Los sistemas de tuberías de PB-1 para energía central

Introducción

El uso de los sistemas de tuberías de PB-1 está indicado en redes de energía central gracias a su flexibilidad, eficiencia térmica y esperanza de vida útil a altas temperaturas de hasta 95 °C.

¿Qué es la energía central?

Los sistemas de energía central proporcionan agua o vapor para calefacción, así como agua refrigerada para la refrigeración de instalaciones y edificios públicos, bloques de apartamentos, complejos de oficinas y estructuras similares a partir de una fuente de una planta central.

El agua fría o caliente se distribuye en sistemas de tuberías aisladas instaladas en redes subterráneas. En muchas ciudades europeas, las grandes redes de energía central funcionan transportando calefacción o refrigeración a lo largo de muchos kilómetros con mínima pérdida de calor para los consumidores.

La ventaja clave del calor producido centralmente (mediante agua o vapor) es que pueden utilizarse y combinarse fuentes ecológicas. La mayor parte proviene de centrales termoeléctricas que utilizan el calor residual procedente de la producción de energía eléctrica. Es lo que se conoce como cogeneración. La electricidad y el calor producidos al mismo tiempo duplican el índice de eficiencia en comparación con las centrales eléctricas de un 40 % a más de un 80 %. Otras fuentes importantes son el calor procedente de las plantas de incineración de residuos, los procesos industriales y, cada vez más, las fuentes de energía verde como la biomasa, el biogás, la energía geotérmica y la solar.

Otro tipo de energía central es el suministro central de calefacción para escuelas y universidades, complejos hoteleros, aeropuertos o centros comerciales. Es lo que se denomina calefacción colectiva
 

Historia

La energía central (también conocida como calefacción y refrigeración central) lleva utilizándose para fines de calefacción colectiva en Europa casi 100 años. Hasta 1980, solo se instalaban sistemas de acero con aislamiento principalmente en tubos de hormigón. Los sistemas preaislados se introdujeron en 1974, pero seguían utilizando tuberías de acero que presentaban un problema principal: la corrosión. Esto sirvió de incentivo para los proveedores de energía de todo el mundo, que comenzaron a buscar soluciones.

  
Sistemas de tuberías preaisladas 

Los sistemas de tuberías preaisladas de PB-1 son el componente clave de la energía central. Con ayuda de tecnología de producción avanzada, las tuberías preaisladas se fabrican a partir de materiales respetuosos con el medio ambiente y de grados completamente reciclables de la familia de materiales de la poliolefina. Entre estos materiales se incluyen la tubería interna de polibuteno-1, la espuma de poliolefina de célula cerrada flexible y el recubrimiento exterior de polietileno de alta densidad flexible.

El uso de los sistemas de tuberías de PB-1 está indicado en redes de energía central gracias a su flexibilidad, eficiencia térmica y esperanza de vida útil a altas temperaturas de hasta 95 °C.

El PB-1 para sistemas de energía central

El PB-1 presenta el máximo rango de presión en comparación con el PE-X y el PP, baja pérdida de calor y la mejor resistencia química de su clase, especialmente frente a agua geotérmica agresiva.

La principal elección para sistemas de energía central

• Diámetros grandes tanto para instalaciones subterráneas como internas
• Alta resistencia al vapor
• Pérdida de calor inferior a 1 °C por kilómetro
• Gran flexibilidad, suministro de diámetros pequeños/medianos y disposición en rollos
• Los tramos largos reducen el número de conexiones
• Posible combinación con sistemas de accesorios de soldadura
• Peso reducido para facilitar la logística y el manejo
• Ausencia de corrosión y problemas de acumulación de cal
• Excelente resistencia química especialmente frente al agua geotérmica agresiva
• Rendimiento a largo plazo hasta una temperatura máxima de servicio de 95 °C con el mayor rango de presión en comparación con el PE-X y el PP
• Sistemas completos de tuberías preaisladas y accesorios de soldadura disponibles para todo el abanico de requisitos
  
  
   

El PB-1 en comparación con el PE-RT y el PEX para tuberías de energía central

Una comparación de costes reales entre los sistemas de tuberías debe incluir el tiempo de instalación, las opciones de unión, la vida útil y la clase de SDR.

El polibuteno-1 ofrece ventajas tangibles para los sistemas de energía central en comparación con el PE-RT y el PEX

Para proyectos de energía central, la variación del coste real de los sistemas de tuberías entre las diferentes opciones de materiales es superior a la comparación de costes por longitud para el mismo diámetro de tubería exterior.

Los prescriptores tienen en cuenta la facilidad de instalación, que afecta a los costes in situ; las opciones de unión; el rendimiento a largo plazo del sistema y la vida útil estimada; y la relación de dimensiones estándar (SDR), que compara la durabilidad frente a la presión de los materiales de las tuberías.

