Valori nominali della temperatura dei tubi in plastica: in che modo il calore influisce sulla pressione e sulla sicurezza

Su ogni tubo di plastica sono presenti due numeri che determinano se un'installazione è sicura: la pressione che dovrebbe sostenere e la temperatura alla quale viene misurata tale pressione. Sposta il secondo numero e il primo cambia. Questa relazione spiega perché una linea che funziona perfettamente con acqua di rete fredda può fallire in un montante di acqua calda, e perché un'etichetta PN20 non è mai una promessa di 20 bar a qualunque temperatura un progettista scelga.

Comprendere i valori nominali della temperatura dei tubi di plastica non significa tanto memorizzare tabelle, ma piuttosto sapere come si comportano i materiali termoplastici quando si riscaldano. La logica è coerente tra PVC, CPVC, PEX, PP-R, PP-RCT, PE-RT e HDPE, quindi una volta che conosci le regole puoi leggere con sicurezza quasi tutte le schede tecniche dei produttori.

Cosa significa realmente una valutazione della temperatura

Una valutazione della temperatura non è un limite unico. Si tratta di un punto di riferimento, solitamente 23°C (73°F) nella pratica nordamericana e 20°C nei documenti ISO e AS/NZS, al quale a un tubo viene assegnata una pressione di esercizio per una durata di servizio definita. Si prevede che un tubo descritto come PN16, ad esempio, resisterà a 16 bar di pressione interna continua per 50 anni trasportando acqua alla sua temperatura di riferimento.

Aumenta la temperatura e il materiale si ammorbidisce a livello molecolare. Le catene polimeriche scivolano l'una sull'altra più facilmente, quindi lo stress a cui il tubo alla fine si rompe diminuisce. Gli ingegneri lo rilevano utilizzando la forza idrostatica a lungo termine, estrapolata in oltre 50 anni da test accelerati. Il risultato è una curva anziché un numero e lo standard in base al quale lavori decide in che modo tale curva diventa una pressione di progetto consentita, fattore di sicurezza incluso. I sistemi ad acqua calda generalmente utilizzano fattori di sicurezza inferiori rispetto ai sistemi ad acqua fredda, ma la pressione consentita diminuisce comunque con l'aumento della temperatura.

Ne conseguono due conseguenze pratiche. Innanzitutto, lo stesso tubo può essere venduto con diversi valori di pressione, ciascuno legato a una temperatura diversa. In secondo luogo, una valutazione è valida solo per il fluido e per le condizioni di servizio per le quali è stata scritta.

Limiti di temperatura in breve

Materie plastiche diverse tollerano il calore in modo molto diverso. La tabella seguente riassume il territorio generale occupato da ciascuna famiglia. Trattatelo come una mappa piuttosto che come una specifica, perché lo spessore della parete, il grado del composto, il metodo di giunzione e lo standard in vigore spostano tutti i numeri finali.

Il divario tra PVC-U e CPVC ne è l’esempio più chiaro. Entrambi sono composti vinilici, ma il CPVC contiene più cloro nella sua struttura, il che aumenta il punto di rammollimento abbastanza da consentire il servizio di acqua calda con declassamento. I tubi CPVC in SDR 11, ad esempio, sono comunemente pubblicati a 400 psi a 73 °F ma solo a circa 100 psi a 180 °F. Quel singolo confronto dice di più sui valori di temperatura di qualsiasi definizione.

Perché la pressione diminuisce quando la temperatura aumenta

Una volta accettato che la forza diminuisce con il calore, la domanda successiva è quanto. La risposta viene dai fattori di declassamento pubblicati. Per i tubi in polietilene, ISO 4427 e AS/NZS 4130 forniscono fattori superiori al punto di riferimento di 20°C; per PP-R e PP-RCT, DIN 8077, DIN 8078 e ISO 15874 svolgono lo stesso lavoro. Lo schema è sempre simile: perdite modeste nell’intervallo tra 30°C e 40°C, perdite più marcate oltre i 50°C.

Vale la pena ripetere due avvertenze. I fattori di declassamento si applicano alla pressione di progetto, non al picco di pressione che un sistema può vedere brevemente durante l'avvio di una pompa o un colpo d'ariete. E una classificazione della temperatura è una classificazione del sistema: una lunghezza di tubo classificata per un servizio continuo a 70°C è valida quanto i raccordi, i raccordi e le valvole ad essa collegati. I giunti di termofusione in PP-R e HDPE sono generalmente robusti quanto la parete stessa del tubo, motivo per cui questi materiali sono così ampiamente utilizzati nelle applicazioni con acqua calda e interrate, ma le transizioni filettate e i componenti meccanici devono comunque essere controllati rispetto alla stessa temperatura.

Servizio di acqua calda: dove si adattano PP-R e PP-RCT

Per i circuiti di riscaldamento e acqua calda sanitaria, il copolimero casuale di polipropilene è diventato una scelta familiare in Europa, Asia e Medio Oriente. Gestisce un servizio continuo intorno ai 70°C con brevi escursioni fino a circa 95°C, resiste all'accumulo di calcare e i suoi giunti di fusione rimuovono il punto più debole di un sistema giunto meccanicamente.

PP-RCT porta avanti la stessa idea. La cristallinità del materiale viene modificata durante la polimerizzazione, producendo una struttura cristallina più fine e una resistenza a lungo termine misurabilmente più elevata a temperature elevate. In pratica un progettista può mantenere lo spessore della parete e aumentare la pressione a 70°C, oppure mantenere la pressione e utilizzare una parete più sottile. I produttori hanno continuato a sviluppare questa famiglia di composti e i gradi risultanti mantengono una quota maggiore della loro classificazione per il servizio con acqua calda rispetto al PP-R standard. Lo stesso ragionamento si applica a ogni componente del circuito: gomiti, raccordi a T, giunti e valvole dovrebbero condividere la base della temperatura del tubo, altrimenti la valutazione del tubo è solo teorica.

