Ventajas del PB-1 para sistemas de tuberías a presión
Qué significa en la práctica una clase superior de SDR?
- Conozca el polibuteno-1 para su uso en sistemas de tuberías de agua fría y caliente a presión
- Conozca las extraordinarias características de este material termoplástico más avanzado desde el punto de vista técnico
- Cuáles son los beneficios de usar PB-1 en sistemas de tuberías en comparación con materiales termoplásticos alternativos?
- Oportunidades para reducir los costos operativos durante la vida útil de un sistema de tuberías
La flexibilidad es una ventaja que ofrecen varios plásticos en comparación con los metales, sin embargo, el polibuteno-1 es claramente el material plástico preferido, como se ilustra en la siguiente tabla, donde se comparan los valores típicos de elasticidad a la flexión de varios materiales de tuberías de poliolefina.
Las ventajas de la flexibilidad durante la instalación y el mantenimiento de los sistemas de tuberías de polibuteno-1 se describen en detalle en este sitio web. Evidentemente, cuanto más fácil sea manipular una tubería in situ y en situaciones difíciles, menor será el tiempo de instalación.
En este sentido, la facilidad de cableado a través de orificios perforados y de atravesar espacios confinados, combinada con largos tramos de tubería y, por lo tanto, una reducción del número de conexiones necesarias, son factores que contribuyen a la velocidad de la instalación y a la consiguiente reducción de los costos de mano de obra.
Aunque la tubería de polibuteno-1 se flexiona fácilmente, se debe tener cuidado de no doblarla hasta el punto de «retorcerse». En este sentido, se recomienda un radio de curvatura mínimo de 8 veces el diámetro de la tubería.
La figura (arriba a la derecha) muestra los radios de curvatura mínimos recomendados para varios diámetros de tubería de polibuteno-1.
La resistencia de las tuberías a la deformación y al estallido se determina mediante pruebas según las normas internacionales y nacionales. Los resultados de las pruebas se utilizan luego para calcular la tensión máxima permitida para el transporte de agua caliente de acuerdo con un conjunto definido de condiciones, denominadas clases de temperatura.
Estas clases de temperatura se compilan para reflejar la sección transversal probable de las condiciones de servicio durante un período de 50 horas para una variedad de aplicaciones diferentes de calefacción y suministro de agua. Las clases de temperatura aceptadas internacionalmente se estipulan en la norma ISO 10508 y se mencionan en otras normas de sistemas para sistemas de tuberías de plástico.
Al emplear criterios dimensionales estandarizados, es posible calcular la tensión de aro máxima permitida de los tubos de poliolefina de la competencia para cada una de estas clases de temperatura de la siguiente manera:
Estos cálculos indican que el espesor de pared requerido de las tuberías de polibuteno-1 podría ser menor que el de los otros materiales candidatos para un rendimiento de resistencia a la tensión equivalente. Sin embargo, el cálculo del grosor de la pared depende de otros requisitos normalizados adicionales, por lo que, si los tubos tienen un diámetro inferior a 16 mm, todos los tubos de poliolefina deben cumplir una norma de espesor fijo mínimo definida para un material específico. En consecuencia, la ventaja de rendimiento de los tubos de polibuteno-1 se traduce en un aumento del factor de diseño del +35% en comparación con el polietileno reticulado y del +50% en comparación con el PE-RT, en lugar del correspondiente ahorro de material.
La ventaja de rendimiento del polibuteno-1 ofrece un factor de diseño de un +35% en comparación con el polietileno reticulado y un +50% en comparación con el polietileno-RT.
Sin embargo, para diámetros de tubería superiores a 16 mm, está permitido calcular los espesores de tubería de acuerdo con criterios de rendimiento estandarizados, donde las ventajas de usar polibuteno-1 se pueden obtener en términos de menor peso de la tubería y, por lo tanto, menor consumo y costo de materia prima.
La siguiente tabla ilustra los beneficios de usar polibuteno-1 en comparación con los materiales de la competencia en una tubería de 40 mm de diámetro para una esperanza de vida útil de 50 años a una temperatura de funcionamiento continuo de 70 °C, incluidos los factores de diseño.
