2Tubos de Cobre

I N D I C EPgina

5

1.1 El cobre en la Historia 51.2 Procesos productivos 51.2.1 Presentacin comercial del cobre 71.3 Tipos de cobre 71.3.1 Composicin qumica de los cobres

comerciales y sus principales aleaciones 81.4 Propiedades fsico qumicas del cobre 111.4.1 Temple del cobre 131.5 Caractersticas tecnolgicas del cobre 131.5.1 Conformabilidad del cobre 141.5.2 Dilatacin lineal del cobre 141.6 El cobre y la corrosin 141.6.1 Corrosin e incrustaciones 141.6.2 Corrosin generalizada 151.6.3 Corrosin localizada, fenmeno de

corrosin puntual (pitting) 151.6.4 Corrosin por contacto galvnico

entre metales diferentes 151.6.5 Corrosin por erosin 171.6.6 Corrosin por corrientes dispersas 171.6.7 Corrosin por esfuerzo mecnico 191.6.8 Incrustaciones 19

2.1 Produccin de tubos de cobre 212.2 Tipos de tubos y sus caractersticas

tcnicas 222.2.1 Tipos de tubos de cobre 222.2.2 Caractersticas tcnicas de los tubos 252.3 Productos comerciales 282.3.1 Tubos desnudos 282.3.2 Tubos revestidos con PVC 292.3.3 Tubos preaislados 302.3.4 Tubos preaislados para refrigeracin

y aire acondicionado 312.3.5 Tubos para gases medicinales y

teraputicos 31

2.4 Aplicaciones de los tubos de cobre 312.4.1 Aplicaciones en la construccin 312.4.2 Aplicaciones industriales 332.4.3 Areas de aplicacin de los tubos

de cobre 342.4.4 Recomendaciones para varios tipos

de aplicaciones 352.5 Propiedades y ventajas de los

tubos de cobre 362.5.1 Ventajas del tubo de cobre 362.6 Clasificacin de los tubos de cobre y

de aleaciones 372.6.1 Segn mtodo de fabricacin 372.6.2 Segn composicin qumica 382.6.3 Segn propiedades fsicas 382.7 Normas tcnicas de fabricacin

de tubos de cobre 39

3.1 Operaciones para instalacin de tubos 403.1.1 Curvado de tubos 403.1.2 Recocido 413.1.3 Corte del tubo 423.1.4 Ventajas del uso de herramientas 423.2 Uniones y accesorios para unin 423.2.1 Tipos de accesorios 423.2.2 Clasificacin de los accesorios 423.2.3 Clasificacin segn forma geomtrica 433.2.4 Clasificacin segn tipo de unin 433.2.5 Clasificacin segn fabricacin 433.2.6 Accesorios o conexiones para soldar 443.2.7 Accesorios combinados o mixtos 443.2.8 Conexiones mecnicas. (Uniones

americanas) 453.3 Denominacin de los accesorios 463.3.1 Nombre de los extremos en funcin

del tipo de acoplamiento 463.3.2 Condiciones de servicio para accesorios

unidos a tubos 473.4 Soldadura de los tubos de cobre 473.4.1 Soldadura blanda 47

PARTE 1. EL COBRE

INTRODUCCION 4

PARTE 2. EL TUBO DE COBRE 21

PARTE 3. INSTALACIONES DE TUBOS DE COBRE 40

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3Tubos de Cobre

3.4.2 Soldadura fuerte, (brazing) 493.4.3 Soldaduras metlicas cobre-plata-zinc 493.4.4 Soldaduras cobre-plata-fsforo 493.5. Tendido del tubo de cobre 503.6. Dilatacin trmica de tubos de cobre 513.6.1 Compensacin de la dilatacin, tipo U 523.6.2 Compensador de expansin en U

con accesorios 543.6.3 Compensadores de expansin tipo

omega y en espiral 553.6.4 Compensadores de dilatacin tipo fuelle 563.7. Instalacin prctica del tubo de cobre 573.7.1 Operaciones para la instalacin 573.7.2 Dificultades 583.7.3 Uniones mecnicas 593.7.4 Adhesivos epxicos 59

4.1.1 Propiedades de los tubos de cobreen relacin con el agua potable 60

4.1.2 El cobre y el sabor del agua 604.1.3 Efecto bactericida del cobre 604.2. Materiales plsticos. Consideraciones 624.2.1 Efecto de la tubera plstica sobre

el sabor del agua 624.3. La calidad del agua potable 624.3.1 Agua para consumo humano 62

5.1. Descripcin de los productos 675.1.1 Tubos tipo K 675.1.2 Tubos tipo L 685.1.3 Tubos tipo M 695.1.4 Tubos para desages tipo DWV 705.1.5 Tubos tipo ACR 705.1.6 Caera estndar de cobre tipo SPS 715.1.7 Caeras y tubos de cobre para

uso elctrico 725.1.8 Tubos de cobre para uso elctrico 73

PARTE 4. EL COBRE Y EL AGUA POTABLE 60

PARTE 5. PRODUCTOS QUE SE VENDEN EN CHILE 67

5.1.9 Tubos de cobre para uso industrial 745.1.10 Tubos de cobre, tipo termocaeras 755.2. Datos tcnicos de los tubos

de cobre sin costura 755.3. Tubos de aleacin 755.3.1 Tubos de latn de uso industrial

tipo SPS 755.3.2 Tubos de latn de uso industrial 765.3.3 Tubos de latn tipo Almirantazgo

y tubos de cupronquel 775.4. Accesorios o fittings 785.4.1 Recomendaciones de uso y

caractersticas tcnicas 785.4.2 Materiales para fabricacin

de conexiones 785.4.3 Pruebas 79

Anexo 1: Seleccin de tubos de cobre 80

Anexo 2: Clculo y diseo de las instalacionesdomiciliarias de agua potable 82

Anexo 3: Clculo de tuberas de gas 85

Anexo 4: Clculo de tuberas para rociadores 91

Anexo 5: Dimensionamiento de tubos decobre para instalaciones de aguapotable y sanitarias 94

Anexo 6: Prdidas de carga en singularidades 116

Anexo 7: Lecturas y videos complementariosdisponibles en PROCOBRE 119

Anexo 8: Normativas sobre estanques y equiposelevadores de presin 120

Anexo 9: Directorio de entidadescertificadoras de calidad en Chile 124

PginaPgina

4Tubos de Cobre

E l cobre por su fcil reciclaje y la larga duracin delos objetos manufacturados con este material, esllamado el metal eterno, conocindose su uso yaen el tercer milenio antes de la era cristiana. Lostubos de cobre ya eran usados en Egipto paratransportar agua para la bebida y efluentes sanitariosel ao 2.720 A.C., conservndose tuberas de esapoca en el Museo Britnico.

En este trabajo se entender por tubo a un productohueco, cuya seccin puede ser redonda, cuadrada ode cualquier otra forma, que tiene una periferiacontinua y que es utilizado en fontanera y sistemasmecnicos para el transporte de fluidos, lquidos ogaseosos y como conductor en casos especiales deinstalaciones elctricas, como lo son las lneas atierra.

Los tubos de cobre con sus caractersticas dematerial ligero, fuerte, adaptable y de alta resistenciaa la corrosin muestran un envidiablecomportamiento en residencias individuales, enedificios y condominios de varios pisos, en oficinas,locales comerciales e industriales. Es el materialpreferido para este tipo de instalaciones en los pasesdesarrollados y que su uso es cada vez mas frecuenteen los pases emergentes.

Los tubos de cobre se suministran en tiras y/o rollosen una amplia variedad de dimetros, largos yespesores de pared, as como en varias calidades dedureza. La clasificacin por dureza de los tubos sedenomina temple, pudiendo esta propiedad ir desdeblando a extra duro.

Se puede diferenciar el concepto de tubos del decaeras, al definir a estas ltimas como tubos cuyasdimensiones estn normalizadas. El dimetroexterior de una caera es igual al dimetro nominalms 1/8, segn especificacin de la normaNCH 951.

El material de los tubos puede ser cobre oaleaciones de cobre segn sea la aplicacin en quese utilizan.

Para aplicacin en medios corrosivos como el aguasalada se fabrican tubos de latn y de cupronquel.

En esta publicacin se pretende dar una visingeneral de los campos de aplicacin de los tubos decobre y de los tubos de aleaciones de cobre. Lasrecomendaciones que se enumeran en los siguientescaptulos son generales, debindose adaptar la queconvenga a cada situacin en particular.

Este trabajo ha recogido la experiencia volcada en laspublicaciones de los Centros de Promocin delCobre de diversos pases y en especial los de Italia,Espaa, Francia, Inglaterra, Canad, Estados Unidos,Brasil y Chile, de los que recomendamos la lecturade sus publicaciones que se encuentran en el Centrode Documentacin del Centro Chileno dePromocin de Usos del Cobre.

introduccin

5Tubos de Cobre

El Cobre en la Historia.

os primeros inicios del uso del cobre se remontana fines del quinto milenio antes de Cristo, cuandopoblaciones del Medio Oriente emplearon estemetal, en estado puro, o ligado inicialmente alplomo y despus al estao en la aleacin conocidacomo bronce, para fabricar armas, monedas yutensilios domsticos.

El uso del cobre y sus aleaciones fue de talimportancia que ese perodo se conoce como laedad del bronce en la historia de la humanidad.

Las primeras fuentes de cobre utilizada por elhombre fueron yacimientos superficiales de cobrenativo y minerales oxidados de alta ley fcilmentereducibles a cobre metlico. La minera del cobrems importante de la antigedad se encontrabalocalizada en la isla de Chipre, de donde proviene lapalabra latina Cuprum que dio origen al smboloqumico Cu que hoy da se emplea en casi todoslos idiomas para designar al metal.

En la poca del Imperio Romano se utilizaron tubosde cobre para el transporte de agua encontrndoserestos de los mismos en buen estado deconservacin en las ruinas de Pompeya.

En la actualidad el cobre es ampliamente utilizadoen forma de alambres, barras, perfiles, tubos ylaminas, los que se conocen como semifabricados yque son utilizados para la elaboracin de productosfinales de cobre, o que lo incorporan como parte deellos.

PARTE 1

L

E L C O B R E

Las caractersticas de estos productos y por lo tantode los tubos derivan de las caractersticas ypropiedades del cobre metlico, las que estnrelacionadas con los procesos metalrgicosempleados en su produccin. Por esta razn,analizaremos brevemente a continuacin, algunosaspectos relacionados con la produccin del cobre.

Procesos Productivos.

Las mayores reservas de mineral de cobre del mundoconsisten en minerales sulfurados y de baja ley losque se benefician por medio de un proceso quecomprende operaciones de extraccin de mineral,reduccin de tamao, flotacin, filtracin, fusin aeje, conversin, refinacin a fuego, colada denodos, refinacin electroltica, colada de ctodos,colada continua o semicontinua, produccin desemifabricados, alambrn, billets o planchas yelaboracin de productos finales.

El material que finaliza su vida til y los desechosson reciclados dando lugar a la produccin de cobresecundario refinado.

Los minerales oxidados se trabajan en menor escalaempleando el proceso de lixiviacin tradicional, en elcual se ataca el cobre con soluciones de cidosulfrico diluido, obtenindose soluciones de sulfatode cobre de las que el metal es precipitadoempleando chatarra de fierro. En la actualidad, estassoluciones son purificadas empleando extractantesorgnicos, recuperndose el cobre de las solucionespuras de sulfato de cobre por medio de precipitacinelectroltica, proceso conocido como extraccin consolventes-electro obtencin. (SX EW).

1.1

1.2

6Tubos de Cobre

La produccin mundial de cobre refinado alcanz a13.516.000 toneladas mtricas en 1997, de lascuales 1.750.000 fueron producidas por extraccincon solventes y electro obtencin, 9.701.000toneladas correspondieron a cobre primario y2.065.000 toneladas a cobre secundario originadoen el reciclaje de chatarra.

En la actualidad la mayor parte de la produccin decobre proviene de minerales sulfurados de baja leylos que una vez concentrados se funden paraobtener una mata o eje rica en azufre y cobre. Elazufre se elimina por oxidacin al fuegoobtenindose as un cobre refinado trmico quecontiene entre un 99,85% Cu siendo el restooxgeno e impurezas.

