¿Qué es el horario de tuberías?

La tabla de tuberías es un número normalizado y adimensional que define el grosor de la pared de una tubería para un tamaño nominal determinado. El grosor de la pared controla la capacidad de presión interna, el peso y la compatibilidad de los accesorios. Para elegir el perfil correcto es necesario conocer el tamaño nominal del tubo, la tensión admisible del material y la presión y temperatura de funcionamiento. Para adquirir tuberías de acero al carbono, acero inoxidable o aleaciones de níquel de MWAlloys, especifique el tamaño nominal de la tubería (NPS o DN) más el número de programa (por ejemplo, 2" SCH 40), el grado del material y las pruebas necesarias para garantizar un ajuste y un rendimiento de presión adecuados.

1. Definición básica y breves antecedentes

Un esquema de tuberías es una designación numérica normalizada que indica el grosor nominal de la pared de una tubería en relación con su tamaño nominal. El número del esquema representa una serie de espesores de pared; un esquema más alto significa una pared más gruesa para el mismo diámetro nominal. Una pared más gruesa suele aumentar la presión interna y el peso admisibles. El concepto proporciona una forma concisa de realizar pedidos: la combinación del tamaño nominal más el esquema identifica de forma inequívoca el diámetro exterior más el espesor de pared para muchos tubos estándar.

Históricamente, el sistema de tablas surgió de la necesidad de pedir tuberías sin especificar el grosor total de las paredes para cada diámetro y material. Los organismos de normalización formalizaron la relación entre los tamaños nominales, los diámetros exteriores y las tablas de espesores de pared que los fabricantes podían seguir.

2. Normas que definen las dimensiones de los tubos

Las dimensiones y cotas de los tubos utilizados en la contratación industrial se rigen por normas reconocidas a nivel nacional. Dos normas de referencia frecuente para las dimensiones de los tubos de acero son ASME B36.10M para tubos de acero forjado soldados y sin soldadura y ASME B36.19M para tubos de acero inoxidable. Estas normas enumeran los diámetros exteriores, los tamaños nominales y los espesores de pared de los tipos más comunes. Los códigos de diseño de tuberías del sector, como la serie ASME B31, establecen la presión de diseño y las tensiones admisibles, mientras que las normas específicas de materiales, como ASTM A106, ASTM A312 o ASTM B167, rigen la composición química y la fabricación.

Al comprar tubos de aleación de níquel, los compradores deben asociar la norma dimensional con la especificación correcta del material, por ejemplo ASTM B167 para aleaciones de níquel-cobre o ASTM B423 para determinadas aleaciones de níquel-cromo. Los proveedores suelen hacer referencias cruzadas a las tablas ASME para confirmar el grosor de pared por tamaño nominal.

3. Tamaño nominal de la tubería, diámetro exterior, diámetro interior

Tamaño nominal de tubería (NPS) o DN es la etiqueta tradicional para el tamaño de la tubería. Para muchos tamaños comunes, el diámetro exterior (OD) se fija por NPS, mientras que el diámetro interior (ID) varía según el espesor de la pared. El diámetro interior varía en función del espesor de la pared. El esquema cambia principalmente el diámetro interior para un NPS dado, ya que el diámetro exterior suele mantenerse constante para que sea compatible con los accesorios y las bridas. Por ejemplo, una tubería nominal de 4" tiene un diámetro exterior cercano a 4,5 pulgadas, pero su diámetro interior se reduce cuando el espesor de la pared aumenta de schedule 40 a schedule 80. Este modelo de compatibilidad permite que las bridas, los acoplamientos y los componentes principales se adapten a tuberías del mismo tamaño nominal aunque tengan diferentes cédulas.

Puntos clave:

• NPS da una familia de tubos que comparten un diámetro exterior.

• La tabla indica el espesor de pared dentro de esa familia.

• El diámetro interior es igual al diámetro exterior menos dos veces el grosor de la pared; esta sencilla relación rige los cálculos hidráulicos y de caudal.

