Cómo calcular el peso de una chapa de acero y de un tubo

Saber cómo calcular el peso de una chapa de acero y de un tubo forma parte del trabajo del calderero: el peso entra en el presupuesto, en la compra de material, en el transporte y, sobre todo, en la elección del equipo de elevación de cargas. La regla es la misma para cualquier pieza: volumen por densidad. Con acero al carbono se convierte en dos fórmulas cortas, una para chapa y otra para tubo.

En este artículo trabajaremos con el caso más habitual:

• piezas de acero al carbono, con una densidad de 7,85 kg/dm³, el valor de las tablas de calderería;

• peso teórico, calculado con las medidas nominales (el peso real varía con el espesor real de la chapa o del tubo);

• chapas rectangulares (lámina o placa en México y Colombia; plancha en Chile y Ecuador), piezas cortadas de chapa y tubos redondos;

• medidas en milímetros y resultado en kilos.

En el taller se habla de peso, en kilos; en física, el kilo es unidad de masa. Para lo que interesa aquí, el número es el mismo.

La regla: volumen por densidad

Un metro cuadrado de chapa de 1 mm de espesor tiene 1 dm³ de volumen (10 dm × 10 dm × 0,01 dm). Como el acero al carbono pesa 7,85 kg por dm³, cada metro cuadrado pesa 7,85 kg por cada milímetro de espesor. De ahí sale el 7,85 que aparece en todas las tablas de chapa.

Para un tubo, la idea es la misma: el peso de un metro de tubo es el área de la pared (el anillo de la sección) por un metro de longitud por la densidad.

Cómo calcular el peso de una chapa de acero

Con el largo (L) y el ancho (A) en metros y el espesor (e) en milímetros:

Peso (kg) = L × A × e × 7,85

El producto e × 7,85 es el peso por metro cuadrado de la chapa (kg/m²). Para chapa de 10 mm son 78,5 kg/m²; basta multiplicar por el área.

Figura 1: La chapa del ejemplo: 3 000 × 1 500 mm, con 10 mm de espesor (en amarillo). Las medidas están en milímetros; el espesor está ampliado 8 veces en el dibujo para que se vea.

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

• área: 3 × 1,5 = 4,5 m²;

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

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

Pieza recortada: usa el área neta

Para una pieza cortada de la chapa, calcula el área que queda después de los recortes (el área neta) y multiplícala por el peso por metro cuadrado. Ejemplo: un disco de 600 mm de diámetro con un agujero central de 200 mm, en chapa de 12 mm (94,2 kg/m²).

Figura 2: El disco del ejemplo, a escala: 600 mm de diámetro y agujero central de 200 mm (en amarillo), en chapa de 12 mm. El peso de la pieza usa solo el área azul (el área neta); el cuadrado discontinuo de 600 × 600 mm es la chapa en bruto, y las esquinas grises son retal.

• área del disco entero: π × 0,6² ÷ 4 = 0,282743 m², que pesaría 26,63 kg;

• área del agujero: π × 0,2² ÷ 4 = 0,031416 m²;

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

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

• chapa en bruto de la que sale el disco (600 × 600 mm): 0,36 × 94,2 = 33,91 kg. En la compra entra ese peso; 33,91 − 23,68 = 10,23 kg quedan como retal.

Cómo calcular el peso de un tubo de acero por metro

Con el diámetro exterior (D) y el espesor de pared (e) en milímetros, el peso de un metro de tubo de acero al carbono es:

Peso (kg/m) = 0,0246615 × e × (D − e)

La fórmula no es una aproximación. El área del anillo, π ÷ 4 × (D² − d²), con el diámetro interior d = D − 2e, es exactamente π × e × (D − e): la pared del tubo, abierta, es una tira de espesor e cuya longitud es la circunferencia del centro de la pared, π × (D − e). La constante reúne π, la densidad y el cambio de unidades: π × 7,85 = 24,6615, dividido entre 1 000, da 0,0246615. Es la misma constante de las tablas de tubos de la ASME B36.10M.

Figura 3: La sección del tubo (arriba) y la misma pared abierta en una tira (abajo), a la misma escala. La línea amarilla es el centro de la pared, de diámetro D − e; abierta, mide π (D − e), y la tira tiene el área del anillo. El espesor está ampliado en el dibujo.

Ejemplo: tubo de 114,3 × 6,02 mm

Es el tubo de 4" cédula 40 (schedule 40). Para una barra de 6 m:

• centro de la pared: 114,3 − 6,02 = 108,28 mm;

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

• comprobación por el área: el anillo tiene 2 047,83 mm², y 2 047,83 × 0,00785 da los mismos 16,08 kg/m;

• barra de 6 m: 16,08 × 6 = 96,48 kg.

Tabla de peso de chapa de acero por espesor

Valores de e × 7,85, más el peso de una chapa de 3 000 × 1 500 mm (4,5 m²):

Tabla de peso de tubo de acero (cédula 40)

Tubos de 2" a 10" cédula 40, con el diámetro exterior y el espesor de la ASME B36.10M. Los pesos por metro calculados con la fórmula coinciden con los de la norma. Para el de 6": 168,3 − 7,11 = 161,19, y 0,0246615 × 7,11 × 161,19 = 28,26 kg/m.

La columna de la barra de 6 m es el peso por metro de la tabla por 6.