La conductividad elctrica de este cobre es mediana,del orden de un 85 a 95% unidades IACS.Internacionalmente se ha convenido que unaconductividad 100% IACS (International AnnealedCopper Standard) es igual a 58 m/ohm mm2.Mejorando las condiciones de refinacin al fuego seobtiene el cobre refinado trmico de alta

conductividad, la que vara de 100 a 101,5% IACScon un contenido de cobre del 99,9%.

Sin embargo este cobre an contiene oxgeno quees perjudicial para algunas aplicaciones, por lo quese prepara un cobre con la misma conductividadelctrica, exento de oxgeno, con un contenidomnimo de 99,95% Cu. Este tipo de cobre esutilizado en aplicaciones especiales y por supuestoes ms caro que el cobre corriente.

Para otras aplicaciones, como por ejemplo lafabricacin de tubos, la conductividad elctrica esde importancia secundaria, pero la presencia deoxgeno, sobre todo en la forma de xido cuprosoes altamente perjudicial. Para este tipo de usos elcobre es sometido nuevamente a un proceso defusin con agregado de fsforo, el que es unpoderoso desoxidante. Para asegurar la eliminacintotal del oxgeno se aplica un exceso de fsforoquedando el resto en el metal. Dependiendo deltenor de fsforo residual se distingue entre cobredesoxidado de alto contenido residual de fsforo ycobre desoxidado de bajo contenido residual defsforo.

FIGURA 1.1. diagrama del ciclo de produccin del cobre

PARTE 1/ EL COBRE

Conminucin

Flotacin

Filtracin

Tostacin

Fusin a eje

Conversin

Lixiviacin

Electrodeposicindirecta

Refinacin a fuegoprimaria

Colada de nodos

Refinacin trmica Refin. trmicasecundariaRefinacinelectroltica

Fusin de ctodos

Colada

Continua Semicontinua

Varillas Billets Planchones Billets - Cakes Planchas

Lingotes Alambres

Chatarra

Tubos - Barras Lminas

Extraccin delmineral

7Tubos de Cobre

1.2.1 Presentacin Comercial del Cobre.

Productos moldeados. Parte del cobre se utiliza enforma de piezas coladas, para lo cual el fundidorprepara la carga en lingotes los que pueden estarprovistos de entalladuras para facilitar su troceado.Tambin se preparan cargas de ctodos.

Productos forjados. La mayor parte del cobre seconsume en forma de productos semifabricados queson: alambres, bandas, chapas, perfiles, barras ytubos. Estos semifabricados se producen a partir delas siguientes formas comerciales:

a) Lingote para alambre (wire bar)

El lingote para alambre o barras para alambrn(wire bar) se destina a la laminacin y a la trefilaciny su seccin es trapezoidal de altura variable entre85 y 125 mm, longitud entre 1000 y 1350 mm ypeso de 60 a 190 kg. El lingote para alambre secuela en forma horizontal. Tambin se produce porcolada continua y en este caso es de seccincuadrada. En la actualidad en Chile ya no seproduce.

b) Placas o Planchones

Se destinan a la laminacin de chapas o bandas,tienen seccin rectangular y dimensiones variables.Su peso puede variar entre 65 y 1800 kg o ms. Seproducen por colada vertical u horizontal. Tambinse producen por colada continua y semicontinua.

c) Tochos

Se destinan al punzonado y a la extrusin seguidospor laminacin y estirado. Tienen seccin circularentre 75 y 250 mm y una longitud mxima de 1300mm. El peso se encuentra generalmente entre 45 y680 kg y se producen por colada vertical y tambinpor colada continua y semicontinua.

Tipos de Cobre.

La tecnologa actual permite la produccin de cobrede alta pureza, superior al 99,90%. Sin embargo,pequeas cantidades de impurezas originanvariaciones significativas en las caractersticastecnolgicas, lo que ha hecho indispensablecaracterizar al cobre en funcin de su calidad. Lasnormas internacionales clasifican el cobre endiversos tipos y las composiciones qumicas de estostipos varan ligeramente segn la norma utilizada

en su definicin. Las siglas con las cuales seindividualizan estos tipos constan de dos partes, laprimera, el smbolo qumico Cu y la segunda estreferida al proceso utilizado para la produccin deltipo estandarizado. En general, se distinguen 6 tiposde cobres para la elaboracin de tubos y los tiposms importantes son los denominados Cu-ETP y Cu-DHP. La Norma ASTM B 224 clasifica 21 tipos decobre para diversos usos.

Cu-ETP.- Cobre electroltico tenaz, (electrolytictough pitch) es un cobre obtenido por refinacinelectroltica y que ha sido tratado al fuego controncos de pino o eucalipto.

Cu-DHP.- Cobre desoxidado con fsforo con altoresidual de fsforo, (deoxided high residualphosphorus) es un cobre totalmente desoxidado, elque contiene un tenor relativamente alto de fsforopara asegurar la desoxidacin.

Se tiene adems los siguientes otros tipos:

Cu-DLP.- Cobre desoxidado con fsforo con bajotenor residual de fsforo, (deoxided low residualphosphorus) es un cobre desoxidado que contieneun bajo tenor de fsforo.

Cu-OF Cobre electroltico exento de oxgeno,(oxygen free )

Cu-FRHC Cobre refinado trmico de altaconductividad. (fire refined high conductivity)

Cu-FRTP Cobre refinado trmico tenaz (fire refinedtough pitch)

Tambin se utilizan aleaciones con bajo contenidode aditivos, menos de un 1% para ciertasaplicaciones especiales. Estos son llamados cobresdbilmente aleados. Los productos comercialesms usados son:

Cu-DPA.- Cobre desoxidado con fsforo, conarsnico.

Cu-LSTP.- Cobre tenaz con plata.

CuOFS.- Cobre exento de oxgeno con plata.

CuS.- Cobre azufre.

CuTe.- Cobre con telurio.

CuCr.- Cobre con cromo.

1.3

PARTE 1/ EL COBRE

8Tubos de Cobre

Composicin Qumica de los Cobres Comerciales y sus Principales Aleaciones.

En la Tabla 1.1 se comparan las composiciones qumicas de los tipos de cobre Cu-ETP y Cu-DHP de acuerdo con lanorma chilena NCh 1339 Of 77, similar en este aspecto a la norma internacional.

1.3.1

PARTE 1/ EL COBRE

En la Tabla 1.1. se observa que la diferencia entre los dos tipos de cobre ETP y DHP est dada por una pequeacantidad de oxgeno y fsforo la que afecta la conductividad elctrica que en la prctica se reduce en un 30% delCu-DHP (de ms alta conductividad) al Cu-ETP.

Es evidente que el cobre destinado a usos elctricos debe tener la ms alta conductividad, lo que no es relevante enel caso de la fabricacin de tubos y accesorios para conexin de cobre. En este ltimo caso la presencia de fsfororesidual permite eliminar problemas de fragilidad en ambientes reductores, mejora las propiedades dedeformabilidad plstica en fro y facilita el comportamiento a la soldadura.

Las normas chilenas NCh 951 y NCh 1.339 definen la composicin de los tipos de cobre y de aleaciones que puedenutilizarse en la fabricacin de tubos sin costura en la forma que se muestra en la Tabla 1.2

TABLA 1.2 Composicin qumica del cobre y de aleacionesempleadas en fabricacin de tubos sin costura.

Composicin qumica en %

Cobre y elementos de adicin Elementos de adicin admisibles Descripcin Sigla principales e impurezas mximas

Cu + Ag Ag O2 P Ag As Bi Pb Sb Te Totalmnimo (1)

Cobre desoxidado con CuDLP 99,93 0,00 0,005 fsforo con bajo a residuo de fsforo 0,012

Cobre desoxidado CuDHP 99,90 0,00 0,015 con fsforo con alto a residuo de fsforo 0,040

Cobre electroltico CuOF 99,95 0,00 0,00 0,0010 0,005 0,03 101 exento de oxgeno (G.2) Grado 2

Cobre electroltico CuETP 99,90 0,015 0,00 0,002 0,012 0,003 0,004 0,003 0,025 0,04 (5) 100 tenaz a

0,04 Cobre plata exento AuAgOF 99,95 mx. de oxgeno (4) 0,002

Cobre plata CuAgTP 99,90 mx. tenaz

(2), (3) y (4) 0,002

Fuentes : NCh 951 y 1339(1) A peticin del comprador el contenido de plata no sobrepasa el 0,02% (30 onzas por tonelada). (2) En el comercio se distinguen cuatro tipos de cobre plata con las siguientesleyes mnimas de Ag: 0,025; 0.03; 0,05 y 0,07. (3) La conductividad elctrica deber ser igual o mayor a 100% IACS = 58 m/ohm mm

. (4) Los productos tenaces debern tener

un contenido de oxgeno controlado cuyo valor ser de 0,015% a 0,040%. (5) Excluido plata y oxgeno

Conductividad

Elctrica% IACS

TABLA 1.1 Composicin qumica del cobre Cu-ETP y Cu-DHP

Cu + Ag Bi Pb O2 Pmnimo mximo mximo mximo

% % % % %

Cu-ETP 99,90 0,001 0,005 0,04

Cu-DHP 99,90 0,001 0,01 0.015 a 0.040

Fuente : NCh 1339

9Tubos de Cobre

En Norteamrica se han normalizado los materiales para tubos de cobre y aleaciones, sin costura y soldados. Loscdigos se designan por la letra C seguida de un nmero de cinco dgitos. En las Tablas 1.3 y 1.4 se encuentran lascodificaciones y las composiciones qumicas correspondientes.

Designacin Material Nmero DensidadASTM UNS g/cm3

SIN COSTURAB 68 y B75 Cobre C10100 8.94B 68 y B75 Cobre C10200 8.94B 68 y B75 Cobre C10300 8.94B 68 y B75 Cobre C10800 8.94B 68 y B75 Cobre C12000 8.94B 68 y B75 Cobre C12200 8.94B 75 (exclusivamente) Cobre C14200 8.94B 135 Latn C22000 8.80B 135 Latn C23000 8.75B 135 Latn C26000 8.53B 135 Latn C27000 8.47B 135 Latn C27200 8.44B 135 Latn C28000 8.39B 135 Latn C33000 8.50B 135 Latn C33200 8.53B 135 Latn C37000 8.41B 466 Cobre Nquel C70400 8.94B 466 Cobre Nquel C70600 8.94B 466 Cobre Nquel C71000 8.94B 466 Cobre Nquel C71500 8.94B 466 Cobre Nquel C72200 8.94

SOLDADOSB 543 y B 716 Cobre C10200 8.94B 543 y B 716 Cobre C10300 8.94B 543 y B 716 Cobre C10800 8.94B 543 y B 716 Cobre C12000 8.94B 543 y B 716 Cobre C12200 8.94B 543 y B 716 Cobre C19400 8.77B 543 Latn C23000 8.75B543 Latn C44300 8.53B543 Latn C44400 8.53B543 Latn C44500 8.53B543 Latn C68700 8.53B543 Cobre Nquel C70400 8.94B543 Cobre Nquel C70600 8.94B543 Cobre Nquel C71000 8.94B543 Cobre Nquel C71500 8.94B543 Cobre Nquel C72200 8.94B543 Cobre Nquel C71600 8.94

TABLA 1.3 Materiales normalizados para tubos sin costuray sodados.

