Ferro ou aço: qual é mais pesado?

O ferro praticamente puro é ligeiramente mais pesado que o aço carbono, mas a diferença é irrelevante na prática: o ferro em forma quase pura tem densidade de referência em torno de 7.870 kg/m³, e o aço carbono, 7.850 kg/m³, cerca de 0,25% de diferença. O que decide o peso de uma peça não é o nome do metal, e sim a geometria do perfil, a espessura da parede e o volume de material na seção. Um tubo quadrado 40 x 40 mm com parede de 1,20 mm pesa cerca de 33% mais que o mesmo 40 x 40 mm com parede de 0,90 mm, e os dois são do mesmo aço.

A pergunta aparece o tempo todo em serralheria, em obra e em cotação: o comprador quer saber se trocar de material deixa a peça mais leve, ou por que a carga pesou diferente do esperado. A resposta técnica é curta, mas a resposta útil exige separar dois conceitos que andam colados: densidade e peso.

Densidade é propriedade do material: quanta massa existe dentro de um volume fixo, e ela não muda porque você cortou o tubo ou soldou a estrutura. Peso é propriedade da peça, e depende de quanto material foi colocado ali. Quem pergunta se o ferro é mais pesado que o aço está perguntando sobre densidade. Quem descobre que a estrutura ficou pesada demais para a fundação tem um problema que quase nunca é de densidade. Este texto trata do lado físico da pergunta e do cálculo de peso real de um tubo de aço carbono. Ferro e aço como materiais de aplicação estão em qual a diferença do metalon para o ferro.

A resposta curta: cerca de 0,25% de diferença

O ferro, na forma praticamente pura, tem densidade média de aproximadamente 7.870 kg/m³. O aço carbono, liga de ferro com teor baixo de carbono e material mais usado em tubos e perfis estruturais, tem densidade de 7.850 kg/m³, valor que a Tubonasa adota no catálogo.

Vinte quilos por metro cúbico parece muito lido isolado, mas um metro cúbico de aço maciço pesa quase oito toneladas, e nenhum tubo chega perto. Numa barra de 6 metros de tubo quadrado 40 x 40 mm com parede de 1,20 mm, que pesa em torno de 8,8 kg, essa diferença representa cerca de 22 gramas. Então sim, o ferro puro é mais pesado. E não, isso não muda nada no seu projeto.

Por que ferro e aço têm quase a mesma densidade

O aço é ferro com pouco carbono

A razão está na composição. O aço carbono não é um material alternativo ao ferro: é uma liga cuja base é o próprio ferro, com adição pequena de carbono. O ferro continua sendo a esmagadora maioria da massa, e o carbono entra em proporção baixa o suficiente para alterar o comportamento mecânico do metal sem alterar de forma perceptível a densidade.

É por isso que a pergunta tem resposta anticlimática: o carbono muda dureza, resistência à tração e soldabilidade, mas a massa por metro cúbico permanece praticamente onde estava. Esse raciocínio desmonta a falsa dicotomia entre metalon e aço. Metalon é o nome popular do tubo de aço carbono de seção quadrada ou retangular, não um material diferente do aço: é o próprio aço carbono conformado em tubo, e a resistência vem do grau do aço e da espessura da parede, não do nome. O tema está em qual a diferença entre aço e metalon, e a composição do material em aço carbono, o que é e para que serve.

Onde o ferro fundido entra nessa conversa

Parte da confusão vem de que "ferro", na obra, raramente significa ferro puro: significa ferro fundido, vergalhão, sucata ou simplesmente "metal preto". O ferro fundido tem densidade diferente do ferro puro e do aço carbono, além de comportamento mais frágil, o que o destina a peças moldadas e não a estruturas que exigem resistência à tração. Para valores de fundido, a fonte é a ficha técnica do fabricante.

Densidade não é peso: o que realmente pesa numa peça

Peso é densidade multiplicada por volume. Como a densidade praticamente não varia entre ferro e aço, sobra o volume, e volume, num tubo, é geometria pura. Um tubo não é maciço: é uma casca de metal em volta de ar, e todo o peso está na parede. Dois tubos de mesma medida externa podem pesar bem diferente se as paredes forem diferentes. Quem quer prever peso olha três números:

• Espessura de parede. É a variável de maior efeito. Passar de 0,90 mm para 1,20 mm num mesmo 40 x 40 mm adiciona cerca de um terço do peso.
• Perímetro da seção. Um 40 x 40 mm tem o dobro do perímetro de um 20 x 20 mm e, com a mesma parede, pesa cerca de duas vezes mais por metro.
• Comprimento. A barra padrão é de 6 metros. Peso por metro vezes 6 dá a barra, e a barra vezes a quantidade dá a carga.

