proceso de fabricación de tubos sin costuras

INTRODUCCIN

INVESTIGACIN

Proceso de fabricacin de tubos sin costuras:

Tubos sin costuras, Aceroestirado o sin soldadura:

La tubera es un lingote cilndrico que se calienta en un horno antes de laextrusin. En la extrusin se hace pasar por un dado cilndrico y posteriormente se hace el agujero mediante un penetrador. La tubera sin costura es la mejor para la contencin de la presin gracias a su homogeneidad en todas sus direcciones. Adems, es la forma ms comn de fabricacin y por tanto la ms comercial.

1. Procesos de fabricacin de las barras de acero

1.1 Obtencin de materia prima

El proceso de produccin de tubos de acero sin costura en la planta de Tenaris hace de dos insumos primarios: chatarra (denominacin que se le da al acero usado) seleccionada y mineral de hierro.El mineral de hierro pasa por un proceso de Reduccin Directa para desoxidar el mineral produciendo "hierro esponja".Obtencin del hierro esponja

El proceso de reduccin directa consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusin del hierro son eliminados. El producto del sistema de reduccin directa es el hierro esponja, que son pellets de mineral de hierro que pueden ser utilizados directamente para la produccin de hierro con caractersticas controladas.1.2 Cargar el horno

Dentro de este proceso, lo primero que se hace es transportar la chatarra metlica dentro del horno, a travs de una cesta. Mientras tanto, el hierro esponja se carga a travs de una banda transportadora, a un horno de arco elctrico junto con la chatarra seleccionada (aproximadamente 65% hierro esponja y 35% chatarra).Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes se desplaza la bveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, hacindose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada. Durante el proceso de fusin en el horno, se alcanzan temperaturas de alrededor de los 1650C y, se consume una potencia elctrica de aproximadamente 65 MVA.En el horno se realizar un primer ajuste de la composicin qumica por medio de la adicin de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, niquel, molibdeno, vanadio, titanio, etc.).1.3 Proceso de sangrado

Una vez que se separa la escoria, se vierten unas 80 toneladas de acero fundido (lquido) a una cuchara donde se le agregan ferro-aleaciones para conseguir la composicin qumica especificada por el cliente. Se vierte en la cuchara por medio del proceso de sangrado, el cual consiste en retirar a golpes un tapn de arcilla del orificio del hierro cercano al fondo del horno y dejar que el metal fundido fluya por un canal cubierto de arcilla caiga a un deposito metlico forrado del ladrillo, es este caso una cuchara, aunque tambin podra ser una vagoneta capaz de contener hasta 100 toneladas de metal. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se elimina antes de llegar al recipiente.1.4 Horno de afino

El acero obtenido se vaca en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la funcin de cuba de un horno de afino en el que termina de ajustarse la composicin del acero y de drsele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricacin.El control del proceso

Durante el proceso se toma varias muestras del bao y de las escorias para comprobar la marcha del afino y poder ir ajustando la composicin del acero. Para ello se utilizan tcnicas instrumentales de anlisis (espectmetros) que permiten obtener resultados en un corto espacio de tiempo, haciendo posible un control a tiempo real y la adopcin de las correcciones precisas de forma casi instantnea, logrndose as la composicin qumica deseada.Los dos elementos que ms pueden influir en las caractersticas y propiedades del acero obtenido, el carbono y el azufre, se controlan de forma adicional mediante un aparato de combustin LECO. Pero adems de la composicin del bao y de la escoria, se controla de forma rigurosa la temperatura del bao, pues es la que determina las condiciones y la velocidad a la que se producen las distintas reacciones qumicas durante el afino.1.5 Colada contina

Una vez que se traslada la cuchara, el acero lquido es pasado por una mquina de colada continua en donde se transforma en barras de acero con dimetros que van desde los 148mm hasta los 310mm. Estas barras son acondicionadas y preparadas para ser enviadas a los laminadores.La colada continua es un procedimiento siderrgico en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya seccin transversal tiene la forma geomtrica del semi-producto que se desea fabricar.La artesa receptora tiene un orificio de fondo, por el que distribuye el acero lquido en varias lneas de colada, cada una de las cuales disponen de su lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeracin con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra slida que se va formando durante el enfriamiento.2. Proceso de fabricacin de tubos de acero sin costura

2.1 Cortadora

Una vez que las barras ingresan al laminador, son cortadas en trozos de menor longitud llamados "tochos" para luego ser introducidos en el horno giratorio donde sern calentados hasta alcanzar una temperatura de 1250C.2.2 El horno giratorio

