Cálculo do peso do tubo de aço inoxidável: fórmula, gráficos e verificações do comprador

Peso por metro: a fórmula, a constante e de onde vem

O peso por metro em quilogramas é (OD - espessura da parede) x espessura da parede x 0,02491. O diâmetro externo e a espessura da parede são inseridos em milímetros, o resultado é obtido em quilogramas por metro e 0,02491 é a constante de densidade para o aço inoxidável grau 304.

A constante não é um segredo comercial, é apenas geometria e densidade comprimidas em um número. A parede de um tubo é um anel, portanto sua área de seção transversal em milímetros quadrados é igual a pi x (OD - t) x t. Um metro dessa seção tem 1.000 mm de comprimento, o que dá um volume em milímetros cúbicos, e dividindo por 1.000 converte-o em centímetros cúbicos. Multiplique centímetros cúbicos pela densidade em gramas por centímetro cúbico e você terá gramas, depois divida por 1000 para obter quilogramas.

Toda essa cadeia desmorona em pi dividido por 1000, multiplicado pela densidade. Para 304 a densidade nominal é 7,93 g/cm3, então 0,0031416 x 7,93 = 0,02491. Para 316L a densidade nominal é 8,00 g/cm3, dando 0,02513. Nada mais na fórmula muda quando a nota muda, e é por isso que os compradores que memorizam uma constante e um número raramente têm problemas.

A consequência prática é que a escolha da classe é tanto uma decisão de peso quanto uma decisão de corrosão. Operar o mesmo tubo com diâmetro externo de 60,3 mm e parede de 2,77 mm em 304, 316L e 2205 produz três massas diferentes por metro e, em um pedido de 20 toneladas, essa diferença cai diretamente na fatura de frete e no plano de içamento.

Vale a pena memorizar duas linhas dessa tabela. O Duplex é aproximadamente 1,7% mais leve que o 316L em dimensões idênticas porque sua densidade é menor, e o Monel 400 é cerca de 10% mais pesado que o 304. Uma cotação baseada na constante 304 para um pedido de liga de níquel subestimará o peso de envio em várias centenas de quilogramas em uma carga de contêiner.

Por que o valor da densidade é mais importante do que a aritmética

A aritmética nunca dá errado, a entrada sim. O erro mais comum nos cálculos de peso é tratar 7,93 como uma densidade universal de aço inoxidável, e o segundo mais comum é usar uma constante de aço carbono de 0,02466 em um pedido de aço inoxidável.

A densidade nominal é publicada, mas o valor real se move dentro de uma faixa estreita de calor para calor. O conteúdo de cromo e níquel altera ligeiramente a densidade e o trabalho a frio a reduz uma fração. Para fins comerciais, o valor nominal é o correto a ser cotado, porque os pedidos de compra, os certificados da fábrica e as listas de embalagem são todos construídos com base na densidade nominal. O que você não deve fazer é reivindicar uma tolerância da balança mais rígida do que o processo real pode suportar.

Considere a distribuição em um tubo de 3 toneladas com diâmetro externo de 25,4 mm e parede de 2,11 mm. Na constante 304 o peso calculado é 1,224 kg/m. Na constante 316L é 1,235 kg/m. Em 2.450 metros de tubo, há uma lacuna de 27 kg, pequena o suficiente para ser absorvida, mas uma tolerância de parede de 10% na mesma ordem pode mover a massa real em 250 kg ou mais. A densidade de notas é uma questão de arredondamento; a tolerância da parede é a real.

Onde a densidade muda genuinamente, uma decisão comercial é sobre ligas de níquel e superausteníticos. Um pacote de trocador de calor 904L e um pacote de 316L com contagem de tubos idêntica têm aproximadamente o mesmo peso, mas um pacote Monel 400 não tem, e nem um pacote Inconel 625 com 8,44 g/cm3. O espaçamento do suporte do tubo, o peso do feixe por canal e a capacidade do guindaste precisam da constante correta antes do desenho ser liberado.

