Presiones estándar industriales hidráulicas
Las presiones estándar en sistemas hidráulicos se establecen mediante la combinación de normas de fabricación, clases de presión y criterios de diseño. Los niveles nominales más utilizados en la industria son 150 bar, 250 bar y 350 bar, en línea con las series normalizadas ISO 2944 y las clasificaciones de bridas ASME B16.5.
Unidades y conversión
Sección titulada «Unidades y conversión»| Unidad de presión | Símbolo | Equivalencia en bar | Equivalencia en psi |
|---|---|---|---|
| Bar | bar | 1 bar / 1 bar | 14,504 psi / 14,504 psi |
| Megapascal | MPa | 10 bar / 10 bar | 145,04 psi / 145,04 psi |
| Kilopascal | kPa | 0,01 bar / 0,01 bar | 0,145 psi / 0,145 psi |
| Libra por pulgada cuadrada | psi | 0,06895 bar / 0,06895 bar | 1 psi / 1 psi |
| Atmósfera técnica | at | 0,9807 bar / 0,9807 bar | 14,223 psi / 14,223 psi |
Normas y clasificaciones de presión
Sección titulada «Normas y clasificaciones de presión»Las normas internacionales definen presiones nominales (PN) y clases de presión para componentes hidráulicos. Las bridas ASME B16.5 utilizan las clases 150, 300, 400, 600, 900, 1500 y 2500, mientras que las normas ISO emplean la serie PN (2,5 a 400 bar). La presión de prueba hidrostática suele ser 1,5 veces la presión de trabajo admisible para componentes con certificación hidráulica.
Presiones de prueba hidrostática para bridas ASTM
Sección titulada «Presiones de prueba hidrostática para bridas ASTM»| Especificación ASTM | Clase 150 | Clase 300 | Clase 400 | Clase 600 | Clase 900 | Clase 1500 | Clase 2500 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A105, A216-WCB, A350-LF2, A516-70 y similares | 31,0 bar / 450 psig | 77,6 bar / 1125 psig | 103,4 bar / 1500 psig | 153,4 bar / 2225 psig | 231,0 bar / 3350 psig | 384,3 bar / 5575 psig | 639,4 bar / 9275 psig |
| A106-C, A203-B/E, A216-WCC, A352-LCC/LC2/LC3 | 31,0 bar / 450 psig | 77,6 bar / 1125 psig | 103,4 bar / 1500 psig | 155,1 bar / 2250 psig | 232,7 bar / 3375 psig | 387,8 bar / 5625 psig | 646,4 bar / 9375 psig |
| A106-B, A350-LF1, A515-60, A516-60 y similares | 25,9 bar / 375 psig | 65,5 bar / 950 psig | 86,2 bar / 1250 psig | 129,3 bar / 1875 psig | 191,3 bar / 2775 psig | 320,6 bar / 4650 psig | 532,6 bar / 7725 psig |
| A182-F304, A182-F304H, A240-304, A312-TP304 y similares | 29,3 bar / 425 psig | 75,8 bar / 1100 psig | 100,0 bar / 1450 psig | 149,9 bar / 2175 psig | 224,1 bar / 3250 psig | 372,3 bar / 5400 psig | 620,5 bar / 9000 psig |
Tablas de presión máxima en tuberías estandarizadas
Sección titulada «Tablas de presión máxima en tuberías estandarizadas»La presión de trabajo admisible de una tubería hidráulica de acero depende del espesor de pared (Schedule) y del diámetro nominal. La tabla siguiente presenta presiones máximas para tuberías API 5L / A-106 con resistencia a la tracción mínima de 60 ksi.
