Una manguera de metal es un elemento metálico flexible. Existen dos tipos básicos de mangueras de metal que difieren en su diseño y aplicación: mangueras enrolladas y mangueras corrugadas.
Las mangueras de láminas enrolladas tienen una alta resistencia mecánica (por ejemplo, resistencia a la tracción y al desgarro). Las mangueras corrugadas pueden soportar altas presiones y proporcionar la máxima estanqueidad gracias a su material. Las mangueras corrugadas también muestran resistencia a la corrosión y estanqueidad a la presión en las condiciones más extremas, como en agua de mar agresiva o a temperaturas extremas como las que se encuentran en el espacio o durante el transporte de gas líquido refrigerado. Son especialmente adecuadas para el transporte de sustancias calientes y frías.
Con una historia de más de cien años, las mangueras metálicas han dado lugar a otros elementos de conducción flexibles, entre los que se incluyen juntas de expansión metálicas , fuelles metálicos y tuberías metálicas semiflexibles y flexibles. Solo en Alemania , existen alrededor de 3500 patentes relacionadas con las mangueras metálicas.
La primera manguera de metal fue, técnicamente, una manguera enrollada en tiras. La inventó en 1885 el fabricante de joyas Heinrich Witzenmann (1829-1906) de Pforzheim , Alemania, junto con el ingeniero francés Eugène Levavassèur. La manguera se inspiró en el collar de cuello de ganso, una pieza de joyería que consistía en tiras de metal entrelazadas. El diseño original de la manguera se basaba en una tira de metal enrollada en espiral con un perfil en forma de S. El perfil se entrelazaba a lo largo de las espiras de la bobina helicoidal. Debido a una cavidad entre los perfiles entrelazados, esto no creaba un ajuste apretado. La cavidad se sellaba mediante un hilo de goma .
El resultado fue un cuerpo de acero de cualquier longitud y diámetro, flexible y hermético, con una gran resistencia mecánica. En Francia se patentó el 4 de agosto de 1885 con el número de patente 170 479 y en Alemania el 27 de agosto de 1885 con el número de patente del Reich 34 871.
Entre 1886 y 1905, Heinrich Witzenmann siguió desarrollando numerosos perfiles notables para la fabricación de mangueras que aún hoy tienen importancia técnica. En 1894 registró una patente para la manguera metálica doble, compuesta por dos mangueras metálicas coaxiales retorcidas en direcciones opuestas. Otras modificaciones de la forma original se centraron en el uso de diferentes materiales para las mangueras y diferentes sustancias para el sellado de las roscas, entre ellas, caucho, hilos textiles, amianto y alambre.
Una variante importante de la manguera de metal se puede atribuir al inventor Siegfried Frank de Frankfurt, Alemania . En 1894, patentó el método de enrollar una ondulación helicoidal en un tubo rígido y liso. Witzenmann ya había realizado experimentos en esta dirección varios años antes, pero no continuó con sus esfuerzos para crear un resultado patentable. No fue hasta los años 1920 y 1930 cuando el administrador del hotel Albert Dreyer de Lucerna, Suiza , logró crear una ondulación anular satisfactoria para la fabricación de mangueras corrugadas de metal.
En 1909, Emil Witzenmann, hijo de Heinrich Witzenmann, desarrolló una forma de manguera metálica que eliminaba la necesidad de cualquier tipo de hilo de sellado, ya fuera de caucho, fibra textil o amianto . En este tipo de manguera, los bordes de la tira no se entrelazan, sino que se apoyan entre sí y se sueldan sin costuras . En 1920, Emil Witzenmann inventó la junta de expansión metálica . Esta invención se basaba en la manguera metálica corrugada de pared doble soldada (con una funda protectora de heridas) con flexibilidad radial. En 1929, se hizo posible por primera vez producir fuelles metálicos . Estos también fueron desarrollados por Albert Dreyer de Lucerna , pero independientemente de Witzenmann.
Los fuelles metálicos se crean mediante laminación de corrugaciones anulares en un tubo liso extruido o soldado. En 1946, Dreyer desarrolló una junta de paredes múltiples que también estaba diseñada para adaptarse a los movimientos axiales: la junta de expansión axial .
Las mangueras de bobinado en espiral están formadas por espirales que están entrelazadas de forma flexible . Esto hace que sean muy flexibles. Estas mangueras vienen en dos variantes básicas: con un perfil acoplado o con un perfil entrelazado como el perfil Agraff . Ambas variantes ofrecen una gran flexibilidad debido a la estructura del perfil. Sin embargo, esto hace que no sean completamente herméticas. Por este motivo, a menudo se utilizan como mangueras aislantes o protectoras alrededor de una cámara de aire.
