Como são feitos os tubos? Uma visão completa da fabricação de tubos

Os tubos são feitos usando um dos três métodos de fabricação principais, dependendo do material: tubos de aço sem costura são formados pela perfuração de um tarugo de metal sólido, tubos de aço soldados são enrolados e fundidos ao longo de uma costura, e tubos de plástico como PVC ou HDPE são moldados por meio de um processo de extrusão que empurra o material derretido através de uma matriz. De acordo com dados publicados pelo American Iron and Steel Institute, a produção global de tubos de aço excedeu 140 milhões de toneladas métricas em 2023, enquanto o Plastics Pipe Institute relata que a fabricação de tubos de plástico cresceu em média 4,2 por cento ao ano desde 2019, à medida que os municípios substituem infraestruturas metálicas envelhecidas (Fonte: Relatório Anual do Plastics Pipe Institute, 2023).

Este artigo explica passo a passo como as três principais categorias de tubos são fabricadas, compara seus métodos de produção e responde às perguntas mais comuns que as pessoas fazem sobre como os tubos são feitos.

Por que o método de fabricação de tubos é importante

O método de fabricação utilizado determina a resistência, o custo e a aplicação adequada de um tubo, razão pela qual os fabricantes escolhem processos diferentes para linhas de abastecimento de água, oleodutos e gasodutos e construção estrutural. Um tubo sem costura, por exemplo, normalmente pode suportar uma pressão interna mais elevada do que um tubo soldado do mesmo diâmetro porque não possui costura de solda que possa se tornar um ponto fraco, de acordo com os padrões de engenharia publicados pelo American Petroleum Institute (especificação API 5L, 2022). É por isso que os tubos sem costura são comumente especificados para transporte de petróleo e gás em alta pressão, enquanto os tubos soldados são mais frequentemente usados ​​em aplicações de baixa pressão, como estruturas estruturais e distribuição de água.

Como são feitos os tubos de aço sem costura

Os tubos de aço sem costura são feitos aquecendo um tarugo de aço cilíndrico sólido e perfurando um orifício no seu centro para formar um tubo oco, sem qualquer junta soldada. O processo, comumente chamado de método de perfuração Mannesmann, tem sido o padrão da indústria desde que foi patenteado em 1885 e continua sendo o principal método usado atualmente para a produção de tubos de alta pressão.

1. Aquecendo o boleto: Um tarugo sólido de aço redondo é aquecido em um forno rotativo a aproximadamente 1.200 a 1.300 graus Celsius (2.192 a 2.372 graus Fahrenheit) , tornando o aço maleável o suficiente para ser perfurado.
2. Perfuração: O tarugo aquecido é passado entre dois rolos angulares sobre uma ponta perfurante, que força um furo no centro e cria uma concha oca chamada "tubo-mãe".
3. Alongamento e rolamento: A casca oca é então esticada e enrolada para reduzir a espessura da parede e aumentar o seu comprimento, usando um mandril para manter um diâmetro interno consistente.
4. Dimensionamento: O tubo passa por um moinho de dimensionamento que ajusta o diâmetro externo para atender aos requisitos exatos das especificações.
5. Resfriamento e corte: O tubo acabado é resfriado a ar em um leito de resfriamento e depois cortado em comprimentos comerciais padrão, normalmente de 6 a 12 metros (20 a 40 pés).

Como são feitos os tubos de aço soldados

Os tubos de aço soldados são feitos rolando placas ou bobinas de aço planas em um formato cilíndrico e fundindo as bordas ao longo de uma costura, o que torna a produção mais rápida e menos dispendiosa do que o método sem costura.

1. Desenrolamento e achatamento: Uma bobina de tira de aço plana é alimentada através de rolos que a achatam e endireitam antes de moldá-la.
2. Formação: O aço plano é passado por uma série de rolos modeladores que gradualmente o enrolam em um formato de tubo cilíndrico.
3. Soldagem da costura: As duas bordas do aço laminado são pressionadas juntas e fundidas, mais comumente usando soldagem por resistência elétrica de alta frequência (ERW), que passa uma corrente elétrica através da costura para gerar calor e unir as bordas sem adição de metal de adição.
4. Corte de costura: O excesso de material de solda, conhecido como rebarba, é aparado de dentro e de fora da costura para produzir uma superfície lisa.
5. Dimensionamento e corte: O tubo é dimensionado até seu diâmetro final e cortado em comprimentos padrão, depois inspecionado quanto à qualidade da solda.

Como são feitos os tubos de plástico (PVC e HDPE)

Tubos de plástico como PVC e HDPE são feitos através de um processo de extrusão, no qual a resina plástica bruta é derretida e continuamente empurrada através de uma matriz circular para formar um tubo oco.

• Preparação de resina: Pellets de resina plástica, juntamente com estabilizadores e aditivos, são misturados em proporções precisas antes de serem alimentados no funil da extrusora.
• Fusão e extrusão: Um parafuso giratório dentro de um barril aquecido derrete a resina e a força para frente através de uma matriz circular, formando um tubo oco contínuo. As temperaturas de extrusão para PVC normalmente variam de 180 a 210 graus Celsius (356 a 410 graus Fahrenheit) , de acordo com as diretrizes de fabricação do Plastics Pipe Institute.
• Dimensionamento e resfriamento: O tubo ainda mole passa por um tanque de dimensionamento a vácuo que o molda no diâmetro correto, seguido por um banho de resfriamento de água que solidifica o plástico.
• Corte e sino: O tubo resfriado é cortado no comprimento certo e uma extremidade é frequentemente aquecida e expandida para formar um encaixe em forma de sino para facilitar as conexões das juntas.

