Por qué los tubos de cobre dominan los equipos de refrigeración
En un circuito de refrigeración, el tubo de cobre cumple dos funciones distintas. Dentro de los intercambiadores de calor se encuentra la superficie de transferencia de calor del condensador y el evaporador, y en las tuberías de conexión transporta el refrigerante entre el compresor, el dispositivo de expansión y los serpentines. Se elige el material porque ofrece una conductividad térmica de aproximadamente 390 W/(m·K), resistencia suficiente para contener el refrigerante, buena plasticidad para doblarse y abocardarse, y una película de óxido que resiste tanto el refrigerante como la atmósfera circundante.
Por lo tanto, la selección práctica es un compromiso entre tres requisitos: el tubo debe transferir calor de manera eficiente, debe contener la presión de diseño con un margen adecuado y debe estar lo suficientemente limpio por dentro para que el lubricante, el óxido y la humedad no contaminen el circuito.
Clasificación del tubo de cobre para refrigeración.
Los tubos de refrigeración se clasifican de tres formas y las tres descripciones suelen aparecer en la misma orden de compra.
Por composición material.El tubo de cobre puro ofrece la mejor conductividad térmica. El tubo de latón tiene mayor resistencia pero menor conductividad. Los tubos de bronce y cobre-níquel resisten el agua de refrigeración agresiva y las atmósferas marinas, pero son más difíciles de formar y soldar, por lo que se utilizan principalmente en condensadores enfriados por agua de mar-en lugar de en una unidad de refrigeración-construida en fábrica.
Por ruta de producción.El tubo libre de oxígeno-se utiliza para líneas capilares y componentes de precisión. El tubo de cobre desoxidado y -que contiene oxígeno es el estándar para conectar tuberías porque combina resistencia y dureza adecuadas con un comportamiento de soldadura fuerte confiable. El tubo ranurado internamente lleva una cresta helicoidal en el orificio que aumenta el área de la superficie interna y promueve la turbulencia, mejorando el coeficiente de transferencia de calor de un evaporador o condensador sin aumentar su tamaño.
Por temperamento.El tubo recocido blando tiene la mayor ductilidad y se suministra en bobinas para doblarlo en campo. El tubo duro tiene la mayor resistencia y se utiliza en tramos rectos y en algunas estructuras de intercambiadores de calor. El tubo semiduro - equilibra la resistencia y la formabilidad y con frecuencia se prefiere para tuberías de refrigeración construidas en un taller.
Características de desempeño que gobiernan la selección
| Propiedad | Importancia en un circuito frigorífico |
|---|---|
| Conductividad térmica | Determina el área de superficie del intercambiador de calor necesaria para una tarea determinada. |
| Resistencia a la tracción y al límite elástico | Establece la capacidad de presión de la pared del tubo a la temperatura de diseño. |
| Alargamiento y ductilidad. | Permite doblar, abocardar, estampar y formar bobinas sin agrietarse. |
| Resistencia a la corrosión | Protege contra condensación, agentes de limpieza, aire salado y agua de refrigeración agresiva. |
| Comportamiento de baja-temperatura | Mantiene el material resistente a temperaturas de evaporación muy por debajo de cero. |
| Limpieza interna | Previene obstrucciones, formación de cera y desgaste del compresor causados por aceite residual, óxido o humedad. |
Los grados y estándares utilizados para tubos de refrigeración y aire acondicionado incluyen ASTM B280 para tubos de cobre sin costura en servicio de campo, GB/T 17791 para tubos de cobre para aires acondicionados y refrigeradores, y EN 12735 partes 1 y 2 para aplicaciones europeas de tuberías e intercambiadores de calor. El grado desoxidado con fósforo- correspondiente a C12200 es la elección habitual, porque puede soldarse repetidamente sin ningún riesgo de fragilización por hidrógeno.
Diseño de presión y espesor de pared
El grosor de las paredes no es una cuestión de costumbre; debe adaptarse a la presión de diseño, al diámetro del tubo y a la temperatura máxima de funcionamiento del circuito. La presión de saturación de los refrigerantes modernos de alta-presión es sustancialmente más alta que la de los fluidos de clorofluorocarbono más antiguos y, por lo tanto, la presión de diseño de un sistema debe tomarse de los datos del refrigerante a la temperatura ambiente o de condensación máxima esperada, con un margen adicional requerido por el equipo de presión o código de tuberías aplicable.