PARTE 1/ EL COBRE

10

Tubos de Cobre

Nmero Nombre Cu P Te As Fe Zn Pb Sn Sb Al Ni Mn

UNS Comercial % % % % % % % % % % % %

C10100 OFE 99.99 .0003 0.10

C10200 OF 99.95

C10300 OFXLP 99.95 .001-.005

C10800 OFLP 99.95 .005-.012

C12000 DLP 99.90 .004-.012

C12200 DHP 99.90 .015-.40

C14200 DPA 99.40 .015-.40 .15-.50

C19400 97.0 .015-.15 2.1-2.6 .05-.20 .03

C22000 Bronce 89.0 - 91.0 .05 Rem .05

C23000 Latn 84.0 - 86.0 .05 Rem .05

C26000 Latn 68.5 - 71.5 .05 Rem .07

C27000 Latn 63.0 - 68.5 .07 Rem .10

C27200 * 62.0 - 65.0 .07 Rem .07

C28000 Metal 59.0 - 63-0 .07 Rem .30

C33000 Latn 65.0 - 68.0 .07 Rem .25-.70

C33200 Latn 65.0 - 68.0 .07 Rem 1.5-2.5

C37000 Metal 58.0 - 61.0 .15 Rem

C44300 Almiran 70.0 - 73.0 .02-.06 .96 Rem

C44400 Almiran 70.0 - 73.0 .06 Rem .8-1.2 .02-.10

C44500 Almiran 70.0 - 73.0 .02-.10 .06 Rem .07 .8-1.2

C68700 Latn 76.0 - 79.0 .02-.06 .06 Rem

C70400 Cobre Niquel Rem. 1.3-1.7 1.0

C70600 Cobre Rem. 1.0-1.8 1.0

C71000 Cobre Rem. 1 1.0

C71500 Cobre Rem. .40-1.0 1.0

C71640 Rem. 1.7-2.3 1.5-2.5

C72200 Rem. .50-1.0 1.0 1.0

TABLA 1.4 Composicin qumica de materiales para tubosClasificacin UNS

PARTE 1/ EL COBRE

En Chile la Norma NCh 1.339 establece lacomposicin qumica del cobre sin alear, de lasaleaciones con alto contenido de cobre, dealeaciones cobre zinc, y cobre zinc plomo,

cobre estao, cobre estao plomo, cobrealuminio y otras miscelneas sealando en cadacaso adems de la composicin, el nmero decdigo nacional y el equivalente ASTM.

11

Tubos de Cobre

1.4 Propiedades Fsico Qumicas del Cobre.

PARTE 1/ EL COBRE

El cobre, nmero atmico 29, es el primer elemento del Sub grupo 1b de la tabla peridica, en el que se agrupan losmetales nobles. El cobre es seguido por la plata y el oro con los que comparten estructuras electrnicas similares(configuracin e 2:8:18:1) lo que le da a estos tres elementos una serie de caractersticas fsico qumicas anlogas.

El cobre forma una serie de sales cuprosas (Cu+) y cpricas (Cu++), estas ltimas ms estables que las anteriores.

En la serie electroqumica de los elementos que se muestra en la tabla 1.5 se observa que el cobre se encuentra en laproximidad inmediata de los metales ms nobles, compartiendo con ellos algunas de sus propiedades caractersticas:el cobre no es atacado por los cidos concentrados, oxidantes, y por lo tanto puede permanecer en contacto conestos cidos sin consecuencias. Tambin resiste ambientes fuertemente alcalinos y soluciones salinas. Como no secombina con diversos metales, menos nobles, no da lugar a problemas de corrosin. En la Tabla 1.6 se muestra elcomportamiento del cobre al contacto con algunas sustancias.

Otra caracterstica del cobre es su baja afinidad con el oxgeno a temperatura ambiente, lo que lo haceparticularmente apropiado para las instalaciones de distribucin de oxgeno medicinal y teraputico.

Reaccin electroltica Potencial estndar en Reaccin electroltica Potencial estndarVoltios a 25C en Voltios a 25C

Au3+

+ 3e- Au 1,50 Cr3+ + 3e- Cr -0,74

Pd2+

+ 2e- Pd 0,987 Cr2+ + 2e- Cr -0,91

Hg2+

+ 2e- Hg 0,854 Zn2+ + 2e- Zn -0,763

Ag+ + e

- Ag 0,800 Mn2+ + 2e- Mn -1,18

Cu+ + e

- Cu 0,521 Ze4+ + 4e- Zr -1,53

Cu2+

+ 2e- Cu 0,337 Ti2+ + 2e- Ti -1,63

2H+ + 2e

- H2 0,000 Al3+

+ 3e- Al -1,66

Pb2+

+ 2e- Pb -0,126 Hf4+ + 4e- Hf -1,70

Sn2+

+ 2e- Sn -0,136 U3+ + 3e- U -1,80

Ni2+

+ 2e- Ni -0,250 Be2+ + 2e- Be -1,85

Co2+

+ 2e- Co -0,277 Mg2+ + 2e

- Mg -2,37

Ti+ + e

- Ti -0,336 Na+ + e- Na -2,71

In3+

+ 3e- In -0.342 Ca2+ + 2e- Ca -2,87

Cd2+

+ 2e- Cd -0,403 K+ + e- K -2,93

Fe2+

+ 2e- Fe -0,440 Li+ + e- Li -3,05

Ga3+

+ 3e- Ga -0.53

TABLA 1.5 Serie electroqumica de los elementos

12

Tubos de Cobre

Agente agresivo Comportamiento Agente agresivo Comportamiento

Acetileno S Cloruro de sodio IAcetona E Cloruro de zinc (sol) AAcido actico I Cloruro frrico (sol) AAcido brico E Cloruro ferroso (sol) IAcido bromhdrico S Eter EAcido cianhdrico S Fenol IAcido ctrico I Fren EAcido clorhdrico A Gas natural EAcido fosfrico S Gasolina EAcido ntrico S Glicol etileno EAcido sulfhdrico (seco) E Glicol propileno EAcido sulfhdrico (hmedo) E Hidrocarburos (puros) EAcido sulfrico 40 - 80 % A Hidrgeno EAgua de mar A Hidrxido de aluminio EAgua oxigenada I Hidrxido de amonio (sol) SAgua potable E Hidrxido de calcio (sol) EAlcohol etlico E Hidrxido de magnesio (sol) EAlcohol metlico E Hidrxido de potasio (sol) IAluminato I Hidrxido de sodio (sol) IAlquitrn E Hipoclorito de calcio (sol) IAmonaco (seco) E Hipoclorito de sodio (sol) AAmonaco (hmedo) S Hiposulfito de sodio (sol) IAnhdrido carbnico (gas seco) E Leche EAnhdrido carbnico (gas hmedo) I Magnesia EAnhdrido sulfuroso (seco) E Nitrato de amonio (sol) SAnhdrido sulfuroso (hmedo) I Nitrato de sodio (sol) IAnilina S Petrleo IAsfalto E Oxgeno eAtmsfera industrial, marina E Parafina eAtmsfera rural E Propano eAzoe E Sal de mercurio SBarniz E Sal de plata SBenceno E Solucin de jabn EBencina E Silicato de sodio EBicarbonato de sodio (sol) I Soda custica IBicromato de sodio (sol) S Sulfato de amonio (sol) ABisulfato de sodio I Sulfato de magnesio (sol) EBisulfito de sodio I Sulfato de sodio (sol) EBisulfuro de calcio (sol) I Sulfato de zinc (sol) IButano E Sulfato frrico (sol) ACaf E Sulfato ferroso (sol) ICal viva E Sulfito de sodio (sol) Acarbonato de sodio (sol) I Sulfuro de sodio (sol) ACerveza E Solvente para barnices ECloro (seco) E Tetracloruro de carbono seco ECloro (hmedo) A Tetracloruro de carbono

hmedo ICloruro de amonio (sol) S Tolueno ECloruro de calcio (sol) I Vapor de agua ECloruro de calcio (hmedo) I Vinagre ICloruro de magnesio (sol) I

E = Excelente ; I = Idneo ; A = Aceptable ; S = No aconsejado ; (sol) en solucin

TABLA 1.6 Resistencia del cobre al ataque por el contactocon algunas sustancias.

PARTE 1/ EL COBRE

13

Tubos de Cobre

PARTE 1/ EL COBRE

En la Tabla 1.7 se encuentran resumidas algunaspropiedades fsicas del cobre desoxidado de altofsforo Cu-DHP.

Temple del Cobre.

Se entiende por temple el estado o las propiedadesmecnicas que presenta el cobre o sus productos,como el caso de los tubos, a consecuencia de losprocesos utilizados en la produccin. Estaspropiedades se adquieren por deformacionesmecnicas, por tratamientos trmicos, o por lacombinacin de ambos factores y se conocen conlos nombres de temple blando y temple duro en elcaso de las caeras. Existen adems otros templescomo el light drawn (ASTM B 75) y el half hardque se obtienen por diferentes grados de trefiladodespus de un recocido.

Temple blando es el que se obtiene a travs de untratamiento trmico llamado recocido, para lograruna recristalizacin y crecimiento de los granos,existiendo temples blandos totales y suaves que se

diferencian por el tamao de grano que debe tenerun promedio mnimo de 0,040 mm para tubospresentados en rollos y 0,025 mm para tubos entiras rectas.

El engrosamiento del grano depende de latemperatura y el tiempo de recocido y debe sercontrolado con anlisis microgrfico durante laoperacin, para prevenir un fuerte engrosamientode los granos que puede dar fragilidad al productofabricado y producir roturas.

El temple duro se produce en los procesos dereduccin de tamao en fro, por extrusin o porlaminado. En el caso de las planchas de cobreexisten diferentes grados desde 1/8 duro hasta duro.

Los tubos de cobre se designarn de temple duro,semiduro o blando segn el temple del material delque estn fabricados. Este temple se debe dar en elacabado de las piezas porque una vez instaladas esimposible efectuar los tratamientos necesarios paramodificarlo.

Densidad 8.94 g/cm3 8,94 103 kg/m3

Temperatura de fusin 1.083 C 1.356 KCoeficiente de dilatacin trmica lineal (25 a 100C) 16,8 10-6 1,68 10-5 K

-1

Conductividad trmica 0,70 a 0,87 cal cm/cm2 s C 364 W/mKCalor especfico a 20C 385 J/kgCalor latente de fusin 205 kJ/kgLmite de fluencia 221 a 379 MPaLmite de ruptura 60 a 345 MPaMdulo de elasticidad normal (Young) 12,2 104 MPaMdulo de elasticidad tangencial (Cu recocido) 4,6 104 MPaElongacin en 50 mm 45 - 8 % blando a extra duroResistividad elctrica Inverso de la conductividad 2,53 a 1,91 104 ohm mConductividad elctrica 41 a 52 m/ohm mm2 68 a 90 % IACSTemperatura de laminacin perforante (Piercing) 815 a 870 C

1.4.1

TABLA 1.7 Propiedades fsicas del cobre Cu-DHP

Caractersticas Tecnolgicas.

El cobre al igual que el oro y la plata, es notable porsu ductilidad y maleabilidad, pudiendo sertransformado fcilmente a alambres y lminasextremadamente finas.

Las caractersticas de ductilidad y maleabilidad delcobre permiten que este metal sea capaz deexperimentar profundas transformaciones plsticas,

pero ante todo, sus caractersticas tecnolgicas msimportantes son su aptitud para la elaboracinsecundaria por extrusin, laminacin, trefilacin, yfabricacin de curvas y embocinados, su solubilidaden fase slida que le permite unirse a otros metalespara formar aleaciones y su facilidad para unirse conotras piezas de cobre o con otros metales pormedio de soldadura.

1.5

14

Tubos de Cobre

En la Tabla 1.8 se resumen algunas de las principalescaractersticas tecnolgicas del cobre:

Intervalo de temperaturas de recocido 250 a 650 C Intervalo de temperatura de distensin 200 a 250 C Aptitud para elaboracin en caliente Buena Aptitud para elaboracin en frio Optima

Comportamiento a la soldadura Soldadura suave Optima Soldadura fuerte Optima Soldadura oxiacetilnica Buena Soldadura al arco con electrodo de grafito Buena Soldadura al arco con atmsfera de gas inerte Optima Soldadura al arco con electrodo revestido Escasa Soldadura de resistencia - Por punto o continua Mediocre - Por cabeza Buena

Conformabilidad del Cobre.

El cobre es fcilmente conformable debido a suspropiedades de ductilidad y maleabilidad. Estosignifica que los tubos de cobre pueden doblarsecon facilidad, sobre todo cuando son de templeblando, para adaptarlos a las configuraciones de losedificios y de las instalaciones industriales.

Dilatacin Lineal del Cobre.

