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Aplicaciones del cobre en la industria HVACR

Utilizado en piezas y componentes de los sistemas de aire acondicionado y refrigeración, genera beneficios tanto para los fabricantes de estos equipos como para los usuarios.

Utilizado en piezas y componentes de los sistemas de aire acondicionado y refrigeración, genera beneficios tanto para los fabricantes de estos equipos como para los usuarios.

El cobre, al igual que el oro y la plata, es un material que se caracteriza por su ductilidad y maleabilidad, ya que se puede transformar fácilmente a alambres y láminas extremadamente finas. Sus características tecnológicas más importantes son su aptitud para la elaboración secundaria por extrusión, laminación, trefilación y fabricación de curvas y embocinados; su solubilidad en fase sólida le permite unirse a otros metales para formar aleaciones.

Este metal se obtiene de minas a cielo abierto y en ocasiones se extrae de minas subterráneas a través de túneles perforados en el subsuelo. La tecnología actual permite la producción de cobre de alta pureza, superior al 99.90 por ciento. Sin embargo, pequeñas cantidades de impurezas originan variaciones significativas en las características tecnológicas, lo que ha hecho indispensable  caracterizar al cobre en función de su calidad.

Las normas internacionales clasifican el cobre en diversos tipos y las composiciones químicas de estos tipos varían ligeramente según la norma utilizada en su definición. Las siglas con las cuales se individualizan constan de dos partes, la primera, el símbolo químico Cu y, la segunda, está referida al proceso utilizado para la producción del tipo estandarizado.

Las características de ductilidad y maleabilidad del cobre permiten que este metal sea capaz de experimentar profundas transformaciones plásticas

La norma ASTM B 224 clasifica 21 tipos de cobre para diversos usos, los más utilizados son:

  • Cu-ETP Cobre electrolítico tenaz. Se obtiene por refinación electrolítica
  • Cu-DHP Cobre desoxidado con fósforo con alto residual de fósforo

Además se tienen otros tipos, tales como:

  • Cu-DLP Cobre desoxidado con fósforo con bajo tenor residual de fósforo
  • Cu-OF Cobre electrolítico exento de oxígeno
  • Cu-FRHC Cobre refinado térmico de alta conductividad
  • Cu-FRTP Cobre refinado térmico tenaz

Por otro lado, también se utilizan aleaciones con bajo contenido de aditivos, menos de 1% para aplicaciones especiales. Éstos son conocidos como cobres débilmente aleados. En cuanto a los productos comerciales más usados son:

  • Cu-DPA Cobre desoxidado con fósforo, con arsénico
  • Cu-LSTP Cobre tenaz con plata
  • CuOFS Cobre exento de oxígeno con plata
  • CuS Cobre azufre
  • CuTe Cobre con telurio
  • CuCr Cobre con cromo

Ventajas sobre otros materiales
De acuerdo con la empresa Nacobre, el tubo de cobre, por fuerte y resistente a la corrosión es la mejor elección de los contratistas modernos para instalaciones hidráulicas, de calefacción y refrigeración, para edificios residenciales y comerciales, ya que es:

Ligero.  El tubo de cobre es más fácil de manejar y ocupa menos espacio. En instalaciones, la tubería de cobre que se requiere es de un espesor mucho menor que los tubos de hierro o roscados del mismo diámetro interior que los tubos de polipropileno, ya que su espesor de pared los hace requerir de mayor espacio en los muros para su colocación.

Fácil de usar y unir.  Los tubos de cobre se pueden acoplar mediante uniones capilares, debido a que en los sistemas de unión se emplean soldaduras blandas de bajo punto de fusión para instalaciones domésticas, y soldaduras fuertes para instalaciones hospitalarias, las cuales permiten ahorrar material y producir uniones lisas, limpias, fuertes y libres de fugas. El sistema de unión por compresión se usa en tuberías rígidas y el tubo de cobre soporta mejor que ningún otro material las presiones de apriete de este tipo de conexiones.

