Los tubos de cobre están disponibles en dos tipos básicos: tubos de plomería y tubos de aire acondicionado/refrigeración (ACR), y en temple estirado (duro) y recocido (blando). Debido a su alto nivel de resistencia a la corrosión , se utiliza para sistemas de distribución de agua, líneas de transferencia de combustible de petróleo, sistemas de gases médicos no inflamables y como línea de refrigerante en sistemas de HVAC . [1] Los tubos de cobre se unen mediante conexión abocardada, conexión de compresión, conexión prensada o soldadura. [2]
Los tubos de cobre blando (o dúctil) se pueden doblar fácilmente para sortear obstáculos en su trayectoria. Si bien el endurecimiento por trabajo del proceso de estirado utilizado para dimensionar los tubos hace que el cobre sea duro o rígido, se lo recoce cuidadosamente para que se ablande nuevamente; por lo tanto, es más costoso de producir que los tubos de cobre rígidos no recocidos. Se pueden unir mediante cualquiera de los tres métodos utilizados para el cobre rígido y es el único tipo de tubo de cobre adecuado para conexiones abocardadas. El cobre blando es la opción más popular para las líneas de refrigerante en los acondicionadores de aire y bombas de calor de sistema dividido .
El cobre rígido es una opción popular para las líneas de agua. Los tubos de cobre rígidos o "duros" generalmente se denominan "tuberías". Las "tuberías" de cobre se denominan por el tamaño nominal de la tubería o el diámetro interior. Se unen mediante una conexión soldada/soldada, ranurada por laminación, por compresión o prensada/engarzada. El cobre rígido, rígido debido al endurecimiento por trabajo del proceso de estirado, no se puede doblar y se deben usar accesorios de codo para rodear esquinas o obstáculos. Si se calienta y se deja enfriar en un proceso llamado recocido , el cobre rígido se ablandará y se puede doblar/dar forma sin agrietarse.
Los accesorios de soldadura son suaves y se deslizan fácilmente sobre el extremo de una sección de tubería. Luego, la unión se calienta con un soplete y la soldadura se funde en la conexión. Cuando la soldadura se enfría, forma una unión muy fuerte que puede durar décadas. El cobre rígido conectado con soldadura es la opción más popular para las líneas de suministro de agua en los edificios modernos. En situaciones en las que se deben realizar muchas conexiones a la vez (como la plomería de un edificio nuevo), la soldadura ofrece una unión mucho más rápida y mucho menos costosa que los accesorios de compresión o abocardados. El término " exudación" a veces se usa para describir el proceso de soldadura de tuberías. El material de relleno utilizado para las uniones tiene un punto de fusión que está por debajo de los 800 °F (427 °C).
La soldadura fuerte es un proceso de unión de metales en el cual dos o más elementos metálicos se unen fundiendo y haciendo fluir un metal de relleno en la unión; el metal de relleno tiene un punto de fusión más bajo que el metal adyacente.
La soldadura fuerte se diferencia de la soldadura con arco en que no implica la fusión de las piezas de trabajo y de la soldadura blanda en que se utilizan temperaturas más altas para un proceso similar, aunque también requiere piezas mucho más ajustadas que cuando se suelda. El metal de relleno fluye hacia el espacio entre las piezas ajustadas por acción capilar . El metal de relleno se lleva ligeramente por encima de su temperatura de fusión ( liquidus ) mientras se protege con una atmósfera adecuada, generalmente un fundente . Luego fluye sobre el metal base (en un proceso conocido como humectación ) y luego se enfría para unir las piezas de trabajo. [3] Una de las principales ventajas de la soldadura fuerte es la capacidad de unir el mismo metal o diferentes metales con una resistencia considerable. El material de relleno utilizado para las uniones tiene un punto de fusión que está por encima de los 800 °F (427 °C).
Los accesorios de compresión utilizan un anillo de metal blando o termoplástico (el anillo de compresión, "oliva" o "férula"), que se coloca sobre la tubería y dentro del accesorio mediante una tuerca de compresión. El metal blando se adapta a la superficie de la tubería y el accesorio y crea un sello. Las conexiones de compresión no suelen tener la larga vida útil que ofrecen las conexiones soldadas, pero son ventajosas en muchos casos porque son fáciles de hacer con herramientas básicas. Una desventaja de las conexiones de compresión es que tardan más en hacerse que las soldadas y, a veces, requieren volver a apretarlas con el tiempo para detener las fugas.
Las conexiones abocardadas requieren que el extremo de una sección de tubería se extienda hacia afuera en forma de campana utilizando una herramienta abocardadora . Solo se puede abocardar cobre blando. Luego, una tuerca abocardada comprime este extremo en forma de campana sobre un conector macho. Las conexiones abocardadas son un método que requiere mucha mano de obra, pero son bastante confiables a lo largo de muchos años.