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Quatro exemplos resolvidos que você pode copiar diretamente

Exemplo 1: tubulação de instrumento, diâmetro externo de 25,4 mm, parede de 2,11 mm, TP316L, comprimento de 6 metros

Subtraia a parede do OD: 25,4 - 2,11 = 23,29. Multiplique pela parede: 23,29 x 2,11 = 49,14. Multiplique pela constante 316L: 49,14 x 0,02513 = 1,235 kg/m. Um comprimento de 6 metros equivale a 7,41 kg. Um pedido de 400 comprimentos equivale a 2.964 kg, ou 2.964 toneladas, antes da embalagem.

Exemplo 2: tubo de processo, diâmetro externo de 114,3 mm, parede de 6,02 mm, TP304, comprimento de 12 metros

114,3 - 6,02 = 108,28. Multiplique por 6,02 = 651,85. Multiplique por 0,02491 = 16,24 kg/m. Um comprimento de 12 metros equivale a 194,9 kg. Um pedido de 40 peças equivale a 7.796 kg, razão pela qual esse tamanho normalmente é manuseado com um guindaste em vez de uma empilhadeira e nunca é empacotado além do limite de elevação.

Exemplo 3: tubo quadrado e retangular

A fórmula redonda não se aplica. Para seção oca retangular, a área da seção transversal é 2t x (h w - 2t), onde h e w são as dimensões externas em milímetros. Com a densidade dobrada, a versão 304 passa a ser kg/m = 0,01586 x t x (h w - 2t).

Um tubo quadrado de 40 x 40 x 2 mm em 304: 0,01586 x 2 x (40 40 - 4) = 0,01586 x 152 = 2,41 kg/m. Um retângulo de 40 x 20 x 1,5 mm em 316L: 0,01591 x 1,5 x (40 20 - 3) = 0,01591 x 85,5 = 1,36 kg/m. O valor 0,01591 é simplesmente 2 x 8,00/1000 para 316L.

Exemplo 4: convertendo quilogramas novamente em metros

Metros disponíveis por tonelada = 1000 dividido por kg/m. Para 16,24 kg/m são 61,6 metros por tonelada. Se o cliente pedir 5 toneladas do mesmo tamanho, a resposta é 308 metros, ou 25 peças completas de 12 metros mais 8 metros de sobra, o que geralmente não é o que ele deseja receber. Sempre arredonde para um número inteiro de comprimentos padrão e cite a tonelagem resultante em vez da tonelagem solicitada.

Tabela de referência: Peso por metro para tamanhos redondos comuns

A tabela abaixo é calculada com a constante 304 de 0,02491 e a constante 316L de 0,02513. As dimensões seguem os tamanhos de pedido comuns ASTM e EN. Use-o para uma primeira estimativa e depois recalcule com a parede exata indicada no pedido de compra, porque uma diferença de parede de 0,2 mm em um tubo pequeno representa uma diferença de peso de 5%.

Leia a tabela e a escala se tornará óbvia. Dobrar o diâmetro externo em parede constante duplica aproximadamente a massa por metro, enquanto duplicar a parede em diâmetro externo constante mais do que duplica, porque o peso é escalado com a espessura da parede multiplicada pelo diâmetro médio. Em tubos com diâmetro externo grande, a parede domina o número, e em tubos com diâmetro externo pequeno, o diâmetro externo domina.

Peso teórico, peso real e lacuna de tolerância

O peso calculado é um valor teórico baseado nas dimensões nominais e na densidade nominal. Peso pesado é o que diz a balança do porto. A diferença entre os dois é normal e é regida pelas tolerâncias escritas no pedido de compra, não pela fórmula.

A espessura da parede é o maior contribuinte. A maioria dos pedidos de tubos inoxidáveis ​​são feitos contra uma faixa de tolerância de parede na faixa de mais ou menos 10 a 12,5 por cento, com o valor exato dependendo do padrão e da classe de tolerância especificada. Um tubo encomendado com 2,11 mm pode, portanto, sair da fábrica com 2,32 mm e ainda assim estar em conformidade.

Execute os números novamente naquela parede superior: 25,4 - 2,32 = 23,08, multiplicado por 2,32 = 53,55, multiplicado por 0,02513 = 1,346 kg/m contra 1,235 kg/m nominal. Isso representa um aumento de 9% no papel e é um produto totalmente legítimo.

