Cómo elegir los tamaños de tubería de acero

Al usar e instalar tubos de acero, elegir el tamaño adecuado de los tubos de acero es de vital importancia. El diámetro correcto de la tubería puede garantizar el caudal y la velocidad del sistema en las condiciones de trabajo especificadas, al tiempo que cumple con los requisitos de presión de diseño y resistencia a la corrosión, y también teniendo en cuenta la economía y la conveniencia de la construcción. Lo siguiente le proporciona una introducción detallada al método científico de la selección de tubos de acero a partir de aspectos como el sistema de tamaño, la selección del espesor de la pared, el cálculo del caudal y la verificación de la presión.

El concepto básico deTamaños de la tubería de acero

Diámetro nominal (NPS) : la convención de nomenclatura común en América del Norte (por ejemplo, NPS2), su diámetro exterior (OD) no es igual a 2 pulgadas, y el OD de NPS2 es en realidad 2.375 pulgadas. Es sólo para marcar y no el diámetro interior real.
Diámetro nominal (DN) : Un estándar internacional, expresado en milímetros, generalmente cerca del diámetro interno. Tiene una correspondencia con NPS, por ejemplo, NPSBa 2 corresponde a DNBa 50.
Especificación del espesor de la pared (Schedule): El Schedule (SCH) indica el grado del espesor de la pared de la tubería, con los comunes que incluyen SCH10, SCH40, SCH80, SCH160, etc. Cuanto mayor sea el número, más grueso será el espesor de la pared, y más fuerte será la resistencia a la presión y la capacidad de carga, pero el diámetro interior disminuye correspondientemente.
Diámetro interno real y diámetro externo: Diámetro externo (OD) : la tubería generalmente se fija bajo la misma especificación y solo varía con NPS. Diámetro interior (ID) : Relacionado con el espesor de la pared, ID = OD - 2 × espesor de la pared.

Los principales factores que influyen en la selección de tamaños de tubos de acero

Tipo medio y caudal
Los líquidos (como el agua y el aceite), los gases o las partículas sólidas tienen diferentes características de flujo y caudales permisibles, que deben evaluarse en combinación con parámetros de mecánica de fluidos como el número de cuchillas de Poisson y el número de Reynolds.

Presión y temperatura de trabajo del sistema
En entornos de alta presión y alta temperatura, se deben seleccionar tuberías con mayor presión y rendimiento de resistencia a la temperatura (como API 5L, ASTM A106, etc.), y se debe elegir el grado Schedule con el espesor de pared más grande correspondiente.

Longitud de la tubería y límite de caída de presión:
En condiciones de caída de presión limitada, si el diámetro de la tubería es demasiado pequeño, generará una resistencia de fricción excesiva, lo que llevará a una caída de presión excesiva o la necesidad de aumentar la potencia de la bomba. Un diámetro de tubería demasiado grande desperdiciará materiales y espacio de construcción.

Entorno de instalación y restricciones de espacio
El diseño en el sitio, la zanja o el espacio de conexión del equipo limitarán el límite superior del diámetro de la tubería. Es necesario tener en cuenta el diseño compacto mientras se cumplen los requisitos de caudal y caída de presión.

Economía y costes materiales
El aumento en el diámetro de la tubería y el grosor de la pared aumentará los costos de material y la dificultad de construcción. Se debe hacer una comparación económica considerando exhaustivamente el precio unitario de los materiales, los costos de procesamiento y soldadura, y los costos de mantenimiento posteriores.

Requisitos de corrosión y protección:
Para medios corrosivos o entornos externos (como el océano, plantas químicas), se debe seleccionar el revestimiento interior, el revestimiento exterior anticorrosión o los tubos de aleación resistentes a la corrosión. Las especificaciones correspondientes también afectarán el diámetro de la tubería y el grosor de la pared.

El proceso de selección del tamaño de las tuberías de acero

Análisis de la demanda
Defina claramente el medio transportado por la tubería, el caudal de diseño, la presión y temperatura de diseño, la caída de presión permitida, el espacio en el sitio y las condiciones de instalación.

Cálculo preliminar
Calcule la caída de presión o la potencia requerida de la bomba bajo diferentes diámetros de tubería según la ecuación de Bernoulli y la ecuación de energía. Estimar la velocidad de flujo de la tubería utilizando fórmulas empíricas.

Tabla estándar de referencia
Consulte la tabla de comparación del tamaño de la tubería, confirme el diámetro exterior y el grosor de la pared (Programa) correspondiente a cada NPS, calcule el diámetro interior real y el área de la sección transversal, y compruebe de nuevo si el caudal y la caída de presión cumplen con los requisitos.

Comparación económica
Compare los costos de material, las tarifas de procesamiento, las tarifas de instalación y el consumo de energía operativa correspondiente a los diámetros de tubería disponibles, y seleccione la solución con el costo total más bajo y que cumpla con los requisitos de rendimiento.

Verificación y optimización
Basado en la corrección de la caída de presión de la longitud de la tubería y el número de accesorios (válvulas, codos, tees, etc.), ajuste el diámetro de la tubería o agregue tuberías de ramificación cuando sea necesario para optimizar el rendimiento del sistema.

Precauciones al elegir el tamaño

Margen de seguridad: para tuberías críticas, el grosor de la pared o el diámetro de la tubería deben aumentarse adecuadamente para garantizar un margen de seguridad suficiente incluso bajo operación de sobrecarga o condiciones extremas.

Consistencia estándar: todo el sistema debe adoptar el mismo estándar o una serie de diámetro de tubería unificada tanto como sea posible, reducir el número de reductores de diferentes diámetros y mejorar la confiabilidad general del sistema.

Mantenimiento posterior: aunque los diámetros de tubería grandes pueden reducir la caída de presión, no son propicios para el mantenimiento en el sitio, el soplado y la limpieza de tuberías y otras operaciones. Deben tenerse en cuenta tanto la construcción como la conveniencia de operación y mantenimiento.

Medios especiales: el lodo, las partículas sólidas o los medios de alta viscosidad son sensibles al diámetro y al caudal de la tubería. Es necesario consultar al proveedor de material o ingeniero de fluidos profesional para el cálculo especial.

La selección razonable del tamaño de las tuberías de acero requiere una consideración exhaustiva de múltiples factores, como el cálculo de la mecánica de fluidos, el rendimiento del material, la economía y la conveniencia de la construcción.

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