLo Chena, San Bernardo, Santiago.

1. Introducciónintroducción

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2. Ventajas

Cuando se comparan con materiales tradiciona-les, los sistemas de tuberías de polietileno de altadensidad (HDPE) ofrecen significativos ahorrosen los costos de instalación y equipamiento,mayor libertad de diseño, bajo costo de man-tención y una larga vida útil para la mayoría deestos sistemas.Estos beneficios, ventajas y oportunidades de dis-minución de costos se derivan de las propieda-des y características únicas de las tuberías deHDPE.

2.1 Resistencia químicaPara todos los propósitos prácticos, las tuberíasde HDPE son químicamente inertes. Existe sóloun número muy reducido de fuertes productosquímicos que podrían afectarlas. Los químicosnaturales del suelo no pueden atacarlas o cau-sarles degradación de ninguna forma. El HDPEno es conductor eléctrico, por lo cual no son afec-tadas por la oxidación o corrosión por acciónelectrolítica. No permiten el crecimiento, ni sonafectadas por algas, bacterias u hongos y son re-sistentes al ataque biológico marino.

2.2 Servicio a largo plazoLa vida útil estimada tradicionalmente para lastuberías de HDPE es superior a 50 años para eltransporte de agua a temperatura ambiente(20ºC). Para cada aplicación en particular, las con-diciones de operación internas y externas pue-den alterar la vida útil o cambiar la base de dise-ño recomendada para alcanzar la misma vida útil.Estas conclusiones son respaldadas por más deveinte años de experiencia real.

2.3 Bajo pesoLas tuberías de HDPE pesan considerablementemenos que la mayoría de las tuberías de mate-riales tradicionales. Su gravedad específica es0,950, flotan en agua. Son 70-90% más livianasque el concreto, fierro o acero, haciendo másfácil su manejo e instalación. Importantes aho-rros se obtienen en mano de obra y requerimien-to de equipos.

2.4 Coeficiente de fricciónDebido a su gran resistencia química y a laabrasión, las tuberías de HDPE mantienen exce-lentes propiedades de escurrimiento durante suvida útil. Gracias a sus paredes lisas y a las carac-terísticas de impermeabilidad del PE, es posibleobtener una mayor capacidad de flujo y mínimaspérdidas por fricción. Para los cálculos de flujobajo presión, se utiliza comúnmente un factor «C»de 150 para la fórmula de Hazen-Williams. Cuan-do el flujo es gravitacional, se utiliza un factor«n» de 0,009 para la fórmula de Manning.

2.5 Sistemas de uniónLas tuberías de HDPE se pueden unir mediantetermofusión por soldadura a tope, por electro-fusión o bien por soldadura tipo soquete. El sis-tema de soldadura a tope es reconocido en la in-dustria como un sistema de unión de gran confia-bilidad, es costoefectivo, no requiere coplas, nose producen filtraciones y las uniones son másresistentes que la tubería misma. Las tuberías tam-bién pueden unirse por medios mecánicos, talescomo stub ends y flanges, coplas de compresióno uniones tipo Victaulic. No se pueden unir me-diante solventes o adhesivos.

2.6 Resistencia/flexibilidadLa gran resistencia de las tuberías de HDPE es unaimportante característica derivada de las propie-dades químicas y físicas tanto del material comodel método de extrusión. La tubería no es frágil,es flexible, por lo que puede curvarse y absorbercargas de impacto en un amplio rango de tem-peraturas. Esta resistencia y flexibilidad permitena la tubería absorber sobrepresiones, vibracionesy tensiones causadas por movimientos del terre-no. Pueden deformarse sin daño permanente ysin efectos adversos sobre el servicio a largo pla-zo. Esto permite que sean instaladas sin proble-mas en terrenos con obstáculos, ya que puedencolocarse en forma serpenteada, respetando cier-tas tolerancias de curvatura (radios mínimos).También se pueden colocar en zanjas estrechas,pues las uniones pueden efectuarse fuera de ella.La resistencia a la ruptura por tensiones ambien-

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tales es muy alta, asegurando que no hay ningúnefecto en el servicio a largo plazo si se producenrayas superficiales de una profundidad no mayora 1/10 del espesor durante la instalación. La re-sistencia extrema de las tuberías de HDPE es unade sus características excepcionales que permiteinnovar en el diseño de sistemas de tuberías.

