La ventaja del cobre

La Ventaja del CobreGuía para trabajar con cobre y con aleaciones de cobre

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2 | 2014 UNA GUÍA PARA TRABAJAR CON COBRE Y CON ALEACIONES DEL COBRE

I. Introducción 4Conductividad 5Resistencia 5Conformabilidad 5Soldadura 6Corrosión 6El Cobre es Antimicrobiano 6Color 7Familias de Aleaciones de Cobre 7

II. Propiedades Físicas 11Propiedades 11Conductividad Eléctrica y Térmica 11 III. Propiedades Mecánicas 17Propiedades de Tracción 17

IV. Propiedades Químicas 21Importancia Biológica 21Color y Manchado 21Resistencia a la Corrosión 22Corrosión por Estrés 23

V. Comportamiento Antimicrobiano 24Pruebas de la EPA 24Ensayos Clínicos 25Estipulaciones 25

VI. Trabajo con Aleaciones de Cobre 26 Formatos Comerciales 26Procesos de Conformado en Caliente 26Extrusión 27Forjado 27Procesos de Conformado en Frío 27

VII. Unión 30Soldadura y Soldadura de Latón 30Unión sin Llama 31Unión por Tecnología CuproBraze® 31Soldadura Autógena 32Unión Metalúrgica 33Sujetadores Mecánicos 33Unión Adhesiva 34

VIII. Referencias 35

Índice de contenido


UNA GUÍA PARA TRABAJAR CON COBRE Y CON ALEACIONES DEL COBRE 2014 | 3

Prefacio

La información contenida en esta guía incluye un panorama general de propiedades físicas, mecánicas y químicas conocidas del cobre, así como los hallazgos científicos más recientes que demuestran que el cobre tiene una propiedad antimicrobiana intrínseca. Se abordan técnicas de trabajo y acabado, familias de aleaciones, coloración y otros atributos, demostrando que el cobre y sus aleaciones son tan adaptables que pueden usarse en una multitud de aplicaciones en casi todos los sectores industriales, desde manillas de puertas, circuitos eléctricos hasta intercambiadores de calor.

La maleabilidad, maquinabilidad y conductividad del cobre lo han convertido en un metal favorito para fabricantes e ingenieros, pero es su propiedad antimicrobiana la que extenderá su popularidad en el futuro. Esta guía describe dicha propiedad y explica cómo puede beneficiar todo tipo de aplicaciones, desde las superficies de tacto común hasta bobinas para sistemas de climatización.

La historia ofrece abundante evidencia de esta capacidad biocida del cobre. Por ejemplo, antiguamente los egipcios, griegos, romanos y aztecas usaban compuestos de cobre para el tratamiento de la enfermedad y para la buena higiene y, mucho después, los cascos de los barcos de la marina británica eran revestidos de cobre para protegerlos contra la corrosión biológica. En apoyo de la evidencia de anécdotas historias, pruebas de laboratorio recientes han demostrado que el cobre y las aleaciones de cobre son materiales antimicrobianos efectivos.

El cobre, latón y bronce actúan eficazmente contra las bacterias resistentes a los antibióticos más problemáticas*, incluida la bacteria Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SAMR) y el entercoccus resistente a la vancomicina (VRE), así como otras bacterias dañinas comunes*.

El cobre es el único material para superficies sólidas registrado por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de EE.UU. (U.S. Environmental Protection Agency) que elimina ininterrumpidamente las bacterias* que presentan un riesgo para la salud humana. Ningún otro material para superficies de contacto ha conseguido este tipo de registro.

Este folleto tiene como fin responder preguntas inmediatas sobre el uso de cobre y aleaciones de cobre en maneras familiares y en nuevas aplicaciones, y servir de guía para el lector hacia fuentes de información en mayor profundidad.

* Las pruebas de laboratorio muestran que, si se limpia regularmente, el cobre antimicrobiano Antimicrobial Copper™ elimina más del 99.9% de las bacterias siguientes dentro de 2 horas desde la exposición. Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SAMR), enterococcus faecalis resistente a la vancomicina (VRE), Staphylococcus aureus, Enterobacter aerogenes, Pseudomonas aeruginosa, y E. coli O157:H7. Las superficies de cobre antimicrobiano son un suplemento y no un sustituto de las prácticas estándares de control de infecciones. Al igual que otros productos antimicrobianos, han demostrado reducir la contaminación microbiana, pero no necesariamente evitan la contaminación cruzada; los usuarios deben seguir cumpliendo todas las prácticas vigentes de control de infecciones.

Esta Guía de Diseño ha sido preparada por personas que participan en la selección, diseño y/o procesamiento de aleaciones de cobre. Se ha compilado a partir de información entregada por fuentes competentes según la Copper Development Association Inc. (CDA). No obstante, la CDA no asume ninguna responsabilidad legal o de otro tipo en conexión con esta Guía de Diseño o por el uso por parte de una persona u organización y no hace representaciones ni garantías de ningún tipo mediante la presente.



I. Introducción

El cobre y las aleaciones de cobre se usan extensamente en una variedad de productos que hacen posible y mejoran nuestra vida cotidiana. Tienen excelente conductividad eléctrica y térmica, presentan gran resistencia y conformabilidad, tienen una resistencia superior a la corrosión y fatiga y por lo general no son magnéticas. Pueden ser fácilmente soldadas y muchas pueden ser unidas mediante diversos métodos de gas, arco y resistencia. Pueden ser pulidos y cepillados hasta lograr casi cualquier textura y reflejo. El cobre en estado puro se usa ampliamente para alambres y cables eléctricos, contactos eléctricos y varias otras piezas por las que debe pasar la corriente eléctrica. El cobre y algunos tipos de latón, bronce y cobre-níquel se usan para radiadores de automóviles, intercambiadores de calor, sistemas de calefacción residencial, colectores solares y varias otras aplicaciones que requieren una conducción rápida del calor a través o a lo largo de una pieza metálica. Debido a su capacidad sobresaliente para soportar la corrosión, los distintos tipos de cobre, latón, bronce y cobre-níquel también se usan para tuberías, válvulas y conexiones en sistemas que transportan agua potable, procesan agua u otros fluidos acuosos y gases industriales.

Las aleaciones de cobre son ideales cuando es importante minimizar los niveles bacterianos* en superficies de contacto. Debido a su capacidad inherente de eliminar hasta el 99.9% de las bacterias* en dos horas, más de 280 aleaciones de cobre han recibido el registro de salud pública otorgado por la Agencia de Protección del Medioambiente de EE.UU. (EPA). Este registro sin precedentes reconoce la capacidad inherente del cobre de eliminar bacterias* de forma continuada entre limpiezas regulares, y a reducir las bacterias* que causan infecciones en superficies de contacto en hospitales, escuelas, oficinas y otros establecimientos públicos.



Conductividad

De todos los metales comunes, el cobre posee la mayor calificación de conductividad eléctrica y térmica. La alta conductividad, unida a su resistencia, conformabilidad y resistencia a la corrosión intrínsecas, hacen que las aleaciones de cobre sean únicos como conductores de electricidad, lo que los hace ideales para su uso en conectores y otros productos eléctricos/electrónicos.

Resistencia

El cobre es un metal relativamente blando y maleable con excelente conformabilidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones arquitectónicas tales como techos, revestimiento de muros, canaletas y canaletas de agua. La adición de otros elementos al cobre lo hace aún más resistente y forma aleaciones de cobre, tales como latón, bronce fosfórico y cobre-níquel. Las aleaciones de cobre poseen propiedades de tracción superiores a algunas aleaciones de aluminio y se acercan a las de los aceros inoxidables, y pueden ser usadas en una multitud de aplicaciones. La miniaturización de los dispositivos y componentes electrónicos se ha beneficiado de esta gran resistencia y conductividad moderada a alta que presentan las aleaciones de cobre especiales.

Conformabilidad

La excepcional conformabilidad del cobre se demuestra rápidamente por su capacidad de producir cables del tamaño de un micrón usando un mínimo de recocidos de ablandamiento. En general, las aleaciones de cobre presentan una mayor resistencia proporcional a la cantidad y naturaleza del elemento de aleación. En el latón, bronce, alpaca, cobre-níquel y otras familias de aleación, la resistencia aumenta en proporción a la cantidad de trabajo en frío. La embutición profunda, el forjado, expansión y doblado son métodos comunes usados para dar forma a componentes tales como accesorios de baño y otros productos para el hogar. El latón para cartuchería refleja esa característica de embutición profunda de esa aleación. Los tubos de cobre-níquel se conforman generalmente a partir de láminas y después se instalan a medida como haces de condensador.



Union

El cobre y las aleaciones de cobre pueden unirse fácilmente mediante métodos comunes, como soldadura blanda y fuerte, forja, anclaje, remachado, embutición y unión adhesiva. La instalación de accesorios y piezas de tubería ofrece ejemplos de aplicaciones típicas de soldadura blanda y fuerte. Las técnicas de soldadura se usan normalmente en los tubos soldados de cobre y cobre-níquel que se utilizan en los sistemas de distribución de agua, intercambiadores de calor y aparatos de aire acondicionado. Encontrará información adicional sobre este tema en la Sección VII de la presente publicación.

Corrosión

El cobre y sus aleaciones se usan ampliamente en muchos ambientes y aplicaciones debido a su excelente resistencia a la corrosión. Las instalaciones y accesorios arquitectónicos de cobre, latón y bronce siguen usándose en ambientes de interior y exterior. Las aleaciones de cobre se corroen a niveles despreciables en el aire y agua no contaminados y ácidos no oxidantes deaereados. Se han descubierto muchos artefactos hechos de aleaciones de cobre en un estado casi perfecto después de haber sido enterrados bajo la superficie durante miles de años. Se ha descubierto que los techos de cobre se corroen a tasas de menos de 0.015 pulgadas (0,4 mm) en 200 años. Las aleaciones de cobre resisten muchas soluciones salinas, alcalinas y de químicos orgánicos.

Las aplicaciones típicas del cobre y las aleaciones de cobre que proporcionan un servicio superior incluyen componentes arquitectónicos de interior y exterior, líneas de suministro de agua fresca y tuberías, intercambiadores

de calor y condensadores, instalaciones marítimas de agua dulce y salada, equipamiento para plantas de procesamiento químico e industrial, cables y conexiones eléctricas, placas de circuito impresa y productos industriales.

El Cobre es Antimicrobiano

Las propiedades antimicrobianas del cobre y sus aleaciones son intrínsecas y han sido explotadas durante siglos. Los egipcios usaban recipientes de cobre para limpiar el agua. La Colección de Hipócrates, 460 a 380 a.C., recomienda el uso del cobre para tratar las úlceras de la pierna asociadas a las venas varicosas. Plinio el Viejo, 23 a 70 a.C., usaba el óxido de cobre con miel para tratar los gusanos intestinales. Los aztecas hacían gárgaras con una mezcla que contenía cobre para tratar el dolor de garganta.

