Como calcular a pressão que um tubo pode suportar?

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Eu estava olhando para tubos de alta pressão e suas classificações de pressão. Eu gostaria de saber como essas classificações de pressão são determinadas.

Suponho que os tubos sejam testados até a falha e a pressão de falha seja multiplicada por algum fator de segurança para determinar sua pressão 'nominal', mas existe uma fórmula para calcular qual deve ser a pressão de falha antes de testá-la (com base no material, parede espessura, diâmetro ou outras medições do tubo)?

mechanical-engineering pressure mechanical-failure

— jhabbott
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De acordo com o Código de tubulação de processo ASME (B31.3)

p = \frac{2 * t * S * E}{D - 2 * t * Y}

$p = \frac{2 * t * S * E}{D - 2 * t * Y}$

Onde

$p$ = pressão interna = espessura da parede = resistência à tração do material = diâmetro externo = coeficiente de espessura da parede (B31.3-1999, tabela 304.1.1) = fator de qualidade de construção do material e do tubo (B31.3-1999, tabela A-1A)
$t$
$S$
$D$
$Y$
$E$

Observe que essa equação realmente tem um fator de segurança incluído.

— CoryKramer
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Observe que 2tS é a força por comprimento que mantém duas metades do tubo juntas e (D - 2t) p é a força por comprimento que tenta separar essas duas metades. Y e E são fatores de correção para garantir a segurança.

— Rick

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No mundo da tubulação de plástico, a fórmula é diferente, porque o material não produz . Para plásticos isotrópicos , B31.3 mostra a tubulação como:

p = \frac{2 S t}{D - t}

$p = \frac{2St}{D-t}$

Onde D, t e S permanecem os mesmos que acima. No entanto, a resistência permitida (S) é fornecida por uma especificação ASTM aplicável, que funciona da mesma forma que a tensão de escoamento - mas nem sempre é baseada na resistência máxima do material.

A tubulação composta, composta por laminados ortotrópicos , não possui uma resistência bem definida - o material é projetado com o tubo. Nesses casos, a suposição original de que os tubos são testados até que a falha esteja absolutamente correta. B31.3 declara novamente:

p = \frac{2 S F t}{D - t}

$p = \frac{2SFt}{D-t}$

Onde um novo fator, F é introduzido. S é obtido a partir da Base Hidrostática de Projeto - e é essencialmente uma Curva SN para essa sequência específica de laminação. F permite a conversão entre os dois testes - 0,5 para o teste estático, 1,0 para o teste dinâmico.

Atualmente, a ASME está revisando esse método - e essa é uma nova e empolgante área de desenvolvimento para eles, pois está gerando um novo padrão de tubulação para aliviar a indústria dos caros e extensos requisitos de teste de HDB.

O teste de qualidade exigido pelo ASTM D2996 / ASTM D2992 garante que a tubulação seja feita da mesma maneira - qualquer alteração na fórmula requer um novo teste. Usando esse método, a tubulação composta geralmente é projetada para um ciclo de vida de 50 anos.

— Marca
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