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Bajo casi cualquier calle construida en las últimas décadas, las tuberías principales de gas enterradas probablemente estén fabricadas con polietileno de alta densidad (HDPE). Desde que las tuberías de polietileno se usaron por primera vez para la transmisión de gas en la década de 1960, las tuberías de gas HDPE se han convertido en la opción estándar para la distribución subterránea de gas natural. Hoy en día, en Norteamérica, Europa y gran parte de Asia, el grado de polietileno de mayor rendimiento —PE100— constituye la base de la inmensa mayoría de las nuevas tuberías principales y secundarias de gas. Esta reputación se ha ganado en el entorno subterráneo real, no solo en folletos. Una tubería de gas enterrada debe operar de forma segura durante 50 años o más en suelos húmedos y químicamente corrosivos, y el polietileno está mejor adaptado a este entorno que cualquier material convencional para tuberías. El acero y el hierro dúctil se corroen en la mayoría de los suelos y requieren recubrimientos anticorrosivos, protección catódica e inspecciones periódicas para mantener su vida útil. En cambio, las tuberías de gas HDPE no presentan estas debilidades. Son completamente inmunes a la corrosión que destruye lentamente las tuberías metálicas; por tanto, las empresas de servicios públicos que cumplen con las normas ISO 4437 y ASTM D2513 designan actualmente las tuberías PE como el material preferido para la inmensa mayoría de los nuevos proyectos de distribución de gas.
La confianza de las personas en el polietileno va mucho más allá de su resistencia a la corrosión. Sus uniones se realizan mediante soldadura por fusión, no mediante ensamblaje mecánico. La soldadura por fusión a tope une tramos de tubería en un material continuo y monolítico, mientras que la soldadura por electrofusión logra el mismo efecto en las piezas especiales. Por lo tanto, las uniones de tuberías de gas de polietileno de alta densidad (HDPE) fabricadas correctamente son tan resistentes como la propia pared del tubo y no contienen juntas, roscas ni sellos mecánicos que puedan aflojarse, envejecer o filtrar con el tiempo. Por eso los ingenieros especializados en gas afirman que una red PE100 instalada correctamente puede alcanzar prácticamente cero fugas. El material también es amigable para los trabajadores: las tuberías de HDPE pueden curvarse para adaptarse al contorno de la zanja y a curvas de gran radio sin necesidad de accesorios adicionales, y poseen suficiente flexibilidad para absorber el desplazamiento del terreno causado por el asentamiento del suelo, el levantamiento por congelación y los sismos —factores que pueden provocar grietas o roturas en tuberías metálicas rígidas. Combinado con técnicas de construcción sin zanja, como la perforación direccional horizontal, el polietileno se ha convertido en la forma de menor riesgo y menor costo para suministrar gas a las comunidades. Estas cuatro características explican su predominio: resistencia a la corrosión, uniones soldadas sin fugas, flexibilidad y resistencia al desplazamiento del terreno. En los capítulos siguientes, analizaremos una por una estas características desde una perspectiva práctica de aplicación: qué significan en las zanjas, en entornos subterráneos y durante los próximos 50 años de servicio.
¿Por qué se utilizan ampliamente las tuberías de polietileno de alta densidad (HDPE) en los sistemas subterráneos de transmisión y distribución de gas natural? ?
Antes de la instalación, los ingenieros especializados en gas deben tomar dos decisiones que afectan directamente la vida útil de la red de tuberías: el grado del material y el espesor de la pared. Las tuberías de PE (polietileno) se clasifican según su «Resistencia Mínima Requerida» (MRS, por sus siglas en inglés), es decir, su capacidad para soportar tensiones circunferenciales durante 50 años a 20 °C (según la norma ISO 9080). El PE80 tiene una MRS de 8,0 MPa, mientras que el PE100 tiene una MRS de 10,0 MPa; por lo tanto, con el mismo espesor de pared, las tuberías de gas de PE100 con relación dimensional estándar SDR11 ofrecen un rendimiento nominal superior y una mayor resistencia a la propagación lenta de grietas —el modo de fallo más crítico para las tuberías de gas enterradas. Por esta razón, las tuberías de gas de PE100 SDR11 se han convertido en la configuración predeterminada para las nuevas redes principales de gas a presión media, mientras que el PE80 sigue utilizándose en redes antiguas de baja presión. La selección del material y la relación dimensional estándar (SDR) también deben cumplir las normativas vigentes sobre gas: en Europa se aplican las normas ISO 4437/EN 1555, y en Norteamérica, la norma ASTM D2513.
