Los tubos mecánicos de metal: fabricación y corte

Los tubos mecánicos son aquellos utilizados para aplicaciones estructurales mecánicas y ligeras. Se fabrica para satisfacer requisitos, especificaciones, tolerancias y química específicas para su uso final.

Aunque los tubos mecánicos pueden producirse según especificaciones estándar cuando se requiere, se fabrican a menudo siguiendo propiedades «típicas», es decir, tienen en cuenta básicamente el límite elástico para un tamaño particular y el grosor. En algunas aplicaciones que pueden deformar gravemente el tubo, puede no especificarse un límite de elasticidad y fabricarse un tubo con especificaciones adaptadas a ese uso concreto.

Usos de los tubos mecánicos

Los tubos mecánicos abarcan una amplia gama de aplicaciones tanto estructurales (que suelen ser de muy bajo estrés) como no estructurales que requieren mediciones específicas. Enumeramos algunas:

• Módulos solares
• Maquinaria industrial
• Productos agrícolas y concretamente de la indústria láctea (por ejemplo, transporte de leche en instalaciones en plantas lecheras)
• Estructuras y equipamientos de invernaderos
• Equipamientos deportivos y recreativos
• Industria alimentaria y de la restauración
• Industria hospitalaria y equipamiento médico
• Rodillos transportadores
• Carpas y estructuras metálicas
• Remolques
• Electrodomésticos
• Toldos y estructuras parasol diversas
• Soportes de antenas parabólicas
• Tubos de refuerzo de vinilo
• Aplicaciones diversas de productos

Confusión con los tubos estructurales

El hecho de que los tubos mecánicos se usen en algunas aplicaciones estructurales hace que sean algo difíciles de diferenciar de los tubos estructurales. Los dos pueden tener forma redonda, cuadrada o rectangular (aunque el tubo mecánico puede abarcar algunas formas más, como la elíptica).

Los dos pueden ser de acero inoxidable, acero al carbono, acero galvanizado u otras aleaciones con acero que sean suficientemente resistentes como para soportar un estrés estructural importante.

Tanto los tubos mecánicos como los estructurales pueden ser montados para su aplicación después de fabricarse, aunque esto dependerá del material y la galvanización. La fabricación incluye corte, punzonado, estampado, soldadura y otros servicios secundarios.

Ambos tipos de tubo se miden por dimensiones internas (I.D. en inglés, por internal dimensions), dimensiones exteriores (O.D. en inglés, por outside dimensions) y calibre (grosor).

Y no sólo eso, ambos pueden usarse en estructuras, a pesar de que los tubos mecánicos a menudo sólo se usan en aplicaciones estructurales ligeras. De hecho, lo más fácil es distinguirlos por sus aplicaciones: si el tubo no se necesita para sujetar un edificio, un puente, una grúa u otras grandes estructuras que requieran soportar pesos enormes y tener enorme resistencia a los golpes, probablemente es un tubo mecánico. El fabricante dará más reseñas sobre el tipo concreto de tubo que se necesita según para qué uso se requiera.

Los tubos mecánicos y los estructurales pueden confundirse porque pueden tener las mismas formas, fabricarse en los mismos materiales, medirse de la misma forma e incluso usarse en aplicaciones similares.

Sin embargo, también hay otras maneras de distinguir los tubos mecánicos de los estructurales, que se explican a continuación.

Propiedades de los tubos mecánicos

Aunque, como se ha explicado al principio, se pueden fabricar tubos con ciertos límites como único requisito, generalmente los tubos mecánicos se producen según tolerancias y especificaciones estrictas. A diferencia de los tubos estructurales, la química, las medidas y los requisitos de los tubos mecánicos están estrictamente establecidos y estandarizados, ya que su uso suele ser más sensible a las variaciones que el de sujetar columnas, vigas, etc. Los tubos mecánicos se usan más frecuentemente en maquinaria y herramientas para todas las industrias, desde la automoción hasta la agricultura.

Los tubos estructurales cuentan con exigencias menores, dado que la propiedad fundamental que deben tener es la fortaleza y la durabilidad, siendo menos importantes los requisitos de tolerancia y apariencia, ya que se utilizan en aplicaciones más corrosivas y de alto estrés, a largo plazo, tales como infraestructuras (carreteras, puentes, edificios), la construcción (grúas, andamios), gran señalización (vallas publicitarias), plantas (plataformas de perforación submarinas, etc.), etc. Los tubos estructurales suelen denominarse a menudo secciones estructurales huecas (cuyas siglas en inglés son HSS, por hollow structural sections).

Fabricación de los tubos mecánicos

Los tubos mecánicos pueden ser fabricados de dos formas: de una pieza sin soldadura (seamless tube en inglés) o soldados (as-welded tube en inglés).

