Clasificación de presión Sch40 vs. Sch40s

Clasificación de presión Sch40 vs. Sch40s:

La principal diferencia entre las clasificaciones de presión de Sch40 y Sch40s radica en lo siguiente: para tuberías de pequeño diámetro, sus clasificaciones de presión suelen ser las mismas; para tuberías de gran diámetro, la presión nominal de Sch40s (acero inoxidable) puede ser menor, pero esto no se debe a su espesor de pared, sino a las características de resistencia del material a diferentes temperaturas.

Comprensión de la serie de espesores de pared Sch: 

Primero, es necesario comprender la serie de espesores de pared Sch. Sch, la designación de la tubería, no representa directamente el espesor de pared, sino un valor numérico que indica una serie de espesores. Este valor se calcula en función de la relación entre la presión de diseño y la tensión admisible del material a la temperatura de diseño. Específicamente, Sch = (P/σ) × 1000, donde P es la presión de diseño (MPa) y σ es la tensión admisible del material a la temperatura de diseño (MPa). Esto significa que, para un mismo diámetro de tubería, el espesor de pared variará según la designación.

Presión nominal y espesor de pared Sch40: 

Sch40 representa una presión nominal específica y un espesor de pared correspondiente. Generalmente está fabricada en acero al carbono y cumple con la norma ASME B36.10. Por lo general, Sch40 corresponde a una presión mínima de trabajo ≥40 MPa, con un espesor de pared de 2,0 a 4,0 mm. Esta norma se centra principalmente en el comportamiento seguro de la tubería bajo la presión y temperatura de diseño. En la práctica de la ingeniería, es necesario seleccionar la presión nominal y el espesor de pared adecuados según las circunstancias específicas para garantizar el funcionamiento seguro de las tuberías a presión.

Presión nominal Sch40s: 

Sch40s se utiliza comúnmente para tuberías de acero inoxidable, donde la "s" representa el acero inoxidable, conforme a la norma ASME B36.19. Aunque la designación de tubería para Sch40s es la misma que para Sch40 (40), la diferencia en las propiedades del material entre el acero inoxidable y el acero al carbono implica que, con la misma presión nominal, el espesor de pared del acero inoxidable puede ser menor que el del acero al carbono. Por lo tanto, es necesario prestar especial atención a estas diferencias de material al seleccionar y utilizar estas tuberías.

Cuando NPS ≤ 8", ambos tienen el mismo espesor de pared. Cuando NPS > 8", Sch40s tiene una pared más delgada.

Resistencia a altas temperaturas: 

Sch40 (tomando como ejemplo el acero al carbono A106B) experimenta una disminución más rápida de la tensión admisible con el aumento de la temperatura.

Sch40s (tomando como ejemplo el acero inoxidable 304) experimenta una disminución más lenta de la tensión admisible con el aumento de la temperatura y mantiene mejor esta resistencia a temperaturas específicas.

Impacto en la presión nominal: 

A temperatura ambiente, el acero al carbono tiene mayor resistencia a la presión; a altas temperaturas (p. ej., >500 °F/260 °C), el acero inoxidable puede superarlo.

Aplicaciones y Selección: 

En aplicaciones industriales, ya sea con tuberías Sch40 o Sch40s, el espesor de pared y la presión nominal adecuados deben seleccionarse en función de factores como la presión de operación real, la temperatura y las propiedades del fluido. Paredes excesivamente delgadas pueden provocar deformación o rotura de la tubería bajo alta presión, mientras que paredes excesivamente gruesas pueden aumentar los costos de fabricación y dificultar la instalación. Por lo tanto, la selección y el ajuste adecuados son cruciales para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente del sistema de tuberías.

Cálculo de la Presión Normal de la Tubería:

La presión nominal de una tubería no es un valor fijo, sino que se determina mediante la siguiente fórmula y norma:
P = (2 × S × t) / D
Donde: S: Tensión admisible del material (variable clave, según la norma ASME); t: Espesor de pared; D: Diámetro exterior.

Ejemplo de comparación de presión nominal:

1. Tuberías de diámetro pequeño (p. ej., NPS 2")

Mismo espesor de pared: Para una tubería de 2", el espesor de pared tanto del acero Sch40 como del Sch40s es de 3,91 mm.
A temperatura ambiente: Debido a la mayor tensión admisible (S) del acero al carbono (Sch40), su presión nominal calculada será mayor que la del acero inoxidable (Sch40s).

Ejemplo de fórmula de cálculo:
Acero al carbono Sch40: P = (2 × 20 000 psi × 0,154 pulg) / 2,375 pulg ≈ 2595 psi
Acero inoxidable Sch40s: P = (2 × 16 700 psi × 0,154 pulg) / 2,375 pulg ≈ 2166 psi

En este caso, la presión nominal del Sch40 es significativamente mayor que la del Sch40s.

2. Tuberías de gran diámetro (p. ej., NPS 10)

Diferentes espesores de pared:
Sch40 (B36.10): Espesor de pared 9,27 mm (0,365 pulg.)
Sch40s (B36.19): Espesor de pared 8,08 mm (0,318 pulg.)

Ejemplo de fórmula de cálculo:
Acero al carbono Sch40: P = (2 × 20 000 psi × 9,27 mm) / 27,34 mm ≈ 1358 psi
Acero inoxidable Sch40s: P = (2 × 16 700 psi × 9,34 mm) / 27,34 mm ≈ 988 psi

Debido a la menor tensión admisible y al menor espesor de pared del acero inoxidable, la presión nominal del Sch40 es significativamente mayor en este caso. Sch40s.

Conclusión: 

Sch40 y Sch40s son dos designaciones distintas de espesor de pared, que representan los estándares de espesor de pared para tuberías de acero al carbono y tuberías de acero inoxidable a determinadas presiones nominales, respectivamente. Comprender y aplicar correctamente estos estándares es fundamental para garantizar el funcionamiento seguro de los sistemas de tuberías y mejorar la eficiencia de la producción industrial. En la práctica, es necesario realizar selecciones y combinaciones adecuadas en función de las circunstancias y los requisitos específicos.

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