¿Qué es la tubería de HDPE? | Tipos y Diseños de Tuberías HDPE (Con PDF)

La tubería de HDPE es una tubería de plástico flexible hecha de polietileno termoplástico de alta densidad ampliamente utilizado para la transferencia de fluidos y gases a baja temperatura. En los últimos tiempos, las tuberías de HDPE se han utilizado ampliamente para transportar agua potable, desechos peligrosos, diversos gases, lodos, aguas contra incendios, aguas pluviales, etc. La fuerte unión molecular de los materiales de las tuberías de HDPE ayuda a su uso en tuberías de alta presión. Las tuberías de polietileno tienen un largo y distinguido historial de servicio para gas, petróleo, minería, agua y otras industrias. Debido a su bajo peso y alta resistencia a la corrosión, la industria de tuberías de HDPE está creciendo enormemente. En el año 1953, Karl Ziegler y Erhard Holzkamp descubrieron el polietileno de alta densidad (HDPE). Las tuberías de HDPE pueden funcionar satisfactoriamente en un amplio rango de temperatura de -220 0 F a +180 0F. Sin embargo, no se sugiere el uso de tuberías de HDPE cuando la temperatura del fluido supera los 122 0 F (50 0 C).

Las tuberías de HDPE se fabrican mediante la polimerización de etileno, un subproducto del petróleo. Se agregan varios aditivos (estabilizadores, rellenos, plastificantes, suavizantes, lubricantes, colorantes, retardadores de llama, agentes de soplado, agentes de reticulación, aditivos degradables ultravioleta, etc.) para producir la tubería y los componentes finales de HDPE. Los tramos de tubería de HDPE se fabrican calentando la resina de HDPE. Luego se extruye a través de un troquel, que determina el diámetro de la tubería. El grosor de la pared de la tubería está determinado por una combinación del tamaño del troquel, la velocidad del tornillo y la velocidad del tractor de arrastre. Por lo general, se agrega 3-5% de negro de carbón al HDPE para hacerlo resistente a los rayos UV, lo que convierte las tuberías de HDPE en color negro. Hay otras variantes de color disponibles, pero por lo general no se usan con frecuencia. La tubería de HDPE coloreada o rayada suele ser 90-95% de material negro,

Propiedades de las Tuberías de HDPE

Las propiedades físicas y mecánicas de una tubería de HDPE típica se enumeran a continuación:

  • Códigos vigentes: ISO 1183, ISO 4427, AS/ NZS 4130, BS EN 12201, EN 12056, AWWA C901, AWWA C906, etc.
  • Rango de tamaños disponibles: DN 16 a 1600 (No obstante, se pueden fabricar otros tamaños personalizados)
  • La densidad de la tubería de HDPE: 930-970 kg/m 3
  • Las propiedades mecánicas típicas de la tubería de HDPE se dan en la Tabla-1 a continuación. Sin embargo, estos valores varían de un fabricante a otro. Por lo tanto, debe ser consultado con el fabricante.
Propiedades mecánicasPropiedades de HDPE
Límite elástico18-26 MPa
Alargamiento10%
Modulos elasticos900 MPa
Dureza61 Rockwell (costa)
El coeficiente de Poisson0,45
Coeficiente lineal de expansión térmica0,17 mm/m- 0 C
Temperatura de fragilidad< -70 0C
Tabla 1: Propiedades mecánicas de la tubería de HDPE
Types of Pipes | Classification of ...
Types of Pipes | Classification of Pipes (PDF)

Tipos de tuberías de HDPE

Según la capacidad máxima de resistencia a la presión, las tuberías de HDPE se clasifican en varios grados de presión conocidos como grados PN. Están

  • PN 2.5 – presión máxima 2.5 bar
  • PN 4 – presión máxima 4 bar
  • PN 6 – presión máxima 6 bar
  • PN 10 – presión máxima 10 bar
  • PN 16 – presión máxima 16 bar
  • PN 20 – presión máxima 20 bar
  • PN 25 – presión máxima 25 bar

Nuevamente, según los tipos de materiales utilizados, las tuberías de HDPE se agrupan en los siguientes tipos:

  • PE 63 – sistemas de tuberías de media presión
  • PE 80 – tubería de gas para red de distribución de gas natural con tasa de presión de hasta 4 bar o tubería de agua potable con tasa de presión de hasta 16 bar – alcantarillado, tuberías de emisario, tuberías industriales
  • PE 100: aplicaciones de tuberías de alta demanda

Los números que siguen a PE indican la resistencia mínima requerida en Bar a 20 0 C para una vida útil de 50 años correspondiente a ISO-4427. La presión nominal de trabajo de las tuberías de HDPE se determina a 20 0 C. Para temperaturas más altas, se utiliza un factor de reducción (Tabla 2 a continuación) para determinar la presión máxima a la que se puede someter la tubería de HDPE.

