Tuberas y Fittingsde HDPE
ndice General1. 2.2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
Introduccin Ventajas
3 44 4 4 4 4 4 5 5 5
3.3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
Aplicaciones
4.4.1 4.2
Especificaciones tcnicas materia prima
Tabla: Especificaciones tcnicas PE 100 Tabla: Especificaciones tcnicas PE 80
5.5.1 5.2
Dimensiones para tuberas
Tubera HDPE PE 100 norma ISO 4427 Tubera HDPE norma DIN 8074
6.6.1
Dimensiones para fittings
1212 14 16 17 18 20 25 29 32 32 34
Codos segmentados para soldadura por termofusin 6.2 Tees segmentadas para soldadura por termofusin 6.3 Reducciones para soldadura por termofusin 6.4 Porta flanges (stub ends) para soldadura por termofusin 6.5 Fittings inyectados para soldadura tipo soquete 6.6 Fittings inyectados para soldadura por electrofusin 6.7 Fittings inyectados 6.8 Flanges 6.9 Uniones especiales 6.9.1 Unin roscada (Plasson o equivalente) 6.9.2 Unin tipo Victaulic
Minera Agricultura Sector pesquero rea sanitaria Industria qumica Industria en general
Resistencia qumica Servicio a largo plazo Bajo peso Coeficiente de friccin Sistemas de unin Resistencia/flexibilidad Resistencia a la abrasin Estabilidad a la intemperie Estabilidad ante cambios de temperatura
66 6 6 6 6 6
88 8
910 11
1
7.
Sistemas de unin
3535 35 37 39 40 40 40 41 42 44
10.
Consideraciones de diseo
5555 55 55 55 55 56 60 60 60 60 64 65 66 66
11.11.1 11.2
Control de calidad
Materia prima Tuberas
12. 13.13.1 13.2 13.3
Tabla de resistencia qumica Servicios al cliente
Anexos
9.9.1 9.2 9.3
2
Suministro Transporte Almacenamiento
53 53 54
Suministro, transporte y almacenamiento
53
52
8.5 8.5.1 8.5.2 8.5.3 8.5.4 8.6
50 50 51 51 52 52
Anexo A: Tabla dimensionales Anexo B: Normas de referencia relacionadas con tuberas y fittings de HDPE. Anexo C: Ejemplos de clculos C1: Clculo de prdida de carga utilizando frmulas de Hazen-Williams y Colebrook C2: Clculo de prdida de carga utilizando baco de Hazen-Williams C3: Clculo de prdida de carga utilizando los bacos de Manning C4: Clculo de b para la instalacin de vlvulas mariposa C5: Clculo de espaciamiento entre soportes areos C6: Teorema de Bernoulli para lquidos perfectos
Servicio de termofusin en terreno Asistencia tcnica Fabricacin de piezas especiales
8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5 8.1.6 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.4
Instalacin subterrnea Excavacin y preparacin del encamado Tendido de la tubera Expansin y contraccin trmicas Instalacin de fittings Pasada de pared Relleno y compactacin Instalacin superficial Dilatacin y contraccin trmicas Soportes guas Soportes anclajes Aplicaciones en conduccin de pulpas Instalacin bajo agua Unin y montaje Anclajes y pesos Lanzamiento al agua y hundimiento Instalacin en tendidos existentes (RELINING) Reparacin de lneas daadas Reparacin permanente Reparacin mecnica Reparacin de fittings Reparacin bajo el agua Precauciones de instalacin para fittings segmentados
45 45 45 46 46 47 47 47 47 48 48 49 49 49 49 50
8.
Instalacin
45
7.1 Uniones fijas 7.1.1 Soldadura a tope 7.1.2 Soldadura por electrofusin 7.1.3 Soldadura tipo soquete 7.2 Uniones desmontables 7.2.1 Stub ends y flanges 7.2.1.1Flanges tradicionales 7.2.1.2 IPP DeltaflexTM Flanges tipo Convoluted 7.2.2 Unin roscada (Plasson o equivalente) 7.2.3 Unin tipo Victaulic
10.1 Clculo hidrulico 10.1.1 Flujo bajo presin 10.1.2 Seleccin del dimetro interno de la tubera 10.1.3 Prdidas de carga a) Frmula de Hazen-Williams b) Frmula de Colebrook 10.1.4 Prdida de carga en singularidades 10.1.5 Flujo gravitacional a) Flujo a seccin llena b) Flujo a seccin parcial 10.1.6 Golpe de ariete 10.2 Curvas de regresin 10.3 Lmite de curvatura 10.4 Clculo de deflexiones
7171 71
72 7676 76 76
7777 79 80 80 81 82 86 87 89
1. IntroduccinintroduccinLa industria de materiales plsticos se ha desarrollado por alrededor de 100 aos, pero el polietileno (PE) fue descubierto en la dcada del 30. Los primeros PE eran de baja densidad y se utilizaron principalmente como conductores de cables. Los polietilenos de alta densidad (HDPE), utilizados hoy da en sistemas de tuberas, fueron desarrollados en los aos 50. Los sistemas de tuberas de HDPE ofrecen la oportunidad de utilizar ventajosamente las caractersticas tan particulares de este material y ocuparlas para resolver antiguos problemas y disear sistemas para aplicaciones donde los materiales tradicionales son inadecuados o demasiado costosos. Las tuberas de HDPE ofrecen mayores alternativas de diseo garantizando una larga vida til, economa en instalacin y equipos, minimizando los costos de mantencin, cuando las condiciones de operacin estn dentro de las capacidades de Vista frontal Planta Industrial temperatura y presin del material. Lo Chena, San Bernardo, Santiago. El desarrollo de tcnicas especiales de proceso y el mejoramiento de los equipos de produccin han permitido obtener cada vez mejores resinas, con las cuales se logran productos terminados nicos para la industria, tanto en calidad como en funcionamiento. Uno de los ms recientes desarrollos concierne a un grado de HDPE con propiedades de resistencia significativamente mayores que las del HDPE tradicional. Este nuevo grado, denominado PE 100, es usado particularmente en tuberas para agua a presin, obtenindose un ahorro en el espesor de pared de las tuberas en aproximadamente 35% comparado con una tubera de HDPE tradicional. En este catlogo se presentan las ventajas y principales aplicaciones de las tuberas y fittings de HDPE, las especificaciones tcnicas del material, los sistemas de unin, las consideraciones de diseo e instalacin, etc. Se ha dedicado un especial esfuerzo en la preparacin de los captulos de dimensiones de tuberas y fittings, cubriendo una amplia gama de productos que cumplen con las caractersticas dimensionales establecidas en normas internacionales. Duratec fabrica tuberas y fittings de HDPE a partir de resinas de excelente calidad suministradas por proveedores certificados bajo normas de la serie ISO 9000 y de acuerdo a las ms estrictas normas de fabricacin. La finalidad primordial de este catlogo es servir de material de apoyo, presentando informacin confiable con lo mejor de nuestro conocimiento y experiencia. Con este propsito, pretendemos mantener una exitosa relacin con nuestros clientes y ofrecerles el mejor servicio.
3
2. VentajasCuando se comparan con materiales tradicionales, los sistemas de tuberas de polietileno de alta densidad (HDPE) ofrecen significativos ahorros en los costos de instalacin y equipamiento, mayor libertad de diseo, bajo costo de mantencin y una larga vida til para la mayora de estos sistemas. Estos beneficios, ventajas y oportunidades de disminucin de costos se derivan de las propiedades y caractersticas nicas de las tuberas de HDPE.
2.4
Coeficiente de friccin
Debido a su gran resistencia qumica y a la abrasin, las tuberas de HDPE mantienen excelentes propiedades de escurrimiento durante su vida til. Gracias a sus paredes lisas y a las caractersticas de impermeabilidad del PE, es posible obtener una mayor capacidad de flujo y mnimas prdidas por friccin. Para los clculos de flujo bajo presin, se utiliza comnmente un factor C de 150 para la frmula de Hazen-Williams. Cuando el flujo es gravitacional, se utiliza un factor n de 0,009 para la frmula de Manning.
2.1
Resistencia qumica 2.5 Sistemas de uninLas tuberas de HDPE se pueden unir mediante termofusin por soldadura a tope, por electrofusin o bien por soldadura tipo soquete. El sistema de soldadura a tope es reconocido en la industria como un sistema de unin de gran confiabilidad, es costoefectivo, no requiere coplas, no se producen filtraciones y las uniones son ms resistentes que la tubera misma. Las tuberas tambin pueden unirse por medios mecnicos, tales como stub ends y flanges, coplas de compresin o uniones tipo Victaulic. No se pueden unir mediante solventes o adhesivos.
Para todos los propsitos prcticos, las tuberas de HDPE son qumicamente inertes. Existe slo un nmero muy reducido de fuertes productos qumicos que podran afectarlas. Los qumicos naturales del suelo no pueden atacarlas o causarles degradacin de ninguna forma. El HDPE no es conductor elctrico, por lo cual no son afectadas por la oxidacin o corrosin por accin electroltica. No permiten el crecimiento, ni son afectadas por algas, bacterias u hongos y son resistentes al ataque biolgico marino.
2.2
Servicio a largo plazo
La vida til estimada tradicionalmente para las tuberas de HDPE es superior a 50 aos para el transporte de agua a temperatura ambiente (20C). Para cada aplicacin en particular, las condiciones de operacin internas y externas pueden alterar la vida til o cambiar la base de diseo recomendada para alcanzar la misma vida til. Estas conclusiones son respaldadas por ms de veinte aos de experiencia real.
2.6
Resistencia/flexibilidad
2.3
Bajo peso
Las tuberas de HDPE pesan considerablemente menos que la mayora de las tuberas de materiales tradicionales. Su gravedad especfica es 0,950, flotan en agua. Son 70-90% ms livianas que el concreto, fierro o acero, haciendo ms fcil su manejo e instalacin. Importantes ahorros se obtienen en mano de obra y requerimiento de equipos.
La gran resistencia de las tuberas de HDPE es una importante caracterstica derivada de las propiedades qumicas y fsicas tanto del material como del mtodo de extrusin. La tubera no es frgil, es flexible, por lo que puede curvarse y absorber cargas de impacto en un amplio rango de temperaturas. Esta resistencia y flexibilidad permiten a la tubera absorber sobrepresiones, vibraciones y tensiones causadas por movimientos del terreno. Pueden deformarse sin dao permanente y sin efectos adversos sobre el servicio a largo plazo. Esto permite que sean instaladas sin problemas en terrenos con obstculos, ya que pueden colocarse en forma serpenteada, respetando ciertas tolerancias de curvatura (radios mnimos). Tambin se pueden colocar en zanjas estrechas, pues las uniones pueden efectuarse fuera de ella. La resistencia a la ruptura por tensiones ambien-
4
tales es muy alta, asegurando que no hay ningn efecto en el servicio a largo plazo si se producen rayas superficiales de una profundidad no mayor a 1/10 del espesor durante la instalacin. La resistencia extrema de las tuberas de HDPE es una de sus caractersticas excepcionales que permite innovar en el diseo de sistemas de tuberas.
