Protección y mantenimiento de lineas de Agua - Proyectos de Piping

A continuación se describirá básicamente la protección y el mantenimiento que requieren las tuberías utilizadas para la distribución del agua, según el material del cual están elaboradas. En general no se realizan muchos trabajos de mantenimiento, más bien se hacen esfuerzos para que las tuberías sean más resistentes y para  prolongar sus vidas útiles

TUBERIAS DE ACERO

Dentro de las aleaciones hierro-carbono se denominan aceros los productos que tienen un contenido en Carbono comprendido entre el 0.10% y el 1.76%.

Una de las características de los aceros (a diferencia de las fundiciones) es que son materiales forjables, es decir, que pueden modificar su forma por la acción de los esfuerzos, en general, de compresión y a temperaturas elevadas. Gracias a estas ventajas, los tubos de acero son muy utilizados en construcción: cerrajería, calefacción central, distribuciones de agua y gas.

Entre ellos se diferencian principalmente por:

·        Calidad del metal

·        Procedimiento de fabricación.

·        Dimensiones.

·        Tipo de protección.

Los tubos de acero se deben proteger interior y exteriormente. En el caso de aguas agresivas, interiormente se debe aplicar una capa de alquitrán. En el exterior, para proteger la corrosión se realiza un revestimiento de alquitrán, armado por bandas de yute enrolladas en espiral sobre el tubo y con un acabado de lechada de cal.

La protección de los tubos de acero, también se realiza por galvanizado. Estos tubos se recomiendan para las instalaciones de agua fría y caliente. La galvanización se obtiene por un ligero deposito de 0.10 a 0.15mm de zinc, a fuego, sumergiendo los tubos en un baño de fusión, o por electrólisis en frío. Existen otros medios de protección menos corrientes, pero que responden mejor a ciertas aplicaciones:

·        En locales industriales, donde no interviene la cuestión de la estética, la protección exterior se puede obtener con productos bituminosos (embreado en caliente por inmersión) o por recubrimiento con cintas de yute embreado.

·        En las instalaciones industriales especiales o laboratorios, se emplean materiales como el barniz, esmalte, plomo y materias plásticas para la protección interior o exterior de los tubos.

Cuando la corrosión es muy activa (dependiendo del tipo de agua transportada), hay que recurrir al empleo de tubos de metales especiales: acero inoxidable, níquel, o sus aleaciones.

De todas formas, el tubo de acero galvanizado o pintado exteriormente presenta, en general, propiedades suficientes para instalaciones corrientes en obras.

Hay otro riesgo de deterioro  por oxidación en puntos localizados contra el que hay que precaverse: es el que resulta del contacto del hierro con otros metales u otros materiales. Deben pues ser evitados los contactos entre dos metales diferentes, particularmente entre el hierro y el cobre.

Ciertos materiales atacan el hierro: el yeso húmedo, los oxicloruros (pisos magnésicos), las escorias (sulfuros).

Las tuberías que atraviesan una pared o un piso deben ir protegidas con forros de material inatacable y de un diámetro suficiente para permitir interponer entre los dos conductos un plástico aislante. Esto es necesario especialmente donde la humedad es permanente.

Las tuberías de acero negro, conocidas también como de hierro negro, en contacto con el aire y sino disponen de protección, se oxidan cubriéndose con una película de color pardo oscuro muy característica. Este tipo de tubería no se utiliza precisamente por este efecto para conducciones de agua potable. Básicamente su uso esta limitado al sector industrial.

Cuando se somete al acero negro a una circulación de agua (a un ambiente húmedo en general) el primer compuesto que se forma es el hidróxido ferroso que es relativamente soluble, y que se transforma posteriormente en óxido férrico que es menos soluble.

TUBERIAS DE ACERO INOXIDABLE

La utilización de los aceros inoxidables, principalmente austeníticos, en conducciones de aguas naturales, en ocasiones nos obliga a conocer tanto la calidad de las aguas como la de los aceros inoxidables. La mayoría de las aguas dulces (ríos, lagos, pozos, etc.) no producen corrosión en los aceros inoxidables comunes, pero, para evitar incidentes ocasionales, es preciso conocer estas características y así determinar la calidad del acero inoxidable a utilizar.

Corrosión por cloruros: Este tipo de corrosión se produce por la eliminación del film protector a causa del contacto entre un acero inoxidable y una solución de cloruros.