O tipo de metal não entra na lista porque, dentro do aço carbono, é constante. Quem compra tubo gasta tempo demais com "que material é esse" e de menos conferindo a espessura de parede, que é onde o peso, o custo e a resistência moram.

Como calcular o peso real de um tubo de aço carbono

As fórmulas do catálogo Tubonasa

O catálogo usa três fórmulas, uma por geometria, todas em quilos por metro linear:

Onde A e B são os lados da seção em milímetros, D é o diâmetro externo em milímetros e e é a espessura de parede em milímetros. As três têm a mesma arquitetura: um termo que representa o perímetro, menos a espessura, multiplicado pela espessura e por uma constante. Todas calculam a área de metal da seção e a convertem em massa.

Por que a densidade já está dentro da constante 0,02466

Este é o ponto onde a maioria dos cálculos caseiros desanda. A constante 0,02466 já carrega dentro dela a densidade de 7.850 kg/m³: ela converte a área de metal da seção, em milímetros quadrados, direto em quilos por metro, e essa conversão só existe porque a densidade foi embutida ali junto com o fator geométrico da seção.

O erro clássico: a pessoa calcula certo pela fórmula, lembra que "a densidade do aço é 7.850" e multiplica o resultado pela densidade outra vez. Um tubo quadrado 40 x 40 mm com parede de 1,20 mm pesa cerca de 1,468 kg por metro; multiplicado por 7.850 daria mais de 11 toneladas por metro linear, o que não é imprecisão: é absurdo físico.

A regra prática: ao usar as fórmulas do catálogo, a densidade não aparece em lugar nenhum da conta. Ela já foi aplicada. A densidade só reaparece no caminho longo, calculando o volume de metal em metros cúbicos e multiplicando por 7.850, e aí é a constante 0,02466 que não pode aparecer. Um caminho ou outro, nunca os dois.

Os outros números têm função clara: o fator 1,27 traduz o lado do quadrado, ou a média dos lados do retângulo, num diâmetro equivalente de mesmo perímetro, o que permite às três geometrias usarem a mesma base. E o termo menos e desconta a espessura da própria parede. Sem ele, o cálculo superestima o peso, e o erro cresce conforme a parede engrossa.

Peso da barra de 6 metros

As fórmulas entregam quilos por metro. Como o tubo é vendido em barra padrão de 6 metros, o peso da barra é o resultado multiplicado por 6. É esse número que interessa para logística e conferência de nota.

Todos os valores são do mesmo material, com a mesma densidade e a mesma medida externa. A única variável que mudou foi a espessura, e o peso por metro variou 2,6 vezes entre a primeira linha e a última. Compare esse fator de 2,6 com os 0,25% que separam ferro de aço e a hierarquia fica evidente.

Duas linhas merecem atenção. O quadrado 40 x 40 mm e o retangular 50 x 30 mm, com a mesma parede de 1,20 mm, pesam exatamente o mesmo por metro, porque têm o mesmo perímetro: a mesma quantidade de metal em volta do ar, apenas em formatos diferentes. Mas se comportam de maneira diferente sob carga, porque a rigidez depende de como o metal está distribuído em relação ao esforço. Peso igual não significa desempenho igual, e por isso o peso sozinho nunca deve ser o critério de escolha do perfil. O dimensionamento está em cálculo de estrutura de metalon, e a tabela completa de medidas, espessuras e pesos por metro em quais são as bitolas de metalon.

Tolerância de massa de ±12,5%: o número que engole a diferença entre ferro e aço

O peso calculado pela fórmula é teórico. O tubo real tem tolerância de massa de ±12,5%, porque a parede de uma bobina não sai com espessura idêntica do começo ao fim, e essa variação é normal e prevista. O mesmo tubo 40 x 40 x 1,20 mm, cujo cálculo dá 1,468 kg/m, pode legitimamente chegar entre aproximadamente 1,284 kg/m e 1,651 kg/m.