Las conexiones engarzadas, también llamadas accesorios prensados, son accesorios de cobre especiales que se fijan permanentemente a tubos de cobre rígidos con una prensa manual o eléctrica. Los accesorios, fabricados con sellador ya en su interior, se deslizan sobre el tubo que se va a conectar. Se utilizan miles de libras-fuerza por pulgada cuadrada de presión para deformar el accesorio y comprimir el sellador contra el tubo de cobre interior, creando un sello hermético. Las ventajas de este método son que debería durar tanto como el tubo, lleva menos tiempo completarlo que otros métodos, es más limpio tanto en apariencia como en los materiales utilizados para hacer la conexión, y no se utiliza llama abierta durante el proceso de conexión. Las desventajas son que los accesorios utilizados son más difíciles de encontrar y cuestan significativamente más que los accesorios de tipo soldado.
Los accesorios de tipo push-to-connect, también conocidos como push-to-lock o simplemente push, se colocan simplemente a presión en el extremo de un tubo y se mantienen en su lugar mediante dientes en el interior del accesorio. No se necesitan llaves ni otras herramientas especiales para instalarlos, salvo herramientas para cortar y desbarbar el tubo. A diferencia de los accesorios soldados, se pueden instalar en tubos que estén húmedos en el momento de la instalación.
Los espesores de pared comunes de los tubos de cobre en los EE. UU., Canadá y la India son "Tipo K", "Tipo L", "Tipo M" y "Tipo DWV": [5] [6]
Los tipos K y L generalmente están disponibles tanto en secciones rectas estiradas en duro como en rollos de tubos recocidos blandos, mientras que los tipos M y DWV generalmente solo están disponibles en secciones rectas estiradas en duro.
Nota: Los reparadores caseros novatos suelen identificar erróneamente los tipos "L" y "M" como destinados a aplicaciones "calientes" o "frías" por su impresión en rojo y azul. Esta es una suposición incorrecta. La impresión solo hace referencia al espesor del calibre de la tubería, lo que puede afectar la elección de la aplicación y abordar problemas de calidad/durabilidad del producto seleccionado.
En la industria de plomería de América del Norte, el tamaño de los tubos de cobre se designa por su diámetro nominal, que es 1 ⁄ 8 de pulgada menos que el diámetro exterior. El diámetro interior varía según el espesor de la pared de la tubería, que difiere según el tamaño, el material y el grado de la tubería: el diámetro interior es igual al diámetro exterior, menos el doble del espesor de la pared.
La industria de refrigeración de América del Norte utiliza tuberías de cobre denominadas ACR (servicios de campo para aire acondicionado y refrigeración), cuyo tamaño se mide directamente por su diámetro exterior (OD) y una letra mecanografiada que indica el espesor de la pared. Por lo tanto, se utilizan tubos de cobre tipo L de una pulgada nominal y 1 pulgada+Los tubos ACR tipo D de 1 ⁄ 8 de pulgada tienen exactamente el mismo tamaño, con diferentes designaciones de tamaño. Los tubos ACR se fabrican sin procesar aceites que serían incompatibles con los aceites utilizados para lubricar los compresores del sistema de aire acondicionado.
A excepción de esta diferencia entre las tuberías ACR (tipos A y D) y las tuberías de plomería (tipos K, L, M y DWV), el tipo solo indica el espesor de la pared y no afecta el diámetro exterior del tubo. Las tuberías ACR tipo K de 1 ⁄ 2 pulgada, tipo L de 1 ⁄ 2 pulgada y tipo D de 5 ⁄ 8 pulgadas tienen el mismo diámetro exterior de 5 ⁄ 8 pulgadas.
Tanto en los EE. UU. como en Canadá, las tuberías y accesorios de cobre se venden solo en unidades imperiales, ya que los tamaños métricos no se fabrican para su uso en América del Norte. [6] Muchos comerciantes canadienses brindan tamaños métricos aproximados para productos de construcción, pero en el caso de las tuberías y accesorios de cobre, estas aproximaciones no son intercambiables con los componentes métricos.
Los espesores de pared comunes en Europa son “Tipo X”, “Tipo Y” y “Tipo Z”, definidos por la norma EN 1057.
En el sector de la plomería, el tamaño de los tubos de cobre se mide por su diámetro exterior en milímetros. Los tamaños más comunes son 15 mm y 22 mm. [7] Otros tamaños incluyen 18 mm, 28 mm, 35 mm, 42 mm, 54 mm, 66,7 mm, 76,1 mm y 108 mm de diámetro exterior.
Los tubos con diámetros exteriores de 8 mm y 10 mm se denominan "microcalibres" y son más fáciles de instalar, aunque existe un riesgo ligeramente mayor de bloqueo por cal o residuos. A veces se utilizan para sistemas de calefacción central y se utilizan adaptadores de 15 mm para conectarlos a las válvulas de los radiadores.