Para los sistemas subterráneos de transmisión y distribución de gas, la segunda decisión es el espesor de la pared. La relación SDR (relación diámetro exterior/espesor de pared) se define como la razón entre el diámetro exterior y el espesor de la pared, y su presión nominal se calcula mediante la fórmula: MOP = 2 × MRS / (C × (SDR − 1)), donde MOP es la presión máxima de operación y C es el factor total de utilización. Normalmente, la industria del gas emplea C = 2; por lo tanto, la presión nominal de una tubería de gas PE100 con SDR11 es aproximadamente de 10 bar; mientras que las tuberías con SDR17 o SDR17,6 (paredes más delgadas y menor costo) son adecuadas para transmisión y distribución a baja presión. Además, deben considerarse dos factores correctivos que suelen pasarse por alto en artículos generales. El primero es el factor de diseño, que limita el esfuerzo circunferencial a aproximadamente la mitad de la resistencia a los 50 años (C = 2; además, la normativa estadounidense 49 CFR 192 establece un límite superior de 0,4) para evitar la propagación lenta de grietas durante décadas de funcionamiento. En segundo lugar, existe la reducción por temperatura, ya que todas las presiones nominales se basan en 20 °C: cuando la temperatura supera los 20 °C, la MOP debe multiplicarse por el factor de reducción definido en la norma ISO 4437-5 (hasta 40 °C); si el valor reducido es inferior a la presión de trabajo requerida, debe seleccionarse una tubería con un valor de SDR menor (es decir, el espesor de la pared debe aumentar). Para las tuberías principales de media presión, la especificación final debe ser una tubería de gas PE100 con SDR11, cuyos valores de SDR, factor de diseño y reducción por temperatura han sido verificados conforme a las especificaciones vigentes.
Control de calidad durante la instalación de tuberías de gas natural de PEAD ?
¿Cómo garantizar la seguridad de la instalación de tuberías de gas de PEAD? El control de calidad se centra en cuatro aspectos clave, que suelen ser la causa de fugas: uniones por fusión, lecho acanalado, pruebas de presión y selección del SDR (reducción estándar de extrusión). Estos problemas se pueden evitar por completo mediante una operación adecuada.
Los errores comunes de instalación son muy frecuentes en todo el mundo. Parámetros de soldadura incorrectos: una temperatura o un tiempo de calentamiento inadecuados pueden hacer que las uniones parezcan intactas, pero fallen debido a movimientos prolongados del terreno; por lo tanto, la soldadura debe realizarse estrictamente según las tablas de parámetros certificados. Lecho de zanja deficiente: durante el relleno, las piedras afiladas y los vacíos pueden dañar la pared de la tubería; por lo tanto, deben usarse materiales de grano fino y compactados para el lecho y el relleno alrededor de la tubería. Pruebas de presión insuficientes: toda tubería debe someterse a pruebas para cumplir con las especificaciones; nunca deben acortarse los procedimientos ni omitirse pasos. Selección incorrecta de SDR: antes de instalar la tubería, debe seleccionarse la especificación SDR11 o SDR17.6 según la presión de trabajo real. Al controlar estos cuatro puntos clave, se garantiza la instalación segura y fiable de tuberías de gas natural de HDPE.
Instalación de tuberías de gas de HDPE: comparación entre construcción con zanja y sin zanja ?
