Tubería de plástico

Un tubo de plástico es una sección tubular o cilindro hueco hecho de plástico . Suele tener una sección transversal circular, aunque no necesariamente, y se utiliza principalmente para transportar sustancias que pueden fluir: líquidos y gases (fluidos), lodos, polvos y masas de sólidos pequeños. También se puede utilizar para aplicaciones estructurales; los tubos huecos son mucho más rígidos por unidad de peso que los elementos sólidos.

Las tuberías de plástico se utilizan para el transporte de agua potable , aguas residuales , productos químicos , fluidos de calefacción y fluidos de refrigeración , alimentos , líquidos ultrapuros, lodos , gases , aire comprimido , riego , sistemas de tuberías de presión de plástico y aplicaciones de sistemas de vacío .

Hay tres tipos básicos de tuberías de plástico:

Tubos extruidos constituidos por una capa de matriz homogénea de material termoplástico lista para su uso en una tubería.

Las tuberías y accesorios de pared estructurada son productos que tienen un diseño optimizado en cuanto al uso de materiales para lograr los requisitos físicos, mecánicos y de rendimiento. Las tuberías de pared estructurada son soluciones de sistemas de tuberías a medida para una variedad de aplicaciones y, en la mayoría de los casos, desarrolladas en cooperación con los usuarios.

Tubo que incorpora una capa metálica flexible como centro de tres capas unidas. El tubo de barrera se utiliza, por ejemplo, para proporcionar protección adicional al contenido que pasa por el tubo (en particular, agua potable) contra productos químicos agresivos u otros contaminantes cuando se coloca en un suelo contaminado por un uso anterior.

La mayoría de los sistemas de tuberías de plástico están fabricados con materiales termoplásticos. El método de producción implica fundir el material, darle forma y luego enfriarlo. Las tuberías se producen normalmente por extrusión . ^[1]

Los sistemas de tuberías de plástico cumplen una variedad de requisitos de servicio. Las normas de productos para sistemas de tuberías de plástico se elaboran en el comité de normas CEN/TC155. Estos requisitos se describen en un conjunto de normas de productos europeas para cada aplicación junto con sus características específicas, por ejemplo:

• Transporte de agua potable : requisitos higiénicos
• Transporte de gas: requisitos de seguridad máximos
• Tubos de plástico para calefacción radiante y suelo radiante: resistencia a la temperatura durante décadas
• Aplicaciones de alcantarillado : Alta resistencia química

Las tuberías de plástico son capaces de satisfacer los requisitos específicos de cada aplicación, durante una larga vida útil y con fiabilidad y seguridad. ^[2] El factor clave del éxito se consigue manteniendo constantemente altos niveles de calidad. En el caso de los productos de tuberías de plástico, estos niveles están definidos por las diferentes normas. Hay dos aspectos que son fundamentalmente importantes para el rendimiento de las tuberías de plástico: flexibilidad y larga vida útil. ^[3]

El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) se utiliza para el transporte de agua potable, lodos y productos químicos. Su uso más habitual es para aplicaciones de drenaje, evacuación y ventilación. Tiene un amplio rango de temperaturas, desde -40 °C hasta +60 °C.

El ABS es un material termoplástico que se desarrolló originalmente a principios de la década de 1950 para su uso en yacimientos petrolíferos y en la industria química. La variabilidad del material y su relativa relación coste-eficacia lo han convertido en un plástico de ingeniería muy popular. Se puede adaptar a una amplia gama de aplicaciones modificando la proporción de los componentes químicos individuales.

Se utilizan principalmente en aplicaciones industriales donde la alta resistencia al impacto y la rigidez son esenciales.

Este material también se utiliza en sistemas de tuberías sin presión para suelos y residuos. ^[5]

El cloruro de polivinilo clorado (CPVC) es resistente a muchos ácidos, bases, sales, hidrocarburos parafínicos, halógenos y alcoholes. No es resistente a solventes, aromáticos y algunos hidrocarburos clorados. Puede transportar líquidos a temperaturas más altas que el uPVC, con una temperatura máxima de operación que alcanza los 200 °F (93,3 °C). Debido a su mayor umbral de temperatura y resistencia química, el CPVC es una de las principales opciones de materiales recomendadas para el transporte de agua y líquidos residenciales, comerciales e industriales.

Polietileno de alta densidad (HDPE): las tuberías de HDPE son resistentes, flexibles y livianas. Su índice de fugas es cero cuando se fusionan. ^[6]

El PB-1 se utiliza en sistemas de tuberías a presión para agua potable fría y caliente, redes de calefacción urbana preaisladas y sistemas de calefacción y refrigeración de superficies. Sus principales propiedades son la soldabilidad, la resistencia a la temperatura, la flexibilidad y la alta resistencia a la presión hidrostática. Un tipo estándar, el PB 125, tiene una resistencia mínima requerida (MRS) de 12,5 MPa. También tiene baja transmisión de ruido, baja expansión térmica lineal, no presenta corrosión ni calcificación.