Un reciente estudio independiente de laboratorio llevó a que la EPA aprobara el registro de las aleaciones de cobre por su capacidad inherente de eliminar el 99,9% de los organismos enumerados a continuación en dos horas: Enterococci resistentes a la vancomicina (VRE), Staphylococcus aureus, Enterobacter aerogenes, Escherichia coli O157:H7, Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SAMR). Ninguna otra superficie metálica tiene el registro de la EPA para publicitar sus beneficios para la salud pública.



Color

Las variaciones en el color de las aleaciones de cobre son causadas principalmente por diferencias en la composición química. El cobre sin aleación tiene un tono rojizo. La adición de otros elementos produce un cambio hacia el amarillo, bronce, plata o gris. Estos colores pueden desarrollar pátinas cuando se las expone al aire. El grado de cambio depende de la química de la aleación y de la composición de la atmósfera.

Familias de Aleaciones de Cobre

Las aleaciones de cobre se identifican por el Sistema de Numeración Unificado (Unified Numbering System o UNS) que clasifica las familias de aleaciones según su composición elemental. Los productos forjados van desde UNS C10000 hasta UNS C79999; a los productos fundidos se les asignan números desde UNS C80000 hasta UNS C99999.

Las estadísticas ampliamente publicitadas del Centro de Control y Prevención de Enfermedades (Centers for Disease Control and Prevention o CDC) estima que las infecciones adquiridas en hospitales de los Estados Unidos afectan a dos millones de personas al año y derivan en casi 100.000 muertes anualmente. Los resultados de un ensayo clínico realizado en Birmingham (Inglaterra) demuestran que el uso de aleaciones de cobre en algunas superficies presentes en salas de hospital con mucha demanda tiene el potencial de reducir la contaminación microbiana en comparación con las superficies sin cobre.

Tabla 1.- Categorías UNS de Aleaciones de Cobre

ALEACIÓN

CobreLatónLatón de EstañoBronce - FósforoBronce al AluminioBronce al SilicioLatón al Silicio RojoCobre - NíquelAlpaca

FORJADOS

C10100 a C13000C20500 a C28580C40400 a C48600C50100 a C52400C60800 a C64210C64700 a C66100C69400 a C69710C70100 a C72950C73500 a C79900

FUNDIDOS

C80100 a C81200C83300 a C85800C83300 a C84800C90200 a C91700C95200 a C95900C87000 a C87999C87300 a C87900C96200 a C96900C97300 a C97800



El Cobre en su estado puro, sin aleación, es blando, presenta una alta conductividad eléctrica y termal y tiene una excelente resistencia a la corrosión. Hay varios grados de cobre sin aleación que se diferencian por la cantidad de impurezas que contienen. Los cobres sin oxígeno se usan especialmente en aplicaciones que requieren una alta conductividad y una ductilidad excepcional.

Los Latones son aleaciones hechas de cobre y zinc, presentan una buena resistencia y ductilidad y son fácilmente trabajables en frío, propiedades que mejoran con un incremento de zinc hasta el 35%. La coloración del latón va del rojo al amarillo dorado, dependiendo de la cantidad de zinc que contenga la aleación.

Metal dorado, bronce comercial, bronce de joyería, latón rojo y latón para cartuchería son nombres comunes que reciben aleaciones de latón con contenidos específicos de zinc. Los latones que contienen entre 32% y 39% de zinc presentan excelentes características para el trabajo en caliente pero limitadas para el trabajo en frío.

Los latones que contienen más del 39% de zinc, como el metal Muntz, presentan resistencia alta y ductibilidad baja a temperatura ambiente que las aleaciones con menos zinc.

Los latones son conocidos por su facilidad de fabricación mediante impresión, alta resistencia para el trabajo en frio y resistencia a la corrosión. Los latones se suelen someter a procesos de obturado, acuñado, estirado y perforado para producir resortes, extinguidores de incendio, joyas, núcleos de radiadores, accesorios de lámparas, municiones, mangueras flexibles y la base del bañado en oro. Los latones presentan una excelente colabilidad. Los latones fundidos se usan como accesorios de tubería, elementos metálicos decorativos, molduras arquitectónicas, válvulas de alta y baja presión, engranajes, rodamientos y poseen una buena forjabilidad en caliente.

Los Latones al Estaño son aleaciones hechas con cobre, zinc (2% a 40%) y estaño (0,2% a 3%). Esta familia de aleaciones incluye latones de almirantazgo, latones navales y latones de estaño mecanizables. Estas aleaciones se usan para fabricar ajustadores de alta resistencia, conectores eléctricos, resortes, productos mecánicos resistentes a la corrosión, piezas metálicas navales, ejes de bomba y piezas de maquinas para tornillos resistentes a la corrosión. Esta variedad proporciona mayor resistencia a la corrosión, menor sensibilidad a la dezincificación y mayor resistencia comparada con los latones básicos. Poseen una buena forjabilidad en caliente y buena conformabilidad en frío. Estos materiales presentan una resistencia moderada, alta resistencia a la corrosión atmosférica y acuosa y excelente conductividad eléctrica.

Los Bronces al Silicio son parte del subgrupo de latones de alta resistencia. Contienen menos de 20% de zinc y hasta 6% de silicio y son una solución sólida reforzada. Los latones rojos al silicio se usan para vástagos de válvula en que la resistencia a la corrosión y alta resistencia son imprescindibles. También se incluyen en esta categoría los bronces rojos al silicio, los que son similares a los latones rojos de silicio excepto por su concentración muy baja de zinc. Se usan para hacer rodamientos, engranajes y componentes de formas intrincadas para bombas y válvulas.

Las aleaciones de Alpaca, también llamada latón niquelado, plata alemana, contienen cobre, níquel y zinc. Si bien no contienen plata, tienen un atractivo destello plateado, resistencia moderadamente alta y buena resistencia a la corrosión. Se usan para fabricar equipos de manipulación de comidas y bebidas, artículos decorativos, cubertería electrogalvanizada, equipos ópticos y fotográficos e instrumentos musicales.



Las aleaciones de Cobre-Níquel contienen desde 2% al 30% de níquel, son altamente resistentes a la corrosión y térmicamente estables. La adición de hierro, cromo, niobio y/o manganeso puede mejorar su resistencia y resistencia a la corrosión. Estos materiales son prácticamente inmunes al agrietamiento de corrosión por tensión y presentan alta resistencia a la oxidación en vapor y aire húmedo. Las aleaciones de níquel más altas son conocidas por la resistencia a la corrosión en agua salada así como por su resistencia a la bioincrustación (biofouling) marina. Se usan para fabricar productos eléctricos y electrónicos, tubos para condensadores de barcos, o en plataformas marinas y centrales eléctricas así como en varios otros productos marítimos incluidos válvulas, bombas, rodamientos y blindaje para los cascos de barcos.

Los Bronces Fosfóricos, o bronces de estaño como también se los conoce, contienen entre 0.5% y 11% de estaño y de 0.01% a 0.35% de fósforo. El estaño aumenta su resistencia a la corrosión y su resistencia a la tracción; por su parte, el fósforo aumenta la resistencia al desgaste y rigidez. Los bronces fosfóricos poseen calidades superiores de resorte, alta resistencia a la fatiga, excelente conformabilidad y soldabilidad y una alta resistencia a la corrosión. Se usan principalmente para productos eléctricos; otros usos incluyen fuelles resistentes a lacorrosión, diafragmas y arandelas elásticas.

Tabla 2.- Composición y Propiedades de las Aleaciones de Cobre más Comunes

* H02, 1/2 Hd Templado** Endurecido, TMO2

AleaciónN° UNSC11000C12200C17200C23000C26000C28000C42500C51000C52400C65500C70600C71500C74500C75200

Composición Nominal WI%

99 min Cu0.025 P1.90 Be15 Zn30 Zn40 Zn

10 Zn – 2 Sn5 Sn – 0.2 P10 Sn – 0.2 P

3.3 Si – 1.0 Mn10 Ni – 1.4 Fe30 Ni – 0.7 Fe25 Zn – 10 Ni17 Zn – 18 Ni

Coductividad Eléctrica %IACS

101852237282828151179

4.696

Resistencia a la Deformación Kls (Mpa)

42 (290)42 (290)

128 (882)**56 (386)62 (427)70 (483)63 (434)68 (469)83 (572)78 (537)65 (448)73 (503)73 (503)74 (510)

Nombre Común CobreCobre Desoxidado FósforoCobre - BerilioLatón RojoLatón para CartucheríaMetal MuntzLatón de EstañoBronce Fosfórico ABronce Fosfórico DBronce Alto en Silicio ACobre - Níquel, 10%Cobre - Níquel, 30%Alpaca, 65-10Alpaca, 65-18



Los Bronces al Aluminio contienen de 6% a 12% de aluminio, hasta 6% de hierro y níquel y tienen gran resistencia y excelente resistencia a la corrosión y al desgaste. El refuerzo con solución solida, trabajo en frío y precipitación de fase rica en hierro contribuyen a estas características. Las aleaciones que contienen altos grados de aluminio pueden ser templadas y revenidas. Los bronces al aluminio se usan en piezas metálicas marinas, ejes y piezas de bombas y válvulas para el procesamiento de agua salada, aguas ácidas marinas, ácidos no oxidantes yfluidos de procesos industriales. También su usan como cojinetes cilíndricos partidos y deslizadoras de máquina herramienta para uso industrial. Las piezas fundidas de bronce al aluminio tienen una resistencia excepcional a la corrosión, alta resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste. También presentan buenas características de fundido y soldado.

Las Aleaciones Especiales de Cobre basadas, por ejemplo, en sistemas de cobre-níquel-silicio y cobre níquel-estaño,ofrecen combinaciones únicas de propiedades debido a su capacidad intrínseca de endurecimiento por precipitación.

Su alta resistencia unida a su buena conformabilidad, estabilidad térmica y conductividad eléctrica las hacen apropiadas para el uso en conectores y equipos eléctricos y electrónicos.

Estas aleaciones tienen designaciones en el sistema UNSbasadas en su composición.

Como hemos visto, el cobre y sus aleaciones forman un amplio rango de composiciones químicas y se usan ampliamente en aplicaciones que permiten y mejoran nuestras vidas cotidianas. Cada aplicación hace un uso efectivo de los atributos del cobre: resistencia, conductividad, color, conformabilidad, facilidad de unión y estabilidad térmica.



II. Propiedades Físicas

Propiedades

El cobre, número atómico 29 con un peso atómico de 63,54, presenta una estructura de cristal cúbica centrada en las caras. El cobre es un elemento transicional y, al ser un metal noble, tiene propiedades inherentes similares a las de la plata y oro.

