¿Cómo se determina la tensión admisible para tuberías de acero al carbono?

¿Le preocupan las fallas en las tuberías que destruyen el presupuesto y el cronograma de su proyecto? Elegir especificaciones de material incorrectas puede provocar fugas catastróficas o un costoso exceso de ingeniería. Estoy aquí para simplificarle las normas ASME. La tensión admisible para tuberías de acero al carbono está determinada por las normas ASME B31.3. Para temperaturas por debajo del rango de fluencia (creep), suele ser el valor más bajo entre 1/3 de la resistencia a la tracción o 2/3 del límite elástico. Este cálculo asegura que su sistema de tuberías permanezca seguro bajo presión operativa. 

Entender estos números es vital para la seguridad. Si los ignora, la tubería podría estallar. Si los sigue ciegamente sin comprenderlos, podría comprar tuberías costosas que no necesita. Veamos los detalles.

¿Cuáles son las reglas básicas de ASME B31.3?

Leer códigos de ingeniería a menudo se siente como leer un idioma diferente. Es denso y difícil de seguir. Pero necesita entender la Sección 302.3.2 (d) para comprar las tuberías correctas. ASME B31.3 establece los límites de diseño. Para metales estándar, el código compara la resistencia a la tracción y el límite elástico. La tensión admisible es el valor resultante más bajo. Esto asegura un margen de seguridad antes de que el metal se deforme permanentemente o se rompa. 

Quiero explicar la lógica detrás de estas reglas. El código divide los requisitos en dos categorías principales según la temperatura. Tenemos el "rango elástico" y el "rango de fluencia" (creep). Para temperaturas normales (por debajo del rango de fluencia), miramos dos números principales. Primero, tomamos 1/3 de la resistencia a la tracción (ST). Segundo, tomamos 2/3 del límite elástico (SY). Los comparamos. El número más bajo gana. Esta es la tensión admisible. Hay una regla especial para el acero inoxidable austenítico y aleaciones de níquel. Para estos materiales, a veces podemos subir hasta el 90% del límite elástico. Pero para el acero al carbono, nos apegamos a la regla más estricta de 2/3. Cuando las temperaturas suben mucho, entramos en el "rango de fluencia". Fluencia significa que el metal se estira lentamente con el tiempo bajo calor y presión. Aquí, las reglas cambian. Miramos cuánta tensión causa un estiramiento del 0.01% en 1,000 horas. O miramos la tensión que causa una ruptura después de 100,000 horas. Tomamos porcentajes de estos números (67% u 80%). El objetivo es predecir la seguridad a largo plazo. En Centerway Steel, aseguramos que nuestras tuberías cumplan estos estrictos criterios antes de enviarlas a su sitio.

¿Cómo lo calculamos para la tubería A106 Grado B?

Puede ver la fórmula, pero ¿cómo funciona para un producto real? Muchos compradores luchan por aplicar las matemáticas a los certificados ASTM reales que reciben. Veamos un ejemplo específico usando ASTM A106 Grado B. Esta es una tubería sin costura común. Calculamos 1/3 de su resistencia a la tracción (60ksi) y 2/3 de su límite elástico (35ksi) para encontrar el límite seguro. 

Le guiaré a través del cálculo. Esto ayuda cuando está verificando la tensión admisible para tuberías de acero al carbono en su próximo proyecto. Primero, mire las propiedades del material en la Tabla A-1 del código. Para ASTM A106 Grado B, la resistencia mínima a la tracción (ST) es 60ksi. El límite elástico mínimo (SY) es 35ksi. Ahora, hacemos las matemáticas:

1. Tome 1/3 de la resistencia a la tracción: 60 dividido por 3 es igual a 20ksi.

2. Tome 2/3 del límite elástico: 35 multiplicado por 0.66 es igual a 23.3ksi. La Regla 1 nos da 20ksi. La Regla 2 nos da 23.3ksi. La regla dice que debemos elegir el valor más bajo. Entonces, la tensión admisible es 20ksi. Este resultado nos dice algo interesante sobre los factores de seguridad. Dado que el límite se basa en la resistencia a la tracción (20ksi es 1/3 de 60ksi), efectivamente tenemos un factor de seguridad de 3. Esto es muy conservador. Comparémoslo con Acero Inoxidable (ASTM A312 TP316).

· Tracción (ST): 75ksi.

· Elástico (SY): 30ksi.

· Límite: El menor de (2/3 * 30 = 20ksi) o (90% * 30 = 27ksi).

· Resultado: 20ksi. Aquí hay una tabla para hacerlo claro:

Material	Resistencia Tracción (ST)	Límite Elástico (SY)	Calculado 1/3 ST	Calculado 2/3 SY	Tensión Admisible
Acero al Carbono (A106 GrB)	60 ksi	35 ksi	20 ksi	23.3 ksi	20 ksi
Acero Inoxidable (TP316)	75 ksi	30 ksi	25 ksi	20 ksi	20 ksi

Para el acero al carbono, la resistencia a la tracción dicta el límite. Para el acero inoxidable, el límite elástico dicta el límite.

¿Cómo cambia la alta temperatura los límites?

Las tuberías rara vez permanecen a temperatura ambiente en una planta industrial. ¿La tensión admisible para tuberías de acero al carbono permanece igual cuando las cosas se calientan? No, los límites de tensión caen a medida que aumenta el calor. Para el acero al carbono, la tensión admisible se mantiene estable hasta 400°F. Por encima de eso, cae bruscamente. Una vez que pasa los 700°F, la fluencia (creep) se convierte en el factor principal y el material se vuelve mucho más débil. 

La temperatura es el enemigo de la resistencia del acero. Cuando suministro tuberías para refinerías, siempre pregunto sobre la temperatura de operación. Esta es la razón. Para ASTM A106 Grado B, la tensión admisible se mantiene en 20ksi desde temperatura ambiente hasta 400°F. Esta es la "zona segura". Entre 400°F y 700°F, las reglas cambian. El límite elástico a esa temperatura específica se vuelve importante. Verá disminuir el valor de tensión admisible. Se rige por 2/3 del límite elástico a ese calor. Una vez que supera los 700°F, la tensión admisible para tuberías de acero al carbono cae en picada. Aquí es donde las "propiedades de fluencia" toman el control. La pendiente en el gráfico se vuelve muy pronunciada. El metal no solo se dobla; se deforma lentamente con el tiempo. Compare esto con la Aleación de Níquel (UNS N06625). Se mantiene fuerte a temperaturas mucho más altas. Su curva es más plana. Pero para el Acero al Carbono, debe tener mucho cuidado por encima de 700°F. Si su proyecto opera a estos calores altos, podría necesitar un material diferente. Centerway Steel puede ayudarle a cambiar de Acero al Carbono a Acero Aleado si los límites de tensión son demasiado bajos. Queremos asegurarnos de que su diseño sea seguro a largo plazo.

Conclusión

Calcular la tensión admisible para tuberías de acero al carbono protege su proyecto. Debe usar el valor más bajo de 1/3 de resistencia a la tracción o 2/3 del límite elástico. Tenga cuidado con las altas temperaturas. Centerway Steel está listo para suministrar los materiales seguros adecuados para usted.