15.-Métodos para doblado de tubería de cobre para refrigeración.

POR.-JORGE PORFIRIO OCHOA.

El doblado de tubos es un trabajo complejo e implica retos especiales porque la pieza tiende a romperse o deformarse en el proceso de flexión. Sin importar la técnica, el mayor desafío al doblar tubería metálica está dado por dos principios básicos que ocurren simultáneamente: por un lado, el material en el interior de la curva se comprime; por el otro, en el exterior del eje 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. 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. En este sentido, para lograr el doblez correcto, es muy importante analizar todos los factores que entran en juego en la operación. Por ejemplo, el taller debería prever aspectos como: el espesor y diámetro del tubo a doblar; la cantidad de dobleces y su complejidad; el material y forma del tubo; además, diseño, acabado, nú- mero y costo de las piezas a producir, con el fin de determinar claramente el método de doblado a emplear.

Importancia del Radio, Espesor y Diámetro Aun cuando las variaciones en el diá- metro exterior y en el espesor de la pared de los tubos no son problemas nuevos, son mucho más relevantes de lo que la industria considera. El diámetro interior y exterior del tubo, el espesor de la pared nominal y el eje neutral son características inherentes de la pieza. En el mercado nacional existe un amplio y variado universo de formatos de tubería, la cual es utilizada para todo tipo de aplicaciones y sectores. El ángulo y radio de doblado dependen de los requerimientos de fabricación y el uso final del tubo. Por su parte, la pared interior y exterior en el área de la curva dependen del ángulo y radio generados, además del proceso y máquina (prensa o dobladora) utilizada. (Términos en el doblado de tubos).

Los tubos metálicos tienen una amplia aplicación, no sólo se usan en el transporte de fluidos, sino también como componentes estructurales en fabricaciones aeronáuticas, la industria automotriz, edificaciones, construcciones civiles y maquinaria. Además de muebles, rieles, andamios y manijas, entre muchos otros. Básicamente, los tubos son más dé- biles cuanto mayor es el diámetro o menor es su espesor de pared, así mismo cuando el radio de curvatura disminuye las fuerzas que actúan sobre el tubo aumentan exponencial mente de manera significativa y pueden ocasionar graves deformaciones en el material. Por su parte, cuando el diámetro del tubo es pequeño y la pared es relativamente gruesa casi ningún apoyo se necesita para realizar el doblez. Para determinar si la pared de un tubo es delgada o gruesa, es necesario comparar el espesor de la misma (t) con el diámetro externo del cilindro (D), dividiendo el radio de curvatura con el diámetro externo del tubo, a esto se le llama factor de la pared del tubo (WF). Para cada tubo y cada radio de curvado debe haber una herramienta correspondiente. Según explica el ingeniero Cipriano Castro, gerente general de Indomec, empresa dedicada al conformado de tubería metálica, la correcta relación de dimensión del tubo con el radio de curvado debe ser uno de los pará- metros más importantes a tener en cuenta. Para evitar el hundimiento o aplanamiento de la zona interior Pared Exterior Eje neutral Términos en el doblado de un tubo Espesor de pared nominal Diámetro externo tubo Diámetro interno tubo Extremo libre Radio de doblado Ángulo de doblado Pared interior de la curva, el radio mínimo del doblez (R) al cual se puede doblar el tubo debe ser alrededor de 1.5 veces el diámetro (D) cuando se usa un mandril, herramienta empleada para apoyar el interior del tubo y así mejorar la calidad de la curva, y 3.0 veces D cuando no se usa el mandril. Valores más altos de WF aumentan el radio mínimo del doblez; esto determina que el doblado de tubos es más difícil para las paredes delgadas. La ductilidad del material de trabajo es también un factor importante en el proceso. Determinar la dificultad del doblez; es decir, si es simple o complejo, depende especialmente de la relación que hay entre el diámetro exterior del tubo (Øe) y el radio de la curva después del proceso (Rc), a esto se le conoce como factor de curvatura (Fc), el cual sirve para hallar el radio mínimo que se le puede dar al material sin afectarlo con hendiduras, grietas o arrugas. La fórmula para establecer el factor de curvatura sería: Fc = Rc/Øe, los valores entre 1 y 2 muestran que el doblez es de alta dificultad, por lo tanto es necesario utilizar elementos de soporte como los mandriles. El valor recomendado del factor de curvatura está en un rango de 2.5 a 3.5, en el cual el doblez se considera simple. En algunos casos, las empresas que no realizan un gran número de dobleces y que frecuentemente emplean procesos manuales, rellenan el tubo con resina o arena seca para evitar que se produzcan defectos de calidad. Adicional mente, el ingeniero Castro recomienda considerar el límite elástico del material también llamado ‘springback’, ya que todos los tubos, una vez finalizan la fuerza de flexión, tienden a manifestar cierta de recuperación elástica. Si se hace un doblez hasta cierto ángulo puede esperarse que regrese hasta un ángulo un poco menor cuando se deja libre el material. Este retroceso es mayor para radios más pequeños, materiales más gruesos, ángulos de doblez más grandes y materiales endurecidos. Por lo general se devuelven entre 2° y 4°. Por ello, en operaciones de precisión, es necesario dar un ángulo o curvatura más cerrada de la necesaria como para que después de la recuperación elástica la pieza que de de la forma deseada. 

Manejo de Materiales y Formatos 

Un segundo bloque de criterios a tener en cuenta para el proceso de doblado de tubos, es el conocimiento de las características del material: forma, tamaño, aleación, límite de Naturaleza del doblez metálico Lado de comprension Eje neutral 0.3 t hasta 0.5 t Lado de tensión Ángulo de doblez Grueso del material original t Fuente: Exco Colombiana Radio mínimo de curvatura para tubos de diferentes diámetros y espesores con Fc = 3 Ø Nominal tubo (in) Ø Real tubo (mm) Espesor de pared (mm) Radio mínimo de curvatura (mm) Radio mínimo de curvatura (in) 0.5 20,63 2,5 61,9 2,4 0.75 25.05 2,5 75,2 3,0 1 32,64 2,5 97,9 3,9 1.25 42,16 2,5 126,5 5,0 1.5 48,26 2,5 144,8 5,7 2 59,24 2,5 177,7 7,0 elasticidad, resistencia a la tensión, ductilidad, y otros más. La mejor forma de lograrlo es establecer una comunicación e interacción con el proveedor de la tubería, quien cuenta con las tablas técnicas de cada uno de sus productos. Al respecto Cipriano Castro, explica que no es igual doblar un tubo de acero al carbono, que uno acero inoxidable, ya que el segundo opone más resistencia a la flexión, y con los diámetros pequeños de curvatura aumenta el riesgo que genere arrugas e imperfecciones. Una solución para el doblado exitoso de la tubería de acero inoxidable en la industria nacional, es usar aceite a través del mandril o macho para mejorar el enfriamiento y la lubricación de la herramienta en el momento de desplazamiento.