Su excelente conductividad, maleabilidad, resistencia a la corrosión y biofuncionalidad derivan de los orígenes elementales del cobre. El cobre tiene una alta solubilidad con otros elementos con el níquel, zinc, estaño y aluminio. Esta fase de solución sólida alfa (α) es responsable de la gran ductilidad que presentan las aleaciones de cobre. Las adiciones de aleación más allá del límite de solubilidad resultan en una fase beta (β), que presenta una estructura cúbica de cuerpo centrado (bcc). Esta fase β tiene gran estabilidad de temperatura, y las aleaciones que presentan una estructura α+β tienen una excelente capacidad de conformado en caliente.

La densidad del cobre es 0.323 lb/plg3 (8.94 g/cm3), y su punto de fusión es 1981°F (1083°C). Todas las propiedades y características se modifican significativamente cuando el cobre es aleado. En la Tabla 3 se muestran las propiedades físicas comunes del cobre. Las propiedades físicas de cinco aleaciones comunes de cobre forjado se comparan en la Tabla 4.

La tabla periódica que se muestra en la Figura 1 destaca el cobre y los elementos de aleaciones comunes.

Conductividad eléctrica y térmica

La conductividad es la característica principal que distingue al cobre de otros metales. La conductividad eléctrica de los materiales se mide comparándola con la de una barra estándar de cobre “puro” a la que se asignó un valor de 100% IACS (International Annealed Copper Standard, estándar internacional de cobre templado) en el año 1913. Desde esa época, el mejoramiento de las técnicas de procesamiento y la mayor pureza de los lingotes ha derivado en que exista un cobre comercial con valores de conductividad eléctrica ligeramente superiores a 100% IACS.



Las variaciones térmicas y mecánicas de procesamiento usadas para producir aleaciones comerciales pueden causar profundos cambios en su conductividad, y con frecuencia las aleaciones con los niveles más altos de resistencias tienen los niveles de conductividad más bajos. Los valores IACS normalmente se publican como valores mínimos para temples recocidos. Los productos templados (en frío) pueden tener un valor de 1 a 5 puntos porcentuales por debajo del nivel de recocido. La caída en conductividad eléctrica con el trabajo en frío se ilustra en la Figura 2, donde se muestra la conductividad eléctrica en condiciones de recocido total y trabajo de estirado en frío de muestras de alambre de cobre y cobre-zinc.

Figura 2.- Conductividad eléctrica en muestras de cableado de cobre y cobre- zinc en estado muy reconocido y estirado.

Figura 3.- Relación entre conductividad térmica y eléctrica para aleaciones de cobre seleccionadas.

Cond

ucti

vida

d El

éctr

ica,

% IA

CS

Cond

ucti

vida

d El

éctr

ica,

MS/

m105

100

95

90

85

800 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Contenido de Zinc, Wt%

60.9

58.0

55.1

52.2

49.3

46.4

Recocido

Trabajo en Frío

Cond

ucti

vida

d Té

rmic

a, B

tu f

t / f

t2 hr

ºF

Cond

ucti

vida

d Té

rmic

a, W

cm/c

m2

· °C

250

200

150

100

50

00 20 40 60 80 100

Electrical Conductivity, % IACS

4.32

3.46

2.60

1.73

0.86

C11000

Conductividad Eléctrica, Ms/m

C21000

C26000

C51000C70600

C75200

11.6 23.2 34.8 46.4 58.0



Las aleaciones de mayor resistividad eléctrica (R) desperdician más energía, ya que el calor generado por una corriente eléctrica (I) es proporcional a I2 veces la resistencia. El calor generado aumentará la temperatura del componente, con las potenciales consecuencias adversas. La mayor conductividad térmica de las aleaciones permite al diseñador disipar parte del calor, minimizando cualquier aumento de temperatura.

Dentro de las familias de aleaciones, la conductividad térmica tiende a estar relacionada con la conductividad eléctrica; es decir, las aleaciones de conductividad eléctrica más alta tienden a presentar una mayor conductividad térmica.

Esta regla general es conveniente ya que la conductividad térmica es bastante difícil de medir, mientras que la conductividad eléctrica, o su inversa, la resistividad eléctrica, es fácil de medir. La relación casi lineal entre conductividad térmica y eléctrica a 68°F (20°C) se muestra en la Figura 3 para aleaciones de cobre seleccionadas.



Número atómicoPeso atómicoDensidadPunto de fusiónPunto de ebulliciónCalor latente de fusiónCoeficiente lineal de expansión térmica a: 77°F - 212°F (25°C - 100°C)Calor específico (Capacidad térmica) a:68°F (20°C)212°F (100°C)Conductividad térmica a:68°F (20°C)212°F (100°C)Conductividad eléctrica (Volumen) a:68°F (20°C) Recocido68°F (20°C) Completamente trabajado en fríoResistividad eléctrica (Volumen) a:68°F (20°C) Recocido68°F (20°C) Completamente trabajado en fríoMódulo de elasticidad (Tensión) a:68°F (20°C) RecocidoMódulo de rigidez (Torsión) a: 20°C:68°F (20°C) Recocido

0.3221981470388

9.33 x 10-6

0.09210.0939

227223

100 – 101.597.0

0.6788 – 0.6690.700

17 x 103

6.4 x 103

libras/pulgada3

°F°F

in/in°F

Btu/lb °FBtu/lb °F

Btu ft/ft2hr °FBtu ft/ft2hr °F

%IACS%IACS

μΩ•inμΩ•in

Ksi

Ksi

2963.548.9210832595205

16.8 x 10-6

0.3860.393

3.943.85

58.0 – 58.956.3

1.7241 – 1.701.78

118,000

44,000

g/cm3

°C°CJ/g

cm/cm°C

J/g°CJ/g°C

Wcm/cm2 °CWcm/cm2 °C

MS/m(mΩmm2)MS/m(mΩmm2)

μΩ•inμΩ•in

MPa

MPa

PROPIEDAD VALOR VALORUNIDADES UNIDADES

SISTEMA INGLÉS SISTEMA MÉTRICO

Tabla 3.- Propiedades físicas del cobre



La mayoría del cobre usado para transmisión e interconexión eléctrica tiene una conductividad eléctrica del 85% IACS o más. El cobre puro comercial tiene 101% IACS al igual que varios tipos de cobre libres de oxígeno (puros) como C10100 y C10200. Nótese la conductividad del cobre desoxidado con fósforo; tiene un contenido de cobre de 99,9%, pero su conductividad es “solo” de 85% IACS. El fósforo es uno de los elementos que disminuye fuertemente la conductividad.

El rango de conductividad de las aleaciones de cobre difiere dependiendo de los elementos de la aleación. Las aleaciones altas de cobre hechas con telurio, zirconio, magnesio, cromo y hierro aportan una mayor resistencia con una conductividad en el rango de 75% a 90%. Otro grupo de aleaciones, con combinaciones de elementos que incluye el boro, hierro, estaño, zinc, cobalto, magnesio y fósforo, proveen buena resistencia con conductividad en el rango de 50% a 75% IACS.

Algunos aleaciones de cobre-berilio, latones, latones de estaño, bronces fosfóricos y cobre-silicio presentan una conductividad entre 25% y 50% IACS.

Las aleaciones de alta resistencia como el cobre-berilio, cobre-níquel-silicio y cobre-níquel-estaño, que pueden ser reforzados mediante endurecimiento por precipitación, ofrecen una resistencia alta con conductividad eléctrica baja a media en el rango de 10% a 25% IACS. El reciente desarrollo de aleaciones en estas categorías ha optimizado la alta resistencia con conductividades de > 50% IACS.



C11000C26000C51000C70600C75200

0.322 (8.92)0.308 (8.53)0.320 (8.86)0.323 (8.94)0.316 (8.73)

1949 (1065)1680 (915)1750 (950)2010 (1100)1960 (1070)

101 (58)28 (16)15 (8.7)9 (5.2)

19 (0.33)

226 (3.94)70 (1.21)40 (0.71)26 (0.46)19 (O.33)

9.33 (16.8)11.1 (19.9)9.9 (17.8)9.5 (17.1)9.0 (16.2)

ALEACIÓNN°

UNS

DENSIDADlibra/pulgadfa3

(g/cm3)

PUNTO DEFUSIÓN (o sólidez)

°F (°C)

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

% IACS (MS/m)

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA,

Btu pies/pies2 hr ºF(Wcm/cm2 °C)

COEFICIENTE DEEXPANSIÓN TÉRMICA

(lineal)X10-6 pulgadas/pulgadas ºF

(X10-6 cm / cm ºC)

Tabla 4.- Propiedades Físicas de Cinco Aleaciones Comunes de Cobre Forjado

Figura 1.- Tabla Periódica de los Elementos que Muestran el Cobre y sus Elementos Comunes de Aleación

[280][281][276][270][272][271][268][267]

[262][259][258][257][252][251][247][247][243][244][237]238.02891231.03588(2)232.03806

[227][226][223]

[222][210][209]208.98040207.2204.3833200.59196.966569195.084192.217190.23186.207183.84180.94788178.49

174.9668173.054168.93421167.259164.93032162.500158.92535157.25151.964150.36[145]144.242140.90765(2)140.116

138.90547137.327 132.9054519

131.293126.90447127.60121.760118.710114.818112.411107.8682106.42102.90550101.07[98]95.9692.9063891.22488.9058587.6285.4678

83.79879.90478.9674.9216072.6469.72365.3863.54658.693458.93319555.84554.93804551.996150.941547.86744.95591240.07839.0983

39.94835.45332.06530.97376228.085526.981538624.305022.98976928

20.179718.998403215.999414.006712.010710.8119.012182[6.941]

4.0026021.00794

RoentgeniumDarmstadtiumMeitne riumHassiumBohriumSeabo rgiumDubniumRuthe rfordium

LawrenciumNobeliumMendeleviumFermiumEinsteiniumCaliforniumBerkeliumCuriumAme riciumPlutoniumNeptuniumUraniumProtactiniumTho rium

ActiniumRadiumFrancium

RadonAstatinePoloniumBismuthLeadThalliumMercuryGoldPlatinumIridiumOsmiumRheniumTungs tenTantulumHafnium

LutetiumYtterbiumThuliumErbiumHolmiumDysprosiumTerbiumGadaliniumEuropiumSama riumPromethiumNeodymiumPraseodymiumCerium

LanthanumBariumCesium

XenonIodineTelluriumAntimo nyTinIndiumCadmiumSilverPalladiumRhodiumRutheniumTechnetiumMolybdenumNiobiumZirconiumYttriumStrontiumRubidium

Kryp tonBromineSeleniumArsenicGermaniumGaliumZincCopperNickelCobaltIronManganeseChromiumVanadiumTitaniumScandiumCalciumPotassium

ArgonChlo rineSulfurPhosphorusSiliconAluminiumMagnesiumSodium

NeonFluorineOxygenNitrogenCarbonBoronBerylliumLithium

HeliumHydrogen

Rn

Xe

Kr

ArCl

NeFON

HeH

Hg

Br

RgDsMtHsBhSgDbRf

LrNoMdFmEsCfBkCmAmPuNpUPaTh

AcRaFr

AtPoBiPbTlAuPtIrOsReWTaHf

LuYbTmErHoDyTbGdEuSmPmNdPrCe

LaBaCs

ITeSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrRb

SeAsGeGaZnCuNiCoFeMnCrVTiScCaK

SPSiAlMgNa

CBBeLi

118117116115114113112111110109108107106105104

10310210110099989796959493929190

898887

868584838281807978777675747372

7170696867666564636261605958

575655

545352515049484746454443424140393837

363534333231302928272625242322212019

1817161514131211

109876543

21

63.546Copper

Cu29

Elementos Comunes de Aleación



III. Propiedades Mecánicas

EEl cobre se caracteriza por ser un metal blando y maleable. Las aleaciones de cobre, en tanto, presentan la ventaja adicional de tener numerosas propiedades mecánicas que les confieren un grado de adaptabilidad único entre los distintos sistemas dealeaciones. El cobre y las aleaciones con elevado contenido cuprífero son muy utilizados en la fabricación de cables, alambresy superficies de contacto eléctrico, entre otros muchos componentes conductores de electricidad. Estas aplicaciones requieren una resistencia a la tracción baja a moderada, una estabilidad térmica media y una resistencia moderada a la relajación de la tensión. Así, se eligen aleaciones con una segunda fase finamente dispersa, que permite refinar el grano para obtener una mayor resistencia, ductilidad y conductividad.

Se utilizan muchos latones, bronces y níqueles de cobre en la fabricación de radiadores de automóviles, de intercambiadores térmicos y de sistemas de calefacción doméstica, entre otros productos que requieren una rápida conducción del calor. Estas aleaciones se eligen especialmente para obtener productos muy resistentes y fáciles de fabricar. Las aleaciones con mayor elasticidad y resistencia a la relajación de la tensión, necesarias para fabricar conectores electrónicos, son aquellas que se someten a procesos de precipitación. En la Tabla 5 se muestra una nomenclatura de temples usada para especificar las características de las aleaciones de cobre comerciales.

Propiedades de Tracción

Las aleaciones de cobre pueden ser endurecidas principalmente con métodos en frío o agregando soluciones sólidas que incrementan el proceso de endurecimiento. En una aleación recocida, el límite elástico y la resistencia a la tracción varíanen forma proporcionalmente inversa al tamaño del grano. Al agregar elementos de aleación al cobre se aumentan la resistencia a la tracción, el límite elástico y la tasa de endurecimiento por deformación. En los latones, por ejemplo, la resistencia a la tracción y el límite elástico aumentan a medida que se incrementa el contenido de zinc.

Los elementos de aleación presentan distintos niveles de eficacia a la hora de aumentar la resistencia y el nivel deendurecimiento por deformación en frío, por lo que existen numerosas combinaciones posibles de estas propiedades. Losdatos de tracción recogidos en la Tabla 6 muestran el efecto del laminado (en función del incremento del trabajo en frío) enla aleación de latón C26000. La Tabla 7 muestra el efecto del contenido de zinc en las propiedades de tracción de una aleación laminada. Para ello, se muestran las propiedades de tracción de varias aleaciones de latón en el temple de durezamedia H02.

Las curvas de laminado en frío representadas en la Figura 4 muestran el efecto del trabajo en frío en las propiedades de tracción de la aleación de latón recocido (blando) C26000. Con la reducción por laminado en frío, la resistencia a la tracción y el límite elástico aumentan, mientras que la ductilidad y la elongación disminuyen. Las curvas de laminado en frío de la Figura 5 muestran el aumento de la resistencia a la tracción de las aleaciones de cobre forjado mediante reducción por laminado en frío en el temple blando (recocido).



El módulo de elasticidad varía entre 16 y 20 millones de libras por pulgada cuadrada (cerca de 110-138 Gpa). El coeficiente de Poisson, que expresa el nivel de estrechamiento transversal de un material sometido a un estiramiento longitudinal, es prácticamente constante en las aleaciones de cobre, que suelen presentar un valor de 0,3. Los latones y bronces, en tanto, presentan niveles de deformación en frío más elevados.

Estas propiedades elásticas varían según el temple, la orientación del grano y el tipo de tensión aplicada, aunque menos que las características de resistencia y conductividad presentes en las aleaciones.

Es importante recordar que la rigidez es un factor importante en el diseño de resortes porque incide en la fuerza de contacto.

Las aleaciones endurecidas por precipitación, tales como la C17200, permiten fabricar piezas en la condición de máxima ductilidad (mediante recocido en solución) para luego aumentar la resistencia a latracción mediante un tratamiento térmico por precipitación. En caso de que el proceso de fabricación impida llevar a cabo esta operación, sepuede usar un temple preendurecido que permita fabricar la pieza a partir de un metal más duro pero menos dúctil y así evitar el envejecimiento de componentes hechos a medida.

La Tabla 8 compara las propiedades de tracción de los temples recocidos (blandos) y extraduros (reducción de 50% mediante laminado en frío) para distintas aleaciones de cobre con importancia comercial. Amodo de comparación, se incluyen datos de propiedades similares para aleaciones de acero con bajo contenido de carbono, acero inoxidable yaluminio.

Recocidos

O10

O20

O60

O61

O81

OS015

Trabajados en Frío

H01

H02

H04

H08

Trabajados en Frío y por Relajación

HR01

HR04

Endurecidos por Precipitación

TB00

TF00

TH02

TM00 / TM02 / TM08

Manufacturado

M01

M04

M06

Fundido y Recocido

Forjado en Caliente Recocido

Recocido dúctil

Recocido

Recocido para templar: 1/4Dureza

Tamaño promedio de grano: 0.015mm

1/4 Dureza

1/2 Dureza

Dureza

Resorte

H01 & Sin Esfuerzo

H04 & Sin Esfuerzo

Solución Tratado Térmicamente

TB00 & Endurecido por Edad

TB00 & Trabajado y Envejecido en Frío

Templados Endurecidos en Molino

Tipo Moldeado en rena

Tipo Fundido a Presión

Tipo Moldeado de Precisión

DESIGNACIÓNDEL TEMPLE

TIPO O CONDICIÓN DETEMPLE

Tabla 5.- Ejemplos de Designaciones de Temples para las Aleaciones de Cobre según la Norma ASTM B 601



Figura 4.- Efecto del Endurecimiento en Frío sobre la Resistencia a la Tracción, el Límite Elástico y la Elongación (Ductilidad) de la Aleación de Latón Recocido (Blando) C26000

Figura 5.- Resistencia a la Tracción de Aleaciones Comerciales de Cobre Forjado como Función del Aumento de la Reducción por Laminado en Frío en Temple Blando (recocido) (0 % de Reducción)

OS040 (Recocido)H01 (1/4 Endurecido)H02 (1/2 Endurecido)H04 (Endurecido)H06 (Extra Endurecido)H08 (Resorte)H10 (Elasticidad extra)

0112137506068

48 (331)55 (379)62 (427)76 (524)88 (524)94 (648)99 (682)

16 (110)33 (228)51 (352)72 (496)83 (572)89 (614)92 (634)

59463010321

LAMINADO TASA NOMINALDE REDUCCIÓNEN FRÍO (%)

RESISTENCIA A LATRACCIÓNKsi (MPa)

LÍMITE ELÁSTICODE 0,2 % Ksi

(MPa)

ELONGACIÓN EN 2,0 PULGADAS

(%)

Tabla 6.- Propiedades de Tracción de Distintos Productos Planos de Aleación C26000 de 0,04 Pulgadas de Espesor Sometidos a Laminado

Resi

sten

cia,

Ksi

o E

long

ació

n, %

Defo

rmac

ión,

MPa

100

80

60

40

20

00 10 20 30 40 50

Reducción de Enrollado en Frío, %

689

552

414

276

138

0

60

Resistencia a la Deformación

Resistencia a la Elasticidad 0.2%

Elongación

Resi

sten

cia

a la

Def

orm

ació

n, K

si

Resi

sten

cia

a la

Def

orm

ació

n, M

Pa

130

110

90

70

50

300 10 20 30 40 50

Reducción de Enrollado en Frío, %

896

758

620

483

345

207

60 70 80 90

C11000

C22000

C70600

C52400

C65500

C26000

C51000

C71500 / C75200



C11000C21000C22000C23000C24000C26000C28000

051015203040

41 (283)47 (324)52 (358)56 (386)60 (414)62 (427)70 (483)

37 (255)44 (303)47 (324)48 (331)43 (296)51 (352)50 (345)

20171214182310

ALEACIÓNN°

UNS

CONTENIDO NOMINALDE ZINC(% P)

RESISTENCIAA LA TRACCIÓN

Ksi (MPa)


(MPa)

ELONGACIÓN EN 2,0 PULGADAS

(%)

Cobre C11000 RecocidoH06 (Extra Endurecido)Latón C26000 RecocidoH06 (Extra Endurecido)Bronce Fosfórico C51000 RecocidoH06 (Extra duro)Cobre-Níquel C70600 RecocidoH06 (Extra duro)Alpaca C75200 RecocidoH06 (Extra duro)Acero con bajo contenido de Carbono 1008 RecocidoAcero Inoxidable 304 RecocidoTrabajado en Frío al 50 %Aluminio 3004 (Blando)H38

34 (235)52 (358)53 (365)88 (607)50 (345)92 (635)51 (350)79 (545)58 (400)89 (614)44 (303)70 (483)87 (600)

158 (1089)26 (180)41 (285)

11 (76)47 (324)22 (15083 (572)22 (150)88 (550)13 (90)76 (525)25 (170)83 (572)25 (170)60 (413)36 (245)135 (931)10 (69)

36 (250)

4555435063544114118528225

ALEACIÓN N° UNSRESISTENCIA A

LA TRACCIÓN Ksi(MPa)


(MPa)

ELONGACIÓNEN 2,0 PULGADAS

(%)

Tabla 7.- Propiedades Elásticas de Distintas Aleaciones de Latón en el Temple de Dureza Media (H02)

Tabla 8.- Propiedades Elásticas de Aleaciones de Cobre Comerciales en Temples Recocidos y Extraduros (Contenido Nominal de 50 % de CR) Comparadas con Aleaciones de Acero y Aluminio



IV. Propiedades Químicas

Importancia BiológicaEl cobre es un micronutriente necesario para la vida de las plantas, los animales y la mayoría de los microorganismos. Se absorbe a través de una serie de proteínas con funciones metabólicas específicas. Por tratarse de un metal esencial en nuestra dieta, varias entidades oficiales han emitido recomendaciones de consumo diario. El Departamento de Agricultura de Estados Unidos (Department of Agriculture) y la Academia Nacional de Ciencias de dicho país han recomendado un consumo diario de 0,9 mg de cobre para los adultos. Algunos de los usos del cobre están relacionados con su capacidad para controlar el crecimiento de organismos. Este efecto se da cuando el cobre está biológicamente disponible en ciertas concentraciones. En consecuencia, el cobre se utiliza en una serie de agentes biocidas. Por ejemplo, se ha demostrado que el cobre es un eficaz bactericida y agente antiplaca en los productos de enjuague bucal y pastas dentales. Actualmente el cobre sigue siendo usado ampliamente en el control de organismos indeseados en aplicaciones marinas, tales como la acuicultura. Las pruebas realizadas tanto en agua dulce como en agua salada han demostrado que el cobre es inocuo para los pescados y para quienes los consumen. Se ha acusado a los agentes antiincrustantes de cobre usados en las jaulas flotantes de ser responsables por la presencia del metal en los sedimentos, pero no hay pruebas fehacientes de que provocan concentraciones muy elevadas en los casos donde hay una renovación adecuada del agua.

