Introducción
La presión dentro de una tubería de drenaje de una mina rara vez es tan simple como un número fijo.
Una tubería de minería de HDPE puede funcionar a una presión relativamente estable durante varias horas y luego experimentar un cambio rápido cuando una bomba arranca, una bomba se detiene, una válvula cambia de posición o cambia el nivel del agua en el sistema.
El drenaje profundo de las minas añade otro factor.
La diferencia de elevación entre los puntos de bombeo subterráneos y la superficie crea una presión estática del agua. Luego, el bombeo agrega presión además de esa condición hidráulica.
Como resultado, diferentes secciones de la misma tubería minera de HDPE pueden experimentar diferentes condiciones de presión.
Una tubería cerca del fondo de una sección vertical profunda puede estar sujeta a una presión estática mucho mayor que una tubería cerca del punto de descarga.
Para los compradores de minería, esta es la razón por la que el requisito de presión de una tubería de minería de HDPE no se puede determinar simplemente mirando la placa de identificación de la bomba.
Es necesario comprender la presión real a lo largo del oleoducto.
Cambios de presión del agua con la elevación
La presión del agua aumenta con la profundidad debido al peso del agua sobre ella.
Para una columna de agua vertical, la relación hidrostática se puede expresar como:
P=ρghP=\\rho gh
donde PP es la presión hidrostática, ρ\\rho es la densidad del agua, gg es la aceleración gravitacional y hh es la altura del agua.
La fórmula es sencilla.
La parte importante de una tubería de minería de HDPE es lo que sucede cuando la diferencia de elevación se vuelve grande.
Un sistema de drenaje de mina puede mover agua desde un nivel subterráneo profundo hacia la superficie.
Por lo tanto, la sección inferior de la tubería puede experimentar una carga estática considerable.
La presión de la bomba y la altura estática se combinan en el sistema operativo real.
Esta es la razón por la cual una especificación de tubería basada únicamente en la presión de descarga de la bomba puede ser engañosa si no se considera el perfil de elevación.
La presión no es la misma en todas partes
Una tubería minera larga de HDPE no experimenta una presión uniforme.
Cambios de presión a lo largo de la tubería.
La presión en la estación de bombeo depende de la bomba y de las condiciones locales.
A medida que el agua asciende, la elevación consume altura hidráulica.
Por lo tanto, la presión disponible a lo largo de la tubería cambia.
Si la tubería sube significativamente, las secciones inferiores pueden experimentar una presión más alta.
Esto es importante a la hora de seleccionar la clase de presión.
Una tubería que es adecuada para una sección puede no serlo necesariamente para otra si las condiciones de presión son sustancialmente diferentes.
Sin embargo, en muchos sistemas de drenaje de minas, puede no ser práctico utilizar múltiples clases de presión a lo largo de una ruta. Por lo tanto, es necesario considerar el perfil de presión completo antes de especificar la tubería de minería de HDPE.
La presión interna cambia ligeramente la forma de la tubería
Cuando la presión del agua aumenta dentro de la tubería minera de HDPE, la pared de la tubería se empuja hacia afuera.
El diámetro aumenta ligeramente.
La pared también sufre tensiones circunferenciales.
Cuando la presión cae, la tubería regresa a sus dimensiones anteriores.
Para una tubería rígida, esta deformación es relativamente pequeña.
El HDPE se comporta de manera diferente porque el polietileno es más flexible.
Los datos de referencia del PE100 proporcionan un módulo-a largo plazo de aproximadamente 200 MPa y una relación de Poisson de aproximadamente 0,45.
Estas propiedades influyen en cómo responde la tubería de minería de HDPE a los cambios en la presión interna.
La tubería no permanece absolutamente fija dimensionalmente cuando cambia la presión.
Responde.
Esa respuesta es parte del comportamiento normal de las tuberías de HDPE.
Por qué la presión de funcionamiento normal no es suficiente
Un sistema de drenaje de mina puede tener una presión operativa normal de, por ejemplo, varios MPa.
Esa es información útil, pero no necesariamente representa la presión máxima que experimenta la tubería minera de HDPE.
Es posible que arranque una bomba.
Es posible que se cierre una válvula.
El flujo puede cambiar.
La presión puede moverse temporalmente por encima del valor de funcionamiento estable.
Ésta es la misma razón por la que el golpe de ariete debe considerarse por separado de la presión normal.
La guía PE100+ identifica el funcionamiento de la bomba y la operación de la válvula como causas potenciales de aumento de presión y recomienda un análisis de aumento cuando las condiciones transitorias son significativas.
