Tubo in polietilene (PE). Il materiale è un composto termoplastico realizzato polimerizzando il gas etilene in lunghe catene polimeriche, quindi miscelando la resina con nerofumo (tipicamente 2–2,5%) per la protezione dai raggi ultravioletti e con antiossidanti per rallentare l'ossidazione durante decenni di servizio. La resina di base, il pacchetto di additivi e la classificazione del grado definiscono insieme le prestazioni del tubo in condizioni di pressione, temperatura e stress ambientale.
La caratteristica distintiva del materiale del tubo in PE è il suo sistema di giunzione a fusione termica. Quando due superfici in PE vengono riscaldate al di sopra del loro punto di fusione e pressate insieme, le catene polimeriche si mescolano; dopo il raffreddamento, il giunto forma un materiale continuo. Poiché non sono coinvolte guarnizioni, filettature o cemento solvente, una tubazione in PE fusa correttamente è effettivamente monolitica. Ecco perché sin dagli anni ’60 il polietilene è il materiale standard per le reti di distribuzione del gas naturale in Europa e Nord America.
Il materiale è anche straordinariamente leggero. La resina per tubi in PE ha una densità di 0,93–0,97 g/cm³, che è inferiore alla densità dell'acqua. Un tubo PE100 DSP17 da 110 mm lungo 12 metri pesa circa 25 kg, abbastanza leggero da poter essere trasportato a mano da due installatori. Questo fatto da solo riduce i tempi della gru, il carburante per il trasporto e i costi di manodopera nei cantieri. Per comprendere il polimero in modo più approfondito, leggi il nostro articolo di copertura cos'è il tubo in PE .
Gradi di materiali PE e tipi di tubi
I materiali dei tubi in polietilene sono classificati in base alla loro resistenza minima richiesta (MRS), lo stress idrostatico a cui il materiale può resistere per 50 anni a 20 °C senza cedimenti, dopo aver applicato un fattore di sicurezza.
- PE80 : MRS = 8MPa, sollecitazione di progetto ≈ 6,4 MPa
- PE100 : MRS = 10 MPa, sollecitazione di progetto ≈ 8,0 MPa
L'MSR più elevato del PE100 offre uno stress di progettazione superiore del 25% rispetto al PE80. Per lo stesso valore di pressione, il PE100 può utilizzare una parete più sottile, il che significa un costo del materiale inferiore e una maggiore capacità di flusso. In Nord America, il sistema di designazione equivalente utilizza PE4710, che corrisponde a una resina di classe PE100 con una maggiore resistenza alla crescita lenta delle crepe.
| Proprietà | PE80 | PE100 |
|---|---|---|
| Resistenza minima richiesta (MRS) | 8 MPa | 10 MPa |
| Sollecitazione di progetto (20 °C, C = 1,25) | 6,4MPa | 8,0MPa |
| Intervallo di densità tipico | 0,93–0,95 g/cm³ | 0,95–0,97 g/cm³ |
| Valutazione della pressione a DSP 11 | PN12.5 | PN16 |
| Resistenza alla crescita lenta delle crepe | Norma | Migliorato |
Per la maggior parte dei progetti relativi all'acqua e al gas, PE100 è ora la selezione predefinita. Huada Plastics produce Tubo in HDPE sia nei gradi PE80 che PE100, con diametri da 20 mm a 1600 mm. La scelta tra i gradi dipende dalla pressione operativa, dall'aggressività dell'ambiente di installazione e dalla durata prevista del progetto.
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Densità e peso
Con circa 0,95 g/cm³, il PE100 è il materiale per tubi strutturali più leggero sul mercato. Pesa circa un quarto del PVC-U e un ottavo della ghisa sferoidale a parità di diametro nominale e classe di pressione. La tabella seguente mostra il confronto tra il PE e altri materiali comuni per tubi.
Resistenza chimica e alla corrosione
Il PE non si corrode, non arrugginisce né subisce attacchi galvanici. Resiste alla maggior parte degli acidi minerali, degli alcali e delle soluzioni saline acquose a temperatura ambiente. La limitazione è che forti acidi ossidanti, idrocarburi aromatici e solventi petroliferi possono rigonfiare il polimero o innescare stress cracking ambientale, quindi la compatibilità chimica dovrebbe essere sempre verificata per i mezzi industriali.