En comparación con los sistemas de PEX y PE-RT, el PB-1 ofrece importantes ventajas en una amplia gama de categorías de rendimiento. Todo ello convierte a los sistemas de tuberías de PB-1 en la mejor opción para las instalaciones de energía central de alto rendimiento.
 

Relación de dimensiones estándar (SDR)

¿Qué es la SDR?

La SDR evalúa la durabilidad de la tubería frente a la presión y correlaciona el diámetro exterior de una tubería y el espesor su pared.

La SDR (relación de dimensiones estándar) alude a la geometría de las tuberías. La SDR permite evaluar la durabilidad de una tubería frente a la presión y describe la correlación entre la dimensión de la tubería y el espesor de su pared. Por ejemplo, SDR 11 indica que el diámetro exterior de la tubería tiene una dimensión de once veces el espesor de la pared.

• Relación SDR alta
  La pared de la tubería es fina en comparación con su diámetro
• Relación SDR baja
  La pared de la tubería es gruesa en comparación con su diámetro

Ejemplo de cálculo:
La SDR de una tubería con un diámetro exterior de 100 mm y un espesor de pared de 5 mm se puede calcular de la siguiente manera:
100mm / 5mm = SDR 20
 

¿Qué importancia tiene la SDR para los sistemas de energía central?

Debido a la alta relación SDR del PB-1 en comparación con el PE-RT o el PEX, los sistemas de tuberías de PB-1 necesitan un espesor de pared menor para soportar el mismo rango de presión con el mismo diámetro exterior de la tubería, por lo que ofrecen las siguientes ventajas:

• Menos material con la misma capacidad frente a la presión
• Menos peso por metro de tubería
• Diámetro exterior menor con el mismo rendimiento
• Área interior más grande con el mismo diámetro exterior, lo que proporciona:
  - Mayor índice de caudal con la misma presión
  - Menor pérdida de presión, por lo que requiere menos energía para hacer funcionar un sistema o una bomba con menor capacidad

Clases de SDR y dimensiones de tuberías

Clases de SDR citadas en los estándares nacionales para sistemas de tuberías de energía central

Estándares nacionales (RU y NL)
La fuente para las dimensiones de las tuberías de calefacción central que compara los materiales PB-1, PEX y PE-RT

El actual estándar ruso para la calefacción central (GOST 56730 - 2015) y las directrices de los Países Bajos (BRL 5609 y el borrador de su nueva versión) incluyen una comparación de 3 materiales para sistemas de tuberías de calefacción central: PB-1, PE-RT y PEX

Tanto el estándar ruso como las directrices de los Países Bajos exigen los mismos requisitos respecto a las dimensiones de las tuberías y las clases de SDR de los 3 materiales de las tuberías de servicio que funcionan a una presión de 6, 8 y 10 bar.

La tabla de la derecha es un extracto de la tabla correspondiente que muestra las clases de SDR de los materiales listados a diferentes rangos de presión, a partir del estándar ruso y las directrices de los Países Bajos. Como se indica, el PB-1 tiene la clase de SDR más alta para todas las presiones de funcionamiento en comparación con el PEX o el PE-RT. En la siguiente sección se explica lo que esto supone, por qué los estándares incluyen las dimensiones de las tuberías y las clases de SDR, y cuáles son las ventajas para los prescriptores de sistemas de tuberías.

Dimensiones de la tubería y clases de SDR
La capacidad frente a la presión del PB-1 ofrece más ventajas que la del PE-RT y el PEX

La clase más alta de SDR de PB-1 ofrece las siguientes ventajas:
• Sección de pared más fina
• Menos material (menos peso)
• Diámetro y área interior más grandes

Para ilustrar el rendimiento del PB-1, el PE-RT y el PEX a la presión de funcionamiento indicada (8 bar) y con un diámetro de la tubería pequeño (50 mm), la tabla y el diagrama que aparecen a continuación ofrecen una comparación de las dimensiones internas de la tubería que se necesitan.
 

Ejemplo 1:  tubería pequeña de 50 mm de diámetro a 8 bar

El PB-1 es más resistente que el PE-RT y el PEX. Con una presión de funcionamiento de 8 bar y un diámetro exterior de la tubería de 50 mm, los espesores de la pared necesarios son:

Per above, at the same water pressure, the larger inside diameter of PB-1 50mm outside ø pipe delivers a substantially higher flow rate than the other two materials. Taken the other way, at a given flow rate PB-1 pipes yield a lower pressure loss requiring less energy to run systems and/or pumps with a lower capacity.