Todos los materiales utilizados en la fabricacin detuberas, incluido el cobre, se contraen y expandencon los cambios de temperatura. En la Figura 1.2 secomparan las tasas de expansin de los tubos decobre con varios tipos de tubos de plstico,utilizando el hormign como punto de comparacin.Est claro que la expansin y contraccin del cobrees significativamente menor que la de los productosplsticos.

TABLA 1.8. Caractersticas tecnolgicasdel Cobre

El coeficiente promedio de dilatacin lineal del cobreel rango de temperaturas entre 20 y 100 C es1,710-5 cm / (cm)(Celcius), similar al del concreto,lo que permite instalarlo en el interior de estematerial sin que se produzcan tensiones originadaspor cambios de temperatura que puedan conducir aroturas con las consiguientes prdidas de fluidos.

Las instalaciones trmicas deben considerar juntas ouniones de expansin para compensar los cambiosde longitud debido a las variaciones de temperatura.

Los diferentes tipos de juntas de expansin seestudiarn en el Captulo 3.

1.5.2

1.5.1

ABS

CPVCPVC (DWV)

CobreConcreto

PE-AL-PE&PEX-AL-PEX

Polibutileno

10,0 37,0 65,6 93,3Cambio de Temperatura C

15

10

5

0

Expa

nsi

n lin

eal a

prox

imad

a de

10

met

ros

de tu

bera

,en c

entim

etro

s

FIGURA 1.2. expansin lineal del cobre y los plsticoscon la temperatura

El Cobre y la Corrosin.

Corrosin e Incrustaciones.

La resistencia del cobre a la corrosin cuando esten contacto con el agua potable se explica por laposicin que tiene en la tabla peridica, su posicinen la serie electroqumica de los elementos y laafinidad que muestra por el oxgeno.

La definicin internacional de la corrosin es lasiguiente:

La reaccin de un metal con el ambiente que lorodea, que origina un cambio cuantificable delmismo, o que puede provocar un dao en el metal oen todo el sistema. Esta reaccin es principalmente

1.6.1

1.6

PARTE 1/ EL COBRE

15

Tubos de Cobre

de naturaleza electroqumica y puede estar asociadaa fenmenos del tipo corrosin - erosin. lasmodificaciones mencionadas causadas por estefenmeno son los sntomas de la corrosin.

Corrosin Generalizada.

La corrosin uniforme o generalizada se produce entoda la superficie del metal, originando unadegradacin uniforme de la estructura metlica.

Cuando se pone en operacin una instalacin detubos de cobre, el oxgeno disuelto en el agua secombina con el cobre de la pared del tubo formandoun estrato continuo de xido de cobre (Cu2O), quecon el tiempo, reaccionando con otras substanciasqumicas presentes, tales como el carbonato decalcio (y en menor escala con cloruros y sulfatos) setransforma en carbonato bsico de cobre. La capapuede contener fosfatos y silicatos y tambin algncompuesto de aluminio y fierro, posee unacoloracin verde celeste, es insoluble y sirve paraproteger al tubo gracias a su propiedad pasiva.

Durante esta primera fase se tiene una liberacin deiones de cobre, los que se reducen progresivamentecon la formacin del estrato protector.

Esta liberacin es una funcin de las caractersticassuperficiales del material, de las caractersticasintrnsecas del agua y de las condiciones de trabajo.En la Tabla 1.6 de la pgina 17 se muestra unaevaluacin indicativa de la resistencia del cobre a lacorrosin.

Corrosin Localizada, Fenmeno deCorrosin Puntual, (Pitting).

En la serie electroqumica de los elementos, queexpresa la tendencia a la corrosin de los diferentesmetales, el cobre ocupa una posicin privilegiadacorrespondiente a los metales nobles por suresistencia al ataque de parte de los materialesagresivos ms comunes, con los cuales puede estaren contacto

Esta es una de las razones por las cuales en lospases desarrollados el cobre ha desplazado al plomoy al acero en las instalaciones para la conduccin deaguas potables y sanitarias.

El mayor costo del metal resulta compensado por elmenor espesor del tubo lo que implica una mayor

PARTE 1/ EL COBRE

longitud por unidad de peso. Adems la facilidadpara conformar los tubos de cobre economizauniones y accesorios, con un menor costo de manode obra en la instalacin.

Estas ventajas han conducido a la instalacin decientos miles de kilmetros de tuberas de cobre. Sinembargo, se ha encontrado en forma espordica enalgunas zonas de ciertos pases, como el norte deItalia, un fenmeno de corrosin puntual o pittingque se manifiesta en la forma de perforaciones en eltubo como si fueran hechas con un punzn.

Dadas las rigurosas exigencias de confiabilidad delmaterial, este fenmeno ha sido objeto denumerosos estudios e investigaciones con el fin deresolverlo.

La causa de la reciente aparicin de este fenmenose ha atribuido a la creciente contaminacin delagua debida a polucin por desechos industriales ypor el aumento del uso de fertilizantes en laagricultura, los que han contribuido a lacontaminacin de las capas freticas, las que lentapero inexorablemente estn siendo contaminadaspor nitratos, cloruros, sulfatos, fosfatos, etc.

La distribucin del agua se encuentra fuertementeinfluenciada por el fenmeno de agresividad querepercute sobre el material con el cual est encontacto.

La contaminacin creciente que muestra el aguapotable ha contribuido a la aparicin del fenmenode corrosin puntual, el que aparece en las regionesaltamente industrializadas donde es mayor lacontaminacin.

Se ha encontrado que la forma de controlar esteproblema consiste en mejorar la calidad del tubo decobre eliminando las impurezas del mismo. Esteproblema de pitting ha sido prcticamenteeliminado con la introduccin del tubo de cobreexento de impurezas carbonosas.

Corrosin por Contacto Galvnico entreMetales Diferentes.

Cuando dos metales de diferente naturaleza seacoplan de manera de formar una unin elctrica yse exponen a la accin de un ambiente agresivoocurre que mientras la velocidad de corrosin delmetal menos noble aumenta, la velocidad decorrosin del metal ms noble disminuye. Adems la

1.6.2

1.6.3

1.6.4

16

Tubos de Cobre

intensidad aumenta cuando aumenta la diferenciade nobleza entre los metales o sea el potencialelectroqumico de los dos metales.

El mecanismo de reaccin puede esquematizarsecomo se muestra en la Figura 1.3, donde lacorrosin afecta a la barra de zinc.

El ambiente agresivo es frecuentemente un lquidoconductor o electrolito, capaz de transportar cargaselctricas, como por ejemplo el agua, cuyaconductibilidad muy variable, dependiendo de lassales disueltas, determina la intensidad y laextensin de la zona atacada. Para evaluar entrminos prcticos la influencia de este factor sepuede decir que el efecto de la copla galvnica esrelevante a una distancia del punto de contacto deun milmetro, un centmetro o un metro, segn si setrata de agua destilada, agua potable o agua demar.

El fenmeno de la corrosin por contacto ha sidoutilizado para proteger estructuras metlicasempleando nodos de sacrificio o acero conrevestimiento de zinc, (acero galvanizado). En estecaso debe recordarse que en determinadascondiciones ambientales este tipo de proteccinpuede ser un error, en efecto a 60C el zinc puederecubrirse de una capa de xido sumamenteadhesiva, que lo hace ms noble que el aceromismo.

Debe hacerse notar que en ausencia de oxgeno elfenmeno de la corrosin es prcticamenteinexistente y por lo tanto la posicin recproca cobre otro metal no tiene influencia.

De aqu se deduce que deben analizarse porseparado los dos casos prcticos de ocurrencia mscomn que son:

Instalaciones de agua caliente Instalaciones de distribucin de agua potable

En el primer caso, el fluido usado es aguaprcticamente exenta de O2 porque la temperaturade operacin entre 70 y 85C favorece el equilibriofsico, reduciendo la presin parcial del gas cuyocontenido queda limitado a fracciones de ppm.Adems, cuando se pone en marcha una instalacinde este tipo se elimina el oxgeno mediante elagregado de hidrato de hidrazina o de sulfito desodio catalizado con xido de cobalto.

Por lo tanto, se puede afirmar que en instalacionesde agua caliente no se presentar el fenmeno decorrosin por contacto.

Para el agua potable fra, que siempre debecontener oxgeno disuelto hasta el punto desaturacin, la instalacin de tubos de cobre debetener en cuenta la existencia de tubos de acerogalvanizado para evitar que aparezca la corrosin. Lavelocidad con que ocurre este fenmeno seencuentra influenciada por algunos factores como:

La direccin del flujo, del acero galvanizado alcobre, arrastra productos de disolucin del metalmenos noble y los pone en contacto con el tubode cobre con algn peligro para la pared de esteltimo. Por el contrario, el producto de disolucindel cobre puede resultar catdico frente al zinc.

La localizacin de las reas andicas, acerogalvanizado y catdicas, cobre, debe seroportunamente separada por medio de unseparador que en relacin con la conductividaddel agua introduzca una resistencia elctrica talque anule la velocidad de corrosin. El separadorpuede ser una unin dielctrica que interrumpeel circuito elctrico de la Figura 1.4 unaccesorio de aleacin que reduce la diferencia depotencial electroqumico del acoplamiento(zinc latn cobre).

La relacin entre el rea (S1) del metalelectroqumicamente ms noble (catdico) al rea(S2) del metal menos noble (anodino). Cuanto msbaja es esta relacin, menor es la densidad decorriente que acta y menor es la velocidad decorrosin. En este ltimo caso, la situacin ms

A

Zn Cu

FIGURA 1.3. esquema explicativode la corrosinpor efecto galvnico

PARTE 1/ EL COBRE

17

Tubos de Cobre

PARTE 1/ EL COBRE

peligrosa est dada por la instalacin de un tubo decobre mediante un elemento de pequeasdimensiones de acero, en cuyo caso la corrosin porcontacto tendr efectos desvastadores en brevetiempo. En la prctica se puede incurrir en esteriesgo instalando distanciadores o alargadores deacero para conectar calderas o grifos a tubos decobre. Al contrario el uso de distanciadores, vlvulasy otros elementos de latn es perfectamentecompatible con el tubo de cobre puesto que elpotencial electroqumico del latn es comparablecon el del cobre y tambin con el del tubo de acerogracias a la relacin favorable entre las reas de loselementos en contacto.

Corrosin por Erosin.

La corrosin por erosin es una forma de corrosinque se manifiesta por dao del material metlicoprovocado por el movimiento relativo entre elambiente corrosivo y el metal. Es provocada por elfenmeno de cavitacin, por abrasin y por choquede lquidos que contienen burbujas de gas.

La corrosin por erosin se caracteriza por laformacin de surcos, canales, ondulaciones, crteresy generalmente tiene un curso orientado endeterminadas direcciones.

El fenmeno de la corrosin por erosin se apreciaen correspondencia con cambios bruscos en laseccin de las tuberas, con curvas muy estrechascon deformaciones o con asperezas que hanquedado despus de la instalacin como productode soldaduras mal hechas. Tambin se producecomo consecuencia de fenmenos que producen

FIGURA 1.4. corrosin por corrientes dispersas

1.6.5

1.6.6

cavitacin en el interior del tubo. Para prevenir lacavitacin debe ponerse especial cuidado en elproyecto y en la instalacin de los tubos.

El parmetro ms importante es la velocidad delfluido la que debe ser suficientemente baja.Generalmente, los valores mximos admisibles son:

Para agua fra 2 m/sPara agua caliente 1,3 m/s

Las sustancias slidas en suspensin agravan esteproblema de manera que cuando son detectadasdebe procederse a una filtracin adecuada dellquido.

Corrosin por Corrientes Dispersas

Este proceso de corrosin es provocado porcorrientes elctricas continuas que actan sobre elmetal imponindole un comportamiento andicosimilar a la disolucin en un electrolito. Es evidenteque a causa de la peligrosidad de este fenmeno, lacirculacin incontrolada de corrientes elctricas portuberas y estructuras metlicas, ocurre solo enforma accidental.

Se define como corrientes dispersas o errantes aaquellas corrientes que por deficiencia en la aislacinabandonan el circuito y se dispersan en el terrenohasta que encuentran otras estructuras metlicasque en definitiva pasan a ser conductoressecundarios.

