Como puedes calcular el espesor en tuberías de acero al carbono para el transporte de gas natural, etano y gas asociado al carbón mineral bajo la norma NOM-007-ASEA-2016.
13 de junio, 2025.
En el sector de transporte de gas natural, etano y gas asociado al carbón mineral, la integridad de los ductos es fundamental para garantizar la seguridad operativa, la protección del medio ambiente y el cumplimiento normativo. Uno de los aspectos clave en el diseño y evaluación de sistemas de tuberías es el cálculo del espesor mínimo requerido, y en México, este cálculo debe regirse por lo estipulado en la NOM-007-ASEA-2016.
1. ¿Qué es la NOM-007-ASEA-2016?
La Norma Oficial Mexicana NOM-007-ASEA-2016, emitida por la Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), establece las especificaciones técnicas y requisitos mínimos de seguridad industrial y operativa para el diseño, construcción, operación y mantenimiento de ductos terrestres dedicados al transporte.
2. Alcance y campo de aplicación de la norma
“En la NOM-007-ASEA-2016, en el punto 2.2 establece que los ductos comprenden desde el (los) punto(s) de origen hasta el (los) punto(s) de destino de dicho sistema, incluyendo el transporte de gas natural asociado a los yacimientos de carbón mineral, a los puntos de entrega y/o consumo” (Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016).
En el siguiente diagrama se muestra el alcance y campo de aplicación de la norma, clarificando quien la debe utilizar.
Diagrama 1. Instalaciones de un Sistema de Transporte que están dentro del alcance de la norma NOM-007-ASEA-2016.
(Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016)
3. ¿Por qué es crítico el cálculo del espesor de tubería?
Un espesor incorrecto puede derivar en:
● Riesgos de fuga o ruptura del ducto.
● Multas o sanciones regulatorias por incumplimiento normativo.
● Fallas que comprometan la seguridad del personal y el medio ambiente.
● Incremento de los costos de operación y mantenimiento por fallas prematuras.
4. Definiciones
Componente: Los elementos de un sistema de ductos conectados entre sí para el transporte de fluidos gases entre estaciones y/o plantas, incluyendo ductos, trampas de diablos, aditamentos, válvulas de corte y válvulas seccionadoras.
Esfuerzo tangencial: Esfuerzo producido por la presión de un fluido en la pared de un ducto que actúa circunferencialmente en un plano perpendicular al eje longitudinal del ducto.
Presión máxima de operación permisible (PMOP): Es la máxima presión a la cual se puede permitir la operación de un ducto o segmento del sistema de transporte.
Presión máxima de operación (PMO): Presión Máxima de funcionamiento real, es la presión más alta a la que opera un sistema de transporte por ducto durante un ciclo normal de operación.
5. Materiales utilizados en tuberías de acero al carbono
Las tuberías de acero deberán ajustarse a los requisitos establecidos de la Norma y ser fabricadas conforme a lo dispuesto en las normas aplicables. Estos pueden venir de normas nacional, códigos o estándares internacionales vigentes, tales como los mencionados:
● API 5L: Specification for line pipe.
● ASTM A 106: Standard Specification for Seamless Carbón Steel Pipe for HighTemperature Service.
● ASTM A 333/A 333M: Standard Specification for Seamless and Welded Steel Pipe for LowTemperature Service.
● ASTM A 381: Standard Specification for MetalArcWelded Steel Pipe for Use With HighPressure Transmission Systems.
● ASTM A 672: Standard Specification for ElectricFusionWelded Steel Pipe for HighPressure Service at Moderate Temperatures.
● ASTM A 691: Standard Specification for Carbón and Alloy Steel Pipe, ElectricFusionWelded for HighPressure Service at High Temperatures.
● ASTM A 53: Standard specification for pipe, steel, black and hot dipped, zinc coated welded and seamless.
6. Ecuación de cálculo de espesor de tuberías de acero al carbono
El cálculo de los espesores de los ductos de acero que transportan gas se determina de conformidad con la ecuación siguiente:
Nota: Esta ecuación es referencial. El cálculo real debe considerar todas las condiciones de operación específicas, incluyendo cargas externas relacionadas con medio ambiente, cargas vivas, cargas muertas, esfuerzos provocados por sismos, etc.