Corrosión galvánica: El contacto del acero inoxidable con otro material menos noble puede dar lugar a este tipo de corrosión, en la que el menos noble constituye el ánodo y se corroe.

Corrosión externa: En general la resistencia del acero inoxidable frente a las distintas atmósferas es excelente (urbana, industrial, marina  y rural). Unicamente en tuberías que estuvieran muy cerca del mar, sería aconsejable el empleo del acero inoxidable AISI-316. En tuberías subterráneas, toda la experiencia recogida sobre el uso del acero inoxidable, ha demostrado que no plantea ninguna clase de problemas. No obstante, se aconseja analizar las tierras.

TUBERIAS DE FUNDICION

Las aleaciones hierro-carbono, atendiendo al porcentaje de carbono, se dividen en tres grupos:

·        Hierros: del 0 al 0.10% de C.

·        Aceros: del 0.10 al 1.76% de C.

·        Fundiciones: del 2.5 al 4% de C.

Las fundiciones se clasifican en:

·        Ordinarias: cuando además del carbono solo contienen pequeñas cantidades de silicio, manganeso, azufre y fósforo.

·        Aleadas: cuando contienen otros elementos (cromo, níquel, molibdeno) que modifican, mejorando las propiedades mecánicas de aquellas.

·        Especiales: fundiciones sometidas a procesos y aditivas que dan lugar a fundiciones de excelentes calidades.

Las tuberías de fundición gris, fabricadas por moldeo vertical en arena, tienen una capa superficial formada por óxidos y silicatos de hierro que protegen de forma natural al tubo en caso de terrenos poco agresivos.

Las tuberías deben protegerse del medio circundante que rodea a los tubos y de los líquidos que circulan por su interior.

La protección debe ser tal que:

·        Se adhiera a la superficie que debe proteger.

·        Resista el medio corrosivo que actúa por el interior del tubo o del ambiente que rodea exteriormente a la tubería.

·        Sea impermeable al medio corrosivo.

a.       Protección exterior: La protección exterior puede clasificarse según la situación de las tuberías (enterradas, vistas en la atmósfera y sumergidas) y de acuerdo con la intensidad de agresión del medio.

Los productos de protección, en el caso de tuberías enterradas son:

·        Alquitrán: Imprimación a base de una capa de alquitrán o de cloro-caucho, una capa intermedia de alquitrán aplicado en caliente con un filtro de amianto y un acabado de lechada de cal o un papel kraft.

·        Asfalto: Capa de imprimación de betún asfáltico y una capa de mástique asfáltico.

·        Galvanizado: Inmersión de la tubería en zinc fundido.

·        Mortero de cemento reforzado con malla de alambre.

Para tuberías vistas se emplean:

·        Alquitrán: Una o dos capas de minio de plomo con barniz de resina sintética y un acabado con una capa de pintura de alquitrán.

·        Galvanizado electrolítico por inmersión.

Para tuberías sumergidas en agua dulce: pinturas fenólicas, alquitrán, resina epoxi, etc.

b.      Protección interior: La protección interior en caso de agua potable, de escasa agresividad, puede ser de:

·        Alquitrán: Imprimación y esmalte de aplicación en caliente.

·        Zinc metálico: Galvanizado electrolítico o galvanizado por inmersión.

·        Cemento: Revestimiento centrifugado de mortero de cemento.

TUBERIAS DE COBRE

El tubo de cobre es el material más utilizado en Europa, en las diferentes instalaciones de transporte de fluidos en la construcción.

Este metal posee unas características físicas y mecánicas que no se alteran con el paso del tiempo, lo que garantiza la duración y calidad de las instalaciones realizadas con tubo de cobre.

Como características más destacadas del tubo de cobre se pueden reseñar las siguientes:

·        Alta resistencia a la corrosión.

·        Pequeñas pérdidas de carga, debido a una superficie interior lisa.

·        Inalterable con el paso del tiempo, en sus características físicas y químicas.

·        Permite montajes rápidos y fáciles, utilizando accesorios soldados por capilaridad.

·        Excelente comportamiento con la totalidad de los materiales de construcción y de los fluidos a transportar.

·        Soporta elevadas presiones interiores, permitiendo el uso de tuberías de pared delgada.

