Tubo de acero:una introducción

La historia, producción y uso de las tuberías de acero

Las tuberías de acero son tubos cilíndricos hechos de acero que se utilizan de muchas maneras en la fabricación y la infraestructura. Son el producto más utilizado por la industria del acero. El uso principal de las tuberías es el transporte subterráneo de líquidos o gas, incluidos petróleo, gas y agua. Sin embargo, se utilizan tuberías de diferentes tamaños en la fabricación y la construcción. Un ejemplo común de fabricación doméstica es la tubería de acero estrecha que hace funcionar el sistema de refrigeración de los frigoríficos. La construcción utiliza tuberías para calefacción y fontanería. Las estructuras se pueden construir con tubos de acero de diferentes tamaños, como pasamanos, portabicicletas o bolardos de tubos.

Se cree que William Murdoch es el pionero de las tuberías de acero. En 1815, unió cañones de mosquetes para sostener un sistema de encendido de lámparas de carbón. Murdoch usó su innovador sistema de tuberías para transportar gas de carbón a las lámparas en las calles de Londres.

Desde la década de 1800, se han logrado grandes avances en la tecnología de las tuberías de acero, incluida la mejora de los métodos de fabricación, el desarrollo de aplicaciones para su uso y el establecimiento de reglamentos y normas que rigen su certificación.

¿Cómo se fabrican los tubos de acero?

Desde la fusión de materias primas hasta el moldeado o la soldadura, este material de construcción omnipresente se crea a través de dos procesos principales:

Convierta el acero en bruto en una forma más utilizable

Ambos procesos deben comenzar por fabricar acero de buena calidad. El acero crudo es producido por fundiciones a través de un proceso de fusión de materias primas en un horno. Para obtener la composición exactamente correcta, se pueden agregar elementos al metal fundido y eliminar las impurezas. El acero fundido resultante se vierte en moldes para hacer lingotes o se transfiere a una máquina de colada continua para hacer desbastes, palanquillas y tochos. La tubería está hecha de dos de estos productos:losas o palanquillas.

Planchas y láminas de acero en la fabricación de tuberías

La estructura de acero está hecha de losas que se calientan a 2,200˚F. El calor hace que se forme una incrustación en la superficie, que debe eliminarse mediante un descalcificador y una limpieza a alta presión. Una vez limpia, la losa de acero se lamina en caliente en tiras delgadas y estrechas de acero llamadas esqueleto. El esqueleto se decapa (superficie limpiada) con ácido sulfúrico, se lava con agua y se enrolla en carretes grandes como materia prima para la fabricación de pipas. El ancho de la estructura determina el diámetro de la tubería que se puede hacer.

El skelp se desenrolla del carrete, se calienta y se enrolla a través de rodillos acanalados, que doblan los bordes del skelp hacia arriba. Este proceso produce un tubo cilíndrico donde los dos bordes se han doblado para encontrarse entre sí formando un cilindro largo. Un proceso de soldadura une los bordes y sella la tubería.

• En una operación de soldadura continua, los rodillos de soldadura presionan los bordes de la tubería entre sí, formando una soldadura forjada debido al calor que ya se ha aplicado a la estructura. No se agrega metal durante la soldadura y los rodillos finales reducen el diámetro y el grosor de la pared de la tubería según las especificaciones.
• La soldadura por resistencia eléctrica sigue un proceso similar al de la soldadura continua, excepto que la estructura se lamina en frío para darle la forma de la tubería. La corriente se suministra a los bordes de la tubería mediante discos de cobre giratorios, que calientan los bordes hasta la temperatura de soldadura. Los rodillos de soldadura unen los bordes de la tubería para crear una soldadura forjada.
• La soldadura en espiral y la soldadura por arco sumergido doble utilizan técnicas de soldadura más convencionales y agregan material de soldadura para formar la unión.

Tochos de acero para tubería sin costura

Los lingotes de acero son piezas cuadradas largas de acero producidas directamente en una máquina de colada continua o como un producto secundario fabricado a partir de lingotes fundidos laminados y estirados. Estas palanquillas se pueden utilizar para fabricar tubos sin costura, que son más seguros en algunas aplicaciones al no tener una línea de soldadura.

El tocho de acero sólido debe calentarse a temperaturas extremas, volviéndose blanco pero no derretido. Las máquinas los enrollan para que se conviertan en un sólido cilíndrico. Mientras aún está caliente, se usa un perforador en forma de bala para regular el centro hueco de acuerdo con sus dimensiones. Sigue una serie de operaciones de fresado para ajustar la tubería a las especificaciones requeridas.