Rendimiento para tuberías de presión fría y caliente
Con su alta resistencia a la fluencia en un amplio rango de temperaturas junto con una baja expansión térmica, el polibuteno-1 se adapta particularmente bien a los requisitos de la industria para el uso de tuberías a presión en sistemas de agua fría y caliente domésticos, comerciales e industriales.
La resistencia a la presión interna de las tuberías de polibuteno-1 se presenta en la norma ISO 12230: tuberías de polibuteno (PB): efecto del tiempo y la temperatura en la resistencia esperada. Esto proporciona el estándar de referencia para evaluar la idoneidad de todos los materiales de polibuteno-1.
Esta norma proporciona tanto un gráfico de líneas de referencia (derecha) como una tabla de valores de tensión de aro (abajo), que en conjunto representan los criterios de aceptabilidad especificados en varios otros estándares.
Valores esperados de resistencia del aro
La norma ISO 10508 (Tuberías y accesorios termoplásticos para sistemas de agua fría y caliente), en combinación con la ISO 12230, define los requisitos de rendimiento en las aplicaciones en las que se pueden utilizar tuberías de polibuteno-1 en términos de las siguientes condiciones de «clasificación de servicio». Clases de aplicación de tubos termoplásticos según la norma ISO 10508.
Determinación del tamaño de tubería de polibuteno-1
La norma más utilizada para determinar el cumplimiento del rendimiento de las calidades de polibuteno-1 (con referencia a la ISO 12230) es la ISO 9080 (EN): Sistemas de tuberías y conductos de plástico: determinación de la resistencia hidrostática a largo plazo de los materiales termoplásticos en forma de tubería mediante extrapolación.
Este procedimiento estándar generalmente lo llevan a cabo institutos de pruebas de tuberías independientes acreditados para verificar el rendimiento de todos los materiales termoplásticos para tuberías de agua fría y caliente.
La norma ISO 10508 (Tuberías y accesorios termoplásticos para sistemas de agua fría y caliente), en combinación con la ISO 12230, define los requisitos de rendimiento en las aplicaciones en las que se pueden utilizar tuberías de polibuteno-1 en términos de las siguientes condiciones de «clasificación de servicio». Clases de aplicación de tubos termoplásticos según la norma ISO 10508.
Resultados de pruebas independientes
Fiabilidad a largo plazo y resistencia al cloro
Informe de prueba ASTM F2023 obtenido para el grado PB-1 Akoalit El PB 4267 confirma una vida útil extrapolada de más de 50 años en uso continuo a 60 °C. descargar
Evaluación de la instalación de tuberías de polibutileno después de 18 años de servicio
Presentado en Antec 2013: estudio independiente (evaluación in situ y pruebas de laboratorio) sobre el estado de un sistema de tuberías de polibutileno (PB) en un complejo de apartamentos de varias unidades. descargar
Los ruidos mecánicos que acompañan a los ciclos de calentamiento y enfriamiento de los sistemas de tuberías de calefacción fabricados con metales casi se eliminan cuando se utilizan sistemas de tuberías de plástico. Las tuberías de plástico reducen y amortiguan la transmisión tanto del ruido mecánico como del efecto de «golpe de agua».
El bajo módulo elástico del PB-1 y el reducido grosor de la pared proporcionan una sobrepresión baja para un diámetro exterior y una presión nominal de tubería determinados.
Ruido mecánico
Para la conducción del sonido a través de sólidos, el aislamiento acústico y la absorción del material son criterios importantes y esto depende de la densidad y elasticidad del material.
Las propiedades acústicas de los plásticos, cuando se representan en amplios rangos de frecuencias y temperaturas, generalmente están determinadas por las temperaturas de transición vítrea del material plástico en particular.
A temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea, Tg, la velocidad del sonido se reduce considerablemente y la absorción del sonido aumenta considerablemente. La Tg de los homopolímeros de polibuteno-1 es de -18 °C. La temperatura de servicio típica de una instalación de calefacción o agua potable es muy superior a esta Tg, por lo que la transmisión del sonido se reduce significativamente. En el caso de metales como el cobre, no existe una transición vítrea, por lo que la transmisión del sonido sigue siendo alta, incluso a temperaturas cercanas al punto de fusión del material.
