¿Tubo o tubería? Especifique primero el producto correcto

Ambas palabras describen un cilindro hueco, y confundirlas cuesta a un proyecto semanas de racores que no asientan. El tubo se especifica por su diámetro exterior exacto y su espesor de pared, y sus normas son ASTM B210, B221 y B345 para tubo extruido. La tubería se especifica por diámetro nominal y schedule, según ASTM B241 o B429, y transporta fluidos y gases.

La trampa práctica: una tubería de 2 inch tiene en realidad 2.375 inch de diámetro exterior. Un tubo pedido como 2.000 inch de diámetro exterior no encajará en una brida para tubería de 2 inch. Envíe la norma junto con la solicitud, ASTM B221 para tubo o ASTM B241 para tubería, y la ambigüedad desaparece antes de cursar el pedido.

Tres rutas de fabricación y lo que aporta cada una

• Tubo extruido sin soldadura. Un tocho calentado se prensa a través de una matriz en torno a un mandril fijo o flotante, de modo que el metal se suelda consigo mismo a la salida y no deja costura longitudinal. La estructura de grano es uniforme alrededor de la circunferencia, la concentricidad es excelente y la capacidad de presión es la más alta de las tres. Esta es la ruta para conducciones hidráulicas, tubo neumático de alta presión, elementos de intercambiadores de calor y miembros estructurales críticos.
• Tubo soldado (ERW). El fleje se conforma por laminación en un cilindro y se suelda a lo largo de la costura longitudinal, con el cordón normalmente rebabado por dentro y por fuera. Es la ruta económica, especialmente por encima de unos 100 mm de diámetro exterior. El cordón de soldadura es metalúrgicamente distinto del metal base, por lo que el ERW conviene limitarlo a pasamanos, mobiliario, tubo estructural y conducciones de fluidos de baja presión.
• Tubo estirado sobre mandril (DOM). El tubo soldado se estira en frío sobre un mandril, lo que endurece la pared por deformación, refina el grano y ajusta las dimensiones de forma sustancial. El resultado es un diámetro interior y exterior de precisión, una superficie más lisa y mejores propiedades mecánicas que el producto tal como se suelda. El DOM es la especificación para tubo de cilindros hidráulicos y neumáticos y ejes de precisión.

Una regla rige la elección cuando hay conformado de por medio: si el tubo se va a curvar, abocardar o estirar, especifique sin soldadura o DOM. El cordón de soldadura del tubo ERW tiende a agrietarse o adelgazarse en el exterior de una curva cerrada. Si el ERW es inevitable, mantenga la costura en el eje neutro de la curva para reducir el riesgo de grieta.

Selección de la aleación según el servicio

6061-T6 es el caballo de batalla estructural, con un límite elástico mínimo de 240 MPa y una resistencia a la tracción de 260 MPa; se suelda y se mecaniza bien y es el estándar para estructuras, pasamanos, bastidores de maquinaria y equipos de transporte. La soldadura reduce la zona afectada térmicamente a aproximadamente el 60 a 70 por ciento de la resistencia del T6, por lo que los conjuntos soldados necesitan un margen de diseño. 6063-T5, con 110 MPa de límite elástico y 160 MPa de tracción, se extruye de forma limpia y admite el acabado anodizado más brillante, lo que la hace idónea para tubo arquitectónico visible, riego, conducciones de condensado y perfiles decorativos.

7075-T6 es la aleación más resistente de uso comercial habitual, con un límite elástico en torno a 503 MPa y una tracción en torno a 572 MPa, y se reserva para trabajos críticos en peso como componentes de competición y aeroespaciales. Su resistencia a la corrosión es pobre y no se suelda de forma convencional, por lo que es la respuesta equivocada cerca del agua salada o en un conjunto soldado. 5052 y 5083 son aleaciones marinas no tratables térmicamente con excelente resistencia al agua salada y a los productos químicos, y la 5083-H116 alcanza unos 215 MPa de límite elástico. 3003-O es el tubo estirado clásico para refrigeración, aire acondicionado y transporte de fluidos a baja presión: baja resistencia, excelente conformabilidad, unido por soldadura fuerte en colectores y curvado en serpentines.

Presión, fatiga y límites de curvado

Para tubo de pared fina sometido a presión interna, utilice la relación de tensión circunferencial P = (2 x S x t) / D, donde S es la tensión admisible, t el espesor nominal de pared y D el diámetro exterior. Tomemos un tubo 6061-T6 de 50 mm de diámetro exterior con pared de 3 mm, un límite elástico de 240 MPa y un factor de seguridad de 4: la presión de trabajo admisible resulta de aproximadamente 7.2 MPa, con una rotura en el límite elástico en torno a 28.8 MPa. Utilice un factor de seguridad de 3 a 4 para servicio cíclico o incierto y un factor de 2 solo para servicio estático y bien conocido. La tubería a presión también exige suministro según ASTM B241 y no solo B221.

El curvado es la segunda comprobación. Una regla habitual para el curvado en frío por estirado rotativo es un radio mínimo de aproximadamente dos veces el diámetro exterior, y los radios hasta la mitad del diámetro exterior requieren curvado con mandril para evitar que la pared interior se arrugue o colapse. El temple domina la conformabilidad: el temple O recocido se curva hasta aproximadamente una vez el diámetro y puede envejecerse después, el T4 se curva hasta unas dos veces el diámetro, y el T6 se agrieta en radios cerrados, por lo que no debe bajarse de aproximadamente tres veces el diámetro sin un mandril y probablemente con precalentamiento. Cuando la carga cíclica es el criterio de diseño, el 6061-T9, que es T6 endurecido en frío tras el envejecimiento, eleva notablemente la resistencia a la fatiga a costa de la ductilidad; curve primero y envejezca a T9 después.

Tolerancias, concentricidad y documentos

Según ASTM B221 y EN 754-7, el diámetro exterior se mantiene en más o menos 0.10 a 0.25 mm según el tamaño, el espesor de pared en más o menos un 10 por ciento del nominal, la redondez en el 1 por ciento del diámetro exterior o mejor, y la rectitud en 0.8 mm por 1,000 mm. Los cortes estándar mantienen más o menos 1 a 5 mm y los cortes de precisión más o menos 0.1 a 0.5 mm. La concentricidad es donde más se diferencia el tubo de la barra angular o plana: el tubo extruido sin soldadura mantiene alrededor del 5 por ciento de variación de pared en toda la circunferencia y el tubo DOM alrededor del 2 por ciento. Para un ajuste por interferencia en un colector o un manguito de precisión, especifique la concentricidad que necesita en lugar de suponer que el valor por defecto es lo bastante estricto.

Cada pedido se envía con un certificado de ensayo de fábrica según EN 10204 3.1 que incluye propiedades mecánicas medidas, composición química y registros dimensionales, emitido según ASTM B210, B221, B241 o EN 754 según lo requiera el proyecto. Los acabados incluyen acabado natural, anodizado en AA10, AA15 o AA20 para pasamanos visibles, recubrimiento en polvo de 60 micrómetros en adelante y PVDF para ubicaciones de alta radiación UV o costeras. La cantidad mínima de pedido es de 500 kg, y las barras estándar se suministran en longitudes de 6 m envueltas en papel marrón.