Tubo cuadrado vs. Tubo redondo: Diferencias de rendimiento y guía de selección

Tubos cuadrados o redondos? Lectura obligada para ingenieros: Lógica de selección y conceptos erróneos comunes

Tiene dificultades para elegir los tubos de acero adecuados para su proyecto, pero no se decide entre tubos cuadrados (SHS) y tubos redondos (CHS)? Una elección incorrecta no solo puede aumentar los costos y las demoras, sino también generar riesgos de seguridad. Este artículo le proporcionará una guía clara para tomar decisiones si se enfrenta a alguno de los siguientes dilemas:

● Estructuras de acero: Son los tubos cuadrados o redondos más económicos y robustos?
● Tuberías: Por qué los tubos cuadrados son casi inexistentes?
● Bastidores de equipos: Cómo elegir un material que equilibre la capacidad de carga y la facilidad de instalación?
● Diseño creativo: Qué material de tubo logra un mejor equilibrio entre atractivo visual y estabilidad estructural?

Continúe leyendo y obtendrá un mapa de selección claro en 3 minutos, evitando errores comunes y tomando la mejor decisión profesional, económica y segura.

En muchos campos, como la construcción y la fabricación de maquinaria, los tubos cuadrados y redondos son materiales comunes, pero difieren en muchos aspectos de su rendimiento.

● Diferencias en las propiedades mecánicas:

1. Resistencia a la compresión

Los tubos circulares presentan una ventaja única en cuanto a resistencia a la compresión. Gracias a su sección transversal circular, al someterse a una presión externa uniforme, esta se distribuye uniformemente por toda la circunferencia. Esta distribución uniforme de la presión permite que los tubos circulares dispersen la presión de forma más eficaz cuando se someten a presión axial, reduciendo así la probabilidad de deformación localizada. Por ejemplo, en algunas estructuras de soporte, el uso de tubos circulares como componentes de soporte puede soportar mejor la presión vertical desde arriba, manteniendo así la estabilidad estructural.

En cambio, los tubos cuadrados presentan una resistencia a la compresión menor que los circulares en algunas situaciones. Las cuatro esquinas de los tubos cuadrados son zonas de concentración de tensiones, y estas esquinas son propensas a deformarse primero bajo presión. Sin embargo, en ciertas estructuras específicas, si la presión se aplica uniformemente a lo largo del plano del tubo cuadrado, este también puede presentar una buena resistencia a la compresión.

2. Resistencia a la flexión

La resistencia a la flexión está relacionada con la forma de la sección transversal y el momento de inercia del tubo. Los tubos circulares presentan una distribución más uniforme del momento de inercia, lo que resulta en una resistencia a la flexión relativamente constante en todas las direcciones. Al someterse a fuerzas de flexión, los tubos circulares pueden resistir la deformación por flexión uniformemente a lo largo de la circunferencia. Esto hace que los tubos redondos sean eficaces en aplicaciones que requieren fuerzas de flexión multidireccionales, como los componentes de ejes de maquinaria rotativa.

Los tubos cuadrados, por otro lado, presentan resistencia a la flexión direccional. A lo largo de sus lados más largos, los tubos cuadrados tienen un mayor momento de inercia y una resistencia a la flexión relativamente mayor; por el contrario, a lo largo de sus lados más cortos, el momento de inercia es menor, lo que resulta en una resistencia a la flexión relativamente menor. Por lo tanto, al diseñar y utilizar tubos cuadrados, es necesario distribuirlos racionalmente según la dirección de la fuerza real para aprovechar al máximo su resistencia a la flexión.

● Diferencias en el rendimiento de la dinámica de fluidos:

1. Eficiencia en el transporte de fluidos
Los tubos redondos ofrecen una ventaja significativa en el transporte de fluidos. La pared interior lisa de un tubo redondo, sin bordes afilados, ofrece menor resistencia al flujo de fluidos. Según los principios de la dinámica de fluidos, esta menor resistencia permite un flujo más uniforme y reduce la pérdida de energía. Por ejemplo, en sistemas de tuberías de suministro de agua y gas, los tubos redondos transportan fluidos con mayor eficiencia, reduciendo así los costos de transporte.