En Australia, las clasificaciones de tubos de cobre son "Tipo A", "Tipo B", "Tipo C" y "Tipo D": [8]
En Australia, las tuberías de cobre se miden según su número DN (diámetro nominal), que es un milímetro nominal equivalente a su tamaño real en sistema imperial. Por ejemplo, DN20 es el tamaño de una tubería de cobre con un diámetro exterior de 19,05 mm o 3 ⁄ 4 pulgadas. Si bien los tamaños de las tuberías en Australia se basan en pulgadas, se clasifican por diámetro exterior en lugar de diámetro interior (por ejemplo, una tubería de cobre nominal de 3 ⁄ 4 pulgadas en Australia tiene diámetros medidos de 0,750 pulgadas en el exterior y 0,638 pulgadas en el interior, mientras que una tubería de cobre nominal de 3 ⁄ 4 pulgadas en los EE. UU. y Canadá tiene diámetros medidos de 0,875 pulgadas en el exterior y 0,745 pulgadas en el interior. [9] Si bien Nueva Zelanda tiene el mismo código de plomería que Australia y ambos usan tubos en pulgadas denominados en milímetros, los tamaños de Nueva Zelanda se basan en el "diámetro nominal" en lugar del "diámetro nominal" (por ejemplo, el tamaño NZ 20 mide 0,750 pulgadas de diámetro interior, [10] a diferencia del DN20 australiano que mide 0,750 pulgadas de diámetro exterior ). Efectivamente, las tuberías de Nueva Zelanda miden lo mismo que las de EE. UU. y Canadá.
Generalmente, los tubos de cobre se sueldan directamente en accesorios de cobre o latón, aunque también se utilizan accesorios de compresión , engarzado o abocardado .
Anteriormente, las preocupaciones con los tubos de suministro de cobre incluían el plomo utilizado en la soldadura de las uniones (50% estaño y 50% plomo). Algunos estudios han demostrado una lixiviación significativa del plomo en la corriente de agua potable, en particular después de largos períodos de bajo uso, seguidos de períodos de máxima demanda, con agua blanda y ácida. En aplicaciones de agua dura , poco después de la instalación, el interior de las tuberías se recubre con los minerales depositados que se habían disuelto en el agua y, por lo tanto, se evita que la gran mayoría del plomo expuesto ingrese al agua potable. Los códigos de construcción en todo Estados Unidos y las Enmiendas a la Ley de Agua Potable Segura de 1986 requieren el uso de metales de relleno o soldadura prácticamente "libres de plomo" (<0,2% de plomo) en los accesorios y electrodomésticos de plomería. [11]
En Australia, los tubos de cobre se suelen soldar con varillas de soldadura fuerte que contienen plata en lugar de soldarse con estaño. Este tipo de conexión garantiza una unión más fuerte entre las tuberías y no utiliza ningún material a base de plomo. En Australia, las tuberías de cobre se utilizan tanto para las conexiones de agua como de gas. Las normas australianas permiten el uso de hierro galvanizado o negro, pero no es una práctica habitual. [12]
Los tubos de agua de cobre son susceptibles a picaduras de agua fría causadas por la contaminación del interior de la tubería, generalmente con fundente de soldadura ; corrosión por erosión causada por flujo turbulento o de alta velocidad ; y corrosión por corriente parásita causada por una técnica de cableado eléctrico deficiente, como una conexión a tierra y una unión inadecuadas.
Las fugas de orificios con picaduras que se inician en la superficie exterior de la tubería pueden ocurrir si la tubería de cobre está conectada a tierra o unida de manera incorrecta. El fenómeno se conoce técnicamente como corrosión por corrientes parásitas o picaduras electrolíticas . Las picaduras debido a una mala conexión a tierra o una mala unión ocurren típicamente en hogares donde se ha modificado la plomería original; los propietarios pueden descubrir que un nuevo dispositivo de filtración de agua de plástico o una unión de reparación de plástico ha interrumpido la continuidad eléctrica de la tubería de agua a tierra, cuando comienzan a ver fugas de agua de orificios después de una instalación reciente. El daño ocurre rápidamente, generalmente se vuelve obvio aproximadamente seis meses después de la interrupción de la conexión a tierra. Los aparatos de plomería instalados correctamente tendrán un cable puente de unión de cobre que conecta las secciones de tubería interrumpidas. Las fugas de orificios debido a la corrosión por corrientes parásitas pueden resultar en altas facturas de plomería y requerir el reemplazo de toda la línea de agua. La causa es fundamentalmente un defecto eléctrico, no un defecto de plomería; Una vez reparado el daño de plomería, se debe consultar rápidamente a un electricista para evaluar la conexión a tierra y la unión de todo el sistema de plomería y electricidad.