Las mangueras enrolladas en tiras se obtienen enrollando helicoidalmente una tira de metal laminada en frío y perfilada sobre un mandril , donde las espiras helicoidales están interconectadas, pero permanecen móviles debido al tipo de perfilado. Este principio de conexión móvil entre las espiras perfiladas conduce a la alta flexibilidad y movilidad de las mangueras enrolladas en tiras de metal. La mayoría de las tiras están hechas de acero galvanizado , acero inoxidable o latón , que opcionalmente pueden estar cromadas o niqueladas.
Las mangueras enrolladas presentan una enorme resistencia a la tracción y a la presión transversal , una elevada resistencia a la torsión y una excelente estabilidad química y térmica . Debido a su estructura, no son 100% herméticas.
Las propiedades de las mangueras metálicas están determinadas por varios factores: la forma del perfil, las dimensiones de la tira, el material y, si corresponde, el tipo de junta .
Las mangueras enrolladas están disponibles con secciones transversales redondas y poligonales.
En la industria del automóvil, las mangueras enrolladas con cinta sellada con metal se utilizan con mayor frecuencia. La introducción de un hilo de sellado de algodón, caucho o cerámica en una cámara especialmente perfilada durante el proceso de enrollado permite una mayor estanqueidad. Para lograr la máxima estanqueidad, las mangueras enrolladas con cinta también se pueden revestir con PVC o silicona . Las formas de los perfiles varían desde los sencillos perfiles acoplados hasta los perfiles Agraff de alta seguridad.
Las mangueras enrolladas se utilizan con frecuencia como elementos flexibles resistentes a la temperatura y al envejecimiento en equipos de escape, especialmente en camiones y vehículos especiales como tractores . También se utilizan como mangueras protectoras para conductores de luz y líneas eléctricas en fibra óptica o en equipos de medición y control. Como mangueras en miniatura con diámetros que van desde 2,0 a 0,3 mm, también se utilizan en tecnología médica, como en la endoscopia .
Además, las mangueras enrolladas se utilizan para extraer y transportar sustancias como humo, virutas, granulados , etc. También son adecuadas como mangueras protectoras para líneas corrugadas para evitar una extensión excesiva y para actuar como revestimiento (manguera guía dentro de una manguera corrugada) para optimizar las condiciones de flujo .
Las mangueras metálicas enrolladas también incluyen "brazos flexibles" o "cuellos de cisne". Estos consisten en una bobina de alambre redonda sobre la que se enrolla un alambre triangular. Pueden doblarse en cualquier dirección y permanecer estacionarios en cualquier posición. Se utilizan para los soportes flexibles de lámparas, lupas y micrófonos , por ejemplo.
Las mangueras corrugadas son resistentes a la presión y al vacío . Las presiones de servicio admisibles para mangueras de pequeñas dimensiones alcanzan los 380 bar (con un factor de seguridad de presión de rotura de tres veces). La resistencia a la presión de las grandes dimensiones es menor por razones técnicas. Los modelos de acero inoxidable tienen una resistencia a la temperatura de hasta aprox. 600 °C, dependiendo de la carga de presión, y son posibles valores aún más altos con materiales especiales. En el rango de temperaturas bajas, las mangueras corrugadas de acero inoxidable se pueden utilizar hasta -270 °C.
Las mangueras corrugadas se utilizan como elementos de conexión flexibles y económicos que permiten el movimiento, la expansión térmica y las vibraciones, y que se pueden utilizar como mangueras de llenado. El material de partida es un tubo de pared delgada, sin costuras o soldado longitudinalmente, en el que se introducen corrugaciones por medios mecánicos o hidráulicos utilizando herramientas especiales. Las mangueras corrugadas son absolutamente herméticas y se utilizan para transportar líquidos o gases a presión o como líneas de vacío. También se denominan mangueras de presión. Su diseño especial logra tanto flexibilidad como resistencia a la presión.
Existen dos variantes básicas de mangueras corrugadas que se diferencian por su tipo de corrugación: corrugación anular y corrugación helicoidal. En las mangueras con corrugación helicoidal, normalmente se trata de una espira de paso constante que recorre toda la longitud de la manguera en sentido de las agujas del reloj. La corrugación anular, por el contrario, está formada por un gran número de corrugaciones paralelas espaciadas de forma uniforme cuyo plano principal es perpendicular al eje de la manguera. Las mangueras con corrugación anular tienen ventajas decisivas frente a las de corrugación helicoidal:
Esto aumenta la fiabilidad del proceso durante el montaje y el uso de los conductos. Por este motivo, las mangueras corrugadas anulares son mucho más comunes, con solo unas pocas excepciones.