2.7
Resistencia a la abrasin
Las tuberas de HDPE tienen un buen comportamiento en la conduccin de materiales altamente abrasivos, tales como relaves mineros. Numerosos ensayos han demostrado que las tuberas de HDPE con respecto a las de acero tienen un mejor desempeo en este tipo de servicio en una razn de 4:1. Han sido probadas en la mayora de las aplicaciones mineras, con excelentes resultados.
cos, es tan grande que no es necesario usar otros estabilizadores de luz o absorbedores UV. Si el negro de humo no es correctamente dispersado, algunas reas permanecern desprotegidas contra la exposicin ambiental, convirtindose en puntos dbiles donde el material se degradar ms rpidamente. En estas reas el material se torna frgil y podra ser el punto de partida para una falla. Por lo tanto, es vital lograr una buena dispersin para una proteccin homognea, lo cual se asegura cuando el negro de humo es adicionado en equipos apropiados para tal efecto. Ensayos de estabilidad indican que las tuberas de HDPE pueden estar instaladas o almacenadas a la intemperie en la mayora de los climas por perodos de muchos aos sin ningn dao o prdida de propiedades fsicas importantes.
2.9 2.8 Estabilidad a la intemperieLas tuberas de HDPE estn protegidas contra la degradacin que causan los rayos UV al ser expuestas a la luz directa del sol, ya que contienen un porcentaje de negro de humo, que adems, le otorga el color negro a estas tuberas. El negro de humo es el aditivo ms efectivo, capaz de aumentar las caractersticas de estabilidad a la intemperie de los materiales plsticos. La proteccin, que incluso niveles relativamente bajos de negro de humo imparten a los plsti-
Estabilidad ante cambios de temperatura
La exposicin de las tuberas de HDPE a cambios normales de temperatura no causa degradacin del material. Sin embargo, algunas propiedades fsicas y qumicas de la tubera podran cambiar si la temperatura es aumentada o disminuida. Para proteger el material contra la degradacin a altas temperaturas que podra ocurrir durante la fabricacin, almacenamiento o instalacin, se utilizan estabilizadores que protegen el material contra la degradacin trmica.
5
3. AplicacionesAlgunas aplicaciones tpicas que incluyen el uso de tuberas de HDPE son: cin al efectuar las uniones fuera de la zanja, sin necesidad de evacuarlas en el momento de instalar la tubera. Algunos ejemplos son: Redes de agua potable* Alcantarillado Adems, por sus caractersticas de flexibilidad, bajo peso, resistencia a aguas salinas, y adems por no permitir el crecimiento de algas u hongos propios de la biologa marina, son ideales para su utilizacin en medios subacuticos en diversas aplicaciones, tales como en emisarios submarinos. Para la identificacin de redes de agua potable, se utiliza el sistema de coextrusin de rayas azules a lo largo de la tubera.
3.1 MineraLas tuberas de HDPE han dado excelentes resultados al utilizarse en distintos procesos de aplicaciones mineras. Gracias a su alta resistencia a la abrasin y corrosin, facilidad de manejo e instalacin y buena resistencia mecnica, son ideales para: Conduccin de relaves Riego de pilas de lixiviacin Conduccin de soluciones cidas y alcalinas Conduccin de concentrados (pipelines) Sistema de combate contra incendios
3.2 AgriculturaSon variados los usos que las tuberas de PE tienen en la agricultura. Mediante el sistema de uniones desmontables resultan de rpido acople y desacople. Adems, por su flexibilidad se pueden enrollar permitiendo un fcil transporte (se pueden suministrar en rollos de 50, 100 o ms metros). Algunos ejemplos de aplicaciones son: Riego por goteo (PE lineal) Riego por aspersin Transporte de agua
3.5 Industria qumicaEn la industria qumica, las tuberas de HDPE han dado excelentes resultados. Gracias a su alta resistencia a la corrosin, a su resistencia qumica y a la abrasin, son ideales para: Conduccin de soluciones cidas y alcalinas Conduccin de productos qumicos Transporte de agua Sistema de combate contra incendios
3.6 Industria en general 3.3 Sector pesqueroEn las industrias pesqueras, las tuberas de HDPE se estn utilizando cada vez ms. Por ser livianas y de fcil manejo, adems de resistentes al agua salada y al ataque biolgico marino, resultan ideales para este tipo de aplicaciones, entre las cuales estn: Jaulas para el cultivo de salmones Descargas martimas Transporte de agua salada Los sistemas de tuberas de HDPE han sido utilizados exitosamente en cientos de aplicaciones, tanto generales como de alta especializacin, en todo tipo de industria. Las aplicaciones ms frecuentes son las siguientes: Transporte de aire comprimido y de ventilacin Proteccin de cables elctricos y telefnicos Conduccin de lquidos o gases a baja temperatura Transporte de gas, petrleo y sus derivados Transporte de aguas residuales corrosivas Conduccin de aguas Transporte neumtico Sistema de combate contra incendios.
3.4 rea sanitariaLas tuberas de HDPE presentan claras ventajas sobre otros materiales (acero, cemento comprimido, etc.), especialmente en su utilizacin en arranques domiciliarios y en zonas de napa fretica alta, en las cuales se facilita su instala-
6
4. Especificaciones tcnicasDuratec fabrica tuberas de HDPE a partir de resinas de excelente calidad, suministradas por proveedores certificados bajo normas de la serie ISO 9000. Las tuberas y fittings se fabrican bajo normas nacionales e internacionales que garantizan su
materia prima
calidad. A continuacin, en las tablas 4.1 y 4.2 se presenta una descripcin general con las especificaciones tcnicas correspondientes a los grados de HDPE de uso ms comn, los grados PE 100 y PE 80.
Tabla 4.1: Especificaciones tcnicas PE 100Propiedad Densidad (resina base) Densidad (compuesto) ndice de fluidez (190C/5Kg) Tensin mxima elstica Alargamiento a la rotura Mdulo de elasticidad T de reblandecimiento Vicat (1Kg) T de reblandecimiento Vicat (5Kg) Estabilidad trmica (OIT , 210C) ESCR (10% Igepal), F50 Contenido de negro de humo 1) OIT: oxidation induction time1)
Mtodo de prueba ISO 1183 ISO 1183 ISO 1133 ISO 6259 ISO 6259 ISO 527 ISO 306 ISO 306 ISO 10837 ASTM D 1693-A ASTM D 1603
Valor tpico 949 959 0,45 25 >600 1400 127 77 >20 >10000 2
Unidad Kg/m3 Kg/m3 g/10 min. MPa % MPa C C min. h %
Tabla 4.2: Especificaciones tcnicas PE 80Propiedad Densidad (resina base) Densidad (compuesto) ndice de fluidez (190C/5Kg) Tensin mxima elstica Alargamiento a la rotura Mdulo de elasticidad T de reblandecimiento Vicat (1Kg) T de reblandecimiento Vicat (5Kg) Estabilidad trmica (OIT1), 210C) ESCR (10% Igepal), F50 Contenido de negro de humo 1) OIT: oxidation induction time Mtodo de prueba ISO 1183 ISO 1183 ISO 1133 ISO 6259 ISO 6259 ISO 527 ISO 306 ISO 306 ISO 10837 ASTM D 1693-A ASTM D 1603 Valor tpico 945 955 0,85 21 >600 1000 125 72 >20 >10000 2 Unidad Kg/m3 Kg/m3 g/10 min MPa % MPa C C min h %
Nota: La resina de grado PE 63 est siendo cada vez menos comercializada, por lo cual en este catlogo no se incluyen sus especificaciones tcnicas.
8
5. Dimensiones para tuberasDe acuerdo a la normativa ISO, la designacin del material (por ejemplo, PE 100) se relaciona con el nivel de Resistencia Mnima Requerida, MRS (Minimum Required Strength) que se debe considerar en el diseo de tuberas para la conduccin de agua a 20C, por un tiempo de servicio de al menos 50 aos. La tensin de diseo s se obtiene al aplicar un coeficiente de diseo C sobre el valor MRS del material (C=1,25 para PE, norma ISO 12162). adimensional que identifica una clase de presin (a menor SDR, mayor presin). D e
SDR =
As, la ecuacin (5.1) tambin se puede escribir como: = p (SDR-1) 2
S = MRSC En la siguiente tabla se especifican los valores MRS y sus s correspondientes.
Todas las tuberas para servicios a presin se disean para resistir una presin hidrosttica interna especfica. Esta es la presin nominal PN, que indica la mxima presin de trabajo a la cual la lnea (sistema) completa puede ser sometida en operacin continua a una determinada temperatura. Cuando la tubera es sometida a una presin interna, se induce una tensin hidrosttica en la pared de la caera, de acuerdo a la siguiente ecuacin: = p (D-e) 2e (5.1)
A continuacin, en la tabla 5.1.1 se presentan las dimensiones de tuberas fabricadas con HDPE (polietileno de alta densidad) PE 100, de acuerdo a la norma ISO 4427. En la tabla 5.2.1 se muestra las dimensiones de tuberas segn la norma DIN 8074, versin 1999, con una tensin de diseo de 50 Kgf/cm2. Las dimensiones de tuberas PE 80 de acuerdo a la norma ISO 4427 y PE80 segn la norma DIN 8074 se presentan en el Anexo A del catlogo, en las tablas A.1 y A.2 respectivamente. Consideramos de inters sealar el procedimiento de clculo para la determinacin del espesor de pared de las tuberas a presin. A partir de la ecuacin (5.1) se obtiene la frmula para calcular el espesor de pared. e= PN D 2s + PN
Donde: PN = presin nominal, MPa D = dimetro externo de la tubera, mm S = tensin de diseo, MPa (1 MPa = 10 bar 10 Kgf/cm2 ) Con esta frmula y con las curvas de regresin (Cap. 10), es posible calcular para una tubera de un determinado dimetro externo el espesor de pared necesario para la vida til y temperatura de trabajo deseadas. Ejemplo: Cul es el espesor de pared necesario para una tubera de HDPE PE 100 de dimetro 200 mm, para un tiempo de vida til de 50 aos, operando a 20C, a una presin de 16 bar y que conduce agua? Considerando que para los requerimientos de tiempo de vida til (50 aos) y temperatura de servicio de 20C, la tensin de diseo para PE 100
Donde: = tensin inducida, MPa p = presin interna, MPa D = dimetro externo de la tubera, mm e = espesor de pared mnimo, mm Como para tuberas de la misma clase (presin de trabajo), la relacin dimetro/espesor es igual, se est difundiendo la clasificacin de las tuberas en funcin de esta relacin. Esta es la relacin dimensional estndar (SDR), un nmero
9
es S= 8 MPa = 80 bar (ver tabla anterior), se calcula el espesor de pared de acuerdo a la frmula anterior: e= 16 200 2 80 + 16 = 18,2 mm
Si observamos la tabla 5.1.1, vemos, en efecto, que para tuberas de HDPE PE 100, dimetro 200 mm, clase de presin PN 16, el espesor de pared mnimo es de 18,2 mm.
5.1 Tubera HDPE PE 100 norma ISO 4427Tabla 5.1.1: Dimensiones tubera HDPE-Duratec PE 100 (norma ISO 4427)
1) Dimetro nominal equivalente en pulgadas, como referencia con la norma ASME B36.10. 2) La relacin dimensional estndar SDR corresponde al cuociente entre el dimetro externo y el espesor de pared de la tubera. Es adimensional. 3) La presin nominal PN corresponde a la mxima presin de operacin admisible de la tubera a 20C, en bar. 4) Valores no cubiertos por la norma ISO 4427. En base a nuestra experiencia, recomendamos un espesor mnimo de 2,3 mm para estas medidas. Esta tabla se basa en las normas ISO 4427 e ISO 4065. Los pesos estn calculados en base a valores medios de dimetro y espesor, segn tolerancias especificadas en la norma ISO 11922-1.
Las cifras coloreadas en azul indican los dimetros (con sus respectivas presiones nominales) que actualmente puede fabricar 10 Duratec.
Tubera suministrada en rollos o tiras.