Las tuberías de cobre resisten muy bien a la acción de los materiales de construcción utilizados normalmente (cal, yeso, hormigón, cemento, etc.) pueden estar perfectamente en contacto con estos materiales. Los casos en los que pueda existir corrosión son muy raros y muy específicos. Se trata en particular de hormigones ligeros de fraguado rápido, ya que entre sus componentes se encuentran productos amoniacales, concretamente cloruro amónico, que atacan al cobre. Cuando esto sucede, basta proteger al tubo con una envoltura de plástico corrugado del empleado en canalizaciones eléctricas.

En viviendas aisladas o casas rurales, es frecuente que el agua provenga de un punto retirado de la vivienda, por lo que la tubería se coloca bajo tierra, en este caso es aconsejable su aislamiento, ya que es frecuente la presencia de materia orgánica en el subsuelo, con alto contenido de cloruros amónicos que podrían corroer la tubería.

Como consecuencia de sus características, el tubo de cobre presenta, respecto a otros materiales, las siguientes ventajas:

·        Caudal constante, debido a su pared interior completamente lisa.

·        Permite montajes exteriores debido a su alta resistencia a la corrosión y a su impermeabilidad que impide el paso de oxigeno y rayos ultravioleta.

·        Especialmente indicado para instalaciones empotradas por su alta resistencia al ataque de los materiales de construcción.

·        Pérdidas de carga mínimas, debido a su espeso uniforme y medidas exactas y sobre todo a su pared lisa y limpia.

·         Gran ahorro en las instalaciones realizadas con accesorios soldados, debido a la menor cantidad de mano de obra necesaria.

·        Ideal en instalaciones de calefacción debido a su alta conductividad térmica, con lo que se consigue un alto rendimiento.

·        Reducido peso por metro lineal de tubería, que abarata el transporte, facilita la manipulación y es ideal para la prefabricación en serie de instalación tipo.

·        Protege el medio ambiente, dado que, por su valor de recuperación es prácticamente reciclado en su totalidad.

En general se considera que las tuberías de cobre no reciben ninguna clase de mantenimiento.

TUBERIAS DE PLOMO

El plomo es inalterable frente a los agentes atmosféricos. No necesita ninguna protección. Solo por razones estéticas reciben algunas veces las tuberías una capa de pintura.

En contacto con el aire, la superficie del plomo se oscurece y cubre de una capa delgada protectora de subóxido de plomo.

En las atmósferas industriales en contacto con el gas sulfuroso, forma hidratos de plomo, o carbonatos, sulfatos, etc., insolubles, que constituyen películas protectora muy adherentes.

Tampoco el aire salino tiene acción sobre el plomo.

En contacto con ciertos materiales, el plomo puede deteriorarlos o corroerse.

Ante todo hay que evitar toda posibilidad de corrosión anódica por contacto del plomo con un metal de potencial muy diferente en un medio húmedo.

Los contactos plomo-zinc, plomo-hierro, plomo-aluminio, son perjudiciales; pero hay que hacer notar que el metal disuelto es el zinc, el hierro o el aluminio; el fenómeno de corrosión cobre-plomo, en detrimento del plomo, se detiene a causa de la insolubilidad del sulfato de plomo formado.

Entre los materiales empleados en la construcción, susceptibles de atacar al plomo, hay que mencionar:

·        La cal grasa.

·        La cal hidráulica.

·        Algunos cementos: portland, escorias de altos hornos, puzolanas, supercementos.

·        Las maderas: Ataque provocado por los ácidos orgánicos contenidos en la encina y el castaño.

·        Ciertos productos bituminosos: El ataque es provocado por el ácido acético, el fenol, la sosa o la potasa contenidos en estos productos.

Finalmente, los ácidos orgánicos, la cal libre, que impregnan a veces los suelos húmedos, pueden ser causa de ataque al plomo, pero el ataque es más a menudo ocasionado por corrientes eléctricas parásitas.

Las precauciones generales que hay que tomar para proteger los tubos frente a estas corrosiones consisten en suprimir una de las causas, la humedad, o en proteger los tubos con forros, envolturas de fieltro asfáltico, capas de betún, etc.

TUBERIAS PLASTICAS

Envejecimiento de los materiales plásticos:

El envejecimiento puede ser debido a:

·        Factores ambientales (temperatura ambiente, oxígeno atmosférico, radiaciones solares, medios agresivos, etc.) a los que esta sometido el material de la tubería por efecto del entorno correspondiente a su ubicación.

