Diferencia entre tubo cuadrado y tubo rectangular

Descripción básica de tubos cuadrados y rectangulares:

El tubo cuadrado es un tipo de tubo de acero con forma que se ranura y dobla sobre una placa de acero y luego se suelda en ella. Generalmente se le llama tubo cuadrado o tubo cuadrado. El tubo cuadrado tiene una sección transversal cuadrada y tiene las ventajas de esquinas claras, dimensiones precisas, superficie lisa y resistencia a la corrosión. Es ampliamente utilizado en la construcción, fabricación de maquinaria, fabricación de muebles, producción de vallas publicitarias y otros campos.

El tubo rectangular es un tubo de acero con forma similar al tubo cuadrado, pero su forma de sección transversal es rectangular. Los tubos rectangulares se cortan a partir de placas de acero y luego se fabrican mediante soldadura o procesos de fabricación sin costuras. Los tubos rectangulares tienen las características de peso ligero, alta resistencia, ausencia de deformación y resistencia a la corrosión. Son uno de los materiales importantes en la construcción, puentes, fabricación de maquinaria, soportes solares y otras industrias.

Diferencia entre tubo cuadrado y tubo rectangular:

1. Forma y propiedades mecánicas
Los tubos cuadrados tienen cuatro lados iguales, una sección transversal cuadrada y ángulos rectos. Los tubos rectangulares, por otro lado, tienen una sección transversal rectangular con longitudes desiguales en sus lados largo y corto, y también ángulos rectos.

Los tubos cuadrados tienen el mismo momento de inercia a lo largo de cualquier eje central, lo que resulta en la misma resistencia a la flexión y a la torsión en todas las direcciones. Los tubos rectangulares, con su sección transversal rectangular, tienen un momento de inercia mucho mayor a lo largo de su eje fuerte (lado largo) que a lo largo de su eje débil (lado corto), lo que les confiere una resistencia a la flexión direccional distintiva. Esta es la diferencia más importante en el diseño estructural, ya que determina directamente su aplicabilidad en diferentes escenarios.

2. Diferencias de tamaño
Tanto los tubos cuadrados como los rectangulares se pueden personalizar para satisfacer necesidades específicas, con longitudes de lado que van desde unos pocos milímetros hasta más de un metro. Las líneas de productos comunes abarcan una amplia gama, desde pequeñas aplicaciones decorativas hasta grandes usos estructurales. Los tamaños de tubos cuadrados más comunes varían de 20 x 20 mm a 400 x 400 mm, mientras que los de tubos rectangulares varían de 20 x 30 mm a 200 x 400 mm. Tanto los tubos cuadrados como los rectangulares suelen estar hechos de acero, siendo el acero al carbono y el acero inoxidable los más comunes.

En el ámbito de la arquitectura y la estructura, la norma estadounidense ASTM A500 (tubos estructurales de acero al carbono) y la norma europea EN 10219 (perfiles estructurales huecos soldados y conformados en frío) son las normas generales más citadas. Además, existe la norma ASTM A513, utilizada para estructuras mecánicas, etc.

3. Diferencias en las aplicaciones
La selección de tubos cuadrados y rectangulares se basa principalmente en sus diferentes propiedades mecánicas de sección transversal:

Tubos cuadrados: Gracias a su estructura simétrica, presentan un mejor equilibrio al soportar fuerzas en todas las direcciones. Por lo tanto, se utilizan a menudo en situaciones que requieren una carga uniforme, como el soporte de columnas y marcos en estructuras de edificios.
Aplicaciones típicas: Columnas portantes, cerchas espaciales, expositores, barandillas y estructuras mecánicas que requieren una apariencia simétrica.

Tubos rectangulares: Debido a la diferencia entre sus lados largos y cortos, son más adecuados para aplicaciones que requieren cargas de flexión unidireccionales, como la construcción de puentes. Los tubos rectangulares se adaptan mejor a la distribución de tensiones de los puentes, mejorando así la estabilidad estructural.
Aplicaciones típicas: Vigas en edificios, correas de tejado, rieles guía para soportes de paneles solares y componentes que sirven como vigas portantes principales en equipos.

4. Diferencias en los procesos de fabricación
En la industria moderna, la gran mayoría de los tubos estructurales cuadrados y rectangulares utilizan el mismo proceso de doblado en frío y conformado por soldadura (como la soldadura por resistencia de alta frecuencia). El fleje de acero pasa por una serie de rodillos formadores, se dobla gradualmente formando un círculo, luego se cierra y se suelda la costura, y finalmente se lamina hasta obtener la forma cuadrada o rectangular final mediante rodillos de dimensionado.