Temperatura del fluido ( 0 C)Factor de reducción de temperatura
0-201
>20-250.9
>25-300.8
>30-350.7
>35-400.6
>40-450.5
>45-500.4
Tabla 2: Factor de reducción de temperatura para tuberías de HDPE

Longitud de las tuberías de HDPE

Dado que la fabricación de tuberías de HDPE es un proceso continuo, se pueden fabricar tuberías de cualquier longitud. Sin embargo, debido a los requisitos de transporte y la facilidad de manejo en el sitio, la longitud de la tubería de HDPE es limitada y normalmente se produce en longitudes estándar de 6, 10, 12, 15, 24 y 30 metros. Se pueden producir longitudes de tubería de HDPE de 50 y 100 metros bajo pedido.

Unión de tuberías de HDPE

Las tuberías y accesorios de HDPE se unen entre sí por soldadura o por accesorios mecánicos. Hay dos tipos de métodos de soldadura que se utilizan para unir tuberías de HDPE. Están

  • Soldadura por electrofusión: la electrofusión es un método simple y rápido para unir de manera permanente tuberías individuales y accesorios de HDPE o secciones prefabricadas en lugares estrechos. Este método es adecuado para juntas en el sitio.
  • Soldadura a tope: La soldadura a tope une de manera homogénea tuberías y accesorios de HDPE en secciones prefabricadas usando calor y presión sin usar accesorios de conexión adicionales.

Se pueden usar varios tipos de juntas mecánicas para unir tuberías de HDPE a HDPE o tuberías diferentes. Están

  • Unión enchufable
  • Unión a presión
  • Unión roscada
  • Unión bridada
  • manguito de contracción
  • Acoplamiento de manguito
  • Acoplamiento metálico
  • junta de collar de goma
Unión de tuberías de HDPE
Fig. 1: Métodos de unión de tuberías de HDPE

Accesorios para tuberías de HDPE

Hay disponible una gama completa de accesorios para tuberías de HDPE para cualquier propósito. Los accesorios de tubería de HDPE típicos incluyen:

  • Enfermedad de buzo
  • Codos
  • reductores
  • Sucursales
  • Tapas de los extremos
  • Acopladores de electrofusión
  • Accesorios de conexión mecánica
  • trampas
  • Accesorios sanitarios
  • Piezas de repuesto
Accesorios de tubería de HDPE
Fig. 2: Accesorios de tubería de HDPE típicos

Criterios de diseño para tuberías de HDPE sobre el suelo

Los factores que pueden influir en el comportamiento y, por lo tanto, en el diseño de los sistemas de tuberías de HDPE sobre el suelo son:

  • Temperatura: Para sistemas a presión, el uso de tuberías de HDPE generalmente se limita a -40 0 C a 50 0 C. Para servicios sin presión, se pueden usar temperaturas más altas. Consulte con el fabricante para obtener información sobre su producto. Tenga en cuenta que el coeficiente de expansión térmica lineal para las tuberías de HDPE es aproximadamente 10 veces mayor que el de las tuberías de metal. Por lo tanto, el potencial de expansión térmica debido a las fluctuaciones de temperatura es muy alto y debe tenerse en cuenta en el diseño. Una regla general típica es que las tuberías de HDPE se expandirán o contraerán 0,2 mm por metro por °C de aumento o disminución de la temperatura.
  • Presión interna
  • Exposición a sustancias químicas
  • Impacto o carga mecánica potencial: se debe brindar protección adicional si la tubería de HDPE se instala en una región de alto tráfico o abuso mecánico.
  • Radiación ultravioleta: Para protegerse contra los efectos de la radiación ultravioleta, se seleccionan tuberías de HDPE negras que contienen un mínimo de 2% de negro de carbón.

Consideración de presión para tuberías de HDPE

Varias variables determinan la capacidad de presión hidrostática de las tuberías de HDPE. Esos son

  • Relación de dimensión estándar o SDR, que se define como la relación entre el diámetro exterior de la tubería de HDPE y el espesor de la pared.
  • La tensión de diseño hidrostático del material de HDPE que se utiliza (PE63, PE 80, PE100) para la fabricación de tuberías de HDPE.
  • Las temperaturas máximas y mínimas de funcionamiento.
  • La duración y variabilidad de la tensión aplicada por la presión hidrostática interna durante la prueba hidrostática.
  • La resistencia química de la tubería de HDPE para el servicio químico (la clasificación de presión estándar se basa en una tubería que transporta agua).

