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:
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:
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.
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:
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:
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:
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
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:
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:
La siguiente tabla expone el factor w para algunos materiales comunes a temperaturas comunes de operación.
En la siguiente tabla se relacionan los datos del coeficiente material-temperatura para diferentes tipos de material.
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