noviembre 1, 2021
Círculo interno
¿Por qué plásticos frente a metales?
Existen numerosos factores que la comunidad de diseñadores debe tener en cuenta a la hora de elegir el material adecuado para una aplicación concreta. Algunos de estos factores son: tipo de medio, temperatura, presión, caudal, entorno, códigos locales, coste del proyecto, calendario del proyecto y coste total de la instalación. Para este artículo, nos centraremos en dos sistemas de tuberías termoplásticas: (1) PP-RCT y (2) PE100 especialmente formulado, que ofrecen numerosas ventajas sobre los sistemas metálicos tradicionales como el cobre, el acero, el acero inoxidable y el aluminio. Si un sistema de tuberías termoplásticas cumple los criterios de la aplicación, ¿por qué querría alguien utilizar un material que es más pesado, se corroe y aumenta el coste total de la construcción? Esperemos que este artículo ofrezca una respuesta a esta pregunta. En primer lugar, veamos cómo se han utilizado algunos materiales, tanto en el pasado como en la actualidad.
Permíteme que te cuente brevemente la historia de los materiales utilizados para las tuberías. Los datos históricos demuestran que los antiguos egipcios utilizaban cobre martillado para las tuberías, y los romanos tuberías de plomo para la distribución de agua caliente y fría. Los primeros colonos norteamericanos utilizaban troncos ahuecados, hasta que se produjo el acero -que sigue siendo el material más común para las tuberías- y los tubos de cobre. A medida que cambiaron los requisitos de las tuberías, se consideraron materiales alternativos con diversas características, ventajas y beneficios. Estos atributos incluían la resistencia a la corrosión, la purificación del agua, la facilidad de instalación y las preocupaciones medioambientales de fabricación. Algunos de estos materiales alternativos eran termoplásticos. Aunque existen numerosas aplicaciones para las tuberías termoplásticas, la siguiente sección se centrará en un par de materiales utilizados para las tuberías de servicio de los edificios. Estas aplicaciones incluyen agua caliente y fría, agua del condensador, aire comprimido, vacío y otras. Estos dos materiales termoplásticos para tuberías ofrecen importantes ventajas a largo plazo respecto a los sistemas de tuberías metálicas tradicionales.
El cobre y el acero han sido dominantes en casi todos los tipos de tuberías; sin embargo, el polipropileno copolímero aleatorio con estructura cristalina para servicio a temperaturas más altas(Asahitec™ PP-RCT) y el polietileno diseñado para aire comprimido(Air-Pro® PE especialmente formulado) son cada vez más comunes y ampliamente aceptados. Entonces, ¿por qué las dudas y los malentendidos sobre los plásticos? Hay dos razones principales: en primer lugar, los ecologistas aborrecen los plásticos porque algunos tardan muchos años en degradarse, lo que les da mala fama; en segundo lugar, los productos metálicos existen desde siempre y todo el mundo está familiarizado con ellos.
Para empezar, abordemos la primera razón. Los ecologistas tienen razón cuando afirman que los plásticos no son biodegradables, pero ¿no se refieren a plásticos consumibles de un solo uso, como botellas de agua, anillas de seis envases, pajitas, utensilios o envases de alimentos y bebidas? En el caso de los sistemas de tuberías, ¿no querrías algo que no se degradara y descompusiera con el tiempo? ¿O que sea perjudicial para el medio ambiente cuando se extraiga o fabrique? Y la segunda razón: los productos metálicos han existido mucho antes que los plásticos, pero ¿son necesariamente el producto adecuado para la aplicación? ¿Por qué las empresas energéticas están sustituyendo las tuberías de gas de acero oxidado por tuberías de termoplástico? ¿Por qué algunos fabricantes de productos metálicos restan importancia constantemente a las ventajas de los plásticos? El tiempo lo dirá, pero hasta entonces, echemos un vistazo a un par de aplicaciones en las que los termoplásticos son cada vez más aceptados por propietarios, arquitectos, ingenieros y contratistas.