4. Números de horario habituales y su significado

Las designaciones más comunes son: SCH 5, SCH 10, SCH 20, SCH 30, SCH STD (estándar), SCH 40, SCH 60, SCH 80, SCH 100, SCH 120, SCH 140, SCH 160, y designaciones más pesadas como XXS. También existen series específicas de acero inoxidable, a menudo etiquetadas como 5S, 10S, 40S, 80S, que corresponden a patrones específicos de grosor de pared utilizados para las calidades de acero inoxidable. Para diámetros más pequeños aparecen ciertas designaciones heredadas como “XS” o “STD”; consulte las tablas ASME cuando especifique diámetros no estándar.

Aunque el número de referencia es adimensional, está vinculado a tablas de espesores físicos. Por ejemplo, SCH 40 para 2" NPS podría especificar 0,154 pulgadas de pared, mientras que SCH 80 para el mismo NPS podría especificar 0,218 pulgadas. Los valores exactos proceden de las tablas ASME B36.

5. Tablas representativas de espesores de pared y pesos (tamaños seleccionados)

A continuación se presentan tablas de referencia compactas y cuidadosamente comprobadas para los valores NPS más comunes. Estas tablas de muestra pretenden ilustrar la relación entre NPS, OD, programa y espesor de pared. Para cálculos completos o de ingeniería, utilice las tablas ASME completas o las fichas técnicas de los proveedores. Los números mostrados son valores típicos de la industria; confirme con el certificado del laminador en el pedido.

Tabla 1: Dimensiones habituales de los tubos y grosor de las paredes (NPS seleccionados)

Notas: SCH XS coincide históricamente con Schedule 40 para ciertos tamaños pero con paredes más pesadas para diámetros pequeños. Las filas de la tabla son representativas; consulte ASME para todos los NPS hasta 60 pulgadas.

Tabla 2. Equivalencias métricas rápidas para NPS seleccionados

Estas tablas compactas ayudan a comparar rápidamente los calendarios durante la redacción de las especificaciones.

6. Por qué es importante el horario para la clasificación de la presión: La relación de Barlow y la práctica del diseño

El grosor de la pared influye directamente en la presión de trabajo admisible. Para los cascos cilíndricos de paredes delgadas, la fórmula de Barlow ofrece una aproximación de primer orden de la capacidad de presión interna:

P = (2 × S × t) / (OD)

donde P es la presión interna admisible, S es la tensión admisible para el material a la temperatura de funcionamiento, t es el espesor de pared y OD es el diámetro exterior. Reordenando se obtiene el espesor de pared necesario para una presión de diseño:

t = (P × OD) / (2 × S)

El sistema de planogramas puede interpretarse como una agrupación de espesores de pared que satisfacen las presiones de servicio comunes dados los materiales típicos. El diseño moderno de recipientes a presión y tuberías sigue las tensiones admisibles conservadoras de códigos como ASME B31.3 y aplica el margen de corrosión más la tolerancia de fabricación al seleccionar el esquema. Para presiones más altas, elija un esquema más alto o un material de mayor resistencia.

Consideraciones importantes sobre el diseño:

• Tenga en cuenta la corrosión y la erosión a la hora de seleccionar el programa.

• La temperatura elevada reduce la tensión admisible S y puede requerir un programa más pesado o una aleación diferente.

• Entre los servicios críticos se incluyen pruebas hidrostáticas, exámenes no destructivos y documentación como informes de pruebas de laminación.

7. Influencia del material: acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones de níquel.

Las tablas de dimensiones indican el espesor, no la resistencia del material. Para un mismo esquema y NPS, los tubos de acero al carbono, acero inoxidable y aleaciones de níquel tienen dimensiones nominales idénticas cuando se fabrican según normas de dimensiones ASME compatibles, pero difieren en la tensión admisible, la resistencia a la corrosión y la soldabilidad.

• Acero al carbono: común, rentable. Utilice un perfil más grueso para servicios abrasivos o de alta presión. Las especificaciones de materiales incluyen ASTM A106 Grado B para tuberías de proceso sin soldadura; las opciones soldadas incluyen ASTM A53.

• Acero inoxidableLos grados de acero inoxidable se suministran a menudo según las normas ASME B36.19, como 5S, 10S, 40S, 80S. Los grados inoxidables ofrecen una resistencia superior a la corrosión; se utilizan a menudo en sistemas químicos y alimentarios. Al especificar acero inoxidable, indicar el grado (304, 316, dúplex) y si se requiere acabado decapado/pasivado.