El sistema de abocinado a 45° (flare) y de compresión también es aplicable para las tuberías flexibles. La ligereza del material y el uso de herramientas mínimas y ligeras, hace que dichas uniones se efectúen con gran facilidad y rapidez.

Seguro.  El tubo de cobre no se quema ni mantiene la combustión, además de que no produce gases tóxicos. Por lo tanto no propaga el fuego a través de pisos, muros y techos, no produce compuestos orgánicos volátiles en su instalación.

Confiable.  El tubo de cobre se fabrica en una composición bien definida de acuerdo a las normas y se marca con una identificación indeleble para que el usuario sepa el tipo de tubo y quién lo fabricó. El tubo de cobre es aceptado por cualquier reglamento para sistemas hidráulicos y no tiene limitantes en su colocación, ya sea interna o a la intemperie como sucede con otros materiales. No se debe de aceptar tubos de cobre que no tengan identificación del fabricante en la superficie del tubo.

Resistente a la corrosión.  Su excelente resistencia a la corrosión y formación de depósitos, asegura que el tubo de cobre ofrezca un servicio sin problemas que se refleja en la preferencia de los clientes. Debido a sus características, es un metal apropiado para la fabricación de tuberías. Instalado exteriormente el tubo de cobre tiene la particularidad de cubrirse de una pátina de óxido que penetra sólo unas cuantas micras en el metal, esta capa le sirve de protección indefinida, de ahí que las tuberías de cobre tengan un excelente comportamiento frente a la totalidad de los materiales de construcción y de los fluidos a conducir, asegurando así una larga vida útil de las instalaciones.

Fabricación sin costura.  Es por ello que resiste sin dificultad las presiones internas de trabajo, permitiendo el uso de tubos de pared delgada e instalándose en espacios reducidos.

Continuidad de flujo por su pared lisa.  El proceso de fabricación por extrusión de las tuberías de cobre, permite obtener tuberías con paredes lisas y tersas, esto aunado a que no admiten incrustaciones en su interior, permiten conducir los fluidos con un mínimo de pérdidas de presión, ya sean líquidos o gases, conservando las condiciones de servicio en la instalación durante la vida útil de la misma al paso del tiempo.

Resistencia a las presiones internas de trabajo.  Las tuberías de cobre se fabrican sin costura, lo que permite tener espesores de pared mínimos calculados para resistir perfectamente las presiones de trabajo que se presentan en cualquier instalación, además de ofrecer un factor de seguridad de cinco veces la presión de trabajo constante.

Fabricado en temple rígido y flexible.  Las tuberías de cobre se fabrican en dos temples:

Rígidas en tramos rectos de 6.10 m (20 pies)

Flexibles en rollos de 15.24 m (50 pies) y de 18.30 m (60 pies) de largo. Pudiéndose fabricar en otras longitudes de acuerdo a las necesidades del mercado.

Efectividad antimicrobiana.  El cobre y sus aleaciones son el material más efectivo para superficies de contacto, eliminando más de 99.9% de las bacterias en las primeras dos horas de exposición. Ningún otro material es semejante.

Elimina bacterias.  Eficacia comprobada como agente antimicrobiano, es mucho más efectivo que el acero inoxidable o los recubrimientos con plata. Se ha demostrado que elimina continuamente las bacterias que causan infecciones. La única superficie sólida de contacto antimicrobiano aprobada por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés).

Nunca se desgasta. Acción antibacteriana continua y permanente. Es efectiva aún después de repetidas abrasiones secas y húmedas provocadas por la limpieza y después de una nueva contaminación. La pérdida de brillo natural no afecta su eficacia.

Seguro de usar. No es dañino para las personas ni el medio ambiente. Es antimicrobiano por si mismo, no tiene químicos añadidos y es 100% reciclable.