Creo que sabemos lo que es el aire comprimido, ya que todos, en un momento u otro, hemos tenido que inflar los neumáticos de nuestros vehículos cuando se quedan sin presión. El talón de Aquiles de todo sistema de aire comprimido es la humedad, que provoca corrosión en el sistema de tuberías metálicas y, en última instancia, averías. Se incorporan secadores de aire al sistema de tuberías, pero sigue habiendo humedad residual. ¿Causará la humedad corrosión interna o, en el caso de un sistema enterrado directamente, corrosión externa en un sistema termoplástico como Air-Pro®? En absoluto.
¿Qué es la calefacción y refrigeración hidrónicas? Los sistemas hidrónicos hacen circular agua líquida por tuberías para proporcionar calefacción y refrigeración a las zonas del edificio. Los sistemas hidrónicos constan de una fuente de energía (una caldera, un calentador de agua o una enfriadora), junto con las bombas y tuberías asociadas que conectan la fuente a las unidades terminales de transferencia de calor adecuadas situadas en los espacios. Para estas aplicaciones se utilizan sobre todo metales; sin embargo, el PP-RCT puede ofrecer numerosas ventajas sobre el acero, que veremos a continuación.
Número uno: la corrosión. Este puede ser el factor más importante por el que se consideran los sistemas de tuberías termoplásticas frente a los metálicos. Según el informe 2012 Buried No Longer (BNL) de la Asociación Americana de Obras Hidráulicas (AWWA)es necesario gastar más de 1 billón de dólares en los próximos 25 años para reparar o sustituir el envejecido sistema de distribución de agua del país. A menudo se aplica un tratamiento químico para retardar la corrosión de las tuberías de acero; sin embargo, este tratamiento puede tener a menudo efectos perjudiciales para el propio sistema de tuberías. A medida que continúa la corrosión interna, aumentan las caídas de presión y los caudales disminuir. Con el tiempo, experimentarás menos presión en el punto de uso. El sistema Hazen-Williams (H&W) es una relación empírica que relaciona el caudal de agua en una tubería con las propiedades físicas de la tubería y la caída de presión causada por la fricción. Se utiliza en el diseño de sistemas de tuberías de agua. El número H&W más alto refleja menos fricción y mejores características de flujo, y el número H&W más bajo refleja más fricción y características de flujo reducidas. La figura 1 compara los números H&W del acero, el cobre y el polipropileno. Una cosa que hay que recordar: los factores del acero y el cobre se basan en material totalmente nuevo y disminuirán con el tiempo a medida que se acumule corrosión interna; en cambio, el polipropileno no se corroerá ni se incrustará, por lo que el número H&W permanecerá siempre igual. Por ejemplo: si el acero nuevo (según la figura 1) tiene un factor H&W entre 90 y 110, ¿cuál es el factor H&W de una tubería de acero según la figura 2? 60? 20? Quién sabe. Ésta es una de las razones por las que los sistemas de tuberías metálicas suelen estar sobredimensionados: para compensar la corrosión interna. Muchos de estos sistemas de distribución de agua están recurriendo a los termoplásticos, ya que no se verán atacados por la corrosión interna ni externa.
Número dos: el peso. Perfiles similares de metal pueden ser hasta siete veces más pesados que los de plástico. El peso ligero equivale a menos costes de transporte, manipulación, almacenamiento y premontaje. La figura 3 es un ejemplo de las diferencias de peso entre plásticos y metales.
Número tres: soldaduras seguras. A diferencia de soldar acero o soldar cobre, soldar materiales termoplásticos no requiere una llama abierta. Muchos proyectos exigen un permiso de quema para cualquier llama abierta, lo que no es necesario para los tres métodos principales de fusión térmica de sistemas de tuberías termoplásticas: fusión por encastre, fusión a tope y electrofusión. Además, los tiempos de soldadura de estas tres técnicas de unión pueden ser sustancialmente menores que los de los procedimientos de soldadura. Existen técnicas de unión mecánica para sistemas metálicos, pero las uniones mecánicas no suelen utilizarse en zonas ocultas por falta de accesibilidad.