Flessibilità e resistenza agli urti
Il PE può essere piegato fino a circa 20-25 volte il suo diametro esterno e ritornare comunque alla sua forma originale. Questa flessibilità consente al tubo di seguire le linee di trincea curve, assorbire gli assestamenti del terreno e sopravvivere ai carichi del traffico senza provocare stress. La resistenza agli urti rimane elevata alle basse temperature, il che rende il PE adatto per installazioni in climi freddi.
Durabilità a lungo termine
I sistemi di tubi in PE sono progettati per una durata operativa minima di 50 anni alla pressione nominale. I dati di regressione del settore provenienti da PPI TR-3 e ISO 9080 mostrano che il PE100 mantiene l'integrità oltre 100 anni in molte condizioni del terreno. Il creep, la crescita lenta delle crepe e l'ossidazione sono controllati attraverso la selezione della resina e il pacchetto di additivi. Per uno sguardo più approfondito al comportamento dell’invecchiamento, vedere la nostra analisi del durabilità a lungo termine del tubo in PE .
SDR, valori di pressione e limiti di temperatura
SDR (Standard Dimension Ratio) è il rapporto tra il diametro esterno del tubo e lo spessore della parete: DSP = DO/e . Un SDR inferiore significa un muro più spesso. Per un dato tipo di materiale, la pressione operativa massima segue la relazione definita nella norma ISO 4427:
P = 2 × σ / (SDR − 1) , dove σ è la sollecitazione di progetto (MRS diviso per il fattore di sicurezza C = 1,25).
| SDR | Fattore muro | Classificazione dell'acqua PE100 | Applicazioni comuni |
|---|---|---|---|
| DSP 26 | OD/26 | PN6 | Fogne a gravità, acqua a bassa pressione |
| DSP 21 | OD/21 | PN8 | Approvvigionamento idrico rurale, irrigazione |
| DSP 17 | OD / 17 | PN10 | Acquedotto comunale, linee di pompaggio |
| DSP 13.6 | OD / 13.6 | PN12.5 | Rete idrica ad alta richiesta |
| DSP 11 | OD/11 | PN16 | Protezione antincendio, acqua industriale |
La temperatura influisce anche sulla capacità di pressione. I valori nominali dei tubi in PE sono definiti a 20 °C; al di sopra di questo valore, la pressione operativa deve essere declassata utilizzando i fattori nella tabella seguente, che sono standard per il servizio idrico PE100 secondo ISO 4427. Per il funzionamento continuo superiore a 60 °C, il PE standard non deve essere utilizzato; vengono invece considerati materiali come PERT o PVDF.
Fusione termica: unione di materiali per tubi in PE
La fusione del calore è il motivo per cui i sistemi di tubi in PE garantiscono un funzionamento senza perdite per decenni. Fusione di testa è il metodo di giunzione principale per tubi con diametro esterno di circa 90 mm e superiore. Le estremità del tubo vengono fissate in una superficie, tagliate per produrre facce parallele, quindi pressate contro una piastra a specchio riscaldata a circa 210 °C. Dopo un tempo di assorbimento del calore predeterminato, lo specchio viene rimosso e le estremità fuse vengono premute insieme con forza controllata e trattenute mentre si raffreddano. Un giunto di fusione di testa realizzato correttamente ha una resistenza pari alla parete stessa del tubo. Quello di Huada Raccordi in PE a fusione di testa — gomiti, raccordi a T, riduttori, flange e tappi terminali — coprono l'intera gamma da 20 a 1600 mm e sono prodotti per corrispondere all'SDR del tubo adiacente.
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Applicazioni comuni del materiale per tubi in PE
Approvvigionamento idrico e distribuzione gas
Il tubo in PE è il materiale preferito per le condutture dell'acqua potabile in Europa, Asia e nelle Americhe. È conforme allo standard NSF/ANSI 61 e alle normative europee sull'acqua potabile, resiste all'adesione del biofilm e non introduce prodotti di corrosione nell'acqua. Nella distribuzione del gas naturale, il PE è stato il materiale di riferimento per le tubazioni sin dagli anni '60 perché i suoi giunti di fusione eliminano le vie di perdita tipiche dei giunti filettati in acciaio.
Fognature, irrigazione e servizi industriali
Le fognature a gravità e le condutture ascendenti utilizzano il PE per le sue lunghe lunghezze avvolgibili, la resistenza ai prodotti chimici dei liquami e l'elevata resistenza all'abrasione. I sistemi di irrigazione agricola si affidano ai tubi in PE per la resistenza ai raggi UV e per la tolleranza dell'acqua carica di fertilizzanti. Negli impianti minerari e chimici, le linee dei liquami in PE durano più a lungo dell'acciaio in servizio abrasivo e richiedono una manutenzione notevolmente inferiore.