APLICACIONES HVACR
Hablando de propiedades termodinámicas, únicamente la plata es mejor que el cobre, sin embargo, su precio hace que sea muy poco costeable para dispositivos dentro de los sistemas HVACR. La utilización del cobre en tubos de intercambiadores de calor, aletas, filtros y bandejas de drenaje de condensado puede ayudar a mejorar la calidad del aire en interiores brindando beneficios para la salud. Como se ha mencionado, la propiedad bactericida del cobre reduce la proliferación y dispersión de hongos y bacterias, microorganismos que por lo general se desarrollan en los espacios oscuros y húmedos.

Otro importante beneficio para los usuarios, es que los sistemas de aire acondicionado con componentes de cobre pueden generar un importante ahorro económico. Además, este material contribuye a reducir las emisiones de carbono y sus consecuencias en el medio ambiente.

La importancia del cobre dentro de la industria HVACR es muy grande dado que puede ser utilizado en todos los procesos para conducir fluidos. Ello implica: equipos mini splits, chillers, compresores y toda la red de tuberías.

En cuanto a los motores eléctricos, el embobinado puede utilizar alambres de este material, lo que le da mayor eficiencia. Lo mismo sucede en los transformadores eléctricos cuando es necesario algún voltaje especial.

EFICIENCIA GARANTIZADA
Al utilizar el cobre se consume menos energía para lograr el mismo efecto de enfriamiento. Ejemplo de ello se puede ver en cualquier oficina, donde al utilizar un equipo normal el gasto puede ser de hasta 1 500 wats, sin embargo, al remplazarlo por componentes de cobre es posible reducirlo a 800 wats, sin sacrificar el confort de los usuarios.

Es por ello que es fundamental promover la eficiencia energética enfocada principalmente a equipos HVACR ahorradores de energía. Respecto a esto, los fabricantes de equipos de aire acondicionado deben indicar en la etiqueta el consumo energético de cada equipo. En equipos estándar, el consumo va del número 7 (Wt/We) al número 11 (Wt/We), mientras que los equipos eficientes mantienen valores por arriba de 12 (Wt/We). Entre más alto sea este valor, más eficiente será el equipo.

Estos equipos permiten un ahorro que va desde 15 a 70% y ofrecen la misma capacidad de enfriamiento y bienestar. Es importante recalcar que al utilizar estos equipos los resultados pueden ser percibidos de manera inmediata en cuanto al consumo de energía.

En la actual idad, en México s e comercializan cerca de 600 mil acondicionadores de aire tipo minisplit cada año. Estos equipos tienen un uso aproximado de ocho a 12 horas diarias, siendo los principales consumidores el sector doméstico y de servicios, en especial el sector hotelero. El uso de sistemas minisplit genera un consumo de energía eléctrica estimado de 43 282 kWh/año a nivel nacional (CONUEE, 2010).

Un análisis del incremento del valor de REEE (Wt/We) o SEER (Btu/Wh) indica que, si se sustituye un equipo de 60 000 Btu/h, la eficiencia energética aumenta de acuerdo a los siguientes valores:

  • Pasar de un 12 SEER (3.51 REEE) a un 13 SEER (3.81 REEE), es tener equipos 8% más eficientes
  • Pasar de un 10 SEER (2.93 REEE) a un 13 SEER (3.51 REEE), es tener equipos 30% más eficientes

Sustituir equipos de baja eficiencia energética por alta eficiencia permite a los usuarios reducir su facturación eléctrica, ya que reduce el consumo de energía eléctrica durante su operación.

INVESTIGACIONES
En el instituto Procobre están conscientes de que el ahorro de energía representa beneficios económicos y ambientales, por lo que es considerado prioridad en sus planes. Es importante tener en mente que en nuestro país entre 75 y 80% de la energía proviene de la quema de hidrocarburos, por lo que cada vez es más importante buscar administrar de manera óptima los recursos naturales.