Como são feitos os tubos de cobre

Os tubos de cobre são feitos aquecendo o cobre refinado até um estado fundido, moldando-o em um tarugo cilíndrico oco e, em seguida, puxando-o através de matrizes progressivamente menores para atingir a espessura e o diâmetro finais da parede.

1. Fundição: O cobre fundido é fundido em um formato de tubo oco chamado tarugo, usando uma roda de fundição rotativa ou um método de fundição vertical.
2. Extrusão a quente: O tarugo é aquecido e empurrado através de uma prensa de extrusão para reduzir seu diâmetro e criar um tubo mais longo e mais fino.
3. Desenho a frio: O tubo é puxado através de uma série de matrizes à temperatura ambiente para reduzir ainda mais o diâmetro e a espessura da parede enquanto aumenta o comprimento, um processo repetido várias vezes para atingir as especificações finais.
4. Recozimento: Entre as passagens de trefilação, o cobre é aquecido e resfriado lentamente para aliviar o estresse interno e restaurar a flexibilidade, uma vez que a trefilação a frio repetida torna o metal quebradiço.
5. Corte e enrolamento: O tubo de cobre rígido é cortado em comprimentos retos padrão, enquanto o tubo de cobre flexível é enrolado em bobinas.

Comparando métodos de fabricação de tubos

A tabela abaixo compara os quatro principais métodos de fabricação de tubos por matéria-prima, processo primário e aplicação típica, com base nos padrões de fabricação publicados pelo American Petroleum Institute e pelo Plastics Pipe Institute.

Legenda: Comparação de matérias-primas, processos de fabricação e aplicações comuns nos quatro principais tipos de tubos, com base nos padrões do American Petroleum Institute e do Plastics Pipe Institute.

Tubos sem costura versus tubos soldados: qual tem melhor desempenho?

Os tubos sem costura geralmente apresentam melhor desempenho sob alta pressão e temperaturas extremas, enquanto os tubos soldados são mais econômicos para uso geral e de baixa pressão. A comparação abaixo descreve as diferenças práticas que compradores e engenheiros consideram.

Legenda: Comparação de desempenho e custos entre tubos de aço sem costura e soldados, com base nas diretrizes da especificação API 5L (2022).

Controle de qualidade na fabricação de tubos

O controle de qualidade na fabricação de tubos depende de métodos de testes não destrutivos que verificam rachaduras, variações na espessura da parede e defeitos de solda antes dos tubos saírem da fábrica. Os seguintes métodos são padrão em todo o setor:

• Teste ultrassônico: Ondas sonoras de alta frequência passam através da parede do tubo para detectar rachaduras internas ou vazios que não são visíveis do lado de fora.
• Teste hidrostático: O tubo é preenchido com água e pressurizado acima de sua pressão nominal de trabalho para confirmar que não vaza ou falha sob tensão.
• Teste de corrente parasita: Um campo eletromagnético é usado para detectar defeitos superficiais e próximos à superfície, comumente aplicado à inspeção de costuras soldadas.
• Inspeção dimensional: O diâmetro externo, a espessura da parede e o comprimento são medidos de acordo com as especificações de tolerância usando medidores a laser ou mecânicos.

Perguntas frequentes sobre como os tubos são feitos

Qual é o tipo mais forte de processo de fabricação de tubos?

A tubulação sem costura é geralmente considerada o processo de fabricação mais forte porque não possui costura de solda, o que remove o ponto mais comum de fraqueza estrutural. É por isso que os tubos sem costura são a escolha padrão para o transporte de petróleo, gás e vapor em alta pressão.

Por que os tubos de plástico são feitos por extrusão em vez de fundição?

Os tubos de plástico são feitos por extrusão porque o processo permite a produção contínua e ininterrupta de longos comprimentos com um diâmetro consistente, o que é muito mais eficiente do que a fundição de seções individuais. A extrusão também permite que os fabricantes controlem com precisão a espessura da parede ao longo de todo o comprimento do tubo.

Quanto tempo leva para fabricar um tubo de aço?

Um único tubo de aço soldado pode ser formado, soldado e cortado em poucos minutos em uma linha de produção contínua, enquanto a fabricação de tubos sem costura leva mais tempo devido aos múltiplos estágios de aquecimento, perfuração e laminação envolvidos. A velocidade total de produção depende do diâmetro do tubo, da espessura da parede e do equipamento específico do moinho utilizado.

Os tubos são reciclados durante a fabricação?

A fabricação de tubos de aço e cobre geralmente incorpora sucata reciclada no tarugo bruto, e o American Iron and Steel Institute relata que a indústria siderúrgica dos EUA utiliza em média mais de 70 por cento de conteúdo reciclado em toda a produção de aço. Os fabricantes de tubos de plástico também utilizam cada vez mais resina reciclada pós-industrial como parte do seu mix de matérias-primas.

Conclusão

Compreensão como os tubos são feitos se resume a quatro caminhos principais de fabricação: tubos de aço sem costura formados por perfuração e laminação, tubos de aço soldados moldados e fundidos ao longo de uma costura, tubos de plástico extrudados a partir de resina derretida e tubos de cobre fundidos e trefilados a frio até o tamanho final. Cada método é escolhido com base nos requisitos de pressão, durabilidade e custo da aplicação final do tubo, e métodos de teste rigorosos, como inspeção ultrassônica e hidrostática, garantem que cada tubo atenda aos padrões de segurança antes de chegar ao campo.