¿Qué es el estrés permisible?
La tensión permitida es la tensión máxima que un material puede soportar en un servicio a largo plazo-al mismo tiempo que se mantiene un margen de seguridad contra la fluencia y la ruptura. Lo establece el código de diseño, no el proveedor del material, y forma la base de los cálculos de clasificación de presión y espesor de pared-y presión{3}}para tuberías y recipientes a presión. Para tuberías de acero al carbono de baja-temperatura, como ASTM A333 Grado 6, la tensión permitida se debe leer en la tabla de códigos para la temperatura de diseño.
Conceptos básicos de materiales de A333 Grado 6
ASTM A333 Grado 6 es una tubería soldada o sin costura de acero al carbono-con un límite elástico mínimo de 240 MPa y una resistencia a la tracción mínima de 415 MPa. Se realizó una prueba de impacto Charpy a -45 grados Celsius, lo que lo califica para servicio en frío hasta esa temperatura. El grado se usa ampliamente para tuberías de procesos de baja-temperatura, líneas de conexión de tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor y sistemas de refrigeración.
| Propiedad | Requisito A333 Grado 6 |
|---|---|
| Límite elástico, mínimo | 240 MPa (35.000 psi) |
| Resistencia a la tracción, mínima | 415 MPa (60.000 psi) |
| Prueba de impacto Charpy | A -45 grados Celsius (-50 grados Fahrenheit) |
| Contenido de carbono | 0,30% máximo |
| Contenido de manganeso | 0.29-1.06% |
Valores de tensión permitidos
En el sistema ASME, la tensión básica permitida es el menor entre un tercio de la resistencia mínima a la tracción y dos tercios del límite elástico mínimo a temperatura ambiente. Para A333 Grado 6, un tercio de 415 MPa es aproximadamente 138 MPa y dos tercios de 240 MPa son 160 MPa, por lo que rige el criterio de tracción y el valor tabulado en ASME B31.3 Tabla A-1 y ASME Sección II Parte D es 20 000 psi, aproximadamente 138 MPa. Los códigos chinos de tuberías y recipientes a presión, como GB/T 20801 y GB 150, publican una tensión permisible a temperatura ambiente comparable de aproximadamente 135 MPa para el mismo material.
| Sistema de código | Estrés ambiental permitido | Base |
|---|---|---|
| ASME B31.3 / ASME BPVC Sección II Parte D | 20,0 ksi, aproximadamente 138 MPa | Resistencia mínima a la tracción dividida por 3 |
| Serie GB/T 20801/GB 150 | Alrededor de 135 MPa | Factores de seguridad y tablas de temperatura del código chino. |
Efectos de la temperatura y reglas de baja-temperatura
La tensión permitida es función de la temperatura. A temperaturas elevadas, el valor disminuye a medida que disminuye la resistencia y las tablas de códigos deben leerse a la temperatura de diseño real. Para servicio en frío, el límite importante no es la tensión permitida sino la temperatura mínima de diseño del metal. A333 Grado 6 se somete a pruebas de impacto a -45 grados Celsius; por debajo de esa temperatura, el código requiere una evaluación-por-caso, pruebas de impacto adicionales o un material diferente, como A333 Grado 3. En el diseño práctico de baja temperatura, el valor de tensión ambiental permitida suele ser el que rige para el acero al carbono.
Cómo aplicar el valor en el diseño
En ASME B31.3, el espesor de pared mínimo requerido para la presión interna se calcula con la tensión básica permitida S de la Tabla A-1, junto con la presión de diseño, el diámetro exterior y los factores de calidad de la junta y la fundición. El diseñador selecciona la temperatura de diseño y lee el valor S correspondiente, luego aplica la fórmula del código. Para el diseño del código chino, la tabla de tensiones permitidas correspondiente en GB/T 20801 se utiliza de la misma manera. En ambos sistemas, la norma de tubería A333 o SA-333 debe mencionarse en la especificación del material para que el certificado de fábrica coincida con el material incluido en el código.
Conceptos erróneos comunes
La tensión permitida no es una propiedad del material impresa en el certificado de la fábrica; es un valor de diseño derivado-de código. El factor de seguridad no se aplica como un único multiplicador de 0,4 como se ve a veces en la literatura simplificada; El valor ASME se deriva de la resistencia a la tracción dividida por 3 a temperatura ambiente. La tensión permitida no disminuye progresivamente por debajo de -45 grados Celsius; El límite que rige a temperaturas muy bajas es la temperatura mínima de diseño del metal y el requisito de la prueba de impacto-, no una tensión de caída permitida. Por último, el valor de la temperatura ambiente no debe utilizarse a ciegas a 300 grados Celsius, donde la tabla de códigos ya indica un número inferior.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la tensión permitida para la tubería A333 Grado 6?
En ASME B31.3 Tabla A-1, la tensión permitida a temperatura ambiente para SA-333 Grado 6 es 20 000 psi, aproximadamente 138 MPa. Los códigos chinos enumeran alrededor de 135 MPa.
¿Cómo se obtiene el valor de 138 MPa?
Es un tercio de la resistencia mínima a la tracción de 415 MPa. El criterio de límite elástico-de dos tercios de 240 MPa da 160 MPa, por lo que prevalece el criterio de tracción.
¿El estrés permisible cambia con la temperatura?
Sí. Lea el valor de la tabla de códigos a la temperatura de diseño. Para el acero al carbono, las temperaturas elevadas reducen la tensión permitida; para servicio en frío el valor ambiental suele prevalecer.
¿Se puede utilizar A333 Grado 6 por debajo de -45 grados Celsius?
No como artículo estándar del catálogo. La calificación Charpy es de -45 grados Celsius, por lo que el servicio más frío necesita una evaluación de la caja o un grado de aleación superior, como A333 Grado 3.
¿Cuál es el factor de seguridad detrás del valor ASME?
A temperatura ambiente, la tensión básica permitida utiliza la resistencia mínima a la tracción dividida por 3, con los dos-tercios-de-el criterio de fluencia se verifica en paralelo.
¿Por qué difieren los valores ASME y GB?
Los códigos de presión chinos aplican sus propios factores de seguridad y tablas de temperatura, que arrojan alrededor de 135 MPa para el mismo material a temperatura ambiente.