Los sistemas de tuberías de PB-1 ya no se venden en América del Norte. La cuota de mercado en Europa y Asia es pequeña, pero crece de forma constante. En algunos mercados, por ejemplo, Kuwait, Reino Unido, Corea y España, el PB-1 tiene una posición sólida. ^[7]

El polietileno se ha utilizado con éxito durante muchos años para el transporte seguro de agua potable y residual, residuos peligrosos y gases comprimidos. Dos variantes son las tuberías de HDPE ( polietileno de alta densidad ) ^{[8] y el} PEX (polietileno reticulado, también XLPE) más resistente al calor .

El PE se ha utilizado para tuberías desde principios de la década de 1950. Las tuberías de PE se fabrican mediante extrusión en una variedad de tamaños y dimensiones. El PE es liviano, flexible y fácil de soldar. Su acabado interior liso garantiza buenas características de flujo. El desarrollo continuo del material ha mejorado su rendimiento, lo que ha llevado a un rápido aumento de su uso por parte de las principales empresas de servicios públicos de agua y gas en todo el mundo.

Las tuberías también se utilizan en tecnologías de revestimiento y sin zanjas, las llamadas aplicaciones sin excavación, en las que las tuberías se instalan sin cavar zanjas y sin interrumpir el funcionamiento de la superficie. En este caso, las tuberías se pueden utilizar para revestir sistemas de tuberías antiguos con el fin de reducir las fugas y mejorar la calidad del agua. Por lo tanto, estas soluciones están ayudando a los ingenieros a rehabilitar sistemas de tuberías anticuados. La excavación es mínima y el proceso se lleva a cabo rápidamente bajo tierra.

También en el caso de las tuberías de PE, varios estudios han demostrado una larga trayectoria con una vida útil esperada de más de 50 años.

El polietileno reticulado , comúnmente conocido como XLPE o PEX, es un material termoplástico que se puede fabricar de tres formas diferentes, dependiendo de cómo se realice la reticulación de las cadenas de polímeros. El PEX se desarrolló en la década de 1950. Se ha utilizado para tuberías en Europa desde principios de la década de 1970 y ha ido ganando popularidad rápidamente en las últimas décadas. A menudo se suministra en bobinas, es flexible y, por lo tanto, se puede colocar alrededor de estructuras sin accesorios. Su resistencia a temperaturas que van desde bajo cero hasta casi la ebullición lo convierte en un material de tubería ideal para instalaciones de agua caliente y fría, calefacción por radiadores y suelo radiante, descongelación y aplicaciones de refrigeración de techos ^{[9] .}

El polietileno de temperatura elevada (RT) o PE-RT amplía las propiedades tradicionales del polietileno. De este modo, se consigue una mayor resistencia a altas temperaturas gracias a un diseño molecular especial y al control del proceso de fabricación.

Su resistencia a bajas o altas temperaturas hace que el PE-RT sea ideal para una amplia gama de aplicaciones de tuberías de agua fría y caliente.

El polipropileno es adecuado para su uso en productos alimenticios, aguas potables y ultrapuras, así como en las industrias farmacéutica y química.

El PP es un polímero termoplástico hecho de polipropileno. Se inventó por primera vez en la década de 1950 y se ha utilizado para tuberías desde la década de 1970. Debido a su alta resistencia al impacto combinada con una buena rigidez y una alta resistencia química, este material es adecuado para aplicaciones de alcantarillado. Un buen rendimiento en un rango de temperatura de funcionamiento de hasta 60 °C (140 °F) (continuo) hace que este material sea adecuado para sistemas de descarga internos de suelos y residuos. Un grado especial de PP con un comportamiento a altas temperaturas de hasta 90 °C (194 °F) (a corto plazo) hace que este material sea una buena opción para el suministro de agua caliente en el hogar. ^[10]

El difluoruro de polivinilideno (PVDF) es un fluoropolímero termoplástico poco reactivo con una excelente resistencia química y térmica para su uso en tuberías de plástico. La resina de PVDF se produce mediante la polimerización del monómero de fluoruro de vinilideno . La resina de PVDF se utiliza para fabricar tuberías de PVDF, así como muchos otros productos.

Las industrias y aplicaciones eligen las tuberías de PVDF debido a sus cualidades inertes y duraderas. Las tuberías de PVDF se utilizan principalmente en la industria de procesos químicos debido a su capacidad para transportar soluciones agresivas y corrosivas. Las tuberías de PVDF también se utilizan comúnmente en aplicaciones de alta pureza, fabricación de semiconductores, electrónica/electricidad, desarrollos farmacéuticos y procesamiento de desechos nucleares.