6.1 Parámetros considerados en el cálculo
La NOM-007-ASEA-2016 toma como base la fórmula de espesor contenida en estándares internacionales como ASME B31.4 (para líquidos) y ASME B31.8 (para gases). En general, los factores clave son:
P = Presión de diseño interna, en kPa (lb/pulg²).
S = Resistencia mínima a la cedencia, en kPa (lb/pulg²).
D = Diámetro exterior especificado para el ducto, en mm (pulg).
F = Factor de diseño, ver tabla 1, determinado conforme con lo establecido en el numeral 7.11 (tabla 2) de la norma NOM-007-ASEA-2016.
E = Factor de eficiencia de junta longitudinal, ver tabla 2, determinado conforme con lo establecido en el numeral 7.12 (tabla 3) de la norma NOM-007-ASEA-2016.
T = Factor de corrección por temperatura, ver tabla 3, determinado conforme con lo establecido en el numeral 7.13 (tabla 4) de la norma NOM-007-ASEA-2016.
6.2 Clases de localización
La clase de localización determina algunos factores utilizados en el cálculo de espesor de las tuberías según su ubicación, se debe elegir qué clase de localización corresponde a lugar donde se instalará.
Las clases de localización por donde pasará un ducto deben ser en conformidad con lo siguiente:
Clase de localización 1. Lugares expuestos a la actividad humana poco frecuente sin presencia humana permanente. Esta clase de localización refleja áreas de difícil acceso, como los desiertos y regiones de la tundra (Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016).
Clase de localización 2. El Área unitaria que cuenta con diez o menos construcciones ocupadas por personas y/o lugares con una densidad de población inferior a 50 habitantes por kilómetro cuadrado. Esta clase de localización refleja áreas como tierras baldías, tierras de pastoreo, tierras agrícolas y otras zonas escasamente pobladas (Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016).
Clase de Localización 3. El área unitaria con más de diez y hasta cuarenta y cinco construcciones ocupadas por personas y/o lugares con una densidad de población de 50 personas o más, pero menos de 250 personas por kilómetro cuadrado, con múltiples viviendas, con hoteles o edificios de oficinas donde no más de 50 personas pueden reunirse regularmente y con industrias dispersas. Esta clase de localización refleja áreas donde la densidad de población es intermedia entre la clase de localización 2 y la clase de localización 4, tales como las zonas marginales ubicadas alrededor de las ciudades y pueblos, ranchos y fincas (Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016).
Clase de Localización 4. El área unitaria que cuenta con cuarenta y seis construcciones o más ocupadas por personas y/o lugares con una densidad poblacional de 250 personas o más por kilómetro cuadrado, excepto donde prevalezca una clase de localización 5. Esta clase de localización refleja zonas donde existan desarrollos urbanos, zonas residenciales, zonas industriales y otras áreas pobladas que no estén incluidas en la clase de localización 5 (Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016).
Clase de localización 5. Cuando además de las condiciones presentadas en una clase de localización 4, prevalece alguna de las características siguientes (Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016):
● Construcciones de cuatro o más niveles incluyendo la planta baja
● Vías de comunicación con tránsito intenso o masivo, e instalaciones subterráneas de servicios prioritarios o estratégicas para la zona urbana.
6.2.1 Factor de seguridad por densidad de población para ductos de acero (F)
El factor para utilizar en la ecuación 1, se determina de acuerdo con lo indicado en la Tabla 1:
Tabla 1. Factor de diseño por densidad de población (F)
(Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016)
El factor de 0.77 aplica sólo para ductos que transporten gas natural seco, y debe atender a lo dispuesto en el Apéndice C (Normativo) de la Norma NOM-007-ASEA-2016.
Para gases diferentes al gas natural considerados en la norma NOM-007-ASEA-2016, el factor de diseño no debe ser mayor a 0.77 de acuerdo con lo establecido en la Tabla 1 factor de diseño por densidad de población.