• Aleaciones de níquelaleaciones: utilizadas para temperaturas más elevadas o entornos muy corrosivos. Las aleaciones como la aleación 625, la aleación C276 y la aleación 400 tienen distintas tensiones admisibles y resistencias químicas. Cuando compre tubos de aleación de níquel, incluya tanto el esquema dimensional como la especificación del material (por ejemplo ASTM B423 o la norma ASTM aplicable para la aleación específica). Dado que las aleaciones de níquel son más caras por kilogramo, una cuidadosa ingeniería de presión y corrosión optimizará el programa y reducirá el coste.

Cuando aumenta la presión o la temperatura, la tensión admisible utilizada en la relación de Barlow disminuye con la temperatura. Ese cambio puede requerir el cambio a un programa más pesado o a una aleación de mayor resistencia para mantener el diámetro interior o minimizar los cambios de espacio entre bridas.

8. Sistemas métricos, SDR, DN y ordenación global

Fuera de Norteamérica, el etiquetado métrico, como DN y SDR, está muy extendido:

• DNdiámetro nominal. DN 50 equivale aproximadamente a NPS 2 pulgadas en la familia de tamaños, aunque debe confirmarse la conversión exacta del diámetro exterior y la pared.

• SDRRelación de dimensiones estándar. SDR = OD / t. Un SDR más bajo significa una pared más gruesa y una presión nominal más alta. El SDR es común para las tuberías de polietileno, pero a veces se utiliza en otras industrias.

Para compras internacionales, especifique tanto el NPS como el DN siempre que sea posible, con el diámetro exterior y el espesor de pared en milímetros para evitar ambigüedades. Indique la calidad del material, el espesor de pared y las pruebas necesarias para garantizar que las fábricas suministran el producto correcto.

9. Lista de comprobación de pedidos y especificaciones para compradores

Indique estos elementos en el pliego de condiciones para evitar errores:

1. Tamaño nominal del tuboEstado NPS o DN.

2. Horario o espesor de pared explícito: prefiero ambos (ejemplo 3" NPS SCH 80, t = 0.300 in).

3. Norma y calidad del materialIndicar la designación ASTM/ASME y el grado (por ejemplo ASTM A312 TP316L).

4. Preparación finalExtremo liso, extremo biselado según ASME B16.25, roscado según NPT o cara RTJ.

5. Longitudlongitud aleatoria simple, longitud aleatoria doble, corte a medida.

6. Tratamiento térmico: especifique si se requiere normalización, recocido o tratamiento en solución.

7. PruebasPresión de prueba hidrostática, PMI, NDE como UT o RT, inspección dimensional, certificados de pruebas de laminación.

8. Acabado y limpieza de superficiesdecapado/pasivado, recubrimiento de plastisol o desnudo.

9. CertificacionesInforme de pruebas de laminación, certificación 3.1/3.2, documentación de auditoría de fábrica ISO.

10. Embalaje y marcadométodo, convenciones de etiquetado, embalaje para la exportación.

Especificar únicamente el programa a veces da lugar a ambigüedades en el caso de tamaños no estándar; por lo tanto, incluya el grosor de pared real requerido en la especificación para pedidos críticos.

10. Accesorios, bridas y compatibilidad de roscas

Dado que el diámetro exterior normalmente se mantiene constante para una familia de tamaños nominales, los accesorios y las bridas suelen coincidir con los tamaños nominales en todos los programas en los que el diámetro exterior es idéntico. Sin embargo, el diámetro interior varía de un programa a otro, por lo que los accesorios para soldar por encastre y algunas preparaciones para soldar a tope pueden diferir.

• Accesorios para soldadura por encastre requieren compatibilidad con espesores de pared superiores; comprobar la profundidad del manguito según ASME B16.11.

• Accesorios para soldar a tope se corresponden por el diámetro exterior y el grosor de la pared; especifique la pared correspondiente.

• Racores roscados utilizar el tamaño nominal de la tubería, pero limitado a determinados esquemas y clases de presión; comprobar la profundidad de acoplamiento NPT y el rendimiento de la pared.

Al soldar materiales distintos, seleccione el metal de aportación adecuado y siga las especificaciones del procedimiento de soldadura. En el caso de las aleaciones de níquel, suelen ser necesarias prácticas de soldadura y metales de aportación especializados.

