Cálculo del peso de un reductor de tubería

Para calcular el peso de un reductor de tubería, es necesario seleccionar una fórmula adecuada en función de su proceso de fabricación (si se trata de un reductor laminado o forjado a partir de placa de acero) y su geometría (reductor concéntrico o excéntrico).

Los métodos industriales más comunes para calcular el peso de los reductores son los siguientes:

1. Reductores de placa de acero laminado: Fórmula más común

La mayoría de los reductores de acero al carbono/acero inoxidable se fabrican laminando y soldando placas de acero después del corte. Su peso se puede calcular aproximadamente como el volumen del cono truncado mayor menos el volumen del cono truncado menor, multiplicado por la densidad del material.

Fórmula de cálculo simplificada:


Donde:
W: Peso (kg)
ρ: Densidad (generalmente 7,85 g/cm³ o 0,00000785 kg/mm³ para acero)
t (o δ): Espesor de la pared (mm)
D: Diámetro exterior del extremo mayor (mm)
d: Diámetro exterior del extremo menor (mm)
H: Altura del reductor (mm)

2. Consulta del peso de los accesorios de tubería estándar

Para los reductores estándar soldados a tope, el cálculo directo es complejo debido a los bordes rectos en ambos extremos y al espesor de pared variable según la presión nominal. Se suele utilizar un método de consulta en tabla:

Para los reductores soldados a tope que cumplen con las normas estadounidenses (ASME/ANSI), la norma principal correspondiente es ASME B16.9. ASME B16.9 es una norma para accesorios de tubería forjados y soldados a tope fabricados en fábrica. Cubre las dimensiones, tolerancias y marcados de reductores de radio largo (generalmente se refiere a reductores concéntricos y excéntricos).

Contenido principal: 

Esta norma especifica estrictamente el diámetro exterior del extremo mayor, el diámetro exterior del extremo menor, la longitud total (H), el tipo de bisel del extremo y la longitud del segmento recto del extremo.

Incluye ASME B16.9 el peso?
ASME B16.9 no suele proporcionar una tabla de pesos teóricos directamente en el texto. Se centra principalmente en las dimensiones y tolerancias de las conexiones, garantizando que los accesorios de diferentes fabricantes puedan adaptarse a tuberías del mismo diámetro nominal.

Cómo se usa?
Primero debe determinar la longitud total (H) y el diámetro exterior del extremo del accesorio requerido según ASME B16.9 y, a continuación, utilizar estos datos para consultar la tabla de pesos o el software de cálculo.

2. Fuentes autorizadas para la consulta del peso de accesorios según ASME B16.9

Dado que la norma en sí no proporciona información sobre el peso, en proyectos de ingeniería se suelen consultar las siguientes fuentes:

a. Manual oficial del fabricante (el más utilizado)
Los principales fabricantes internacionales de accesorios (como American Fittings Company, Dresser y los principales exportadores de India, Italia y China) crean tablas detalladas de peso de producto según las dimensiones de ASME B16.9. Estas tablas suelen dividirse en:

Diferentes grados de espesor de pared, como SCH 10 / SCH 40 / SCH 80 / SCH 160.
Diferentes materiales (acero al carbono con densidad de 7,85; acero inoxidable 304/316 con densidad de 7,98/8,0).

b. Software y bases de datos de ingeniería
En proyectos de ingeniería internacionales a gran escala, los ingenieros no realizan los cálculos manualmente, sino que utilizan software que incluye una base de datos de accesorios según ASME B16.9.

3. Reductores Forjados

En los reductores de diámetro pequeño utilizados para alta presión (generalmente forjados), su forma se asemeja más a la de un tronco sólido o de pared gruesa. Para calcular el peso, se debe restar el volumen hueco interno del volumen del tronco.

4. Ejemplo de Cálculo (Placa de Acero Laminada)

Datos: Reductor concéntrico, diámetro exterior del extremo mayor: 406 mm, diámetro exterior del extremo menor: 219 mm, longitud H = 356 mm, espesor de pared t = 10 mm, material: acero al carbono (densidad 7,85).

W(kg) = 0,384 × (D+d) × H × t × ρ
= 0,384 × (406+219) × 356 × 10 × 0,00000785 kg/mm³
= 6,70704 kg
≈ 6,71 kg

Características de peso de los reductores:

La estructura única de los reductores da lugar a patrones de cálculo de peso únicos:

1. Aumento de peso en la zona de transición: La sección cónica consume aproximadamente un 15 % más de material que la sección recta.
2. Predominio de mayor diámetro: Cuando la diferencia de diámetro entre los dos extremos supera los 300 mm, el peso total se acerca al 85 % del material en el extremo mayor.
3. Influencia del espesor de pared: Por cada 1 mm de aumento de espesor, 530 tubos ganan 13 kg/m y 219 tubos ganan 5,3 kg/m. Puntos clave para las aplicaciones de ingeniería de los reductores:

Estos detalles deben tenerse en cuenta durante el uso de los reductores:

a. Tratamiento superficial: El arenado aumenta el peso aproximadamente un 2 %. Arenado o decapado de los reductores: En el caso de los reductores de acero inoxidable, el decapado y la pasivación deben realizarse después del arenado; de lo contrario, los iones de hierro incrustados causarán corrosión por picaduras, lo que no produce un aumento de peso del 2 %, sino una reducción de peso (corrosión).
b. Efecto de la temperatura: Por cada 100 °C de aumento de temperatura, el peso disminuye un 0,5 % debido a la expansión térmica. Esto es especialmente importante en los cálculos de tensión para tuberías de alta temperatura (como las tuberías de vapor).
c. Pérdida por corte: El corte irregular puede resultar en un 10-20 % de peso de desecho.

d. Preparación para la elevación: Al elevar un solo reductor de 530 mm, el equipo de elevación debe estar preparado con una capacidad de carga de 80-100 kg/pieza. Para un solo reductor de 219 mm, prepare 35-50 kg/pieza.

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