Las especificaciones y características de rendimiento de las tuberías de PVDF permiten su uso hasta a 248 °F (120 °C) en condiciones de sistemas presurizados. La tubería no favorece el crecimiento de hongos según el método estándar de prueba militar 508, 81-0B. A diferencia de otras tuberías termoplásticas comunes (uPVC, CPVC, PE, PP), el PVDF no muestra sensibilidad a la luz ultravioleta ni al daño oxidativo por ozono, lo que lo aprueba para usos en exteriores a largo plazo. ^[11]

El uPVC o PVC-U es un material termoplástico derivado de la sal común y de los combustibles fósiles. Este material es el que tiene la trayectoria más larga de todos los materiales plásticos. Las primeras tuberías de uPVC se fabricaron en la década de 1930. A partir de la década de 1950, las tuberías de uPVC se utilizaron para reemplazar las tuberías de metal corroídas y, de esta manera, llevar agua potable a una creciente población rural y, más tarde, urbana. Las tuberías de uPVC están certificadas como seguras para el agua potable según la Norma NSF 61 y se utilizan ampliamente para tuberías de distribución y transmisión de agua en toda América del Norte y en todo el mundo. El uPVC está permitido para las líneas de desechos en los hogares y es la tubería más utilizada para las alcantarillas sanitarias.

Pronto se le sucedieron otras aplicaciones bajo presión y sin presión en el ámbito de las alcantarillas, el suelo y los residuos, el gas (baja presión) y la protección de cables. Por ello, la contribución del material a la salud, la higiene y el bienestar de las personas ha sido significativa.

Las tuberías de cloruro de polivinilo o uPVC (cloruro de polivinilo no plastificado) no son adecuadas para líneas de agua caliente y su uso en líneas de suministro de agua en hogares de EE. UU. está restringido desde 2006. Código IRC P2904.5 uPVC No listado.

El uPVC tiene una alta resistencia química en todo su rango de temperatura de funcionamiento , con una amplia banda de presiones de funcionamiento. La temperatura máxima de funcionamiento se informa en 140 °F (60 °C) y la presión máxima de trabajo: 450 psi (3100 kPa). Debido a sus características de resistencia a largo plazo, alta rigidez y rentabilidad, los sistemas de uPVC representan una gran proporción de las instalaciones de tuberías de plástico y algunas estimaciones indican que más de 2 000 000 millas (3 200 000 km) de tuberías de uPVC están actualmente en servicio en todas las aplicaciones.

Basándose en el material estándar de cloruro de polivinilo, se utilizan otras tres variantes.

Una variante denominada OPVC o PVCO representa un hito importante en la historia de la tecnología de tuberías de plástico. Esta versión de alto rendimiento biaxial orientada a las moléculas combina una mayor resistencia con una resistencia adicional al impacto.

Una variante dúctil es el MPVC, cloruro de polivinilo modificado con acrílicos o PE clorado. Este material más dúctil con alta resistencia a la fractura se utiliza en aplicaciones de mayor demanda donde la resistencia al agrietamiento y la corrosión bajo tensión es importante. En varios estudios se ha investigado la larga trayectoria de las tuberías de uPVC. Investigaciones recientes en la KRV alemana y la TNO holandesa han confirmado que las tuberías de uPVC para presión de agua, cuando se instalan correctamente, tienen una vida útil de más de 100 años. ^[12]

Las tuberías de plástico se han utilizado en el sector durante más de 50 años. La vida útil prevista de los sistemas de tuberías de plástico supera los 100 años. Varios estudios del sector han demostrado este pronóstico.

Los materiales de las tuberías de plástico siempre se han clasificado en función de pruebas de presión a largo plazo. Los tiempos de fallo medidos en función de las tensiones en la pared de la tubería se han representado en las llamadas curvas de regresión.