Color y EmpañadoGracias a sus colores característicos, el cobre y las aleaciones de cobre son materiales muy valorados en la arquitectura y en la confección de productos de consumo y objetos de arte. Sus tonalidades metálicas naturales van del rojo al gris plata, pasando por el amarillo (véase la Figura 6). Mediante procesos químicos y electroquímicos de las superficies se pueden obtener otros colores. El cobre y sus aleaciones son extremadamente resistentes a la corrosión atmosférica, pero con el tiempo terminan apareciendo manchas y zonas de decoloración. Todos los metales se decoloran o forman una capa de óxido al ser expuestos a la atmósfera. El espesor y la composición química de dicha capa varían según el tiempo de exposición, las condiciones tmosféricas y la composición básica de la aleación.

En la mayoría de los metales la superficie se oscurece e impide ver el color original del metal básico, como sucede con el acero inoxidable. Se puede preservar la apariencia del metal básico aplicando revestimientos protectores finos y claros. Estos revestimientos están hechos con productos químicos orgánicos que se endurecen ya sea a temperatura ambiente o mediante cocción, y por lo general se aplican con un solvente. Sin embargo, los revestimientos inhiben las propiedades microbicidas fundamentales de las superficies de las aleaciones de cobre.

La oscura película que se forma sobre las aleaciones de cobre por lo general es un óxido de cobre que, al ser delgado, oscurece la superficie, y con el tiempo forma una capa gris. Estos óxidos alteran la apariencia de la superficie, pero pueden ser eliminados con productos de limpieza comunes.

Las pruebas indican que la oxidación y las manchas no solo no interfieren en las propiedades microbicidas de las aleaciones decobre, sino que ayudan a incrementar su eficacia. En efecto, estos óxidos desempeñan un papel crucial al interactuar con lasmembranas de las bacterias y garantizan la eficacia microbicida de las superficies de las aleaciones de cobre. La composiciónquímica del metal base y las condiciones atmosféricas determinan las propiedades cinéticas y la naturaleza de la oxidación



superficial. Las superficies de las aleaciones se manchan mucho menos cuando se encuentran en un ambiente interior quecuando están a la intemperie. Algunas aleaciones de cobre como el cobre-níquel, las aleaciones con silicio y la alpaca presentan cierta resistencia a la aparición de manchas y mantienen el color original.

Así, en las aplicaciones arquitectónicas como las techumbres y otros materiales (cerraduras, perillas, zócalos para puertas, barandas, etc.) se aprovecha la resistencia del cobre y sus aleaciones a la corrosión atmosférica.

Resistencia a la CorrosiónEl cobre y sus aleaciones presentan ventajas en muchas aplicaciones gracias a su estabilidad química inherente. Las tuberías de distribución de agua y los accesorios de plomería, que deben ser resistentes a la corrosión generada por distintos tipos de agua y suelo, son hechas de diversas aleaciones de cobre. Los equipamientos marinos tales como tuberías de agua dulce y salada, intercambiadores térmicos, condensadores, hélices y vástagos de válvulas, entre otros, se benefician de la resistencia de las aleaciones de cobre a la corrosión provocada por el agua salada.

También se utilizan aleaciones de cobre para fabricar los intercambiadores térmicos y condensadores usados en centrales termoeléctricas y procesos químicos, en especial cuando deben ser resistentes a los químicos industriales. El cobre también es el material predilecto para fabricar equipamiento para plantas químicas e industriales donde hay que tener especial cuidado con la exposición a químicos orgánicos e inorgánicos. Para elegir la aleación con el nivel de resistencia adecuado, hay que tomar en cuenta muchos factores. Gracias a su amplia experiencia en terreno, Copper Development Association elaboró una serie de listas que clasifican el comportamiento de distintas aleaciones del cobre en ambientes específicos.

Figura 6.- Colores de Algunas Aleaciones de Cobre

CobreC11000

Bronce ComercialC22000

Latón RojoC23000

LatónC24000

Latón de CartucheríaC26000

Latón AmarilloC27000

Latón Almirantazgo C44300

Bronce FosfóricoC51000

Bronce Fosfórico C52100

Bronce al Aluminio C61400




Aluminio al Silicio C65100

Bronce al Silicio C65100

Bronce al Silicio C65500

Latón al Aluminio,Manganeso y Silicio

C67400

Bronce de Manganeso C67500

Cobre - NíquelC70600

Cobre - NíquelC71500

AlpacaC75200

Alpaca (Monedas)C76500

Bronce al EstañoC90700

Bronce al AluminioC95400



Las aleaciones de cobre más usadas en contextos deexposición atmosférica son C11000, C22000, C23000, C38500 y C75200. Para las techumbres y tapajuntas, seprefiere la aleación C11000. El cobre, el zinc, el plomo y elhierro son los metales más usados en las construccionessubterráneas. Los datos existentes sobre la corrosión de estos metales en distintos tipos de suelo muestran que el cobre es el más resistente en todos los casos. La aplicación que más utiliza tubos de cobre es la distribución de agua fría y caliente en los edificios y casas. Cuando se necesita un material duradero se usa el cobre.

El cobre y las aleaciones de cobre son resistentes al vaporde agua, salvo cuando esta contiene amoníaco (véase Corrosión por estrés, más abajo). Cuando el vapor condensado es corrosivo, se opta por las aleaciones de cobre-níquel. Las aleaciones de cobre, en tanto, son más adecuadas para manipular el agua salada en los barcos y para las centrales maremotrices. El cobre, aunque muy usado, suele ser menos resistente que las aleaciones C44300 (latón almirantazgo), C61300 (bronce al aluminio), C70600 (cobre-níquel 10%) o C71500 (cobre-níquel 30%). Estas aleaciones son insolubles en el agua marina y forman películas que las hacen resistentes a la corrosión por erosión.

Aunque por lo general se pueden combinar aleaciones decobre sin acelerar demasiado la corrosión galvánica, su desempeño puede verse considerablemente mejorado si se vigilan los efectos galvánicos. Para usar acero inoxidable o tubos de titanio en sistemas de aleaciones de cobre, normalmente se requiere una protección catódica para prevenir una rápida corrosión de las aleaciones cupríferas.Las aleaciones de cobre son estables en una amplia gamade ambientes potencialmente corrosivos. A su resistenciainherente a la bioincrustación se suma su utilidad como componente de sistemas de refrigeración con agua marina.

Corrosión por EstrésLa fisuración por corrosión por estrés se produce cuando un componente de una aleación es sometido simultáneamente a los efectos de una tensión continua y una exposición química. La experiencia acumulada con las aleaciones de cobre ha permitido corregir estos factores,por lo que las fallas provocadas por este problema hoy endía son raras. El amoníaco y los compuestos amoníacos sonlas substancias que más se asocian con la vulnerabilidad de las aleaciones a la corrosión por estrés. Estos compuestos pueden estar presentes en la atmósfera, en fórmulas de limpieza o en los químicos usados en el tratamiento de aguas servidas.

No todas las aleaciones de cobre son vulnerables a estos compuestos, y estos problemas pueden prevenirse eligiendo una aleación y un proceso de conformado adecuados. Por ejemplo, los latones que contienen menos de un 15 % de zinc, los cobre-níqueles, los bronces fosfóricos y los cobres por lo general no son vulnerables a la fisuración por corrosión por estrés.



V. Comportamiento Antimicrobiano

Louis Pasteur desarrolló la teoría germinal de las enfermedades en el siglo XIX. Esta plantea que las infecciones son provocadas por microbios que invaden el cuerpo humano. Sin embargo, mucho tiempo antes ya se reconocían las beneficiosas características antimicrobianas del cobre, el latón y el bronce. Los Tratados Hipocráticos, 460 a 380 a.C., con los que contribuyó el padre de la medicina, recomiendan el uso del cobre para las úlceras de la pierna relacionadas con las várices. Plinio el Viejo, 23 a 79 dC, usaba el óxido de cobre con miel para tratar los gusanos intestinales. Los aztecas hacían gárgaras con una mezcla que contenía0 cobre para tratar el dolor de garganta.

En tiempos más recientes, un estudio de 1983 (P. Kuhn) midió la cantidad de bacterias en las perillas de latón y acero inoxidable de las puertas de un hospital. Los resultados confirmaron que la perilla de latón presentaba un crecimiento microbiano casi inexistente, mientras la de acero tenía altos niveles de contaminación. Dos décadas después, estas observaciones dieron paso a estudios en profundidad científicamente controlados con protocolos de prueba especificados por la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) para cuantificar las propiedades antimicrobianas del cobre y sus aleaciones.

* Las pruebas de laboratorio demuestran que, si se limpia con regularidad, Antimicrobial Copper™ elimina más de un 99,9% de las siguientes bacterias en las primeras dos horas de exposición: El Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SAMR), enterococcus faecalis resistente a la Vancomicina (VRE), Staphylococcus aureus, Enterobacter aerogenes, Pseudomonas aeruginosa, y E. coli O157:H7. Las superficies de cobre antimicrobiano complementan pero no sustituyen las prácticas estándar de control de infecciones. Como otros productos antimicrobianos, se ha demos-trado que reducen la contaminación microbiana, pero no necesariamente evitan la contaminación cruzada; los usuarios deben continuar aplicando todas las prácticas vigentes de control de infecciones.