Los tubos mecánicos sin soldadura se fabrican utilizando un proceso llamado extrusión, durante el cual se perfora una barra de acero sólida mediante una matriz, convirtiendo esta barra en un tubo. En cambio, los tubos mecánicos soldados se fabrican por medio de soldadura por resistencia eléctrica (ERW en inglés, por electric resistance welding). Los tubos soldados son una solución con una buena calidad-precio al no requerir procesamiento adicional, y se puede fabricar en distintas formas, tamaños y materiales.

Fabricación de tubos mecánicos sin soldadura

Se puede hacer por medio de extrusión en caliente, es decir, de presión del metal a través de una matriz o una serie de matrices, resultando en una forma determinada de sección transversal constante por medio de una prensa mecánica o hidráulica. Se suele usar con aluminio, cobre y sus aleaciones, para cableado eléctrico, barras y tubos.

• 1. Las barras de prensa aleadas se cortan en trozos más pequeños y se calientan en un horno de inducción hasta 450ñ500°C.
• 2. Las barras se presionan con una gran fuerza usando una velocidad elevada (unos 5ñ50 m/min) a través de una herramienta hueca. El resultado es un perfil metálico cuya longitud es de entre 25ñ45 metros.
• 3. Inmediatamente después del presionado, el perfil se enfría con aire o con agua. Para enfriar las altas temperaturas y presiones y su efecto adverso en la vida de la matriz, así como otros componentes, es necesaria una buena lubricación. El aceite de grafito y polvo de vidrio son dos ejemplos de lubricantes habituales.
• 4. El perfil se endereza y se liberan las tensiones internas estirándolo en una máquina de tracción justo después del enfriamiento.
• 5. El perfil se corta en la longitud requerida.
• 6. Se envejece (oxida) el perfil para dar fuerza al material, ya sea por envejecimiento natural a temperatura normal o envejecimiento artificial a temperatura elevada de 170-185°C.

La extrusión también puede ser en frío. Se hace a temperatura ambiente o ligeramente elevada y es útil para soportar las tensiones creadas por la extrusión. Sus puntos fuertes son que no hay proceso de envejecimiento para fortalecer el material, ya que poseerá buenas propiedades mecánicas siempre que las temperaturas creadas estén por debajo de la temperatura de recristalización, y un buen acabado superficial.

Se suele usar con cobre, plomo, estaño, aleaciones de aluminio, titanio, molibdeno, vanadio o acero, en la fabricación de piezas como tubos plegables, engranajes en blanco, latas de aluminio, cilindros, etc.

Los tubos sin soldadura pueden fabricarse por medio de varios métodos, siendo los más habituales la extrusión en frío o en caliente, es decir, la presión del metal a través de una matriz.

Fabricación de tubos mecánicos soldados

• 1. El proceso de fabricación de los tubos mecánicos soldados empieza con bobinas de acero, que se cortan a la anchura adecuada para el tamaño de tubo deseado.
• 2. Esta tira cortada pasa a través de una serie de rollos que la conforman de manera progresiva en forma tubular.
• 3. A continuación pasan por un soldador de resistencia eléctrica que une los bordes bajo presión para completar la forma de tubo. Después este tubo pasa por una serie de comprobaciones de resistencia de la soldadura.
• 4. En el proceso de soldadura no se añade materia al tubo, ya que la composición de la soldadura es la misma que la del tubo. La soldadura deja una pequeña cantidad de flash en las superficies interna y externa del tubo, que se elimina por medio de procesos de pulido para proporcionar un contorno suave y mantener la tolerancia de las dimensiones externas (O.D. en inglés). También se puede reducir el flash interno en diferentes grados si el uso del tubo lo requiere.
• 5. Después de eliminar el flash, el tubo se enfría y se le da el tamaño requerido mediante una serie de rodillos de acabado. En el caso de que el tubo se requiera en forma que no sea redonda (generalmente cuadrada o rectangular), pasa por rodillos moldeadores para darle la forma y dimensiones deseadas.
• 6. A continuación, se corta en la longitud necesaria. Para aplicaciones particularmente exigentes, el tubo puede ser también templado para una dureza y ductilidad óptimas.

Los tubos mecánicos soldados se fabrican uniendo una tira cortada con un soldador de resistencia eléctrica.

Corte de tubos mecánicos

Muchos fabricantes de tubo no cuentan con infraestructura para adaptarse a las necesidades de corte de tubo de sus clientes (o no les sale a cuenta tenerla), de manera que el último paso explicado en el párrafo anterior puede darse en plantas de corte de tubo pensadas a estos efectos.

El corte de tubos mecánicos puede llevarse a cabo mediante diferentes sistemas de corte, como el láser, el disco (que suele conllevar un proceso de desbarbado) o la sierra cinta, dependiendo del material y de la aplicación que se le vaya a dar.

Bibliografía y trabajos de interés:

• Tubular Steel Products: Mechanical Tubing vs. Structural Tubing
• Seamless tubes
• Welded tubes
• Extrusion process