Como calcular peso de chapa de aço e de tubo (com tabelas)

Saber como calcular peso de chapa de aço e de tubo é parte do trabalho do caldeireiro: o peso entra no orçamento, na compra de material, no frete e, principalmente, na escolha do equipamento de içamento. A conta é a mesma para qualquer peça: volume vezes densidade. Com aço carbono, ela vira duas fórmulas curtas, uma para chapa e outra para tubo.

Neste artigo vamos trabalhar com o caso mais comum:

• peças de aço carbono, com densidade (peso específico) de 7,85 kg/dm³, o valor das tabelas de caldeiraria;

• peso teórico, calculado com as medidas nominais (o peso real varia com a espessura real da chapa ou do tubo);

• chapas retangulares, peças recortadas de chapa e tubos redondos;

• medidas em milímetros e resultado em quilos.

Na oficina se fala em peso, em quilos; na física, o quilo é unidade de massa. Para o que interessa aqui, o número é o mesmo.

A regra: volume vezes densidade

Um metro quadrado de chapa com 1 mm de espessura tem 1 dm³ de volume (10 dm × 10 dm × 0,01 dm). Como o aço carbono tem 7,85 kg por dm³, cada metro quadrado pesa 7,85 kg para cada milímetro de espessura. É essa a origem do 7,85 que aparece em todas as tabelas de chapa.

Para um tubo, a ideia é a mesma: o peso de um metro de tubo é a área da parede (o anel da seção) vezes um metro de comprimento vezes a densidade.

Como calcular peso de chapa de aço

Com o comprimento (C) e a largura (L) em metros e a espessura (e) em milímetros:

Peso (kg) = C × L × e × 7,85

O produto e × 7,85 é o peso por metro quadrado da chapa (kg/m²). Para chapa de 10 mm, são 78,5 kg/m²; basta multiplicar pela área.

Figura 1: A chapa do exemplo: 3 000 × 1 500 mm, com 10 mm de espessura (em amarelo). As medidas estão em milímetros; a espessura está ampliada 8 vezes no desenho para ficar visível.

Exemplo: chapa de 3 000 × 1 500 × 10 mm

• área: 3 × 1,5 = 4,5 m²;

• peso por metro quadrado: 10 × 7,85 = 78,5 kg/m²;

• peso da chapa: 4,5 × 78,5 = 353,25 kg.

Peça recortada: use a área líquida

Para uma peça cortada da chapa, calcule a área que sobra depois dos recortes (a área líquida) e multiplique pelo peso por metro quadrado. Exemplo: um disco de 600 mm de diâmetro com furo central de 200 mm, em chapa de 12 mm (94,2 kg/m²).

Figura 2: O disco do exemplo, em escala: diâmetro de 600 mm e furo central de 200 mm (em amarelo), em chapa de 12 mm. O peso da peça usa só a área azul (a área líquida); o quadrado tracejado de 600 × 600 mm é a chapa bruta, e os cantos cinza são sobra.

• área do disco cheio: π × 0,6² ÷ 4 = 0,282743 m², que pesaria 26,63 kg;

• área do furo: π × 0,2² ÷ 4 = 0,031416 m²;

• área líquida: 0,282743 − 0,031416 = 0,251327 m²;

• peso do disco: 0,251327 × 94,2 = 23,68 kg;

• chapa bruta de onde o disco sai (600 × 600 mm): 0,36 × 94,2 = 33,91 kg. Na compra, é esse peso que entra; 33,91 − 23,68 = 10,23 kg viram sobra.

Como calcular o peso de tubo de aço por metro

Com o diâmetro externo (D) e a espessura da parede (e) em milímetros, o peso de um metro de tubo de aço carbono é:

Peso (kg/m) = 0,0246615 × e × (D − e)

A fórmula não é uma aproximação. A área do anel, π ÷ 4 × (D² − d²), com o diâmetro interno d = D − 2e, é exatamente π × e × (D − e): a parede do tubo, aberta, é uma tira com a espessura da parede (e) e com comprimento igual à circunferência do meio da parede, π × (D − e). A constante junta π, a densidade e a troca de unidades: π × 7,85 = 24,6615, dividido por 1 000, dá 0,0246615. É a mesma constante das tabelas de tubos da ASME B36.10M.

Figura 3: A seção do tubo (no alto) e a mesma parede aberta numa tira (embaixo), na mesma escala. A linha amarela é o meio da parede, de diâmetro D − e; aberta, ela mede π (D − e), e a tira tem a área do anel. A espessura está ampliada no desenho.

Exemplo: tubo de 114,3 × 6,02 mm

É o tubo de 4" série 40 (schedule 40). Para uma barra de 6 m:

• meio da parede: 114,3 − 6,02 = 108,28 mm;

• peso por metro: 0,0246615 × 6,02 × 108,28 = 16,08 kg/m;

• conferência pela área: o anel tem 2 047,83 mm², e 2 047,83 × 0,00785 dá o mesmo 16,08 kg/m;

• barra de 6 m: 16,08 × 6 = 96,48 kg.

Tabela de peso de chapa de aço por espessura

Valores de e × 7,85, mais o peso de uma chapa de 3 000 × 1 500 mm (4,5 m²):

Tabela de peso de tubo de aço (série 40)

Tubos de 2" a 10" série 40, com o diâmetro externo e a espessura da ASME B36.10M. Os pesos por metro calculados com a fórmula coincidem com os da norma. Para o de 6": 168,3 − 7,11 = 161,19, e 0,0246615 × 7,11 × 161,19 = 28,26 kg/m.