| Tamaño nominal (in) | Diámetro exterior | Espesor de pared Schedule 40 | Presión máxima Sch 40 | Espesor de pared Schedule 80 | Presión máxima Sch 80 | Espesor de pared Schedule 160 | Presión máxima Sch 160 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1/2“ | 0,84 in / 21,3 mm | 0,109 in / 2,77 mm | 399,4 bar / 5792 psi | 0,147 in / 3,73 mm | 561,1 bar / 8140 psi | 0,188 in / 4,78 mm | 752,0 bar / 10905 psi |
| 1“ | 1,315 in / 33,4 mm | 0,133 in / 3,38 mm | 303,5 bar / 4402 psi | 0,179 in / 4,55 mm | 421,3 bar / 6110 psi | 0,250 in / 6,35 mm | 618,4 bar / 8969 psi |
| 2“ | 2,375 in / 60,3 mm | 0,154 in / 3,91 mm | 188,6 bar / 2736 psi | 0,218 in / 5,54 mm | 273,2 bar / 3963 psi | 0,344 in / 8,74 mm | 451,8 bar / 6553 psi |
| 4“ | 4,5 in / 114,3 mm | 0,237 in / 6,02 mm | 151,6 bar / 2199 psi | 0,337 in / 8,56 mm | 219,7 bar / 3186 psi | 0,531 in / 13,5 mm | 359,3 bar / 5212 psi |
| 6“ | 6,625 in / 168,3 mm | 0,280 in / 7,11 mm | 120,7 bar / 1750 psi | 0,432 in / 10,97 mm | 189,7 bar / 2752 psi | 0,719 in / 18,26 mm | 327,8 bar / 4754 psi |
| 8“ | 8,625 in / 219,1 mm | 0,322 in / 8,18 mm | 106,1 bar / 1539 psi | 0,500 in / 12,70 mm | 167,7 bar / 2432 psi | 0,906 in / 23,01 mm | 316,3 bar / 4587 psi |
Factores que influyen en la presión de trabajo
Sección titulada «Factores que influyen en la presión de trabajo»La presión nominal de los componentes hidráulicos sufre derrateo con la temperatura y depende de la resistencia del material. Para tuberías de acero al carbono según ASTM A106, la tensión admisible se reduce al aumentar la temperatura, lo que disminuye la presión máxima en caliente. El factor de seguridad típico en sistemas hidráulicos oscila entre 4:1 y 6:1 sobre la presión de estallido.
Fórmulas de cálculo básicas
Sección titulada «Fórmulas de cálculo básicas»La presión de trabajo de un tubo cilíndrico se estima mediante la fórmula de Barlow:
P = (2 × S × t) / D
Donde:
- P = presión admisible
- S = tensión de trabajo del material
- t = espesor de pared
- D = diámetro exterior
Para calcular la pérdida de carga por fricción en tuberías rectas de sección constante se emplea la ecuación de Darcy-Weisbach:
h = f × (L / D) × (V² / (2g))
Con la correspondiente caída de presión: Δp = f × (L / D) × (ρ × V² / 2)
Donde f es el factor de fricción (obtenido de la ecuación de Colebrook para régimen turbulento), L la longitud, D el diámetro, V la velocidad media del fluido y ρ su densidad.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la presión estándar más común en sistemas hidráulicos móviles?
Los sistemas hidráulicos móviles operan típicamente en el rango de 200 a 350 bar, siendo 250 bar una de las presiones nominales más extendidas.
¿A cuánto equivale una presión de prueba de 1500 psig en bar?
La presión de prueba de 1500 psig equivale exactamente a 103,4 bar, valor asociado a las bridas clase 400 según ASTM.
¿Qué presión máxima admite una tubería Schedule 80 de 2 pulgadas?
Una tubería Schedule 80 de 2 in (60,3 mm) soporta una presión máxima de aproximadamente 273,2 bar / 3963 psi a 100 °F (38 °C).
¿Cuál es la presión de prueba hidrostática para bridas ASTM A105 clase 600?
La prueba hidrostática para bridas ASTM A105 clase 600 es de 153,4 bar / 2225 psig.
¿Qué presión de trabajo tiene una tubería Schedule 160 de 1 pulgada?
La tubería Schedule 160 de 1 in alcanza una presión máxima de 618,4 bar / 8969 psi a temperatura ambiente.
¿Cuál es la diferencia entre PN y clase en términos de presión?
La designación PN (Presión Nominal) se expresa en bar (por ejemplo, PN 250 = 250 bar), mientras que la clase ASME (150, 300, etc.) se refiere a psig; una clase 150 equivale a 10,3 bar de presión de servicio para acero al carbono.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/hydrostatic-test-pressure-flanges-d_1339.html
- engineersedge.com: https://www.engineersedge.com/fluid_flow/steel-pipe-pressure-ratings.htm
- efunda.com: https://www.efunda.com/formulae/fluids/calc_pipe_friction.cfm