Conocer el tamaño real de una tubería, su cédula, su diámetro interno y externo y las relaciones entre estas dimensiones es clave para elegir una tubería correctamente y lograr un proyecto exitoso
El Tamaño Nominal y la cédula de tubería son dos conceptos comunes en la industria de conducción de fluidos, pero que pueden generar problemas, sobre todo cuando se trata de elegir la tubería correcta para un proyecto.
Cada uno hace referencia a aspectos dimensionales diferentes de una tubería y se complementan entre sí. Con ello, permiten contar con una mayor especificidad en las dimensiones de una tubería y también brindan una selección de productos más precisa para cada aplicación.
Al elegir una tubería, se deben tener en cuenta ambos conceptos, además del diámetro interno, ya que esto puede influir en la resistencia a la presión de trabajo que pueda brindar la tubería, en el caudal y en el dimensionamiesto general del sistema.
El Tamaño Nominal de Tubería (NPS, por sus siglas en inglés) está conformado por un conjunto de medidas estándar en Norteamérica para las tuberías que se usan en altas o bajas temperaturas y presiones. El NPS hace referencia únicamente al diámetro exterior de la tubería, lo que lo vuelve un tanto vago. Por ejemplo, cuando decimos que el tamaño de tubería es NPS 2, nos referimos a todas las tuberías que tienen un diámetro exterior de 2.375” o 60.3 mm, sin importar el grosor de pared ni, desde luego, el diámetro interno.
Dicho de otro modo, para identificar una tubería específica se deben tomar en consideración dos medidas: el diámetro de tubería y un número no dimensional que hace referencia al grosor de pared, llamado cédula. La cédula de una tubería establece su grosor de pared; si aumenta el grosor de pared de la tubería, incrementa su fuerza mecánica, permitiéndole manejar presiones de diseño más elevadas.
Un par de conceptos adicionales, que pueden generar confusión, son el Hueco Nominal (NB, por sus siglas en inglés) y Diámetro Nominal (DN), los cuales también se usan con frecuencia como reemplazo del NPS. Por un lado, NB es la designación europea equivalente al NPS; por el otro, en lo que respecta al NPS 5 o superiores, el DN es igual al NPS multiplicado por 25.
Inicialmente, cuando las industrias, los procesos y las aplicaciones no estaban tan especializadas, existían sólo tres grosores de tubería en uso:
- Estándar (STD, por sus siglas en inglés)
- Extra fuerte (XS, por sus siglas en inglés)
- Doble Extra Fuerte (XXS, por sus siglas en inglés)
No obstante, con los avances de la era industrial y el uso de tuberías en condiciones de temperatura y presión variables, estas tres medidas de tubería resultaban insuficientes para todas las aplicaciones requeridas.
Con el paso del tiempo, ha habido muchas revisiones y adiciones a las tablas de medidas de tubería, ya sea con base en los usos de las industrias o con base en los estándares de API, ASTM y otros. En la actualidad, se cuenta con una serie de grosores de pared o cédulas:
- 5
- 5S
- 10
- 10S
- 20
- 30
- 40
- 40S
- 60
- 80
- 80S
- 100
- 120
- 140
- 160
- STD
- XS
- XXS
Las tuberías de acero inoxidable, debido a que presentan un menor riesgo de falla gracias a sus propiedades no corrosivas, permiten el uso de tuberías con un grosor de pared más delgado. Originalmente, se crearon en las cédulas de tubería más delgadas 5S y 10S, a las cuales les siguieron el resto de medidas “S”. Las tuberías de acero inoxidable están disponibles por lo regular en pesos estándar (indicados por la designación S; por ejemplo, C 10S); sin embargo, también pueden estar disponibles en otras cédulas. Debido a sus paredes delgadas, las medidas “S” más pequeñas no permiten el método de unión roscada, de acuerdo con el código ASME, sino que se deben soldar mediante fusión.
En el nuevo sistema de cédulas:
- La Cédula Estándar (STD) es idéntica a la Cédula 40S, y 40S es idéntica a 40 para NPS 1/8 a NPS 10
- La Cédula Extrafuerte (XS) es idéntica a la Cédula 80S, y 80S es idéntica a 80 para NPS 1/8 a NPS 8
- La pared de la Cédula Doble Extrafuerte (XXS) es más gruesa que la cédula 160 desde NPS 1/8 hasta NPS 6, y la cédula 160 es más gruesa que la pared XXS para NPS 8 y superiores
También se debe señalar que el NPS y la Cédula establecen en conjunto el diámetro externo (OD, por sus siglas en inglés) de la tubería y su grosor de pared (por tanto, el diámetro interno es automáticamente fijo). Por ejemplo, una tubería NPS 14 C 40 tiene un OD de 14 pulgadas (360 mm) y un grosor de pared de 0.437 pulgadas (11.1 mm).
No obstante, es importante decir que los valores para el NPS y el OD no siempre son iguales, lo cual puede crear confusión:
- Para NPS 1/2 hasta 12: Los valores NPS y OD son diferentes. Por ejemplo, el OD de una tubería NPS 12 es en realidad 12.75 pulgadas (324 mm). Para conocer el OD real de cada valor NPS, se recomienda recurrir a las tablas de referencia, que se basan en los estándares B36.10M y B36.19M de ASME
- Para NPS 14 y superiores: Los valores NPS y OD son iguales. En otras palabras, una tubería NPS 14 tiene en realidad un OD de 14 pulgadas (360 mm)
Existen algunas reglas generales en lo que respecta al NPS y a la cédula:
- Para un determinado NPS, el OD permanece fijo y el grosor de pared aumenta conforme aumenta el número de cédula
- Para un determinado número de cédula, el OD aumenta con el NPS, mientras que el grosor de pared se mantiene constante o aumenta
- Usando las ecuaciones y las reglas de ASME B31.3 Process Piping, puede mostrarse que el rango de presión disminuye conforte aumenta el NPS y la cédula se mantiene constante
Dimensiones por considerar al elegir una tubería
Cálculo del diámetro de tubería interno
Para los ingenieros de proceso, la información más importante es el diámetro interno de la tubería (ID, por sus siglas en inglés), ya que este valor se utiliza para el cálculo del tamaño de la línea. Como se mencionó más arriba, para un determinado NPS, el OD permanece constante. Conforme la cédula de la tubería cambia, el diámetro interno cambia.
El diámetro interno de una tubería se puede calcular con facilidad, siempre y cuando se conozcan el NPS y la cédula. El diámetro interno de una tubería es dado por el NPS de la tubería menos el doble del grosor de pared (que se puede obtener a partir de la cédula de la tubería).
Por ejemplo, para una tubería NPS 12 (DN 300 mm), cédula 40, el OD y el grosor de pared son, respectivamente, 12.75” (324 mm) y 0.406” (10.4 mm). Por tanto:
- Diámetro Interno de tubería = 12.75” – (2 x 0.406”) = 11.94 pulgadas, o
- Diámetro Interno de tubería = 324 mm – (2 x 10.4 mm) = 303.3 mm
Es importante considerar que los grosores de tubería vienen acompañados de una tolerancia específica, dependiendo del estándar de ingeniería utilizado. La tolerancia típica del grosor de pared es de 12.5 %. Esto significa que el diámetro interno real de la tubería puede variar ligeramente de lo indicado más arriba.
