Presión nominal de las tuberías de acero al carbono sin costura

La clasificación de presión de los tubos sin costura de acero al carbono no es un valor fijo, sino que se determina por el material, el diámetro exterior y el espesor de pared del tubo. En resumen, para tubos sin costura de un material y tamaño específicos, el espesor de pared determina directamente la clasificación de presión que soportan.

En la industria, especialmente en las industrias petrolera, química y energética, la clasificación de presión de los tubos sin costura de acero al carbono suele indicarse mediante una "Cédula", siendo las más comunes Sch40, Sch80 y Sch160. La Cédula representa la serie de espesores de pared del tubo y su definición está relacionada con factores como la tensión admisible y la presión de diseño.

Cuanto mayor sea el número después de la Cédula, mayor será el espesor de la pared y mayor la presión que soporta.

Sch10S / Sch10 - Pared delgada
Sch40 / STD - Espesor de pared estándar (comúnmente usado en tuberías de presión estándar)
Sch80 / XS - Espesor de pared extra grueso (comúnmente usado en tuberías de alta presión)
Sch160 - Espesor de pared extra grueso (usado en tuberías de alta presión)

Nota: Para tuberías con la misma designación (p. ej., Sch40), el espesor de pared real varía entre tuberías con diferentes diámetros nominales (DN). Por ejemplo, el espesor de pared absoluto de una tubería Sch40 DN50 y una tubería Sch40 DN200 difiere significativamente, aunque pertenecen a la misma serie de espesor de pared y tienen una resistencia proporcional similar.

Normas y materiales comunes:

La producción y la presión nominal de las tuberías de acero al carbono sin costura se rigen por normas internacionales o nacionales. Las normas comunes incluyen:

ASME/ANSI B36.10M: Tuberías de acero sin costura y soldadas (norma estadounidense, la más utilizada)
GB/T 8163: Norma china "Tuberías de acero sin costura para el transporte de fluidos" (comúnmente utilizada para el transporte de fluidos a media y baja presión)
GB/T 5310: Norma china "Tuberías de acero sin costura para calderas de alta presión" (utilizada en entornos de alta temperatura y alta presión)

Grados comunes de acero al carbono:
ASTM A106 Gr. B: Tubería de acero al carbono sin costura para servicio de alta temperatura, la más utilizada.
ASTM A53 Gr. B: Tubería de acero sin costura y soldada, ampliamente utilizada, con un rendimiento ligeramente inferior al del A106.

Acero según la norma china #20: Equivalente a ASTM A106 Gr. B, el material más utilizado en GB/T 8163.

Cómo se determina la presión nominal?

En teoría, la presión que soporta una tubería sin costura se puede calcular mediante una fórmula. La fórmula más común se deriva de la fórmula del espesor de pared para la presión interna de las normas ISO 15649 o ASME B31.3 (tuberías de proceso):

Fórmula de cálculo de presión:

Donde:
P = Presión máxima de trabajo admisible (MPa o psi)
S = Tensión admisible de la tubería (MPa o psi): Este es un parámetro fundamental que depende del material y la temperatura. Por ejemplo, la tensión admisible S de A106 Gr.B a temperatura ambiente es de aproximadamente 138 MPa (20 000 psi).
t = Espesor mínimo de pared de la tubería (mm o pulgadas)
D = Diámetro exterior de la tubería (mm o pulgadas): Nota: No es el diámetro nominal (DN).
E = Factor de calidad (normalmente 1,0 para tuberías sin costura).

Cómo seleccionar tuberías sin costura de acero al carbono?

1. Determine los parámetros de diseño: Primero, conozca la presión y la temperatura de diseño requeridas para su sistema. 

2. Selección del material: Seleccione un grado de acero al carbono adecuado (como A106 B) según las propiedades del fluido, la temperatura y la presión. A medida que aumenta la temperatura, la tensión admisible del material disminuye, lo cual es crucial para la selección del material.

3. Determinación del diámetro de la tubería: Calcule el diámetro nominal (DN) y el diámetro exterior (D) en función del caudal y la velocidad.

4. Calcule el espesor de pared/Use una tabla:
Calcule: Utilice la fórmula anterior, sustituyendo la presión de diseño, el diámetro exterior y la tensión admisible del material, para calcular de forma inversa el espesor de pared mínimo requerido t.
Use una tabla: Con base en el espesor de pared mínimo calculado, compárelo con la tabla de espesores de pared ASME B36.10M (Tabla de cédula) y seleccione un número de cédula con un espesor de pared real no inferior al valor calculado. Por ejemplo, si el cálculo requiere 4,0 mm y el espesor de pared de la cédula 40 es de 4,55 mm, seleccione tubería cédula 40.

5. Considere las tolerancias de seguridad y corrosión: En ingeniería real, las tolerancias de corrosión (AC) y los factores de seguridad se suman a los valores teóricos durante los cálculos para garantizar la vida útil y la seguridad de las tuberías.

Conclusión:

La clasificación de presión de las tuberías sin costura de acero al carbono depende del material, el diámetro exterior y el espesor de pared. Al seleccionar la clasificación de presión para tuberías sin costura de acero al carbono, se deben considerar factores como el entorno operativo, las condiciones de operación y los requisitos operativos. La clasificación de presión adecuada también debe seleccionarse en función de una combinación de factores, incluyendo el uso previsto de la tubería y los requisitos funcionales. Si la clasificación de presión es demasiado baja, la tubería podría no soportar la presión de operación, lo que podría generar problemas de seguridad como fugas y daños. Si la clasificación de presión es demasiado alta, podría desperdiciar recursos y aumentar los costos de mantenimiento.

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