5.2 Tubera HDPE norma DIN 8074Tabla 5.2.1: Dimensiones tubera HDPE-Duratec, norma DIN 8074 (tensin de diseo s = 50 Kgf/cm2)
1) Dimetro nominal equivalente en pulgadas, como referencia con la norma ASME B36.10. 2) La relacin dimensional estndar SDR corresponde al cuociente entre el dimetro externo y el espesor de pared de la tubera. Es adimensional. 3) La presin nominal PN corresponde a la mxima presin de operacin admisible de la tubera a 20C, en bar. Esta tabla se basa en las normas DIN 8074, versin 1999. Los pesos estn calculados en base a valores medios de dimetro y espesor, segn tolerancias especificadas en la norma DIN 8074.
Las cifras coloreadas en azul indican los dimetros (con sus respectivas presiones nominales) que actualmente puede fabricar Duratec.
Tubera suministrada en rollos o tiras.
11
6. Dimensiones para fittings6.1 Codos segmentados para soldadura por termofusin
Tabla 6.1.1: Codo 90 ( + 2) y codo 60 (+ 2). Codo 90 (+ 2)15 Le
30
30
15
r
Z
Le
Z d
Codo 60 (+ 2)Z
Le15
30
rZ
La Tabla 6.1.1 se basa en la norma DIN 16963 Parte 1.
Le
15
d
12
Tabla 6.1.2: Codo 45 (+ 2) y codo 30 (+ 2) Codo 45 (+ 2)ZLe
22,5
11 ,2 5
Z
Le
11,25
r
d
Codo 30 (+ 2)
Z
30
Le
r
Z
La Tabla 6.1.2 se basa en la norma DIN 16963 Parte 1.
Le
d
13
6.2
Tees segmentadas para soldadura por termofusin
Tabla 6.2.1: Tee 90 (+ 2) y Tee 60 45 (+ 2) Tee 90 (+ 2)d
Z
90
Le
d Le Z L Z Le
Tee 60 o 45 (+ 2)d
Z1
Le
60 Le Z2 Z1 L
45 d Le
La Tabla 6.2.1 se basa en la norma DIN 16963 Parte 2. Tee 45 se fabrica como pieza especial, dimensiones no cubiertas por norma DIN 16963.
14
Tabla 6.2.2: Tee 90 (+2) con reduccin concntrica/excntrica Tee 90 (+ 2) con reduccin concntrica d2 > d1/2d2
Z2
90
Le Z1 L Z1
Le
Tee 90 (+ 2) con reduccin excntrica d2 > d1/2 d2
Z3
90
La Tabla 6.2.2 se basa en la norma DIN 16963 Partes 2 y 13.
Le Z1 L Z1
Le
d1
d1
15
6.3
Reducciones para soldadura por termofusinTabla 6.3.2: Reduccin excntrica
Tabla 6.3.1: Reduccin concntrica
Reduccin concntrica d2 > d1/2
L1 L2
Reduccin excntrica d2 > d1/2
Z
L1 L2
Z1Z1
d1
Z2
d2
d1
Z2d2
Las Tablas 6.3.1 y 6.3.2 se basan en la norma DIN 16963 Parte 13.
16
6.4
Porta flanges (stub ends) para soldadura por termofusinr1
Tabla 6.4.1: Porta flange corto/largo para empaquetadura plana
d4
h1 h2 Z1
r2
Stub end corto para empaquetadura planar1
d4
d5r2Z2
h1 h2
Stub end largo para empaquetadura plana
r1r130
La Tabla 6.4.1 se basa en la norma DIN 16963 Parte 4. d5 : dimetro interno del stub end. Corresponde al dimetro interno de la tubera a unir. Cuando se instalan vlvulas mariposa, normalmente el disco topa internamente con el stub end, por lo cual es necesario biselar el borde interno a fin de permitir el libre giro del disco de la vlvula. En el anexo C.4 se muestra un ejemplo y el procedimiento recomendado para este clculo.
bd5 d1 d3
30
b
d4
d4
30
h1 h2 Z1
r2
Stub end corto para instalacin de vlvula mariposa.
30
r2h1 h2 Z2
d5 d1 d3
Stub end largo para instalacin de vlvula mariposa.
d5 d1 d3
d1
d3
17
6.5
Fittings inyectados para soldadura tipo soquete
Dimensiones segn catlogo George Fischer, PE 80, SDR 11 (PN 12,5)
Tabla 6.5.1: Codo 90Codo 90
d1 Z L
d Z L
Tabla 6.5.2: Codo 45Codo 45L Z d1 d
Z L
Tabla 6.5.3: Tee 90Tee 90d1
L
Z L
d Z L
Tabla 6.5.4: CoplaCopla
d1 d
Z L
18
Tabla 6.5.5: TapnTapn
d1 d
L
Tabla 6.5.6: Stub endH
d1
d
d2
Z L
Tabla 6.5.7: Reduccin concntrica
d
d1
Z L
19
6.6
Fittings inyectados para soldadura por electrofusin
Dimensiones segn catlogo George Fischer, PE 100, SDR 11 (PN 16)
Tabla 6.6.1: Codo 90L Z L1
z L L1
d d1
D= 20 a 63 mm (con abrazadera integrada)
D= 90 a 180 mm
Tabla 6.6.2: Codo 45L L1 ZZ L L1d d1
d d1
D= 32 a 63 mm (con abrazadera integrada)
D= 90 a 180 mm
Tabla 6.6.3: Arranque de derivacin
d1
d
20
d1
d
Tabla 6.6.4: Collar de arranque rotatorio 360 Disponible versin con vlvula (rango 63 x 63 a 225 x 63 mm)
z
L1
H
H1
d1
21
Tabla 6.6.5: Copla
d
d1
L
L
d= 20 a 63 mm (con abrazadera integrada)
d= 75 a 400 mm
Tabla 6.6.6: Reduccin concntrica
d1 d
d1
d
d1 d
d2
L2
Z L
L1
L2
Z L
L1
d= 25 x 20 mm a 63 x 50 mm (con abrazadera integrada)
d= 90 x 63 mm a 180 x 125 mm
22
d2
Tabla 6.6.7: Tapn
L
Tabla 6.6.8: Tee 90L z L1
d1
d
L Zd d1
L1d d1
Z1
Z1
H
d= 20 a 63 mm (con abrazadera integrada)
d= 90 a 180 mm
H
23
Tabla 6.6.9: Codo 90 PE/Bronce Macho Hes
R
PE 100
SDR 11d d1
L
Tabla 6.6.10: Copla PE/Bronce Hembra Hi.1
sRp d d1
L
Tabla 6.6.11: Copla PE/Bronce Macho He.
s
L
24
d1
R
d
6.7 Fittings inyectadosDimensiones segn catlogo George Fischer, PE 100 norma ISO 4427, SDR 17/17,6 (PN 10). Estos fittings tambin se encuentran disponibles en SDR 11 (PN 16).Tabla 6.7.1: Codo 90
Adems se dispone de fittings inyectados en PE 80 norma ISO 4427.
e d z
Tabla 6.7.2: Codo 45d
z
e
L
z
L
z
25
Tabla 6.7.3: Curva 90. Disponible slo en PN16
e
R
L
Z
Tabla 6.7.4: Tee 90z1
z
L
e d
26
d
Tabla 6.7.5: Tee reduccin 90z1
L1
z
L
d
e
Tabla 6.7.6: Tapn
e1z
d1L z L1d1 d2
Tabla 6.7.7: Stub end
d
e
e
L
d
27
Tabla 6.7.8: Reduccin concntrica.
e
L z
L1
Tabla 6.7.9: Curva 90. Disponible slo para soldadura a tope.e
r
z
28
e1 d1d
d
6.8 FlangesTabla 6.8.1: Flanges volantes y ciegos.
d2 b
d1 k D
29
Tabla 6.8.2: Flange de respaldo Tipo Convoluted IPP DeltaflexTM. Combinacin ANSI/DIN con dimetro interno modificado.
Utilizacin : Sistemas de tuberas termoplsticas de HDPE y PP. Material : Hierro dctil, ASTM A436-84. Dimensiones : Compatibles con todos los flanges Clase 150, ANSI B16.5, B16.47, B16.1, AWWA C207, 2D, 4E.
d1
b T
Porta Flanger c a
d
T(1,2 y 3)
b c a
30
Tabla 6.8.3: Flange de respaldo Tipo Convoluted IPP DeltaflexTM. DIMENSIONES METRICAS ISO/DIN.
Utilizacin Material Dimensiones Terminaciones
: Flange de respaldo para ser usado en tuberas mtricas, DIN, British Standard. : Fundiciones en hierro dctil GGG40. : Compatibles con DIN 2501, PN 10 y PN 16. Presiones nominales PN 16; PN 10; PN 6; PN 4. : Antixido rojo, galvanizado en caliente, pintura epxica.
31
6.9 Uniones especiales 6.9.1 Unin roscada (Plasson o equivalente).
7220 Adaptador Flange 50 x 1 1/2 50 x 2 63 x 2 75 x 2 1/2 90 x 3 90 x 4 110 x 4
7030 Adaptador Hembra Hi 16 x 1/2 16 x 3/4 20 x 1/2 20 x 3/4 20 x 1 25 x 3/4 25 x 1 32 x 3/4 32 x 1 32 x 1 1/4 40 x 1 40 x 1 1/4 40 x 1 1/2 50 x 1 1/4 50 x 1 1/2 50 x 2 63 x 1 1/4 63 x 1 1/2 63 x 2 75 x 2 75 x 2 1/2 90 x 2 90 x 3 90 x 4 110 x 3 110 x 4
7020 Adaptador Macho He 16 16 16 20 20 20 25 25 25 32 32 32 32 40 40 40 40 x x x x x x x x x x x x x x x x x 3/8 1/2 3/4 1/2 3/4 1 1/2 3/4 1 3/4 1 1 1/4 1 1/2 1 1 1/4 1 1/2 2 50 50 50 50 63 63 63 63 75 75 75 90 90 90 90 110 110 110 x x x x x x x x x x x x x x x x x x 1 1 1/4 1 1/2 2 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 2 2 1/2 3 2 2 1/2 3 4 2 3 4
7050 Codo 90 16 x 16 20 x 20 25 x 25 32 x 32 40 x 40 50 x 50 63 x 63 75 x 75 90 x 90 110 x 110
7460 Codo 45 40 x 40 50 x 50 63 x 63 75 x 75 90 x 90 110 x 110
7150 Codo 90 Hembra Hi 16 20 20 25 25 32 32 32 40 40 40 40 x x x x x x x x x x x x 1/2 1/2 3/4 3/4 1 3/4 1 1 1/4 1 1 1/4 1 1/2 2 50 50 50 50 63 63 63 75 75 75 x x x x x x x x x x 1 1 1/4 1 1/2 2 1 1/4 1 1/2 2 2 2 1/2 3
7850 Codo 90 Macho He 20 20 25 25 25 32 40 40 40 50 50 50 x x x x x x x x x x x x 1/2 3/4 1/2 3/4 1 1 1 1 1/4 1 1/2 1 1 1/4 1 1/2 63 x 1 63 x 1 1/2 63 x 2 75 x 2 1/2 75 x 3 90 x 3 110 x 41/4
7010 Copla 16 x 16 20 x 20 25 x 25 32 x 32 40 x 40 50 x 50 63 x 63 75 x 75 90 x 90 110 x 110
32
7110 Copla Reduccin 20 25 25 32 32 40 40 50 50 50 x x x x x x x x x x 16 16 20 20 25 25 32 25 32 40 63 x 25 63 x 32 63 x 40 63 x 50 75 x 50 75 x 63 90 x 63 90 x 75 110 x 90
7120 Tapn 25 32 40 50 63 75 90 110
7040 Tee 90 16 x 16 x 16 20 x 20 x 20 25 x 25 x 25 32 x 32 x 32 40 x 40 x 40 50 x 50 x 50 63 x 63 x 63 75 x 75 x 75 90 x 90 x 90 110 x 110 x 110
7140 Tee 90 Hembra Hi 16 16 20 20 20 25 25 25 25 25 32 32 32 32 32 x 1/2 x 3/4 x 1/2 x 3/4 x 3/4 x 1/2 x 3/4 x 3/4 x 1 x 11/4 x 3/4 x 1 x 1 x 11/4 x 11/2 x 16 40 x 16 40 x 20 40 x 16 40 x 20 50 x 25 50 x 20 63 x 25 63 x 25 63 x 25 75 x 32 75 x 25 75 x 32 90 x 32 110 x 32 x 1 x 11/4 x 11/2 x 2 x 11/2 x 2 x 11/4 x 11/2 x 2 x 2 x 21/2 x 3 x 3 x 4 x 40 x 40 x 40 x 40 x 50 x 50 x 63 x 63 x 63 x 75 x 75 x 75 x 90 x110
7840 Tee 90 Macho He 20 x 20 x 25 x 25 x 32 x 40 x 40 x 50 x 50 x 63 x 63 x 63 x 1/2 3/4 1/2 3/4 1 11/4 11/2 11/4 11/2 11/4 11/2 2 x x x x x x x x x x x x 20 20 25 25 32 40 40 50 50 63 63 63
7340 Tee Reduccin 90 20 25 32 40 50 50 50 63 63 63 75 x x x x x x x x x x x 16 20 25 32 25 32 40 32 40 50 63 x x x x x x x x x x x 20 25 32 40 50 50 50 63 63 63 75
Presiones de trabajo: Dimetros de 16 a 63 mm Dimetros de 75 a 110 mm : PN 16 : PN 10
Nota: Los cdigos indicados corresponden a productos marca Plasson. Se suministran fittings equivalentes en otras marcas. Tambin se suministran fittings roscados en dimetro 125 mm. Pedidos bajo consulta al Departamento Comercial de Duratec.
