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• Cristhian Solano Bazalar

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Para seleccionar el material de la tubería para el colector principal, colectores secundarios y líneas de impulsión de aguas residuales se analizaron los siguientes materiales como alternativas:    

Hierro dúctil; Acero al carbono; Polietileno de alta densidad (HDPE); Poliester reforzado con fibra de vidrio PRFV (GRP por las siglas en inglés de Glass Reinforced Polyester).

a) Hierro Dúctil Características del Hierro Dúctil con Grafito Esferoidal Por la forma esferoidal del grafito que contiene, el hierro fundido dúctil tiene las siguientes y notables características mecánicas:    

resistencia a la tracción, resistencia a los choques, alto límite elástico, alargamiento importante.

Estas características pueden mejorarse, todavía más, mediante el control del análisis químico y del tratamiento térmico de la matriz metálica. El hierro fundido dúctil conserva, no obstante, las cualidades mecánicas tradicionales de los hierros fundidos, que provienen de su alto contenido de carbono:  resistencia a la compresión,  resistencia a la fatiga. Las ventajas más importantes del hierro dúctil son la resistencia interna y externa y la durabilidad, resistencia a los impactos e impermeabilidad. Las mayores desventajas son el peso y la pobre resistencia hacia la corrosión sin las medidas de protección adecuadas. Para combatir la corrosión, esta tubería es revestida internamente con mortero de cemento de alto horno, según UNE EN-545 utilizado para aguas tratadas y aguas residuales; o también puede ser revestida con cemento aluminoso para conducciones de saneamiento según UNE EN-598. Otro revestimintos internos menos utilizados pero disponibles son: el poliuretano, polietileno, epoxy y epoxy cemento. Mientras que para combatir la corrosión externa, se reviste de una capa de zinc de alta pureza (99.9%), aplicado por arco eléctrico y depositada por proyección con una pistola automática. También se puede revestir con una capa de pintura bituminosa, aplicada por proyección sobre la capa de zinc. Cuando el terreno es especialmente agresivo, esta tubería se reviste externamente con una capa de zinc de hasta 400 g/m2 recubierta con una capa de pintura epoxy. Otras alternativas son la manga de polietileno y el poliuretano. Otras Características

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Vida útil de 40 años Diámetros nominales de 60 a 2000 mm Sistema de acoplamiento espiga campana integral. Presentación en tramos de 6 m Tiene buena resistencia al golpe de ariete. El coeficiente de Hazzen y William recomendado es 130 y el colebrook W es de 0.03 Para líneas a gravedad, utiliza en “n” de Manning igual a 0.013. Este material es buen conductor del calor y electricidad, coeficiente de conducción térmica es igual a 4650 Kcal/cms°C. El coeficiente de dilatación es de 11 x 106 m/m/°C En cuanto a la resistencia a la abrasión, podemos decir que el mortero de cemento estándar no ofrece garantías a altas velocidades o contenido de sólidos. La rigidez de la tubería la hace menos vulnerable a los sismos. Las grandes longitudes de los tubos y el poco número de juntas reducen el mantenimiento y disminuyen la necesidad de intervenir en la red. Debido al peso elevado, se necesita maquinaria más grande y esto reduce el avance de instalación por jornada de trabajo. La presión óptima se da entre el rango de temperatura de -10°C hasta 120°C.

b) Acero al Carbono Las tuberías de acero pueden estar provistos de diferentes tipos de uniones: uniones rígidas (soldadas, bridas) y uniones flexibles (uniones con enchufe y anillo elastométrico). Todas las tuberías de acero deben contar con un sistema de protección contra la corrosión, tanto exterior como interior, que asegure la adecuada protección frente al medio en que se encuentre. Existen dos sistemas de protección que se clasifican en dos grupos: protección catódica y protección mediante revestimientos. Otras Características -

Alta resistencia a los impactos. Alta ductilidad y tenacidad. Presenta elasticidad. Alta rigidez. Tiene buena resistencia al golpe de ariete. El coeficiente de Hazzen y William de la tubería nueva es 120 y luego baja dependiendo del revestimiento interno. Para líneas a gravedad, utiliza en “n” de Manning igual a 0.012 (este valor también puede variar dependiendo del revestimiento interno). Este material es buen conductor del calor y electricidad, coeficiente de conducción térmica es igual a 4800 Kcal/cms°C. En cuanto a la resistencia a la abrasión, podemos decir que depende de la cobertura para su resistencia a la presencia de partículas y altas velocidades presentes en el fluido. Su alta flexibilidad le permite atenuar el efecto de las ondas sísmicas. Requiere un cuidado permanente y es sumamente recomendada la protección catódica. Resiste temperaturas desde -29°C hasta 429°C.

