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Polibuteno-1 | Rendimiento de las tuberías

El polibuteno-1 satisface las demandas del mercado de tuberías de agua a presión caliente y fría con un equilibrio justo de propiedades, entre ellas, una excelente flexibilidad combinada con una resistencia superior a la tensión durante largos periodos de tiempo a altas temperaturas. Como resultado, los sistemas de tuberías de PB-1 aportan facilidad de trabajo, su instalación resulta económica y proporcionan una calidad del rendimiento a largo plazo en aplicaciones de tuberías comerciales, domésticas e industriales.
 

Más información

Flexibilidad

La flexibilidad es una ventaja que ofrece una serie de plásticos en comparación con los metales; sin embargo, el polibuteno-1 es claramente el material plástico más destacado al respecto, como se ilustra en la siguiente tabla, donde se comparan los valores típicos de elasticidad de flexión de diversos materiales de tuberías de poliolefina.
 

  PB-1 PE-X PE-RT PP-R PVC-C
Módulo de elasticidad de flexión (MPa)
Método ISO 178
450 600 550-650 800 3500
(PE-RT: polietileno resistente a la temperatura)

En este sitio web se describen en detalle las ventajas de la flexibilidad durante la instalación y el servicio de sistemas de tuberías de polibuteno-1. Obviamente, cuanto más fácil sea manejar una tubería in situ y en situaciones de espacio ajustado, menor será el tiempo de instalación.

En este sentido, la facilidad de conducción por taladros y de introducción a través de espacios reducidos, en combinación con tuberías de largo recorrido y, por tanto, con una reducción del número de accesorios necesarios, son todos factores que contribuyen a la rapidez de instalación y a la consiguiente reducción de los costes de mano de obra.

Aunque las tuberías de polibuteno-1 se flexionan fácilmente, hay que tener cuidado de no doblarlas hasta el punto de "deformarlas". A este respecto, se recomienda un radio de curvatura mínima de ocho veces el diámetro de la tubería.

La ilustración (superior derecha) muestra los radios de curvatura mínima recomendados para distintos diámetros de tuberías de polibuteno-1.
 


Comportamiento de reventamiento a largo plazo

La resistencia de las tuberías a la deformación y el reventamiento viene determinada por las pruebas realizadas según las normas nacionales e internacionales. Los resultados de la prueba se utilizan a continuación para calcular la tensión circunferencial máxima permitida para la conducción de agua caliente de acuerdo con un conjunto definido de condiciones, conocido como clases de temperatura.

Estas clases de temperatura se compilan para reflejar el área transversal probable de las condiciones de servicio durante un periodo de 50 horas en una variedad de aplicaciones de suministro de agua y calefacción. Las clases de temperatura aceptadas internacionalmente están estipuladas en la norma ISO 10508 y se contemplan en otras normativas para sistemas de tuberías de plástico.
 

Clasificación de condiciones de servicio para 50 horas  |  Clases de CEN/ISO  |  Condiciones de servicio
Clase Aplicación Normales Máximos Malfuncionamiento
  Temp. (°C) Tiempo (años) Temp. (°C) Tiempo (años) Temp. (°C) Tiempo (años)
1 Suministro de agua caliente @ 60 °C 60 49 80 1 95 100
2 Suministro de agua caliente @ 70 °C 70 49 80 1 95 100
4 Sistema de suelo radiante
De baja temp. Sistemas de calefacción
40 20 70 2.5 100 100
60 25
5 De alta temp. Sistemas de calefacción 60 25 80 1 100 100
80 10

BEs posible calcular la tensión circunferencial máxima permitida de las tuberías de poliolefina de la competencia mediante los criterios dimensionales normalizados para cada una de estas clases de temperatura de la siguiente manera:
 

Tensión circunferencial máxima permitida (MPa) (tensión de diseño) de tuberías de poliolefina para conducción de agua caliente
  PB-1 PE-X PE-RT PP-R
Temperature Class Polibuteno-1
(ISO 15876-2)
Polietileno reticulado
(ISO 15875-2)
Polietileno resistente
a la temperatura
(ISO 22391-2)
Polipropileno
de polipropileno
(ISO 15874-2)
1 (HWS 60°C) 5.73 3.85 3.30 3.09
2 (HWS 70°C) 5.06 3.54 2.70 2.13
4 (UFH radiadores de baja temperatura) 5.46 4.00 3.26 3.30
5 (radiadores de alta temperatura) 4.31 3.24 2.4 1.90