33
6.9.2
Unin tipo Victaulic
Tabla 6.9.2.1: Unin Victaulic estilo 995
Nota: Si desea obtener informacin sobre las empaquetaduras disponibles, rango de temperatura de servicio y especificaciones de materiales, consulte al Departamento Tcnico de Duratec.
Ampliado para mayor claridadY Z
X
Tamaos de 90 a 315 mmY Z
Y
Z
X
X
Tamao de 355 mm
Tamaos de 400 a 500 mm
34
7. Sistemas
de unin
La eleccin del sistema de unin depende de las condiciones operacionales (presin, temperatura) en que las tuberas y fittings van a ser utilizados, de las caractersticas del fluido que van a conducir y del dimetro requerido. Las tuberas y fittings de HDPE se pueden unir mediante dos sistemas: Uniones fijas. Uniones desmontables.
7.1
Uniones fijas
El sistema de uniones fijas se basa en el proceso de termofusin y consiste bsicamente en someter los materiales que hay que unir a una determinada temperatura y por un tiempo tal, que los materiales entren en fusin. Luego se unen las superficies fundidas bajo cierta presin, ocasionando la interaccin de las masas fundidas que, al enfriar, forman un cuerpo nico que mantiene las mismas propiedades y caractersticas de los materiales originales. La soldadura por termofusin es la forma ms tradicional para unir tuberas. Ofrece facilidad de ejecucin, seguridad y bajo costo. Entre los mtodos de termofusin ms usados, encontramos: 7.1.1 Soldadura a tope (butt fusion). 7.1.2 Soldadura por electrofusin (electrofusion). 7.1.3 Soldadura tipo soquete (socket fusion).
dar y moverlas longitudinalmente, presionando las superficies de tope de una tubera contra la otra, con una presin o fuerza determinada y registrable. Disco de soldadura o placa calefactora. Un disco, generalmente de aluminio, con resistencias elctricas embutidas, controladas a travs de un termostato a fin de mantener una temperatura determinada, constante, en las superficies del disco. Refrentador. Dispositivo rotativo, de accionamiento manual o motorizado, provisto de lminas de corte, con la finalidad de dejar paralelas las superficies de tope de las tuberas que van a ser unidas. Accesorios. Casquillos de reduccin para diversos dimetros de tuberas; dispositivos para sostener conexiones y stub ends. Carpa. Para proteccin en caso de temperaturas bajas o condiciones climticas adversas (lluvia, viento, nieve). Tambin es necesaria su utilizacin cuando existe polvo en el medio ambiente. Termmetro. Termmetro digital con una sonda de superficie para chequear regularmente la temperatura de la placa calefactora. Adems se recomienda contar con: Herramienta para sacar virutas internas y externas. Material de limpieza, gnero de algodn limpio y sin pelusas o toalla de papel y agente desengrasante. Cortadores de tuberas de HDPE. Termmetro para medir la temperatura del aire. Marcador indeleble para HDPE. Cronmetro. Antes de comenzar el proceso de soldadura, es recomendable chequear que: En caso de que existan condiciones climticas adversas, como lluvia, viento o nieve, o cuando la temperatura cae bajo 5C o sube de 45C, deben tomarse acciones apropiadas para conseguir una temperatura adecuada, cubriendo la zona de fusin con una carpa u otro elemento protector.
7.1.1
Soldadura a tope
Es el procedimiento ms tradicional y utilizado, siendo aplicado ms comnmente en tuberas y fittings de ms de 63 mm de dimetro y de la misma Clase o SDR (relacin dimetro externo/ espesor). No debe emplearse para unir tuberas o fittings de diferentes espesores. Este sistema es reconocido en la industria como un sistema de unin de gran confiabilidad. No se producen filtraciones y las uniones son ms resistentes que la tubera misma. Este mtodo exige un equipo de soldadura constituido bsicamente de: Mquina bsica o unidad de fuerza. Capaz de sostener y alinear las dos tuberas a sol-
35
La mquina de termofusin est completa y sin daos. La placa calefactora est limpia y que se hayan removido los residuos de soldaduras anteriores. El soldador calificado conozca los parmetros correctos para la mquina y la tubera que se est
soldando. La placa calefactora est a la temperatura correcta (conectar la placa a la corriente y mantener durante 20 minutos en una caja aislada). Las tuberas y/o fittings a unir sean del mismo dimetro, SDR y material.
Procedimiento:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Montar la tubera en la mquina y limpiar los extremos con un pao limpio para remover el polvo, agua, grasa o cualquier material extrao.
Introducir el refrentador entre ambos extremos y efectuar el refrentado simultneo de ambas caras. Este procedimiento se debe realizar aunque los extremos de las tuberas estn lisos. Separar las tuberas y limpiar las cuchillas y los extremos retirando las virutas residuales. No tocar las superficies preparadas. Verificar que los extremos hayan quedado completamente planos, alineados, paralelos y que se enfrenten en toda la superficie a ser fusionada (la diferencia mxima permitida en la alineacin de los dimetros externos de tuberas o fittings por unir es del 10% del espesor de la tubera). Es conveniente chequear que las abrazaderas de la mquina de soldar sujeten firmemente ambos extremos, de manera que no haya posibilidad de deslizamiento durante el proceso de fusin. Limpiar las superficies que van a ser soldadas con un pao limpio y agente desengrasante. Verificar que el disco calefactor est limpio y a la temperatura correcta(*) e insertarlo entre las tuberas que se van a soldar. Poner en contacto ambas caras con el disco calefactor aplicando una leve presin (*). Cuando se ha formado un cordn en toda la circunferencia de las tuberas, cuidadosamente se apartan los extremos de las tuberas del disco calefactor y ste se retira. (En caso que el material ablandado se pegue al disco calefactor, no se debe continuar con la unin. Limpiar el disco calefactor, volver a refrentar los extremos y comenzar nuevamente). Unir rpidamente las superficies fundidas sin juntarlas de golpe. Aplicar una presin suficiente (*) para formar un doble cordn en el cuerpo de la tubera alrededor de su circunferencia completa. Cada mquina soldadora posee sus propios parmetros de soldadura (temperatura, tiempo, presin de calentamiento, presin de fusin, etc.). Estos parmetros son controlados automticamente por el microprocesador de la mquina.
Se debe esperar a que la unin se enfre y solidifique apropiadamente. Transcurrido el tiempo de enfriamiento se retiran las abrazaderas y se inspecciona la apariencia de la unin. Es recomendable que las uniones sean marcadas con las iniciales del soldador calificado y adems sean numeradas con un marcador indeleble indicando la fecha y la hora de trmino del proceso de fusin.
(*) temperatura presin de contacto y caractersticas de la tubera y del 36 Los valores deconocer estos de fusin,necesita mayor informacin sobre estedel cordn de fusin, dependen del espesorTcnico de Duratec.material a unir. Si desea valores o procedimiento, consulte al Departamento
7.1.2
Soldadura por electrofusinte dependiente de la limpieza de la conexin y la tubera, de la calidad de la conexin y de la fuente de corriente alterna. Adicionalmente, los fittings de electrofusin tienen indicadores de fusin que permiten tener otro indicador de una correcta fusin. La soldadura por electrofusin ha logrado mucha aceptacin para tuberas de gas, especialmente en Europa. Hoy da se dispone de sistemas bastante sofisticados, donde las conexiones poseen cdigos de barras que son ledos por el equipo de soldadura, autoprogramndose para la intensidad de corriente y tiempo respectivos para una determinada pieza, disminuyendo prcticamente a cero la posibilidad de error en los parmetros de la soldadura.
En la soldadura por electrofusin se utilizan fittings especiales provistos internamente de una resistencia elctrica en espiral, cuyas extremidades son conectadas a terminales (plugs) que se localizan en la parte externa de la pieza. Una fuente de corriente alterna es conectada a los terminales y se aplica una descarga elctrica de intensidad y tiempo controlados, a travs de la resistencia elctrica, haciendo que, por efecto Joule, la superficie interna de la conexin y la externa de la tubera se fundan. De esta manera las masas interactan, y con el cesar de la corriente elctrica se enfran naturalmente, formando un cuerpo nico. Es una soldadura muy eficaz y segura, prcticamente independiente del soldador, pero bastan-
Procedimiento:
1.
Cortar la tubera a escuadra usando un cortador especial.
2.
Limpiar la zona de fusin de la tubera con un pao limpio y seco y raspar la circunferencia completa verificando que se extraiga una cinta continua de PE.
3.
Con un pao limpio, retirar la grasa de la zona de fusin, usando un agente de limpieza adecuado (isopropanol o etanol).
4.
Marcar la profundidad de insercin en la tubera.
5.
Sacar el fitting de su envoltorio. Si se tocan con las manos las zonas de fusin, stas se deben limpiar de grasa segn se describi en el punto 3.
6.a
Deslizar el fitting sobre la tubera hasta la marca o hasta el limitador central y apretar ambos tornillos de la abrazadera integrada, o
37
Sostener la tubera con el fitting ensamblado en un alineador con abrazaderas.
6.b
Deslizar la segunda tubera ya preparada dentro del fitting, hasta la marca o hasta el limitador central y apretar ambos tornillos de la abrazadera integrada, o
7.a
7.b
Sujetar la tubera en el alineador con abrazaderas.
Una vez completado el ciclo de fusin, se deben chequear los indicadores de fusin. Desconectar los cables del fitting, dejando sujeta la tubera durante el ciclo de enfriamiento recomendado por el proveedor del fitting. No se debe realizar ninguna prueba de presin hasta completar los tiempos mnimos de enfriamiento y de espera recomendados.
