Cómo calcular el espesor de pared de una tubería (ASME B31.3)
El espesor de pared que necesita un tubo a presión no se adivina ni se copia del vecino: sale de la fórmula de diseño del código. En proceso (ASME B31.3) es una sola ecuación con cinco datos que están en la hoja de datos de la línea; lo que cuesta es saber de dónde sale cada uno y qué se le suma después.
Cómo se hace, paso a paso
- Toma de la hoja de datos la presión de diseño P y la temperatura de diseño T. No la de operación: la de diseño.
- Busca el esfuerzo permisible S del material a esa T en la tabla A-1 de B31.3 (A106 Gr. B: 20,000 psi hasta 400 °F). Si T cae entre dos renglones, interpola.
- Fija E (factor de junta: 1.0 en tubo sin costura, 0.85 en ERW según la tabla A-1B) y Y (0.4 para acero ferrítico abajo de 482 °C).
- Calcula el espesor de presión t = P·D / 2(SE + PY) con D = diámetro exterior.
- Súmale el sobre-espesor por corrosión c (lo fija la spec; 1/16″ es común en acero al carbón) y divide entre 0.875 para absorber la tolerancia de fabricación de −12.5 % del tubo sin costura.
- Compara ese espesor mínimo con la tabla de cédulas de B36.10M y elige la primera cédula que lo cubra; la spec puede pedir una mayor por rigidez.
t = P · D / (2 · (S·E + P·Y))t_mín = (t + c) / 0.875cédula ≥ t_mínP = presión de diseño · D = diámetro exterior · S = esfuerzo permisible a la temperatura de diseño · E = factor de calidad de la junta longitudinal · Y = coeficiente de temperatura · c = corrosión + ranurado · 0.875 = 1 − 12.5 % de tolerancia de fabricación.
| Dato | De dónde sale | Valor típico acero al carbón |
|---|---|---|
| S | Tabla A-1 de B31.3 a la T de diseño | 20,000 psi (A106 B ≤ 400 °F) |
| E | Tabla A-1B por tipo de tubo | 1.0 sin costura · 0.85 ERW |
| Y | Tabla 304.1.1 por material y T | 0.4 (< 482 °C) |
| c | Spec del proyecto | 1/16″ = 1.59 mm |
Ejemplo resuelto
Línea de 6″ (OD 6.625 in), A106 Gr. B sin costura, 300 psi a 38 °C, corrosión 1/16″.
Paso 1 — S = 20,000 psi · E = 1 · Y = 0.4
Paso 2 — t = 300 × 6.625 / (2 × (20,000 × 1 + 300 × 0.4)) = 1,987.5 / 40,240 = 0.0494 in
Paso 3 — t + c = 0.0494 + 0.0625 = 0.1119 in
Paso 4 — t_mín = 0.1119 / 0.875 = 0.128 in (3.25 mm)
Resultado: Cualquier cédula desde Sch 10 (0.134 in) cumple por presión. La spec normalmente fija Sch 40 (0.280 in) en 6″ porque abajo de eso el tubo no aguanta el manejo, la soldadura ni la corrosión real. La fórmula te dice el piso, no la compra.
Ductos: la misma idea con otros factores
En B31.4 (líquidos) y B31.8 (gas) el esfuerzo no es el permisible de una tabla sino el SMYS del grado API 5L (X52 = 52,000 psi) multiplicado por un factor de diseño F (0.72 en campo abierto, 0.6 o 0.5 cerca de gente), un factor de junta E y, en gas, uno de temperatura T. La fórmula queda t = P·D / (2·S·F·E·T). Cambia el número, no el método.
En hidrógeno (B31.12) se agrega el factor HDF, que castiga el esfuerzo por fragilización. Si tu línea es de hidrógeno, la cédula sube aunque la presión sea la misma.
Errores comunes:
• Usar la presión de operación en vez de la de diseño: la fórmula se alimenta con la de diseño, que es mayor.
• Olvidar la tolerancia de fabricación: el tubo puede venir 12.5 % más delgado de lo nominal y sigue siendo legal; por eso se divide entre 0.875.
• Usar el diámetro interior: B31.3 usa el exterior D. Hay una forma con d interior, pero no es la de uso común.
• Comparar contra el espesor nominal de un catálogo en mm redondeados: usa la tabla de B36.10M.
Referencias: ASME B31.3 §304.1.2 · ASME B36.10M. Los valores son de referencia; la spec del proyecto y un ingeniero responsable validan la decisión.
Preguntas frecuentes
¿Qué S uso si la temperatura cae entre dos renglones de la tabla?
Interpola linealmente entre los dos valores de la tabla A-1. Por ejemplo, a 450 °F con A106 B tomas el valor entre el de 400 °F y el de 500 °F.
¿Por qué la cédula de la spec es mucho mayor que el cálculo?
Porque en baja presión manda la rigidez, el manejo y la corrosión, no la fórmula. Las specs fijan cédulas mínimas por diámetro (STD o Sch 40 en acero al carbón) por esa razón.
¿La fórmula sirve para inoxidable?
Sí, con su S de la tabla A-1 (que es menor que la del acero al carbón a temperatura ambiente) y, si es tubo con costura, el E que corresponda.
¿Y para tubo con costura ERW?
Usa E = 0.85 (o el valor de la tabla A-1B para esa especificación). El tubo ERW de API 5L PSL2 con E = 1.0 existe, pero hay que confirmarlo en el certificado.