Pruebas de la EPA Pruebas de laboratorios independientes demuestran que las bacterias que originan enfermedades*, como el Staphylococcus aureus (SAMR) resistente a la meticilina, E. coli O157:H7, Enterobacter aerogenes y otras especies son eliminadas al entrar en contacto con superficies de aleaciones de cobre (Figuras 7, 8 y 9). Específicamente, se observó que las colonias bacterianas* ubicadas sobre superficies de cobre (C11000) se reducían en más de un 99,9% dentro de dos horas.

Al usar superficies de aleaciones de cobre (latón, bronce, cobre-níquel) la tasa de eliminación disminuía levemente, pero siempre se observó una reducción superior a un 99,9% dentro de dos horas. Casi no se observó reducción en colonias ubicadas en superficies de acero inoxidable o plástico después de 6 horas. Es importante señalar que estos resultados se detectan a temperaturas ambiente normales en los hospitales: aproximadamente 68°F (20°C).

La EPA analizó estos estudios y concluyó que las aleaciones de cobre no revestidas limpiadas con regularidad eliminan más de un 99,9% de las bacterias que originan enfermedades* dentro de dos horas después del contacto, y que estos materiales resistentes pueden utilizarse para superficies que se manipulan con frecuencia, lo cual ofrece una segunda línea de defensa contra las bacterias*. Dicho uso de cobre antimicrobiano complementa las prácticas rutinarias de control de infecciones.

La EPA registró más de 280 aleaciones de cobre, con un contenido mínimo de cobre de un 60%, como antimicrobianas. En la medida en la que dichos estudios continúen, se espera que la EPA registre otras aleaciones de cobre, que afecten a más organismos y se aprueben para otras aplicaciones. En la actualidad, no están registradas para utilizarse en aplicaciones relacionadas con la manipulación de alimentos o con agua potable.



1.00E+10

1.00E+08

1.00E+06

1.00E+04

1.00E+02

1.00E+000 60 120 180 240 300 360

1.00E+08

1.00E+06

1.00E+04

1.00E+02

1.00E+00

0 60 120 180 240 300 360Minutos

Minutos

1.00E+10

1.00E+08

1.00E+06

1.00E+04

1.00E+02

1.00E+000 30 60 90 120

Recuento de bacterias Cobre Acero Inoxidable(por ml.)



Minutos

Ensayos ClínicosExisten o se han realizado ensayos clínicos en importanteshospitales de Estados Unidos, Chile, Alemania, el Reino Unido y Japón. Se han catalogado las super-ficies de contacto más importantes en los entornos normales de atención de pacientes, y se han fabricado e instalado prototipos de equipo hospitalario de alea-ciones de cobre antimicrobiano. Entre estas superficies se incluyen portasueros, barandas de cama, mesas para comer, herraje para puertas, mobiliario de las habita-ciones, equipo médico, mobiliario para baños y otros elementos que se encuentren cerca del paciente. Se toman muestras de los equipos “cobrizados” instalados en las habitaciones de hospital para detectar contaminación microbiana y se comparan con sus equivalentes sin cobre en habitaciones de control. En estos ensayos se investiga el efecto de las superficies de cobre en la contaminación, y finalmente las tasas de infección. Los datos sugieren que las superficies de cobre instaladas presentan un alto nivel de reducción de la contaminación microbiana.

EstipulacionesPara mantener la propiedad antimicrobiana inherente delcobre, los productos no deben ser pintados, lacados,barnizados, encerados ni revestidos de manera alguna. Talcomo en el caso de los desinfectantes líquidos y gaseosos,se ha demostrado que las aleaciones de cobre antimicrobiano reducen la contaminación microbiana* pero no necesariamente evitan la contaminación cruzada.

Los fabricantes y proveedores registrados por la EPA pueden usar Antimicrobial Copper™ y la marca Cu+ paraindicar que sus productos son elaborados con aleacionesantimicrobianas registradas en la EPA.

** El acero inoxidable fue utiñizado como material de control (según las exigencias de la EPA de Estados Unidos) en todas las pruebas de eficacia para el registro del cobre y las aleaciones de cobre.

Figura 7.- Viabilidad del SAMR en Aleaciones de Cobre y Acero Inoxidablr a 68°F (20°C)**

Figura 8.- Viabilidad de E. Coli O157:H7 en superficies de Cobre y de Acero Inoxidable**

Figura 9.- Viabilidad del Enterobacter Aerogenes en superficies de Cobre y Acero Inoxidable**



VI. Trabajo con Aleaciones de Cobre

Formatos ComercialesEl cobre y las aleaciones de cobre se encuentran disponibles en el comercio en calidad de productos forjados y fundidos, como alambres y cables, planchas, láminas, placas, vástagos, barras, tuberías, piezas forjadas, extrusiones, piezas fundidas y formas de pulvimetalurgia. Ciertos productos de laminación, principalmente alambres, cables y la mayoría de los productos tubulares, son utilizados por los clientes sin mayor trabajo de metalurgia. Por otro lado, la mayoría de los productos laminados planos, vástagos, barras, alambres mecánicos, piezas forjadas y fundidas pasan por múltiples operaciones de metalurgia, maquinado, acabado y/o montaje antes de convertirse en productos terminados.

En cada clase de aleación de cobre, ciertas composiciones para productos forjados tienen contrapartes fundidas. Como se menciona en la introducción, esto permite que los diseñadores seleccionen las aleaciones antes de escoger un proceso de fabricación. La mayoría de las aleaciones forjadas, ya sean planchas, láminas, barras o alambres se encuentran disponibles endiversas condiciones trabajadas en frío, y su resistencia y conformabilidad dependen de la cantidad de trabajo en frío duranteel procesamiento, además de la composición de las aleaciones. Entre las aplicaciones para los productos trabajados en frío están los resortes, sujetadores, herraje, engranajes pequeños, levas, contactos y componentes eléctricos. Ciertas piezas,principalmente accesorios y válvulas de plomería, se producen por medio del forjado en caliente, ya que no existe otroproceso de fabricación económicamente viable que pueda producir las formas y propiedades requeridas.

Ya que el cobre es uno de los metales más sustentables y reciclables, es común que algunas operaciones comerciales usen un 100% de chatarra. Las laminaciones comerciales completamente integradas funden chatarra mezclada con los elementos adecuados para crear la química requerida. Luego se aplican las etapas tradicionales de la fundición, trabajo en caliente, recocido y trabajo en frío de metal para crear un producto forjado.

Los productos de cobre y aleados presentan variadas formas. Los productos planos, como placas, planchas y láminas suelen ser laminados en caliente. Las superficies son laminadas para eliminar cualquier defecto, y luego son laminadas en frío con interrecocido al producto final. Los productos de tubos y vástagos generalmente son extruidos en caliente y luego estirados en frío. Los productos de alambre generalmente se elaboran de manera continua, y se emplean etapas de trabajo en caliente y en frío para crear el producto laminado final. La misma versatilidad del laminado de aleaciones de cobre está disponible para los fabricantes de productos finales como herraje, resortes, acuñado y otros.

Procesos de Conformado en CalienteLa conformación en caliente, etapa estándar de la fabricación de aleaciones, divide la microestructura de solidificacióndendrítica presente en todas las piezas fundidas. Algunas aleaciones, como los latones, bronces y alpacas con alto contenido de zinc por lo general existen en condiciones de dos fases α+β. Su capacidad para ser trabajadas en frío es limitada, y por



lo general se suministran con un templado extruido y/o levemente estirado a su forma final. Luego la fabricación de componentes emplea forjado en caliente y/o maquinado.

ExtrusiónLos tubos y cañerías de cobre y aleaciones de cobre se utilizan frecuentemente para el transporte de agua potable en edificios y viviendas. También se usan en la industria del petróleo, química y de transformación, y pueden transportar diversos tipos de fluidos, desde agua de mar hasta una amplia variedad de químicos. En el sector automotriz e industrial, diversos tubos y accesorios maquinables de aleación de cobre transportan fluidos hidráulicos y refrigerantes.

Estos accesorios tubulares y maquinados generalmente seoriginan a partir de la extrusión. En esta etapa de la producción se calienta una palanquilla fundida por sobre la temperatura de recristalización de la aleación y se fuerza el material a través de un troquel perfilado. En la fabricación de tubos se emplea un mandril para definir y controlar el grosor de la pared. El cobre y las aleaciones de fase α luego se estiran para ser acabadas en bancos o bloques de estiraje; el diámetro del tubo y el grosor dela pared se reducen en cada etapa.

Algunos productos extruidos de vástagos y barras dealeaciones de cobre presentan la estructura dual de las fases α+β, que muestra la misma solubilidad de cualquier adición deliberada de plomo, lo cual por su parte mejora la maniobrabilidad en caliente pero limita la ductilidad en frío. La legislación reciente exige niveles reducidos de plomo o adiciones alternativas, como bismuto o selenio, o silicio. Se busca un equilibrio entre la maniobrabilidad, los costos de las aleaciones y los procesos y la aceptación

logística de la industria de los accesorios maquinados.

ForjadoEl forjado de aleaciones de cobre ofrece una serie de ventajas, como alta resistencia, menores variaciones y un costo global moderado. El forjado de latón suele usarse en válvulas, accesorios, componentes de refrigeración y productos de manipulación de gas y líquidos. Los productos industriales y decorativos de herraje también emplean forjado. La mayoría del forjado de aleaciones de cobre se conforman en caliente en troqueles cerrados.

Entre las aleaciones de forjado comunes están las de alto cobre, C10200, C10400 y C11000, que presentan una excelente ductilidad, o las aleaciones de alta resistencia, todas las cuales presentan la estructura de fase α+β dúctil a alta temperatura, así como los Latones, aleaciones,C3770, C485.

Procesos de Conformado en FríoNo existe una propiedad del material única que defina por completo la conformabilidad. Tanto la resistencia, el endurecimiento por medios mecánicos como la ductilidad juegan un papel. Las aleaciones de cobre usan adiciones que mejoran el endurecimiento por deformación en frío y otorgan resistencia. El control del tamaño del grano por medio del recocido o el uso de una segunda fase finamente dispersada ayuda a maximizar las combinaciones de resistencia y ductilidad y asegura un buen acabado de la superficie. En comparación con otros materiales, la conformabilidad de las aleaciones de cobre se encuentra en un término medio entre el aluminio y el acero inoxidable, con un rango de niveles de endurecimiento por medios mecánicos disponible.



El análisis del límite de conformación proporciona un medio científico para evaluar la conformabilidad de las planchas de metal en diversas condiciones. El estado de deformación desarrollado durante la formación puede expresarse en comparación con la deformación mayor y menor. Se puede utilizar una curva de límite de conformación y una curva de límite de altura del domo para mostrar los límites de deformación biaxial por sobre los cuales se producen fallas. Estas curvas muestran la conformabilidad relativa entre los materiales e identifican los problemas operacionales que pueden producirse por los cambios en el utillaje, la lubricación o los lotes de materiales. La consideración del límite de estirabilidad con la defomación plástica (r) para diversos metales demuestra que las aleaciones de cobre ofrecen mejores combinaciones de resistencia y conformabilidad que la mayoría de los demás sistemas.