8.
Conectar el fitting a la unidad de control. Encender la unidad de control. Conectar los cables de salida de la unidad de control.
9.
Ingresar los datos de fusin por medio de una tarjeta magntica o un cdigo de barras. Revisar la informacin en la pantalla de la unidad de control. Iniciar la fusin.
Nota: Durante el proceso de fusin, no debe existir cargas o esfuerzos entre la tubera y la zona de fusin.
Los fittings para electrofusin se suministran con una tarjeta magntica con un cdigo de barras que contiene toda la informacin relacionada con el producto y el proceso de fusin. La zona de fusin debe ser protegida de las inclemencias del tiempo como lluvia, viento o nieve. La calidad de la fusin depende en gran medida del cuidado que se tenga en la etapa de preparacin del proceso. Para realizar la electrofusin se necesita un generador monofsico de corriente alterna de 220V/ 50Hz, con una capacidad mnima de 5KVA. Las unidades de control cuentan con un microprocesador que controla todas las funciones en forma confiable y segura y estn provistas de una
tarjeta magntica de control. La memoria de registro garantiza que toda la informacin registrada es almacenada automticamente en el sistema. Adems, cuentan con un sistema de tarjetas personalizadas para identificar al operador y proteger la unidad de control contra malos usos; el nmero de tarjeta del operador ingresa automticamente al registro de datos de la unidad de control. Al conectar un lpiz lector de cdigo de barras a la unidad de control, es posible transferir los datos del proceso de fusin desde un cdigo de barras hasta la unidad de control, facilitando aun ms el procedimiento.
Nota: Si desea cualquier informacin adicional sobre el proceso de electrofusin y los equipos utilizados, contctese con el Departamento Tcnico de Duratec.
38
7.1.3
Soldadura tipo soqueteprecisin dimensional de los moldes de calentamiento y de las conexiones, y de respetar los parmetros de soldadura. Un buen procedimiento recomienda la utilizacin de accesorios como: Moldes para la calibracin de profundidad de penetracin. Cortador especial para un corte perpendicular de las tuberas. Cold-ring, un tipo de abrazadera empleado en la tubera, cuya funcin es disminuir la posible ovalizacin de la misma, limitar la profundidad de penetracin de la tubera en la conexin, servir de apoyo para el soldador y comprimir la masa fundida expelida en la soldadura contra la cara de la conexin. En la figura 7.1 se ilustra este procedimiento.
Este procedimiento se utiliza ms bien para unir tuberas y conexiones de dimetros pequeos, hasta 125 mm. Su nombre viene de la utilizacin de conexiones en cuya extremidad la tubera se inserta, ejerciendo una presin de la masa fundida de la conexin contra la masa fundida de la tubera, soldando la superficie interna de la conexin con la externa de la tubera. La soldadura necesita, bsicamente, de una placa de soldadura con temperatura controlada, provista de un molde macho antiadherente que calentar la superficie interna de la conexin y un molde hembra antiadherente, que calentar la superficie externa de la tubera. El procedimiento puede ser manual o a travs de una pequea mquina, responsable de mantener el alineamiento de la tubera y de la conexin. Es un proceso rpido y prctico, donde la calidad de la soldadura depende principalmente de la
Figura 7.1
Conexin
Elemento calefactor
Tubera
Calentamiento
Unin soldada
39
7.2
Uniones desmontables
7.2.1 Stub ends y flanges 7.2.1.1 Flanges tradicionalesEste sistema es utilizado principalmente para acoplamientos a bombas, vlvulas, etc. Tambin es til si se trata de instalaciones que sern desmontadas a futuro. Para realizar esta unin se requiere: Stub end o porta flange. Flange. Pernos con tuerca o esprragos con tuercas.
Las uniones desmontables permiten una instalacin fcil y rpida; sirven no slo para unir tuberas entre s, sino que tambin para unir tuberas a vlvulas, accesorios y otros equipos. Los sistemas ms comunes son: 7.2.1 Stub ends y flanges. 7.2.2 Unin roscada (Plasson o equivalente). 7.2.3 Unin tipo Victaulic.
Figura 7.2
Tubera de acero con flange
Stub end Stub end Pernos
Tubera de HDPE
Soldadura a tope Flange Flange
Flanges Stub end
Stub end
Tubera de HDPE
Soldadura a tope
Pernos Soldadura a tope
La figura 7.2 ilustra el mtodo de unin con flanges para unir tuberas de HDPE entre s o a tuberas de otros materiales. Pueden utilizarse empaquetaduras entre los stub ends aunque a veces no es necesario. Se debe aplicar un torque suficiente a los pernos para prevenir filtraciones. Luego de la instalacin inicial y el apriete de las conexiones, es una buena prctica permitir que las conexiones se ajusten por un perodo de tiempo (usualmente un par de horas). Transcurrido este perodo se debe realizar un apriete final de los pernos; de esta manera se logra sellar la unin.
40
7.2.1.2 IPP DeltaflexTM Flanges tipo ConvolutedGracias a las sofisticadas herramientas computacionales de que se dispone hoy da, se ha podido realizar un extenso trabajo de investigacin para disear una moderna lnea de flanges de excelente rendimiento. A esta nueva generacin de flanges se les denomina flanges tipo Convoluted, en los que se ha logrado redistribuir la masa del flange para alcanzar la mxima resistencia y el mnimo peso. Las piezas son livianas y fciles de manipular e instalar. En la figura 7.3 se muestra un flange tipo Convoluted IPP DeltaflexTM. Histricamente se tuvo la impresin de que el nico mtodo para reducir el costo de un determinado flange era hacerlo ms delgado; como resultado se obtena un flange de menor resistencia. La normalizacin existente para flanges fue desarrollada para tuberas metlicas hace ya muchos aos. Los flanges tradicionales son soldados a la tubera metlica (acero carbono por ejemplo) y cuando se apernan, las fuerzas opuestas se neutralizan unas a otras a travs de la empaquetadura que cubre la unin completa de las caras de ambos flanges. Esto crea una unin estable. Cuando esta misma aplicacin se utiliza para HDPE, los flanges quedan flotando libremente y son capaces de elevarse como una viga en balanceo y rotar sobre el borde del stub end, crendose una fuerza rotacional alrededor del borde. Esto crea niveles de tensin de aproximadamente el doble de magnitud que para aplicaciones tradicionales en tuberas metlicas, excediendo el lmite de resistencia del material del flange. Este nuevo diseo incorpora ciertas caractersticas que lo hacen seguro y costoefectivo. Se ha logrado reducir el tamao y el costo logrando flanges de alto rendimiento para sistemas de tuberas de HDPE, debido a que la masa total, comparada con un flange tradicional, se ha disminuido en un 30% o ms y se ha redistribuido en una configuracin que mejora notablemente el funcionamiento de los flanges tradicionales. En la figura 7.4 se aprecia su diseo y la manera en que se asienta en el stub end de HDPE y se aperna a su contraparte. Las flanges tipo Convoluted IPP DeltaflexTM han sido incorporados por las principales empresas de ingeniera en los ms grandes proyectos alrededor del mundo y han probado su excelente desempeo en algunas de las aplicaciones ms crticas.
Figura 7.3
Figura 7.4Flange tipo Convoluted Tuerca Stub end Tubera de HDPE Flange tipo Convoluted Perno Stub end Tubera de HDPE
41
7.2.2
Unin roscada (Plasson o equivalente)o junta de goma ha sido rediseado con un perfil trapezoidal, para permitir una introduccin rpida y fcil de la tubera, sin la necesidad de retirar la tuerca del fitting. Los dimetros 16 a 32 mm no han sido modificados. A continuacin se muestra los componentes y las instrucciones de instalacin.
Este tipo de unin permite un rpido acople y desacople, gran estanqueidad y resistencia a esfuerzos axiales. Son bastante utilizadas en riego e industrias en general. Se utilizan principalmente en dimetros entre 20 y 110 mm. Recientemente, Plasson ha desarrollado un nuevo diseo de fittings de compresin, en tamaos intermedios de 40, 50 y 63 mm, en el cual el sello
Detalle de componentes Ampliacin del perfil de pieza N 2
1
2
3
4
1 2 3 4
Cuerpo Sello o junta de goma Casquillo de apriete Tuerca
Instrucciones de instalacin para fittings de 16 a 63 mmTope interno
1.
Cortar la tubera a escuadra, remover las virutas. Desatornillar la tuerca hasta su ltimo hilo, dejndola conectada al fitting mientras se inserta la tubera.
2.
Introducir la tubera con un movimiento circular* dentro del fitting, pasando el casquillo de apriete y la junta de goma hasta llegar al tope interno del fitting. Girar firmemente la tuerca en direccin del cuerpo del fitting, usando una llave Plasson (o similar) en los tamaos 40 mm y mayores.
Cerrar firmemente la tuerca (no es necesario el contacto con el cuerpo central del fitting). * A fin de facilitar la introduccin, es conveniente lubricar y biselar la tubera (usar lubricante silicona).
3.
42
De la misma forma, Plasson ha completado el desarrollo de un nuevo diseo para los fittings de compresin de dimetros grandes, es decir, tamaos 75, 90 y 110 mm. El nuevo diseo involucra cambios en la tuerca, sello, inserto de PP y casquillo de apriete. Debido
a la nueva forma de diseo del fitting, no es necesario que la tuerca sea totalmente desatornillada antes del montaje. A continuacin se muestran los componentes y las instrucciones de instalacin para los fittings de 75, 90 y 110 mm.
Detalle de componentes
1
2
3
4
5
1 2 3 4 5
Cuerpo Sello o junta de goma Inserto de PP Casquillo de apriete Tuerca
Instrucciones de instalacin para fittings de 75 a 110 mm
1.
Desatornillar la tuerca para permitir que los componentes se separen y que se inserte la tubera. Cuando se desaprietan, todos los componentes tienen un dimetro interno levemente mayor que el dimetro externo de la tubera.
2.
Insertar la tubera hasta que llegue a tocar perpendicularmente el cuerpo del fitting.
3.
Cerrar firmemente la tuerca con una llave Plasson (o similar). El apriete final restringe fsicamente la tubera y completa la compresin del sello, originando una unin simple pero completamente efectiva (sin filtraciones).
43
7.2.3
Unin tipo Victauliccesidad de un equipo de termofusin. Figura 7.5. Los acoplamientos mtricos estilo 995 vienen con empaquetadura de grado E (rango de temperatura de -34C a 110C), para servicio de agua dentro del rango recomendado de temperatura, adems de una variedad de cidos diluidos, numerosos productos qumicos y aire libre de aceite. No se recomienda para servicio de petrleo. Tambin se encuentra disponible una empaquetadura de grado T (rango de temperatura de -29C a 82C) para servicio de petrleo, aire con vapores de aceite, aceites vegetales y minerales, dentro del rango de temperatura especificado.
Las uniones tipo Victaulic renen las ventajas de la rapidez de la instalacin, integridad del diseo y confiabilidad del funcionamiento. El acoplamiento mtrico estilo 995 est diseado especficamente para unir mecnicamente la tubera de HDPE de tamaos mtricos de las especificaciones dimensionales ISO 161-1 y DIN 8074 para SDR de 32,5 a 7,3. El acoplamiento cuenta con hileras de dientes de sujecin integrales en ambos lados de la carcaza. A medida que se aprietan las carcazas, los pernos fuerzan a los dientes a morder la tubera. Este diseo permite unir directamente tuberas de HDPE sin ne-
Figura 7.5
Tubera de HDPE
Empaquetadura de goma
Dientes de sujecin
Pernos / Tuercas Carcaza
Ampliado para mayor claridad
44
8.8.1
InstalacinInstalacin subterrneazado hasta la profundidad adecuada de la zanja. Adems, se debe considerar todas las precauciones necesarias para prevenir derrumbes, que pueden originarse por la presencia de equipamiento de construccin cerca del borde de una excavacin o por condiciones climticas adversas.