El método adecuado de instalación de tuberías de gas de PEAD debe seleccionarse según las condiciones del lugar. La excavación abierta es adecuada para obras subterráneas convencionales; la tecnología de perforación direccional horizontal (HDD) permite atravesar carreteras y ríos sin dañar la superficie. El material PEAD se adapta de forma natural a los requisitos de construcción sin zanja: los tramos de tubería, tras la unión por fusión térmica, conservan su flexibilidad, lo que permite doblarlos dentro de los taladros y formar, finalmente, una tubería monolítica estanca.
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Método |
Aplicación |
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Zanja abierta |
Obras subterráneas estándar |
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Perforación direccional horizontal |
Cruces de carreteras, cruces de ríos |
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Rotura de tuberías |
Sustitución de tuberías |
La rotura de tuberías consiste en fracturar la tubería principal antigua y tirar de la nueva tubería de PEAD hacia el mismo canal, limitando así el área de excavación a la fosa de trabajo. Las nuevas redes de tuberías se construyen principalmente mediante zanjeo; la tecnología HDD (perforación horizontal dirigida) se utiliza al atravesar obstáculos, mientras que la sustitución de tuberías suele emplear la técnica de rotura. Los tres métodos aprovechan las ventajas inherentes del material PEAD: la flexibilidad y la capacidad de tracción del tramo de tubería, así como la resistencia de la unión por fusión térmica, que es comparable a la del propio muro de la tubería; por ello, las tuberías de gas de PEAD conservan su integridad estructural independientemente de que se instalen mediante zanjeo o mediante técnicas sin zanjeo.
Preguntas frecuentes sobre tuberías de gas de PEAD: Las preguntas más comunes formuladas por ingenieros y compradores
P1. ¿Qué tipo de tubería de PEAD se utiliza para tuberías subterráneas de gas natural?
Las tuberías principales subterráneas de gas y las tuberías derivadas para usuarios utilizan tubos de polietileno PE80 o PE100 (normalmente amarillos o negros con franjas amarillas) y cumplen con las normas ISO 4437/EN 1555 (en Norteamérica se aplica la norma ASTM D2513). Los tubos PE100 tienen una resistencia mínima requerida (MRS) de 10 MPa y son la opción estándar para redes nuevas de tuberías de presión media: con el mismo espesor de pared, soportan una presión nominal más elevada y ofrecen una mayor resistencia a la propagación lenta de grietas.
P2. ¿Qué SDR (Relación Estándar de Extrusión) se recomienda para tuberías de gas de HDPE?
Esto depende de la presión de operación. Si el factor de diseño del gas C = 2, la presión nominal de una tubería de gas PE100 con SDR11 es aproximadamente de 10 bar; el SDR11 es adecuado para tuberías principales de presión media y para construcciones sin zanja. Para redes de baja presión pueden emplearse tuberías de menor espesor de pared y menor costo con SDR17,6; si la temperatura de la pared del tubo supera los 20 °C, debe aplicarse una reducción de presión conforme a la norma ISO 4437-5.
P4. ¿Se pueden instalar tuberías de gas de PEAD mediante métodos sin zanja?
Sí. La tecnología de perforación direccional horizontal (HDD, por sus siglas en inglés) se utiliza comúnmente para instalar tuberías de gas de PEAD bajo carreteras, ríos y vías férreas: los tramos de tubería se unen mediante soldadura a tope por termofusión y luego se tiran hacia el taladro. La flexibilidad del tubo permite que se adapte al recorrido del taladro; la ausencia de juntas mecánicas evita fugas durante la tracción, algo que no pueden lograr las tuberías rígidas de acero.
P5. ¿Cuál es la diferencia entre la soldadura a tope y la soldadura por electrofusión?
Ambos métodos pueden crear uniones soldadas integrales con una resistencia comparable a la de la pared del tubo, sin necesidad de juntas tóricas ni roscas. La fusión a tope utiliza una placa calefactora para calentar los extremos del tubo y presionarlos entre sí; es adecuada para tramos rectos de tubería y tuberías principales, es rápida y económica, pero requiere una máquina de fusión a tope y operadores capacitados. La fusión eléctrica emplea un alambre calefactor eléctrico integrado en la conexión para fundir el tubo in situ; es adecuada para conexiones derivadas, mantenimiento y trabajos en espacios reducidos.