11. Tolerancias de fabricación y programas especiales

Algunos tubos de pared gruesa utilizan denominaciones como XXS o “doble extra fuerte”. Para muchos diámetros pequeños XXS puede ser más grueso que schedule 160 mientras que para diámetros mayores las relaciones pueden ser inversas. Consulte siempre la tabla de dimensiones específica de ASME B36 o las hojas de datos del proveedor para diámetros grandes.

Las tolerancias de fabricación para el diámetro exterior y el espesor de pared se rigen por la especificación del producto. Para aplicaciones críticas, solicite el espesor de pared medido en toda la circunferencia y verifíquelo mediante pruebas de espesor por ultrasonidos si es necesario.

12. Ejemplos: selección de horarios para servicios comunes

Ejemplo 1: Distribución de agua a baja presión

• Sistema: agua fría, presión de diseño 100 psi, riesgo de corrosión leve.

• Candidato: acero al carbono NPS 2 SCH 40 o inoxidable 316L SCH 40 si preocupa la corrosión.

• Razón: SCH 40 proporciona un espesor de pared adecuado para 100 psi en 2" manteniendo un diámetro interior aceptable para el caudal. Puede aplicarse una tolerancia a la corrosión.

Ejemplo 2: Vapor a alta presión a temperatura elevada

• Sistema: vapor saturado a 300 psi y 350 grados F.

• Candidato: acero al carbono NPS 2 SCH 80 o superior, o cambio a tuberías de aleación con mayor tensión admisible.

• Motivo: la temperatura elevada reduce la tensión admisible; es necesario actualizar el programa para mantener el margen de seguridad.

Ejemplo 3: Servicio químico corrosivo

• Sistema: corriente que contiene cloruro.

• Candidato: tubo de acero inoxidable dúplex o de aleación de níquel en el esquema que cumpla los requisitos de tolerancia a la corrosión.

• Razón: la selección del material prevalece sobre el programa en productos químicos agresivos; el programa se elegirá para satisfacer la resistencia mecánica más la tolerancia a la corrosión.

Estos ejemplos ilustran que la selección del programa rara vez se hace por sí sola; hay que tener en cuenta los materiales, la temperatura y la vida útil prevista.

13. Documentación y trazabilidad

Al comprar, pregunte a los proveedores:

• Informe de la prueba de laminación que correlaciona el número de colada con los resultados de la prueba de material.

• Certificado de tratamiento térmico, si procede.

• Registro de la prueba hidrostática.

• Marcas trazables que incluyan la designación de la aleación, el esquema o espesor, el número de colada y el fabricante.

La trazabilidad reduce el riesgo de fabricación y garantiza que cualquier decisión de revestimiento, soldadura o inspección se base en propiedades verificadas del material.

14. Consejos prácticos para la adquisición y la optimización de costes

• Cuando el precio es una preocupación, optimizar la selección de la aleación puede ahorrar más que reducir el programa. Las aleaciones de níquel son caras en peso, por lo que reducir el programa y cambiar a una aleación más resistente a la corrosión puede reducir el coste total de la instalación y mantener la seguridad.

• Para proyectos de adaptación, haga coincidir el diámetro exterior con las bridas existentes y seleccione el programa que coincida con la presión. Si las bridas son fijas, la elección del esquema puede verse limitada.

• Para los tramos largos en los que el peso es importante, evalúe el compromiso entre el coste del material y la energía de bombeo; las paredes más finas reducen el peso pero pueden no cumplir las expectativas de presión o vida útil.

• Tenga en cuenta la complejidad de la fabricación. La soldadura de paredes gruesas y el mecanizado pesado añaden costes y plazos.

15. Resumen de referencia rápida

• La tabla de tuberías es una abreviatura de la serie de espesores de pared; un número más alto equivale generalmente a una pared más gruesa.

• ASME B36.10 y B36.19 proporcionan las tablas oficiales utilizadas en muchas industrias.

• El tamaño nominal del tubo está relacionado con el diámetro exterior; el diámetro interior depende del grosor de la pared.

• La capacidad de presión depende del grosor de la pared y de la tensión admisible del material; la relación de Barlow es un punto de partida de cálculo habitual.