Pasos finales

Las tuberías pueden pasar por una máquina enderezadora como paso final del proceso antes de colocarles las juntas al final. Las tuberías de pequeño diámetro generalmente se ajustan con juntas roscadas, pero las tuberías de mayor diámetro normalmente se ajustan con bridas que se sueldan en el extremo de la tubería. Las máquinas de medición verifican las dimensiones de la tubería terminada y estampan los detalles en el costado de la tubería para fines de control de calidad.

Control de calidad

Los pasos de control de calidad incluyen revisar la tubería en busca de defectos usando máquinas de rayos X, especialmente a lo largo de la soldadura. Otra técnica es probar la tubería a presión llenándola con agua y luego manteniéndola bajo presión durante un tiempo específico para exponer cualquier defecto que pueda causar una falla catastrófica antes de ponerla en servicio.

¿Cómo se usa la tubería de acero?

Las tuberías se utilizan en estructuras, transporte y fabricación. Se dimensionan de acuerdo con su diámetro exterior, y el diámetro interior varía según el grosor de la pared. Algunas aplicaciones necesitan paredes más gruesas que otras, dependiendo de las fuerzas que deba manejar la tubería.

Uso estructural

Los usos estructurales son la edificación y la construcción comunes. En estas industrias, el material de construcción se conoce comúnmente como tubos de acero.

Pilotes de construcción

Los tubos de acero brindan resistencia a los cimientos en un proceso llamado pilotaje. En estas aplicaciones, el tubo se introduce profundamente en la tierra antes de colocar los cimientos. Proporciona estabilidad para un edificio alto o una construcción sobre un terreno que no es seguro.

Hay dos tipos fundamentales de cimentaciones con pilotes:

• Pilotes de apoyo en los extremos tienen el extremo inferior descansando sobre una capa de suelo o roca especialmente fuerte. La carga del edificio se transfiere a través del pilote a la capa resistente.
• Pilotes de fricción transferir la carga del edificio al suelo a lo largo de toda la altura del pilote, por fricción. Toda la superficie del pilote ayuda a transferir las fuerzas al suelo.

Postes de andamio

Los postes de andamios se fabrican uniendo tubos de acero en una jaula que permite a los trabajadores de la construcción acceder a áreas muy por encima del nivel del suelo.

Uso de fabricación

Barandillas

Las barandillas también están hechas de tubos de acero, creando una característica de seguridad estéticamente agradable para escaleras y balcones.

Bolardos

Los bolardos de seguridad se utilizan para acordonar un área del tráfico de vehículos para proteger a personas, edificios o infraestructuras.

Aparca bicicletas

Muchos portabicicletas comerciales se forman doblando tubos de acero. Las propiedades del material resistente del acero lo hacen seguro contra los ladrones.

Uso de transporte

El uso más común de las tuberías de acero es para el transporte de productos porque el material es muy adecuado para instalaciones a largo plazo. Se puede enterrar bajo tierra debido a su dureza y resistencia a la descomposición.

Las aplicaciones de baja presión no requieren que las tuberías tengan una gran resistencia ya que no están expuestas a tensiones significativas. El espesor de pared estrecho permite una fabricación más económica. Las aplicaciones más especializadas, como las tuberías utilizadas en la industria del petróleo y el gas, requieren especificaciones más estrictas. La naturaleza peligrosa del producto que se transporta y la posibilidad de una mayor presión en la línea exige una alta resistencia y, por lo tanto, un mayor espesor de pared. Esto generalmente trae un mayor costo asociado. El control de calidad es fundamental para estas aplicaciones.

¿Cómo se especifica la tubería de acero?

Puede haber confusión sobre la forma en que se especifican estos materiales y cuál es el significado de las características exactas de la tubería. La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) junto con la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) y el Instituto Estadounidense del Petróleo (API) son las organizaciones más referenciadas para las especificaciones de tuberías en América del Norte.

Las especificaciones se pueden dividir en tres categorías principales:

Tamaño nominal de tubería

El tamaño de la tubería se cotiza como "Tamaño nominal de la tubería" o NPS. El origen de los números NPS para tuberías más pequeñas (

Horarios

Las cédulas de tubería de acero son una forma de describir el espesor de la pared de la tubería. Este es un parámetro crítico ya que está directamente relacionado con la resistencia de la tubería y la idoneidad para aplicaciones específicas. El programa de tubería es un número adimensional y se calcula con base en la fórmula de diseño para el espesor de la pared, dada la presión de diseño y la tensión admisible.