Los tubos cuadrados tienen cuatro esquinas, lo que puede interferir con el flujo del fluido y aumentar la resistencia al flujo. Cuando el fluido fluye por las esquinas de un tubo cuadrado, se forman remolinos, lo que aumenta la pérdida de energía. Por lo tanto, en aplicaciones que requieren una alta eficiencia de transporte de fluidos, se suelen preferir los tubos redondos.

2. Capacidad de autolimpieza

Los tubos redondos también tienen una capacidad de autolimpieza superior a la de los tubos cuadrados. Gracias a la pared interior lisa de un tubo redondo, el fluido puede eliminar impurezas y suciedad con mayor eficacia durante el flujo, reduciendo la acumulación de suciedad. Por el contrario, la suciedad se acumula fácilmente en las esquinas de los tubos cuadrados, lo que puede afectar el flujo normal del fluido e incluso causar obstrucciones con el tiempo.

● Diferencias en el rendimiento de la conexión:

1. Diversidad de métodos de conexión

Los métodos de conexión para tubos redondos son relativamente sencillos y flexibles. Los métodos más comunes incluyen la soldadura, las conexiones roscadas y las conexiones con bridas. Debido a la forma regular de la sección transversal de los tubos redondos, la calidad de la soldadura es más fácil de controlar durante la soldadura; las conexiones roscadas y con bridas también facilitan la conexión y el desmontaje de tubos redondos.

Los métodos de conexión para tubos cuadrados son relativamente más complejos. Además de la soldadura, la presencia de esquinas requiere un manejo especial al utilizar otros métodos de conexión. Por ejemplo, al realizar conexiones roscadas, las esquinas del tubo cuadrado deben mecanizarse correctamente para garantizar el sellado y la estabilidad de la conexión.

2. Resistencia de la conexión
En términos de resistencia de la conexión, tanto los tubos redondos como los cuadrados pueden cumplir con los requisitos de ingeniería con métodos de conexión razonables. Sin embargo, dado que la forma de la sección transversal de los tubos redondos favorece una distribución uniforme de la tensión, en las mismas condiciones de conexión, los puntos de conexión de los tubos redondos pueden presentar una mejor resistencia a la fatiga. Los puntos de conexión de los tubos cuadrados, debido a la presencia de esquinas, presentan una mayor concentración de tensiones y pueden ser más propensos a sufrir daños por fatiga durante el uso prolongado.

● Diferencias en apariencia y aprovechamiento del espacio:

1. Efecto estético
Los tubos redondos ofrecen una sensación de suavidad y redondeo, con un mejor efecto visual. En algunas decoraciones arquitectónicas y diseños artísticos, se suelen utilizar para crear un estilo sencillo y moderno. Por ejemplo, se utilizan para crear formas únicas en las estructuras exteriores de grandes salas de exposiciones y estadios.

Los tubos cuadrados, por otro lado, tienen una apariencia regular y robusta. Crean una atmósfera estable y elegante, ideal para algunos estilos y diseños arquitectónicos tradicionales. La forma en ángulo recto de los tubos cuadrados también facilita el ensamblaje y empalme, permitiendo la formación de diversos patrones y estructuras regulares.

2. Aprovechamiento del espacio
Los tubos cuadrados ofrecen una ventaja en cuanto al aprovechamiento del espacio. Su forma regular permite una mayor integración durante la disposición y combinación, reduciendo el espacio desaprovechado. Por ejemplo, en el diseño de estanterías y estructuras de armazón, el uso de tubos cuadrados permite optimizar el espacio, mejorando el almacenamiento y la capacidad de carga. Los tubos redondos, debido a su sección transversal circular, dejan huecos al colocarse, lo que resulta en una menor eficiencia de utilización del espacio.

Conclusión: 

Tanto los tubos cuadrados como los redondos presentan ventajas y desventajas en cuanto a rendimiento. En la práctica, es necesario considerar exhaustivamente factores como las propiedades mecánicas, las propiedades hidrodinámicas, el rendimiento de la conexión, la apariencia y el rendimiento de utilización del espacio, según el escenario de uso específico y los requisitos, para seleccionar el material de tubo adecuado.

Cuando se requiere una resistencia extrema a la flexión y una eficiencia de espacio, los tubos cuadrados (cuadrados o rectangulares) son la solución óptima sin duda; mientras que, cuando el proyecto implica transporte de fluidos, alta presión o torsión compleja, los tubos redondos son la única opción correcta. Su diferencia esencial radica en el control absoluto que la geometría ejerce sobre las propiedades mecánicas.

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