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Diferencias entre tuberías reforzadas con aramida y con poliéster

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17/02/2025

Equipos y soluciones
Diferencias entre tuberías reforzadas con aramida y con poliéster
 
  • Las tuberías flexibles reforzadas con tejido están encontrando su camino en manuales, normas y guías para la rehabilitación de tuberías en cada vez más países en todo el mundo
  • Esto las pone aún más en el foco de los operadores de tuberías como una solución de renovación
  • Su ventaja: la rehabilitación de grandes longitudes de tuberías de manera rápida y con un mínimo impacto en el medio ambiente y el entorno
  • Sin embargo, a veces existen diferencias considerables entre los productos en esta categoría en términos de materiales y fabricación
 
En 2021, las tecnologías de Tuberías Flexibles Reforzadas con Tejido (FFRP) fueron incluidas en el manual M28 "Rehabilitación de Redes de Agua" de la Asociación Estadounidense de Obras de Agua (AWWA, por sus siglas en inglés). Desde 2018, ya estaba listadas en la norma internacional DIN EN ISO 11295 "Sistemas de tuberías plásticas utilizados para la rehabilitación de tuberías: Clasificación y panorama de actividades estratégicas, tácticas y operativas".
 
Esta categoría incluye una amplia gama de productos y tipos de tuberías, incluyendo la tecnología Primus Line® reforzada con para-aramida Kevlar®.
 
La tubería Primus Line tiene una estructura de tres capas. La capa interior está adaptada al medio que se va a transportar y, al igual que la capa exterior, está hecha de polietileno (PE) resistente a la abrasión o poliuretano termoplástico (TPU). La capa externa protege al refuerzo de influencias externas durante el transporte y la instalación.
 
 
Composición en tres capas de la tubería Primus Line
 
 
La capa intermedia es el tejido de aramida sin costuras. Esta capa absorbe cualquier fuerza de tracción y las presiones de operación sin depender de la tubería huésped existente. Para niveles de presión más elevados en el rango de presión media y alta, solo se utiliza Kevlar®. El sistema de baja presión, por otro lado, consiste en un tejido híbrido de aramida y poliéster para una solución de rehabilitación optimizada en términos de costes y beneficios.
 
Otros fabricantes no refuerzan sus tuberías con aramida y las producen exclusivamente a base de una capa pura de poliéster. "Básicamente, se puede decir que la aramida y el poliéster son dos materiales fundamentalmente diferentes con diferentes propiedades y, por lo tanto, grandes diferencias en el rendimiento. Esto se aplica, por ejemplo, a la resistencia, elongación y resistencia al calor", dice Björn Bergmann, Jefe de I+D en Rädlinger Primus Line GmbH.
 
Para entender las diferencias entre las tuberías reforzadas con aramida y poliéster, vale la pena observar las siguientes propiedades mecánicas de los dos materiales:
 
El módulo de elasticidad describe la relación entre el esfuerzo y la deformación cuando un material es deformado. Cuanto mayor sea el valor, mayor será la resistencia que un material ofrece a su deformación elástica. Para la aramida, el valor es de aproximadamente 70 a 100 gigapascales (GPa), mientras que para el poliéster es de aproximadamente 3 a 15 GPa. La elongación de rotura indica el porcentaje máximo de elongación que un material sufrirá en el momento de la rotura. Describe la deformabilidad de un material bajo carga de tracción. Este valor es de aproximadamente 2 a 4 por ciento para la aramida y aproximadamente 15 a 25 por ciento para el poliéster. La tensión de rotura representa la resistencia de la fibra/hilo y describe la cantidad de esfuerzo de tracción que un material puede soportar antes de fallar. La aramida tiene una tensión de rotura de aproximadamente 3 a 5 GPa, mientras que el poliéster tiene una resistencia de 0.1 a 1 GPa.
 
