Aplicación en la industria eléctrica
Transmisión de energía: Se consume una gran cantidad de cobre altamente conductivo en la transmisión de energía, que se utiliza principalmente en cables de alimentación, buses, transformadores, interruptores, componentes enchufables y conectores. En el proceso de transmisión de energía de cables y alambres, se desperdicia energía eléctrica debido al calentamiento por resistencia. Desde la perspectiva del ahorro de energía y la economía, actualmente se está promoviendo en el mundo la norma de "sección transversal óptima del cable". En el pasado, las normas populares se basaban simplemente en la perspectiva de reducir la inversión en la primera instalación y, para minimizar la sección transversal del cable, a fin de evitar un sobrecalentamiento peligroso por debajo de la corriente nominal requerida por el diseño, se determinaba el tamaño mínimo permitido del cable. Aunque el costo de instalación del cable tendido de acuerdo con esta norma es bajo, el consumo de energía de resistencia es relativamente grande durante el uso a largo plazo. La norma de "sección transversal óptima del cable" tiene en cuenta tanto el costo de la primera instalación como el consumo de energía, y aumenta adecuadamente el tamaño del cable para lograr el propósito de ahorro de energía y los mejores beneficios económicos integrales. Según la nueva norma, la sección transversal del cable suele ser más del doble que la de la antigua norma, lo que puede lograr un efecto de ahorro energético de alrededor del 50%. En el pasado, debido a la escasez de acero en mi país, se utilizaba aluminio para reemplazar al cobre en las líneas aéreas de transmisión de alta tensión con la esperanza de reducir el peso, considerando que la gravedad específica del aluminio es solo el 30% de la del cobre. En la actualidad, desde la perspectiva de la protección del medio ambiente, las líneas de transmisión aéreas se convertirán en tendidos de cables subterráneos. En este caso, el aluminio palidece en comparación con el cobre debido a su mala conductividad y al gran tamaño del cable.
Fabricación de motores: En la fabricación de motores, se utilizan ampliamente aleaciones de cobre de alta conductividad y alta resistencia. Las principales piezas de cobre son estatores, rotores y cabezales de eje. En los motores grandes, los devanados se enfrían con agua o hidrógeno, lo que se denomina motores de refrigeración interna de agua doble o refrigeración de hidrógeno, que requiere una gran longitud de cable hueco. Los motores son grandes consumidores de electricidad, representando aproximadamente el 60% del suministro total de electricidad. La factura de electricidad acumulada por el funcionamiento de un motor es muy alta, generalmente alcanzando el costo del motor en sí dentro de las primeras 500 horas de funcionamiento, equivalente a 4 a 16 veces el costo dentro de un año, y hasta 200 veces el costo durante toda la vida útil. Un pequeño aumento en la eficiencia del motor no solo puede ahorrar energía; sino también obtener importantes beneficios económicos. El desarrollo y la aplicación de motores de alta eficiencia es un tema candente en el mundo actual. Dado que el consumo de energía dentro del motor proviene principalmente de la pérdida de resistencia del devanado, aumentar la sección transversal del cable de cobre es una medida clave para desarrollar motores de alta eficiencia. Algunos motores de alta eficiencia que se han desarrollado en los últimos años han aumentado el uso de devanados de cobre entre un 25% y un 100% en comparación con los motores tradicionales. En la actualidad, el Departamento de Energía de los EE. UU. está financiando un proyecto de desarrollo para producir rotores de motor utilizando tecnología de cobre fundido.
Cables de comunicación: desde la década de 1980, debido a las ventajas de la gran capacidad de transporte de corriente de los cables de fibra óptica, estos han ido sustituyendo continuamente a los cables de cobre en las líneas troncales de comunicación y se han promovido y aplicado rápidamente. Sin embargo, todavía se necesita una gran cantidad de cobre para convertir la energía eléctrica en energía luminosa y líneas de entrada a los usuarios. Con el desarrollo de la industria de las comunicaciones, las personas dependen cada vez más de las comunicaciones y la demanda de cables de fibra óptica y cables de cobre seguirá aumentando.
