tuberías de plástico

Tubos extruidos que constan de una sola capa de una matriz homogénea de material termoplástico, listos para su uso en una tubería.

Las tuberías y accesorios de pared estructurada son productos con un diseño optimizado en cuanto al uso de materiales para cumplir con los requisitos físicos, mecánicos y de rendimiento. Las tuberías de pared estructurada son soluciones a medida para sistemas de tuberías, destinadas a diversas aplicaciones y, en la mayoría de los casos, desarrolladas en colaboración con los usuarios.

Tubería que incorpora una capa metálica flexible como capa intermedia de tres capas adheridas. La tubería barrera se utiliza, por ejemplo, para brindar protección adicional al contenido que circula por ella (especialmente agua potable) contra productos químicos agresivos u otros contaminantes cuando se instala en terrenos contaminados por usos anteriores.

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

El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) se utiliza para el transporte de agua potable, lodos y productos químicos. Su uso más común es en sistemas de drenaje, desagüe y ventilación (DWV). Tiene un amplio rango de temperatura, desde -40  °C hasta +60  °C.

El ABS es un material termoplástico desarrollado originalmente a principios de la década de 1950 para su uso en yacimientos petrolíferos y la industria química. Su versatilidad y su rentabilidad lo han convertido en un plástico de ingeniería muy popular . Puede adaptarse a diversas aplicaciones modificando la proporción de sus componentes químicos.

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 aguas residuales y desechos. ^{[ 5 ]}

El cloruro de polivinilo clorado (CPVC) es resistente a muchos ácidos, bases, sales, hidrocarburos parafínicos, halógenos y alcoholes. No es resistente a disolventes, aromáticos ni a algunos hidrocarburos clorados. Puede transportar líquidos a temperaturas más elevadas que el uPVC, alcanzando una temperatura máxima de funcionamiento de 93,3 °C (200 °F) . Gracias a su mayor resistencia a la temperatura y a los productos químicos, el CPVC es uno de los materiales más recomendados para el transporte de agua y otros líquidos en entornos residenciales, comerciales e industriales.  

Polietileno de alta densidad (HDPE): la tubería de HDPE es resistente, flexible y ligera. Presenta una tasa de fuga nula cuando se fusiona. ^{[ 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 superficial. Sus propiedades clave 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. Además, presenta baja transmisión de ruido, baja dilatación térmica lineal y no se corroe ni se calcifica.

Los sistemas de tuberías PB-1 ya no se venden en Norteamérica. Su cuota de mercado en Europa y Asia es pequeña, pero crece de forma constante. En algunos mercados, como Kuwait, Reino Unido, Corea y España, 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 la tubería de HDPE ( polietileno de alta densidad ) ^{[ 8 ]} y el PEX (polietileno reticulado, también conocido como XLPE), que es más resistente al calor .

El polietileno (PE) se utiliza para tuberías desde principios de la década de 1950. Las tuberías de PE se fabrican por extrusión en una amplia variedad de tamaños. El PE es ligero, flexible y fácil de soldar. Su superficie interior lisa garantiza un buen flujo. El desarrollo continuo del material ha mejorado su rendimiento, lo que ha propiciado un rápido aumento de su uso por parte de las principales compañías de agua y gas en todo el mundo.

Las tuberías también se utilizan en tecnologías de revestimiento y sin zanja, las llamadas aplicaciones sin excavación, donde las tuberías se instalan sin necesidad de abrir zanjas ni causar molestias en la superficie. En estos casos, las tuberías pueden utilizarse para revestir sistemas de tuberías antiguos, reduciendo así las fugas y mejorando la calidad del agua. Estas soluciones ayudan a los ingenieros a rehabilitar sistemas de tuberías obsoletos. La excavación es mínima y el proceso se realiza rápidamente bajo tierra.

Asimismo, en el caso de las tuberías de polietileno (PE), diversos estudios han demostrado su larga trayectoria, con una vida útil prevista de más de 50 años.

El polietileno reticulado se conoce comúnmente como XLPE o PEX. Es un material termoplástico que se puede fabricar de tres maneras diferentes, dependiendo de cómo se realice la reticulación de las cadenas poliméricas. 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 ganado popularidad rápidamente en las últimas décadas. A menudo se suministra en bobinas, es flexible y, por lo tanto, se puede guiar alrededor de estructuras sin necesidad de accesorios. Su resistencia a temperaturas que van desde bajo cero hasta casi el punto de ebullición lo convierte en un material ideal para tuberías en instalaciones de agua caliente y fría, calefacción por radiadores y suelo radiante, deshielo y 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 un control preciso del proceso de fabricación.

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

El polipropileno es apto para su uso en alimentos, agua potable y agua ultrapura, así como en las industrias farmacéutica y química.

El PP es un polímero termoplástico fabricado a partir de polipropileno. Se inventó en la década de 1950 y se utiliza para tuberías desde la década de 1970. Su alta resistencia al impacto, junto con su buena rigidez y alta resistencia química, lo hacen idóneo para aplicaciones de alcantarillado. Su buen rendimiento a temperaturas de funcionamiento de hasta 60 °C (140 °F) (de forma continua) lo hace adecuado para sistemas de descarga domésticos de aguas residuales. Un grado especial de PP con un comportamiento a altas temperaturas de hasta 90 °C (194 °F) (a corto plazo) lo convierte en una buena opción para el suministro de agua caliente sanitaria. ^{[ 10 ]}    

El difluoruro de polivinilideno (PVDF) es un fluoropolímero termoplástico relativamente poco reactivo, con excelente resistencia química y térmica, ideal para la fabricación de tuberías de plástico. La resina de PVDF se produce mediante la polimerización del monómero de fluoruro de vinilideno . Posteriormente, esta resina se utiliza para fabricar tuberías de PVDF y muchos otros productos.