Por lo tanto, una tubería de minería de HDPE debe evaluarse frente a la presión envolvente en lugar de una lectura constante del manómetro.
El drenaje profundo de las minas crea un problema de presión diferente
Considere una estación de bombeo subterránea a una profundidad considerable.
La tubería se eleva desde el nivel subterráneo hacia la superficie.
La bomba debe superar el desnivel.
La propia columna de agua crea presión.
Esto significa que la parte inferior del sistema puede estar expuesta a una presión interna significativa incluso cuando el caudal no es extremadamente alto.
Esta es una de las razones por las que los sistemas de drenaje de minas a menudo requieren tuberías de minería de HDPE con clasificación de presión-en lugar de tuberías de drenaje ordinarias-de baja presión.
La tubería no se selecciona sólo por la cantidad de agua que transporta.
Se selecciona por la presión creada al mover esa agua a través de la mina.
La presión de la tubería y la capacidad de flujo son diferentes
Esta distinción es fácil de pasar por alto.
Una tubería de minería de HDPE de gran tamaño puede transportar un alto caudal mientras funciona con una pérdida por fricción relativamente baja.
Una tubería más pequeña puede requerir más altura hidráulica para transportar el mismo flujo.
Pero ninguna de estas afirmaciones nos dice si la pared de la tubería puede soportar la presión del sistema.
La capacidad de flujo depende en gran medida del diámetro interno y la resistencia hidráulica.
La capacidad de presión depende de la resistencia del material, el espesor de la pared, el SDR, la temperatura y las condiciones de diseño.
Los dos están relacionados a través de la geometría física de la tubería, pero no son la misma propiedad.
Es por eso que una especificación de tubería de minería necesita tanto un diámetro como una clase de presión.
La temperatura cambia la capacidad de presión
No se debe ignorar la temperatura cuando se habla de la presión de las tuberías de minería de HDPE.
Las propiedades de referencia del PE100 generalmente se basan en condiciones de prueba definidas.
A medida que aumenta la temperatura, el polietileno se vuelve menos rígido y su rendimiento de presión permitido a largo plazo-puede disminuir.
La guía de PE100+ señala que es posible que se requiera una reducción de presión a temperaturas elevadas según el estándar aplicable.
Para el drenaje de minas subterráneas, la temperatura del agua puede permanecer relativamente estable.
Las tuberías de superficie pueden experimentar un rango de temperatura mucho más amplio.
Una tubería minera larga de HDPE expuesta a la luz solar directa puede alcanzar temperaturas significativamente diferentes a las del agua o el suelo circundante.
Por lo tanto, la especificación de presión debe coincidir con el rango de temperatura de funcionamiento real.
¿Qué sucede cuando la presión cae repentinamente?
La reducción de la presión es otra condición que merece atención.
Si una bomba se detiene o la condición del flujo cambia rápidamente, la presión interna puede caer.
Dependiendo del sistema, la presión puede caer por debajo de la presión atmosférica en determinadas zonas.
Ahora la dirección de carga cambia.
En lugar de que el agua empuje hacia afuera contra la pared de la tubería, la presión externa puede volverse más importante.
Si el agua subterránea rodea una tubería minera de HDPE enterrada mientras la presión interna cae significativamente, la tubería puede experimentar una condición de presión externa.
Esto conecta la variación de presión con la resistencia al pandeo.
Por lo tanto, una tubería necesita sobrevivir tanto a una presión interna alta como a la condición opuesta en la que se reduce el soporte interno.
Parámetros de tuberías de minería de HDPE para la selección de presión
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Parámetro |
Rango típico/referencia |
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Diámetro nominal |
DN50–DN1200 |
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Clase de presión |
PN1.0–PN10 |
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Longitud estándar |
9 m / 12 m |
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PE100 SEÑORA |
10MPa |
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Resistencia a la tracción en el límite elástico |
Aproximadamente. 23 MPa |
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Elongación de rotura |
>600% |
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Módulo-a largo plazo |
Aproximadamente. 200 MPa |
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ratio de Poisson |
Aproximadamente. 0.45 |
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Coeficiente de expansión térmica |
Aproximadamente. 1.3 × 10⁻⁴ / grado |
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Hazen-coeficiente de Williams |
Aproximadamente. 150–155 |
Estas son propiedades de referencia PE100. La clase de presión real y la presión de funcionamiento permitida de una tubería minera de HDPE específica deben tomarse de su especificación de producto certificada y de la norma de diseño aplicable.