Esto significa que la aramida tiene una mayor resistencia si la comparamos con el poliéster. Se expande menos y se rompe más tarde, lo que tiene un efecto positivo en la resistencia a la tracción, resistencia a la presión y vida útil. Sin embargo, las tuberías de aramida son lo suficientemente flexibles como para permitir el movimiento en las juntas, en los movimientos del terreno, en secciones reparadas, en las juntas con escalón, durante la rehabilitación a través de juntas de expansión, etc.
 

 

Las siguientes ventajas cualitativas de la tecnología reforzada con aramida Primus Line® se derivan del material y el proceso de fabricación:
 

Tolerancias del producto y materiales de recubrimiento

 
El tejido de la tubería Primus Line está fabricado de fibras de aramida mediante la ayuda de un telar circular. Las capas interna y externa se aplican por separado desde ambos lados. Este proceso permite el uso de diferentes materiales para las capas interna y externa y permite un espesor de pared uniforme en todo el diámetro.
 
Los dispositivos de medición óptica y optoelectrónica registran todos los parámetros del proceso y permiten un control continuo de las tolerancias del producto, con respecto a la textura y el espesor de las capas individuales de la tubería.
 
Otros proveedores producen el tejido primero y luego utilizan un proceso de extrusión para presionar el recubrimiento a través del tejido, con el objetivo de lograr un recubrimiento en ambos lados. Esto hace imposible usar diferentes materiales para las capas interna y externa. Otra consecuencia: espesores desiguales de las paredes y las capas.
 


La capa interna del Primus Liner está tejida con cientos de bobinas de aramida


Longitudes de instalación

 
Las tuberías reforzadas con tejido se insertan en la tubería existente con la ayuda de cabrestantes. Una longitud de instalación más larga, significa menos interrupciones en el entorno, menos tiempo de inactividad y un período de rehabilitación reducido, lo que ayuda a determinar la eficiencia económica de un proyecto.
 
Un factor decisivo para la longitud de la instalación es, por un lado, la tensión rotura del material. Dado que es mayor en la aramida que en el poliéster, las tuberías reforzadas con aramida pueden soportar fuerzas de tracción más altas. Por ejemplo, para el sistema Primus Line® DN 150 de media presión, se permite una fuerza de tracción máxima de 8.7 toneladas. Superar esto resultaría en sobreesfuerzo del material y podría conducir a fatiga a largo plazo y fallo de la tubería.
 
Por otro lado, la elongación de rotura también determina la longitud de instalación. Cuanto mayor es la elongación de rotura, más se estira el material cuando se tira de él. Esto significa que bajo tensión, las tuberías de poliéster se estiran más que las tuberías reforzadas con aramida y, por lo tanto, están sometidas a una tensión mayor. Los codos en una tubería pueden hace que este estrés no se alivie después de la inserción, por lo que las cargas de tracción ya están actuando sobre la tubería de poliéster sin ni siquiera estar soportando la presión interna.
Dependiendo de los codos existentes en una tubería, Primus Line® puede realizar longitudes de inserción de hasta 2,500 metros en una sola sección. La longitud de instalación máxima posible de las tuberías de poliéster es considerablemente menor.

 

 
Con Primus Line® se pueden realizar inserciones de hasta 2,500 metros en una sola sección
 

Independencia de la tubería huésped y presión máxima de operación

 
Debido a las propiedades mecánicas del material, soluciones reforzadas con aramida como Primus Line® son capaces de soportar la presión de funcionamiento de una tubería sin utilizar el apoyo con la tubería huésped. Entre la tubería huésped y la tubería insertada queda un espacio anular. Cuando se presuriza, la tubería Primus Line mantiene sus diámetros interior y exterior. Así, las tensiones radiales no se transfieren a la tubería huésped. El rendimiento de la tubería, por ejemplo en términos de presión de funcionamiento, es por lo tanto, completamente independiente del material, la condición y el estado de la tubería huésped. Debido a la transferencia de la presión interna, la tubería reforzada con aramida elimina la carga sobre la tubería huésped y, al mismo tiempo, extiende su vida útil.
 