La obturación, perforación y otras operaciones de corte relacionadas suelen utilizarse para generar piezas cuya forma final se logra por medio del plegado, estirado, acuñado e hilado.

Las operaciones de corte pueden realizarse en la mismaestampa empleada para dar forma a la geometría final. Lacalidad de un borde obturado está determinada por el margen del troquel y las características de los materiales.

Las piezas sin rebabas ni deformaciones pueden cortarse a partir de una lámina recocida de aleación de cobre, hasta un 5% del grosor de la lámina.

En el estirado y la conformación por estiraje se formauna probeta dentro de una cavidad del troquel. Se aplica un anillo de fijación, botones de estiraje u otras fijaciones para evitar los pliegues y roturas. Las piezas con estirado profundo poseen una profundidad superior al ancho mínimo de la pieza.

Puede emplearse un solo estirado o etapas múltiples. Unapieza con estirado poco profundo puede conformarse por estirado con la aplicación de una fijación en la periferia de la probeta. Las aleaciones de cobre, como latones y bronces (por ejemplo, C26000 y C52100) con un alto valor r de deformación plástica (la proporción de la deformación natural en comparación con la del grosor) son las más adecuadas para una sola operación de estirado. Otras aleaciones con niveles bajos de endurecimiento por medios mecánicos, como C11000, se conforman con facilidad en múltiples etapas de estirado. El tamaño del grano es el parámetro básico que influye en la estirabilidad de las aleaciones de fase α única. En general, la conformabilidad aumenta y la resistencia disminuye cuando el tamaño



del grano es mayor. Sin embargo, cuando el tamaño es demasiado grande afecta la calidad de la superficie, lo cual debe evitarse.

Muchos conectores eléctricos, terminales y componentesde resortes se fabrican por medio de operaciones simples de plegado. El plegado consiste en una probeta obturada que es envuelta, soldada o conformada sobre un troquel. Laconformabilidad del plegado suele expresarse como unaproporción mínima de plegado en términos del grosor de lalámina, y es la menor proporción en la que la lámina puedeplegarse sin agrietarse. La ductilidad está definida por lacapacidad del material de absorber y distribuir la formación en una región altamente localizada; la deformación de estrechamiento es la principal propiedad del material que determina la conformabilidad del plegado.

Al aumentar la resistencia de la aleación, la capacidad para distribuir la deformación suele disminuir, pero esto depende de la aleación. No puede utilizarse la elongación a la tracción para predecir la conformabilidad del plegado. La conformabilidad del plegado de la lámina normalmente depende de la dirección del plegado respecto a la dirección de la laminación.

También varía según la aleación. El rendimiento del plegado de cualquier aleación mejora si la proporción de ancho a grosor de la probeta se reduce.

Las operaciones de acuñado comprimen una probeta demetal entre dos troqueles para rellenar cualquier depresión en las superficies del troquel. La acuñación de moneda es la más común de estas operaciones. También suelen acuñarse las superficies de los conectores eléctricos.

El hilado es un método para conformar planchas y tubos

de aleación de cobre como cilindros, conos, semiesferas yotras formas de metal. Se conforman por medio del hiladoinstrumentos musicales, componentes de alumbrado,jarrones, tambores y artículos decorativos.

Al conformar piezas de aleación de cobre de formas complejas, los diseñadores han aprendido a considerar el retorno1 de resorte y las distribuciones de deformación graduales.

El retorno de resorte es la recuperación elástica que se produce cuando una pieza conformada plásticamente es liberada del herramental, lo cual provoca que la pieza final tenga una forma diferente a la de la estampa. La sobreflexión, el enderezado rectificador y el uso de troqueles especiales pueden contrarrestar el retorno de resorte.



VII. Unión

Soldadura Blanda y Soldadura FuerteDurante muchos años, los dos métodos más comunes para unir componentes de cobre han sido la soldadura blanda y la soldadura fuerte. El método más común para unir tubos de cobre cuenta con el uso de un accesorio tipo receptáculo de cobre o aleación de cobre en el que se introducen las secciones de tubo. Esta unión capilar o de solape creada por el extremo del accesorio y el tubo luego se sella con metal de relleno fundido dentro del espacio capilar. El metal de relleno, una aleación que tiene un punto de fusión más bajo que el del tubo o el accesorio, se adhiere a estas superficies.

La soldadura blanda y la soldadura fuerte son métodos rápidos y eficientes de unión. La diferencia entre estos dos procesos, según la Sociedad Americana de Soldadura (American Welding Society, o AWS) se basa en el punto de fusión del material de relleno, si el mismo se funde a menos de 842ºF es proceso es soldadura blanda, si se funde a una temperatura superior es soldadura fuerte. La norma de instalación (ASTM B 828) detalla los procedimientos para la preparación y desarenado de la unión y la aplicación adecuada del calor y el metal de relleno, todo lo cual se explica en detalle en el manual CDA Copper Tube Handbook. Se puede emplear una serie de sopletes y gases o herramientas de resistencia eléctrica estándar. Puede consultarse también el manual CDA Welding Copper and Copper Alloys Handbook.

En la mayoría de los casos los metales de relleno de soldadura son aleaciones de estaño. Su bajo punto de fusión y afinidad con el cobre asegura la adhesión con los componentes de aleación de cobre. Antes de 1986, el metal de relleno de soldadura más común consistía en un 50% de estaño (Sn) y un 50% de plomo (Pb). La Ley de Agua Potable Segura (Safe Drinking Water Act) prohibió el uso de soldaduras con contenido de plomo en los sistemas de agua potable. Comúnmente se utiliza una serie de aleaciones nuevas, más resistentes y sin plomo en todas las aplicaciones de soldadura. Existen aleaciones de estaño con diversas combinaciones de níquel, bismuto, antimonio, plata e incluso cobre.

Las uniones de soldadura fuerte usan metales de relleno a base de cobre o plata para otorgar mayor resistencia y resistencia a la fatiga que las soldaduras a base de estaño. Existen dos grupos de metales de relleno para la soldadura fuerte que se utilizan con frecuencia. Uno es el BCuP (2,3,4,5), principalmente un grupo de aleaciones para soldadura fuerte de cobre y fósforo que puede contener entre un 0% y un 15,5% de plata, con un intervalo de temperatura de fusión de 1400–1700°F (760–927°C). El otro es el BAg (1,2,5,7), aleaciones con un contenido de plata de entre un 34% y un 57% y un intervalo de temperatura de fusión de 1145–1610°F (619–877°C).

La profundidad de solape o del receptáculo en un accesorio tipo unión de solape o capilar es una dimensión importante. En condiciones ideales, el metal de relleno debe fundirse dentro del espacio capilar de modo que fluya y llene completamente el espacio. Aunque es conveniente una penetración y relleno del 100% del espacio capilar, un relleno de soldadura de un 70% (o que las cavidades no superen el 30%) se considera satisfactorio para obtener soldaduras que puedan absorber las presiones máximas recomendadas para los sistemas de tubos o accesorios soldados de cobre.

En una unión de soldadura fuerte, no es necesario rellenar completamente este espacio en la longitud total para lograr la resistencia necesaria. Según la AWS, se sugiere que el metal de relleno penetre el espacio capilar en una proporción de al menos tres veces el grosor del componente más delgado de la unión, que generalmente es el tubo. Lo anterior se conoce en la industria como la norma



AWS 3-T. Además, una unión de soldadura fuerte debe fabricarse de modo que se produzca un filete o “tapón” de metal de relleno adecuado entre el tubo y el accesorio en la cara de este último. Este filete o tapón permite que las tensiones que se produzcan dentro de la soldadura (por expansión térmica, presión u otras reacciones cíclicas, como la vibración o la fatiga térmica) se distribuyan a lo largo de la cara del filete.

Al elegir entre uniones de soldadura blanda o fuerte,debe considerarse la resistencia total de la unión o el montaje (tubo, accesorio y soldadura) después de realizarse la unión. Lo anterior es importante porque el proceso de elaboración de una unión de soldadura fuerte provoca que los metales base se recosan o ablanden, lo cual reduce la resistencia total del montaje. El nivel total de recocido que se produce, y por consiguiente la resistencia que se pierde, está determinada por la temperatura y el tiempo que el material permanece a la temperatura de soldadura fuerte. Aunque las uniones de soldadura fuerte son más resistentes y en general más resistentes a la fatiga (vibración, movimiento térmico, etc.), las presiones de régimen de trabajo del sistema deben adecuarse a los límites tolerables del tubo recocido.

Unión sin LlamaDurante mucho tiempo, la soldadura blanda y la soldadura fuerte han sido el estándar de la industria para unir tubos yaccesorios de cobre, pero las recientes innovaciones de los métodos de conexión sin soldadura o “sin llama” prometencambiar la manera de diseñar y construir sistemas de plomería de cobre. Los sistemas sin llama no requieren calor, soldadura o fundente. Los sistemas de conexión mediante empuje o presión sin soldadura pueden utilizarse para la mayoría de las aplicaciones de plomería, como los sistemas de distribución de agua fría y caliente, calefacción y refrigeración, aire comprimido, gases inertes y gas combustible.

Además, los sistemas sin soldadura están aprobados en la mayoría de los códigos de construcción locales, estatales ynacionales. En los sistemas de conexión mediante presión sin soldadura, los accesorios con juntas tóricas integrales se ubican sobre un tubo de cobre, y se utiliza una herramienta especial para fijarlas permanentemente. Los sistemas de conexión mediante empuje no requieren herramientas especiales para realizar las conexiones, y en algunos casos pueden retirarse y reinstalarse fácilmente sin dañar la conexión. Sencilla-mente se introduce el tubo de cobre en el accesorio hasta que se acople con un anillo de retención que lo sujeta firmemente.

Las juntas elastoméricas en cada extremo de los accesorios comprimen aún más el accesorio contra el tubo. La presióndel agua (o el aire) en la línea ayuda a fortalecer el sellado.Los accesorios cuentan con topes o manguitos y arandelas que ayudan al posicionamiento y alineamiento de las tuberías.

CuproBraze®La tecnología CuproBraze fue desarrollada para los adiadores de vehículos y otros intercambiadores de calor. Ilustra la flexibilidad de las aleaciones de cobre y la versatilidad disponible para superar nuevos desafíos. La soldadura fuerte le otorga a los radiadores de cobre y latón una resistencia superior a la del aluminio, e incluso a la de los diseños soldados de cobre y latón.