Clase de presión y SDR
Para tuberías PE100, el SDR está directamente relacionado con el espesor de la pared en relación con el diámetro exterior.
Un SDR más bajo significa una pared más gruesa.
Un DEG más alto significa una pared más delgada.
Los datos de diseño de referencia de PE100+ brindan valores típicos de presión operativa máxima bajo supuestos específicos, lo que ilustra la relación entre SDR y la capacidad de presión.
Para un comprador de drenaje de mina, esto es más útil que simplemente pedir una "tubería de pared gruesa".
La clase de presión debe definirse claramente.
Si el sistema requiere PN10, la geometría de la tubería debe corresponder a la especificación PN10 aplicable.
Si el requisito de presión es menor, un SDR diferente puede proporcionar un diámetro interno mayor con el mismo diámetro exterior.
Eso puede mejorar la capacidad hidráulica.
Nuevamente, la presión y el flujo están conectados a través de la geometría real de la tubería.
La estación de bombeo es parte del entorno de presión de la tubería.
Una tubería minera de HDPE no debe evaluarse independientemente de la estación de bombeo.
La bomba determina cómo se genera la presión.
Las válvulas determinan cómo puede cambiar la presión.
El perfil de elevación determina cuánta carga estática existe.
El diámetro de la tubería determina cuánta pérdida hidráulica se produce.
La pared de la tubería determina cómo la tubería contiene la presión resultante.
Estos componentes forman un sistema.
Esto es particularmente importante cerca de la descarga de la bomba.
La primera sección de la tubería de minería de HDPE puede experimentar cambios rápidos de presión cuando la bomba arranca o se detiene.
La tubería situada más abajo puede experimentar la misma onda de presión en un momento diferente y con una condición de presión local diferente.
Por este motivo, las tuberías largas de drenaje de minas deben considerarse sistemas completos.
¿Qué información debe proporcionar un comprador?
Al solicitar tuberías de minería de HDPE para drenaje de minas, varios datos hacen que la selección sea mucho más confiable.
El DN requerido es necesario.
Es necesaria la presión de funcionamiento normal.
La presión máxima es aún más importante.
El caudal requerido es necesario para comprobar la capacidad hidráulica.
La longitud de la tubería y la diferencia de elevación muestran la altura hidráulica involucrada.
Las condiciones de arranque y parada de la bomba ayudan a identificar posibles presiones transitorias.
El método de instalación es importante porque una tubería enterrada puede experimentar presión externa del suelo y del agua subterránea.
También se debe conocer la temperatura de funcionamiento, especialmente para tuberías de superficie expuesta.
Estos detalles permiten que la tubería coincida con la mina real en lugar de seleccionarla a partir de un número de presión.
Conclusión
La presión dentro de una tubería minera de HDPE no es necesariamente constante.
El drenaje profundo de una mina puede crear una carga estática sustancial debido a la elevación.
Las bombas añaden presión de funcionamiento.
Las válvulas y las paradas de bombas pueden crear una presión transitoria.
La temperatura puede cambiar el rendimiento de presión permitido del material de PE.
Una reducción repentina de la presión puede incluso cambiar el problema de presión interna a presión externa.
Para tuberías de minería PE100, MRS, SDR, espesor de pared y temperatura de funcionamiento son parte del diseño de presión.
Es por esto que no se debe seleccionar una tubería de drenaje de mina sólo pidiendo un tamaño DN o haciendo coincidir la presión normal de la bomba.
La tubería debe adaptarse al entorno de presión completo.
Por lo tanto, para un comprador minero, la especificación útil no es simplemente:
"Tubería de HDPE para drenaje de minas".
Es una tubería con un definidoDN, clase de presión, espesor de pared o SDR, requisito de flujo y condición de funcionamiento.
Una vez que esas condiciones estén claras, la tubería de minería de HDPE se puede seleccionar como una tubería de presión real en lugar de simplemente como una tubería de plástico con un diámetro nominal.
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Paso |
Proceso |
Detalles |
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1 |
Enviar Requisitos |
DN, presión, medio, temperatura de trabajo y aplicación. |
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2 |
Confirmación de especificación |
Tipo de tubería, calidad del material, presión nominal, espesor de pared/SDR y conexión |
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3 |
Cotización |
Precio, plazo de entrega, condiciones de embalaje y envío. |
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4 |
Orden y producción |
Contrato, pago y producción. |
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5 |
Inspección y entrega |
Inspección de calidad y envío. |
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Química del Agua / pH + Temperatura + Sólidos Suspendidos
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