Tubo PPRCT per sistemi di acqua calda e fredda ad alta temperatura Le tubazioni in PP-RCT con raccordi coordinati offrono una maggiore resistenza a lungo termine a temperature elevate, per cui vale la pena esaminarle quando le prestazioni della pressione dell'acqua calda determinano la pianificazione delle tubazioni. Visualizza il prodotto →

Se l'acqua calda a temperatura sostenuta è il caso di progettazione principale, questa è la conversazione da tenere con il fornitore prima che venga fissata la pianificazione delle tubazioni. Il nostro lavoro su Materiale PPR resistente alle alte temperature e alla pressione segue esattamente quella strada.

Rete fredda, linee interrate e drenaggio

L'HDPE si comporta diversamente dal polipropilene e questa differenza è importante quando si legge una valutazione della temperatura. Il PE100 viene normalmente fatto riferimento a 20°C ed è raramente scelto per l'acqua calda, ma eccelle nelle condutture idriche interrate, nelle fognature e nel drenaggio, nelle reti idriche rurali e nei lavori sotterranei di grande diametro. Al di sopra dei 30°C circa la pressione ammissibile inizia a diminuire, quindi i progettisti che lavorano in climi caldi o su scarichi industriali devono applicare fattori di declassamento anziché il valore nominale.

Tubo dell'acqua HDPE PE100 per applicazioni municipali e interrate Il tubo PE100 in HDPE è adatto a condutture idriche interrate, fognature e reti di grande diametro in cui la resistenza alla corrosione, i giunti di fusione flessibili e il declassamento sopra i 30°C guidano la selezione. Visualizza il prodotto →

Laddove una linea in HDPE corre fuori terra in forte luce solare, l'espansione termica e l'esposizione ai raggi UV meritano la stessa attenzione della pressione nominale. La spaziatura dei supporti e gli anelli di espansione solitamente contano più del numero stampato sul tubo.

Le valutazioni appartengono all'intero sistema

I tubi di alimentazione in PP-R illustrano chiaramente il punto. Un tubo in PP-R monostrato è classificato per il servizio di acqua potabile sia fredda che calda entro il suo intervallo di temperatura e la sua pressione nominale a 70°C sarà una frazione del suo valore di 20°C. Lo stesso declassamento deve essere applicato a ogni parte a valle: accoppiamenti filettati, riduzioni a T, raccordi e valvole a sfera. Se la tenuta di una valvola è classificata per 60°C mentre il tubo è progettato per 70°C, la classificazione del sistema è 60°C, qualunque sia l'etichetta del tubo.

Tubo PPR monostrato per fornitura di acqua calda e fredda Un tubo omogeneo in PP-R conveniente per acqua potabile calda e fredda e riscaldamento, dove i raccordi declassati corrispondenti determinano la temperatura pratica del sistema. Visualizza il prodotto →

Questo è il motivo per cui può essere più semplice collaborare con i fornitori che producono sia tubi che raccordi secondo lo stesso sistema di qualità. Un'unica tabella pressione-temperatura che copre l'intero assieme elimina le congetture che si presentano quando tubi e raccordi arrivano da fonti diverse.

Errori comuni durante la lettura di una valutazione della temperatura

• Supponendo che il valore della pressione stampato si applichi a ogni temperatura, anziché solo alla temperatura di riferimento.
• Miscelazione degli standard, ad esempio confronto di una temperatura nominale di 73°F con una curva di 20°C, senza prima eseguire la conversione.
• Progettare in base a un valore di esplosione anziché allo stress di progettazione a lungo termine utilizzato per una durata di servizio di 50 anni.
• Ignorando i picchi a breve termine come la pastorizzazione, il potenziamento o il riscaldamento solare delle linee esposte.
• Controllo del tubo ma non delle valvole, dei raccordi e dei passaggi filettati.
• Riutilizzo di un materiale per acqua fredda in una linea di acqua calda perché i tubi sembrano simili sul posto.

Una lista di controllo pratica prima di specificare

1. Confermare la reale temperatura massima di funzionamento continuo, non il setpoint della caldaia.
2. Annota eventuali picchi di temperatura e quanto tempo dura.
3. Converti il ​​tuo fabbisogno di pressione nella temperatura di riferimento del materiale.
4. Applicare il fattore di declassamento previsto dallo standard in vigore.
5. Verificare che tubi, raccordi e valvole condividano la stessa base di temperatura.
6. Confermare che l'applicazione sia consentita dal codice locale.
7. Chiedere al produttore una tabella scritta pressione-temperatura per il prodotto esatto.

Shanghai Zhongsu Pipe Co., Ltd. produce tubi e raccordi in PPR, PP-RCT, PE-RT e HDPE a Shanghai dal 2004. I nostri tubi sono prodotti con materie prime completamente importate, testati in un laboratorio nazionale accreditato CNAS e consegnati secondo i sistemi certificati ISO 9001, ISO 14001 e OHSAS 18001. Se stai confrontando le valutazioni per un montante dell'acqua calda, un circuito di riscaldamento a pavimento o una conduttura idrica rurale interrata, inviaci la temperatura e la pressione di esercizio e analizzeremo insieme a te il declassamento, componente per componente.