Rango de temperatura de las tuberías de acero al carbono a presión

Según las normas ASME B31.3 "Tuberías de proceso" y ASTM A106/A53, el rango de temperatura de las tuberías de acero al carbono a presión no es un valor fijo, sino que está determinado por la temperatura metalográfica mínima de diseño (MDMT) del material y el límite de fluencia a alta temperatura.

1. Límite de alta temperatura

◆ Límite superior general para tuberías de acero al carbono: Para las tuberías de acero al carbono más comunes, como ASTM A106 Gr.B o A53 Gr.B, la norma ASME B31.3 establece la temperatura máxima de operación permisible en 425 °C.

◆ Riesgos principales - Fluencia y grafitización:
Por debajo de 425 °C: El material presenta una resistencia a la tracción y a la fluencia fiables, y los cálculos de diseño se realizan en base a la teoría elástica.
Por encima de 425 °C: El material entra en la región de fluencia (es decir, continúa deformándose lentamente bajo tensión constante). Simultáneamente, el uso prolongado provoca la grafitización (la descomposición de los carburos en la perlita en grafito libre), lo que resulta en una fragilización severa del material.

◆ Excepciones a corto plazo:
En condiciones especiales de operación, se permite el uso transitorio de ASTM A106 Gr.B hasta 480 °C, pero esto requiere un control muy estricto del tiempo de servicio y generalmente va acompañado de una tensión admisible extremadamente baja.

2. Límite de baja temperatura

El acero al carbono pierde su tenacidad a bajas temperaturas, volviéndose tan frágil como el vidrio. El sistema de normas estadounidense no especifica directamente un valor absoluto para bajas temperaturas, sino que utiliza el concepto MDMT, que exige ensayos de impacto para su verificación.

◆ Límite inferior general por defecto: -29 °C
Según la curva de exención de las normas ASME B31.3 y ASTM, cuando el espesor es ≤ 50 mm y no se realiza una prueba de impacto a baja temperatura, la temperatura mínima de servicio del acero A106 Gr.B se considera generalmente de -29 °C. Esta es la temperatura mínima segura para el acero al carbono ordinario.

◆ Temperatura de impacto forzado: Inferior a -29 °C
Si la temperatura de diseño es inferior a -29 °C, o si el espesor de pared supera el especificado en la curva de exención, se debe realizar una prueba de impacto Charpy con entalla en V (CVN) a la temperatura mínima prevista según la norma ASME B31.3.

◆ Alternativa opcional: -46 °C
Si la energía de impacto del acero A106 Gr.B no cumple con los requisitos a -46 °C (o si no se desea asumir este riesgo), el material debe sustituirse directamente. Por ejemplo, se puede seleccionar el acero al carbono ASTM A333 Gr.6 (acero al carbono para bajas temperaturas de -46 °C), diseñado específicamente para entornos de baja temperatura.

Comparación de materiales de acero al carbono de uso común en las normas estadounidenses:

Grado del material	Rango de temperatura	Características principales y limitaciones
A106 Gr.B / A53 Gr.B	-29 °C a 425 °C	Acero al carbono estándar de uso general para tuberías industriales, con una excelente relación costo-beneficio. Se requiere prueba de impacto por debajo de -29 °C; su uso está estrictamente prohibido por encima de 425 °C.
A106 Gr.B (tras verificación de impacto)	-46 °C a 425 °C	Requiere prueba de impacto a -46 °C, y el material debe fundirse mediante un proceso de grano fino. Sin embargo, este proceso rara vez se utiliza en la práctica debido a su alto riesgo.
A333 Gr.6	-46 °C a 343 °C	Acero al carbono para bajas temperaturas. Esta es la solución estándar para condiciones de -46 °C, que no requiere pruebas de impacto, pero es más cara que la A106.
API 5L Gr.B	-20 °C a 400 °C	Norma para conductos lineales. Si bien también se utiliza para el transporte, su estabilidad a altas temperaturas es menor y no se recomienda su uso prolongado por encima de 400 °C.

Conclusión: 

En el sistema de normas estadounidenses, al utilizar tuberías de acero al carbono, se pueden considerar las siguientes opciones:

a. Temperatura > 425 °C: No se puede utilizar acero al carbono ordinario. Utilice acero aleado de cromo-molibdeno (como ASTM A335 P11/P22).
b. Temperatura entre -29 °C y 425 °C: Utilice A106 Gr.B con confianza. Esta es la opción más económica y fiable.
c. Temperatura < -29 °C: Proceda con precaución. Primero, verifique la curva de exención según la norma ASME B31.3. Si el espesor es reducido y la tensión es baja, podría otorgarse una exención. De lo contrario, la opción más sencilla es utilizar acero al carbono para bajas temperaturas A333 Gr.6.