El caso ms frecuente se muestra en la Figura 1.4

iTuberas

Subestacin

+

18

Tubos de Cobre

PARTE 1/ EL COBRE

La corriente elctrica despus de haber recorrido untramo de la estructura conductora secundaria laabandona. La corrosin se produce en el puntodonde ello ocurre.

El caso real ms frecuente es el que se muestra en lafigura 1.5. En realidad la dispersin de corrientetoma lugar en la zona ms ancha de manera que nose produce una corrosin apreciable en la estructura,por ejemplo los rieles, en tanto que el escape desdela tubera est localizado generalmente en un puntodonde la cubierta protectora del tubo de cobre tienealgn defecto y por consiguiente el tubo se perforaen ese lugar con una morfologa muy caracterstica.El tubo se perfora desde el exterior formando uncrter cnico cuyo vrtice se dirige hacia el interior.

En lneas generales se puede considerar un circuitoelctrico como el que se tiene en la figura 1.5 en elcual:

I = corriente elctrica que recorre el rieli = corriente elctrica que recorre la tuberaRr = resistencia elctrica del rielRt = resistencia elctrica de la tuberaR1 = resistencia elctrica del terreno en zona 1R2 = resistencia elctrica del terreno en la zona 2

Considerando que la accin corrosiva esdirectamente proporcional a la corriente elctrica,(Ley de Coulomb) y que esta ltima est dada por:

I = I*Rr / (R1+Rt+R2)

Se deduce que para valores constantes de otrosparmetros, mientras menor sea la resistenciaelctrica del terreno (mayor conductividad), tantomayor ser la corrosin, que actuando como se hadicho sobre una pequea superficie, penetrarrpidamente.

Si pasamos a analizar el caso de la instalacintrmica con tubos de cobre se puede afirmar queexisten importantes factores que limitannotablemente la peligrosidad del fenmeno decorrosin por corrientes dispersas.

a) en las casas habitacin no se utiliza corrientecontinua y la corriente alterna produce efectosprcticamente irrelevantes.

b) la resistencia elctrica ofrecida por la masa dehormign en la cual se encuentra encerrada latubera dentro de un edificio es decididamentesuperior a la que tiene el terreno.

c) la resistencia completa del circuito secundariopuede ser incrementada notablemente si se empleantuberas de cobre revestidas en plstico como PVC opolietileno expandido.

d) en algunos pases (Norma CEI 64-8) la entubacindebe estar conectada equipotencialmente a unainstalacin de puesta a tierra eficiente quedescargue la corriente a travs de un conductorapropiado.

A1R1

R r I

CI

i

R t A2

C2

i R2

Riel

Tubera

C1

FIGURA 1.5. esquema elctrico del proceso decorrosin por corrientes dispersas

19

Tubos de Cobre

PARTE 1/ EL COBRE

Por ltimo cabe hacer notar que la experiencia enlos ltimos 30 aos en aquellos pases que utilizansistemas de transporte movidos con motoreselctricos de corriente continua, es que la corrosinpor corrientes dispersas en el interior de edificios haaparecido solo espordicamente y que no esdeterminante en el momento de elegir el tipo dematerial de una tubera.

Corrosin Por Esfuerzo Mecnico

La corrosin por esfuerzo mecnico o cuando elmaterial est sometido a solicitaciones, acta enforma particularmente insidiosa puesto que puedeproducir el colapso del elemento metlico sin que semuestren seales relevantes que ste haya sidoatacado por corrosin. Por ejemplo: depsitos deproductos originados por corrosin o deformacionesgeomtricas evidentes en la entubacin o en elequipo.

Este tipo de corrosin se desarrolla por la accincombinada de un ambiente corrosivo especfico,aunque muy dbil, y de una tensin mecnica quesomete a la pieza a un estado de esfuerzo. Estaltima puede ser provocada por tensiones internasresiduales originadas por las deformaciones plsticasa que fue sometido el metal para formar la pieza,como son la trefilacin, la laminacin, el estampadoen fro, etc.

La corrosin bajo esfuerzo es un fenmeno muycomn y prcticamente ningn material metlico deuso tecnolgico comn est inmune a ella cuandose pone en contacto con algn ambiente corrosivoespecfico.

La propensin al desarrollo de este fenmeno estinfluenciada por un gran nmero de factores,tambin metalrgicos, de manera que es imposibleformular una ley de validez general. En efecto, elcobre, como todos los otros metales, no debera seratacado si el metal tiene una pureza superior al99,999%.

Por el contrario, la calidad comercial hace posibleque este fenmeno ocurra bastante msfrecuentemente.

Todava es posible indicar caso por caso laposibilidad que se presente este tipo de corrosin.En el caso del cobre, el factor ms importante es el

medio ambiente: El amonaco es el compuestoqumico que puede provocar la corrosin por tensincuando se tiene un ambiente hmedo y enpresencia de oxgeno. En efecto, cuando elamonaco se encuentra anhidro, es decircompletamente desprovisto de agua, sea en estadolquido o gaseoso, no produce corrosin apreciableni dao en el cobre

Se han efectuado pruebas con una duracin de1.200 horas, a temperatura ambiente y a presinatmosfrica que han provocado una penetracinmedia de 5 micrones por ao. Por lo tanto el cobreresulta apto para el contacto con el amoniacoperfectamente seco, que no est contaminado conagua.

Sin embargo, las soluciones de hidrxido de amonio(NH4OH), atacan rpidamente al cobre debido a laformacin de un compuesto complejo solublecuproamoniacal.

La tenso corrosin induce en el metal la formacinde grietas muy pequeas que se propagan con unaorientacin prcticamente perpendicular a ladireccin de la tensin mecnica y con una corridade grietas de tipo intergranular siguiendo el bordedel grano cristalino.

Los revestimientos plsticos pueden desprenderamonaco o compuestos amoniacales que atacanqumicamente el cobre. Por lo tanto la vaina debeser de productos que no tengan base de amonaco oque hayan sido tratados adecuadamente paradesprender completamente estas sustancias.

Incrustaciones.

El agua natural contiene sales disueltas encantidades variables. Entre ellas se encuentra elcarbonato de calcio que determina la dureza delagua.

Las incrustaciones se forman cuando en el aguanatural que est en contacto con una superficie decualquier tipo, se produce la siguiente reaccin decarcter general:

Ca(OH3)2 CaCO3+H2O +CO2

El equilibrio bicarbonato (soluble) con carbonato(insoluble) que se alcanza puede ser modificado, ya

1.6.8

1.6.7

20

Tubos de Cobre

PARTE 1/ EL COBRE

sea cambiando el pH de la solucin, o cambiando laconcentracin de uno cualquiera de los compuestospresentes en la reaccin.

La influencia del pH puede ser evaluada si se conocela temperatura y la dureza del agua mediante elIndice de Langelier:

Indice Langelier = pH -pHs

Donde pHs es el pH de la solucin calculado parauna concentracin de Ca

++ para llegar a la

saturacin. Si el valor de la diferencia resulta serpositivo, se tiene precipitacin y el agua resultaincrustante.

La eliminacin del CO2 o el aporte de nuevobicarbonato por el agua corriente, mueve la reaccinhacia la precipitacin.

Tambin el aumento de la temperatura influye en elequilibrio qumico haciendo precipitar el carbonatode calcio. Como consecuencia de esto en una

pHIndice de Langelier

pH5

Ca(HCO3)2 CaCO3

Disolucin Inscrustacin

- p

Alca

lis

FIGURA 1.6. diagrama de la variacin del ndicede Langelier

instalacin hidro termo sanitaria, la mayor parte delas incrustaciones se producirn en la zona decalentamiento, o sea, en los serpentines de lacaldera de manera que, habiendo cedido el agua enesta parte casi todo su carbonato, las tuberas detransporte de agua caliente no son afectadasmayormente por este fenmeno.

Por el contrario, en el caso de los tubos paraconducir agua fra, la precipitacin se puededesarrollar sin llegar a la oclusin del tubo, si nointervienen factores limitantes como el xidocuproso, que, a diferencia del xido de fierro, tieneuna limitada afinidad qumica con el anhdridocarbnico y por lo tanto al mantener inalterada laconcentracin de este compuesto obstaculizar laprecipitacin de carbonato de calcio.

Adems, la superficie lisa de la pared interna deltubo de cobre (con una rugosidad 1/30 de la delfierro), no permite que las eventuales precipitacionesde carbonato de calcio se fijen sobre la pared mismay facilitan el escurrimiento y su eliminacin.

21

Tubos de Cobre

Produccin de Tubos de Cobre.

l metal, por lo general una mezcla de cobrerefinado y de chatarra de calidad controlada, sefunde en un horno y por medio de la colada decobre se obtienen lingotes conocidos comobillets los que tienen forma cilndrica, condimensiones que generalmente son 300 mm dedimetro y 8 m de largo, y que pesanaproximadamente 5 toneladas mtricas.

Estos bloques metlicos se utilizan para lafabricacin de los tubos sin costura por medio deuna serie de deformaciones plsticas utilizando elciclo de produccin que se muestra en la figura 2.1.Las etapas son las siguientes:

Corte. En primer lugar los billets se cortan en piezasde alrededor de 700 mm de largo, teniendo encuenta la capacidad de las instalaciones deproduccin de la planta.

Calentamiento. A continuacin se calienta el billet,operacin que se efecta en un horno de tnel auna temperatura entre 800 y 900C. Aqu, el metalalcanza un mayor grado de capacidad dedeformacin plstica, con lo que se reduce lapresin necesaria para las siguientes operaciones detransformacin.

Extrusin. En esta operacin se obtiene en una solapasada una pieza o pretubo de gran dimetro conparedes muy gruesas. En la prctica el extrusor es

PARTE 2El TUBO DE COBRE

E

2.1

FIGURA 2.1. ciclo de produccin de los tubos de cobre sin costura

TERMINACION YEMBALAJE

Control de calidad Tratamiento anticorrosivo Sellado de puntas Desgrasado

Control de calidad Recocido Tratamiento anticorrosivo

Control de calidad Recocido

Laminacinen fro

Tuboextruido

ExtrusinCalentamientoBillets

Cobre Metlicoy Chatarra Horno de

fisinColada enbarro

Corte de la barra en billets

Bobina Tubos lisos Tubos grooved

Rollos

Tubos rectosTubos ovaladoTubos especialTrefilacin en banco

Tratamiento anticorrosin

Trefilacin en rodillos

22

Tubos de Cobre

una prensa en la cual el billet previamenterecalentado es forzado a pasar a travs de unamatriz calibrada. El pistn que ejerce las presintiene un mandril que perfora el billet. Como estaoperacin se efecta a alta temperatura, el cobreexperimenta una oxidacin que perjudica lasoperaciones posteriores las que se efectan enatmsferas controladas con enfriamiento rpido,para impedir la oxidacin superficial del pretubo.

Laminacin. Es una operacin en fro queconsiste en pasar el pretubo a travs de dos cilindrosque giran en sentidos contrarios. Adems delmovimiento rotatorio los dos cilindros tienen unmovimiento de vaivn en sentido longitudinal, entanto que el pretubo al cual se ha insertado unmandril avanza en forma helicoidal. Con esto seobtiene una reduccin en el espesor de la pared deltubo mantenindose la seccin perfectamentecircular. La operacin de laminacin en fro producetubos de alta dureza llamados tambin de templeduro.

Trefilado. La reduccin sucesiva de dimetros paraobtener los diversos productos comerciales seefecta en una operacin en fro llamada trefiladoque consiste en estirar el tubo obligndolo a pasar atravs de una serie de matrices externas y de uncalibre interno conocido como mandril flotante.

La operacin industrial se efecta en una mquinallamada bull block donde la extremidad del tuboest apretada por una mordaza montada en uncilindro rotatorio que produce la traccin.

Recocido. La deformacin plstica en fro origina unendurecimiento del metal que trae comoconsecuencia una prdida en la plasticidad. Lossucesivos trefilados aumentan este endurecimiento ydan lugar a un mayor peligro de rotura del tubo. Poresta causa se emplea un tratamiento trmicollamado recocido, para la recristalizacin del cobreque permite recuperar las caractersticas deplasticidad.