Al ingresar al horno el tocho se ubica en direccin radial sobre un piso giratorio de material refractario, denominado solera, y comienza su recorrido a lo largo de un tnel circular, durante el cual es sometido a la radiacin que se origina en las llamas de los quemadores a gas, agrupados en varias zonas de control. En cada una de estas zonas hay instaladas termocuplas, las cuales permiten medir la temperatura a la que se encuentra la zona.Esta temperatura se compara con una preestablecida o temperatura impostada. Un sistema de control regula los caudales de aire y gas que llegan a los quemadores de esa zona, aumentndolos o disminuyndolosconjuntamente, de manera tal que la temperatura medida se mantenga lo ms cercana posible a la impostada. Es decir que el control del horno consiste en el ajuste de los valores impostados para todas las temperaturas de zona y de la velocidad de avance de la solera. Ajustar esta velocidad implica ajustar el tiempo de ciclo, es decir, el tiempo que transcurre entre dos egresos sucesivos de piezas del horno.2.3 Desescamado

Es un proceso que suele constar de dos fases, una para desprender mecnicamente lacascarilla de laminacin la segunda para retirar la cascarilla suelta de la superficie metlica. A continuacin la superficie de metal expuesta es normalmente decapada para retirar la capa de metal situada inmediatamente debajo de la cascarilla, pero esta fase del proceso debera ser considerada independientemente.

2.4 Proceso de perforacin

Al salir del horno giratorio, los tochos son perforados en el laminador perforador, quedando un semielaborado llamado "Forado".Para perforar las barras de acero cilndricas en el proceso de fabricacin de tubos de acero sin costura se emplea la tcnica de la compresin rotativa. En sta, la barra es sometida a la presin de dos cilindros bi-cnicos que al rotar le imprimen un movimiento de rotacin alrededor de su eje.De esta forma, se produce un esfuerzo de compresin de la barra en el plano que contiene a su eje de simetra y a las generatrices de contacto con los cilindros, y de traccin en un plano perpendicular al anterior y que tambin contiene al eje de la barra.Por lo tanto, como consecuencia de la rotacin de la barra, el material cercano a su eje sufre alternativamente esfuerzos de traccin y compresin que lo fatigan y provocan la formacin de una fisura central. Una lanza provista de una punta de acero especial es ensartada en la barra a travs de esta fisura, generando el perforado. La fisura se abre y se conforma el dimetro interno mediante la punta de perforacin de forma ojival.

2.5 Laminador contino

Luego del proceso de perforacin se pasa por el laminador continuo para reducir espesor y estirarlo, obteniendo otro semielaborado llamado "esbozado". La laminacin es un proceso en el que se hace pasar al semi-producto entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su seccin transversal gracias a la presin ejercida por stos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura.2. 6 Horno de barras mviles

A esta altura del proceso, el esbozado perdi temperatura, por lo que se vuelve a pasar por un horma que lo calienta hasta una temperatura aproximada de 900C. Generalmente estos hornos son de gas y en ellos se distingues tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de homogeneizacin.2.7 Desescamado

Se vuelve a quitar el xido superficialque se les forma durante elrecalentamiento al acero.2.8 Laminador reductor estirador (LRE)

El esbozado entra en el LRE donde se reduce el dimetro y se alarga su cuerpo. El producto que se obtiene se le llama semielaborado. El ltimo paso de laminacin es el laminador reductor estirador, en el cual se alcanzan las dimensiones finales de dimetro y espesor del tubo. Para lograr que reducir el dimetro y la longitud deseada, se hace a travs de un sistema compuesto por una PC y dos PLCs que controlan el paso de los tubos de acero en caliente por el laminador, controlando velocidades y corrientes de los motores en tiempo real, almacenando dichas variables y representndolas en grficos tridimensionales en funcin del tiempo y del espacio.Ya por ltimo se enfra el semielaborado es enfriado por conveccin natural y se corta en tramos de acuerdo a la medida requerida con una sierra de haces.