La tecnología permite emplear material más delgado paralas aletas y tubos; las aletas de cobre son de 0,002 pulgadas(0.051mm) de grosor o menos; los tubos de latón cobre soldados son de 0,005 pulgadas (0,127mm) de grosor, en comparación con la mayoría de las aletas y tubos de aluminio, de 0,005 pulgadas (0,127mm) y 0,016 pulgadas (0,406mm), respectivamente. El metal de cobre y latón más delgado reduce en un 30% o más la presión en el lado aire, en comparación con los radiadores de aluminio. Esto aumenta la eficiencia de



los radiadores, reduce los costos en módulos de refrigeración, disminuye las pérdidas parásitas en motores y mejora la economía de combustible.

La soldadura fuerte de radiadores de cobre y latón usa unaaleación no tóxica con baja temperatura de fusión, con un 75% de cobre, 5% de níquel, 15% de estaño y 5% de fósforo, que funciona bien en un horno de soldadura fuerte de vacío relleno con nitrógeno, o en un horno CAB (horno calentado por medio de electricidad con una atmósfera de nitrógeno). Una temperatura normal para la soldadura fuerte es de 1148–1175ºF (620–635°C).

Las uniones de soldadura fuerte de cobre y latón son mucho

más resistentes que el metal de soldadura y no sufren corrosión galvánica. Los materiales de colectores, aletas y tubos resistentes al recocido, desarrollados por medio de este proceso, aseguran la resistencia de los núcleos de los radia-dores. Para elaborar radiadores de soldadura fuerte de cobre y latón casi no se necesitan cambios en la laminación de las aletas, la soldadura autógena de los tubos o el estirado de las placas de los colectores. Los extremos de los tubos son reformados en línea como parte del montaje del núcleo.

Estos avances tecnológicos e innovaciones en el diseñopermiten producir radiadores entre un 35% y un 40% máslivianos, en comparación con los radiadores tradicionales decobre y latón no optimizados, y por consiguiente los costos en materiales son menores. Son más livianos porque se fabrican con mucho menos material en sus aletas y tubos que los modelos más antiguos, y porque la densa soldadura a base de plomo usada tradicionalmente para los radiadores de cobre y latón es reemplazada por una cantidad muy pequeña de aleación de soldadura fuerte ligera. Este sistema es autofundente. No se utiliza plomo ni algún otro material que implique un riesgo ambiental en el material de soldadura fuerte, y no es necesario lavar después del proceso.

Soldadura AutógenaLa soldadura autógena puede utilizarse exitosamente conlas aleaciones de cobre. Sin embargo, debe prestarse atención al recocido del área de la unión y la expansión localizada durante el proceso. Los tubos soldados de cobre-níquel se utilizan frecuentemente en condensadores, y los de latón en mobiliario y accesorios decorativos. Los bronces al silicio también son fáciles de soldar.

La soldadura autógena usa alta temperatura o presión para fundir los metales base, frecuentemente con un metal de relleno adicional. Las secciones delgadas y las planchas de metal por lo general no se sueldan. La soldadura por puntos es

Figura 10.- Diseño Convencional de la Aleta del Radiador Vs. Diseño de Núcleo Compacto Utilizando Tecnología CuproBraze®

DISEÑO CONVENCIONAL DE ALETA

DISEÑO NÚCLEO COMPACTO



una opción que puede utilizarse para unir planchas delgadas de cobre a sí mismas y a otros metales. Este método de unión debe revisarse completamente antes de la aplicación; puede consultarse el manual CDA Welding Copper and Copper Alloys Handbook.

La propiedad biocida y la naturaleza no corrosiva delcobre lo convierten en una opción beneficiosa para las aplicaciones marinas, y la soldadura autógena es un proceso adecuado en este entorno. El 1984, se soldó un revestimiento de cobre-níquel directamente en los soportes de acero de plataformas marinas de producción y alojamiento, tres plataformas de perforación y un quemador de Morecambe Field, importante yacimiento de gas del Mar de Irlanda. El revestimiento tenía una envergadura vertical de +42.6 pies a -6.7 pies (+13 m a -2 m), Mínima Marea Astronómica. Esta aplicación ha tenido un buen funcionamiento; la contaminación biológica del revestimiento se redujo a aproximadamente un 30% en comparación con el acero adyacente a pesar de la protección catódica que recibió. La contaminación biológica que se ha producido en el revestimiento no está fuertemente adherida, y puede retirarse con facilidad rascando.

10 años de pruebas en LaQue Corrosion Services, Wrightsville Beach, Carolina del Norte, han demostrado que aunque se produce contaminación biológica cuando se aplica protección catódica, se conserva cierto nivel de resistencia a tal contaminación, lo cual respalda las conclusiones del caso de Morecambe Field. La bioincrustación (biofouling) acumulada en un apilamiento de acero es más del doble de la que se encuentra en el acero revestido con cobre-níquel 90-10 soldada directamente, con o sin protección catódica, y más de 20 veces mayor a la contaminación adherida al revestimiento aislado de cobre-níquel.

Unión MetalúrgicaDesde 1965, las monedas estadounidenses de mayor denominación han sido acuñadas por medio de la unión metalúrgica (recubrimiento) de las capas exteriores de cobre-níquel a un núcleo de cobre. Más recientemente se desarrolló una nueva aleación de recubrimiento con cobre, zinc, manganeso y níquel para la moneda de un dólar (88,5% de cobre en total). Es similar a los productos más antiguos en todos los aspectos salvo el color, el cual es dorado y varía entre el oro de 14 y de 22 quilates. Estas monedas compuestas unidas por laminación son difíciles de falsificar. El recubrimiento con este método permite crear diseños flexibles, y la alea-ción de cobre se aplica en áreas seleccionadas.

Sujetadores MecánicosLos sujetadores mecánicos, como los tornillos, pernos y remaches consisten en la técnica más simple y común de unión. Por lo general no requieren máquinas especializadas para su instalación, y la mayoría puede retirarse para desmontar. La Tabla 9 contiene una lista de los sujetadores correspondientes a cada aleación de plancha o placa, simplificando la combinación por colores y reduciendo el riesgo de incompatibilidad de materiales.



Unión AdhesivaTambién pueden utilizarse adhesivos en ciertas plicaciones. El proceso de laminar una plancha sobre un substrato depende del adhesivo disponible. Las planchas de aleación de cobre relativamente delgadas pueden unirse con sustratos de otros materiales (como acero, aluminio, madera, espuma y plásticos). La integridad del enlace depende de la preparación se la superficie, la selección del adhesivo, el procedimiento de unión y el diseño de la unión. Los bordes y las uniones son las áreas más vulnerables, ya que son las más propensas a entrar en contacto con la humedad. Los paneles laminados deben utilizar un adhesivo termoendurecible o uno termoplástico de alta calidad.

Rojo Cobrizo

Rojo Cobrizo

DoradoBronceado

DoradoTostado

AmarilloDorado

Dorado Parduzco

ClaroCafé

Lavanda

Rosado

BlancoGrisáseo

C11000C12500Cobre

C12200Cobre

C22000Bronce

Comercial, 90%C23000

Latón Rojo,95%

C26000Latón para

Cartuchería, 70%C28000

Metal Muntz

C65500Bronce Alto en

SilicioC70600

Cobre-Níquel

C74500C75200Alpaca

C11000C12500

Formas SimplesC11000C12500

Formas SimplesC31400

Bronce Emplo-mado Comercial

C38500Bronce

ArquitectónicoC26000FormasSimplesC38500Bronce

ArquitectónicoC65500FormasSimples

C70600

C79600Alpaca con

Plomo

Cobre(99.9% Min.)

Cobre(99.9% Min.)

C83400

C83600

C85200C85300

C85500C85700

C87500

C96200

C97300

C65100Bronce bajo

en SilicioC65100

Bronce bajoen SilicioC65100

Bronce bajoen SilicioC28000C65100

Bronce bajo en Silicio

C26000 / C36000C46400 / C46500

C28000C65100

Bronce bajo en Silicio

C65100C65500

C70600

C74500

C12200

C12200

C22000

C23000

C26000

C23000

C65100C65500

C70600

C74500C75200

C11000C12500

C11000C12500

C22000

C23000

C26000

C28000

C65100C65500

C70600

C74500C75200

C18900Cobre

C18900Cobre

C65500

C65500

C68100Bronce a Baja

EmisiónC68100

Bronce a Baja Emisión

C65500

C70600

C77300

ColorVarias

Aleaciones de Lámina & Placa

Extrusiones Fundiciones SujetadoresTubo

& DuctosVarilla

& AlambreMetales De

Relleno

Tabla 9.- Gráfico con las Combinaciones por Color con Diversos Dispositivos Compatibles de Aleaciones de Cobre



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Referencias


FSC: “Forest Stewardship Council” Organización que tienepor objetivo promover el buen uso de los recursos forestales,mediante prácticas de responsabilidad con el ambiente,socialmente aceptables, económicamente viables, avaladas porprocesos creíbles de certi cación.

SFI: “Sustainable Forestry Iniative” Organización internacionalindependiente, no lucrativa, que tiene un programa decerti cación basado en el manejo sustentable de losbosques, la protección de la biodiversidad, calidad del aguay el hábitat de la vida silvestre.

RA: “Rainforest Alliance” Trabaja para conservar labiodiversidad y asegurar medios de vida sostenibles mediantela transformación de las prácticas de uso del suelo, lasprácticas empresariales y el comportamiento del consumidor.

PAPEL RECICLADO: El uso de contenido reciclado para fabricarnuevo papel, disminuye la utilización de madera y representauna reducción en la cantidad de desechos sólidos. Todos lospapeles existentes se consideran productos reciclables.

GREEN SEAL: Certi cación que indica que el productocontiene un mínimo del 30% de bra post-consumidor y esmanufacturado con una cantidad reducida de energía.

PCF: “Processed Chlorine Free” Productos manufacturadosmediante un proceso libre de cloro.

GREEN E CERTIFIED: Certi cado otorgado a los productos queen su proceso utilizan energía renovable, como la eólica, lasolar y otras energías de bajo impacto con el ambiente.

ECF: Productos que durante el proceso de fabricación nofueron blanqueados con cloro.

CARBÓN NEUTRAL: Neenah Papers como miembro de la CCX(Chicago Climate Exchange), promueve la reducción de uso decarbón y la emisión de gases de efecto invernadero.

International Copper Association MexicoContribuye a desarrollar una cultura de crecimiento sustentable,fomentando la conciencia ecológica y el compromiso con el medioambiente.

International CopperAssociation MexicoPaseo de Francia 159 Piso 1Lomas Verdes 3a SecciónNaucalpan de Juárez, Estado de México53125, México

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La ventaja del cobre