¿Y para otros materiales?

Cambia 7,85 por la densidad del material, o multiplica el resultado por la razón entre las densidades. El acero inoxidable tiene una densidad algo mayor, que depende de la aleación; con 8,00 kg/dm³ (el valor de la tabla del manual de calderería de Petrobras), el factor es 8,00 ÷ 7,85 = 1,019, y el tubo del ejemplo pasa a 16,08 × 1,019 = 16,39 kg/m (16,39 − 16,08 = 0,31 kg/m más). Para otros materiales, usa la densidad que indique el proveedor.

Paso a paso: cómo calcular el peso de una chapa de acero y de un tubo

1. Confirma el material y la densidad: 7,85 kg/dm³ para acero al carbono.

2. Mide la pieza en milímetros. Para tubo, usa el diámetro exterior (de la tabla del tubo o medido), y no la medida nominal en pulgadas.

3. Para chapa, pasa el largo y el ancho a metros y calcula el área. Descuenta agujeros y recortes.

4. Multiplica el área por el espesor en milímetros y por 7,85.

5. Para tubo, calcula D − e (el diámetro en el centro de la pared).

6. Multiplica 0,0246615 × e × (D − e) para obtener el peso por metro.

7. Multiplica el peso por metro por la longitud del tubo, en metros.

8. Suma las piezas de un conjunto y comprueba que el resultado tiene sentido con las tablas.

Errores comunes al calcular el peso de una chapa de acero y de un tubo

1. Usar el diámetro interior en la fórmula del tubo

La fórmula pide el diámetro exterior. En el ejemplo, el diámetro interior es 114,3 − 12,04 = 102,26 mm; usado en lugar del exterior, da 102,26 − 6,02 = 96,24 y 14,29 kg/m. Son 16,08 − 14,29 = 1,79 kg/m menos, alrededor de un 11 %.

2. Usar la medida nominal en pulgadas como diámetro

El tubo de 4" no tiene 101,6 mm de diámetro exterior: tiene 114,3 mm. Usa siempre el diámetro exterior de la tabla del tubo o medido.

3. Mezclar milímetros y metros

En la fórmula de la chapa, el largo y el ancho van en metros y el espesor en milímetros. Con los tres en milímetros, el resultado sale un millón de veces mayor; con los tres en metros, mil veces menor.

4. Olvidar agujeros y recortes, u olvidar el retal

El peso de la pieza terminada usa el área neta; el peso de la compra usa la chapa en bruto. En el disco del ejemplo, la diferencia es de 10,23 kg.

5. Usar la constante del acero al carbono para otro material

El 7,85 y el 0,0246615 valen para acero al carbono. Para inoxidable, aluminio u otra aleación, corrige por la densidad.

Preguntas frecuentes

¿Cuánto pesa un metro cuadrado de chapa de acero de 1 mm?

7,85 kg. Para otro espesor, multiplica: la chapa de 10 mm pesa 78,5 kg/m².

¿De dónde sale el 0,02466 de la fórmula del tubo?

Es π × 7,85 ÷ 1 000 = 0,0246615, que las tablas redondean a 0,02466. Convierte el área del anillo, en mm², en kilos por metro de acero al carbono.

¿Cómo se calcula el peso de un tubo cuadrado o rectangular?

Con aristas vivas (sin radio en las esquinas), el área de la pared es 2 × e × (B + H − 2e), con B y H los lados exteriores. Para 50 × 50 × 3 mm, B + H − 2e vale 94 mm, el área es 2 × 3 × 94 = 564 mm² y el peso, 4,43 kg/m. En los tubos con esquinas redondeadas, el área cambia con el radio de la esquina y la tolerancia de fabricación: para el valor de catálogo, usa la tabla del fabricante.

¿Cuánto pesa la chapa de una virola?

Calcula la longitud de la chapa con el diámetro neutro (consulta la longitud de la chapa para curvar una virola) y aplica la fórmula de la chapa. Virola de 1 000 mm de diámetro exterior, chapa de 8 mm y 1,5 m de altura: 1 000 − 8 = 992, chapa de 3,1416 × 992 = 3 116,47 mm y peso de 293,57 kg. La fórmula del tubo da lo mismo: 195,71 kg/m × 1,5 m.

¿El peso real es igual al teórico?

No exactamente. El espesor y el diámetro reales varían dentro de la tolerancia de fabricación, y el peso real sigue esa variación. Para la elevación de cargas (izaje), usa el peso del certificado o de la báscula, cuando exista, y el margen que fije el plan de izaje.

Véase también

• Longitud de la chapa para curvar una virola: cálculo paso a paso

• ¿Qué es el trazado de calderería industrial? Guía práctica para caldereros

Resumen

Peso de chapa de acero al carbono: L (m) × A (m) × e (mm) × 7,85, con el área neta para piezas recortadas. Peso de tubo de acero al carbono: 0,0246615 × e × (D − e) kilos por metro, con el diámetro exterior. Para otro material, corrige por la densidad.

Importante

Los valores de este artículo son pesos teóricos de acero al carbono, calculados con medidas nominales. No uses el peso teórico solo para planificar una elevación de cargas: comprueba el peso con el certificado del material o con la báscula, suma los accesorios de elevación (eslingas, grilletes), y sigue el plan y el procedimiento de izaje de tu lugar de trabajo.