·        Factores funcionales (presión interna del agua, fatiga del material, esfuerzos mecánicos de tracción, compresión, flexión, agresión química irreversible del agua, esfuerzos térmicos, esfuerzos eléctricos, etc.) a los que está sometido el tubo por efecto de su aplicación

El factor tiempo influye notablemente en la pérdida de resistencia mecánica y también en el incremento de las deformaciones. Esto indica que en el transcurso del tiempo se debilitan las propiedades mecánicas y que los materiales termoplásticos (PVC y PE) no tienen una duración ilimitada. Existe una correlación entre tensión de trabajo, deformación, tiempo y temperatura del tubo por efecto del líquido conducido y del ambiente externo.

A las tuberías destinadas a la conducción de agua a presión se les exige una duración mínima de 50 años, estando sometidas a la presión nominal y un coeficiente de seguridad decreciente con el tiempo (para los tubos de PVC valor inicial 5.5, valor a los 50 años, estimado por extrapolación, superior a 1.5). Ello se cumple si las tensiones tangenciales a que se encuentra el material por el efecto de las cargas externas o de la presión del agua conducida son de 100kg/cm², valor máximo.

TUBERÍAS DE POLICLORURO DE VINILO (PVC)

Este material aparece como tal por primera vez en Alemania en 1938. Desde entonces su utilización se ha diversificado hasta convertirse en el plástico con más aplicaciones reales. En el campo de las instalaciones su campo es generalizado para redes de tuberías a presión, evacuación y saneamiento, drenaje y canalizaciones en general, debido a sus excelentes propiedades, que dan lugar a las siguientes ventajas:

·        Suministro en longitudes variables.

·        Peso reducido.

·        Aptas para la conducción de agua potable.

·        Flexibilidad.

·        Resistentes a la corrosión de agentes y suelos agresivos.

·        Fácil instalación.

·        Ausencia de sedimentos e incrustaciones.

·        Pérdida de carga por rozamiento casi nula.

·        El PVC resiste satisfactoriamente a la mayor parte de agentes químicos, como ácidos, bases y sales. Este material es imputrescible.

·        Excelente aislante térmico y eléctrico.

·        No produce llama.

·         No produce sales tóxicas, ventaja muy importante para la distribución de agua potable, y no se oxida.

TUBERÍAS DE POLIETILENO (PE)

Los tubos de polietileno se distinguen de los de PVC principalmente por:

·        Una densidad inferior.

·        Una mayor resistencia a la temperatura.

·        Un coeficiente de dilatación elevado.

·        Fragilidad al frío –25ºC.

Como el PVC, el PE es un excelente dieléctrico que, en frío, resiste muy bien las acciones químicas. En cambio en caliente su resistencia a las acciones químicas es mucho menor.

El PE se obtiene por polimerización del etileno. Existen dos procedimientos que dan lugar al polietileno de baja densidad (LDPE) y al polietileno de alta densidad (HDPE).

Para la protección contra el envejecimiento, producido simultáneamente por las radiaciones ultravioleta, el calor y el oxigeno del aire, se adiciona negro de humo (del 25 al 3%) de partículas muy finas y perfectamente disperso en la masa y material antioxidante (menos del 0.3%).

Como conclusión acerca de la protección de las tuberías plásticas, en general no se realiza mantenimiento, solo se evalúa su resistencia y su vida útil para ser cambiadas.

TUBERIAS DE FIBROCEMENTO

Las tuberías de fibrocemento se fabrican a partir de materia preparada mezclando cemento portland, fibras de amiento y agua.

Una capa delgada de la mezcla (de0.1 a 0.2mm) se enrolla de una forma continua sobre un mandril de acero, cuya longitud coincide con la del tubo que se desea fabricar.

Las sucesivas capas, fuertemente comprimidas, originan el crecimiento progresivo del espesor de pared de la tubería hasta alcanzar la medida prevista.

A continuación los tubos se sumergen en agua durante varios días y, posteriormente, se almacenan al aire libre. Durante este proceso han adquirido el endurecimiento necesario para soportar una presión de prueba equivalente al doble de la presión de servicio.