Acabado. Al final del ciclo de produccin se obtieneun tubo recocido, presentado en rollos, de altacalidad. A estos tubos se les puede aplicar unrevestimiento externo de proteccin o aislante paradiversos usos, o efectuar un acabado interno muyliso para aplicaciones especiales.

Control de calidad. El tubo terminado se somete apruebas para determinar imperfecciones, siendo

usuales las de induccin electromagntica porcorrientes de Foucault, que permiten detectargrietas y otras imperfecciones en el interior de lapared del tubo.

Embalaje. Los tubos de cobre recocidos o de templeblando se presentan en rollos que son embaladoscuidadosamente para evitar deformacionesproducidas por los movimientos. Los tuboslaminados en fro de temple duro se presentan entiras, generalmente de 6 metros de largo las cualesse empaquetan en atados para su transporte a loslugares de uso. Como los tubos de cobre noexperimentan envejecimiento por accin de los rayosultravioleta, el ozono u otros agentes qumicos yfsicos, no requieren de caractersticas especiales dealmacenamiento y embalaje. Despus de un perodoprolongado puede formarse una ligera oxidacinsuperficial, la cual no presenta mayoresinconvenientes para el empleo de los tubos decobre.

Tipos de Tubos y sus CaractersticasTcnicas.

Tipos de Tubos de Cobre.

Los tubos de cobre usados en fontanera parainstalaciones de agua y gas se fabrican en diversasdimensiones, largo, dimetro y espesor de pared yson denominados Tipos K, L y M, de acuerdo conestas dimensiones. Se fabrican en cobre desoxidadode alto contenido de fsforo residual Cu-DHP segnNCh 951 o Cobre N C12200 (99.9% Cu) segn losrequerimientos de la Norma ASTM B 88. Otros tiposde tubos como los denominados DWV, ACR, GasMedicinal y Tipo G/GAS deben cumplir los requisitosestablecidos en las Normas ASTM B306, ASTMB280, ASTM B819 y ASTM B837 respectivamente. Eltipo DWV se encuentra normalizado en Chile enNCh 251.

Los tubos de cobre de los tipos K, L, M y DWV seencuentran dimensionados en pulgadas y enunidades mtricas. Como se acostumbra designarlospor el dimetro en pulgadas, en este libro sepresentarn tablas con valores en ambos sistemas demedida para estos tubos.

Los tubos de los Tipos K, L, M, DWV y Gas medicinaltienen dimetros exteriores efectivos que son 1/8 depulgada (0,125 pulgada) mayores de los tamaosestandarizados por los que se denomina a estos

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

2.2.1

2.2

23

Tubos de Cobre

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

tubos. Por ejemplo, una tubera Tipo M de 1/2pulgada tiene un dimetro exterior real de 5/8pulgada. Los tubos tipo K tienen paredes msgruesas que los del Tipo L y estos a su vez tienentambin paredes ms gruesas que los del Tipo Mpara cualquier dimetro considerado. En la Tabla 2.1se encuentran las dimensiones y los pesos paratubos de los Tipos K, L, M y DWV en unidadesinglesas y en la Tabla 2.2 se encuentran en sistemamtrico.

Los tubos tipo ACR utilizados para aireacondicionado y servicios de refrigeracin y los tubosde tipo G/GAS empleados en sistemas de transportede gas natural y de propano se designan por sudimetro exterior efectivo. As por ejemplo un tuboTipo G/GAS de 1/2 pulgada tiene un dimetro realexterior de 1/2 pulgada. En la Tabla 2.3 se encuentralas dimensiones y pesos de los tubos tipo ACR y enla Tabla 2.4 se encuentra informacin sobre lostubos Tipo G/GAS.

FIGURA 2.2. calderos de cobre

TABLA 2.1 Dimensiones y pesos de los tubos de cobre de lostipos K, L, M y DWV en unidades inglesas

Tamao Dimetro Dimetro Interior Espesor de Pared Peso Terico

Nominal Exterior, pulgada pulgada pulgada Libras por pie lineal

pulgada todos los tipos K L M DWV K L M DWV K L M DWK

1/4 0.375 0.305 0.315 0.035 0.030 0.145 0.126

3/8 0.500 0.402 0.430 0.450 0.049 0.035 0.025 0.269 0.198 0.145

1/2 0.625 0.527 0.545 0.569 0.049 0.040 0.028 0.344 0.285 0.204

5/8 0.750 0.652 0.666 0.049 0.042 0.418 0.362

3/4 0.875 0.745 0.785 0.811 0.065 0.045 0.032 0.641 0.455 0.328

1 1.125 0.995 1.025 1.055 0.065 0.050 0.035 0.839 0.655 0.465

1 1/4 1.375 1.245 1.265 1.291 1.295 0.065 0.055 0.042 0.040 1.04 0.884 0.682 0.650

1 1/2 1.625 1.481 1.505 1.527 1.541 0.072 0.060 0.049 0.042 1.36 1.14 0.940 0.809

2 2.125 1.959 1.985 2.009 2.041 0.083 0.070 0.058 0.042 2.06 1.75 1.460 1.07

2 1/2 2.625 2.435 2.465 2.495 0.095 0.080 0.065 2.93 2.48 2.030

3 3.125 2.907 2.945 2.981 3.030 0.109 0.090 0.072 0.045 4.00 3.33 2.680 1.69

3 1/2 3.625 3.385 3.425 3.459 0.120 0.100 0.083 5.12 4.29 3.580

4 4.126 3.857 3.905 3.935 4.009 0.134 0.110 0.095 0.058 6.51 5.38 4.660 2.87

5 5.126 4.805 4.875 4.907 4.981 0.160 0.125 0.109 0.072 9.67 7.61 6.660 4.43

6 6.125 5.741 5.845 5.881 5.959 0.192 0.140 0.122 0.083 13.9 10.2 8.920 6.10

8 8.125 7.583 7.725 7.785 7.907 0.271 0.200 0.170 0.109 25.9 19.3 16.500 10.6

10 10.125 9.449 9.625 9.701 0.338 0.250 0.212 40.3 30.1 25.600

12 12.125 11.315 11.565 11.617 0.405 0.280 0.254 57.8 40.4 36.700

(1) AStM B 88-96 (2) ASTM B 306-96 * No disponible

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Tubos de Cobre

TABLA 2.2 Dimensiones y pesos de los tubos de cobre de lostipos K, L, M y DWV en unidades mtricas

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

Designacin Dimetro exterior Espesores de pared Masa Terica de los

Convencio- Dimensin Tolerancia mm (1) Tubos Tipo K Tubos Tipo L Tubos Tipo MTubos en kg por metro

cional (2) mm Temple Temple Dimensin Tolerancia Dimensin Tolerancia Dimensin Tolerancia Tipo K Tipo L Tipo Mblando rgido (4)

1/4 9,52 0,05 0,03 0.89 0,10 0,76 0,09 0,215 0,186 3/8 12,70 0,06 0,03 1,24 0,10 0,89 0,09 0,64 0,06 0,397 0,294 0,2161/2 15,88 0,06 0,03 1,24 0,10 1,02 0,09 0,71 0,06 0,507 0,423 0,3015/8 19,05 0,08 0,03 1,24 0,10 1,07 0,09 0,617 0,537 3/4 22,22 0,09 0,03 1,65 0,11 1,14 0,10 0,81 0,08 0,948 0,671 0,4841 28,58 0,10 0,04 1,65 0,11 1,27 0,10 0,09 1,24 0,688

1 1/4 34,92 0,11 0,04 1,65 0,11 1,40 0,10 1,07 0,10 1,53 1,31 1,011 1/2 41,28 0,13 0,05 1,83 0,13 1,52 0,11 1,24 0,15 2,02 1,69 1,39

2 53,98 0,13 0,05 2,11 0,18 1,78 0,15 1,47 0,15 3,06 2,59 2,162 1/2 66,68 0,13 0,05 2,41 0,18 2,03 0,15 1,65 0,15 4,33 3,67 3,00

3 79,38 0,13 0,05 2,77 0,18 2,29 0,18 1,83 0,15 5,93 4,93 3,963 1/2 92,08 0,13 0,05 3,05 0,20 2,54 0,18 2,11 0,18 7,58 6,35 5,30

4 104,78 0,13 0,05 3,40 0,25 2,79 0,23 2,41 0,23 9,63 7,95 6,895 130,18 0,13 0,05 4,06 0,25 3,18 0,25 2,77 0,23 14,3 11,3 9m866 155,58 0,13 0,05 4,88 0,30 3,56 0,28 3,10 0,25 20,5 15,1 14,208 206,38 0,15 +0,05 .0,10 6,88 0,41 5,08 0,36 4,32 0,36 38,3 28,6 24,4

10 257.18 0,20 +0,05 - 0,15 8,58 0,46 6,35 0,41 5,38 0,38 59,6 44,5 37,812 307,98 0,20 +0,05 10,29 0,51 7,11 0,46 6,45 0,41 85,6 59,7 54,3

(1) Todas las tolerancias en esta tabla son + y - a menos que se indique otra cosa(2) La designacin correcta es colocar despus del numero la letra K, L o M segn el caso(3) Esta tolerancia es la variacin mxima permisible para el dimetro exterior promedio(4) Estos temples son blando regular y rgido medio para tubos destinados a conduccin de fluidos y blando regular y rgido fuerte para usos elctricos

Dimensiones y tolerancias + y - en mm MasaDesignacin Dimetro exterior Espesor de pared terica

convencional Dimensin Tolerancia (1) Dimensin Tolerancia kg/m

1 1/4 DWV 34,9 0,038 1,02 0,076 0,9671 1/2 DWV 41,3 0,051 1,02 0,076 1.20

2 DWV 54,0 0,051 1,07 0,10 1.593 DWV 79,4 0,051 1,14 0,10 2,514 DWV 105 0,051 1,47 0,18 4.275 DWV 130 0,051 1,83 0,20 6,596 DWV 156 0,051 2,11 0,20 9,088 DWV 206 + 0,051 y - 0,010 2,77 0,28 15,8

(1) Para el dimetro exterior promedio

TABLA 2.3 Dimensiones y pesos de tubos de cobre sin costura de seccincircular tipo DWV en unidades S.I. (Norma Chilena NCh 952)

25

Tubos de Cobre

TABLA 2.4 Dimensiones y pesos de los tubos de cobre del tipoACR en unidades inglesas (Norma ASTM B280-95a)

Blando Rgido (Duro)Tamao Dimetro Dimetro Espesor de Dimetro Dimetro Espesor de Peso Terico

nominal exterior interior pared exterior interior pared Libras por pie linealpulgada pulgada pulgada pulgada pulgada pulgada pulgada Blando Duro

1/8 0.125 0.065 0.030 0.0347 0.03473/16 0.187 0.127 0.030 0.0575 0.05751/4 0.250 0.190 0.030 0.0804 0.08045/16 0.312 0.248 0.032 0.109 0.1093/8 0.375 0.311 0.032 0.375 0.134 0.1261/2 0.500 0.436 0.032 0.500 0.182 0.1985/8 0.625 0.555 0.035 0.625 0.251 0.2853/4 0.750 0.680 0.035 0.305 *3/4 0.750 0.666 0.042 0.750 0.666 0.042 0.362 0.3627/8 0.875 0.785 0.045 0.875 0.785 0.045 0.455 0.455

1 1/8 1.125 1.025 0.050 1.125 1.025 0.050 0.655 0.6551 3/8 1.375 1.265 0.055 1.375 1.265 0.055 0.88 0.881 5/8 1.625 1.505 0.060 1.625 1.505 0.060 1.14 1.142 1/8 2.125 1.985 0.070 1,75 1,752 5/8 2.625 2.465 0.080 2.48 2.483 1/8 3.125 2.945 0.090 3.33 3.333 5/8 3.625 3.425 0.100 4.29 4.294 1/8 4.125 3.905 0.110 5.38 5.38

(1) ASTM B 280-95a * No disponible

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

TABLA 2.5 Dimensiones y pesos de lostubos de cobre del tipo G/GASen unidades inglesas

Tambin tienen importancia los tratamientostrmicos y el acabado de los tubos.

Estado fsico. Los tubos de cobre de temple blando(recocido) y de temple duro o rgido, se reconocenfcilmente por su presentacin, consistente en rollosy tiras respectivamente.

