Por qué fallan las tuberías sin costura en las pruebas hidrostáticas?

Las fallas en las pruebas hidrostáticas de tuberías sin costura suelen manifestarse como agrietamiento (rotura) o fugas, generalmente relacionadas con defectos en la propia tubería, problemas de fabricación o una operación de prueba incorrecta.

1. Defectos de material o fabricación de la tubería: la causa raíz

Los defectos localizados en la tubería impiden que soporte la presión de la prueba. Estos defectos se originan principalmente en diferentes etapas de la producción de acero.

1) Etapa de la palanquilla de colada continua

Los defectos en la materia prima son el problema principal. Si la palanquilla de acero utilizada para laminar la tubería presenta problemas, los procesos posteriores son difíciles de corregir. Los principales defectos incluyen:

● Grietas superficiales: Las pequeñas grietas en la superficie de la palanquilla pueden propagarse durante el procesamiento posterior.
● Inclusiones no metálicas: La presencia de escoria protectora, inclusiones de partículas grandes (como compuestos de azufre y calcio), etc., en el acero puede ser el punto de partida para las grietas.
● Segregación composicional: Como la segregación central o la carbonización superficial, que provocan propiedades del material desiguales.

2) Etapa de laminación y tratamiento térmico

Durante el proceso de transformación de lingotes de acero en tubos, los procesos inadecuados pueden generar directamente defectos:

● Rayas y pliegues superficiales: Las rayas o pliegues metálicos (defectos de pliegue interno) generados durante la laminación reducen significativamente el espesor efectivo de la pared del tubo de acero y crean concentración de tensiones en la zona del defecto. Esta es una causa común de rotura axial durante las pruebas hidrostáticas.
● Defectos dimensionales: Un espesor de pared desigual o un adelgazamiento localizado hacen que la parte más débil del tubo de acero no pueda soportar la presión.
● Problemas de tratamiento térmico: Las grietas superficiales durante el temple o un tratamiento térmico inadecuado que dé lugar a una microestructura anormal (como granos gruesos, bandas de segregación) y una baja resistencia a la fluencia, provocarán defectos de calidad en el tubo de acero.

3) Etapa de procesamiento e inspección del tubo

Este es el último punto de control antes de que el tubo salga de fábrica. Cualquier negligencia puede provocar que productos defectuosos lleguen al mercado:

● Precisión deficiente en el mecanizado de las roscas de los extremos de las tuberías: La raíz de la rosca se convierte en un nuevo punto de concentración de tensiones, lo que facilita la aparición de grietas.

● Omisiones en las pruebas no destructivas: Aunque se realizan pruebas hidrostáticas, las fábricas suelen utilizar pruebas de corrientes inducidas o ultrasónicas para la detección de defectos. Si se omiten estos pasos de prueba, las tuberías de acero defectuosas pueden considerarse erróneamente aptas, lo que finalmente revela problemas durante las pruebas de presión in situ.

4) Problemas de juntas o instalación – aplicable a tuberías instaladas

Fugas en las juntas: Una instalación incorrecta del anillo de goma de la junta, una soldadura de mala calidad o una placa superior o estructura de soporte deficientes pueden provocar que la presión separe la junta.
Impacto del asentamiento del terreno: Un relleno inadecuado de las tuberías que cruzan carreteras puede provocar que las juntas flexibles superen sus límites de ángulo de giro o que las juntas rígidas se agrieten.
Purga de aire incompleta: El aire dentro de la tubería puede provocar fluctuaciones en la aguja del manómetro, un aumento lento de la presión o inestabilidad debido a la compresibilidad del gas.

5) Problemas con el equipo de prueba o de funcionamiento

● Mal funcionamiento de la bomba de prueba: Dirección de rotación incorrecta, presión/caudal insuficiente, lo que impide alcanzar la presión de prueba.
● Manómetro sin calibrar: La falta de calibración prolongada provoca errores de lectura e interpretación errónea de los resultados de la prueba.
● Tiempo de remojo insuficiente: La pared de la tubería y los materiales de la interfaz no absorbieron completamente el agua, lo que provocó una caída de presión anormal durante la prueba debido a la absorción de agua.