Estos cálculos indican que el espesor de pared necesario de las tuberías de polibuteno-1 no puede ser menor que el del resto de materiales candidatos para lograr un rendimiento de resistencia a la tensión equivalente. Sin embargo, el cálculo del espesor de pared depende de otros requisitos normalizados adicionales, con el resultado de que, con diámetros de tuberías de menos de 16 mm, todas las tuberías de poliolefina deben cumplir una norma de espesor fijo mínimo definida para un material específico. Por consiguiente, la ventaja de rendimiento de las tuberías de polibuteno-1 se traduce en un aumento del factor de diseño de más del 35 %, en comparación con el polietileno reticulado, y de más del 50 % cuando se compara con el PE-RT, en lugar del aumento del correspondiente ahorro de material.

La ventaja en el rendimiento del polibuteno-1 ofrece un factor de diseño de más del 35 % en comparación con el polietileno reticulado y de más del 50 % en comparación con el polietileno-RT.

Sin embargo, para diámetros de tuberías mayores de 16 mm, se puede calcular el espesor de la tubería de acuerdo con los criterios de rendimiento normalizados en los casos en que las ventajas de utilizar el polibuteno-1 pueden materializarse en términos de menor peso de las tuberías y, en consecuencia, menor consumo y coste de materias primas.

La siguiente tabla muestra las ventajas de utilizar el polibuteno-1 en comparación con los materiales de la competencia en una tubería de 40 mm de diámetro para lograr una esperanza de vida útil de 50 años a una temperatura operativa continua de 70 °C, incluidos los factores de diseño.

 

50 años de vida útil (curva de 70 °C) incluido el factor de seguridad
  PB-1 PE-X PP-R PVC-C  
Dimensión de tubería de 40 mm de diám. ext. x espesor 3.7 5.5 6.7/8.0 4.5 mm
DI (diámetro interior) 32.6 29.0 26.6/24.0 31.0 mm
Superficie interior de la tubería 834 660 555/462 754 mm²
Rango de presión PN 16 PN 20 PN 20 / PN 25 PN 25  
Velocidad de flujo en V = 2.0 l/s 2.4 3.0 3.6/4.4 2.7  
Pérdida de presión  V = 2.0 l/s 18.4 32.5 49.5/81.3
(SVGW/DVGW)
23.6  
Ratio de peso lineal de la tubería 1 1.44 1.66 1.57  

Resistencia a la presión

Rendimiento de tuberías de presión de calor y frío

Dada su alta resistencia a la fluencia en un amplio rango de temperaturas, unido a una expansión térmica baja, la adecuación del polibuteno-1 a los requisitos del sector para el uso de tuberías de presión en sistemas de agua caliente y fría domésticos, comerciales e industriales es particularmente excelente.

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 de la temperatura sobre la resistencia esperada. Esta es la norma de referencia para la evaluación de la idoneidad de todos los materiales de polibuteno-1.

Esta es la norma de referencia para la evaluación de la idoneidad de todos los materiales de polibuteno-1. Esta norma proporciona un gráfico de líneas de referencia (derecha) y una tabla de los valores de tensión circunferencial (abajo), que juntos representan los criterios de aceptabilidad especificados en otras normas.
 

 

Valores previstos de la resistencia circunferencial

Temperatura (°C) Tiempo (años) Resistencia prevista (MPa)
20 1
5
10
25
50
100
14.5
14.3
14.2
13.9
13.6
13.4
30 1
5
10
25
50
100
13.6
13.5
13.2
12.9
12.6
12.4
40 1
5
10
25
50
100
12.7
12.4
12.1
11.8
11.5
11.2
50 1
5
10
25
50
100
11.7
11.2
10.9
10.6
10.3
10.0
60 1
5
10
25
50
10.6
9.9
9.6
9.2
9.0
70 1
5
10
25
50
9.2
8.5
8.2
7.8
7.6
80 1
5
10
18
(25)
7.6
6.9
6.7
6.,4
(6.3)
90 1
4
6
(10)
(15)
6
5,4
5,2
(5)
(4,9)
95 1
4
(6)
(10)
5
4.5
(4.4)
(4.2)

La norma ISO 10508 - Tubos y accesorios termoplásticos para sistemas de agua caliente y fría, en combinación con la norma ISO 12230, definen los requisitos de rendimiento en aplicaciones en las que pueden utilizarse tuberías de polibuteno-1 en los términos de las siguientes condiciones de "Clasificación de servicio". Clases de aplicación de tuberías termoplásticas de la norma ISO 10508.
 