6.3 Factor de eficiencia de junta longitudinal (E) para ductos de acero
El factor de eficiencia de junta longitudinal que se utiliza en la ecuación 1 es determinada de acuerdo con la tabla 2.
Tabla 2. Factor de eficiencia de junta longitudinal (E)
(Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016)
6.4 Factor de corrección por temperatura para ductos de acero (T)
El factor de corrección por temperatura que se debe usar en la ecuación 1, se determina de acuerdo con la Tabla 3.
Tabla 3. Factor de corrección por temperatura (T)
(Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), 2016)
(*) Para tuberías intermedias del gas, el factor de corrección por temperatura se determina por interpolación directa.
6.5 Esfuerzo tangencial máximo permitido
El esfuerzo tangencial máximo permitido se determina por medio de la siguiente ecuación:
Donde:
ST = Esfuerzo tangencial máximo permisible en MPa (lb/pulg²).
P = Presión máxima de operación (PMO) en MPa (lb/pulg²).
D = Diámetro exterior del ducto en mm (pulg).
t = Espesor de pared en mm (pulg).
Generalmente, el esfuerzo tangencial, máximo permitido se establece como un porcentaje de la (RMC) de acuerdo con lo siguiente:
6.6 Considerando la corrosión en la ecuación 1
En esta nueva ecuación se agrega la corrosión interna permisible (c) en las tuberías con el fin de asegurar un espesor correcto en el diseño.
7. Ejemplo de cálculo de espesor
Para realizar el ejemplo se requieren datos de entrada como:
Presión interna de diseño (P)1 = 9928 kPa (1440 PSI)
Especificación de material2= ASTM A 106 Gr B
Resistencia mínima de cedencia (S ó RMC) 3 = 241316 kPa (35000 PSI) B
Diámetro nominal de tubería4= 150 mm (6pulg) NPS
Diámetro exterior de tubería (D) 5 = 168.3 mm
Temperatura del fluido 6 = 20 °C
Notas:
1. Es la presión que bajo la consideración del cliente y el objetivo del transporte del gas se determina este valor.
2. La especificación del material se determina bajo las consideraciones de costos, accesibilidad, cliente, etc. Ver el numeral 5 de este blog.
3. La resistencia del material se obtiene de la especificación del material en sus características mecánicas.
4. Es el diámetro seleccionado por la capacidad de transportar la cantidad de flujo necesario por cálculo o simulaciones, ver ASME B36.10.
5. Es el diámetro exterior del diámetro seleccionado nominal de tubería, se puede obtener de ASME B36.10.
6. En promedio a que temperatura estará fluyendo el fluido dentro de la tubería, este dato tiene un impacto significativo cuando las temperaturas son altas.
Determinar los datos de entrada faltantes:
Determinación de factor de diseño (F):
Para seleccionar el factor de diseño (F) primero se debe seleccionar la clase de localización del ducto, podes revisar el numeral 6.2 de este blog para elegir el indicado a tus necesidades, en este caso se utilizará la clase de localización 4.
Con el dato de clase de localización revisamos la tabla 1, elijes donde se utilizará esa tubería y obtendrás el factor de diseño, para este caso es de F=0.55.
Determinación de factor de eficiencia de junta longitudinal (E):
Determinación de factor de corrección por temperatura (T):
Determinación de corrección interna permisible (c):
Cálculo de espesor de tuberías de acero al carbono
Ecuación general (ecuación 4):
Agregando los datos obtenidos tenemos que:
Con este dato podemos determinar el espesor comercial para la tubería utilizando el ASME B36.10, para este caso obtenemos una tubería de 6 NPS SCH 80 con un espesor de 10.97mm (0.432pulg).
8. Conclusión
El uso de herramientas precisas para el cálculo normativo de tuberías no solo agiliza el trabajo de ingeniería, sino que asegura la conformidad con regulaciones mexicanas clave, como la NOM-007-ASEA-2016. Optimiza tus procesos y garantiza la seguridad de tus instalaciones con soluciones confiables y actualizadas.
9. Referencias
Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA). (2016). NOM-007-ASEA-2016: Transporte de gas natural, etano y gas asociado al carbón mineral por medio de ductos. Ciudad de México.