Otras causas:

a. Transporte o apilamiento inadecuado de las tuberías: Provoca impactos, perforaciones o microfisuras, lo que reduce el rendimiento del sellado.
b. Presión de prueba excesiva: Superar la presión de trabajo de diseño entre 1,5 y 2 veces (especialmente en tuberías de precisión) puede provocar directamente la rotura.

Para mejorar la tasa de éxito de las pruebas hidrostáticas, se debe hacer lo siguiente:

Controlar estrictamente las materias primas y los procesos de producción para reducir los defectos internos;
Estandarizar las operaciones de instalación para garantizar el sellado de la interfaz y una ventilación suficiente;
Calibre periódicamente el equipo de prueba de presión y realice pruebas a la presión estándar (generalmente de 1,25 a 1,5 veces la presión de trabajo) y el tiempo de mantenimiento de la presión (generalmente ≥10 minutos).

Preguntas frecuentes:

P1: Es obligatoria la prueba hidrostática para tuberías de acero sin costura antes de salir de fábrica?

R: La obligatoriedad de la prueba hidrostática para tuberías de acero sin costura antes de salir de fábrica depende del uso final de la tubería y de las normas de producto aplicadas.

Para la mayoría de las tuberías de acero sin costura utilizadas para el transporte de fluidos o que soportan presión (como tuberías de fluidos, tuberías de craqueo de petróleo y tuberías de fertilizantes de alta presión), la prueba hidrostática es obligatoria y debe realizarse tubería por tubería durante la inspección en fábrica. Sin embargo, para las tuberías de acero utilizadas únicamente como componentes estructurales (como andamios y piezas mecánicas), generalmente no se requiere una prueba hidrostática para cada tubería.

P2: Por qué algunas tuberías de acero pasan la inspección de fábrica pero no la prueba de presión en obra?

R: Esto suele deberse a dos razones:

Falta de ensayos no destructivos: Las fábricas suelen realizar ensayos por corrientes de Foucault o ultrasonidos antes del envío. Si se descuidan estas pruebas (es decir, se omiten), las tuberías de acero con defectos menores pueden considerarse erróneamente aptas y, finalmente, descubrirse durante la prueba hidrostática en obra.
Condiciones de prueba diferentes: La presión, el medio o el entorno de la prueba en la obra pueden diferir de los de la fábrica, lo que podría provocar problemas que no se manifiestan en la fábrica.

P3: Además de la rotura, ¿qué otros problemas podrían ocurrir durante la prueba hidrostática?

R: Sí, las fugas son otra posibilidad. Generalmente no se trata de una rotura frágil instantánea, sino de una penetración gradual en la pared de la tubería. Por ejemplo, en algunas tuberías de acero inoxidable, si existen defectos de descamación en la superficie interna, puede producirse corrosión por hendidura con ciertas calidades de agua. Las picaduras de corrosión se profundizan gradualmente, penetrando finalmente la pared de la tubería y provocando fugas de agua durante la prueba de presión.

P4: Cómo se debe analizar una prueba hidrostática después de un fallo?

A: Si se produce una falla, se recomienda realizar un análisis sistemático siguiendo estos pasos:

Inspección in situ: Observar las características macroscópicas de la rotura o fuga, registrando su ubicación y morfología.
Análisis de muestras: Tomar muestras del sitio de la falla para analizar su composición química y verificar la conformidad del material.
Examen metalográfico: Observar la estructura metalográfica y las inclusiones cerca del defecto con un microscopio.
Análisis de fractura: Observar la morfología de la fractura con un microscopio electrónico de barrido para determinar si se trata de fractura frágil, dúctil o por fatiga.

Rastreo del proceso: Con base en los resultados del análisis, se rastrean los registros de los procesos de fabricación, laminación y tratamiento térmico de este lote de tuberías de acero para identificar la causa raíz.

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