En esta seccin se entregan las consideraciones generales y recomendaciones para la instalacin de tuberas de HDPE bajo tierra.
8.1.1 Excavacin y preparacin del encamadoDebido a que las tuberas de HDPE se pueden unir en largos tramos sobre la superficie, basta excavar zanjas angostas que permitan instalarlas, lo que se traduce en una economa en los costos de instalacin. Gracias a la facilidad de manejo, la tubera se puede colocar rpidamente en la zanja cuidando de no exceder los radios mnimos de curvatura recomendados. El ancho de la zanja variar dependiendo de su profundidad y del tipo de suelo. El ancho del encamado debe ser suficiente para permitir una adecuada compactacin alrededor de la tubera. Generalmente, un ancho de 30 cm ms que el dimetro nominal de la tubera es suficiente. Con relacin a la profundidad de la zanja, sta depende de varios factores: dimetro y espesor de la tubera, cargas producto del flujo vehicular, estructuras estticas, etc. Con respecto al fondo de la zanja, ste debe ser relativamente uniforme y sin piedras, proporcionando un apoyo continuo a todo el largo de la tubera. Cuando se encuentran rocas o piedras que puedan daar o causar cargas puntuales sobre la tubera, stas deben retirarse y se debe rellenar el fondo de la zanja utilizando un encamado compactado de 10 a 15 cm de material fino, como gravilla o arena. Para la mayora de los sistemas presurizados, no es necesaria una nivelacin exacta del fondo de la zanja, a menos que esto sea especificado. Para sistemas de flujo gravitacional, la pendiente se debe graduar de igual forma que para tuberas de otros materiales. En suelos inestables, como pantanos o arenas sin capacidad de soporte, es necesario sobreexcavar y rellenar con gravilla o estabili-
8.1.2 Tendido de la tuberaLas tuberas de HDPE se pueden unir sobre la superficie y luego bajar hasta la zanja. Se debe tener especial cuidado en no dejar caer la tubera y evitar condiciones que produzcan tensiones forzadas o deformaciones durante la instalacin. Cuando sea necesario, se debe utilizar conexiones flangeadas para facilitar el manejo de tuberas y fittings durante la instalacin en la zanja. La longitud de tubera que se puede tirar a lo largo de la zanja depende de las dimensiones de la tubera y de las condiciones del terreno. Si el terreno puede producir ralladuras, la tubera debe deslizarse sobre polines. La mxima fuerza de tiro que se puede aplicar a una tubera de HDPE puede ser estimada usando la siguiente frmula: F=SA Donde: F = mxima fuerza de tiro (kgf) S = mxima tensin admisible del material (kgf/cm2) A = rea transversal de la pared de la caera (cm2) El rea transversal de la pared de la tubera es: A = (D - e) e Donde: D = dimetro externo (cm) e = mnimo espesor de pared (cm) Cuando se tira una tubera, se debe utilizar un cabezal de tiro o una manga de goma adecuada para protegerla y evitar que los cables de tiro la daen. Nunca se debe tirar la caera por el extremo flangeado.
45
8.1.3
Expansin y contraccin trmicas
8.1.4
Instalacin de fittings
Es importante considerar las caractersticas de expansin y contraccin trmica en el diseo e instalacin de sistemas de HDPE. El coeficiente de expansin y contraccin trmica para el polietileno es aproximadamente 10 veces mayor que para el acero o concreto. Sin embargo, las propiedades viscoelsticas de este material lo hacen bastante adaptable para ajustarse con el tiempo a los esfuerzos impuestos por los cambios trmicos. Cuando la instalacin se realiza en verano, se deben utilizar longitudes un poco mayores de tubera y se debe tender en forma serpenteada para compensar la contraccin de la tubera en el interior (ms fro) de la zanja. Si la instalacin se realiza en invierno se puede hacer el tendido con la longitud real de la tubera. Cuando el relleno es blando o se pone pastoso, como en pantanos o fondos de ro, la tubera puede no estar restringida por el relleno para el movimiento causado por la expansin o contraccin trmica. Adems, las tensiones inducidas en la tubera se transmiten a los extremos de la misma, lo cual puede ocasionar daos en conexiones dbiles. Si es posible, se deben instalar anclajes apropiados justo antes de los extremos, para aislar y proteger estas conexiones. La fuerza inducida por variaciones trmicas es el producto de la tensin en la pared de la tubera y el rea transversal de la pared. La longitud de tubera requerida para anclar la lnea contra esta fuerza calculada depende de la circunferencia de la tubera, la presin de contacto promedio entre el suelo y la tubera, y el coeficiente de friccin entre el material de relleno y la tubera. Una vez que la lnea se ha instalado y est en servicio, la variacin de temperatura generalmente es pequea, se produce durante un perodo de tiempo prolongado y no induce ninguna tensin significativa en la tubera.
Cuando las tuberas o conexiones se conectan a estructuras rgidas, se deben prevenir los movimientos o flexiones en el punto de conexin. Para este propsito, se utiliza un relleno bien compactado o un cojinete de hormign armado construido debajo de la tubera o fitting, que debe conectarse a la estructura rgida y prolongarse un dimetro de la tubera, o un mnimo de 30 cm desde la unin flangeada. La figura 8.1 ilustra el mtodo sugerido.
Figura 8.1
Se recomienda que los pernos, tanto en conexiones flangeadas como en las abrazaderas de los cojinetes de soporte, se sometan a un reapriete final, luego de la instalacin inicial. Se debe tener especial cuidado con la compactacin realizada alrededor de las conexiones, la que deber extenderse varios dimetros de tubera ms all de los terminales de las conexiones. Se recomienda una compactacin de 90% densidad Proctor en estas reas.
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8.1.5
Pasada de pared
Cuando la tubera es conducida a travs de pasadas de paredes, puede ser anclada mediante un anillo o montura lateral fusionada a la tubera, sellando la pared de la pasada. Para sellar el anillo entre la pasada y la tubera de HDPE se han probado exitosamente sellos de goma expandible ms mortero. Lograr un empotramiento continuo, sin huecos, puede proporcionar resistencia estructural a la lnea, tanto en lo que respecta a la presin de colapso externa como a la capacidad de presin interna. En los procedimientos actuales de empotramiento, es extremadamente difcil lograr sellar el anillo sin dejar huecos. Se pueden usar empotramientos localizados para estabilizar los movimientos de la lnea donde existan expansiones laterales.
lizar el material extrado in situ para rellenar hasta el nivel del terreno. Se debe tener precaucin de no usar equipos pesados de compactacin hasta completar al menos 30 cm sobre la clave de la tubera.
8.2
Instalacin superficial
Generalmente, las tuberas de HDPE se instalan bajo tierra. Sin embargo, existen situaciones en las cuales la instalacin superficial presenta ventajas, como por ejemplo: Lneas para la conduccin de pulpas o relaves mineros que a menudo son relocalizadas y permiten ser rotadas para distribuir el desgaste en la tubera. Condiciones ambientales: la resistencia y flexibilidad de las tuberas de HDPE a menudo permiten instalaciones a travs de pantanos o sobre reas congeladas. Instalaciones sobre zonas rocosas o a travs del agua resultan a veces los mtodos ms econmicos. Su bajo peso y facilidad de montaje permiten una disponibilidad inmediata en instalaciones temporales.
8.1.6
Relleno y compactacin
El propsito del relleno de la zanja es dar un apoyo firme y continuo alrededor de la tubera. El aspecto ms importante para lograr una exitosa instalacin subterrnea es realizar un correcto relleno alrededor de la tubera. El material excavado desde la propia zanja se puede utilizar como relleno inicial si es uniforme, no contiene piedras y se desmorona y disgrega con facilidad. El mejor material de relleno inicial es arena fina. Si la tubera es tendida en terrenos barrosos de mala calidad y si las condiciones de carga externa son severas, como en cruces de caminos, se debe utilizar arena como relleno inicial. El relleno inicial debe ser colocado en dos etapas: la primera es hasta la lnea media de la tubera. Luego se compacta o nivela mojando con agua para asegurar que la parte inferior de la tubera est bien asentada. Se debe tener especial cuidado en que la tubera quede bien apoyada en los costados, ya que la compactacin de esta zona influye en forma muy importante en la deflexin que experimenta la tubera en servicio. La compactacin depende de las propiedades del suelo, contenido de humedad, espesor de las capas de relleno, esfuerzos de compactacin y otros factores. En la segunda etapa, se deben agregar capas adicionales de 20 a 25 cm, bien compactadas, hasta 15 a 30 cm sobre la clave de la tubera. Desde este punto, se puede uti-
8.2.1
Dilatacin y contraccin trmicas
En el diseo de una instalacin superficial se deben considerar los cambios de temperatura tanto internos como externos, pues stos causan dilatacin y contraccin en todos los tipos de tuberas. Cuando se producen grandes cambios de temperatura en cortos perodos de tiempo, el movimiento de la tubera se puede concentrar en una zona y llegar a doblarla. Si el flujo del fluido transportado es continuo, las expansiones y contracciones de la lnea sern mnimas una vez que se han establecido las condiciones de operacin. La tubera de HDPE contiene un porcentaje de negro de humo que la protege de los rayos UV, pero el calor que absorbe aumenta la tasa de dilatacin y contraccin. Un mtodo para limitar la dilatacin y contraccin es anclar adecuadamente la tubera en intervalos determinados a lo largo del tendido. Cuando ocurra la dilatacin, la tubera se
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deflectar lateralmente, para lo cual debe haber espacio disponible. Al contraerse, tender a ponerse tirante entre los puntos de anclaje; esto no daa a la tubera, pues el HDPE tiene la propiedad de aliviar tensiones y ajustarse con el tiempo. Para calcular la deflexin lateral, segn se muestra en la figura 8.2, se puede utilizar la siguiente ecuacin: T y = L0,5 Donde: y = deflexin lateral, m L = longitud entre anclajes, m = coeficiente de expansin trmica, mm/m lineal C ( = 0,2 mm/m lineal C) T = variacin de temperatura, CFigura 8.2
La figura 8.3 muestra ejemplos tpicos de soportes de tuberas de HDPE.Figura 8.3
Soportes continuosL L
y
y
Puntos de Anclaje
8.2.3
Soportes anclajes
8.2.2
Soportes guas
Las siguientes son recomendaciones para el uso apropiado de distintos tipos de soportes de tuberas: Si la temperatura o peso de la tubera y el fluido son altos, se recomienda utilizar un soporte continuo (para temperaturas sobre los 60C). El soporte debe ser capaz de restringir los movimientos laterales o longitudinales de la tubera si as es diseado. Si la lnea ha sido diseada para moverse durante la expansin, los soportes deslizantes deben proporcionar una gua sin restriccin en la direccin del movimiento. Las lneas que atraviesan puentes pueden necesitar aislamiento para minimizar los movimientos causados por variaciones en la temperatura. Los fittings pesados y las conexiones flangeadas deben ser soportados en ambos lados.