Número cuatro: eficiencia energética. Como los termoplásticos no forman corrosión interna, el sistema de tuberías funcionará con la misma eficacia a lo largo del tiempo. No ocurre así con los metálicos, ya que la corrosión interna debe tenerse en cuenta al dimensionar el sistema de tuberías. Además, los metálicos son hidrófilos, lo que significa que tienen una superficie de alta energía; en cambio, los termoplásticos son hidrófobos, con una superficie de baja energía. Imagina tu coche después de encerar la superficie, donde el agua se apelmaza y se desliza. Esto reduce la pérdida de fricción y las caídas de presión. La figura 4 es un buen ejemplo de ello. Debido a estos factores, los diseñadores pueden tener que aumentar el tamaño de las tuberías, los accesorios, las bombas y las válvulas, lo que también aumenta los costes energéticos de las instalaciones.
Número cinco: costes de mantenimiento. De nuevo, esto está relacionado con los problemas de corrosión. Dependiendo de los parámetros de las tuberías, los sistemas de agua fría pueden corroerse a un ritmo del 1 al 3% anual; por tanto, la esperanza de vida podría ser de tan sólo 33,3 años. La temperatura y la presión son factores clave a la hora de determinar la vida útil. Los sistemas termoplásticos tienen esperanzas de vida publicadas basadas en la temperatura y la presión del sistema, pero ¿los metálicos? ¿Cómo se compensa la degradación de las tuberías metálicas, como la erosión, la corrosión galvánica y las picaduras? Los sistemas termoplásticos pueden ofrecer una esperanza de vida significativamente mayor, ya que, una vez más, la corrosión de cualquier tipo no es un problema. La mayoría de los propietarios de edificios se esfuerzan por conseguir una vida útil más larga, y los materiales rentables como Asahitec™ PP-RCT y el PE especialmente formulado Air-Pro® son a menudo la respuesta a sus necesidades.
Número seis: aislamiento. Los termoplásticos tienen una mayor resistencia a la transferencia de calor que los metálicos. Sus coeficientes de transferencia de calor (factores K) son mucho menores que los del acero y el cobre. Los plásticos siempre necesitarían menos aislamiento que las tuberías metálicas. En algunos casos, sin embargo, los grosores de aislamiento vienen dictados por los códigos locales (ASHRAE, OSHA, etc.) y el AHJ. La conductividad térmica (valor k) es la capacidad de un material para conducir el calor; por tanto, cuanto menor sea el valor k, mejor es el material para aislar. La figura 5 muestra los valores K de distintos termoplásticos, cobre y acero.
Como puedes ver, existen numerosas ventajas de los termoplásticos frente a los metálicos. Como ya se ha comentado, los metálicos siguen siendo los materiales predominantes para ciertas tuberías de servicios de edificios; sin embargo, los termoplásticos, como Asahitec™ PP-RCT y Air-Pro® PE especialmente formulado, tienen numerosas ventajas y pueden suponer un ahorro sustancial de costes para la renovación o construcción de edificios. Durante casi 50 años, Asahi/America ha hecho honor a nuestro lema, Tus Expertos en Plásticos, y ha estado a la vanguardia de la fabricación y el desarrollo de tuberías termoplásticas, válvulas y actuadores, accesorios y herramientas de fusión. Llámanos y estaremos encantados de compartir nuestra experiencia contigo.
AVISO DEL EDITOR: Ten en cuenta que la información de este artículo sólo tiene fines educativos y no sustituye a ninguna información técnica ni especificación de producto de Asahi/America.
Consulta al departamento técnico de Asahi/America en el 1-800-343-3618 o en [email protected] sobre todas las aplicaciones de productos en lo que respecta a la selección de materiales en función de la presión, la temperatura, los factores medioambientales, los productos químicos, los medios, la aplicación, etc.
