SDR y PN: presión, espesor y selección de la tubería

Relación dimensional estándar (SDR)

El SDR (standard dimension ratio) es el cociente entre el diámetro exterior nominal y el espesor de pared mínimo:

SDR = DN / e (por ejemplo, DN 315 y e = 18,7 mm → SDR ≈ 17)

A menor SDR, mayor es el espesor relativo y mayor la presión admisible. Como el SDR es adimensional, dos tubos de la misma resina y el mismo SDR tienen la misma presión nominal sin importar su diámetro. Los valores normalizados son SDR 41, 33, 26, 21, 17, 13,6, 11, 9 y 7,4.

Qué cambia con el SDR

• Espesor de pared: e = DN / SDR (los valores de tabla se redondean según la norma).
• Diámetro interior: Di = DN – 2e; a menor SDR, menor sección de flujo.
• Presión nominal: crece al disminuir el SDR (sección «Presión nominal (PN)»).
• Peso y precio: el kilo de material por metro sube con el espesor; ver el catálogo técnico (página «Tubería HDPE lisa»).
• Rigidez anular: crece al disminuir el SDR; importa en tubería enterrada y con depresión.
• Termofusión: solo se sueldan a tope tubos de igual SDR; si cambia el SDR se usa una transición.

Presión nominal (PN)

La presión nominal (PN) es la presión de trabajo máxima admisible, en bar, a 20 °C, para agua, durante 50 años, con un coeficiente de diseño mínimo C = 1,25. Se calcula con:

PN = 20 · MRS / [ C · (SDR – 1) ] (PN en bar, MRS en MPa)

Efecto de la temperatura

El HDPE pierde resistencia al subir la temperatura, de modo que la presión admisible disminuye. Los coeficientes de reducción de ISO 4427 aplican sobre la PN:

Clases de presión

En la práctica se habla de la clase de presión de un tubo mediante su PN: PN 4, 5, 6, 8, 10, 12,5, 16, 20 y 25. En un proyecto es habitual combinar clases: SDR alto en tramos de baja presión y SDR bajo en tramos de alta presión, cruces y zonas bajas de la línea, para ahorrar material sin perder seguridad.

Calcular el SDR a partir de la presión nominal

Cuando el proyecto fija la presión que debe soportar la tubería, el SDR se obtiene despejando la fórmula de la sección «Presión nominal (PN)»:

SDR máx = 1 + 20 · MRS / ( C · PN )

Se elige el mayor SDR normalizado que no supere el valor calculado (un SDR menor es más seguro, uno mayor no cumple). Con C = 1,25: PE 100 → SDR máx = 1 + 160 / PN; PE 80 → SDR máx = 1 + 128 / PN.

Con PE 80 no existe un SDR normalizado que alcance PN 25 (el SDR 7,4 en PE 80 da PN 20); para esa presión se requiere PE 100.

Antes de fijar el SDR, la presión de diseño debe incluir la presión de operación más el efecto de los transitorios (sección «Selección de tubería por presión»). Una vez definidos SDR y DN, el espesor y el peso por metro se leen en el catálogo técnico (página «Tubería HDPE lisa»).

Selección de tubería por presión

La presión define el SDR/PN de la tubería. El procedimiento es el siguiente:

1. Presión de operación máxima en el punto más exigente de la línea (normalmente el punto más bajo), sumando presión estática y dinámica.
2. Transitorios: estimar el golpe de ariete (más abajo) y verificar que la presión máxima resultante no supere lo que admite la tubería en forma ocasional según la norma y el fabricante.
3. Temperatura: dividir la presión de operación por el coeficiente de reducción para obtener la PN requerida a 20 °C.
4. Resina y SDR: con la PN requerida, elegir el SDR de la la tabla (sección «Calcular el SDR a partir de la presión nominal») para PE 100 o PE 80.
5. Verificaciones: rigidez anular, depresión, presión de prueba y presión admisible de los accesorios y las bridas.

Golpe de ariete

Al cerrar una válvula o detener una bomba se produce un transitorio de magnitud máxima (cierre instantáneo, ecuación de Joukowsky):

ΔH = a · Δv / g

donde a es la celeridad de la onda, Δv el cambio de velocidad y g = 9,81 m/s². En el HDPE, por su baja rigidez, la celeridad es considerablemente menor que en el acero (del orden de 200–400 m/s según SDR y temperatura), por lo que las sobrepresiones son más moderadas. Aun así deben calcularse y compararse con la presión admisible; la norma y el fabricante definen las sobrepresiones admisibles recurrentes y ocasionales. La fórmula es válida mientras el cierre dure menos que 2L/a (por ejemplo, 8 s en 1.200 m con a = 300 m/s).

Errores comunes en tubería de presión

Los errores más frecuentes al especificar y poner en servicio una línea de presión son:

• Unir a tope tuberías de distinto SDR: la diferencia de espesor impide una fusión correcta; se usan transiciones o electrofusión (página «Métodos de soldadura»).
• Elegir la PN sin considerar la temperatura de servicio: sobre 20 °C la presión admisible baja y debe aplicarse el factor de reducción (página «Diseño hidráulico»).
• Ignorar el golpe de ariete y los transitorios: una maniobra rápida de válvula o bomba puede superar la presión nominal (página «Diseño hidráulico»).
• Mezclar medidas en mm y en pulgadas: la pulgada es una denominación comercial (4 pulgadas = 110 mm) y no coincide con el diámetro de una cañería de acero de igual pulgada (página «Diámetros: mm y pulgadas»).
• Comparar ofertas solo por precio por metro: dos tuberías del mismo DN y SDR pesan lo mismo; una diferencia grande de precio puede indicar paredes delgadas u otra resina (página «Cotizar»).
• Concluir que hay una fuga por no esperar la estabilización: en la prueba de presión el HDPE se relaja y la presión baja sin que haya fuga (página «Prueba de presión»).
• Tender sobre una cama con piedras o sin compactar: una piedra puntual daña la pared y concentra tensiones (página «Instalación en zanja»).

Tubería por SDR y PN

Tubería HDPE lisa → Diámetros en mm y pulgadas → PE 80 y PE 100 →

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