Las tuberías de acero son tubos largos y huecos que se utilizan para diversos fines. Se producen mediante dos métodos distintos que dan como resultado tuberías soldadas o sin costura. En ambos métodos, el acero en bruto se moldea primero en una forma inicial más maleable. Posteriormente, se transforma en una tubería estirando el acero hasta formar un tubo sin costura o uniendo los bordes y sellándolos con una soldadura. Los primeros métodos para producir tuberías de acero se introdujeron a principios del siglo XIX y han evolucionado constantemente hasta convertirse en los procesos modernos que utilizamos hoy en día. Cada año se producen millones de toneladas de tuberías de acero. Su versatilidad las convierte en el producto más utilizado en la industria siderúrgica.
Historia
Las tuberías se han usado durante miles de años. Quizás el primer uso se debió a los antiguos agricultores, que desviaban el agua de arroyos y ríos hacia sus campos. La evidencia arqueológica sugiere que los chinos usaban tuberías de caña para transportar agua a lugares deseados ya en el año 2000 a. C. Se han descubierto tubos de arcilla utilizados por otras civilizaciones antiguas. Durante el siglo I d. C., se construyeron las primeras tuberías de plomo en Europa. En los países tropicales, se usaban tubos de bambú para transportar agua. Los colonos americanos usaban madera para un propósito similar. En 1652, se construyó la primera obra hidráulica en Boston con troncos huecos.
La tubería soldada se forma laminando tiras de acero a través de una serie de rodillos ranurados que moldean el material en forma circular. A continuación, la tubería sin soldar pasa por electrodos de soldadura. Estos dispositivos sellan los dos extremos de la tubería.
Ya en 1840, los herreros podían producir tubos sin costura. Un método consistía en perforar un tocho redondo de metal macizo. Este tocho se calentaba y se estiraba a través de una serie de matrices que lo alargaban para formar un tubo. Este método era ineficiente debido a la dificultad de perforar el agujero en el centro. Esto resultaba en un tubo irregular con un lado más grueso que el otro. En 1888, se patentó un método mejorado. En este proceso, el tocho macizo se moldeaba alrededor de un núcleo de ladrillo ignífugo. Al enfriarse, se retiraba el ladrillo, dejando un agujero en el centro. Desde entonces, nuevas técnicas de laminación han reemplazado estos métodos.
Diseño
Existen dos tipos de tubos de acero: uno sin costura y otro con una sola costura soldada a lo largo de su longitud. Ambos tienen usos diferentes. Los tubos sin costura suelen ser más ligeros y tener paredes más delgadas. Se utilizan para bicicletas y para el transporte de líquidos. Los tubos con costura son más pesados y rígidos. Presentan una mejor consistencia y suelen ser más rectos. Se utilizan para el transporte de gas, conductos eléctricos y plomería, por ejemplo. Normalmente, se emplean cuando la tubería no está sometida a un alto grado de tensión.
Materias primas
La principal materia prima en la producción de tuberías es el acero. El acero se compone principalmente de hierro. Otros metales que pueden estar presentes en la aleación incluyen aluminio, manganeso, titanio, tungsteno, vanadio y circonio. En ocasiones, se utilizan algunos materiales de acabado durante la producción, como por ejemplo, pintura.
Los tubos sin costura se fabrican mediante un proceso que calienta y moldea un tocho sólido en forma cilíndrica y luego lo lamina hasta que se estira y ahueca. Dado que el centro ahuecado tiene una forma irregular, se introduce una punta perforadora con forma de bala en el centro del tocho durante el laminado. Se utiliza si el tubo está recubierto. Normalmente, se aplica una pequeña cantidad de aceite a los tubos de acero al final de la línea de producción. Esto ayuda a protegerlos. Si bien no forma parte del producto terminado, se utiliza ácido sulfúrico en un paso de fabricación para limpiar el tubo.
El proceso de fabricación
Los tubos de acero se fabrican mediante dos procesos diferentes. El método de producción general para ambos procesos consta de tres pasos. Primero, el acero crudo se transforma en una forma más trabajable. A continuación, el tubo se forma en una línea de producción continua o semicontinua. Finalmente, el tubo se corta y se modifica para satisfacer las necesidades del cliente. Algunos fabricantes de tubos de acero utilizanmáquina de corte por láser de tubosAl corte previo o ahuecado del tubo para aumentar la competitividad de los tubos
Los tubos sin costura se fabrican mediante un proceso que calienta y moldea un tocho sólido hasta obtener una forma cilíndrica y luego lo lamina hasta estirarlo y ahuecarlo. Dado que el centro ahuecado tiene una forma irregular, se introduce una punta perforadora con forma de bala en el centro del tocho durante el laminado.
Producción de lingotes
1. El acero fundido se fabrica fundiendo mineral de hierro y coque (una sustancia rica en carbono que se forma al calentar carbón en ausencia de aire) en un horno. Posteriormente, se elimina la mayor parte del carbono inyectando oxígeno al líquido. El acero fundido se vierte en grandes moldes de hierro de paredes gruesas, donde se enfría formando lingotes.
2. Para formar productos planos como placas y láminas, o productos largos como barras y varillas, se moldean lingotes entre grandes rodillos bajo una enorme presión. Produciendo tochos y desbastes.