Según lo indicado, con la misma presión del agua, el PB-1 ofrece un índice de caudal considerablemente más alto que el de los otros dos materiales, gracias a que el diámetro interior es mayor y el exterior, de 50 mm. Por otro lado, con un índice de caudal determinado, las tuberías de PB-1 reducen la pérdida de presión, por lo que requieren menos energía para hacer funcionar sistemas o bombas con menor capacidad

Una vez más, el PE-RT se puede considerar el punto de referencia al 100 % con fines comparativos. Según el gráfico anterior (a la izquierda) y con la misma presión del agua de funcionamiento, una tubería de 50 mm de diámetro exterior (8 bar) de PB-1 ofrece un índice de caudal considerablemente superior (hasta un 35 % más) que una tubería de PE-RT de las mismas características.

Según el otro punto de comparación (a la derecha), a un determinado índice de caudal (rendimiento), la pérdida de presión de las tuberías de PB-1 es un 44 % menor que la de las tuberías de PE-RT. De este modo, las tuberías de PB-1 necesitan menos energía para hacer funcionar un sistema y pueden soportar bombas con una capacidad menor con el mismo rendimiento.
 

Ejemplo 2: tubería grande de 160 mm de diámetro a 10 bar

Debido a que su clase de SDR es más alta (y, por tanto, su sección de pared es más fina), una tubería de PB-1 de 140 mm de diámetro ofrece el mismo rendimiento que una tubería de PE-RT de 160 mm de diámetro, pero con un diámetro exterior más pequeño y un área interior transversal más grande.

A una presión de funcionamiento de 10 bar, una tubería de 160 mm de diámetro exterior:

• PE-RT de clase SDR 6
  Una tubería de 160 mm de diámetro tiene un área interior transversal de 8,958mm²

• PEX de clase SDR 7,4
  Una tubería de 160 mm de diámetro tiene un área interior transversal de 10,605mm²

• PB-1 de clase SDR 9
  Con un diámetro exterior más pequeño (140 mm), el PB-1 presenta un área interior transversal de 9,263mm²

Además, como se muestra en el gráfico (a la derecha), el peso de una tubería de PB-1, con un diámetro exterior de 160 mm y que tenga que soportar una presión de 10 bar, es casi la mitad del peso de una tubería de PE-RT con las mismas características.
 

Técnicas de unión para tuberías de calefacción central
El PB-1 es un material versátil para todas las técnicas de unión disponibles

Conclusión
Utilizar sistemas de tuberías de PB-1 para energía central ofrece las siguientes ventajas:

• Importantes oportunidades para ahorrar material y aumentar la capacidad del sistema al mismo tiempo
  – Paredes más delgadas
  – Aumento del área interior transversal disponible
• Un mayor grado de libertad para diseñar las redes de energía central
  – La posibilidad de usar tuberías y accesorios con un diámetro exterior más pequeño
• Una clara ocasión para reducir los costes de instalaciones integrales y de funcionamiento
  – Soportes más pequeños para las tuberías
  – Menor necesidad de material aislante
  – Bombas más pequeñas que consumen menos energía
  – Menos peso total para facilitar el manejo y reducir los costes de envío
• El uso de todas las técnicas de unión disponibles
• La mejor acústica de su clase con el nivel de golpe de ariete más bajo
• Completamente reciclable

PB-1 vs. PE-RT & PEX

Subject Webinar
The benefits of PB-1 for pressure pipe systems

• Business Review Webinars
• Patrocinado por: LyondellBasell
• Fecha de presentación: 7 de marzo de 2019
• Presentación a cargo de:
  – Patrick van Beek, director de marketing del PB-1
  – Werner Rothhöft, ingeniero de desarrollo de aplicaciones y servicio técnico
• Objetivos de aprendizaje principales | ¿Qué supone una clase más alta de SDR en la práctica?
  – Descubrir las ventajas de utilizar el polibuteno-1 en sistemas presurizados de tuberías para agua fría y caliente
  – Conocer las extraordinarias características de este material termoplástico, el más avanzado desde el punto de vista técnico
  – ¿Cuáles son las ventajas de utilizar el PB-1 en sistemas de tuberías en comparación con materiales termoplásticos alternativos?
  – Las oportunidades para reducir los costes operativos durante la vida útil de un sistema de tuberías

Seminario web: ¿Qué supone una clase más alta de SDR en la práctica?

Ensayo en universidad

Resultados de la universidad: "tras 8 años en servicio, las muestras de tuberías de PB-1 demostraron ser más resistentes que las nuevas tuberías de PB-1 gracias al proceso de recocido y temple de aquel periodo."

Ensayo en universidad para encontrar la tubería interior óptima

Una empresa de energía con sede en Austria fue una de las pioneras en investigar soluciones alternativas y encargó al Instituto Tecnológico del Plástico de la Universidad de Leoben la realización de un programa de pruebas para descubrir las mejores soluciones para las redes de energía central.
 