A coluna da barra de 6 m é o peso por metro da tabela vezes 6.

E para outros materiais?

Troque 7,85 pela densidade do material, ou multiplique o resultado pela razão entre as densidades. O aço inoxidável tem densidade um pouco maior, que depende da liga; com 8,00 kg/dm³ (o valor da tabela do manual de caldeiraria da Petrobras), o fator é 8,00 ÷ 7,85 = 1,019, e o tubo do exemplo passa a 16,08 × 1,019 = 16,39 kg/m (16,39 − 16,08 = 0,31 kg/m a mais). Para outros materiais, use a densidade informada pelo fornecedor.

Passo a passo: como calcular peso de chapa de aço e de tubo

1. Confirme o material e a densidade: 7,85 kg/dm³ para aço carbono.

2. Meça a peça em milímetros. Para tubo, use o diâmetro externo (da tabela do tubo ou medido), e não a bitola em polegadas.

3. Para chapa, passe o comprimento e a largura para metros e calcule a área. Desconte furos e recortes.

4. Multiplique a área pela espessura em milímetros e por 7,85.

5. Para tubo, calcule D − e (o diâmetro no meio da parede).

6. Multiplique 0,0246615 × e × (D − e) para ter o peso por metro.

7. Multiplique o peso por metro pelo comprimento do tubo, em metros.

8. Some as peças de um conjunto e confira se o resultado faz sentido com as tabelas.

Erros comuns ao calcular peso de chapa de aço e de tubo

1. Usar o diâmetro interno na fórmula do tubo

A fórmula pede o diâmetro externo. No exemplo, o diâmetro interno é 114,3 − 12,04 = 102,26 mm; usado no lugar do externo, dá 102,26 − 6,02 = 96,24 e 14,29 kg/m. São 16,08 − 14,29 = 1,79 kg/m a menos, cerca de 11 %.

2. Usar a bitola em polegadas como diâmetro

O tubo de 4" não tem 101,6 mm de diâmetro externo: tem 114,3 mm. Use sempre o diâmetro externo da tabela do tubo ou medido.

3. Misturar milímetros e metros

Na fórmula da chapa, comprimento e largura vão em metros e a espessura em milímetros. Com as três em milímetros, o resultado sai um milhão de vezes maior; com as três em metros, mil vezes menor.

4. Esquecer furos e recortes, ou esquecer a sobra

O peso da peça pronta usa a área líquida; o peso da compra usa a chapa bruta. No disco do exemplo, a diferença é de 10,23 kg.

5. Usar a constante do aço carbono para outro material

O 7,85 e o 0,0246615 valem para aço carbono. Para inox, alumínio ou outra liga, corrija pela densidade.

Perguntas frequentes

Quanto pesa um metro quadrado de chapa de aço de 1 mm?

7,85 kg. Para outra espessura, multiplique: chapa de 10 mm pesa 78,5 kg/m².

De onde vem o 0,02466 da fórmula do tubo?

É π × 7,85 ÷ 1 000 = 0,0246615, que as tabelas arredondam para 0,02466. Ele transforma a área do anel, em mm², em quilos por metro de aço carbono.

Como calcular o peso de tubo quadrado ou retangular?

Com cantos vivos, a área da parede é 2 × e × (B + H − 2e), sendo B e H as medidas externas dos lados. Para 50 × 50 × 3 mm, B + H − 2e vale 94 mm, a área é 2 × 3 × 94 = 564 mm² e o peso, 4,43 kg/m. Nos tubos de cantos arredondados, a área muda com o raio do canto e a tolerância de fabricação: para o valor de catálogo, use a tabela do fabricante.

Quanto pesa a chapa de uma virola?

Calcule o comprimento da chapa pelo diâmetro médio (veja como calcular o comprimento da chapa para calandrar virola) e aplique a fórmula da chapa. Virola de 1 000 mm de diâmetro externo, chapa de 8 mm e 1,5 m de altura: 1 000 − 8 = 992, chapa de 3,1416 × 992 = 3 116,47 mm e peso de 293,57 kg. A fórmula do tubo dá o mesmo: 195,71 kg/m × 1,5 m.

O peso real é igual ao teórico?

Não exatamente. A espessura e o diâmetro reais variam dentro da tolerância de fabricação, e o peso real acompanha essa variação. Para içamento, use o peso do certificado ou da balança, quando existir, e a margem definida no plano de içamento (plano de rigging).

Veja também

• Comprimento da chapa para calandrar virola: cálculo passo a passo

• O que é traçado de caldeiraria industrial? Guia prático para caldeireiros

Resumo

Peso de chapa de aço carbono: C (m) × L (m) × e (mm) × 7,85, com a área líquida para peças recortadas. Peso de tubo de aço carbono: 0,0246615 × e × (D − e) quilos por metro, com o diâmetro externo. Para outro material, corrija pela densidade.

Importante

Os valores deste artigo são pesos teóricos de aço carbono, calculados com medidas nominais. Não use o peso teórico sozinho para dimensionar um içamento: confira o peso pelo certificado do material ou pela balança, some acessórios e dispositivos e siga o plano e o procedimento de içamento do seu local de trabalho.