A tolerância de comprimento adiciona uma segunda camada menor. Os comprimentos de corte geralmente são fornecidos com uma tolerância positiva, e um ou dois milímetros por peça em 3.000 peças são mensuráveis. A ovalidade, a esquadria da extremidade e a condição da extremidade chanfrada ou lisa alteram ligeiramente a massa.

Depois, há a lacuna operacional honesta: óleo, poeira, umidade e embalagens. O tubo empacotado com tiras de aço, tampas de plástico e patins de madeira pesa rotineiramente de 1 a 3% mais do que o tubo sozinho. Em uma remessa de 20 toneladas, isso equivale a até 600 kg de embalagem e conta na carga útil do contêiner, embora ninguém queira pagar o frete da madeira.

A maneira correta de lidar com tudo isso é citar o peso teórico para os documentos comerciais, indicar claramente a classe de tolerância aplicável e permitir uma margem de trabalho de 2 a 4 por cento ao reservar o frete. Os compradores que tratam o número calculado como uma promessa passarão a semana discutindo com uma balança de pesagem que está completamente correta.

Cálculos inversos: metros por tonelada, peças por pacote, bobinas por skid

A maioria das questões reais é invertida. O cliente conhece a tonelagem, ou o limite do guindaste, ou a carga útil do contêiner, e precisa saber quantos metros isso representa.

Metros por tonelada = 1000/kg por metro. Peças por pacote = limite de peso do pacote / (kg por metro x comprimento). Peso da peça = kg por metro x comprimento. Essas três linhas respondem a quase todas as questões logísticas que chegam com uma consulta de metrô.

Caso resolvido: um cliente precisa de exatamente 1000 kg de TP304 de 114,3 x 6,02 mm. Com 16,24 kg/m, isso equivale a 61,6 metros. Em comprimentos de 12 metros são 5 peças mais um restante de 1,6 metros, então a resposta prática é 5 peças com 974 kg, ou 6 peças com 1169 kg. Ambos estão corretos, e a escolha depende se o cliente prefere ficar vendido ou ter estoque extra.

Quando bobinas e tubos de precisão estão envolvidos, o valor do peso é inserido diretamente na documentação de remessa e no plano de carregamento da máquina do próprio cliente. Vale a pena publicar kg/m e metros por bobina na lista de embalagem, em vez de deixar que o comprador inverta os números.

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Carga útil de frete e contêiner: onde um erro de arredondamento fica caro

O preço do frete é baseado em peso ou volume, o que for maior, e o tubo de aço inoxidável fica estranho entre os dois. Um recipiente cheio de tubos de pequeno diâmetro se formará antes de pesar. Um recipiente cheio de canos pesados ​​pesará muito antes de formar um cubo. Saber com quem você está lidando decide se você envia 18 toneladas ou 26 toneladas.

Para remessas com carga inferior a contêiner, o peso cobrável é normalmente o maior entre o peso real em toneladas e o volume em metros cúbicos, de modo que o fator de conversão é efetivamente de 1.000 kg por metro cúbico. O tubo de pequeno diâmetro em feixes longos é volumoso; verifique o valor volumétrico antes de assumir que o peso prevalecerá.

Para cargas completas de contêineres, um contêiner de uso geral de 20 pés tem capacidade estimada em cerca de 28 toneladas de carga útil no papel, mas os limites legais rodoviários na Europa e na América do Norte geralmente limitam um contêiner carregado perto de 24 a 25 toneladas. Um contêiner de 40 pés oferece mais volume, mas não proporcionalmente mais carga útil, e é por isso que cargas densas geralmente viajam em caixas de 20 pés.

Caixa trabalhada: 219,1 x 4,78 mm TP304 a 25,52 kg/m. Uma carga útil de 24 toneladas permite 940 metros. Em comprimentos de 6 metros, são 156 peças, e a pilha de 156 peças com diâmetro externo de 219 mm ocupa muito menos do que um contêiner cheio de 20 pés, portanto, essa carga pesa. O mesmo contentor cheio com tubo de 12,7 mm transportaria muito menos de 24 toneladas e o custo do frete por tonelada triplicaria.

O gráfico acima mostra o mesmo tubo com diâmetro externo de 60,3 mm em cinco espessuras de parede, todas calculadas com a constante 304. Passar de 1,65 mm para 5,54 mm mais que triplica a massa por metro, e o limite de carga chega três vezes mais cedo. Essa é a comparação de peso mais útil quando um engenheiro de projeto pergunta se uma parede mais pesada é acessível.

O comprimento também altera o cálculo do frete de maneiras fáceis de ignorar. Longos comprimentos viajam mal em contêineres padrão e, além de cerca de 12 metros, o tubo deve se mover em equipamentos break bulk ou flat rack, o que altera tanto a taxa quanto o plano de carregamento. Quando um projeto realmente precisa de longos ciclos com menos soldas em campo, o peso por peça deve ser verificado em relação ao equipamento de elevação no local, bem como à embarcação.

Seis lugares onde o peso calculado varia em um pedido real

Esses são os itens que mais frequentemente explicam a diferença entre o valor calculado e o valor enviado. Nenhum deles é um erro de fórmula; todas elas são variáveis ​​normais que devem ser quantificadas antes do envio do pedido.

Existe uma disciplina simples que elimina a maioria das disputas. Indique no orçamento o método de cálculo, a constante de densidade utilizada e a classe de tolerância. Em seguida, mostre o peso teórico e o peso bruto estimado em duas colunas separadas na lista de embalagem. Os compradores param de discutir quando ambos os números estão visíveis e ambos estão rotulados.

Usando dados de peso para escolher um tubo mais leve e mais forte

O peso por metro não é apenas um número logístico. É um número de projeto, e uma das comparações mais úteis na seleção de tubos inoxidáveis ​​é entre uma classe austenítica e uma classe duplex na mesma pressão.

O Duplex S32205 tem um limite de escoamento mínimo de aproximadamente duas vezes e meia maior que o 316L, e o duplex também é um pouco menos denso. A combinação significa que um tubo duplex pode muitas vezes ser especificado com uma parede mais fina para a mesma pressão de projeto, e o tubo resultante é significativamente mais leve por metro do que a alternativa 316L. Dois efeitos seguem na mesma direção: parede mais fina e densidade mais baixa.

Uma ilustração prática: uma linha de diâmetro externo de 60,3 mm projetada em torno de 316L em parede de 3,91 mm, a 5,49 kg/m, pode em algumas classes de pressão ser servida por um tubo duplex em uma parede mais fina, e a massa por metro cai bem abaixo de 5 kg/m. Em um longo percurso offshore com centenas de metros de tubo, essa diferença altera o espaçamento dos suportes, os pesos dos feixes e o plano de instalação.

A redução de peso é real, mas não é gratuita. Duplex precisa de procedimentos de soldagem qualificados, controle de entrada de calor mais rígido e um regime adequado de limpeza pós-soldagem. A maneira correta de usar dados de peso é como ferramenta de triagem: calcule ambas as opções, compare a massa instalada e o custo de soldagem e depois decida. O peso por si só raramente vence a discussão, mas frequentemente inicia uma discussão útil.

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Unidades imperiais, conversões e regras de arredondamento

Nem todo comprador trabalha com milímetros e quilogramas, e os sistemas de unidades de mistura são uma maneira confiável de produzir uma cotação errada. Os dois sistemas são convertidos de forma limpa quando as constantes estão corretas.

Em unidades imperiais, a fórmula do tubo redondo é lb/ft = 10,80 x (OD - t) x t, com dimensões em polegadas. A constante 10,80 corresponde à densidade 304; para 316L é 10,90 e para duplex é 10,63. A razão pela qual a constante parece grande é que ela se dobra em pi, trinta centímetros por pé e densidade em libras por polegada cúbica.

Conversões que vale a pena manter em mãos: 1 kg/m equivale a 0,6720 lb/ft, 1 lb/ft equivale a 1,4882 kg/m, 1 polegada equivale a 25,4 mm e 1 tonelada curta equivale a 907,2 kg. Um comprimento de 20 pés equivale a 6.096 metros e um comprimento de 40 pés equivale a 12.192 metros.

O arredondamento deve seguir o documento. As cotações e confirmações de pedidos geralmente são arredondadas para três casas decimais em kg/m e para quilogramas inteiros no peso total. As listas de embalagem geralmente são arredondadas por peça para duas casas decimais, o que pode introduzir um pequeno erro cumulativo em uma grande contagem de peças; adicione as peças primeiro e depois arredonde o total.

Mais uma convenção é importante. O peso teórico é a base para a maior parte do comércio internacional de tubos inoxidáveis ​​e é declarado como tal no certificado do moinho. Quando um contrato especifica o peso real pesado, a faixa de tolerância e o método de pesagem devem ser escritos no acordo, caso contrário as duas partes estarão medindo coisas diferentes.

Uma lista de verificação de pré-encomenda para pedidos com peso crítico

1. Confirme o diâmetro externo e a parede exatos no pedido de compra, e não o tamanho de catálogo mais próximo.
2. Selecione a constante de densidade correta para o tipo que está sendo realmente fornecido, e não para o tipo na consulta.
3. Decida se o contrato tem peso teórico ou real e anote-o.
4. Combine a classe de tolerância da parede e calcule o peso nos limites superior e inferior.
5. Converta a tonelagem em comprimentos inteiros e verifique se o restante é aceitável.
6. Adicione o limite de embalagem de 1 a 3 por cento para o peso bruto nos documentos de envio.
7. Verifique o peso da peça em relação ao guindaste ou empilhadeira disponível no porto de carregamento e no local de destino.
8. Recalcular o plano de contêiner em relação ao limite de carga útil, e não ao limite de volume, para carga densa.

Cada uma destas etapas demora alguns minutos e evita os dois modos de falha que custam mais: um contentor que está legalmente sobrecarregado na estrada e um cliente que esperava 20 toneladas e recebeu 20,6 toneladas com um certificado totalmente válido.

Perguntas frequentes

Qual é a fórmula para o peso do tubo de aço inoxidável por metro?

(OD - espessura da parede) x espessura da parede x 0,02491 para a classe 304, com dimensões em milímetros e resultado em quilogramas por metro. Substitua 0,02513 por 316L, 0,02450 por duplex ou 0,02765 por Monel 400.

Por que a constante é diferente do aço carbono?

Porque a densidade é diferente. O aço carbono usa 0,02466 com base em 7,85 g/cm3, enquanto o aço inoxidável 304 usa 0,02491 com base em 7,93 g/cm3. Usar a constante de carbono em um pedido de aço inoxidável subestima o peso em cerca de um por cento.

Quão preciso é um peso calculado?

É exato para dimensões nominais e densidade nominal. Em relação a uma remessa física, espere uma diferença de 1 a 4 por cento na tolerância da parede, no comprimento permitido e na embalagem, e faça a cotação tendo essa margem em mente.

Como faço para converter quilogramas por metro em metros por tonelada?

Divida 1000 pelo valor de kg/m. Com 16,24 kg/m, uma tonelada equivale a 61,6 metros. Esta é a maneira mais rápida de verificar se uma tonelagem solicitada se converte em um número razoável de comprimentos padrão.

A fórmula funciona para tubos quadrados e retangulares?

Não, use kg/m = 2t x (h w - 2t) x densidade / 1000. Para 304 isso simplifica para 0,01586 x t x (h w - 2t) com todas as dimensões em milímetros.

Devo citar o peso teórico ou real?

O peso teórico é a norma internacional para tubos inoxidáveis ​​e é o que aparece na maioria dos certificados de fábricas. Se o contrato exigir peso real pesado, especifique o método de pesagem e a faixa de tolerância por escrito.

Quanto a embalagem adiciona ao peso de envio?

Normalmente de 1 a 3 por cento para cintas, patins, tampas e embalagens. Em tubos de parede pesada a percentagem é menor; em tubos de pequeno diâmetro de parede fina em feixes longos pode ser maior.

Posso reduzir o peso do tubo sem alterar o diâmetro externo?

Sim, de duas maneiras: especifique uma parede mais fina onde a pressão do projeto permitir ou mude para uma classe duplex de maior resistência que permita uma parede mais fina para a mesma tarefa. Ambos alteram a massa por metro e alteram os requisitos de soldagem e manuseio.