c) HDPE Esta tubería es un material termoplástico, algunos cambios en las propiedades físicas y químicas ocurren cuando la temperatura del sistema se incrementa o decrece. Este material tiene un bajo grado de sensibilidad al impacto, alta resistencia de rajamiento y una excelente resistencia a la abrasión. Otras Características: -

Vida útil de diseño de 50 años. Resistente a la corrosión interna y externa debido a que es un material inerte y no es afectado por agentes químicos. Diámetros disponibles entre 100-1600mm. El coeficiente de Hazzen y William recomendado es 140 y el colebrook W es de 0.01. Su presión de trabajo varía dependiendo de su clase y espesor. Para líneas a gravedad, utiliza en “n” de Manning igual a 0.01. Presenta hermeticidad en la unión, debido a que las uniones se realizan por termo fusión y/o electro fusión con una mano de obra calificada. Este material es mal conductor del calor y electricidad. La tubería de HDPE es muy resistente a la presencia de partículas y altas velocidades presentes en el fluido. Su alta flexibilidad le permite atenuar el efecto de las ondas sísmicas. Una vez que el sistema de tuberías es apropiadamente seleccionado, diseñado e instalado queda virtualmente libre de mantenimiento, toda vez que no se oxida, no se pica y no se corroe. Debido al poco peso que presenta, permite usar menos equipos y permite un mayor avance de instalación por jornada de trabajo. Resiste temperaturas desde -90°C hasta 70°C.

d) PRFV Estas tuberías son del tipo heterogéneo (formadas por una resina de poliéster, fibras de vidrio y cargas estructurales cuando lo permita el sistema de fabricación) y están normalizados hasta diámetros de 2,400mm. Dicha tubería es una única pieza estructural, cuyo espesor está dividido en tres partes diferenciadas entre sí: -

Revestimiento Interior: Debe garantizar las características hidráulicas, químicas y la resistencia a la abrasión del tubo. El término abrasión se refiere al efecto que la arena y/o otros materiales afines ejercen sobre la superficie interna del tubo. Puede estar constituido bien por una resina termoestable o bien mediante una resina termoplástica.

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Parte Estructural Consiste, básicamente, en una resina termoestable, fibra de vidrio y carga estructural de arena silícea u otro material inerte. Todo ello en las proporciones adecuadas para poder soportar los esfuerzos mecánicos a los que la conducción vaya a estar sometida.

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Revestimiento Exterior Debe garantizar la protección exterior del tubo. Estará constituido básicamente por resina termoestable y, en su casa, cargas, aditivos que garanticen sus propiedades o áridos y con o sin un esfuerzo de vidrio o de filamentos sintéticos.

Otras Características -

Tiene una superficie interior muy lisa, no se adhieren capas de sales (incrustaciones) ni se acumulan sedimentos (o son removidos muy fácilmente), por lo que su mantenimiento es muy económico en toda su vida útil. La protección y disipación rápida de energía que hace la fibra de vidrio, en la capa interior de protección logra resistir normalmente los golpes que por rocas puedan pasar en el interior. Como casi todas las resinas que se usan para tuberías es mala conductora del calor, lo que genera menores problemas de dilataciones en sus uniones y por lo tanto aseguran la hermeticidad de las mismas en el tiempo. Es de material inerte, no es afectado por suelos agresivos. Diámetros disponibles entre 100-2400mm. Por su relativo bajo peso es fácilmente maniobrable, lo cual hace que casi no existan accidentes de trabajo. No es conductora de electricidad por lo tanto en caso se tope accidentalmente con un cable eléctrico no genera inconvenientes. Tiene una mayor capacidad hidráulica con un coeficiente de fricción de H&W de 150 para el diseño y un coeficiente de Manning de 0.09 y, por lo tanto, genera un menor gasto en energía de bombeo y/o una mayor capacidad de conducción. Posee un anillo de jebe de forma dentada que forma capas sucesivas que mejoran la hermeticidad, dentro de su tecnología brinda otros tipos de uniones como bridas, uniones químicas mediante resinas, etc. Material mal conductor del calor y de la electricidad. Material resistente a la presencia de partículas y altas velocidades presentes en el fluido. En tuberías largas, la resistencia es menor. Su grado de flexibilidad le permite atenuar el efecto de las ondas sísmicas. La superficie interior lisa ayuda a tener una menor acumulación de lodos, lo que permite reducir los costos de limpieza y mantenimiento. Debido al poco peso que este presenta, permite usar menos equipos y poder tener un mayor avance de instalación por jornada de trabajo. Resiste temperaturas desde -60°C hasta 120°C.

A continuación se presenta un cuadro comparativo de las ventajas y desventajas de los materiales mencionados.

COMPARACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES PARA TUBERÍAS. MATERIAL Hierro Dúctil

VENTAJAS Diámetros disponibles entre 100-1350mm. Amplio rango de espesores. Amplia variedad de juntas y accesorios. Buena resistencia al golpe de ariete. Alta resistencia para soportar las cargas del terreno.

Acero al Carbono

Diámetros disponibles sin limitación. Aplicable a cualquier presión dependiendo sólo del espesor de la tubería. Amplia variedad de juntas y accesorios. Excelente resistencia al golpe de ariete. Alta resistencia para soportar las cargas del terreno.

HDPE (Polietileno de alta densidad)

Resistente a la corrosión. Buenas propiedades hidráulicas. No existen grandes diámetros (de 100 hasta 1600mm) Excelente resistencia a la abrasión. Tiempo prolongado de servicio. Fácil instalación. Bajo número de uniones, pudiendo emplearse juntas y accesorios de hierro dúctil. Bajo costo. Propiedades hidráulicas constantes. Limitado a presiones hasta 32bar. Resistente a la corrosión. Estas tuberías y accesorios no son fabricados en el mercado nacional. Se fabrican en grandes diámetros de hasta 3700mm. tienen que ser importados, lo cual tiene que ser tomado No necesita revestimientos. en cuenta en la programación de actividades. Tiempo prolongado de servicio. Buena resistencia a la abrasión. Bajo costo de mantenimiento. Tiene una superficie interior muy lisa por lo que no se generan incrustaciones. Uso de Pig para el sistema de limpieza. No requiere de un área adicional para la unión de tuberías y accesorios. Menor costo de embarque.

PRFV (Poliéster reforzado con fibre de vidrio)

DESVENTAJAS Baja resistencia a la corrosión a menos que se le dé un recubrimiento interno y externo. Limitado por las altas presiones por la configuración de sus equipos. Diámetros nominales de 60 a 2000mm. Baja resistencia a la abrasión. Menor capacidad hidráulica en comparación de tuberías de GRP y HDPE. Mayor pérdida de la capacidad hidráulica a lo largo del tiempo por presencia de partículas en el agua, en comparación a tuberías de GRP y HDPE, por presentar mayor fricción. Baja resistencia a la corrosión a menos que se le dé un recubrimiento interno y externo. Puede requerir protección catódica en suelos corrosivos. Alto costo de fabricación e instalación. Tiempos largos de entrega e instalación. Baja resistencia a la abrasión. Envejecimiento interno de las tuberías, lo que hace necesario considerar una variación de su rugosidad. Menor capacidad hidráulica en comparación de tuberías de GRP y HDPE. Mayor pérdida de la capacidad hidráulica a lo largo del tiempo por presencia de partículas en el agua, en comparación a tuberías de GRP y HDPE, por presentar mayor fricción. Limitado a presiones menores de 15bar. Estas tuberías y accesorios no son fabricados en el mercado nacional. Uniones de fusión térmica que requiere de mano de obra especializada. Necesita un área adicional para realizar la soldadura de juntas entre tuberias accesorios con el equipo de fusión.

CONCLUSIONES  Las tuberías de PRFV al igual que las tuberías de HDPE son altamente resistentes a la corrosión y abrasión; las tuberías de HDPE requieren de un área adicional para su instalación (unión de tuberías con equipos de fusión, insumos y un sistema logístico que permita el correcto ensamble de las piezas para un funcionamiento óptimo). Las tuberías de PRFV cumplen los requisitos técnicos y se adapta al procedimiento constructivo a emplearse para el colector principal que se instalará en la vía principal. Los costos de inversión de las tuberías de HDPE son altamente elevados en comparación con las tuberías de PRFV para grandes diámetros.

 Según el análisis realizado, se ha seleccionado las tuberías de PRFV para nuestro colector principal y colectores primarios (Alata, Arancota, Tiabaya y Huaranguillo). Nota: Cabe señalar que el material PFRV ya había sido considerado según el documento con código 240731-1200-INFT-060: “Estudio de Factibilidad e Ingeniería Básica del Sistema de Emisores y Tratamiento de Aguas Residuales de la Ciudad de Arequipa”, elaborado por TAHAL.

 Por otro lado, para la línea de impulsión de EBC-01 hacia LS-02, el material de la tubería será de HDPE debido principalmente que, para el diámetro de esta línea, este material si se encuentra en el mercado nacional.  Para la línea de impulsión de LS-02 a WWTP, el material de tubería será de acero debido a las altas presiones que tenemos en dicha línea, la cual sólo puede ser soportada por la tubería de acero a un menor costo que las demás alternativas que soportan altas presiones.