Agora coloque os dois números lado a lado. A tolerância de massa dessa barra é de aproximadamente 1,1 kg para cima ou para baixo. A diferença de densidade entre ferro puro e aço carbono, na mesma barra, é de cerca de 22 gramas. A tolerância normal de fabricação é cerca de cinquenta vezes maior que a diferença de densidade que a pergunta do título investiga. "Qual é mais pesado" tem resposta, mas não tem consequência prática. A pergunta que tem consequência é "qual espessura de parede eu preciso", e essa é de dimensionamento, não de densidade.

Erros comuns ao calcular o peso de ferro e aço

• Multiplicar o resultado da fórmula pela densidade. A constante 0,02466 já contém os 7.850 kg/m³. Aplicar a densidade por fora infla o resultado em milhares de vezes.
• Misturar os dois métodos. Ou a fórmula do catálogo, ou volume em metros cúbicos vezes 7.850. Combiná-los não chega a lugar nenhum.
• Esquecer o desconto da espessura. O termo "menos e" existe nas três fórmulas. Ignorá-lo superestima o peso.
• Tratar peso teórico como peso de nota. Com tolerância de ±12,5%, a carga não bate no grama com a planilha, e isso não é defeito.
• Trocar de material para aliviar a estrutura. Entre ferro e aço carbono não existe alívio por troca de material. O alívio vem de espessura, perfil e quantidade.
• Assumir que peso igual significa resistência igual. Dois perfis de mesmo peso por metro podem ter rigidez bem diferente.

Como a Tubonasa entra nessa conta

A Tubonasa é distribuidora de tubos de aço carbono com mais de 45 anos de mercado e mais de 1.200 itens em estoque para embarque imediato, cerca de 800 deles em perfis quadrados e retangulares. O pedido pode ser de qualquer quantidade, inclusive o pequeno que a siderúrgica recusa. Nossa equipe confere bitola e espessura com o comprador antes de fechar o pedido, o que evita o cálculo que sai errado por meio milímetro de parede. O frete é grátis em qualquer quantidade dentro de um raio de 200 km de São Paulo, sem volume mínimo; fora desse raio, atendemos todo o Brasil com frete pago.

Para receber o cálculo de peso e o valor do dia do perfil que você precisa, solicite um orçamento ou fale com um especialista técnico pelo WhatsApp (11) 2954-0299. Para comparar o aço carbono com um metal de densidade realmente diferente, o comparativo está em qual o melhor, metalon ou alumínio. Outros materiais técnicos estão nas notícias técnicas da Tubonasa.

Conteúdo assinado por Walter Gongora Junior, CEO da Tubonasa.

Perguntas frequentes

Afinal, o ferro é mais pesado que o aço?

Sim, mas por muito pouco. O ferro praticamente puro tem densidade de referência em torno de 7.870 kg/m³ e o aço carbono, 7.850 kg/m³, cerca de 0,25% de diferença. Isso não tem efeito prático em projeto estrutural.

Qual é a densidade do aço carbono usada nos cálculos da Tubonasa?

7.850 kg/m³. É o valor do catálogo e é o mesmo que já está embutido na constante 0,02466 das fórmulas de peso por metro.

Preciso multiplicar o resultado da fórmula pela densidade do aço?

Não. A densidade de 7.850 kg/m³ já está dentro da constante 0,02466. Multiplicar de novo é o erro mais comum de cálculo de peso de tubo e produz resultados na casa das toneladas por metro linear.

Por que o peso do tubo que recebi não bateu com o meu cálculo?

Porque a fórmula entrega peso teórico e o tubo tem tolerância de massa de ±12,5%, pela variação natural de espessura da bobina. Uma barra com teórico de 8,8 kg pode chegar entre cerca de 7,7 kg e 9,9 kg.

O que influencia mais o peso de um tubo: o material ou a espessura?

A espessura, sem comparação. Num quadrado 40 x 40 mm, passar de 0,75 mm para 2,00 mm de parede multiplica o peso por metro por cerca de 2,6, enquanto a diferença de densidade entre ferro e aço fica em 0,25%.

Dois tubos de mesmo peso por metro têm a mesma resistência?

Não necessariamente. Um quadrado 40 x 40 mm e um retangular 50 x 30 mm com parede de 1,20 mm pesam o mesmo por metro, porque têm o mesmo perímetro, mas a rigidez depende de como o metal está distribuído na seção.

A Tubonasa vende tubo de ferro fundido?

Não. O escopo é tubo de aço carbono, nas geometrias quadrada, retangular e redonda, com e sem costura. As densidades e fórmulas deste texto valem para aço carbono.