2.7 Resistencia a la abrasiónLas tuberías de HDPE tienen un buen comporta-miento en la conducción de materiales altamen-te abrasivos, tales como relaves mineros. Nume-rosos ensayos han demostrado que las tuberíasde HDPE con respecto a las de acero tienen unmejor desempeño en este tipo de servicio en unarazón de 4:1. Han sido probadas en la mayoríade las aplicaciones mineras, con excelentes resul-tados.

2.8 Estabilidad a la intemperieLas tuberías de HDPE están protegidas contra ladegradación que causan los rayos UV al ser ex-puestas a la luz directa del sol, ya que contienenun porcentaje de negro de humo, que además,le otorga el color negro a estas tuberías. El ne-gro de humo es el aditivo más efectivo, capazde aumentar las características de estabilidada la intemperie de los materiales plásticos. Laprotección, que incluso niveles relativamentebajos de negro de humo imparten a los plásti-

cos, es tan grande que no es necesario usar otrosestabilizadores de luz o absorbedores UV.Si el negro de humo no es correctamente disper-sado, algunas áreas permanecerán desprotegidascontra la exposición ambiental, convirtiéndose enpuntos débiles donde el material se degradarámás rápidamente. En estas áreas el material setorna frágil y podría ser el punto de partida parauna falla. Por lo tanto, es vital lograr una buenadispersión para una protección homogénea, locual se asegura cuando el negro de humo es adi-cionado en equipos apropiados para tal efecto.Ensayos de estabilidad indican que las tuberíasde HDPE pueden estar instaladas o almacenadasa la intemperie en la mayoría de los climas porperíodos de muchos años sin ningún daño o pér-dida de propiedades físicas importantes.

2.9 Estabilidad ante cambiosde temperatura

La exposición de las tuberías de HDPE a cambiosnormales de temperatura no causa degradacióndel material. Sin embargo, algunas propiedadesfísicas y químicas de la tubería podrían cambiar sila temperatura es aumentada o disminuida. Paraproteger el material contra la degradación a al-tas temperaturas que podría ocurrir durante lafabricación, almacenamiento o instalación, se uti-lizan estabilizadores que protegen el materialcontra la degradación térmica.

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3. Aplicaciones

Algunas aplicaciones típicas que incluyen el usode tuberías de HDPE son:

3.1 MineríaLas tuberías de HDPE han dado excelentes resul-tados al utilizarse en distintos procesos de apli-caciones mineras. Gracias a su alta resistencia a laabrasión y corrosión, facilidad de manejo e insta-lación y buena resistencia mecánica, son idealespara:

• 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 AgriculturaSon variados los usos que las tuberías de PE tie-nen en la agricultura. Mediante el sistema deuniones desmontables resultan de rápido acopley desacople. Además, por su flexibilidad se pue-den enrollar permitiendo un fácil transporte (sepueden suministrar en rollos de 50, 100 o másmetros).Algunos ejemplos de aplicaciones son:

• Riego por goteo (PE lineal)• Riego por aspersión• Transporte de agua

3.3 Sector pesqueroEn las industrias pesqueras, las tuberías de HDPEse están utilizando cada vez más. Por ser livianasy de fácil manejo, además de resistentes al aguasalada y al ataque biológico marino, resultan idea-les para este tipo de aplicaciones, entre las cualesestán:

• Jaulas para el cultivo de salmones• Descargas marítimas• Transporte de agua salada