Las posibilidades de utilización sin medidas particulares de protección quedan acotadas en relación con los terrenos y a las aguas agresivas como sigue:

·        Terrenos agresivos a la tubería: Son los que tienen una fuerte reacción ácida (pH inferior a 6) y los que tienen un elevado contenido en sulfatos (superior al 0.3%).

·        Aguas agresivas para los tubos: Las de reacción ácida (pH inferior a 6), las aguas muy blandas (dureza igual o inferior a 3º hidrométricos franceses. Equivalencia: 1 HT francés corresponde a 10mg/l de carbonato cálcico, CO₃Ca) y las que contienen anhídrido carbónico libre y agresivo (más de 30mg/l).

Los productos de fibrocementos son fabricados con fibras minerales, cemento y agua, la cual es necesaria para el proceso de fraguado.

La fibra mineral es un silicato de magnesio hidratado (asbesto) con un diámetro aproximadamente de 20Mm y una resistencia a la tracción de 3500N/mm² . alcanza su punto de fusión a 1550ºC y es incombustible.

Estas fibras actúan como elemento de refuerzo a la tracción. Son químicamente inertes lo que hace que los materiales de fibrocemento resistan mejor al ataque de agentes agresivos que otros productos de cemento.

Características de los tubos de fibrocemento:

·        Resistencia mecánica: el proceso químico de fraguado en estos productos causa un incremento de la resistencia mecánica con el tiempo.

·        Resistencia química: Debido a su composición inorgánica el fibrocemento es resistente a todos los organismos nocivos como hongos, bacteria y a ataques biológicos en general. Fenómenos electrolíticos no producen ningún tipo de corrosión en estos tubos. Igualmente no se oxidan ni se pudren por efecto de la humedad. También son resistentes a los rayos ultravioleta. Pueden permanecer al sol por largos períodos sin afectarse sus propiedades físicas y químicas.

·        Resistencia a la abrasión: Aún con altas velocidades de flujo de agua no se han producido efectos por abrasión en tubos de fibrocemento.

·        Propiedades aislantes: El fibrocemento tiene alta capacidad como aislante térmico y no es un conductor eléctrico. Por tal motivo la corrosión electrolítica no puede ocurrir aún si se inducen corrientes.

La protección de los tubos de fibrocemento se clasifica en protección pasiva, activa y autoprotección:

·        Protección pasiva: La línea de tuberías con revestimiento está conformada por productos a los cuales se les aplica un revestimiento de protección adecuado determinado a través de los análisis químicos de los elementos que habrán de estar en contacto con los tubos, para prevenir los diferentes tipos y grados de corrosión.

Las fabricas productoras de pinturas han desarrollado dos tipos de recubrimiento:

1.      Carbopint AC – 300. Bituminosa: Producto elaborado a base de selectos derivados de carbón, con adición de los adecuados rellenos minerales, revestimiento robusto y a la vez elástico de excelente adherencia y alta resistencia mecánica después de haber secado. Resistente a la acción de sale neutras, ácidos y álcalis diluidos. No resiste la acción de aceites grasos, hidrocarburos aromáticos y acción de la intemperie prolongada.

2.      Coaltar 78-65-02. Epóxica: Revestimiento negro elaborado a partir de resinas epóxicas, alquitrán de hulla y catalizador de amina aducto. Resistente a la acción de álcalis, ácidos, abrasión, gasolina y diesel oil. La acción de la intemperie prolongada puede deteriorar el recubrimiento.

·        Protección activa: Este tipo de protección se logra mediante acciones que se implementan durante el proceso de fabricación. Tal es el caso de la utilización de cementos altamente resistentes a los sulfatos de los cuales el más común es el cemento portland tipo V, el cual posee un contenido muy bajo de Aluminato Tricálcico. Esta sustancia al reaccionar con los sulfatos degrada el cemento, por tal motivo al disminuir su contenido disminuye la posibilidad de una reacción agresiva.

·        Auto protección: Cuando se presenta la corrosión en estos tubos se manifiesta por un ablandamiento de la superficie atacada; las fibras de asbesto que quedan al desnudo por la acción de la deposición de los compuestos de calcio se entrelazan formando un tejido semejante a un filtro, el cual establece una autoprotección del material contra el avance gradual del deterioro.

Debido a todas estas características, en condiciones normales, prácticamente no hay límite de vida para los tubos de fibrocemento, teniendo en cuenta que están constituidos por componentes inorgánicos y no metálicos. Su vida útil es indefinida.