Debido al alto módulo de elasticidad, se pueden alcanzar presiones de operación muy elevadas con total fiabilidad. Por ejemplo, el sistema de media presión Primus Line® DN 150, permite presiones de funcionamiento de hasta 56 bar en tramos rectos. Esto se verifica mediante pruebas de presión en cada lote de producción, en las que un tramo de tubería con sus conectores correspondientes se somete a una prueba de presión con agua hasta que rompe.
 
Si comparamos con la tubería de poliéster, esta se expande mucho más cuando está bajo presión y se apoya contra la tubería huésped. Esto se debe a un módulo de elasticidad más bajo y a la mayor elongación de rotura del poliéster.
 
La capacidad máxima de presión de una tubería rehabilitada con una tubería de poliéster también depende de la resistencia individual del material de la tubería huésped y del estado general de la tubería. Los agujeros por corrosión, roturas y grietas debilitan la resistencia de la tubería huésped y proporcionan un soporte insuficiente para la tubería de poliéster. Los codos, secciones reparadas, juntas con escalón y rehabilitación a través de juntas de expansión también son áreas sin soporte. Las tensiones que actúan sobre la tubería huésped aquí presentan riesgos para la tubería huésped y la tubería insertada. Como resultado, el proceso de envejecimiento de la tubería continúa y aumenta la probabilidad de fallo.
 
La presión de operación máxima posible de una tubería rehabilitada con una tubería de poliéster es por lo tanto, más difícil de calcular. Tales riesgos pueden evitarse con tuberías reforzadas con aramida.
 

Flexibilidad

 
Dado que la tubería de poliéster necesita el soporte de la tubería huésped para alcanzar la presión de funcionamiento, también debe adaptarse a la tubería huésped en los codos. Para lograr esto, los codos se limitan a un máximo de 30 grados y la presión de funcionamiento debe reducirse, ya que una sobrecarga por presión interna llevaría a una fatiga prematura y finalmente al fallo de la tubería.
 
A pesar del alto módulo de elasticidad de la aramida, la tubería Primus Line es flexible, por lo que el sistema puede atravesar codos de hasta 90 grados. Sin embargo, debido a la compresión o expansión del material en los codos, se debe esperar una variación de su comportamiento, por ejemplo, en términos de presión máxima de funcionamiento. Esto se tiene en cuenta en la etapa de planificación del proyecto e incluido en la selección del producto.
 

Vida útil

 
Primus Line® extiende la vida útil de una tubería al menos 50 años más. Esto es el resultado de diferentes pruebas de largo plazo de la tubería, que van de 100 a 10,000 horas, realizadas como parte de la certificación DVGW y API de acuerdo con las normas ISO y ASTM. Nuevamente, el material es crucial, ya que mientras que la aramida tiene una tasa de deformación de aproximadamente 0.035 por ciento por década, el poliéster se deforma casi seis veces más rápido, con una tasa de deformación de aproximadamente 0.2 por ciento. Como resultado, las tuberías de poliéster envejecen más rápido.
 

¿Qué es la aramida?

 
El término aramida es una abreviatura de las dos palabras "poliamidas aromáticas". Se distingue entre los dos principales tipos de aramidas: para-aramida y meta-aramida. Mientras que la para-aramida se caracteriza por su alta resistencia, la meta-aramida destaca por su resistencia al calor y a las llamas. El material orgánico de color amarillo dorado se produce generalmente en forma de fibras. En comparación con el poliéster, las fibras de aramida tienen, entre otras cosas, mayor tenacidad, baja elongación y un alto punto de fusión de aproximadamente 450 grados. Las fibras fueron desarrolladas por DuPont en 1965. Diferentes fabricantes denominan a la aramida con diferentes nombres comerciales como Kevlar® de DuPont, Twaron® y Technora® de Teijin en Japón o Arawin® de Toray en Corea.
 

Fuente www.primusline.com

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