3. Proceso de trefilado en fro de los tubos de acero sin costura

Lo primero que se hace es preparar qumicamente la superficie de los tubos para forma una capa lubricante que reduce la friccin y hace posible la deformacin en frio. Luego se hace el apuntado, en donde se reduce el dimetro en uno de los extremos del tubo para permitir su posterior enhebrado en una matriz de trefilado. Dentro del trefilado en fro se modifica el dimetro y espesor del tubo llevndolo a las dimensiones requeridas por el cliente.Se lleva luego a lo que es el tratamiento trmico, que consiste en calentar el material para darle las propiedades mecnicas requeridas, tales como dureza o traccin. El siguiente proceso es el de enderezado, pues como el tubo ha sufrido distorsiones debidas a los procesos anteriores, en este proceso se endereza.Los tubos son inspeccionados por control no destructivo (CND) en donde se controla las diversas caractersticas del tubo, tales como dimetro externo, existencia de fisuras y caractersticas del acero. Por ltimo, se corta el tubo a la longitud solicitada por el cliente y se inspeccionan las tolerancias especificadas.Ya una vez inspeccionados, los tubos son roscados para ser despachados al cliente final.

Precio de los tubos sin costura a nivel internacional:

US $ 3000/Tonelada

Ejemplo de una planta que fabrique tubos sin costura con aplicaciones petroleras:

1. SIDOR y CVG:

Capacidad instalada para producir unas 60.000 toneladas anuales. Sin embargo, para sus etapas iniciales, se prev que produzca un promedio de 1.600 toneladas mensuales.

CLCULOS

A. Clculo de tubos requeridos para el proyecto:

Tubos de 3,5 pulg

Tubos de 4,5 pulg

Tubos por pozo

Cantidad de tubos para el proyecto

58

313

371

66780

B. Clculo de costo total

Peso de Tubos de 3,5 pulg (kg)

Peso de Tubos de 4,5 pulg (kg)

Peso total (Tn)

Costo internacional de la tonelada ($)

Costo total del proyecto (MM$)

205,484

267,054

17191,07532

3000

51,57322596

C. Clculo del tiempo de fabricacin de los tubos:

Se tomar como ejemplo a las empresas SIDOR y CVG en las cuales se prev que se produzca, en sus etapas iniciales, 1.600 toneladas cada treinta das.

SIDOR y CVG

Produccin en toneladas mensuales (30 das)

Tiempo estimado para producir la cantidad requerida de tubos (hrs)

1600

42,75

D. Definicin del experimento diseado:

Por operador (Operador uno):

El operador uno, del grupo uno, de la lnea de produccin uno, de la planta FTPUCVP produjo ocho tubos. Dichos tubos fueron pesados y se les determin el acabado superficial mediante un dispositivo, el cual calificaba, si los tubos pasaban o no el control de calidad. Este experimento se realiza con la finalidad de cuantificar y observar el fenmeno de la variabilidad en el peso y el acabado superficial del producto. De esta forma se puede analizar si el proceso de fabricacin de tubos se est comportando de manera ptima, satisfaciendo a las especificaciones de los clientes que van a comprar el producto de la empresa. Dicha data fue previamente recopilada y posteriormente analizada obteniendo los siguientes:

Operador O1G1L1

Turno 7:00 a 8:00

Tubo

Kg

A.S

1

266,58

0

2

268,42

0

3

267,99

0

4

271,01

0

5

266,68

1

6

268,09

0

7

269,40

0

8

267,15

0

Estadstica Descriptiva del O1G1L1

Media

268,165

Error tpico

0,525564323

Mediana

268,04

Moda

#N/A

Desviacin estndar

1,486520386

Varianza de la muestra

2,209742857

Curtosis

0,722843365

Coeficiente de asimetra

0,963717401

Rango

4,43

Mnimo

266,58

Mximo

271,01

Suma

2145,32

Cuenta

8

Nivel de confianza (95,0%)

1,242762143

Valor promedio (Kg)

Valor terico (Kg)

Error relativo (%)

Probabilidad de A.S (%)

268,04

267,054

0,369213717

12,5

Por grupo (Grupo uno):

Grupo 1

Turno 7:00 a 8:00

Turno 8:00 a 9:00

Turno 9:00 a 10:00

Turno 10:00 a 11:00

Op1

Op2

Op3

Op4

Tubos

Kg

A.S

Kg

A.S

Kg

A.S

Kg

A.S

1

266,58

0

267,62

1

268,09

0

266,3

0

2

268,42

0

267,15

0

267,43

0

265,36

0

3

267,99

0

266,96

0

266,02

0

266,21

0

4

271,01

0

266,11

0

265,93

0

265,08

0

5

266,68

1

266,55

0

269,5

0

268,46

0

6

268,09

0

268,56

0

265,27

0

268,37

0

7

269,40

0

269,03

0

269,22

0

267,24

0

8

267,15

0

269,03

0

Clase

Frecuencia

% acumulado

264

0

0,00%

265

0

0,00%

266

4

13,33%

267

8

40,00%

268

6

60,00%

269

6

80,00%

270

5

96,67%

271

0

96,67%

272

1

100,00%

Estadstica Descriptiva del Grupo 1

Media

267,4936667

Error tpico

0,263266607

Mediana

267,335

Moda

268,09

Desviacin estndar

1,441970594


2,079279195

Curtosis

-0,331194173


0,30017373

Rango

5,93

Mnimo

265,08

Mximo

271,01

Suma

8024,81

Cuenta

30


0,538440669

Valor promedio (Kg)