3. Para producir un desbaste, el lingote pasa por un par de rodillos de acero ranurados apilados. Estos rodillos se denominan "molinos de dos alturas". En algunos casos, se utilizan tres rodillos. Los rodillos están montados de forma que sus ranuras coincidan y se mueven en direcciones opuestas. Esta acción provoca que el acero se comprima y estire en piezas más delgadas y largas. Cuando el operador invierte los rodillos, el acero retrocede, haciéndolo más delgado y largo. Este proceso se repite hasta que el acero alcanza la forma deseada. Durante este proceso, máquinas llamadas manipuladores voltean el acero para que cada lado se procese uniformemente.
4. Los lingotes también pueden laminarse en planchas mediante un proceso similar al de fabricación de desbastes. El acero pasa por un par de rodillos apilados que lo estiran. Sin embargo, también hay rodillos laterales para controlar el ancho de las planchas. Cuando el acero adquiere la forma deseada, se cortan los extremos irregulares y las planchas o desbastes se cortan en trozos más cortos. Procesamiento posterior.
5. Los tochos suelen procesarse más antes de convertirse en tubos. Se convierten en palanquillas al pasarlas por más laminadores, lo que las hace más largas y estrechas. Las palanquillas se cortan mediante cizallas volantes. Estas cizallas sincronizadas se mueven a la par de la palanquilla y la cortan. Esto permite cortes eficientes sin detener el proceso de fabricación. Estas palanquillas se apilan y, con el tiempo, se convertirán en tubos sin costura.
6. Las losas también se retrabajan. Para hacerlas maleables, primero se calientan a 1204 °C (2200 °F). Esto provoca la formación de una capa de óxido en su superficie. Esta capa se rompe con un desincrustador y agua pulverizada a alta presión. Posteriormente, las losas pasan por una serie de rodillos en un laminador en caliente y se transforman en tiras delgadas y estrechas de acero llamadas skelp. Este laminador puede tener una longitud de hasta 800 metros. A medida que las losas pasan por los rodillos, se adelgazan y alargan. En aproximadamente tres minutos, una sola losa puede convertirse de una pieza de acero de 15,2 cm (6 pulgadas) de espesor a una delgada cinta de acero que puede tener 400 metros de longitud.
7. Tras el estirado, el acero se decapa. Este proceso implica pasarlo por una serie de tanques que contienen ácido sulfúrico para limpiar el metal. Para finalizar, se enjuaga con agua fría y caliente, se seca, se enrolla en grandes carretes y se empaqueta para su transporte a una planta de fabricación de tubos. Fabricación de tubos
8. Tanto el skelp como las palanquillas se utilizan para fabricar tubos. El skelp se transforma en tubo soldado. Primero se coloca en una máquina desenrolladora. A medida que se desenrolla el carrete de acero, este se calienta. Luego, el acero pasa por una serie de rodillos ranurados. Al pasar, los rodillos hacen que los bordes del skelp se curven. Esto forma un tubo sin soldar.
9. El acero pasa a continuación por electrodos de soldadura. Estos dispositivos sellan los dos extremos del tubo. La costura soldada se pasa entonces por un rodillo de alta presión que ayuda a crear una soldadura hermética. El tubo se corta a la longitud deseada y se apila para su posterior procesamiento. El proceso de soldadura de tubos de acero es continuo y, dependiendo del tamaño del tubo, puede fabricarse a una velocidad de hasta 335,3 m (1100 pies) por minuto.
10. Cuando se necesitan tubos sin costura, se utilizan tochos cuadrados para la producción. Se calientan y moldean para formar un cilindro, también llamado redondo. El redondo se introduce en un horno donde se calienta a alta temperatura. El redondo calentado se lamina a alta presión. Este laminado a alta presión provoca que el tocho se estire y se forme un orificio en el centro. Dado que este orificio tiene una forma irregular, se introduce una punta perforadora con forma de bala a través del centro del tocho durante el laminado. Tras la perforación, el tubo puede presentar irregularidades en el grosor y la forma. Para corregir esto, se pasa por otra serie de laminadores. Procesamiento final.
11. Una vez fabricado cualquier tipo de tubería, se puede enderezar. También se pueden equipar con juntas para conectar dos o más piezas. El tipo de unión más común para tuberías de diámetros más pequeños es el roscado: ranuras estrechas que se cortan en el extremo de la tubería. Las tuberías también se pasan por una máquina de medición. Esta información, junto con otros datos de control de calidad, se imprime automáticamente en la tubería. A continuación, se rocía la tubería con una ligera capa de aceite protector. La mayoría de las tuberías suelen recibir un tratamiento para evitar la oxidación, ya sea galvanizándolas o aplicándoles una capa de zinc. Dependiendo del uso de la tubería, se pueden utilizar otras pinturas o recubrimientos.
Control de calidad
Se toman diversas medidas para garantizar que el tubo de acero terminado cumpla con las especificaciones. Por ejemplo, se utilizan medidores de rayos X para regular el espesor del acero. Estos medidores funcionan mediante dos rayos X: uno se dirige al acero de espesor conocido y el otro al acero que pasa por la línea de producción. Si existe alguna variación entre los dos rayos, el medidor activa automáticamente el ajuste del tamaño de los rodillos para compensarla.
Las tuberías también se inspeccionan para detectar defectos al final del proceso. Un método para probar una tubería es mediante una máquina especial. Esta máquina llena la tubería con agua y luego aumenta la presión para comprobar si se mantiene. Las tuberías defectuosas se devuelven para su desguace.