• Para la adquisición, especifique siempre el NPS/DN, el programa y el grosor explícito de la pared, la norma del material y los requisitos de ensayo.

16. Preguntas frecuentes

Q1: ¿Si ordeno 2" SCH 40 de MWAlloys el OD emparejará 2" SCH 80?
A1: El diámetro exterior para NPS 2 está normalizado, por lo que el DE es el mismo entre SCH 40 y SCH 80; el diámetro interior cambia porque el espesor de pared es diferente. Especifique el diámetro exterior y el esquema si necesita un diámetro interior exacto.

P2: ¿Puedo sustituir los números de programa entre materiales?
A2: Puede pedir el mismo número de referencia en acero al carbono, acero inoxidable o aleación de níquel, pero las diferencias de resistencia significan que la presión admisible puede cambiar. Para sistemas de presión crítica, compruebe la tensión admisible de la aleación a la temperatura de funcionamiento.

P3: ¿Cuál es la diferencia entre SCH XS y SCH 80?
A3: Para ciertos tamaños, XS (extra fuerte) históricamente correspondía a un espesor similar a schedule 80, pero existen diferencias para diámetros pequeños. Confirmar con las tablas ASME.

P4: ¿Las cifras de los horarios son las mismas en todo el mundo?
A4: Los mercados norteamericanos utilizan números Schedule. Otras regiones pueden preferir DN y espesor de pared explícito o clasificación SDR. Indique ambas unidades para evitar errores.

P5: ¿Cómo debo incluir la indemnización por corrosión?
A5: Añada la tolerancia a la corrosión al espesor de diseño requerido y seleccione un programa que cumpla o supere la suma. Alternativamente, especifique el espesor de pared requerido directamente en el pedido.

P6: Para el servicio a alta temperatura, ¿qué es más importante, el programa o la aleación?
A6: La selección de la aleación suele ser más importante porque la tensión admisible cambia con la temperatura. La selección combinada de la aleación y el programa adecuados proporciona un diseño seguro y económico.

P7: Mi brida no encaja si cambio de horario. ¿Es habitual?
A7: Las bridas coinciden con el diámetro exterior. En las conexiones embridadas, el diámetro exterior es constante, pero si las bridas están diseñadas para componentes de diámetro interior, como algunas camisas o manguitos, los cambios de programa pueden crear problemas de ajuste. Revise los requisitos de las piezas de contacto.

P8: ¿Qué documentos de prueba debo solicitar para las tuberías críticas?
A8: Informe de pruebas de laminación, registros de pruebas hidrostáticas, PMI cuando las aleaciones sean críticas, informes de END para soldaduras y cualquier certificado de inspección de terceros requerido.

P9: ¿Puedo pedir espesores de pared personalizados que no figuren en las tablas?
A9: Sí. Mills puede suministrar espesores a medida dentro de los límites de fabricación. Indique el diámetro exterior exacto, el espesor de pared requerido y el material estándar en la orden de compra.

P10: ¿Cómo convierto el horario a mm para la adquisición?
A10: Utilice las tablas ASME o las hojas de laminación del proveedor para convertir el programa y el NPS a espesor de pared en milímetros. Proporcionar tanto el programa como el espesor milimétrico explícito evita ambigüedades.

17. Recomendaciones finales para los clientes de MWAlloys

Al comprar tubos de acero al carbono, acero inoxidable o aleación de níquel en MWAlloys:

• Indicar en el pedido el NPS/DN, el esquema y el espesor exacto de la pared.

• Incluya el grado del material y cualquier tratamiento térmico necesario.

• Especificar los niveles de las pruebas y la documentación.

• Para servicios críticos, solicite una hoja de datos técnicos que muestre el diámetro exterior, el diámetro interior, el espesor de pared, la masa por longitud y la presión de trabajo admisible para la aleación y el programa seleccionados.

Si lo desea, MWAlloys puede preparar una plantilla de paquete de oferta adaptada a su mercado, que cubra los rangos NPS comunes y los emparejamientos de programación que se ajusten a las condiciones del proceso y a los objetivos presupuestarios. Ese paquete incluirá tablas para tamaños comunes, materiales recomendados para servicios típicos y una lista de comprobación de adquisiciones para reducir riesgos.