Se ha calculado una extrapolación basada en los tiempos de fallo medidos para llegar a 50 años. La tensión de fallo prevista a 50 años se ha tomado como base para la clasificación. Este valor se denomina MRS (Esfuerzo Mínimo Requerido) a 50 años. ^[13]

Algunas de las razones por las que los sistemas de tuberías de plástico pueden fallar son la mala adherencia o pegado del producto durante la instalación y los daños físicos naturales, como los que se producen por la infiltración de raíces de árboles. También se ha descubierto que las tuberías de plástico fallan con mayor frecuencia durante los veranos secos y calurosos. ^[14]

Las tuberías de plástico se clasifican según su rigidez anular . Las clases de rigidez preferidas, como se describe en varias normas de productos, son: SN2, SN4, SN8 y SN16, donde SN es la rigidez nominal (kN/m2). La rigidez de las tuberías es importante si se pretende que soporten cargas externas durante la instalación. Cuanto mayor sea la cifra, más rígida será la tubería. ^{[ cita requerida ]}

Después de una instalación correcta, la deflexión de la tubería permanece limitada, pero continuará hasta cierto punto durante un tiempo. En relación con el suelo en el que está empotrada, la tubería de plástico se comporta de manera "flexible". Esto significa que la deflexión posterior con el tiempo depende del asentamiento del suelo alrededor de la tubería. ^{[ cita requerida ]}

Básicamente, la tubería sigue el movimiento del suelo o el asentamiento del relleno, como lo llaman los técnicos. Esto significa que una buena instalación de las tuberías dará como resultado un buen asentamiento del suelo. La deflexión posterior será limitada. ^{[ cita requerida ]}

En el caso de las tuberías flexibles, la carga del suelo se distribuye y soporta mediante el suelo circundante. Las tensiones y deformaciones causadas por la deflexión de la tubería se producirán dentro de la pared de la misma. Sin embargo, las tensiones inducidas nunca superarán los valores límite permitidos. ^{[ cita requerida ]}

El comportamiento termoplástico del material de la tubería es tal que las tensiones inducidas se relajan hasta un nivel bajo. Las deformaciones inducidas están muy por debajo de los niveles admisibles. ^{[ cita requerida ]}

Este comportamiento flexible significa que la tubería no fallará, sino que exhibirá una mayor deflexión y mantendrá su función sin romperse. ^{[ cita requerida ]}

Sin embargo, las tuberías rígidas, por su propia naturaleza, no son flexibles y no siguen los movimientos del terreno. Soportan todas las cargas del terreno, independientemente del asentamiento del suelo. Esto significa que cuando una tubería rígida está sujeta a una carga excesiva, alcanzará el límite de los valores de tensión más rápidamente y se romperá. ^{[ cita requerida ]}

Por lo tanto, se puede concluir que la flexibilidad de las tuberías de plástico ofrece una dimensión adicional de seguridad. Las tuberías enterradas necesitan flexibilidad. ^[15]

Los tubos, accesorios, válvulas y accesorios forman un sistema de tuberías de presión de plástico. El rango de diámetros de las tuberías para cada sistema de tuberías varía. Sin embargo, el tamaño varía de 12 a 400 mm (0,472 a 15,748 in) y de 3 ⁄ 8 a 16 in (9,53 a 406,40 mm). Las tuberías se extruyen y generalmente están disponibles en: longitudes rectas de 3 m (9,84 ft), 4 m (13,12 ft), 5 m (16,40 ft) y 6 m (19,69 ft) y bobinas de 25 m (82,02 ft), 50 m (164,04 ft), 100 m (328,08 ft) y 200 m (656,17 ft) para LDPE y HDPE.

Los accesorios para tuberías están moldeados y vienen en muchos tamaños: te de 90° igual (recta y reductora), te de 45°, cruz igual, codo de 90° (recto y reductor), codo de 45°, codo de radio corto de 90°, casquillo/acoplador (recto y reductor), unión, tapas de extremo, casquillo reductor y bridas de extremo, de cara completa y de obturación. Las válvulas están moldeadas y también vienen en muchos tipos: válvulas de bola (también válvulas multipuerto), válvulas de mariposa , válvulas antirretorno de resorte, de bola y de retención oscilante, válvulas de diafragma , válvulas de compuerta de cuchilla, válvulas de globo y válvulas de alivio/reducción de presión. Los accesorios son solventes, limpiadores, pegamentos, clips, anillos de respaldo y juntas.

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• NCCER (2006). Tuberías y accesorios de plástico: guía para el alumno . Prentice Hall. ISBN 0-13-160042-7.
• David Willoughby (2002). Manual de tuberías de plástico . McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-135956-7.
• Thomas Sixsmith y R. Hanselka (1997). Manual de diseño de sistemas de tuberías termoplásticas . Marcel Dekker Ltd. ISBN 0-8247-9846-5.
• David A. Chasis (1988). Sistemas de tuberías de plástico . Prensa industrial. ISBN 0-8311-1181-X.
• Comité Técnico ISO TC 138 - Tuberías, accesorios y válvulas de plástico para el transporte de fluidos
• Normas ASTM para tuberías de plástico
• Instituto de Tuberías de Plástico (PPI)
• Asociación de Tuberías y Accesorios de Plástico (PPFA)
• Asociación Europea de Tuberías y Accesorios de Plástico (TEPPFA)