Para prevenir desplazamientos laterales y movimientos en los fittings se deben utilizar anclajes. Los anclajes se deben colocar tan cerca de las conexiones como sea posible. Si se requieren conexiones flangeadas, los anclajes se deben unir a los flanges. Sin embargo, no deben producirse flexiones entre la tubera y el flange. Algunos anclajes tpicos para tuberas de HDPE se muestran en la figura 8.4.Figura 8.4
Conexin flangeada Codo segmentado
Anclajes
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8.2.4 Aplicaciones en conduccin de pulpasPor sus cualidades de dureza y superficie interior extremadamente lisa, las tuberas de HDPE son altamente resistentes a la abrasin, lo que las hace ideales para el transporte de pulpas de todo tipo. Aplicaciones tpicas son lneas de dragado, transporte de pulpas de carbn o piedra caliza, relaves mineros y muchos otros. La instalacin de lneas de pulpas es generalmente superficial, pues esto proporciona facilidad de acceso si se produce una obstruccin, y adems permite la rotacin de la tubera para distribuir el desgaste en la superficie interna. Es difcil predecir las caractersticas del desgaste que se producir al usar tuberas de HDPE para transporte de pulpas. Cada aplicacin tiene parmetros diferentes, ya sea la velocidad de flujo, concentracin de slido, tamao de partcula y/o temperatura. Para controlar el desgaste es aconsejable minimizar la velocidad de flujo manteniendo los slidos en suspensin. Se recomienda una velocidad mxima de 3,5 a 4,0 m/s. Sin embargo, para slidos abrasivos muy afilados no debiera exceder los 3 m/s. Se aconseja tambin que la concentracin de slidos no sea mayor al 25%, con un tamao de partculas de hasta aproximadamente 6 mm.
de lastre desde una barcaza. Todas las tuberas se pueden fusionar en tierra, en largos predefinidos con conexiones flangeadas en cada extremo. Los extremos flangeados se taponan y las secciones se tiran al agua para ser posteriormente ensambladas. Estas lneas flotantes se usan normalmente en operaciones de dragado. Cualquier tubera que se almacena temporalmente en una extensin de agua debe ser protegida del trfico marino, igualmente se debe prevenir la accin de las olas que puedan golpear las tuberas contra rocas o elementos afilados que podran daarlas.
8.3.2
Anclajes y pesos
8.3
Instalacin bajo agua
Las tuberas de HDPE pueden ser enterradas, descansar sobre el fondo o flotar en la superficie de lagos, ros, pantanos u ocanos. Sus caractersticas de flexibilidad, bajo peso, inercia al agua salada y a productos qumicos, capacidad de flotar incluso llena de agua y permitir lneas continuas mediante termofusin, le dan muchas ventajas al HDPE.
8.3.1
Unin y montaje
Dependiendo de las condiciones del lugar, se han usado diferentes procedimientos para montaje: Fusionar las tuberas en la orilla en largos continuos y luego montar los pesos de lastre, antes de lanzar la tubera al agua. Fusionar la tubera en la orilla y tirarla o empujarla al agua y luego montar los pesos
Ya que las tuberas de HDPE flotan incluso llenas de agua, es necesario colocarles pesos de lastre para hundirlas y contenerlas en el fondo. Los pesos ms comunes son de hormign armado, generalmente redondos, rectangulares o cuadrados y son sujetados fuertemente a la tubera usando pernos no corrosivos, abrazaderas o correas. Es conveniente colocar una proteccin de goma entre los pesos y la tubera para protegerla y evitar el deslizamiento de los pesos. Para determinar el factor de hundimiento del sistema se deben considerar todas las variables para proporcionar la estabilidad necesaria bajo el agua, tales como mareas, condiciones del material del fondo y la posibilidad de aire en las tuberas. El espaciamiento de los pesos de lastre depender de su tamao, y normalmente est limitado entre 3 y 4,5 m. En general, la tubera puede deflectarse entre los pesos, resultando un valor de deformacin que est completamente dentro del rango de resistencia de la tubera. Si se produce una corriente, el movimiento de la tubera misma no es daino. Sin embargo, cualquier roca o elemento afilado en contacto podra daarla. Si las mareas o las corrientes representan un problema, lo mejor es abrir una zanja y enterrar la tubera con sus pesos.
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8.3.3
Lanzamiento al agua y hundimiento
8.4
Instalacin en tendidos existentes (RELINING)
Para permitir que la lnea flote en el agua hasta la operacin de hundimiento, es necesario cerrar cada extremo para evitar que entre el agua. Esto se realiza mediante un stub end y un flange metlico ciego que produce un sello hermtico. Luego la lnea se traslada a la posicin de hundimiento. La transicin de la lnea desde tierra al agua debe ser hecha de tal forma de protegerla de posibles escombros, hielo, trfico de botes o la accin de las olas. La operacin de hundimiento se controla por el ingreso de agua en un extremo y la evacuacin del aire encerrado por el extremo opuesto. La adicin de agua a la tubera a una razn controlada asegurar que se posicione correctamente en el lugar deseado y se ajuste a las caractersticas del fondo. La razn de hundimiento tambin se debe controlar para prevenir un radio de curvatura excesivo. Una vez que la tubera se ha instalado sobre el fondo, se debe realizar una inspeccin minuciosa de la instalacin. Todos los pesos deben estar bien colocados y cuando las corrientes representan un problema, la tubera se debe colocar en una zanja.
Esta tcnica es efectiva y econmica para rehabilitar una lnea deteriorada. La instalacin es rpida y simple con una mnima interrupcin de la operacin de la lnea. El mtodo consiste en introducir tuberas termoplsticas en lneas deterioradas de agua, gas, efluentes industriales, etc., restableciendo la lnea sin necesidad de excavar zanjas e interrumpir el trfico vehicular, lo que proporciona mayor velocidad de ejecucin del servicio, menor cantidad de trabajo y reduccin de costos. La seleccin del dimetro de la tubera de HDPE a utilizar en la instalacin, se efecta determinando el mximo dimetro que puede ser insertado (como revestimiento interno) en la lnea deteriorada existente y el flujo requerido a travs de este nuevo revestimiento. Se debe limpiar de obstrucciones y escombros la lnea que se va a reemplazar. Es recomendable utilizar un circuito cerrado de televisin para examinar completamente la lnea, localizar las conexiones y revelar los defectos existentes. Despus de un funcionamiento de prueba con el cabezal de tiro, este se une a la tubera de HDPE (usada como revestimiento interno), luego esta unin se debe posicionar y asegurar correctamente. El cabezal de tiro puede ser de tipo flexible, fabricado en terreno; o de tipo rgido hecho de acero y apernado en el extremo de la tubera. Aunque un dimetro ms pequeo es deslizado dentro de otro principal existente, las excelentes propiedades de flujo de las tuberas de HDPE logran restablecer la capacidad del sistema y sus uniones firmes y fusionadas eliminan las infiltraciones de agua del terreno.
Gentileza Borealis
8.5
Reparacin de lneas daadas
Es mejor que una tubera marina sea demasiado larga que demasiado corta. Nunca se debe intentar levantar por un flange una lnea que es muy corta tirando de los pernos. Esto fuerza la lnea y produce una severa tensin en las conexiones flangeadas y podra causar eventuales problemas. Un extra largo se puede acomodar serpenteando la tubera.
El manejo e instalacin de las tuberas de HDPE se deben realizar con el cuidado necesario para prevenir daos que puedan ocasionar abrasiones, cortes, fisuras, perforaciones, etc. Toda tubera debe ser examinada cuidadosamente antes de la instalacin, retirando aquellas que estn daadas. Las tuberas cuyo dao resulte en la reduccin del espesor de pared de aproxima-
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damente 10% deben ser cortadas, pues esto puede perjudicar el servicio a largo plazo. Las rayas o rasguos menores no tienen efectos adversos en el servicio de la tubera. Las tuberas daadas se pueden reparar por cualquiera de los mtodos de unin discutidos anteriormente. Es aconsejable utilizar soldadura a tope para todas las aplicaciones donde las condiciones lo permitan. Normalmente, los pliegues no perjudican el buen servicio en aplicaciones de baja presin; sin embargo, para aplicaciones a altas presiones, los pliegues deben ser cortados para luego unir nuevamente la tubera. La ovalizacin debido al exceso de carga durante el transporte o almacenamiento no impedir un buen servicio de la tubera. La tubera no debe considerarse como daada a menos que las abrazaderas de la mquina soldadora no sean capaces de redondear la seccin para una buena unin por termofusin.
moviendo una mnima cantidad de relleno, cortar el trozo defectuoso, mover los extremos de las tuberas hacia un lado y fusionar stub ends con flanges en cada extremo y luego apernar los flanges. La reparacin de tuberas de dimetros grandes, que no son tan flexibles como las tuberas ms pequeas, puede realizarse con una pieza tipo carrete flangeado. La seccin daada es retirada, la mquina soldadora se baja hasta la zanja para unir los stub ends flangeados a cada extremo abierto y luego se aperna la pieza de unin. Esta pieza debe ser hecha en forma precisa para que ajuste adecuadamente en el intervalo de tubera retirada. La figura 8.5 ilustra estos mtodos.
8.5.2
Reparacin mecnica
8.5.1
Reparacin permanente
La reparacin luego de la instalacin subterrnea se puede realizar en dimetros pequeos reFigura 8.5
Se puede utilizar una abrazadera con empaquetadura integrada alrededor de la tubera, pero no es tan permanente como la reparacin con flanges o por termofusin. Este tipo de reparacin es principalmente usada en aplicaciones subterrneas, porque el relleno compactado
Defecto
Defecto
Dimetro pequeo
Dimetro grande
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restringe la tubera de movimientos trmicos y extrae las fuerzas causadas por la presin interna. Una abrazadera de reparacin ms larga generalmente proporciona mayor capacidad de sellado sobre las tuberas. Es aconsejable utilizar una abrazadera de longitud de 11/2 a 2 veces el dimetro nominal de la tubera. Se debe apretar la abrazadera alrededor de toda la tubera que ha sido previamente secada y limpiada de cualquier material extrao. Luego, se rellena y compacta en forma adecuada alrededor y sobre la tubera antes de que sta sea presurizada.
8.5.3
Reparacin de fittings
Las reparaciones de fittings instalados se realizan normalmente mediante el reemplazo de la pieza con un nuevo fitting flangeado.
8.5.4
Reparacin bajo el agua
Para reparar las lneas submarinas, los terminales de las tuberas deben ser puestos a flote o levantados sobre el agua para poder unir un stub end en cada extremo. Luego, se bajan a la posicin en el fondo y se apernan los flanges bajo el agua. Se debe utilizar un equipo de levantamiento adecuado para asegurar que no se excedan los radios mnimos de curvatura. Normalmente, no es necesario retirar los pesos de lastre antes de elevar la tubera en el agua, pero se debe poner cuidado extremo cuando la tubera se levanta sobre el nivel del agua con los pesos ligados.
tes al maltrato debido a la naturaleza flexible del material. Sin embargo, la resistencia a la traccin del PE es mucho menor que la del acero y no soportar los levantamientos y fuerzas de tiro excesivos que puedan ejercer equipos de instalacin de fuerza. Los procedimientos de instalacin deberan facilitar que existiera la menor cantidad posible de levantamiento y movimiento de uniones de fittings segmentados y tuberas. Si es necesario tirar la unin hasta el lado de la zanja y posicionarla correctamente, el fitting segmentado nunca debe ser usado como el punto de tiro de la lnea. La unin por fusin de una tee segmentada es complicada a causa de sus tres salidas. Es relativamente fcil mantener sin tensiones la tee cuando se fusiona una tubera a su lnea principal, se levanta y se desciende la unin a su posicin dentro de la zanja. Sin embargo, la unin se torna muy difcil de manejar cuando se fusiona una longitud considerable de tubera a la tercera salida (al ramal) para permitir tender la tubera en esta direccin. El manejo y posicionamiento final de estas uniones requiere equipamiento de manejo extra y precauciones adicionales para prevenir daos en el fitting segmentado.
