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Tecnologías / Metal

Rotura de viruta en el mecanizado de materiales de difícil maquinabilidad

20/05/2019

La fabricación de componentes destinados a la producción de gas y petróleo debe cumplir requisitos de elevada exigencia. La maquinaria empleada en el mecanizado de tubos, cuplas o válvulas tiene que disponer de capacidad para realizar tareas de ultraprecisión en piezas de gran tamaño, una demanda que exige un nuevo modelo que permita evolucionar desde la producción de calidad hacia un paradigma de fabricación avanzada que incorpore las últimas innovaciones tecnológicas. Con el objetivo de mejorar los sistemas de fabricación de componentes para el sector energético, el centro tecnológico IK4-IDEKO ha participado en el proyecto ONEHYDRO, una iniciativa que busca desarrollar una serie de dispositivos mecatrónicos para su incorporación en máquinas de alta precisión dirigidas al mecanizado de componentes de extracción, producción y transporte de hidrocarburos.

El proyecto ONEHYDRO se articula en torno a la creación de una serie de dispositivos inteligentes destinados a provocar la rotura de viruta mediante un mecanizado percusivo o asistido por vibración o mediante el empleo de los propios accionamientos de la máquina.

Necesidad del proyecto realizado
El proyecto se ha orientado hacia el sector global de la energía que está viviendo en los últimos años una auténtica revolución energética de la mano del shale oil y el shale gas o gas pizarra. El boom de los hidrocarburos no convencionales (en realidad, son petróleo y gas al uso, las que no son convencionales son las técnicas para su extracción: singularmente, el famoso y polémico fracking) promete dar un vuelco al mapa energético global. Ya lo está haciendo, con Estados Unidos como baluarte. La explotación a gran escala de sus hidrocarburos no convencionales ha convertido a Estados Unidos de nuevo en una potencia energética, lo colocará como mayor productor mundial de petróleo y de gas natural en breve, y le abrirá las puertas de la independencia energética.
En este marco se espera que la demanda mundial de componentes de producción y transporte (tubos, acoples, árboles de navidad, válvulas, bridas, etc.) de OCTG (Oil Country Tubular Goods) crecerá en un 4,5% TCAC (tasa de crecimiento anual compuesto) con el valor de mercado global que se duplicará para el año 2020. Dicho crecimiento de la demanda se concentrará en los componentes de alto grado (material de alta exigencia), originado por el fortalecimiento de la demanda de la perforación direccional y horizontal (shale gas) en los entornos más exigentes, así como al aumento extracciones no convencionales (es decir, extracciones offshore en aguas profundas (>200m) y muy profundas (>500m)).
De acuerdo con las previsiones realizadas por la consultora MBR, la fabricación de componentes para la producción y transporte de hidrocarburos experimentará un fuerte crecimiento, que ya se está empezando a percibir, debido a la creciente demanda. Con ello también crecerá la necesidad de maquinaría específica para este sector.
 Las máquinas-herramienta para la fabricación de componentes cómo; los tubos, los acoples (o cuplas) o válvulas, deben cumplir unos requisitos mucho más exigentes que las máquinas (tornos y fresadoras) convencionales. Habitualmente, se trata de piezas complicadas, en el sentido de que son de grandes dimensiones (tubos con una longitud de hasta 50m y diámetros de hasta 500mm, válvulas de 900x2000mm, etc.), de materiales de baja maquinabilidad, de pared delgada (con gran flexibilidad) y tolerancias muy restrictivas, que hacen que el mecanizado sea una operación crítica en la cadena productiva. Estas piezas están requiriendo de máquinas de proporciones relativamente grandes que deben acometer trabajos de mecanizado de precisión. En este sector, el ratio entre dimensión de pieza-máquina y precisión requerida es muy elevado. Mucho más elevado que en el caso de una máquina convencional, alcanzando ratios similares al de las máquinas de ultra-precisión.
 Por otra parte, el sector busca gran productividad. La maquinaría debe trabajar de forma autónoma y desasistida, por lo que la necesidad de fabricar de forma fiable para los grandes lotes de piezas es un factor diferenciador clave. Se necesita superar el modelo de valor basado en “fabricar bien”, que ya se hace, para integrar más tecnologías, más innovación y evolucionar hacia una “fabricación avanzada” basada en actividades altamente productivas y de alto valor añadido sobre estos nichos de mercado específicos.
En este contexto resulta primordial, optimizar el proceso de fabricación de los componentes de alto valor añadido. El proyecto se ha centrado en optimizar algunos de los componentes que forman parte de este sector:

  • Tubos de grandes dimensiones con pared delgada y de acero especial de alto grado.
  • Acoples de grandes dimensiones con pared delgada y de acero especial de alto grado.
  • Válvulas de grandes dimensiones de superaleación de base niquel-cromo.


 

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