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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.