Tubería HDPE: qué son el SDR y el PN y cómo elegir el diámetro

¿Qué es el SDR de una tubería HDPE?

El SDR (standard dimension ratio) es el diámetro exterior dividido entre el espesor de pared. Un tubo de 110 mm con SDR 11 tiene 10 mm de pared; con SDR 17, 6,6 mm. Cuanto menor es el SDR, más gruesa es la pared y más presión resiste el tubo, pero también pesa más y tiene menor diámetro interior.

Como el SDR es una proporción, todos los diámetros de un mismo SDR y material resisten la misma presión: un tubo de 63 mm y uno de 315 mm, ambos SDR 17 en PE100, son PN 10. Eso simplifica el diseño: primero se elige el SDR por presión y después el diámetro por caudal.

¿Cómo se relacionan el SDR y el PN?

Con la fórmula PN = 20 × σ ÷ (SDR − 1), con σ, la tensión de diseño, en MPa y PN en bar. En PE100, σ = 8 MPa (MRS de 10 MPa y coeficiente 1,25): SDR 11 es PN 16, SDR 17 es PN 10 y SDR 26 es PN 6,3. En PE80, σ = 6,3 MPa.

PN = presión máxima de operación continua con agua a 20 °C durante 50 años, con el coeficiente de diseño mínimo de ISO 4427. A mayor temperatura, o con fluidos distintos al agua, se aplica un factor de reducción que indica el fabricante.

¿Qué espesor y diámetro interior tiene cada tubo?

Los fija la tabla de ISO 4427 para cada diámetro exterior y SDR. El diámetro interior, que es el que conduce el agua, se calcula como el exterior menos dos veces el espesor. En diámetros grandes la diferencia importa: un tubo de 315 mm en SDR 11 tiene 258 mm de diámetro interior; en SDR 26, 291 mm.

Espesores nominales mínimos. El diámetro interior real varía ligeramente con las tolerancias de fabricación.

¿Cómo se elige el diámetro?

Por el caudal y la velocidad: el área interior debe ser el caudal dividido entre una velocidad razonable, que en conducción de agua suele estar entre 0,6 y 2 m/s, y con frecuencia alrededor de 1,5 m/s. Después se verifica que la pérdida de carga por fricción sea compatible con la presión o el desnivel disponibles.

1. Caudal: definir el caudal de diseño Q en m³/s (1 L/s = 0,001 m³/s)
2. Diámetro mínimo: Di = √(4 × Q ÷ (π × v)), con v alrededor de 1,5 m/s
3. Tubo comercial: elegir el diámetro exterior cuyo diámetro interior, en el SDR elegido, supere el mínimo
4. Pérdida de carga: calcularla (por ejemplo, con Hazen-Williams, C ≈ 150 para HDPE) y sumar accesorios
5. Presión: verificar que presión de trabajo + golpe de ariete ≤ PN del tubo

Para 10 L/s a 1,5 m/s, el diámetro interior mínimo es de 92 mm. En SDR 17, el tubo de 110 mm tiene 96,8 mm de diámetro interior: la velocidad queda en 1,36 m/s y la pérdida de carga, con Hazen-Williams, en unos 17 m por kilómetro. Con tubo de 90 mm la velocidad subiría a 2 m/s y la pérdida a unos 45 m por kilómetro.

¿Cuánto caudal conduce cada diámetro?

A 1,5 m/s, en SDR 17, un tubo de 63 mm conduce unos 3,6 L/s; uno de 110 mm, unos 11 L/s; uno de 160 mm, unos 23 L/s; uno de 250 mm, unos 57 L/s; y uno de 315 mm, unos 91 L/s. Son valores de referencia para un primer tanteo: el diseño final depende de la pérdida de carga admisible.

¿PE100 o PE80?

Hoy la mayoría de proyectos de presión usan PE100, porque resiste más con menos pared: para la misma presión, un tubo PE100 tiene un SDR mayor, pesa menos y conduce más caudal. El PE80 sigue usándose en diámetros pequeños y en algunas líneas de riego. Lo importante es no mezclar sus tablas: el mismo SDR da distinto PN en cada material.

El número del material viene de su MRS (minimum required strength): 10 MPa en PE100 y 8 MPa en PE80. Pide que la tubería llegue marcada con el material, el diámetro, el SDR, el PN, la norma y el lote de fabricación.

¿Qué es el golpe de ariete y por qué importa?

Es la sobrepresión que se produce cuando el flujo se detiene de golpe, al cerrar una válvula rápido o al parar una bomba. Puede superar varias veces la presión de trabajo. El HDPE lo amortigua mejor que el acero o el hierro por su flexibilidad, pero en impulsiones debe calcularse y controlarse con válvulas de cierre lento o equipos de protección.

En líneas por gravedad con mucho desnivel, el tramo más bajo soporta la presión estática de todo el desnivel: por cada 10 m de desnivel hay aproximadamente 1 bar. Por eso es común que una misma línea combine varios SDR: más grueso abajo, más delgado arriba.

¿Y la tubería corrugada?

La tubería corrugada HDPE no trabaja a presión: se usa en alcantarillado, drenaje y alcantarillas, y se clasifica por su rigidez anular (SN 4, SN 8), no por SDR ni PN. Se elige por el caudal a gravedad, la pendiente y la profundidad de relleno. Ver tubería corrugada HDPE.

Fuentes y normas citadas

• Ficha técnica de FERMITESLA (PDF): tubería HDPE PE100.
• ISO 4427-1 y 4427-2: sistemas de tuberías de polietileno para abastecimiento de agua (adoptadas en el Perú como NTP-ISO 4427).
• ISO 12162: clasificación de materiales termoplásticos para tubos a presión (MRS y coeficiente de diseño).
• Fórmula de Hazen-Williams para pérdidas por fricción; cálculos de FERMITESLA.