Resultados de la universidad

Los resultados de la tubería interior fueron contundentes: el polibuteno-1 demostró ser el mejor material plástico para altas temperaturas (máx. 95 °C).

Este resultado animó a la empresa de energía austriaca a crear una empresa conjunta con otra compañía de fabricación de tuberías para producir y comercializar sistemas de tuberías preaisladas con tuberías interiores de polibuteno-1.
 

Casos prácticos

Red de energía central austriaca

A raíz de esos estudios, se han instalado desde entonces 42 redes con 210 km de tuberías en toda Austria. Antes de 1987, se habían instalado 70 km de tuberías. Estas redes recibieron el nombre de "redes secundarias" y se alimentaban a partir de líneas primarias por medio de estaciones transformadoras con intercambiadores de calor para reducir las temperaturas a un máximo de 90 °C y una presión de 5 bares.

Los resultados mostraron sorprendentemente que las tuberías en uso eran más resistentes que las nuevas tuberías de polibuteno-1: el proceso de recocido y templado de las tuberías durante su servicio en los ocho primeros años afectó de manera positiva a las tuberías.
 

Centro geotérmico de Viena

El agua geotérmica especialmente agresiva de Viena ocasionaba grandes problemas de corrosión en las tuberías metálicas. Como resultado, se llevó a cabo un ciclo de prueba de dos años con varias tuberías de acero inoxidable, PVC-C, epoxi y polibuteno-1 en 1972, cuando el nuevo centro geotérmico de Viena se estaba planificando aún.

El polibuteno-1 resultó ser el mejor material y se instaló posteriormente en todas las líneas geotérmicas desde la fuente hasta el centro geotérmico, con una línea principal doble de 225 mm de diámetro exterior y 1,4 km, y unos 2 km de tuberías internas con entre 20 y 225 mm de diámetro exterior. Estas tuberías funcionaron de manera ininterrumpida durante más de 30 años (hasta que se ampliaron las instalaciones) a 54 °C y 10 bares sin averías.
 

Ejemplos in situ

Introducción

El uso de los sistemas de tuberías de PB-1 está indicado en redes de energía central gracias a su flexibilidad, eficiencia térmica y esperanza de vida útil a altas temperaturas de hasta 95 °C.

¿Qué es la energía central?

Los sistemas de energía central proporcionan agua o vapor para calefacción, así como agua refrigerada para la refrigeración de instalaciones y edificios públicos, bloques de apartamentos, complejos de oficinas y estructuras similares a partir de una fuente de una planta central.

El agua fría o caliente se distribuye en sistemas de tuberías aisladas instaladas en redes subterráneas. En muchas ciudades europeas, las grandes redes de energía central funcionan transportando calefacción o refrigeración a lo largo de muchos kilómetros con mínima pérdida de calor para los consumidores.

La ventaja clave del calor producido centralmente (mediante agua o vapor) es que pueden utilizarse y combinarse fuentes ecológicas. La mayor parte proviene de centrales termoeléctricas que utilizan el calor residual procedente de la producción de energía eléctrica. Es lo que se conoce como cogeneración. La electricidad y el calor producidos al mismo tiempo duplican el índice de eficiencia en comparación con las centrales eléctricas de un 40 % a más de un 80 %. Otras fuentes importantes son el calor procedente de las plantas de incineración de residuos, los procesos industriales y, cada vez más, las fuentes de energía verde como la biomasa, el biogás, la energía geotérmica y la solar.

Otro tipo de energía central es el suministro central de calefacción para escuelas y universidades, complejos hoteleros, aeropuertos o centros comerciales. Es lo que se denomina calefacción colectiva
 

Historia

La energía central (también conocida como calefacción y refrigeración central) lleva utilizándose para fines de calefacción colectiva en Europa casi 100 años. Hasta 1980, solo se instalaban sistemas de acero con aislamiento principalmente en tubos de hormigón. Los sistemas preaislados se introdujeron en 1974, pero seguían utilizando tuberías de acero que presentaban un problema principal: la corrosión. Esto sirvió de incentivo para los proveedores de energía de todo el mundo, que comenzaron a buscar soluciones.

  
Sistemas de tuberías preaisladas 

Los sistemas de tuberías preaisladas de PB-1 son el componente clave de la energía central. Con ayuda de tecnología de producción avanzada, las tuberías preaisladas se fabrican a partir de materiales respetuosos con el medio ambiente y de grados completamente reciclables de la familia de materiales de la poliolefina. Entre estos materiales se incluyen la tubería interna de polibuteno-1, la espuma de poliolefina de célula cerrada flexible y el recubrimiento exterior de polietileno de alta densidad flexible.

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