Otros tres factores reducen la capacidad de trabajo de un tubo y deben tenerse en cuenta:
Tolerancia del espesor de pared, lo que significa que la pared mínima de un lote entregado está por debajo del valor nominal.
Adelgazamiento de la pared en el exterior de una curva, que puede ser sustancial cuando el radio de curvatura es pequeño.
Reducción de la tensión permitida si el circuito se opera a una temperatura de condensación elevada, ya que la resistencia del cobre recocido disminuye a medida que aumenta la temperatura.
Cuando el cálculo no se pueda realizar en su totalidad, el enfoque correcto es ordenar las series de espesor de pared publicadas en la norma de producto aplicable para el servicio en cuestión, y aumentar la pared para un radio de curvatura pequeño en lugar de confiar en la dimensión nominal.
Diseño, instalación y limpieza de tuberías.
Utilice un radio de curvatura de no menos de tres a cinco veces el diámetro exterior para tubos recocidos, y mayor cuando posteriormente se tira o vibra la curvatura.
Apoye los tramos horizontales y verticales a intervalos que eviten el contacto con la estructura y la vibración y el hundimiento, y evite atrapar aceite en los puntos bajos de una línea de succión.
Dimensione las líneas de succión para mantener la velocidad del refrigerante lo suficientemente alta como para devolver el aceite al compresor y al mismo tiempo mantener la caída de presión dentro de una fracción aceptable de la presión de saturación.
Purgue el orificio con nitrógeno seco mientras suelda para que no se formen incrustaciones de óxido internas; De lo contrario, la báscula viajaría a través del circuito y bloquearía el dispositivo de expansión.
Mantenga el tubo tapado y seco durante el almacenamiento y nunca deje un extremo abierto en un lugar donde pueda entrar humedad.
Separe el cobre del acero o el aluminio en cualquier conexión donde un electrolito pueda puentear la unión, para evitar la corrosión galvánica.
También vale la pena señalar que cualquier espesor de pared elegido como regla general es sólo provisional. La selección final debe considerar el radio de curvatura, el espaciado de los soportes, los detalles de la conexión y el entorno de vibración, y debe confirmarse con la última edición de la norma de tuberías de refrigeración pertinente antes de congelar el diseño.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué grado de tubo de cobre es estándar para refrigeración y aire acondicionado?
Cobre desoxidado con fósforo-correspondiente al C12200, suministrado en temple recocido para bobinas y en temple estirado para tiradas rectas. El contenido de fósforo hace que el tubo sea seguro para soldar al aire sin riesgo de fragilidad por hidrógeno.
P: ¿Qué es el tubo ACR?
ACR significa aire acondicionado y refrigeración. Dicho tubo se produce según ASTM B280 o GB/T 17791 con un orificio limpio y seco, dimensiones controladas y extremos tapados para que pueda instalarse sin una operación de limpieza interna.
P: ¿Qué hace un tubo con ranura interna?
Las ranuras helicoidales en el orificio aumentan la superficie interna y alteran la capa límite del refrigerante, lo que eleva el coeficiente de transferencia de calor del evaporador o condensador para las mismas dimensiones externas.
P: ¿Se puede utilizar un tubo templado duro para tuberías de refrigeración?
Sí, para tramos rectos que se cortan y sueldan en un taller. Los codos deben hacerse con tubo recocido o el área doblada debe recocerse antes de formarlo, porque el tubo duro se agrietará si se dobla en frío a un radio pequeño.
P: ¿Por qué se debe utilizar nitrógeno durante la soldadura fuerte?
Una purga de nitrógeno seco desplaza el aire del orificio y evita que se formen incrustaciones de óxido de cobre en la superficie interior caliente. Las incrustaciones transportadas por el circuito contaminarían el refrigerante y pueden bloquear los tubos capilares y las válvulas de expansión.
P: ¿Cómo se determina el espesor de pared correcto?
Desde la presión de diseño y la temperatura máxima de funcionamiento del refrigerante, el diámetro del tubo, la tolerancia del espesor de la pared y cualquier adelgazamiento de la pared en las curvas, utilizando la tensión permitida permitida por la presión aplicable o el estándar de tubería para el grado y temperamento del cobre en cuestión.
