Doblez de tubo

Doblez de tubo

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Usos y Aplicaciones

Doblez de tubo (Pipe Bending)

Proceso mecánico de doblez de tubería redonda que emplea dos principios que ocurren de forma simultanea en la zona de doblez del tubo: por un lado, el material en el interior de la curva se comprime y se engrosa la pared; por el otro, en el exterior de la curva se tensa y se adelgaza la pared, quedando un leve aplanamiento externo en la zona doblada debido a la acción de estas fuerzas.

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1. Doblez de tubo

Un tubo se puede doblar en múltiples direcciones y ángulos. Una curva simple consiste en la formación de un codo que va desde 2° a 90° y curvas de 180°.

 

Otras geometrías más complejas incluyen múltiples curvas en 2D (aberturas en el mismo plano: X, Y) y en 3D (aberturas en diferentes planos: X, Y, Z).

Curvatura en 2D
Curvatura en 3D

En este proceso se presentan dos esfuerzos que ocurren simultáneamente: por un lado, el material en el interior de la curva (garganta) se comprime; por el otro, en el exterior del eje neutro (lomo) se tensa. Esta combinación de esfuerzos causa adelgazamiento y elongación de la pared externa, y engrosamiento y acortado de la pared interna, como consecuencia hay una tendencia de aplanamiento del tubo en el doblez.

Estos esfuerzos provocan tracción (aletargamiento) en las fibras externas en la pared del tubo (lomo); y compresión en las fibras internas (garganta). En principio el lomo predominan esfuerzos de tracción y en la garganta esfuerzos de compresión.

Dependiendo del ángulo de curvado, el espesor de pared del tubo y el proceso aplicado, pueden formarse arrugas o pliegues de flexión.

Fig. Pliegues de flexión

En general, el objetivo es evitar que ocurra tanto la ruptura como el aplanamiento, y formar un doblez uniforme, lo cual no es problema cuando el tubo tiene un grosor de pared ancho y se dobla en un radio amplio, pero cuando la pieza es delgada y es necesario realizar una curva muy cerrada, aumentan los riesgos de fractura y los defectos por el hundimiento interno.

Tienen una amplia aplicación para el transporte de fluidos en la industria química, como componentes estructurales en fábricas aeronáuticas, en la industria automotriz, edificaciones, construcciones civiles, maquinaria, muebles, rieles, andamios, entre otros.

2. Proceso de doblez

El proceso de doblez de tubo implica el uso de fuerza mecánica para empujar material en las paredes del tubo, obligándolo a formar una curvatura con radio especifico.

El doblez de un tubo tiene como objetivo cambiar su dirección formando una curvatura.

Para lograr un doblez correcto, es muy importante tener en cuenta los siguientes factores que afectan la operación: el espesor y diámetro del tubo; la cantidad de dobleces y su complejidad; el material y forma del tubo; diseño, acabado número de piezas, con el fin de determinar el método a emplear.

El diámetro interior y exterior del tubo, el espesor nominal de la pared y el eje neutro, son características inherentes de la pieza.

La correcta relación de dimensión del tubo con el radio de curvado es uno de los parámetros más importantes a considerar para evitar el hundimiento o aplanamiento de la zona interior de la curva.

El radio de curvado siempre se toma en el eje neutro (fibras situadas en el plano que pasa por el eje central del tubo y en sentido perpendicular al plano curvado). La longitud desarrollada de un tubo curvado es igual a la longitud del eje neutro.

Fig. Tipos de mandriles para doblez de tubo.

Para curvar un tubo con soldadura, se recomienda hacer coincidir la soldadura con el eje neutro, aunque como hoy las soldaduras se realizan en condiciones óptimas y los tubos son sometidos a controles rigurosos de calidad, esta precaución puede omitirse en algunas ocasiones.

Reglas a considerar:

  • La sección del tubo ha de ser constante en todos los puntos e igual a la original, con el fin de evitar el frenado del fluido que conduce.
  • El espesor inicial ha de conservarse todo lo posible, es decir, que el adelgazamiento de la pared en el lomo debido al alargamiento de las fibras exteriores, y el engrosamiento de la garganta por el acortamiento de las fibras interiores, han de ser pequeños, ya que debe mantenerse una cierta resistencia mínima a lo largo de la tubería.
  • Las características mecánicas no deben modificarse.
  • Si el tubo va protegido por un recubrimiento (galvanizado, material plástico, etc.), éste no debe destruirse con el curvado.

El radio mínimo de curvado al que se puede doblar un tubo es alrededor de 1.5 veces el diámetro nominal del tubo cuando se usa mandril (herramienta empleada para apoyar el interior del tubo para mejorar la calidad de la curva); y 3.0 veces el diámetro nominal del tubo cuando no se usa mandril.

Fig. Tipos de mandriles para doblez de tubo.

El curvado se puede realizar por distintos métodos que se mencionan a continuación.