Clasificación de condiciones de servicio para 50 años  |  Clases de CEN/ISO  |  Condiciones de servicio
Clase Aplicación Normales Máximos Malfuncionamiento
  Temp. (°C) Tiempo (años) Temp. (°C) Tiempo (años) Temp. (°C) Tiempo (años)
1 Suministro de agua caliente @ 60 °C 60 49 80 1 95 100
2 Suministro de agua caliente @ 70 °C 70 49 80 1 95 100
4 Sistema de suelo radiante
De baja temp. Sistemas de calefacción
40 20 70 2.5 100 100
60 25
5 De alta temp. Sistemas de calefacción 60 25 80 1 100 100
80 10


Dimensionado de las tuberías de polibuteno-1

Clase S Value* S.D.R. (standard dimension ratio)
1 & 2 5 11
3 6.3 13.6
4 5 11
5 4 9

Condiciones de servicio

La norma más empleada para la determinación del cumplimiento del rendimiento de los grados de polibuteno-1 (con referencia a la norma ISO 12230) es la norma ISO 9080 (EN): TIO dinámica y tuberías plásticas. Determinación de la fuerza hidrostática a largo plazo de los materiales termoplásticos en forma de tuberías mediante extrapolación.

Este procedimiento normativo se suele llevar a cabo por institutos de prueba de tuberías independientes acreditados para verificar el rendimiento de todos los materiales termoplásticos para tuberías de agua caliente y fría.La norma ISO 10508 - Tubos y accesorios termoplásticos para sistemas de agua caliente y fría, en combinación con la norma ISO 12230, definen los requisitos de rendimiento en aplicaciones en las que pueden utilizarse tuberías de polibuteno-1 en los términos de las siguientes condiciones de "Clasificación de servicio". Clases de aplicación de tuberías termoplásticas de la norma ISO 10508.
 

Clasificación de condiciones de servicio para 50 años | Clases de CEN/ISO | Condiciones de servicio
Clase Aplicación Normales Máximos Malfuncionamiento
  Temp. (°C) Tiempo (años) Temp. (°C) Tiempo (años) Temp. (°C) Tiempo (años)
1 Suministro de agua caliente @ 60 °C 60 49 80 1 95 100
2 Suministro de agua caliente @ 70 °C 70 49 80 1 95 100
4 Sistema de suelo radiante
De baja temp. Sistemas de calefacción
40 20 70 2.5 100 100
60 25
5 De alta temp. Sistemas de calefacción 60 25 80 1 100 100
80 10


Resultados de pruebas independientes

Fiabilidad a largo plazo y resistencia al cloro
El Informe de prueba ASTM F2023 obtenido para el grado de PB-1 Akoalit PB 4267 confirma una vida útil extrapolada de más de 50 años con un uso continuo a 60 °C.  descargar (EN)

Evaluación de la instalación de fontanería de polibutileno tras 18 años de servicio
Presentado en Antec 2013: estudio independiente (evaluación in situ y pruebas de laboratorio) de la condición de un sistema de fontanería de polibutileno (PB) en un complejo de apartamentos multiunidad.  descargar (EN)
 


Propiedades acústicas

Los ruidos mecánicos que acompañan a los ciclos de calentamiento y enfriamiento de los sistemas de tuberías de calefacción de metal se eliminan prácticamente al emplear sistemas de tuberías de plástico. Las tuberías de plástico reducen y amortiguan la transmisión del ruido mecánico y los efectos del "golpe de ariete".
 

El módulo elástico bajo del PB-1, además del reducido espesor, genera un pico de presión bajo para un rango de presión y diámetro exterior de la tubería determinados.

Ruido mecánico

En cuanto a la conducción del sonido a través de sólidos, el aislamiento acústico y la absorción del material son criterios importantes y representan una función de la densidad y la elasticidad del material.

Las propiedades acústicas de los plásticos, cuando se trazan a lo largo de intervalos amplios de frecuencias y temperatura, se suelen determinar mediante las temperaturas de transición vítrea del material plástico concreto.

A temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea (Tg), la velocidad del sonido se reduce considerablemente y la absorción acústica es notablemente mayor. La Tg de los homopolímeros del 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 acústica se reduce considerablemente. Con metales como el cobre, no se produce transición vítrea, por lo que la transmisión acústica permanece alta, incluso a temperaturas cercanas al punto de fusión del material.

En los materiales en general, cuanto mayor sea la densidad, mayor será la velocidad del sonido. Los datos presentados en la tabla siguiente muestran claramente esta relación para una selección de materiales de fontanería habituales.