Valor terico (Kg)

Error relativo (%)


267,4936667

267,054

0,164635866

6,666666667

Por lnea de produccin (Lnea uno):

Lnea 1

Turno 7:00 a 8:00

Turno 8:00 a 9:00

Turno 9:00 a 10:00

Turno 10:00 a 11:00

Tubo

Kg

A.S

Kg

A.S

Kg

A.S

Kg

A.S

1

266,58

0

267,62

1

268,09

0

266,3

0

2

268,42

0

267,15

0

267,43

0

265,36

0

3

267,99

0

266,96

0

266,02

0

266,21

0

4

271,01

0

266,11

0

265,93

0

265,08

0

5

266,68

1

266,55

0

269,5

0

268,46

0

6

268,09

0

268,56

0

265,27

0

268,37

0

7

269,4

0

269,03

0

269,22

0

267,24

0

8

267,15

0

266,3

0

269,03

0

267,99

0

9

266,87

0

268,84

0

267,9

0

266,58

0

10

267,9

0

267,62

0

265,24

0

267,83

0

11

272,13

1

266,49

0

268,46

0

265,64

0

12

269,59

0

268,65

0

265,23

0

266,11

0

13

267,34

0

267,43

0

268,65

0

266,4

0

14

267,15

0

265,36

1

267,05

1

267,52

0

15

267,34

1

266,68

0

267,34

0

266,21

0

16

266,58

0

271,75

0

267,34

0

266,68

0

17

266,68

0

267,24

1

267,43

0

267,9

1

18

271,75

0

266,77

0

269,78

0

268,37

0

19

267,24

1

266,11

0

267,52

0

264,61

1

20

266,77

0

267,71

0

269,03

0

266,3

0

21

266,11

0

268,84

0

266,4

0

267,81

0

22

267,71

0

266,87

0

267,62

0

23

268,84

0

266,02

0

Clase

Frecuencia

% acumulado

264

0

0,00%

265

1

1,12%

266

8

10,11%

267

27

40,45%

268

28

71,91%

269

13

86,52%

270

8

95,51%

271

0

95,51%

272

3

98,88%

273

1

100,00%

Estadstica Descriptiva de la Linea 1

Media

267,4655056

Error tpico

0,155418642

Mediana

267,34

Moda

266,68

Desviacin estndar

1,466216537


2,149790935

Curtosis

1,376138684


0,897888413

Rango

7,52

Mnimo

264,61

Mximo

272,13

Suma

23804,43

Cuenta

89


0,308861892

Valor promedio (Kg)

Valor terico (Kg)

Error relativo (%)


267,34

267,054

0,107094445

8,9

Por Planta (FTUCVP1):