Mtodo recomendado:La necesidad de equipamiento extra y la mayora de las posibilidades de dao se pueden eliminar alterando el mtodo de instalacin de la tee segmentada, incluyendo el uso de una conexin flangeada en el ramal. Esto permitir que el posicionamiento final se realice antes de que el ramal se conecte. Habr algunas instancias donde, desde el punto de vista de la instalacin, la utilizacin de conexiones flangeadas en dos salidas de una tee y tambin en un lado de un codo proporcionar muchas ventajas. Esto permite que la tubera sea tendida desde cualquier direccin y se haga rodar hacia la zanja, y en general el manejo es mucho ms fcil y ms rpido antes de que se realice la conexin final con la tee o con el codo. Desde el punto de vista econmico, la velocidad y facilidad de instalacin, y la eliminacin de la ocurrencia de esfuerzos de instalacin excesivos sobre fittings segmentados, es recomendable utilizar siempre conexiones flangeadas en el ramal de tees y en un terminal en codos.
8.6
Precauciones de instalacin para fittings segmentados
Las tees y codos segmentados son fabricados mediante soldadura a tope; a partir de segmentos de tubera, y con cortes especiales se obtiene el fitting deseado. La configuracin de estos fittings y el hecho de que son fabricados y no moldeados, requiere tomar ciertas precauciones cuando se instalan en un sistema de tuberas. Las tuberas y fittings de HDPE son muy resisten-
52
9. Suministro, transporte9.1 Suministro
y almacenamiento
Las tuberas de HDPE se pueden suministrar en rollos o en tiras dependiendo del dimetro y espesor de pared de la tubera, de las caractersticas y/ o necesidades de instalacin y del transporte. Rollos: este sistema de transporte ofrece una gran ventaja, pues permite efectuar extensos tendidos en largos continuos sin uniones, lo que se traduce en mayor rapidez, facilidad y economa en la instalacin. Se debe tener en cuenta que el radio mnimo de enrollado no debe ser menor que 10 veces el dimetro de la tubera; por esto slo es posible suministrar rollos hasta 110 mm. Adems, como la limitante es la relacin dimetro/espesor, slo se puede hacer rollos desde PN 10 a PN 20 tanto para PE 100 como para PE 80. En la siguiente tabla se presentan las dimensiones de los rollos de tuberas suministrados por Duratec.Altura
Dimetro interno rollo
Dimetro externo rollo
Nota: Tuberas de largo distinto al estndar se suministran a pedido. Consultar al Departamento Comercial de Duratec.
9.2
Transporte
A continuacin se detalla una serie de recomendaciones para un correcto transporte de tuberas y fittings de HDPE. Los vehculos de transporte deben soportar la longitud completa de tuberas y fittings y deben estar libres de objetos sobresalientes y agudos. Adems se deben prevenir curvaturas y deformaciones durante el transporte. Al cargar y descargar las tuberas no hay que golpearlas, arrastrarlas ni tirarlas para no daar su superficie. Es importante proteger los extremos para evitar deterioros que puedan dificultar el proceso de soldadura. Al descargar los rollos o tiras es mejor usar sogas textiles y no metlicas, las que pueden rayar la tubera. Las tuberas de HDPE tienen una superficie muy lisa. La carga debe ser firmemente asegurada para prevenir deslizamientos.
Tiras: este sistema se utiliza para tuberas de dimetros mayores a 110 mm (que no se pueden enrollar) y consiste en suministrar tuberas de 12 m de largo estndar.
En la figura 9.1 se ejemplifican formas correctas e incorrectas de transporte y almacenamiento de tuberas de HDPE.
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Figura 9.1INCORRECTO CORRECTO
9.3
Almacenamiento
Cuando las tuberas se almacenan en pilas, se debe evitar un peso excesivo que puede producir ovalizaciones en las tuberas del fondo. Deben almacenarse en superficies planas, sin cargas puntuales, como piedras u objetos puntiagudos, de tal manera que el terreno de apoyo proporcione un soporte continuo a las tuberas inferiores. Las limitantes en la altura de almacenamiento dependern del dimetro y espesor de pared de la tubera y de la temperatura ambiente. Las tuberas de HDPE se pueden almacenar a la intemperie bajo la luz directa del sol, pues son resistentes a la radiacin UV. Sin embargo, la expansin y contraccin causada por un calentamiento repentino debido a la luz solar pueden hacer que la tubera se incline y ceda si no es restringida adecuadamente. Para tal efecto puede utilizarse apoyos con tablones de madera, con una separacin de 1 m entre cada apoyo. Adems, deben tener cuas laterales que impidan el desplazamiento de las filas. En la siguiente tabla se muestran recomendaciones generales para alturas de apilamiento, desarrolladas por el Plastic Pipe Institute para tuberas de HDPE, segn su relacin dimensional estndar SDR.
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10. Consideraciones de diseo10.1 Clculo hidrulicoLa diferencia bsica en el dimensionamiento hidrulico de tuberas de HDPE con respecto a tuberas de materiales tradicionales, reside en la bajsima rugosidad que stas presentan. Las tuberas de HDPE tienen una superficie extremadamente lisa, lo cual se traduce en una excelente capacidad de escurrimiento. Tienen una alta resistencia a la corrosin, a incrustaciones y al crecimiento de bacterias. Por sus excelentes propiedades, se necesita un dimetro menor para transportar un volumen determinado comparado con tuberas de acero, fierro o concreto. Adems, mantienen estas caractersticas de flujo durante toda su vida til.
10.1.2 Seleccin del dimetro interno de la tuberaA partir de la velocidad media del fluido, se determina el dimetro interno por: d = 18,8 Q v Donde: d = dimetro interno de la tubera, mm Q = caudal, m3/h v = velocidad media, m/s
10.1.3 Prdidas de cargaLas prdidas de carga, como ya se explic, se pueden determinar por las frmulas de HazenWilliams o Colebrook. Es recomendable aplicar ambas frmulas y adoptar la mayor prdida de carga obtenida entre las dos. a) Frmula de Hazen-Williams H = 10,643 Q1,85 C-1,85 d-4,87 L Donde: H = prdida de carga, m.c.a. Q = caudal, m3/s C = 150 d = dimetro interno, m L = longitud de la tubera, m O, si se desea la prdida de carga unitaria: h = 10,643 Q1,85 C-1,85 d-4,87 Donde: h = prdida de carga unitaria, m.c.a./m
10.1.1 Flujo bajo presinLas ecuaciones que relacionan el flujo de un fluido con su cada de presin en un sistema de tuberas involucran un factor de friccin que depende del material de la tubera. Las frmulas ms comnmente utilizadas para los clculos hidrulicos son las de Hazen-Williams y de Colebrook. En la frmula de Hazen-Williams, la influencia de la rugosidad se considera en el coeficiente C, que para tuberas de HDPE la literatura tcnica determina en 150. En la frmula de Colebrook, los valores de rugosidad adoptados son: Para dimetro 200 mm: = 10 m (1,0 x 10-2 mm) Para dimetro > 200 mm: = 25 m (2,5 x 10-2 mm) Para dimetros medios y velocidades medias, las diferencias que resultan de la aplicacin de las rugosidades en la frmula de Colebrook o C=150 en la frmula de Hazen-Williams, no tiene mucha importancia prctica. Actualmente se considera la frmula de Colebrook como la que proporciona resultados ms exactos.
55 55
b) Frmula de Colebrook P = 10 2 vL d 2g 1 = -2,0 log
(
2,51 + Re 3,71 d
)
Donde: P = prdida de carga, Kgf/cm2 = factor de friccin = peso especfico del fluido, KN/m3 d = dimetro interno, mm g = aceleracin de gravedad, m/s2 v = velocidad media, m/s L = longitud de la tubera, m Para agua, la frmula de Colebrook puede simplificarse de la siguiente forma, obtenindose la frmula de Darcy-Weisbach: H= L v2 d 2g
Donde: = rugosidad, m d = dimetro interno, m Como la determinacin del valor de por esta frmula implica muchas iteraciones, se acostumbra utilizar una frmula simplificada. =
[
-2,0 log
(3,71 d + 5,62 ) Re0,9
1
]
2
Donde: H = prdida de carga, m.c.a. = factor de friccin L = longitud de la tubera, m d = dimetro interno, m v = velocidad media, m/s g = aceleracin de gravedad, m/s2 El coeficiente de friccin depende del rgimen del flujo, es decir, si es flujo laminar o turbulento. Se considera que el flujo es laminar cuando el nmero de Reynolds Re es menor que 2.000. En este caso el valor de es: Re < 2.000 = 64 Re Re = vd
A travs de las frmulas de Colebrook se han realizado diagramas para la determinacin del coeficiente de friccin. Dentro de los ms conocidos encontramos el diagrama de Moody-Rouse. Figura 10.1 Diagrama de MOODY-ROUSE En el eje de las abscisas encontramos el valor de Re y Re . En las ordenadas tenemos el valor de . Las curvas corresponden a la relacin d/.Figura 10.1Re 2 3 4 6 8 103 2 4 6 8 104 2 4 l f d/ = 20 = 4 Re/ 4 LAMINAR l = Re f f 64 5 40 100 200 6 400 1000 2000 8 9 DIAGRAMA DE MOODY-ROUSE l f = 2 log Re f - 0,8 4000 10 000 0,012 20 000 40 0 00 10 0,010 100 000 0,009 200 000 0,008 2 4 6 8 104 2 4 6 8 105 2 4 6 8 106 8 5 4 6 8 105 d 2 + 1,14 4 6 8 106 2 0,25 Re 1 = 200 d/ = 2 log 0,15 0,10 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03 0,025 0,020 0,018 0,016 0,014
7
Siendo
Donde: Re = nmero de Reynolds v = velocidad media, m/s d = dimetro interno de la tubera, m = viscosidad cinemtica del fluido, m2/s (para agua = 1,01 x 10-6 m2/s)
10 11 102 2 4 6 8 103
Re f
Para flujo turbulento, esto es Re 2.000, tenemos: Re 2.000
En el Anexo C.1 del presente catlogo se muestra un ejemplo de clculo de prdida de carga utilizando la frmula de Hazen-Williams y la de Colebrook. A continuacin se presentan 2 bacos para la fr-
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mula de Hazen-Williams, que permiten determinar directamente los valores deseados con una muy buena aproximacin, sin tener que realizar la serie de clculos que implica la utilizacin de la frmula. Los bacos son para tuberas de HDPE PE 100
dimensionadas segn la norma ISO 4427. El primer baco es para presiones nominales PN 10 y PN 16 y el segundo para presiones nominales PN 4 y PN 6. En el Anexo C.2 se ejemplifica el uso de estos bacos.
0,025
0,020
0,018
0,016
0,014
0,012
0,010
0,009
0,0086
0,25
0,15
0,10
0,08
0,06
0,05
0,04
0,03
4
5
8
10
10 000
20 000
40 0 00 100 000
10
6
8
1000
4000
200 000
6
2000
4
d/ = 20 = 4 Re/
200
400
2
+ 1,14
100
8 10
d
5
= 2 log
= 2 log Re f- 0,8
2
4
6
8 10
40
5
2
4
6
8
10
2
Re
4
Re 1 = 200 d/
2
l
f
6 8 10
4
4
DIAGRAMA DE MOODY-ROUSE
10
3
6
8
Re f
LAMINAR
64
4
=
f
10
11
2
3
4
5
6