Para los materiales en general, se observa que cuanto mayor es la densidad, mayor es la velocidad del sonido. Los datos presentados en la siguiente tabla muestran claramente esta relación para una selección de materiales de plomería comunes.
Obviamente, el diseño de la instalación es fundamental para garantizar el funcionamiento silencioso de un sistema de plomería. Para lograr los mejores resultados, se debe prestar la debida atención a la elección de los materiales de tuberías y accesorios y a la disposición óptima del sistema de tuberías en relación con la construcción del edificio.
Martillo de agua
Una columna de agua en movimiento dentro de una tubería contiene energía cinética almacenada que surge de su masa y velocidad. Como el agua es esencialmente incompresible, esta energía no se puede absorber cuando una válvula se cierra repentinamente. El resultado es un elevado aumento de presión instantáneo, normalmente denominado «martillo hidráulico».
Cinco factores determinan la gravedad del martillo hidráulico
- Velocidad
- Módulo de elasticidad del material de la tubería
- Diámetro interior de la tubería
- Grosor de pared de la tubería
- Tiempo de cierre de la válvula
Los golpes de agua repetitivos pueden ser destructivos para los sistemas de tuberías. Además del ruido, el golpe de agua puede hacer que las tuberías se rompan si la presión es lo suficientemente alta.
El valor teórico máximo del aumento de presión Ps es:
v0 · a · α = ps
v0 = velocidad del medio [m/s]
un = velocidad de propagación de la onda de presión [m/s]
α = densidad del medio [kg/m³]
ps = aumento de presión — golpe de agua [N/m²]
Las sobrepresiones máximas causadas por un golpe de agua se pueden calcular utilizando la siguiente ecuación tomada del «Manual de diseño de sistemas de tuberías termoplásticas», Thomas Sixsmith y Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., págs. 65-69
Ps = V (3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI)) ½
donde:
Ps = sobrepresión (psi)
V = velocidad del agua (pies/segundo)
DI = diámetro interior de la tubería (pulgadas)
E = módulo de elasticidad del material de la tubería (psi)
t = espesor de la pared de la tubería (pulgadas)
El bajo módulo elástico del polibuteno-1, combinado con un espesor de pared reducido, da lugar a una sobrepresión baja para un diámetro exterior y una presión nominal de tubería determinados. La siguiente tabla compara la sobrepresión máxima para tuberías de 38,1 mm (1-1/2 pulgadas) de diámetro exterior de diferentes materiales plásticos, diseñadas para el mismo servicio de presión.
La corrosión de los metales y los componentes metálicos en las instalaciones de calefacción y suministro de agua se producirá debido a la presencia de oxígeno libre en el agua. El oxígeno casi siempre estará presente en cualquier sistema, ya que puede entrar por varios puntos, como tanques con colectores abiertos, válvulas, juntas roscadas y bombas, y también a través de materiales permeables a los gases.
En los sistemas de calefacción de circuito cerrado que no reciben agua caliente de forma continua, la minimización de la entrada de oxígeno a través de la pared de la tubería reducirá significativamente la aparición de corrosión. Por este motivo, se ha desarrollado una tubería de barrera de polibuteno-1 hermética al oxígeno.
La tubería de barrera consiste en 3 o 5 capas concéntricas de material coextruido que se combinan en una pared de tubería integral. En una estructura de 3 capas, el polibuteno-1 constituye la capa interna y el copolímero de etileno-alcohol vinílico (EVOH) la capa externa. La capa central es un material adhesivo que es compatible con los materiales funcionales internos y externos para formar una estructura integral.
En los sistemas de calefacción de circuito cerrado, la tubería de barrera de PB-1 se desarrolló para minimizar la entrada de oxígeno a través de la pared de la tubería.
El EVOH es el material de barrera al oxígeno que tiene características de permeabilidad al oxígeno extremadamente bajas. Para mejorar aún más el rendimiento de la barrera de oxígeno, se ha desarrollado una estructura de tubería de 5 capas. En este caso, las capas interior y exterior son de PB-1 y la capa central es de EVOH. A cada lado del EVOH hay capas de «unión adhesiva». Las ventajas de la estructura de 5 capas son que la capa de EVOH está protegida de los efectos físicos y atmosféricos y, por lo tanto, proporciona un rendimiento superior de barrera contra el oxígeno por unidad de peso de EVOH.