El primer paso para crear una manguera corrugada es moldear la tira de metal inicial de la bobina para formar un tubo liso y soldado longitudinalmente. La tira se suelda de forma continua utilizando el método de soldadura con gas protector de alta precisión . A continuación, el tubo se corruga mediante uno de los siguientes procedimientos:
Además, las mangueras corrugadas se pueden fabricar mediante un procedimiento especial que está estrechamente relacionado con la fabricación de mangueras enrolladas en tira. En este procedimiento, a la tira de partida se le da un perfil corrugado en dirección longitudinal . A continuación, esta tira de perfil se enrolla helicoidalmente y las bobinas superpuestas se sueldan firmemente a lo largo de la costura helicoidal. Después de la corrugación, la manguera puede estar equipada con una funda trenzada (véase más abajo). En este caso, la manguera pasa a continuación a través de una máquina trenzadora que tiene portabobinas de alambre circunferenciales, o las llamadas bobinas .
Los haces de cables se enrollan en espiral alrededor de la manguera y se colocan alternativamente uno sobre otro. Esto crea una trenza tubular con el patrón entrecruzado característico. Una vez que se montan los accesorios, la línea de mangueras está completa. Las pruebas relacionadas con la producción son una parte integral del proceso de fabricación . Abarca las pruebas de entrada del material de partida, así como las pruebas dimensionales, de fugas y de presión del conducto terminado.
La flexibilidad de la manguera se consigue mediante el comportamiento elástico del perfil corrugado. Al doblar la manguera, las ondulaciones exteriores se separan mientras que las interiores se comprimen. La flexibilidad, el comportamiento de flexión y la estabilidad de la presión de las mangueras corrugadas dependen de la forma del perfil seleccionado. Mientras que la flexibilidad aumenta con un aumento de la altura del perfil y una disminución de la distancia entre las ondulaciones, la resistencia a la presión disminuye. El comportamiento de flexión semiflexible, que se requiere con frecuencia, se consigue con perfiles planos. Según el uso de la manguera, se pueden implementar formas de perfil especiales específicas para la aplicación.
La resistencia a la presión y la flexibilidad también se pueden modificar variando el espesor de la pared. Una reducción del espesor de la pared aumenta la capacidad de flexión, pero reduce la resistencia a la presión de la manguera.
Las mangueras en miniatura con un diámetro de tan solo unos milímetros son muy flexibles y, al mismo tiempo, muy resistentes. Si se les aplica un revestimiento especial, se pueden utilizar en cirugía mínimamente invasiva . Los modelos con revestimiento interior (véase más abajo) y conectores especiales se utilizan para aplicaciones láser u optoelectrónicas . El diámetro más pequeño de las mangueras en miniatura es de 1,8 mm.
Gracias a su capacidad para satisfacer las altas exigencias de transporte de sustancias frías y calientes, esta moderna tecnología tiene las siguientes áreas principales de aplicación:
Las mangueras metálicas resisten altas presiones y ofrecen la máxima estanqueidad gracias al material con el que están fabricadas. Su flexibilidad les confiere resistencia a la tracción y al desgarro . Además, se caracterizan por su resistencia a la corrosión y a la presión, incluso en condiciones extremas como cuando están expuestas a la agresiva agua de mar, fuertes vibraciones y temperaturas extremas como en el espacio o cuando se transporta gas líquido refrigerado .
Para aumentar la resistencia a la presión, las mangueras metálicas pueden estar equipadas con un trenzado de una o dos capas . El trenzado está firmemente conectado a los accesorios de la manguera en ambos lados para absorber las fuerzas longitudinales causadas por la presión interna. Debido a su flexibilidad inherente, el trenzado se adapta perfectamente al movimiento de la manguera. El trenzado de la manguera consiste en haces de alambres enrollados a derecha e izquierda que se colocan alternativamente uno sobre otro. Esto no solo evita el alargamiento de la manguera debido a la presión interna , sino que también absorbe las fuerzas de tracción externas y protege el exterior de la manguera. El material básico del trenzado de alambre suele ser el mismo que el de la manguera corrugada. También es posible seleccionar diferentes materiales en beneficio de una mayor resistencia a la corrosión o por consideraciones económicas.
El trenzado también aumenta considerablemente la resistencia de la manguera a la presión interna. El trenzado se adapta de forma flexible al movimiento de la manguera. Esto se aplica incluso si se utiliza un segundo trenzado, lo que aumenta aún más la resistencia a la presión. El método mediante el cual se fija el trenzado a los accesorios de conexión depende del tipo de accesorio y de las exigencias de la manguera. En condiciones de funcionamiento difíciles, se puede enrollar una bobina de alambre redondo adicional sobre el trenzado o se puede enfundar el trenzado en una manguera protectora.
Figura: Manguera metálica con protección trenzada como desacoplador para sistemas de escape de vehículos
El trenzado de cables funciona según el principio de tenazas perezosas . Cuando se aplica tensión axial a la manguera, la trenza alcanza su límite de extensión. Esto significa que los cables se encuentran muy juntos con el menor ángulo de cruce, creando una trenza de manguera con el menor diámetro posible y la mayor longitud posible. Cuando la manguera se comprime axialmente, el ángulo de cruce y el diámetro aumentan hasta los valores máximos.