El estado fsico se define por las caractersticasmecnicas del tubo, carga a la rotura yenervamento, alargamiento, etc., las quedeterminan en trminos prcticos caractersticastales como la resistencia a la presin interna, laplasticidad, y en consecuencia la facilidad para ladeformacin en fro.

La verificacin del estado fsico se efecta por mediode pruebas de traccin y el valor mnimogarantizado en las normas europeas debe ser el quese indica en la Tabla 2.6.

2.2.2

Dimensin Dimetro Espesor de Peso Tericoestndar exterior pared

pulgadas pulgadas pulgadas Libras por pie lineal

3/8 0,375 0,030 0,126

1/2 0,500 0,035 0,198

5/8 0,825 0,040 0,285

3/4 0,750 0,042 0,362

7/8 0,875 0,045 0,455

1 1/8 1,125 0,050 0,655

Caractersticas Tcnicas de los Tubos.

Las caractersticas tcnicas ms importantes de lostubos de cobre derivan del tipo de cobre empleadoen su fabricacin, de aqu la importancia del procesoutilizado en la produccin del cobre metlico.

26

Tubos de Cobre

TABLA 2.6 Prueba de traccin paratubo de cobre

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

Resistencia a la presin interna. La plasticidad deltubo de cobre no va en desmedro de la resistenciamecnica, porque la presin interna que soporta eltubo de cobre es generalmente ms elevada que laque soportan los materiales alternativos.

La presin interna que soporta un tubo de cobreest relacionada con el dimetro externo, el espesorde pared y la solicitacin. Se usa internacionalmentela formula siguiente:

P = 2.04 r s de ( 2.1)

Donde :

P = presin medida en MPas = espesor de la pared en mmde = dimetro exterior en mmr = solicitacin a la traccin en N/mm

2

La nica diferencia en los mtodos de clculoutilizados en diversos pases consiste en la seleccindel valor de la solicitacin a la traccin utilizada en lafrmula, existiendo dos escuelas que son laamericana y la europea.

La escuela americana representada por la NormaASTM B 111 M adopta como solicitacin la cargade ruptura mnima requerida (R). Del clculo seobtiene la presin de explosin y de sta,dividindola por un coeficiente de seguridad de 4, seobtiene la presin de ejercicio a la cual trabajar lacaera.

La segunda escuela representada por la normaitaliana UNI 7773/1 introduce directamente unasolicitacin admisible calculada como 2/3 de la cargaunitaria Rr en el lmite de la deformacinpermanente.

Los valores de la presin de ejercicio que resultan eneste ltimo caso son ligeramente diferentes a losque se muestran en las Tablas 2.8 y 2.9 que han sidocalculados con el criterio americano, utilizando lafrmula 2.1.

Carga unitaria de AlargamientoEstado fsico rotura a la traccin

R mnimo A mnimo %

Denominacin Smbolo N/mm2 kgf/mm2

Temple Blando R 205 21 45

Temple Rgido (Duro) H 295 30 6

Conformacin. El tubo recocido (de temple blando)tiene un alto valor de alargamiento, lo que setraduce en una muy buena conformabilidad, que lepermite lograr una curvatura aun con radios muyreducidos. El cobre recocido permite curvaturasmanuales tan finas como 22 x 1,5. El cobre crudo(de temple duro) es ms difcil de plegar llegandoslo a 16 x 1 y no se recomienda una plegadura ocurvatura manual para radios de curvaturareducidos.

La conformabilidad del cobre permite usarcurvaturas manuales en los casos ms comunesquedando la curvatura mecanizada slo para tubosde gran dimetro.

En la Tabla 2.7 se encuentra una gua para dobladode tubos de los tipos K y L. Los radios de curvaturason aplicables slo a equipos para curvadomecnico.

Tamao nominal Tipo de Temple Radio mnimoo estndar tubo de curvatura

pulgadas pulgadas

1/4 K , L Blando 3/4

3/8 K , L Blando 1 1/2

3/8 K , L Rgido 1 3/4

1/2 K , L Blando 2 1/4

1/2 K , L Rgido 2 1/2

3/4 K , L Blando 3

3/4 K , L Rgido 3

1 K , L Blando 4

1 1/4 K , L Blando 9

TABLA 2.7 Gua para curvado mecnicode tubos

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Tubos de Cobre

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

Tubos de temple blando (recocidos) Tubos rgidos o de temple duro Contenido de Largo en dim x espesor Presin de Presin de Presin de Presin de Presin de Presin de agua en metros por litro

mm explosin trabajo (ASTM) trabajo (UNI) explosin trabajo (ASTM) trabajo (UNI) litros/metro contenido

6 x 0,75 52,28 13,07 10,01 75,23 18,81 35,02 0,0159 62,89318 x 0,75 39,21 9,80 7,50 56,42 14,11 26,27 0,0332 30,120510 x 0,75 31,37 7,84 6,00 45,14 11,29 21,01 0,0567 17,636712 x 0,75 26,14 6,54 5,00 37,61 9,40 17,51 0,0866 11,547314 x 0,75 22,40 5,60 4,29 32,24 8,06 15,01 0,1227 8,150015 x 0,75 20,91 5,23 4,00 30,09 7,52 14,01 0,1431 6,988116 x 0,75 19,60 4,90 3,75 28,21 7,05 13,13 0,1651 6,056918 x 0,75 17,43 4,36 3,34 25,08 6,27 11,67 0,2138 4,6773

22 x 1 19,01 4,75 3,64 27,35 6,84 12,74 0,3142 3,182728 x 1 14,94 3,74 2,86 21,49 5,37 10,01 0,5309 1,8836

35 x 1,2 14,34 3,59 2,74 20,63 5,16 9,61 0,8347 1,198042 x 1,2 11,95 2,99 2,29 17,19 4,30 8,00 1,2316 0,812054 x 1,5 11,62 2,91 2,22 16,72 4,18 7,78 2,0428 0,489564 x 2 13,07 3,27 2,50 18,81 4,70 8.76 2,8274 0,3537

76,1 x 2 10,99 2,75 2,10 15,82 3,96 7,36 4,0828 0,244988,9 x 2 9,41 2,35 1,80 13,54 3,39 6,30 5,6612 0,1766108 x 2,5 9,68 2,42 1,85 13,93 3,48 6,49 83,323 0,1200

Tubos de temple blando (recocidos) Tubos rgidos o de temple duro Contenido de Largo endim x espesor Presin de Presin de Presin de Presin de Presin de Presin de agua en metros por litro

mm explosin trabajo (ASTM) trabajo (UNI) explosin trabajo (ASTM) trabajo (UNI) litros /metro contenido

6 x 1 69,70 17,43 13,34 100,30 25,08 46,70 0,0126 79,36518 x 1 52,28 13,07 10.01 75,23 18,81 35,02 0,0283 35,335710 x 1 41,82 10,46 8,00 60,18 15,05 28,02 0,0503 19,880712 x 1 34,85 8,71 6,67 50,15 12,54 23,35 0,0785 12,738914 x 1 29,87 7,47 5,72 42,99 10,75 20,01 0,1131 8,841715 x 1 27,88 6,97 5,34 40,12 10,03 18,68 0,1327 7,535816 x 1 26,14 6,54 5,00 37,61 9,40 17,51 0,1539 6,497718 x 1 23,23 5,81 4,45 33,43 8,36 15,57 0,2011 4,9727

22 x 1,5 28,51 7,13 5,46 41,03 10,26 19,10 0,2835 3,527328 x 1.5 22,40 5,60 4,29 32,24 8,06 15,01 0,4909 2,037135 x 1,5 17,92 4,48 3,43 25,79 6,45 12,01 0,8042 1,243542 x 1,5 14,94 3,74 2,86 21,49 5,37 10,01 1,1946 0,837154 x 2 15,49 3,87 2,96 22,29 5,57 10,38 1,9635 0,5093

76,1 x 2,5 13,74 3,44 2,63 19,77 4,94 9,20 3,9703 0,251988,9 x 2,5 11,76 2,94 2,25 16,92 4,23 7,88 5,5286 0,1809108 x 3 11,62 2,91 2,22 16,72 4,18 7,78 81,713 0,1224

TABLA 2.9 Presiones de ruptura y de trabajo de tubos de cobremilimtricos de la serie B (en MPa).

Entre las caractersticas que el proceso deproduccin confiere al tubo de cobre, se encuentrala posibilidad de obtener tubos de gran longitud sinnecesidad de uniones intermedias y con superficienotablemente lisa. La longitud final del tubo se

encuentra determinada por la masa inicial del billetempleado en su fabricacin, el dimetro del tubo ypor el espesor de la pared o lo que es lo mismo porla masa lineal del mismo tubo. En la prctica, lalongitud se encuentra limitada por las condiciones

TABLA 2.8 Presiones de ruptura y de trabajo de tubos de cobremilimtricos de la serie A (en MPa)

28

Tubos de Cobre

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

de transporte, de este modo los tubos rectos secortan en tiras de 3, 5 y 7 metros y los embobinadosse presentan en rollos de 25, 50 y 100 metros delargo, teniendo como limitante slo la capacidad delevantarlos por medios manuales o mecnicos.

Rugosidad. En cuanto a la rugosidad superficial, alser los tubos de cobre notablemente lisos, se tiene laventaja que se reducen las prdidas de cargacomparadas con las que se tienen con otrosmateriales empleados en la confeccin de tubos. Enla Tabla 2.10 se encuentran valores de la rugosidadabsoluta para algunos materiales comerciales.

Como se observa, el cobre es notablemente ms lisoque los otros, lo que contribuye a que este metal seaprcticamente insensible al riesgo de incrustacionescalcreas, puesto que se reducen las rugosidades enlas cuales pueden adherirse estos depsitos a lasparedes del tubo.

Material Rugosidad absolutae (en mm)

Cobre trefilado 0,0015Acero comercial 0,045Fundicin 0,25Cemento 0,3 a 0,9

Productos Comerciales.

Los tubos de cobre pueden dividirse en dos grandesfamilias:

Tubos industriales.Tubos para instalaciones domiciliarias ysimilares.

2.3

2.3.1

Al primer grupo pertenecen los tubos empleados enintercambiadores de calor, equipos desalinizadores,tubos aletados para bateras, para circuitos derefrigeracin y otras aplicaciones especiales. Estostubos requieren procesos especiales de fabricacin ypor lo general, se construyen segn lasespecificaciones de los clientes.

En el segundo grupo se encuentran los tubosutilizados en instalaciones de agua potable, fra ycaliente para el consumo humano, en instalacionesde sistemas de rociadores contra incendios, ensistemas de calefaccin central por radiadores depared o por losas radiantes, para conducciones decombustibles y gases y para distribucin de gasteraputico y aire comprimido. Su fabricacin seencuentra normalizada.

Tubo Desnudo.

Es el tubo clsico que se produce en dos versiones:recocido y crudo, que se comercializan en rollos ytiras respectivamente. Se emplea en instalaciones deagua potable, gas y aire comprimido. Tambin es elsemifabricado que se utiliza para la produccin detubos revestidos.

Se encuentra en medidas milimtricas y en pulgadas.Para medidas milimtricas, las dimensiones msutilizadas son las que se encuentran en la Tabla2.12.

La fabricacin de estos tubos se encuentranormalizada prcticamente en todos los pases demundo. En Chile, existen Normas Chilenas,emplendose adems, Normas ASTM cuando no secuenta con normativa nacional.

FIGURA 2.3. tubo de cobre desnudo

TABLA 2.10 Rugosidad absoluta de algunosmateriales para tuberas

29

Tubos de Cobre

TABLA 2.11 Tubos de cobre milimtricos de uso ms comn enlos pases europeos

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

Tubos Revestidos con PVC.

Uno de los revestimientos utilizados en tubos decobre es el PVC (cloruro de polivinilo) estabilizado, elque se aplica en pelculas de espesor entre 2 y 4mm, las que resisten temperaturas hasta de 100Cen su seccin interior.

Las principales ventajas de los tubos revestidos conPVC son:

Reduccin notable de la condensacin de agua en lasuperficie del tubo cuando este transporta agua auna temperatura inferior a la del punto de roco delmedio ambiente que circunda la tubera.