Un pequeño número de tubos cuadrados y rectangulares sin costura se produce mediante extrusión en caliente o perforación para necesidades especiales. Por lo tanto, la forma en sí no determina el proceso de fabricación; este se determina principalmente por el equipo del fabricante, la aplicación del producto y el costo.

Ventajas y desventajas de los tubos cuadrados y tubos rectangulares:

1) Tubo cuadrado

Ventajas de los tubos cuadrados:
a. Isotrópicos y altamente estables: La sección transversal cuadrada presenta características idénticas a lo largo de ambos ejes principales, lo que resulta en una distribución uniforme de las tensiones. Esto los hace extremadamente estables como columna de compresión, sin eje débil.
b. Aspecto limpio y estético: Su geometría simétrica realza la estética de la arquitectura moderna y el diseño de productos, haciéndolos adecuados para estructuras expuestas.
c. Conexiones relativamente convenientes: Los cuatro lados son planos, lo que facilita la soldadura, el atornillado o el uso de conectores estándar.
d. Mayor resistencia a la torsión en comparación con los tubos rectangulares: Si bien no son tan robustos como los tubos redondos, son más simétricos que los cuadrados, lo que resulta en una mayor resistencia a la torsión.

Desventajas de los tubos cuadrados:
a. Menor eficiencia de flexión que las vigas: Para el mismo peso o área de sección transversal, su módulo de flexión es menor que el de los tubos rectangulares. En otras palabras, es menos eficiente que los tubos rectangulares cuando se utiliza como vigas.
b. Esquinas muertas internas: No es adecuado para el transporte de fluidos debido a su alta resistencia al flujo y tendencia a la sedimentación.
c. Posible menor utilización del espacio: En algunos marcos que requieren un diseño aplanado, puede que no sea tan eficiente en cuanto al espacio como los tubos rectangulares.

2) Tubo rectangular

Ventajas de los tubos rectangulares:
a. Alta eficiencia de flexión: Cuando se utilizan como vigas, los tubos rectangulares, con sus lados largos en posición vertical, alcanzan un módulo de sección muy superior al de los tubos cuadrados del mismo peso, lo que resulta en la utilización más económica del material.
b. Alto aprovechamiento del espacio: Su forma plana permite un ajuste perfecto a paredes o equipos, ahorrando espacio y permitiendo una distribución flexible.
c. Óptima comodidad de conexión: Al poseer dos planos anchos, es más fácil de soldar, perforar e instalar.

d. Buena rentabilidad: Es el perfil más común en aplicaciones estructurales, con producción a gran escala y alta rentabilidad. 

Desventajas de los tubos rectangulares:

a. Anisotropía: Los momentos de inercia difieren a lo largo de los dos ejes principales, lo que resulta en un eje fuerte y uno débil. Al usarse como columnas, la estabilidad es deficiente si la fuerza no se aplica a lo largo del eje fuerte.

b. Baja resistencia a la torsión: Bajo torsión, la concentración de tensiones es significativa en las esquinas, lo que hace que su resistencia a la torsión sea la más débil entre los tres perfiles básicos (redondos, cuadrados y rectangulares). 

c. Las esquinas son puntos de concentración de tensiones: Bajo cargas repetidas, las esquinas son propensas a convertirse en puntos de inicio de grietas por fatiga.

Conclusión:

Los tubos cuadrados y rectangulares difieren en forma, propiedades mecánicas, dimensiones, aplicaciones y procesos de fabricación. La elección de la forma del tubo de acero depende del escenario de aplicación y los requisitos específicos. Generalmente, los tubos cuadrados son adecuados para columnas portantes, componentes portantes multidireccionales y mecanizado y fabricación de precisión; mientras que los tubos rectangulares son adecuados para disposiciones estructurales de componentes de vigas a flexión (vigas de edificios, viguetas de muro cortina, estructuras de equipos, chasis de vehículos). 

Los tubos cuadrados y rectangulares son herramientas complementarias en manos de los ingenieros estructurales. En sistemas complejos de estructuras de acero, los tubos cuadrados suelen servir como columnas estables, mientras que los rectangulares suelen servir como vigas eficientes. Trabajando juntos, constituyen un sistema estructural seguro, económico y eficiente.

Leer más: Tamaños de tubos cuadrados o Tubo cuadrado vs. Tubo redondo