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Guía técnica · método y consejos prácticos

Tensiones y espesor de una tubería sometida a presión interna

Las fórmulas de membrana ofrecen una excelente comprobación del orden de magnitud. Sin embargo, una tubería real debe cumplir además una norma, tolerancias, corrosión y cargas mecánicas.

Revisado el

Vista en secciónpσθσθtensión circunferencialVista longitudinalσzσzptensión longitudinalσθ = pDm/(2t) ≈ 2σz
El modelo de membrana distribuye la presión sobre una pared delgada y uniforme.

1. Utilizar presión relativa

Las tensiones dependen de la diferencia de presión entre el interior y el exterior. No debe utilizarse directamente la presión absoluta si el exterior también está sometido a la presión atmosférica.

Consejo práctico: escriba siempre de forma explícita p = pin − pout en la nota de cálculo.

2. Calcular las dos tensiones de membrana

σθ = pDm/(2t) ; σz = pDm/(4t)

En una tubería cerrada, la presión produce una tensión circunferencial σh y una tensión longitudinal σl. En el modelo de pared delgada, σh es el doble de σl.

La tensión radial se desprecia en esta aproximación. Esto deja de ser válido cuando la pared es gruesa.

3. Comprobar la hipótesis de pared delgada

La relación Dm/t sirve como control rápido. No existe un límite universal independiente de la precisión exigida, pero una relación grande respalda mejor el modelo.

Cuando la pared es gruesa deben utilizarse las ecuaciones de Lamé o un método conforme a la norma aplicable.

4. Del espesor neto al espesor real

Un espesor obtenido con una fórmula simple no debe pedirse directamente. Añada márgenes de corrosión, erosión o mecanizado, considere la tolerancia negativa del producto y elija un espesor realmente disponible.

El espesor nominal también puede venir determinado por la rigidez, la manipulación, la soldadura o los mínimos establecidos por la norma.

5. Lo que no cubre el predimensionamiento

Una tubería industrial es un sistema y no solo un tramo recto.

  • Presión exterior y pandeo.
  • Peso propio, dilatación térmica, reacciones de apoyo y flexibilidad.
  • Derivaciones, codos, reducciones, soldaduras y factores de intensificación de tensiones.
  • Bridas, pernos, juntas y fugas.
  • Fatiga, golpes de presión, vibraciones y cargas excepcionales.
  • Tensiones admisibles dependientes del material y la temperatura.

Aplicación numérica

Ejemplo: tubería Do 114,3 mm a 10 bar

El espesor es de 4 mm y la tensión admisible elegida es de 120 MPa.

  1. Dm = 114,3 − 4 = 110,3 mm.
  2. σh = 10 bar × 110,3/(2×4) = 13,7875 MPa.
  3. σl = 6,89375 MPa.
  4. σVM = 11,940 MPa.
  5. Utilización = 9,9503 %.

Resultado: El orden de magnitud es bajo frente a 120 MPa. Sin embargo, el resultado no confirma el cumplimiento de la norma de tuberías ni las demás cargas.

El método está relacionado con los materiales del MIT sobre recipientes de pared delgada y con el ámbito de ASME B31.3. Consultar la fuente exacta ↗

Para comprobar y profundizar

Referencias directas

Cada enlace conduce a la página exacta del curso, norma o publicación utilizada, y no a una página de inicio genérica.

  1. Mechanics & Materials I — apuntes de claseMIT OpenCourseWareMateriales sobre tensiones multiaxiales, criterios de fallo, recipientes de pared delgada y torsión.
  2. B31.3 — Process PipingAmerican Society of Mechanical EngineersPágina oficial de la norma sobre materiales, diseño, fabricación, inspección y ensayos de tuberías de proceso.
  3. El Sistema Internacional de Unidades, 9.ª ediciónOficina Internacional de Pesas y MedidasReferencia oficial para unidades y símbolos.