En la ingeniería moderna, la construcción y la fabricación de maquinaria, un material aparentemente simple pero crucial, el perfil tubular circular (CHS), desempeña un papel indispensable. Ya sea para el esqueleto de un rascacielos, el soporte de un puente sobre el mar o la estructura del chasis de un automóvil, el CHS, con su diseño único de perfil tubular circular, equilibra a la perfección los dos requisitos fundamentales: ligereza y alta resistencia.
Entendiendo el perfil tubular circular (CHS): Fundamentos
El perfil tubular circular (CHS) se refiere a un tubo de acero con una sección transversal perfectamente circular y un centro hueco. Pertenece a la familia más amplia de perfiles estructurales huecos (HSS), que también incluye perfiles cuadrados (SHS) y rectangulares (RHS). El CHS se fabrica generalmente con acero dulce, acero al carbono o acero inoxidable, y está disponible en una amplia gama de diámetros y espesores de pared. Esto permite a ingenieros y fabricantes seleccionar el tamaño más adecuado según los requisitos estructurales o estéticos del proyecto. Normas comunes:
ASTM A500 / A501 (Norteamérica)
EN 10210 / EN 10219 (Europa)
AS/NZS 1163 (Australia y Nueva Zelanda)
Estas normas garantizan una calidad constante, resistencia mecánica y precisión dimensional.
Propiedades de los componentes del material de la sección hueca circular (CHS)
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Chemical Requirements
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Element
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Composition, %
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Grades A, B, and D
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Grade C
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Heat Analysis
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Product Analysis
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Heat Analysis
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Product Analysis
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Carbon, max A
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0.26
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0.3
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0.23
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0.27
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Manganese, max A
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1.35
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1.4
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1.35
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1.4
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Phosphorus, max
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0.035
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0.045
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0.035
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0.045
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Sulfur, max
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0.035
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0.045
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0.035
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0.045
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Copper, min B
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0.2
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0.18
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0.2
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0.18
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Cómo se fabrica el CHS
El proceso de fabricación depende de si el CHS es sin costura o soldado.
El CHS sin costura se fabrica perforando una palanquilla redonda sólida y alargándola hasta formar un tubo mediante laminación en caliente.
Ventajas: Excelente uniformidad, ideal para aplicaciones de alta presión.
El CHS soldado (más común y económico) se fabrica a partir de placas o bobinas de acero que se laminan en formas circulares y luego se unen mediante soldadura por resistencia eléctrica (ERW) o soldadura por arco sumergido (SAW).
Ventajas: Rentable, buen control dimensional, ampliamente disponible.
Tras el conformado, las tuberías de CHS suelen someterse a tratamientos superficiales como galvanizado, pintura o recubrimiento en polvo para mejorar la resistencia a la corrosión y su aspecto.
El laminado en caliente es uno de los principales métodos para producir CHS. El proceso consiste en calentar una palanquilla de acero a aproximadamente 1200 °C, luego conformarla en una sección transversal circular mediante una serie de rodillos, seguido del enfriamiento y el dimensionado. El CHS laminado en caliente presenta un espesor de pared uniforme, estabilidad dimensional y baja tensión residual, lo que lo hace especialmente adecuado para estructuras de edificios de gran tamaño y maquinaria pesada. Investigaciones han demostrado que las columnas de CHS sin costura laminadas en caliente presentan una excelente resistencia al pandeo bajo compresión axial, lo que las hace ideales para columnas de edificios de gran altura.
En cambio, el laminado en frío procesa el acero a temperatura ambiente y aplica mayor presión para conformarlo. Este método produce CHS con un acabado superficial más liso y una precisión dimensional superior, pero también genera una tensión residual interna relativamente alta. El CHS laminado en frío se utiliza comúnmente para piezas mecánicas y tuberías decorativas que requieren dimensiones precisas. Curiosamente, el proceso de laminado en frío también aumenta la resistencia y dureza del acero, un fenómeno conocido como "endurecimiento por deformación".
Para aplicaciones más exigentes, como oleoductos y gasoductos de alta presión, la tecnología de tubos de acero sin costura es más adecuada. Esta tecnología elimina las posibles debilidades de las soldaduras perforando una palanquilla de acero sólida y luego embutiéndola en un tubo. Datos experimentales demuestran que los perfiles de acero huecos (CHS) sin costuras presentan mayor resistencia y estabilidad bajo compresión axial uniforme, especialmente cuando se someten a presión interna, donde la estructura sin costuras proporciona una garantía de seguridad más fiable.
Además de los procesos básicos descritos anteriormente, la producción moderna de CHS también incorpora etapas posteriores como el tratamiento térmico, el tratamiento superficial y el recubrimiento anticorrosivo para mejorar aún más el rendimiento general del producto. Por ejemplo, el galvanizado por inmersión en caliente puede proporcionar al CHS décadas de protección contra la corrosión, prolongando significativamente su vida útil en entornos hostiles.
Principales aplicaciones de los tubos estructurales de CHS
Los perfiles huecos circulares de acero (CHS) son populares en diversas industrias debido a su ligereza, resistencia, atractivo estético y facilidad de fabricación.
1. Construcción e infraestructura
El CHS se utiliza comúnmente en edificios como rascacielos, puentes, estadios y aeropuertos. Su ligereza y alta resistencia reducen el uso de material y los costos de construcción. Su forma redondeada le confiere al edificio un aspecto más moderno. Muchos puentes y torres también utilizan CHS, que no solo es resistente, sino que también permite ocultar cables y tuberías dentro de la sección hueca, lo que resulta en una estructura más limpia.
2. Transporte y Fabricación
El CHS se encuentra en vehículos como automóviles, metros, trenes y barcos. Su uso en carrocerías y chasis reduce el peso, ahorra combustible y mejora la seguridad.
3. Maquinaria y Energía
El CHS también se utiliza en maquinaria y equipos, robots, torres de aerogeneradores, paneles solares y oleoductos. Su durabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia al viento lo convierten en un material crucial para la fabricación moderna de energía y equipos.
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