02 de Marzo de 2023 a las 10:24 AM

¿Qué es el calibre o Schedule en tuberías de proceso?

En este blog aprenderás las generalidades del calibre o schedule en tuberías de proceso.

Introducción

En el contexto industrial, una tubería hace referencia a un elemento que cumple funciones específicas de transporte de fluidos, regulación de flujo o presión y conexiones con diferentes partes del sistema. Algunas funciones comunes en un sistema de tuberías son:

Transporte de fluidos: Gran cantidad de tuberías en industria se utilizan para transportar fluidos de un lugar a otro, como en un sistema de distribución de agua o un oleoducto.
Mezcla de fluidos: Algunas tuberías pueden estar diseñadas para mezclar diferentes fluidos, como en una planta de procesamiento químico.
Regular la presión o el caudal: Las válvulas y otros componentes de un sistema de tuberías pueden utilizarse para regular la presión o el caudal de los fluidos, por ejemplo, para garantizar que un líquido o gas se suministre a un caudal o presión constantes.
Conexión de diferentes partes del sistema: Las tuberías pueden utilizarse para conectar diferentes componentes o secciones de un sistema de tuberías, como en un sistema de refrigeración o un sistema de calefacción.

La función específica de una tubería o sección de un sistema de tuberías dependerá de los requisitos de la aplicación o proceso concreto en el que se utilice. La selección y el diseño adecuados de los componentes de las tuberías y sus funciones son cruciales para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de un sistema.

Definición de Calibre o Schedule

El calibre de tuberías o Schedule es un término utilizado para describir el espesor de la pared de la tubería, con el fin de definir un sistema de designación conveniente para su caracterización. El número de Schedule o “Schedule number” es un valor adimensional directamente relacionado al espesor de la pared, cuando el Schedule aumenta, aumenta el espesor de pared y a consecuencia aumenta la presión de operación de la tubería.

El Schedule no afecta el diámetro exterior (DE) de una tubería, este diámetro será el mismo en diferentes calibres para un determinado diámetro nominal de tubería (NPS), el diámetro interior (DI) de la tubería si cambia con relación al calibre (SCH) y al espesor de pared (t).

Figura 1. Descripción diámetros y espesor de pared.

Según las normas ANSI / ASME B36.10, ANSI / ASME B36.19 y API 5L, se determinan 11 calibres comunes para tubería: 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160. El calibre más utilizado en aplicaciones industriales es el SCH 40, y por el contrario, los calibres 5, 60, 100, 120 y 140, son raramente utilizados, se destinan para proyectos especiales y aplicaciones puntuales.

Anteriormente se utilizaban únicamente tres denominaciones para describir el espesor de pared de la tubería, Standard (STD), Extra-Strong (XS) y Double Extra Strong (XXS). Actualmente se tienen las siguientes equivalencias:

Para tuberías hasta NPS 10” los espesores de pared para SCH 40 y la denominación STD son las mismas. Para diámetros mayores la denominación STD tiene 9.53 mm de espesor de pared.
Para tuberías hasta NPS 8” los espesores de pared para SCH 80 y la denominación XS son idénticas. Para diámetros mayores la denominación XS tiene 12.70 mm de espesor de pared.
Para tuberías desde NPS 1/8” hasta NPS 6” el espesor de pared para XXS es menor que para SCH 160. Para tuberías con NPS mayor a 8” el espesor de pared para XXS es mayor que para SCH 160.

Diego A. Rueda

Figura 2: Diámetros, espesor de pared y peso de tubería según calibre

En la Figura 2, se pueden apreciar valores de espesor de pared en función del diámetro nominal de la tubería y el calibre.

Aplicaciones industriales de tubería AC

Las tuberías de acero al carbono cuentan con innumerables propiedades que las hacen ideales para diversas aplicaciones. Son altamente resistentes, maleables y de bajo costo. En comparación con el PVC, son mucho más resistentes y menos costosas que el acero inoxidable. Además, poseen una alta resistencia a la presión.

Diego A. Rueda

Figura 3. Tipos de tuberías según su método de fabricación.