Reduccin o eliminacin de las manchas que seproducen en las paredes debido a la humedadproducida por la condensacin de agua.

Absorcin de la dilatacin trmica gracias a la

superficie interna que permite al tubo moverse,puesto que no est adherido al hormign.

Reduccin de daos mecnicos al tubo originadospor golpes durante el transporte y la instalacin.

Proteccin contra la agresividad de ambientesindustriales, especialmente de vapores y en especiallos gases amoniacales.

Los tubos revestidos en PVC se encuentrandisponibles generalmente en cobre recocido,presentado en bobinas y en las dimensionesnormalizadas que se encuentran en la Tabla 2.12.

En la Figura 2.4 se presenta un tubo revestido enPVC.

Tambin se encuentran tubos revestidos conproteccin interior anticorrosiva, que garantizan unalarga vida til de los mismos.

Medidas ms usadas en el mercado

Dimetro Tubos en bobinas Tubos en tiras de 5 metros

exterior Espesor Largo Espesor

mm mm mm mm mm mm mm mm

mm 1 1,5 25 50 1 1,2 1,5 2

6 x x x8 x x x10 x x x12 x x x14 x x x15 x x x16 x x x18 x x x22 x x x x x28 x x35 x x42 x x54 x x

2.3.2

FIGURA 2.4. tubo de cobre revestido en PVC

30

Tubos de Cobre

TABLA 2.12 Dimensiones de tubos de cobremilimtricos revestidos en PVC

Tubos Preaislados.

El revestimiento ms empleado actualmente es elpolietileno expandido gracias a sus propiedades deflexibilidad, resistencia mecnica, estabilidad en eltiempo y una elevada capacidad aislanteproporcionada por la estructura celular que seproduce al expandir el material plstico.

La cubierta de material plstico, tambin de formatubular, se coloca por extrusin sobre la paredexterna del tubo de cobre a la cual se adhiereperfectamente. Para lograr esta adherencia perfectael dimetro interno del tubo de plstico, medido contolerancias muy rigurosas, debe ser igual al dimetroexterior del tubo de cobre a ser revestido.

Externamente se aplica, tambin por extrusin, unapelcula de polietileno no expandido para conferir altubo una ptima resistencia a la abrasin.

Un aspecto que debe considerarse es laestabilizacin completa del material de la coberturaaislante para prevenir la emisin de residuosamoniacales que puedan daar al tubo de cobre.

Dimensin del Largo de la Dimetro externo Contenido mnimotubo de cobre bobina de la bobina de una piezaDe x espesor estandarizada

mm m mm m6 x 1 50 920 2.0008 x 1 50 920 1.800

*10 x 1 50 920 1.500* 12 x 1 50 920 1.300* 14 x 1 50 920 1.10016 x 1 50 920 90018 x 1 50 920 900

*22 x 1 25 920 500

* Estas dimensiones generalmente estn disponibles slo contrapedido

2.3.3

TABLA 2.13 Caractersticas tcnicas delaislante usado en tubos de cobre

conductividad trmica a 50C 0,040 W/mKtemperatura de trabajo - 30 a + 95 Cdensidad media del revestimiento 30 kg/m

3

espesor mnimo del revestimiento 6 mmresistencia a la difusin del vapor m > 1000reaccin al fuego clase 1

TABLA 2.14 Dimensiones milimtricas detubos preaislados normalizados

Dimensiones del Largo del Dimetro Contenidotubo de cobre rollo aproximado mnimo por

Dimetro del rollo pieza estndarexterior x espesor

mm m mm m

10 x 1 50 800 70012 x 1 50 800 65014 x 1 50 800 55016 x 1 50 850 50018 x 1 50 850 500

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

En la Tabla 2.13 se encuentran algunas caractersticastcnicas importantes de los materiales aislantes.

Una alternativa desde el punto de vista de la emisinde residuos amoniacales es el empleo de revestimientosde mayor densidad (46 a 47 kg/m

3), aunque se

experimenta una ligera disminucin en las facilidadesde aplicacin, puesto que la mayor consistencia delrevestimiento implica un mayor esfuerzo para plegarlos tubos.

FIGURA 2.5. tubo de cobre preaislado

Los tubos de cobre preaislados se fabrican hoy dacon el criterio de calidad total y en consecuenciavienen acondicionados con un tratamientoanticorrosivo de la superficie interna.

31

Tubos de Cobre

Tubos Preaislados para Refrigeracin yAire Acondicionado.

Actualmente se fabrican tubos especialmenteaislados para refrigeracin y aire acondicionado concostos similares a los de los tubos aisladosnormalizados.

En particular este tipo de tubos debe respetar dosexigencias tcnicas, la primera un elevado pulimentointerno indispensable para evitar daos a losaparatos mecnicos y la segunda una aislacin deespesor adecuado. El pulimento interno debeefectuarse de acuerdo con la Norma ASTM B 280.Por otra parte, el revestimiento externo no slo debelimitarse a evitar la dispersin de energa. Debecontribuir tambin a impedir la formacin decondensaciones de humedad en condicionesexigentes de trabajo como por ejemplo laconduccin de agua refrigerada (6 a 8C) en unatubera sujeta a condiciones climticas propias delverano (altas temperaturas y una humedad relativacercana al 100%).

Tubos para Gases Medicinales yTeraputicos

Los principales gases medicinales y teraputicos sonel oxgeno, anhdrido carbnico, anestsicos comoel protxido de nitrgeno, (N2O) y tambin airecomprimido empleado en el funcionamiento demuchos equipos.

La distribucin de estos gases en las salas deoperaciones de los hospitales se simplificaenormemente mediante la instalacin de recipientescontenedores centralizados y distribuyendo los gasespor medio de caeras de cobre a los lugares deutilizacin.

En particular, la distribucin de oxgeno se vefacilitada por la alta resistencia del cobre a laoxidacin lo que permite la distribucin del gas enestado de alta pureza sin contaminacin.

La tubera de cobre utilizada debe tener unasuperficie interior altamente pulida, exenta departculas o sustancias que transportadas por el gaspueden resultar nocivas al hombre o producir daosen equipos delicados y de alto costo.

Los tubos para uso en transporte de gasesmedicinales deben ser lavados con solventes para

eliminar prcticamente todos los residuosindeseables y son sellados en los extremos mediantetapones de acuerdo con la Norma ASDTM B 280.

El cierre de los extremos del tubo tiene por objetoimpedir la polucin interna del tubo despus dellavado.

Aplicaciones de los Tubos de Cobre.

Aplicaciones en la Construccin.

Los tubos y conexiones de cobre y sus aleacionesson apropiados para su utilizacin en un ampliorango de aplicaciones en la construccin de edificiosdonde han demostrado su capacidad paraproporcionar servicios con una larga vida til enmltiples condiciones de operacin. Esta capacidadest demostrada por aplicaciones reales durantelargos perodos de tiempo en instalacionesdomiciliarias e industriales, sin necesidad de recurrira experiencias de envejecimiento acelerado, las quepueden proporcionar resultados que no siempre sonexactos.

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

2.3.4

2.3.5

2.4

FIGURA 2.6. tendido de lneas subterrneas de aguapotable con tubos de temple blando

2.4.1

32

Tubos de Cobre

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

En las distribuciones de agua fra y caliente paracasas habitacin y edificios de departamentos, estostubos se caracterizan por ser prcticamente eternos,mantenindose siempre limpios y lisos como elprimer da, durante los aos que duren lasedificaciones en que han sido instalados.

Las industrias del cobre han diseado tambinsistemas especiales de caeras de evacuacin yventilacin para los sistemas de alcantarillado deedificios multipisos.

FIGURA 2.7. sistemas de agua caliente en edificiosde departamentos

El agua conducida a travs de ellas no se contaminacon sustancias venenosas ni por el lavado de lacaera, ni por filtracin de impurezas a travs de lasparedes. Al mismo tiempo, no propagan incendiosde piso a piso ni se descomponen generando humosy gases txicos y corrosivos en caso de ignicin. En eldiseo de las construcciones, son las que requierenmenos espacio, adaptndose fcilmente a cualquierrecorrido. Se pueden doblar, aadir y acoplar confacilidad.

FIGURA 2.8. Instalacin de tubos de cobre Tipo 3/4 L

como base para radiadores por conveccin

FIGURA 2.9. instalaciones sanitarias en cobreTipo DWV

FIGURA 2.10. lneas de gases medicinalesen hospital

Los tubos de cobre son los indicados por lasreglamentaciones de la construccin para ladistribucin de gas natural, licuado o de caerapara uso en cocinas, calentadores de agua ycalefaccin. Tambin se venden en calidadesespeciales, para las conducciones de oxgeno y gasesmedicinales y para las caeras de vaco de loshospitales.

33

Tubos de Cobre

Las caeras de cobre tambin son muy tiles paralas redes industriales de gas y de aire comprimido.

Los tubos de cobre encuentran una aplicacin cadavez mayor en los sistemas de rociadores automticosde proteccin contra incendios en residenciasparticulares, y recintos para usos comerciales eindustriales.

La industria del cobre surte tambin a lasinstalaciones de aire acondicionado y a losmodernos sistemas integrados, conaprovechamiento de la energa solar y del subsuelo.

2.4.2

FIGURA 2.11. sistema tpico de rociadores automticosresidenciales que usan tubos tipo M ycabezales de respuesta rpida

Aplicaciones Industriales.

Las caeras de la aleacin de cobre y nquel, cupro -nquel, constituyen un material ideal para los tubosde los intercambiadores de calor. Desde hacealgunos aos han aparecido en los mercadosinternacionales, para este rubro, tubos con texturasinteriores y exteriores que unen a la excelenteconductividad trmica, menores coeficientes deresistencia al traspaso de calor en la superficie desdey hacia los fluidos refrigerantes y refrigerados.

FIGURA 2.12. intercambiadores de calor

FIGURA 2.13. aprovechamiento de la energasolar en un techo

Para ambientes exteriores especialmente agresivosde ciertos rellenos aislantes en base de ceniza yotros, se ofrecen tubos con cubierta plsticaprotectora. Tambin hay tubos en que esta cubiertaes suficientemente gruesa como para minimizar lasprdidas de calor en corrientes de agua caliente.

En los vehculos motorizados de transporte depasajeros y carga hay importantes usos para tubosde cobre y de aleaciones de cobre. Los radiadoreshan sido materia de un considerable esfuerzo dediseo en los ltimos aos. Un ejemplo es el nuevoradiador Cupro-Braze, ms eficiente, econmico yconstruido con tecnologas no contaminantes.

Los radiadores de cobre de nuevo diseo handisminuido un 25% en peso y son 10% mseficientes que los radiadores de diseo convencional.

FIGURA 2.14. radiador Cupro-Braze

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

34

Tubos de Cobre

Las revistas especializadas indican que los radiadoresde cobre y los de aleacin cobre-zinc (latn) son losmejores porque:

- El cobre ofrece la mejor razn de transferencia de calor referida al volumen.- El cobre es ms durable.- El radiador resulta ms barato.- El peso del radiador es muy aceptable.

La industria del cobre ha desarrollado tambin tuboscon aletas y con superficies texturadas, paraincrementar la eficiencia en los intercambiadores decalor y equipos de aire acondicionado con tubos decobre.

PARTE 2/ EL TUBO DE COBRE

Los tubos con textura interior se fabrican conranuras en espiral con pequeos promontorioshemisfricos y ranuras longitudinales (especialmenteaplicadas en tubos de calor).

Los tubos con textura exterior pueden tener ranurasen espiral o ranuras en espiral interrumpidas conranuras longitudinales. Esta ltima geometra serecomienda para refrigeradores basados enabsorcin de calor.

Para intercambiadores de ebullicin, las aletasexteriores se han perforado en diseos especialescon tneles a lo largo de la circunferencia.

Tambin se usan texturas piramidales en espiral yranuras dentadas.

Todos los diseos texturados producen incrementosen la eficiencia de transmisin de calor que van de20 a 60%. Fuera de los tubos texturados, existentubos con aletas interiores que subdividen la seccintransversal en forma de roseta.