2.1 Doblez de tubo en frío.

Curvado manual. Solo se practica con tubos de pequeño diámetro (Ø máximo = 22.3 mm) y curvas de amplio radio (r ≥ 4 Ø) para que no se formen pliegues y para evitar el ovalamiento de la sección.

Curvado a máquina. Existen dos tipos de tubos: máquinas que actúan por presión (embutición) recomendables para tubos roscables, el tubo se sostiene hacia abajo en dos puntos externos y se le somete a presión en sus ejes centrales para doblarlo; y máquinas que actúan curvando el tubo sobre una horma (rotación), éstas permiten obtener radios de curvado más pequeños, emplea dos dados uno estático que dobla en el sentido opuesto y un dado radial fijo para formar la curva.

Fig. Curvado con horma.
Fig. Curvado por presión.

A cada diámetro de tubo le corresponde un radio mínimo de curvado, que viene dado por el fabricante de la máquina. Ha de ser igual, como mínimo a 2.7 veces el diámetro del tubo, aumentando ésta relación con el diámetro.

Fig. Tipos de doblado en mecánicos.

2.2 Doblez de tubo en caliente.

Calentamiento con soplete.

Doblez manual. Se realiza en intervalos regulares, una serie de calentamientos en forma de rodajas de melón, con las puntas tocando las generatrices de la fibra neutra. Aplicando fuerzas al tubo se curva formando un pliegue.

Este método sólo se emplea con tuberías de calderas y en algunas conducciones de aire comprimido, debido a que los pliegues formados aumentan las pérdidas de carga y son poco estéticas, sin embargo tiene la ventaja de absorber muy bien los efectos de la dilatación.

Doblez semi-manual. Sólo se utiliza con tubos negros (de cualquier diámetro). Se emplea uno o varios sopletes de oxiacetileno u oxipropano, o bien quemadores de aceite pesado.

El tubo se calienta al rojo cereza claro (temperatura entre 800 a 900 °C). La parte destinada a formar el lomo del codo se calienta un poco menos para limitar la disminución del espesor.

Para tubos vacíos (sin relleno), no es practicable con tubos de paredes delgadas, solo sirve en tubos de pequeño diámetro (Ø máximo = 42.4 mm), para codos de radio ≥ 3.5 o 4 diámetros exteriores. Se realiza en un tornillo de banco o en un mármol, sujetando el tubo entre dos abrazaderas, como en el curvado en frío.

Para tubos rellenos, el tubo se rellena con arena o con gres (arcilla), materiales en forma de grano fino y bien tamizados para evitar que queden espacios vacíos y ha de estar bien seco para que, durante el calentamiento, evitar que el agua se transforme en vapor y aumente la presión interior, pudiendo provocar que ésta presión haga estallar el tubo y produzca un accidente.

El relleno tiene la función de evitar deformaciones. Se cierra un extremo soldándose un tapón; se rellena el tubo en posición vertical y se recalca (asienta o compacta) el relleno golpeando el tubo con un martillo o una pequeña máquina neumática que se fija a la conducción y asciende por ella; el otro extremo se cierra con un tapón de madera bien apretado.

Calentamiento por inducción.

El calentamiento por inducción es un proceso automático de alta eficiencia en la transferencia de energía, se usa para el calentamiento de materiales ferromagnéticos. Emplea un voltaje alterno aplicado a una bobina multiespira (en forma de solenoide), resultando en un flujo alterno de corriente en la bobina. Esta corriente produce a su alrededor un campo magnético variable en tiempo, el cual tiene la misma frecuencia de la corriente eléctrica que la produjo pero con dirección opuesta a la corriente de la bobina.

Los tubos de diámetro grande se curvan utilizando un polipasto para mover grandes pesos. Se emplean inductores (bobina multiespira para producir un calentamiento en el interior de la pieza) para crear una banda estrecha de calor enfocado, para ablandar de forma gradual la zona puntual. A medida que el tubo se calienta, se impulsa lentamente hacia el brazo de doblado a una velocidad constante. Este proceso asegura que no se presenten los efectos adversos asociados a las técnicas de doblez en frío (aplanamiento, formación de arrugas o pliegues).

Fig. Bobina multiespira.
Fig. Doblez por inducción.

Durante el curvado en caliente debe comprobarse constantemente con una plantilla para que no se formen arrugas en la garganta (parte inferior del codo), si éstas se forman, se eliminan por martilleo mientras el la zona del tubo aún esta al rojo. Cuando una porción del tubo está en la dimensión deseada, se enfría con agua o con aire para evitar que se acentúe (cierre) el curvado.

Sin importar la técnica utilizada, el mayor desafío al doblar tubería metálica está dado por dos principios básicos que ocurren simultáneamente: por un lado del tubo, el material en el interior de la curva se comprime y se engrosa la pared; y por el otro, en el exterior del eje se tensa y se adelgaza la pared.