Los datos presentados en la tabla siguiente muestran claramente esta relación para una selección de materiales de fontanería habituales.
 

Velocidad del sonido de los materiales
  Densidad (g/cm3) Módulo elástico (MPa) Velocidad del sonido (m/s)
Goma blanda 0.90 90 320
PB-1 0.93 350 620
PE-X 0.95 600 800
CPVC 1.56 3,500 2,350
Cobre 7.2 110,000 3,900

Obviamente, el diseño de la instalación es vital para garantizar el funcionamiento silencioso de un sistema de fontanería.
Para lograr los mejores resultados, debe prestarse la debida atención a la elección de los materiales para las tuberías y los accesorios, así como a la disposición óptima del sistema de tuberías en relación con la construcción del edificio.
 

Golpe de ariete

Una columna de agua en movimiento dentro de una tubería contiene energía cinética almacenada, en función de su masa y velocidad. Como el agua es un fluido fundamentalmente incompresible, esta energía no puede absorberse cuando la válvula se cierra de forma repentina. Como resultado se produce un pico de presión instantáneo elevado, normalmente conocido como "golpe de ariete".

Existen cinco factores que determinan la gravedad del golpe de ariete

  • Velocidad
  • Módulo de elasticidad del material de la tubería
  • Diámetro interior de la tubería
  • Espesor de la pared de la tubería
  • Tiempo de cierre de la válvula

Los picos de presión máximos provocados por el golpe de ariete pueden calcularse mediante la siguiente ecuación tomada del "Manual de Diseño del Sistema de Tuberías de Termoplásticos", de Thomas Sixmith y Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., págs. 65-69

Ps = V((3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI))½
donde:
Ps = pico de presión (psi)
V = velocidad del agua (ft/sec)
DI = diámetro interior de la tubería (in)
E = módulo de elasticidad del material de la tubería (psi)
t = espesor de la tubería (pulg)

El módulo elástico bajo de polibuteno-1 en combinación con el espesor reducido de la pared genera un pico de presión bajo para un rango de presión y diámetro exterior de la tubería determinados. La siguiente tabla compara el pico de presión máximo para tuberías de diámetro exterior de 38,1 mm (1-1/2") de diferentes materiales plásticos, diseñados para el mismo servicio de presión.
 

  E E DI t V Ps Ps
  [psi] [MPa] [mm] [mm] [pies/s] [psi] [bares]
PB-1 65000 450 32.5 (1.28") 3.8 (0.15") 5.0 49.5 3.4
PE-X 87000 600 28.9 (1.14") 5.6 (0.22") 5.0 72.4 5.0
PP 116000 800 26.7 (1.05") 6.6 (0.26") 5.0 93.0 6.4
CPVC 507000 3500 30.9 (1.22") 4.6 (0.18") 5.0 140.6 9.7

Impermeabilidad al oxígeno

La corrosión de los metales y los componentes metálicos de instalaciones de calefacción y suministro de agua se producen por la presencia de oxígeno libre en el agua. El oxígeno estará presente casi siempre en cualquier sistema, ya que puede introducirse a través de varios puntos, como depósitos colectores abiertos, válvulas, uniones roscadas y bombas, además de a través de materiales permeables al gas.

En sistemas de calefacción de circuito cerrado que no reciben suministro de agua caliente constante, la reducción al mínimo de la penetración de oxígeno a través de la pared de la tubería reducirá considerablemente la aparición de la corrosión. Por este motivo, se ha desarrollado una tubería de barrera de polibuteno-1 estanca al oxígeno.

La tubería de barrera consta de 3 o 5 capas concéntricas coextruídas de material que se combinan en una única pared integral de la tubería. En una estructura de 3 capas, el polibuteno-1 constituye la capa interior y el copolímero de alcohol vinílico y etileno (EVOH), la capa exterior. La capa central es un material adhesivo compatible con los materiales funcionales de interior y exterior para formar una estructura integral.

En los sistemas de calefacción de circuito cerrado, se desarrolló una tubería de barrera de PB-1 para minimizar la penetración de oxígeno a través de la pared de la tubería.

EVOH es un material de barrera de oxígeno que tiene unas características de permeabilidad al oxígeno extremadamente bajas. Para mejorar aún más el rendimiento de la barrera de oxígeno, se ha desarrollado una estructura de tuberías de 5 capas. En este caso, las capas internas y externas son de PB-1, y la capa central es de EVOH.
A ambos lados del EVOH hay capas con adhesivo. La ventaja de una estructura de 5 capas es que la capa del EVOH está protegida de los efectos físicos y atmosféricos y, por lo tanto, proporciona un mayor rendimiento de barrera de oxígeno por unidad de peso de EVOH.