En términos generales la tubería de acero al carbón se puede clasificar en dos tipos de acuerdo con su método de fabricación: Tubos de acero con costura y tubos de acero sin costura. Los tubos de acero con costura debido a sus bajas tolerancias y propiedades mecánicas deseables para la manufactura son utilizados en la fabricación de piezas mecanizadas, sector metalmecánico y construcción de piezas para la industria automotriz. Los tubos de acero sin costura son utilizados principalmente para la conducción de fluidos y gases en diversas industrias como se expone a continuación:

Industria energética: Dentro de esta industria, las tuberías de acero son utilizadas para conducir el vapor que se crea en la generación de electricidad y a la vez, para enfriar las torres en las que se genera este vapor.
Industria hidráulica: Las tuberías de acero tienen como principal función transportar el agua potable, así como aguas tratadas y negras.
Industria del acero: Estas tuberías son utilizadas para transportar el agua utilizada para enfriar los molinos y el vapor que se libera durante los procesos de la planta.
Construcción: Las tuberías de acero son utilizadas como tubos estructurales y brindan soporte a las naves industriales.

En este blog profundizaremos en las tuberías utilizadas para la conducción de fluidos en acero al carbón, es decir, tuberías sin costura. Las designaciones de calibre comerciales más comunes para para este tipo de tuberías son:

Schedule 10 (SCH 10): Este es el calibre más delgado para la tubería de acero al carbón, con una pared más delgada que las otras designaciones de schedule. Es comúnmente utilizado en aplicaciones de baja presión y en tuberías de diámetros pequeños.
Schedule 40 (SCH 40): Este es el schedule más comúnmente utilizado para la tubería de acero al carbón. Tiene una pared más gruesa que SCH 10 y es adecuado para aplicaciones de presión media.
Standard (STD): Esta designación es similar a SCH 40, pero se utiliza principalmente en tamaños de tubería más grandes.
Schedule 80 (SCH 80): Este schedule tiene una pared más gruesa que SCH 40 y es adecuado para aplicaciones de alta presión.
Extra Strong (XS): Esta designación es similar a SCH 80, pero se utiliza principalmente en tamaños de tubería más grandes.
Schedule 160 (SCH 160): Este schedule tiene la pared más gruesa de todos los schedules de tubería de acero al carbón y se utiliza en aplicaciones de alta presión y temperatura.

En nuestra página podrás encontrar variedad de productos para sistemas de tuberías de aplicaciones industriales como:

Cálculo del Calibre o Schedule

El calibre es calculado utilizando la siguiente relación aproximada:

SCH=1000⋅P/S

Donde:

P es la presión de diseño en psi.
S es el esfuerzo permisible en psi.

Por ejemplo, si se solicita determinar el calibre de una tubería cuyo esfuerzo permisible del material es S=10000 [psi] y la presión interna de trabajo es P=350 [psi]. Se tiene:

SCH=1000⋅(350/10000)

SCH=35 ≈ 40

Para determinar el calibre teniendo el diámetro interno y el espesor de pared, se tiene:

R=DI/t

Diego A. Rueda

Donde R Es la relación entre el DI (diámetro interior) medido en pulgadas y t (espesor de pared) también medido en pulgadas, que son variables de fácil medición cuando se tiene la tubería física. Cuando R aumenta, el calibre de la tubería disminuye y cuando R disminuye, el calibre de la tubería aumenta en los rangos expuestos por la tabla anterior.

Las características de la tubería suelen ser determinadas por el ingeniero o diseñador del proyecto, basándose en factores como el tipo de fluido transportado, el caudal necesario y las condiciones de funcionamiento del sistema. Es importante seleccionar el calibre de tuberías adecuado para garantizar un funcionamiento seguro y fiable del sistema de tuberías, al tiempo que se minimizan los costes y se maximiza la eficiencia.

Cálculo de la presión permitida por una tubería

Las tuberías también se clasifican según su presión nominal, que es la presión máxima que la tubería puede soportar sin fallar. La presión nominal de una tubería viene determinada por su material y grosor de pared, así como por su tamaño y temperatura.

Para determinar la presión permitida por la tubería en forma general, se aplica la fórmula de Barlow que tiene la siguiente forma:

P= (2⋅Sy⋅t) / DE

Donde:

P es la presión permitida por la tubería.
Sy es la resistencia a la tracción del material.
t es el espesor de la pared.
DE es el diámetro exterior.

Está fórmula da un cálculo conservativo para la presión permitida por la tubería.

Utilizando los códigos de diseño ANSI o los proporcionados por la ASME, se puede determinar la presión permitida por la tubería incluyendo la variabilidad inducida por el factor de reducción de resistencia de la junta por soldadura y el coeficiente material-temperatura.

P= (2⋅Sy⋅t⋅w) / (DE-2y⋅t)

Donde: