Calculadora del pes de canonades

Una calculadora del pes de canonades calcula quant pesa una canonada a partir de la seva longitud, el diàmetre, el gruix de la paret i el material. S’utilitza en enginyeria, construcció i fabricació per planificar comandes de materials, triar equips d’elevació i dissenyar suports per a sistemes de canonades.

La calculadora accepta tant el gruix de la paret com el diàmetre interior, funciona amb unitats mètriques (mil·límetres, quilograms) o imperials (polzades, lliures) i inclou set materials habituals per a canonades: acer al carboni, acer inoxidable, alumini, coure, PVC, HDPE i ferro colat.

Fórmula del pes de la canonada

Una canonada és un cilindre buit. El seu pes és igual al volum de material de la paret de la canonada multiplicat per la densitat d’aquest material. El volum de la paret és el volum del cilindre exterior menys el volum de l’espai buit interior.

$W = \frac{\pi \times (D_o^2 - D_i^2) \times L \times \rho}{4}$

On:

• $W$ = pes de la canonada
• $D_o$ = diàmetre exterior
• $D_i$ = diàmetre interior
• $L$ = longitud de la canonada
• $\rho$ = densitat del material
• $\pi$ ≈ 3.14159

Si es coneix el gruix de la paret en lloc del diàmetre interior, primer cal trobar el diàmetre interior:

$D_i = D_o - 2t$

Aquí, $t$ és el gruix de la paret. Es duplica perquè el gruix de la paret s’aplica als dos costats de la canonada.

Totes les longituds han d’utilitzar la mateixa unitat abans d’aplicar la fórmula. La calculadora converteix els mil·límetres en metres dividint per 1.000, i les polzades en metres multiplicant per 0,0254. El resultat s’obté en quilograms. Per obtenir lliures, cal dividir per 0,45359237, perquè una lliura equival exactament a 0,45359237 quilograms.

Densitats dels materials

Una canonada d’acer pesa aproximadament 5,6 vegades més que una canonada de PVC de les mateixes dimensions. Una canonada d’alumini pesa aproximadament un terç del que pesa una canonada d’acer equivalent.

Com calcular el pes d’una canonada

1. Trieu un sistema d’unitats: mètric (mm, kg) o imperial (polzades, lliures).
2. Trieu un mètode d’entrada: diàmetre exterior amb gruix de la paret, o diàmetre exterior amb diàmetre interior.
3. Introduïu els valors de longitud i diàmetre de la canonada.
4. Seleccioneu el material de la canonada.
5. Llegiu el pes que mostra la calculadora.

El gruix de la paret ha de ser inferior a la meitat del diàmetre exterior, i el diàmetre interior ha de ser inferior al diàmetre exterior. Tant la longitud com el diàmetre han de ser superiors a zero.

Exemple resolt

Calculeu el pes d’una canonada d’acer al carboni de 6 metres, amb un diàmetre exterior de 114,3 mm i un gruix de paret de 6,02 mm.

Pas 1: Trobar el diàmetre interior.

$D_i = 114.3 - (2 \times 6.02) = 102.26 \text{ mm}$

Pas 2: Convertir a metres i trobar els radis.

Diàmetre exterior = 0,1143 m, per tant radi exterior = 0,05715 m.
Diàmetre interior = 0,10226 m, per tant radi interior = 0,05113 m.

Pas 3: Trobar l’àrea de la secció transversal de la paret.

$A = \pi \times (0.05715^2 - 0.05113^2) = \pi \times 0.00065185 = 0.0020478 \text{ m}^2$

Pas 4: Trobar el volum.

$V = 0.0020478 \times 6 = 0.012287 \text{ m}^3$

Pas 5: Multiplicar per la densitat de l’acer al carboni (7,850 kg/m³).

$W = 0.012287 \times 7{,}850 \approx 96.5 \text{ kg}$

Aquesta canonada de 6 metres pesa aproximadament 96,5 kg. Això equival aproximadament a 16,1 kg per metre, una xifra propera al pes publicat per a una canonada d’acer de 4 polzades Schedule 40.

Per què és important el pes de les canonades

Conèixer per endavant el pes de les canonades afecta diverses parts d’un projecte:

• Suports estructurals. Les canonades més pesants necessiten suports més junts o dissenyats per suportar una càrrega més gran.
• Elevació i transport. La capacitat de les grues i dels aparells d’elevació, així com els límits de pes dels camions, depenen del pes real que s’ha de moure.
• Estimació de costos. Molts productes de canonada tenen un preu basat en el pes, de manera que les xifres precises són importants per als pressupostos i les ofertes.
• Canonades marines i submarines. El pes determina si una canonada necessita llast addicional per mantenir-se al fons marí o si sura sense aquest llast.

Un pes calculat pressuposa unes dimensions exactes. Les canonades reals varien lleugerament a causa de les toleràncies de fabricació, normalment dins d’un marge d’un parell de punts percentuals respecte de la mida nominal; per tant, el pes real pot diferir lleugerament del valor calculat.

Preguntes freqüents

Quina precisió té una calculadora del pes de canonades?
Té tanta precisió com les dimensions i la densitat introduïdes. Les toleràncies de fabricació fan que el pes d’una canonada real pugui diferir lleugerament del valor calculat, normalment dins d’un marge d’aproximadament el 2–3%.

La mida nominal de la canonada dona el mateix resultat que les dimensions reals?
No. La mida nominal de canonada (NPS) és una denominació, no una mesura: per a mides inferiors a 14 polzades, no equival al diàmetre exterior real. Cal utilitzar sempre el diàmetre exterior real i el diàmetre interior real o el gruix de la paret, no la mida nominal.

Com afecta el Schedule al pes de la canonada?
El número de Schedule descriu el gruix de la paret. Un Schedule més alt (per exemple, Schedule 80 en lloc de Schedule 40) significa una paret més gruixuda i un diàmetre interior més petit amb el mateix diàmetre exterior, de manera que la canonada pesa més.

El pes calculat inclou els accessoris o els recobriments?
No. Només inclou un tram recte i sense accessoris de canonada. Els accessoris, les brides, les vàlvules, l’aïllament i els recobriments s’han de pesar o estimar per separat i afegir al total.

Puc utilitzar aquesta fórmula per a materials diferents dels que apareixen a la llista?
Sí. Utilitzeu la mateixa fórmula amb la densitat del material en kg/m³ en lloc d’una de les densitats indicades.

Com converteixo el resultat entre quilograms i lliures?
Una lliura equival exactament a 0,45359237 quilograms. Dividiu els quilograms per 0,45359237 per obtenir lliures, o multipliqueu les lliures per 0,45359237 per obtenir quilograms. Aquesta és la conversió exacta que utilitza la calculadora.

Normes per a les dimensions i el pes de les canonades

Diverses normes publiquen dimensions i pesos de referència per a mides habituals de canonades: ASME B36.10M per a canonades d’acer al carboni, ASME B36.19M per a canonades d’acer inoxidable, ASTM A53 per a canonades d’acer soldades i sense soldadura, API 5L per a canonades de conducció i ISO 4200 per a les dimensions i la massa dels tubs d’acer. Aquestes taules són útils per a mides estàndard; una calculadora és útil per a qualsevol mida que no hi aparegui o per a materials que no estiguin inclosos en una taula.