Las industrias y aplicaciones eligen las tuberías de PVDF por sus cualidades inertes y duraderas. 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, desarrollo farmacéutico y procesamiento de residuos nucleares.

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

El uPVC o PVC-U es un material termoplástico derivado de la sal común y los combustibles fósiles. Este material para tuberías cuenta con la trayectoria más larga entre todos los plásticos. Las primeras tuberías de uPVC se fabricaron en la década de 1930. A partir de la década de 1950, se utilizaron para reemplazar las tuberías metálicas corroídas y así llevar agua potable a una creciente población rural y, posteriormente, urbana. Las tuberías de uPVC están certificadas como seguras para agua potable según la norma NSF 61 y se utilizan ampliamente en redes de distribución y transmisión de agua en toda Norteamérica y el resto del mundo. El uPVC está permitido para las líneas de desagüe en viviendas y es la tubería más utilizada para alcantarillado sanitario.

Pronto surgieron otras aplicaciones, tanto a presión como sin presión, en los campos de alcantarillado, suelos y residuos, gas (a baja presión) y protección de cables. Por lo tanto, la contribución del material a la salud pública, la higiene y el bienestar ha sido significativa.

Las tuberías de cloruro de polivinilo o uPVC (cloruro de polivinilo no plastificado) no son adecuadas para las líneas de agua caliente y su uso en las líneas de suministro de agua interiores de las viviendas en EE. UU. está restringido desde 2006. Código IRC P2904.5 uPVC: No incluido en la lista.

El uPVC posee una alta resistencia química en todo su rango de temperaturas de funcionamiento , con un amplio rango de presiones de operación. La temperatura máxima de funcionamiento es de 60 °C (140 °F) y la presión máxima de trabajo es de 3100 kPa (450 psi ) . Gracias a sus características de resistencia a largo plazo, su alta rigidez y su rentabilidad, los sistemas de uPVC representan una gran proporción de las instalaciones de tuberías de plástico, y algunas estimaciones indican que actualmente hay más de 3.200.000 km (2.000.000 de millas) de tuberías de uPVC en servicio en diversas aplicaciones.     

A partir del 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 biaxial de alto rendimiento, orientada molecularmente, 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 alta exigencia donde la resistencia al agrietamiento y a la corrosión bajo tensión es importante. En varios estudios se ha investigado la larga trayectoria de las tuberías de uPVC. Investigaciones recientes realizadas en la KRV alemana y la TNO holandesa han confirmado que las tuberías de presión de agua de uPVC, cuando se instalan correctamente, tienen una vida útil de más de 100 años. ^{[ 12 ]}

Las tuberías de plástico se utilizan desde hace más de 50 años. Se prevé que la vida útil de los sistemas de tuberías de plástico supere los 100 años. Diversos estudios del sector han confirmado este pronóstico.

Los materiales plásticos para tuberías siempre se han clasificado en función de ensayos de presión a largo plazo. Los tiempos de fallo medidos en función de las tensiones en la pared de la tubería se han representado mediante las denominadas curvas de regresión.

Se ha calculado una extrapolación basada en los tiempos de falla medidos para alcanzar los 50 años. La tensión de falla prevista a los 50 años se tomó como base para la clasificación. Este valor se denomina MRS, Tensión Mínima Requerida, a los 50 años. ^{[ 13 ]}

Algunas razones por las que pueden fallar los sistemas de tuberías de plástico son la mala adhesión/pegado del producto durante la instalación y los daños físicos naturales, como la infiltración de raíces de árboles. También se ha observado 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, según se describen en varias normas de producto, son: SN2, SN4, SN8 y SN16, donde SN representa la rigidez nominal (kN/m²). La rigidez de las tuberías es importante para que soporten las cargas externas durante la instalación. Cuanto mayor sea el valor, más rígida será la tubería.

Tras una correcta instalación, la deflexión de la tubería se mantiene limitada, aunque continuará en cierta medida durante un tiempo. En relación con el suelo en el que está enterrada, la tubería de plástico se comporta de forma flexible. Esto significa que la deflexión posterior dependerá del asentamiento del suelo alrededor de la tubería.

Básicamente, la tubería sigue el movimiento o asentamiento del terreno, como lo denominan los técnicos. Esto significa que una buena instalación de las tuberías dará como resultado un buen asentamiento del suelo. La desviación posterior se mantendrá limitada.

En el caso de tuberías flexibles, la carga del suelo se distribuye y soporta por el terreno circundante. Las tensiones y deformaciones causadas por la flexión de la tubería se producirán dentro de la pared de la misma. Sin embargo, las tensiones inducidas nunca superarán los valores límite permitidos.

El comportamiento termoplástico del material de la tubería es tal que las tensiones inducidas se reducen a un nivel bajo. Las deformaciones inducidas están muy por debajo de los niveles admisibles.

Este comportamiento flexible significa que la tubería no fallará. Simplemente se deformará un poco más, manteniendo su función sin romperse.

Sin embargo, las tuberías rígidas, por su propia naturaleza, no son flexibles y no se adaptan a los movimientos del terreno. Soportan todas las cargas del suelo, independientemente de su asentamiento. Esto significa que, cuando una tubería rígida se somete a una carga excesiva, alcanzará su límite de resistencia más rápidamente y se romperá.

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 ]}