Planta 1

Turno 7:00 a 8:00

Turno 8:00 a 9:00

Turno 9:00 a 10:00

Turno 10:00 a 11:00

Tubo

Kg

A.S

Kg

A.S

Kg

A.S

Kg

A.S

1

266,58

0

267,62

1

268,09

0

266,3

0

2

268,42

0

267,15

0

267,43

0

265,36

0

3

267,99

0

266,96

0

266,02

0

266,21

0

4

271,01

0

266,11

0

265,93

0

265,08

0

5

266,68

1

266,55

0

269,5

0

268,46

0

6

268,09

0

268,56

0

265,27

0

268,37

0

7

269,4

0

269,03

0

269,22

0

267,24

0

8

267,15

0

266,3

0

269,03

0

267,99

0

9

266,87

0

268,84

0

267,9

0

266,58

0

10

267,9

0

267,62

0

265,24

0

267,83

0

11

272,13

1

266,49

0

268,46

0

265,64

0

12

269,59

0

268,65

0

265,23

0

266,11

0

13

267,34

0

267,43

0

268,65

0

266,4

0

14

267,15

0

265,36

1

267,05

1

267,52

0

15

267,34

1

266,68

0

267,34

0

266,21

0

16

266,58

0

271,75

0

267,34

0

266,68

0

17

266,68

0

267,24

1

267,43

0

267,9

1

18

271,75

0

266,77

0

269,78

0

268,37

0

19

267,24

1

266,11

0

267,52

0

264,61

1

20

266,77

0

267,71

0

269,03

0

266,3

0

21

266,11

0

268,84

0

266,4

0

267,81

0

22

267,71

0

264,23

0

266,87

0

267,62

0

23

268,84

0

265,83

0

266,02

0

266,49

0

24

269,12

0

267,81

0

270,53

0

268,24

0

25

266,68

0

268,28

0

265,93

0

268,09

0

26

269,03

1

268,56

0

265,64

0

266,77

0

27

266,4

0

268,84

0

267,71

0

269,31

0

28

266,4

1

269,97

0

265,64

0

268,75

0

29

267,52

1

267,71

0

266,58

0

265,17

0

30

269,5

1

269,22

0

266,21

0

265,55

0

31

270,63

0

265,99

0

268,65

0

265,08

0

32

265,55

0

269,31

0

266,21

0

266,96

0

33

268,18

0

268,18

0

269,87

0

268,09

1

34

265,01

0

269,4

0

267,52

0

267,05

0

35

264,38

0

267,99

0

269,87

0

265,35

0

36

265,17

1

271

1

267,81

0

265,27

0

37

266,3

0

265,36

0

267,62

0

265,55

0

38

266,77

0

269,69

0

266,68

0

269,97

0

39

266,49

0

265,74

0

267,05

0

40

267,24

0

269,12

0

266,87

0

41

266,49

0

265,46

0

269,78

0

42

267,24

0

267,9

0

266,96

0

43

269,59

0

266,87

1

265,1

0

44

265,4

0

265,74

0

268,18

0

45

265,93

0

265,83

0

266,48

1

46

265,83

0

266,58

0

266,96

0

47

267,58

0

267,81

0

268,93

0

48

268,75

0

267,9

0

266,77

0

49

265,87

0

268,28

0

269,69

1

50

265,46

0

268,75

0

265,74

0

51

267,05

1

268,93

0

52

268,28

1

266,87

0

53

267,24

0

Clase

Frecuencia

% acumulado

264

0

0,00%

265

3

1,55%

266

34

19,17%

267

49

44,56%

268

46

68,39%

269

30

83,94%

270

24

96,37%

271

3

97,93%

272

3

99,48%

273

1

100,00%

Estadstica Descriptiva de la planta FTPUCVP1

Media

267,3954922

Error tpico

0,109561407

Mediana

267,24

Moda

266,68

Desviacin estndar

1,522075711


2,31671447

Curtosis

0,058997145


0,50389268

Rango

7,9

Mnimo

264,23

Mximo

272,13

Suma

51607,33

Cuenta

193


0,216098535

Valor promedio (Kg)

Valor terico (Kg)

Error relativo (%)


267,3954922

267,054

0,127873849

11,39896373

BIBLIOGRAFA

http://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADa

http://www.tenaris.com/shared/documents/files/CB196.pdf

http://www.tamsa.com.mx/Argentina/es/perfil/proc_prod_scostura.asp

http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_III.htm

http://www.ipac.es/acero/fabricacion.asp

http://es.made-in-china.com/tag_search_product/S135-Drill-Pipe_ishnunn_1.html

Histograma

Frecuencia264265266267268269270271272y mayor...0048665010% acumulado264265266267268269270271272y mayor...000.133333333333333330.40.60.80.966666666666666670.9666666666666666711

Clase

Frecuencia

Histograma

Frecuencia264265266267268269270271272273y mayor...01827281380310% acumulado264265266267268269270271272273y mayor...01.1235955056179775E-20.101123595505617970.40449438202247190.71910112359550560.86516853932584270.95505617977528090.95505617977528090.988764044943820211

Clase

Frecuencia

Histograma

Frecuencia264265266267268269270271272273y mayor...0334494630243310% acumulado264265266267268269270271272273y mayor...01.5544041450777202E-20.191709844559585480.445595854922279770.683937823834196880.83937823834196890.963730569948186510.979274611398963770.9948186528497409111

Clase

Frecuencia

Diagrama de puntos de la data recopilada por O1G1L1

Y266.58268.42267.99271.01266.68268.08999999999997269.39999999999998267.1499999999999800000000

proceso de fabricación de tubos sin costuras

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