La diferencia entre una conexión a tierra y una unión es que la unión une los conductores para garantizar que estén al mismo voltaje, mientras que la conexión a tierra une los conductores a los electrodos que están en el potencial de tierra local. Consulte Tierra para obtener una descripción completa.
La corrosión por corrientes parásitas se produce porque: 1) el sistema de tuberías se ha conectado accidental o intencionalmente a una fuente de voltaje de CC; 2) la tubería no tiene continuidad eléctrica de metal a metal en toda su longitud; o 3) si la fuente de voltaje es CA, el óxido de cobre o uno o más minerales naturales que cubren el interior de la tubería pueden actuar como un rectificador, convirtiendo la corriente CA en CC. El voltaje de CC aplicado hace que los iones disueltos en el agua dentro de la tubería se muevan transportando carga a medida que lo hacen. La corriente eléctrica es transportada por iones disueltos a través de una sección no conductora (una carcasa de filtro de plástico, por ejemplo), hasta la tubería en el lado opuesto. Las picaduras se producen en el lado eléctricamente positivo (el ánodo), que puede estar aguas arriba o aguas abajo con respecto a la dirección del flujo de agua. Las picaduras se producen porque el voltaje eléctrico ioniza el metal de cobre interior de la tubería, que reacciona químicamente con los minerales disueltos en el agua, creando sales de cobre; estas sales de cobre son solubles en agua y se eliminan. Las picaduras microscópicas eventualmente crecen y se consolidan para formar agujeros. Cuando se descubre una, es casi seguro que hay más que aún no se han filtrado. Se puede encontrar un análisis completo de la corrosión por corrientes parásitas en el capítulo 11, sección 11.4.3, del Manual de ingeniería de la corrosión, de Pierre Roberge. [13]
La detección y eliminación de una conexión a tierra defectuosa es relativamente sencilla. La detección se logra utilizando un voltímetro de CC simple , con cables de prueba colocados en varios lugares de la plomería. Se puede utilizar una sonda en una tubería caliente y una sonda en una tubería fría para determinar si se interrumpió la continuidad de la conexión a tierra en un calentador de agua. Cualquier valor superior a unos pocos milivoltios es significativo, y los potenciales de 200 mV son comunes. La diferencia de potencial suele ser mayor en el punto en el que se interrumpe la continuidad. El potencial eléctrico medido se ve disminuido por la reacción electroquímica que provoca la corrosión de la tubería. La conexión faltante suele estar ubicada cerca de la entrada de agua fría al edificio, donde generalmente se agregan equipos de filtración y tratamiento. Las fugas por orificios pequeños pueden ocurrir en cualquier lugar aguas abajo o aguas arriba de la interrupción de la continuidad eléctrica.
El problema se puede corregir instalando abrazaderas de bronce para conexión a tierra en la tubería a ambos lados del espacio dieléctrico y uniéndolas con un cable de cobre de un diámetro de calibre 6 AWG o mayor. Consulte la norma NFPA 70, el Manual del Código Eléctrico Nacional de los EE. UU. (NEC), para conocer el tamaño correcto del cable conductor de conexión a tierra para un edificio en particular.
Se utiliza un puente de conexión similar entre la entrada y la salida de los medidores de gas, pero en este caso el propósito es evitar que aparezca una diferencia de voltaje sustancial entre los electrodos de conexión a tierra del edificio y las líneas de gas natural enterradas a través del medidor de gas durante el breve intervalo en el que se produce una falla de línea a tierra antes de que el dispositivo de protección contra sobrecorriente interrumpa la corriente. Una falla en los electrodos de conexión a tierra del edificio también puede provocar que la corriente de tierra se transporte a la tubería de servicio de gas natural enterrada. El puente de conexión transporta la corriente de tierra alrededor del medidor en lugar de atravesarlo, para garantizar que todas las partes del medidor estén al mismo potencial.
Si los ocupantes del edificio sufren descargas eléctricas o chispas de gran tamaño provenientes de los accesorios o tuberías de plomería, se debe desconectar inmediatamente el servicio eléctrico del edificio en la entrada de servicio y se debe consultar a un electricista para resolver el riesgo de descarga eléctrica e incendio. Es más grave que una conexión faltante. Los voltajes más altos pueden ser causados por un cable eléctrico con corriente que se conecta a la plomería y una conexión a tierra del sistema de plomería incorrecta o faltante, una falla de los electrodos de tierra o una falla de la conexión entre el conductor conectado a tierra (neutro) y el conductor de tierra (tierra), lo que representa un riesgo inminente de falla del aislamiento, descarga eléctrica e incendio.
Las soldaduras a base de plomo han sido reemplazadas por soldaduras de estaño-antimonio y estaño-plata.