Durante el año 2010, Procobre realizó un diagnóstico energético en un hotel categoría cuatro estrellas, ubicado en la ciudad de Tepic, Nayarit. De acuerdo a la investigación, la sustitución de equipos de aire acondicionado obsoletos por otros de alta eficiencia permitirá al hotel reducir la demanda de energía eléctrica en un 34%, lo que su vez evitará la emisión de 56 860 kg de bióxido de carbono.

De las mediciones y análisis realizados a los 72 equipos de aire acondicionado instalados en el hotel, resultó factible la sustitución de 39 equipos por sistemas minisplit de alta eficiencia. Los ahorros a obtener con la propuesta se muestran en la siguiente tabla:

Concepto Situación actual Situación propuesta Ahorro
Potencia global (kW) 72.78 50.36 22.42
Consumo de energía (kWh/año) 145 560 60 440 85 120
Costo energético del aire por año $201 013.85 $86 899.99 $114 113.86

De acuerdo con el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), hasta 2008 en México existían 15 754 hoteles de los cuales 1 665 son categoría cuatro estrellas, mismos que registran un total de 117 501 habitaciones. Tomando en cuenta que en México no existe la norma de alta eficiencia energética, el porcentaje de hoteles que ha realizado sustitución de equipos es reducido, lo que pronostica un mercado potencialmente alto y con perspectiva positiva.

Aunado al ahorro de consumo de energía eléctrica, se presenta una importante reducción de emisiones de gases precursores del efecto invernadero. Considerando que cada habitación cuenta con una unidad de aire acondicionado (en su gran mayoría de eficiencia estándar), al realizar la sustitución por equipos de alta eficiencia se reducirían en 30% las emisiones de CO2 generadas anualmente. El cobre puede ser utilizado en sistemas intercambiadores de calor, como evaporadores y condensadores, de igual manera es muy útil fuera de los equipos, como en instalaciones de tuberías, principalmente en aquellas que conducen refrigerante.

Por otro lado, Pablo Torres, gerente de Válvulas y Conexiones en Nacobre, comenta que actualmente se desarrollan investigaciones para nuevos usos del cobre en la industria HVACR, por ejemplo, están trabajando la parte antimicrobiana del cobre y sus aleaciones para que todas las instalaciones que usen sus productos tengan la seguridad de que cuentan con un producto de calidad y eficiencia.

Otros proyectos para el uso del cobre son la generación de calefacción, ya que este material puede trabajarse a través de instalaciones solares térmicas y proyectos de energía sustentable, asimismo se estudiará la forma de desarrollar nuevos productos que la industria demande o solicite en cobre para eficientar el uso de las instalaciones de aire acondicionado y refrigeración.

OTROS BENEFICIOS DEL COBRE
En instalaciones de aire acondicionado en un hospital o centro de salud, las ventilas finales de apertura y cierre para el flujo de aire se impregnan de virus y bacterias en el ambiente, los cuales, al quedarse atrapadas en el cobre se eliminan, proporcionando un ambiente sanitizado y consiguiendo la reducción de infecciones nosocomiales.

Anudando a su rendimiento, el cobre tiene un alto valor para que las instalaciones conserven la plusvalía de su servicio, además representa una recuperación de inversión al ser reciclado. Parte del cobre que se transforma para el mercado y vuelve a las fábricas es reciclado, la ventaja de este material es que sus propiedades mecánicas no se alteran al combinarlo con materiales que son extraídos de las minas o que son vírgenes; la nobleza del cobre le permite la homogeneidad en sus enlaces químicos sin variar sus características físicas y químicas al final del proceso de transformación.
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Artículo elaborado con información proporcionada por el ingeniero Alfredo Aguilar, consultor de ProCobre y Pablo Torres Daza, gerente de Válvulas y Conexiones en Nacobre

Comentarios

1 comentario en “Aplicaciones del cobre en la industria HVACR

  1. Fernando dice:

    es un trabajo completo.
    me ha servido de mucho y espero que al igual que a mi le sirva a las demás personas.
    esta detallado y cada una de las descripciones del cobre son muy útiles.

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