Clasificación y características de rendimiento de las tuberías de cobre.
Por composición material
Los tubos de cobre se pueden clasificar en tubos de cobre puro (TP2), tubos de latón (H62/H65/H68), tubos de bronce (QSn6.5-0.1) y tubos de cuproníquel (aleación Ni-Cu). Entre ellos, los tubos de cobre puro tienen la mejor conductividad térmica pero son relativamente caros; los tubos de latón tienen alta resistencia pero baja conductividad térmica; Los tubos de bronce y cuproníquel tienen buena resistencia a la corrosión pero poca trabajabilidad.
Por proceso de producción
Las tuberías de cobre se pueden clasificar en tuberías de cobre-libres de oxígeno, tuberías de cobre-que contienen oxígeno y tuberías de cobre-con ranuras internas. Los tubos de cobre libres-de oxígeno tienen una alta pureza y generalmente se utilizan para fabricar tubos capilares y otros componentes de precisión; las tuberías de cobre que contienen oxígeno- tienen resistencia y dureza moderadas, buena soldabilidad y se utilizan a menudo como tuberías de conexión; Los tubos de cobre con ranuras internas-tienen ranuras en la pared interior, lo que logra buenos efectos mejorados de transferencia de calor.
Por dureza
Las tuberías de cobre se pueden clasificar en tres tipos: temple blando (temperamento O), temple medio{0}}duro (1/2H) y temple duro (temperamento H). Los tubos de cobre templado O son blandos y tienen buena plasticidad y ductilidad pero baja resistencia; Los tubos de cobre templado H tienen alta resistencia y dureza pero poca plasticidad; Los tubos de cobre de 1/2H tienen resistencia y plasticidad moderadas, con buena trabajabilidad y son la primera opción para tuberías de refrigeración.
Requisitos técnicos para tuberías de cobre utilizadas en sistemas de refrigeración
Requisitos de materiales
Los sistemas de refrigeración utilizan principalmente tuberías de cobre puro templado 1/2H (TP2M). Su composición química debe cumplir con la normativa GB/T 17505-2010:
Cu+Ag Mayor o igual a 99,90%
0,015% Menor o igual a P Menor o igual a 0,040%
El contenido de elementos de impureza debe cumplir: Bi Menor o igual a 0,001%, Sb Menor o igual a 0,002%, As Menor o igual a 0,002%, Fe Menor o igual a 0,005%, Pb Menor o igual a 0,005%, S Menor o igual a 0,005%, Zn Menor o igual a 0,005%, Ni Menor o igual a 0,002%, Sn Menor o igual a 0,002%.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de las tuberías de cobre puro templado 1/2H deben cumplir los siguientes requisitos:
Resistencia a la tracción Rm Mayor o igual a 295MPa
Límite elástico Rp0.2 Mayor o igual a 255MPa
Elongación después de la fractura A Mayor o igual al 3%
Métodos para calcular el espesor de pared de una tubería de cobre
Método de código de recipientes a presión
De acuerdo con el código de recipientes a presión ASME, el espesor mínimo de pared de las tuberías de cobre bajo presión interna se puede calcular mediante la siguiente fórmula[7]: t=PD/(2S+0.8P) donde: t - espesor mínimo de pared (mm), P - presión de diseño (MPa), D - diámetro exterior de la tubería (mm), S - tensión permitida para la tubería de cobre (MPa), generalmente tomada como 1/3~1/4 de el límite elástico de la tubería de cobre.
Método hidráulico
Considerando la pérdida de presión durante el flujo de fluido, el espesor de la pared de la tubería de cobre también debe cumplir con la condición de resistencia hidráulica[8]: t=D·(3ξρv^2/8σ[s])^0.5 donde: ξ - coeficiente de resistencia a la fricción, relacionado con el número de Reynolds y la rugosidad relativa; ρ - densidad del refrigerante (kg/m³); v - velocidad del flujo de refrigerante (m/s); σ[s] - esfuerzo cortante permisible de la tubería de cobre (MPa), tomado como 1/3 del límite elástico.
Método de fatiga por vibración
Las tuberías de cobre en sistemas de refrigeración a menudo soportan tensiones alternas y es necesario verificar su resistencia a la fatiga por vibración[9]: σ[a]=Cf·σ[-1]·(2N[f])^m Menor o igual a [σ] donde: σ[a] - amplitud de la tensión alterna (MPa), Cf - factor de calidad de la superficie, σ[-1] - límite de fatiga del material de la tubería de cobre (MPa), tomado como 0,4-0,5 del límite elástico, Nf - vida de fatiga (ciclos), m - índice de resistencia a la fatiga, tomado como 3-4, [σ] - tensión alterna permitida (MPa), tomada como 0,6~0,7 del límite elástico. De este modo se puede estimar el espesor de pared mínimo requerido. Para garantizar la seguridad y confiabilidad de las tuberías de cobre en condiciones de alta temperatura, alta presión y vibración, el diseño generalmente debe calcular el espesor nominal de la pared de acuerdo con los tres métodos mencionados y seleccionar el valor máximo entre ellos.
La selección y diseño de tuberías de cobre para sistemas de refrigeración es un proyecto sistemático que requiere una consideración exhaustiva de los materiales, el procesamiento, la conexión, la instalación y los factores de uso. Durante el diseño, el material, el estado y las especificaciones de la tubería de cobre deben seleccionarse razonablemente en función de la capacidad de enfriamiento del sistema, el medio de trabajo, la temperatura y los parámetros de presión. La determinación del espesor de la pared de la tubería de cobre requiere comprobaciones de cálculo desde los aspectos de capacidad de carga de presión, resistencia del fluido y fatiga por vibración para garantizar la seguridad, confiabilidad y eficiencia económica del sistema.
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