Por lo general, la tubería de HDPE puede soportar presiones de agua hidrostáticas a corto plazo que son considerablemente más altas que la clasificación o clase de presión. Pero el servicio de la tubería de HDPE siempre debe determinarse según la resistencia a largo plazo de la tubería a 20 °C para garantizar una vida útil de diseño de al menos 50 años.

La fórmula de Barlow también es aplicable para tuberías de HDPE que está relacionada con la presión interna, el diámetro exterior de la tubería, el espesor de la pared y la tensión circunferencial circunferencial y está dada por

p = 2 xtx σ /d o alternativamente t = pxd/(2.σ + p)

Aquí:

  • p = presión interna (MPa)
  • t = espesor de pared mínimo (mm)
  • d = diámetro exterior medio (mm)
  • σ = tensión circular circunferencial (MPa)

Las tensiones circunferenciales de diseño para materiales de tubería de HDPE se consideran de la siguiente manera según ISO 4427:

  • PE 63: 5 MPa
  • PE 80: 6,3 MPa
  • PE100: 8MPa

Ventajas de las tuberías de HDPE

Las tuberías de HDPE brindan varias ventajas con respecto a otros materiales de tubería como

  • Económico. Por lo tanto, fácilmente asequible
  • Alto caudal debido a la superficie interior lisa
  • Amplio rango de temperatura
  • sin lixiviación
  • Fácil transporte debido a su bajo peso.
  • resistente a los rayos UV
  • Increíble Durabilidad (Más de 50 años)
  • Resistente a la mayoría de los disolventes químicos.
  • material rígido
  • Favorable al medio ambiente
  • Menor costo de mantenimiento
  • Alta calidad
  • Costo de instalación reducido
  • Por su forma flexible, fácil de usar en pendientes.
  • Métodos de unión simples.
  • No afectado por movimientos subterráneos (Resistente a Sísmicos)
  • Mal conductor de la electricidad.
  • poca fricción
  • Capacidad para amortiguar el choque de agua
  • Resistente al sol
  • Superficie antiadherente.
  • Libre de fugas debido a su naturaleza sin costuras.
  • Las secciones de tubería de HDPE prefabricadas se pueden instalar fácilmente

Desventajas de las tuberías de HDPE

La principal desventaja de las tuberías de HDPE son

  • Mala resistencia a la intemperie
  • Altamente inflamable
  • Sensible al agrietamiento por tensión
  • Difícil de vincular
  • Mala capacidad de alta temperatura
  • Alta expansión térmica

Preguntas frecuentes sobre tuberías de HDPE

¿Cuál es el significado completo de la tubería de HDPE?

La forma completa de HDPE es polietileno de alta densidad. Este polímero de hidrocarburo se produce a partir del petróleo mediante un proceso catalítico. Famoso por su resistencia a la tracción en la categoría de productos similares, el polietileno de alta densidad es un tipo de termoplástico.

¿Es lo mismo HDPE que PVC?

Tanto el HDPE como el PVC se consideran plásticos. Sin embargo, no son lo mismo. El HDPE es un termoplástico hecho de petróleo y el PVC es un polímero de vinilo duradero. Al comparar HDPE y PVC, HDPE debido a su flexibilidad, alta relación resistencia a densidad, ausencia de corrosión y estabilidad química es una opción sólida para aplicaciones de baja presión y baja temperatura.

¿Para qué se utilizan las tuberías de HDPE?

La tubería de HDPE o polietileno de alta densidad se usa ampliamente para transportar agua potable, lodos, aguas residuales, productos químicos, desechos peligrosos y gases comprimidos. Se han utilizado en diversas industrias como gas, petróleo, minería, agua y otras industrias.

¿Cuánto durará la tubería de HDPE?

Los sistemas de tuberías de HDPE correctamente diseñados brindan un rendimiento duradero en comparación con otros sistemas de tuberías. Según las estimaciones del Plastic Pipe Institute, se supone que duran entre 50 y 100 años.

¿La tubería de HDPE es segura para el agua potable?

Sí, el HDPE es totalmente seguro para transportar agua potable. Esta es una de las principales razones por las que en la industria del agua y las plantas desaladoras se utilizan ampliamente las tuberías de polietileno de alta densidad. La aplicación de tuberías de HDPE para aplicaciones de agua potable está certificada por NSF. Varios desinfectantes como el cloro y la cloramina están aprobados para su uso en tuberías de HDPE.

¿Qué es más fuerte el PVC o el HDPE?

El PVC es más fuerte y rígido en comparación con el HDPE.

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