Come scegliere il materiale giusto per i tubi in PE
Abbina questi cinque fattori ai requisiti del tuo progetto:
- Pressione operativa, compresi gli eventi di picco — è la pressione più alta a cui è sottoposto un sistema, non solo il valore nominale, a decidere l’SDR.
- Temperatura operativa — declassare la pressione nominale sopra i 20 °C; sopra i 60 °C scegliere invece PERT o PVDF.
- Chimica dei fluidi — verificare la compatibilità con il mezzo trasportato, in particolare per solventi, agenti ossidanti e idrocarburi.
- Metodo di installazione — installazioni senza scavo come la perforazione direzionale orizzontale richiedono gradi PE100-RC o PE4710 con una maggiore resistenza alla crescita lenta delle cricche.
- Condizioni ambientali — valutare l'esposizione ai raggi UV, il terreno di riempimento roccioso, il tipo di terreno e la profondità del gelo prima di finalizzare la classificazione del materiale.
Per una guida dettagliata sui calcoli dello spessore delle pareti, della pressione di picco e della durata di progetto, fare riferimento al nostro guida pratica alla scelta dei tubi in PE .
Tubo in PE rispetto ad altri materiali per tubi
| Proprietà | PE100 | PVC-U | Ferro duttile | Acciaio al carbonio |
|---|---|---|---|---|
| Densità (g/cm³) | 0.95 | 1.40 | 7.10 | 7.85 |
| Resistenza alla corrosione | Eccellente | Eccellente | Buono (necessita di rivestimento) | Scarso (necessita di rivestimento di protezione catodica) |
| Integrità congiunta | La fusione dà giunti monolitici | Cemento solvente o guarnizioni | Guarnizione o meccanica | Saldato o meccanico |
| Flessibilità | Alto (si piega senza rompersi) | Basso (fragile sotto l'impatto) | Basso | Basso |
| Resistenza all'abrasione | Eccellente | Bene | Bene | Bene |
| Vita di progettazione tipica | 50-100 anni | 25-50 anni | 50-100 anni | 30-50 anni |
| Costo installato | Bassoer | Medio | Più in alto | Più in alto |
La combinazione di immunità alla corrosione, integrità della fusione e flessibilità del PE lo rende l'opzione più conveniente per le condotte pressurizzate interrate. Il PVC-U rimane competitivo nelle applicazioni per fognature e condutture non in pressione, mentre la ghisa duttile e l'acciaio vengono selezionati quando l'applicazione richiede proprietà metalliche come pressione molto elevata, alta temperatura o montanti resistenti al fuoco.
Domande frequenti sul materiale dei tubi in PE
Q1: Il tubo in PE è uguale al tubo in HDPE?
PE è la famiglia dei materiali; L'HDPE (polietilene ad alta densità) è il grado utilizzato per la maggior parte dei tubi in pressione. PE100 è un grado HDPE premium con prestazioni migliorate.
Q2: Quanto dura il tubo in PE?
Il tubo in PE è progettato per una durata operativa minima di 50 anni alla pressione nominale; Il PE100 spesso supera i 100 anni in condizioni favorevoli del terreno secondo i dati di regressione ISO 9080.
Q3: Il tubo in PE può trasportare acqua calda?
Il PE standard gestisce il servizio continuo fino a 40–60 °C con declassamento della pressione. Al di sopra di tale intervallo, si consigliano tubi PERT, PP o PVDF.
Q4: Il tubo in PE è sicuro per l'acqua potabile?
SÌ. Il PE è conforme a NSF/ANSI 61, WRAS e ai relativi standard sull'acqua potabile quando il tubo è certificato per il contatto con l'acqua potabile.
D5: Cosa significa SDR 11?
SDR 11 significa che il diametro esterno diviso per lo spessore della parete è uguale a 11. È la classe standard per il servizio idrico PN16 nel tubo PE100.
Q6: È possibile unire i tubi in PE senza fusione?
Esistono connessioni a compressione e flangiate che funzionano in servizio a bassa pressione. Per le linee pressurizzate, la fusione a caldo è l'unico metodo che garantisce prestazioni monolitiche senza perdite.
