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
Varianza de la muestra
2,079279195
Curtosis
-0,331194173
Coeficiente de asimetra
0,30017373
Rango
5,93
Mnimo
265,08
Mximo
271,01
Suma
8024,81
Cuenta
30
Nivel de confianza (95,0%)
0,538440669
Valor promedio (Kg)
Valor terico (Kg)
Error relativo (%)
Probabilidad de A.S (%)
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
Varianza de la muestra
2,149790935
Curtosis
1,376138684
Coeficiente de asimetra
0,897888413
Rango
7,52
Mnimo
264,61
Mximo
272,13
Suma
23804,43
Cuenta
89
Nivel de confianza (95,0%)
0,308861892
Valor promedio (Kg)
Valor terico (Kg)
Error relativo (%)
Probabilidad de A.S (%)
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
Varianza de la muestra
2,31671447
Curtosis
0,058997145
Coeficiente de asimetra
0,50389268
Rango
7,9
Mnimo
264,23
Mximo
272,13
Suma
51607,33
Cuenta
193
Nivel de confianza (95,0%)
0,216098535
Valor promedio (Kg)
Valor terico (Kg)
Error relativo (%)
Probabilidad de A.S (%)
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