Clases de presión en tuberías de PVC y HDPE: PN, SDR, factor de temperatura y selección
Pablo Rojas3 min de lectura
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Elegir "PVC clase 10" o "HDPE PN10" parece simple: se mira la presión máxima del proyecto y se escoge una clase superior. El problema es que la presión nominal está definida a 20 °C, para un régimen permanente y con un coeficiente de seguridad particular de cada material, y que la presión que realmente somete a la tubería incluye los transitorios. Entender de dónde sale el PN evita tanto tuberías que fallan como tuberías sobredimensionadas.
De la tensión admisible al PN
Los plásticos se clasifican por su resistencia mínima requerida a 50 años y 20 °C (MRS). La tensión de diseño es y la presión nominal sale de la fórmula de Barlow escrita con la razón dimensional estándar (diámetro exterior sobre espesor):
con en bar y en MPa.
- PE100: MPa y , así que MPa (ISO 4427). PE80: 6,3 MPa.
- PVC-U: MPa. ISO 1452 usa para mm ( MPa) y para diámetros mayores ( MPa).
| SDR | PE100 (bar) | PVC, mm (bar) | PVC, mm (bar) |
|---|---|---|---|
| 41 | 4,0 | 6,25 | 5,0 |
| 33 | 5,0 | 7,81 | 6,25 |
| 26 | 6,4 | 10,0 | 8,0 |
| 21 | 8,0 | 12,5 | 10,0 |
| 17 | 10,0 | 15,6 | 12,5 |
| 11 | 16,0 | 25,0 | 20,0 |
Los valores calculados se redondean a la serie normalizada (6,3; 8; 10; 12,5; 16 bar). El mismo SDR no significa la misma clase en PVC que en PE: un SDR 17 es PN10 en PE100 y PN16 en PVC.
Temperatura y transitorios
La presión de funcionamiento admisible es . Para PE100 (EN 12201) vale 1,00 a 20 °C, 0,87 a 30 °C y 0,74 a 40 °C. Para PVC-U (ISO 1452-2) vale 1,00 hasta 25 °C, 0,80 a 35 °C y 0,63 a 45 °C. Una aducción expuesta al sol en el norte puede operar sobre 30 °C.
La sobrepresión por cierre rápido (Joukowsky) depende de la celeridad de la onda, y esta de la rigidez del tubo:
con GPa para el agua y del orden de 3.000 MPa en PVC y 1.000 MPa en PE100 para cargas instantáneas. Un tubo más flexible genera menos sobrepresión con la misma velocidad.
Ejemplo resuelto
Aducción por gravedad de diámetro exterior 200 mm, 1.500 m de largo, L/s y carga estática máxima de 88 m en el punto bajo ( bar). Agua a 30 °C; para PVC se interpola . Se evalúa un cierre instantáneo de la válvula final:
| Tubería | (mm) | (mm) | (m/s) | (m/s) | (bar) | Total (bar) | PFA (bar) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PVC SDR 26 (PN10) | 7,69 | 184,6 | 1,121 | 344 | 3,85 | 12,49 | 9,00 |
| PVC SDR 21 (PN12,5) | 9,52 | 181,0 | 1,167 | 384 | 4,48 | 13,11 | 11,25 |
| PE100 SDR 17 (PN10) | 11,76 | 176,5 | 1,227 | 254 | 3,12 | 11,75 | 8,70 |
| PE100 SDR 11 (PN16) | 18,18 | 163,6 | 1,426 | 325 | 4,64 | 13,27 | 13,92 |
Por presión estática, cualquier PN10 bastaría. Con cierre instantáneo solo el PE100 SDR 11 queda bajo su PFA. La alternativa más económica suele ser controlar el transitorio: el tiempo crítico es de 7,8 a 11,8 s según la tubería, y una válvula que cierre varias veces más lento reduce la sobrepresión muy por debajo de Joukowsky. Eso debe demostrarse con un análisis de transitorios. Para pasar de bar a metros de columna de agua (1 bar = 10,19 m) sirve el conversor de presión.
Errores frecuentes
- Elegir la clase solo por presión estática sin evaluar el golpe de ariete.
- Olvidar el factor de temperatura en tuberías expuestas o en agua de procesos.
- Suponer que el mismo SDR equivale a la misma clase en PVC y PE, o en PVC de distinto diámetro.
- Comparar solo precio por metro. A igual PN, el PE tiene menor diámetro interior: más pérdida de carga y más velocidad.
- Confundir bar, kgf/cm² y m.c.a., o diámetro nominal con diámetro exterior.
Relacionado: unidades de caudal y presión, transitorios hidráulicos y pérdida de carga en tuberías.