En todos los circuitos de agua de calefacción entrarán pequeñas cantidades de oxígeno independientemente del tipo de tubería utilizada y, por lo tanto, para proteger el sistema contra los efectos de la corrosión, se añaden inhibidores al agua circulante.
La legionela es una bacteria presente ocasionalmente de forma natural en las redes de distribución de agua y representa un peligro potencial para la salud de los usuarios de estas instalaciones.
Los factores a combatir para impedir la reproducción de esta bacteria en los sistemas de tuberías de los edificios son su temperatura de reproducción y la formación de una biopelícula como sustrato para la alimentación y colonización de la bacteria.
La temperatura de reproducción de la Legionella es de entre 20° y 50°C, por lo que se deben evitar temperaturas del agua dentro de este rango. Por otro lado, la formación de una biopelícula se ve favorecida por la acumulación de agua estancada, la temperatura dentro del rango antes mencionado, la rugosidad de la tubería y la posible corrosión de su metal.
La temperatura de reproducción de la Legionella es de entre 20 y 50 °C, por lo que se deben evitar temperaturas del agua dentro de este rango.
La temperatura de aniquilación de la Legionella se establece en 70°C, por lo que los tratamientos de desinfección térmica requieren que el fluido se caliente a esta temperatura.
Los estándares internacionales de producción consideran esta temperatura de trabajo para esta aplicación, donde la clase 2 se define como aplicable. La mejor elección de material para este problema es el polibuteno-1, y con un buen diseño y un mantenimiento adecuado de la instalación, se pueden evitar posibles problemas relacionados con la legionela. Las tuberías de PB, debido a su baja rugosidad, a la ausencia de corrosión metálica y a su óptima resistencia a 70 °C (temperatura de aniquilación de las bacterias), son ideales para prevenir los problemas de legionela. Además, son aptas para tratamientos de desinfección química anuales (30 ppm de Cl a 30 °C, 6 bar y durante 2 horas), según las pruebas realizadas por el fabricante de la materia prima, LyondellBasell, en laboratorios independientes.
El polibuteno, al igual que otras poliolefinas, es altamente resistente a los solventes y productos químicos, con algunas excepciones. Sin embargo, el PB-1 puede ser atacado por disolventes orgánicos no polares, como el benceno, el tolueno, el cloruro de carbono, etc. Consulte a su proveedor de sistemas de tuberías de PB-1 para obtener más información sobre el contacto específico. El cloro es un agente oxidante agresivo tanto para el polibuteno como para otras poliolefinas. Los porcentajes que se encuentran en las redes de agua potable (< 1 ppm) no son perjudiciales, ni tampoco lo son los tratamientos anuales que se realizan para evitar la aparición de la bacteria Legionella.
Los rayos ultravioletas de la luz solar pueden provocar o acelerar el deterioro del material. El producto debe protegerse de la luz solar directa, tanto durante su almacenamiento como durante su uso final. En el caso de uso en exteriores, debe revestirse o pintarse para protegerlo. Si está pintado, es preferible utilizar pinturas en emulsión (a base de agua) para pintar el polibuteno-1. Las pinturas de laca a base de aceite se pueden usar con una imprimación. No utilice pinturas, decapantes ni disolventes a base de celulosa. Antes de pintar, asegúrese de que las superficies estén limpias, secas y sin grasa.
El polibuteno-1 es un material muy adecuado para la refrigeración y el aire acondicionado. Mantiene su flexibilidad mejor que otros materiales a temperaturas bajo cero y resiste las familias de glicoles que se utilizan como anticongelantes. Las pruebas realizadas en nuestros laboratorios indican un comportamiento y una resistencia óptimos en estas condiciones. La temperatura de transición vítrea es de -16°C, y las pruebas de presión se realizan a temperaturas de hasta -40°C. Su flexibilidad significa que puede soportar la congelación del agua transportada sin romperse, a diferencia de los materiales más rígidos que se rompen en caso de congelarse.
El PB-1 es un material muy adecuado para la refrigeración y el aire acondicionado.