Líneas eléctricas residenciales: En los últimos años, con la mejora del nivel de vida de la gente en mi país, los electrodomésticos se han popularizado rápidamente y la carga eléctrica residencial ha crecido rápidamente. En 1987, el consumo de electricidad residencial fue de 26,96 mil millones de kWh (1 kWh=1 kW-hora). Diez años después, en 1996, se disparó a 113,1 mil millones de kWh, un aumento de 3,2 veces. A pesar de esto, todavía existe una gran brecha en comparación con los países desarrollados. Por ejemplo, en 1995, el consumo de electricidad per cápita en los Estados Unidos fue 14,6 veces el de mi país, y Japón fue 8,6 veces el de mi país. El consumo de electricidad residencial de mi país todavía tendrá un gran desarrollo en el futuro. Se espera que aumente 1,4 veces entre 1996 y 2005.
Aplicación en maquinaria e industria metalúrgica: Las piezas de cobre se pueden encontrar en casi todas las máquinas. Además de la gran cantidad de acero utilizado en motores, circuitos, sistemas hidráulicos, sistemas neumáticos y sistemas de control, existen muchos tipos de piezas de transmisión y piezas de fijación hechas de latón y bronce, como engranajes, ruedas helicoidales, tornillos sin fin, acoplamientos, sujetadores, piezas de torsión, tornillos, tuercas, etc. Los cojinetes o manguitos hechos de aleaciones de cobre antifricción se utilizan entre casi todas las piezas que se mueven entre sí. En particular, los manguitos de cilindro y las correderas de las grandes extrusoras y prensas de forja con una capacidad de 10,000 toneladas están hechos casi todos de bronce, y el peso de las piezas fundidas puede alcanzar varias toneladas. Muchos elementos elásticos están hechos casi todos de bronce al silicio y bronce al estaño. Las herramientas de soldadura, los moldes de fundición a presión, etc. son aún más inseparables de las aleaciones de cobre, etc.
Equipos metalúrgicos: La industria metalúrgica es un gran consumidor de electricidad y se la conoce como el "tigre eléctrico". En la construcción de plantas metalúrgicas, por lo general debe haber un gran sistema de transmisión y distribución de energía y equipos de operación de energía que dependen del cobre para funcionar. Además, en la pirometalurgia, la tecnología de colada continua ha ocupado una posición dominante, y el componente clave, el cristalizador, está hecho principalmente de aleaciones de cobre de alta resistencia y alta conductividad térmica, como el cobre cromo y el cobre plata. Los crisoles refrigerados por agua de los hornos de arco al vacío y los hornos de escoria eléctricos en la electrometalurgia están hechos de tubos de acero, y las bobinas de inducción de varios calentamientos por inducción están enrolladas con tubos de cobre o tubos de cobre de forma especial, y se hace pasar agua a través de ellos para enfriarlos.
Aditivos de aleación: El cobre es un elemento aditivo importante en aleaciones como el acero y el aluminio. Una pequeña cantidad de cobre (0.2-0.5%) agregada al acero estructural de baja aleación puede mejorar la resistencia del acero y su resistencia a la corrosión atmosférica y marina. Agregar cobre al hierro fundido resistente a la corrosión y al acero inoxidable puede mejorar aún más su resistencia a la corrosión. Las aleaciones con alto contenido de níquel que contienen aproximadamente un 30% de cobre son las famosas "aleaciones monel" resistentes a la corrosión de alta resistencia, que se utilizan ampliamente en la industria nuclear. El cobre está contenido en muchas aleaciones de aluminio de alta resistencia. A través del tratamiento térmico de temple y envejecimiento, las partículas finas dispersas se precipitan en la aleación, lo que mejora significativamente su resistencia, y se denomina aleación de aluminio endurecido por envejecimiento. Entre ellos, el famoso es el duraluminio o aluminio duro, que es una aleación de aluminio que contiene cobre, manganeso y magnesio, y es un material estructural importante para la fabricación de aviones y cohetes.