En todos los circuitos de calentamiento de agua entran pequeñas cantidades de oxígeno, con independencia del tipo de tubería que se utilice. Por este motivo, se añaden inhibidores en el agua circulante para proteger el sistema frente a los efectos de la corrosión.
 


Legionela

La legionela es una bacteria presente de forma ocasional en agua redes de distribución y supone un peligro potencial para la salud de los usuarios de estas instalaciones.

Los factores que hay que tener en cuenta para evitar la reproducción de esta bacteria en los sistemas de tuberías de los edificios son la temperatura de reproducción y la formación de una biopelícula como sustrato para la alimentación y la colonización de la bacteria.

La temperatura de reproducción de la legionela es de entre 20 y 50 °C, por lo que debe evitarse una temperatura del agua dentro de este rango. Por otro lado, la acumulación de agua estancada, la temperatura mencionada anteriormente, la rugosidad de la tubería y la posible corrosión del metal facilitan la formación de una biopelícula.

La temperatura de reproducción de la legionela es de entre 20 y 50 °C, por lo que debe evitarse una temperatura del agua dentro de este rango.

La temperatura de aniquilación de la legionela se establece en 70 °C, por lo que los tratamientos de desinfección térmica requieren que el fluido se caliente a esta temperatura.

Conforme a los estándares internacionales de producción, esta es la temperatura de trabajo considerada para esta aplicación, siendo la clase 2 la definida como aplicable. El mejor material para este problema es el polibuteno-1. Además, con un buen diseño y un mantenimiento adecuado de la instalación, se pueden evitar los problemas potenciales de la legionela. Las tuberías de PB, debido a su baja rugosidad, ausencia de corrosión del metal y resistencia óptima a 70 °C (temperatura de aniquilación de la bacteria) son idóneas para la prevención de los problemas de legionela. Asimismo, son adecuadas para los tratamientos de desinfección química anual (30 ppm de Cl a 30 °C, 6 bares, durante 2 horas), según las pruebas realizadas por el fabricante de la materia prima, LyondellBasell, en laboratorios independientes.

 


Agentes oxidantes

El polibuteno, como otras poliolefinas, es muy resistente a los disolventes y a los productos químicos, con algunas excepciones. Sin embargo, el PB-1 puede verse afectado por disolventes orgánicos no polares, como el benceno, el tolueno, el cloruro de carbono, etc. Consulte a su proveedor de sistemas de tubería de PB-1 para obtener más información sobre el contacto específico. El cloro es un agente oxidante hostil para el polibutileno y otras poliolefinas. Los porcentajes que se encuentran en las redes de agua potable (< 1 ppm) no son dañinos, y tampoco lo son los tratamientos que se realizan anualmente para evitar la aparición de la bacteria de la legionela.

Los rayos ultravioleta de la luz solar pueden provocar o acelerar el deterioro del material. El producto debe estar protegido de la luz solar directa durante el almacenamiento y en su aplicación final. En caso de uso al aire libre, este debe cubrirse o pintarse para protegerlo. Si se pinta, es preferible utilizar pinturas de emulsión (al agua) aptas para polibutileno. El barniz con base de aceite se puede utilizar con una imprimación. No utilice pinturas de celulosa, decapantes o disolventes. Antes de pintar, asegúrese de que las superficies están limpias, secas y libres de grasa.

 


Comportamiento criogénico

El PB-1 es un material idóneo para la refrigeración y el aire acondicionado.

El polibuteno-1 es un material idóneo para la refrigeración y el aire acondicionado. Mantiene su flexibilidad mejor que otros materiales a temperaturas por debajo de cero y es resistente a las familias de glicoles utilizadas como anticongelante. Las pruebas realizadas en nuestros laboratorios indican que el comportamiento y la resistencia en estas condiciones son óptimos. La temperatura de transición vítrea es de -16 °C en pruebas de presión realizadas a temperaturas de hasta -40 °C. Su flexibilidad permite que soporte la congelación del agua sin rotura, a diferencia de otros materiales más rígidos que se rompen en caso de congelación.


 


 

A menudo se hace referencia al polibuteno-1 como polibuteno, PB, PB-1 o polibutileno.

El polibuteno-1 no es vendido por los miembros de la PBPSA para su uso en aplicaciones de tuberías en Norteamérica, y dichas partes exigen a sus clientes o distribuidores que no vendan productos fabricados con PB-1 para aplicaciones de tuberías en Norteamérica.