3.4 Área sanitariaLas tuberías de HDPE presentan claras ventajassobre otros materiales (acero, cemento compri-mido, etc.), especialmente en su utilización enarranques domiciliarios y en zonas de napafreática alta, en las cuales se facilita su instala-

ción al efectuar las uniones fuera de la zanja, sinnecesidad de evacuarlas en el momento de insta-lar la tubería.Algunos ejemplos son:

• Redes de agua potable*• Alcantarillado

Además, por sus características de flexibilidad,bajo peso, resistencia a aguas salinas, y ademáspor no permitir el crecimiento de algas u hongospropios de la biología marina, son ideales parasu utilización en medios subacuáticos en diversasaplicaciones, tales como en emisarios submarinos.

• Para la identificación de redes de agua po-table, se utiliza el sistema de coextrusiónde rayas azules a lo largo de la tubería.

3.5 Industria químicaEn la industria química, las tuberías de HDPE handado excelentes resultados. Gracias a su alta re-sistencia a la corrosión, a su resistencia química ya 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 generalLos sistemas de tuberías de HDPE han sido utili-zados exitosamente en cientos de aplicaciones,tanto generales como de alta especialización, entodo 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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Tuberías con pesos de lastre. (Gentileza Borealis).

Instalación de tubería para gas en zanja.(Gentileza Borealis).

Jaula para el cultivo de salmones.

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4. Especificaciones técnicas

Tabla 4.1: Especificaciones técnicas PE 100

Tabla 4.2: Especificaciones técnicas PE 80

Nota: La resina de grado PE 63 está siendo cada vez menos comercializada, por lo cual en este catálogo no seincluyen sus especificaciones técnicas.

Propiedad Método de prueba Valor típico Unidad

Densidad (resina base) ISO 1183 949 Kg/m3

Densidad (compuesto) ISO 1183 959 Kg/m3

Índice de fluidez (190ºC/5Kg) ISO 1133 0,45 g/10 min.

Tensión máxima elástica ISO 6259 25 MPa

Alargamiento a la rotura ISO 6259 >600 %

Módulo de elasticidad ISO 527 1400 MPa

Tª de reblandecimiento Vicat (1Kg) ISO 306 127 ºC

Tª de reblandecimiento Vicat (5Kg) ISO 306 77 ºC

Estabilidad térmica (OIT1), 210ºC) ISO 10837 >20 min.

ESCR (10% Igepal), F50 ASTM D 1693-A >10000 h

Contenido de negro de humo ASTM D 1603 ≥2 %

1) OIT: oxidation induction time

Propiedad Método de prueba Valor típico Unidad

Densidad (resina base) ISO 1183 945 Kg/m3

Densidad (compuesto) ISO 1183 955 Kg/m3

Índice de fluidez (190ºC/5Kg) ISO 1133 0,85 g/10 min

Tensión máxima elástica ISO 6259 21 MPa

Alargamiento a la rotura ISO 6259 >600 %

Módulo de elasticidad ISO 527 1000 MPa

Tª de reblandecimiento Vicat (1Kg) ISO 306 125 ºC

Tª de reblandecimiento Vicat (5Kg) ISO 306 72 ºC

Estabilidad térmica (OIT1), 210ºC) ISO 10837 >20 min

ESCR (10% Igepal), F50 ASTM D 1693-A >10000 h

Contenido de negro de humo ASTM D 1603 ≥2 %

1) OIT: oxidation induction time

Duratec fabrica tuberías de HDPE a partir de resi-nas de excelente calidad, suministradas por provee-dores certificados bajo normas de la serie ISO 9000.Las tuberías y fittings se fabrican bajo normasnacionales e internacionales que garantizan su

calidad.A continuación, en las tablas 4.1 y 4.2 se presentauna descripción general con las especificacionestécnicas correspondientes a los grados de HDPEde uso más común, los grados PE 100 y PE 80.

materia prima