Ejemplos de números de programa son los siguientes:5, 5S, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 160, STD, XS y XXS, siendo los más comunes los programas 40 y 80 A medida que aumenta el número de programa, aumenta el espesor de la pared de la tubería. Por lo tanto, el número de cédula de una tubería define el diámetro interno, ya que el OD está fijado por el número NPS.

Peso de la tubería

El peso de una tubería se puede calcular en función del NPS, que define el diámetro exterior, y el programa, que define el espesor de la pared. La fórmula utiliza el peso teórico del acero de 40,8 libras por pie cuadrado por 1 pulgada de espesor para determinar la constante.

W =10,69 x t (DE – t)

donde:

W =peso (en libras por pie)
            OD =diámetro exterior
             t =espesor

La siguiente tabla de Engineering Toolbox muestra las medidas de OD, espesor de pared y peso para tuberías de diferentes NPS. Se muestran las mediciones del programa 40 y del programa 80.

Cédula 40
Cédula 80
Nominal
Diámetro
Diámetro
Grosor nominal
Peso
Diámetro
Grosor nominal
Peso
Tamaño de tubería
(pulg)
(pulg)
(pulg)
(pulg)
(pulg)
(pulg)
Exterior
Interno
lb/pie
Interno
lb/pie

1/8

0.405

0,270

0,070

0,240

0,220

0.100

0.310

1/4

0,540

0,360

0,090

0,420

0,300

0.120

0,540

3/8

0,675

0,490

0,090

0,570

0,420

0.130

0,740

1/2

0,840

0,620

0.110

0,850

0,550

0,150

1.000

3/4

1.050

0,820

0.110

1.130

0,740

0,150

1.470

1

1.315

1.050

0.130

1.680

0,960

0,180

2.170

1-1/4

1.660

1.380

0,140

2.270

1.280

0,190

3.000

1-1/2

1.900

1.610

0,150

2.720

1.500

0.200

3.650

2

2.375

2.070

0,150

3.650

1.940

0,220

5.020

2-1/2

2.875

2.470

0.200

5.790

2.320

0,280

7.660

3

3.500

3.070

0,220

7.580

2.900

0,300

10.300

3-1/2

4.000

3.550

0,230

9.110

3.360

0,320

12.500

4

4.500

4.030

0,240

10.790

3.830

0,340

14.900

5

5.563

5.050

0,260

14.610

4.810

0,380

20.800

6

6.625

6.070

0,280

18.970

5.760

0,430

28.600

8

8.625

7.980

0,320

28.550

7.630

0,500

43.400

10

10.750

10.020

0,370

40.480

9.560

0,590

64.400

12

12.750

11.940

0.410

53.600

11.380

0,690

88.600

14

14.000

13.130

0,440

63.000

12.500

0,750

107.000

16

16.000

15.000

0,500

78.000

14.310

0,840

137.000

18

18.000

16.880

0,560

105.000

16.130

0,940

171.000

20

20.000

18.810

0,590

123.000

17.940

1.030

209.000

24

24.000

22.630

0,690

171.000

21.560

1.220

297.000

Basado en ASTM A53:especificación estándar para tuberías, acero, negro y sumergido en caliente, recubierto de zinc, soldado y sin costura.

Certificación

Los fabricantes emiten un informe de prueba de material, o informe de prueba de molino, para validar que el producto cumple con las especificaciones de análisis químico y propiedades mecánicas. El MTR contendrá todos los datos relevantes para el producto y lo acompañará a lo largo de su ciclo de vida.

Los siguientes son parámetros típicos que pueden registrarse en un MTR:

• Composición química, incluido el contenido de carbono, aleaciones y azufre
• Tamaño, peso, identificación y grado del material
• Número de calor del material, que se relaciona con el lote de procesamiento
• Propiedades mecánicas como resistencia a la tracción, límite elástico y elongación

Para bolardos de acero, las especificaciones citadas más comunes son ASTM A53 y ASTM A500.

¿Cómo utiliza Reliance Foundry las tuberías de acero?

Reliance Foundry suministra bolardos de tubería que están hechos de tuberías de acero. Los bolardos son tramos de tubería vertical instalados en el suelo para proteger a las personas, los edificios y la infraestructura circundante de las colisiones de vehículos.

Los bolardos de tubería de acero deben cumplir con las especificaciones de seguridad para garantizar que sean lo suficientemente fuertes para resistir el impacto de las colisiones de vehículos. El acero cédula 40 y cédula 80 se puede utilizar para fabricar bolardos de tubería de acero según la aplicación.

Los bolardos de tubería de acero a menudo se cubren con cubiertas decorativas de acero inoxidable, plástico u otro metal para lograr un atractivo estético y proteger la tubería de acero de la corrosión.