COMPARACIÓN TÉCNICA ENTRE TUBERÍAS DN400mm PVC-U 7.5 VS D400mm PVC-O PN-12.5 INTRODUCCIÓN La tubería no metálica más utilizada y aceptada en el mundo es sin duda el policloruro de vinilo, también conocido como PVC y que en la actualidad a mejorado sus propiedades mecánicas y físicas mediante el proceso de orientación molecular, convirtiéndolo en un “nuevo material” conocido como PVC-O. El PVC-O cuenta con el respaldo de la norma internacional ISO 16422, debido a la masificación en el uso de esta tecnología, diversos países han adoptado esta norma a sus exigencias internas. En el caso del Perú existe desde el año 2012 la NTP ISO 16422: “Tubos y uniones de poli (Cloruro de vinilo) no plastificado orientado (PVC-O) para conducción de agua a presión”. Para diferenciar el tipo de tubería PVC-O propuesta como alternativa en este proyecto, la norma NTP ISO 16422:2012, en el capítulo 7 Clasificación de Material, indica claramente que existen 5 clasificaciones: 315, 355, 400, 450 y 500, siendo esta última en donde el tubo fabricado alcanza las mejores propiedades mecánicas y de comportamiento físico, con una total definición de la estructura laminar de sus paredes. Por su parte el PVC-U se fabrica bajo las exigencias de la NTP ISO 1452:2012: “Tubos y conexiones de poli (cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) para el abastecimiento de agua, drenaje y alcantarillado enterrado o aéreo con presión”. Por lo indicado anteriormente es importante comprender las similitudes y diferencias entre el PVCU y el PVC-O para lograr una selección y especificación adecuada: El PVC-O tiene un módulo de elasticidad superior que el PVC-U lo que hace que no requiera de un mayor para soportar altas presiones internas y cargas externas (rigidez anular). Por ese motivo requiere una pared mucho más delgada para lograr una presión similar, optimizándose el uso de la materia prima y costos de producción. Las tuberías con paredes más delgadas tienen un mayor diámetro interno, por lo tanto, mayor superficie de flujo y menos pérdidas por fricción, el resultado final es una mayor eficiencia de bombeo que redunda en ahorros en equipos y funcionamiento. Este comparativo se realiza entre el PVC-O Clase 500 DN 400mm PN12.5 vs el PVC-U DN 400 mm C7.5, bajo esta descripción podemos indicar que la tubería de PVC-O ofrece un 67% de una mayor resistencia a la presión. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DURABILIDAD Todo material sometido de forma constante a esfuerzo, a lo largo del tiempo sufren pérdidas de sus propiedades mecánicas y esta circunstancia se refleja en las curvas de regresión de un material: 10 horas PVC-O C-500 PVC-U 100 % 100 % 100 horas 4 días 94 % 80 % 1000 horas 42 días 90 % 71 % 10000 horas 417 días 86 % 66 % 100000 horas 11 años 81 % 57 % 50 años 79 % 54 % Coeficiente de fluencia 50 años 1.3 1.9 Estas curvas de regresión de resistencia hidrostática ponen en evidencia una elevada vida útil de las conducciones de PVC-O con resultados muy superiores que todo el resto de tuberías plásticas diferenciándose claramente del PVC-U. Para un período de vida de 50 años la resistencia mínima requerida de la tubería de PVC-U es de 25 MPa, frente a 50 MPa del PVC-O Clase 500, es decir el doble. MECÁNICAS En la tabla siguiente se pueden apreciar las considerables diferencias existentes en las características de ambos materiales, mostrando al PVC-O Clase 500 como un material de altas prestaciones: Característica / Norma Resistencia Mínima Requerida (MRS) Coeficiente Global de Servicio (C) Esfuerzo de Diseño () Módulo de Elasticidad a corto plazo (E) Resistencia a la tracción axial Resistencia a la tracción tangencial Dureza Shore (D) Unidades MPa Mpa MPa MPa MPa Tubería PVC-U NTP ISO 1452:2012 25 2.5 10 2800 >45 Tubería PVC-O Clase 500 NTP ISO 16422:2012 50 1.4 36 >4000 >48 >60 >85 >50 81 - 85 Nota: Un coeficiente global de servicio mayor significa que para una misma presión nominal la pared del tubo debe ser más gruesa. COMPORTAMIENTO AL ESFUERZO A CORTO PLAZO En la gráfica siguiente podemos apreciar como la pendiente de la curva esfuerzo / deformación del PVC-O Clase 500 es más parecida a la curva característica de materiales metálicos presentando una deformación totalmente elástica. En el PVC-O Clase 500 desaparece el valle de fluencia, esto quiere decir que para llegar a un punto de rotura siempre tendremos que aplicar un mayor esfuerzo. En otros materiales plásticos al producirse fluencia debido a un esfuerzo puntual (sobrepresión) podría eventualmente romperse con esfuerzos inferiores a la inicial. En conclusión, podemos decir que en el PVC-O Clase 500 no se producen daños ocultos por sobreesfuerzos que fragilizan el material a largo plazo. PRESTACIONES MECÁNICAS Un efecto típico en todos los materiales plásticos que no se producen en el PVC-O Clase 500 es la de propagación de la grieta, pues su estructura laminar evita que una grieta superficial en las capas exteriores no se propague en toda la pared y a lo largo de la tubería. El PVC-O Clase 500 tiene una resistencia muy superior a la fatiga que garantiza la vida útil mucho más prolongada de la red en el largo plazo y una ausencia de mantenimiento / reparación ya que el índice de roturas por fatiga desaparece. Resaltaremos en este apartado una resistencia al impacto hasta 5 veces superior del PVC-O C500 frente al PVC-U, esta mejora de comportamiento es incluso superior con temperaturas bajas (0º) respecto al PVC convencional. RESISTENCIA A LA PRESIÓN DN (mm) 400 PVC-O Clase 500 PN12.5 12.5 PVC-U 7.5 7.5 La tubería de PVC-O Clase 500 PN12.5 ofrece un 67% más de resistencia a la presión que el PVC-U 7.5 EXIGENCIAS DE LA RESISTENCIA AL IMPACTO Para esta comparación tomaremos como base las exigencias de las normas NTP ISO 1452:2012 para el PVC-U y la NTP ISO 16422:2012 para el PVC-O. Diámetro Nominal (mm) 400 PVC-O 12.5 NTP ISO 16422 Altura caída m 2.0 Masa percutor Kg 12.5 PVC-U 7.5 NTP ISO 1452 Altura caída m 2.0 Masa percutor Kg 3.2 Como puede evidenciarse según las normas mencionadas, la exigencia al impacto para la tubería de PVC-O Clase 500 es 3.9 veces la exigida al PVC-U, de esta forma se garantiza la durabilidad ante los golpes que pudieran suceder por cualquier circunstancia (como impactos producidos por caídas de objetos, piedras o golpes sobre la tubería) CAPACIDAD HIDRÁULICA En este caso el PVC-O ofrece una presión nominal 67% por encima del PVC-U y una diferencia en la sección interna 7% mayor al PVC-U, por lo tanto, una mayor capacidad hidráulica. Diámetro Nominal (mm) PVC-U NTP ISO 1452:2012 PVC-O NTP ISO 16422:2012 CLASE 7.5 PN-12.5 Sección Espesor (mm) Diam. Int. (mm) Hidráulica Sección Espesor (mm) Diam. Int. (mm) (cm2) 400 14.5 371 1081.03 Δ (%) Hidráulica (cm2) 7 380.2 1158.12 7% PESO En este cuadro se puede notar la gran diferencia en peso que existe entre ambas tuberías: DN TUBERIA PVC-O PN 12.5 Peso TUBERIA PVC-U C-7.5 Peso (mm) (kg/Tubo) (kg/Tubo) 400 111.20 161.89 Δ (%) 46% El PVC-O presenta un menor peso que el PVC-U, la diferencia es significativa en el orden del 46%, lo que trae como beneficio un menor costo de transporte y mejor rendimiento de instalación. RENDIMIENTO Para este caso los rendimientos de instalación son a favor del PVC-O Clase 500 en el orden del 62% en promedio. TUBERIA PVC-O PN 12.5 Uniones Longitud Metros TUBERIA PVC-U C-7.5 Uniones Longitud Metros (mm) por día Efectiva por día por día Efectiva por día 400 80 5.605 448.4 35 5.73 200.55 DN La tubería de PVC-O Clase 500, presenta un mayor rendimiento de instalación pudiéndose instalar hasta 448.4m por día en comparación con las tuberías de PVC-U, en porcentaje el beneficio sería del 124%. Δ (%) 124%
