CuproBraze

La capacidad de soportar temperaturas elevadas es esencial en aplicaciones de alta temperatura. Las aleaciones de aluminio presentan dificultades a temperaturas más altas debido a sus puntos de fusión más bajos . La resistencia a la fluencia del aluminio se ve comprometida por encima de los 200 °C. Los problemas de agrietamiento por fatiga se agravan a temperaturas elevadas. ^{[ 5 ] [ 8 ] [ 9 ]} Los intercambiadores de calor CuproBraze pueden funcionar correctamente a temperaturas de 290 °C y superiores. Las tiras de cobre y latón resistentes al recocido garantizan que los núcleos de los radiadores mantengan su resistencia sin ablandarse, a pesar de la exposición a altas temperaturas de soldadura. ^{[ 3 ]}

La eficiencia de enfriamiento es una medida de la disipación de calor de un espacio determinado por un intercambiador de calor. ^{[ 10 ]} La eficiencia térmica general del núcleo de un intercambiador de calor depende de muchos factores, como la conductividad térmica de las aletas y los tubos; la resistencia y el peso de las aletas y los tubos; el espaciado, el tamaño, el espesor y la forma de las aletas y los tubos; la velocidad del aire que pasa a través del núcleo; y otros factores. ^{[ 5 ] [ 10 ]}

El principal criterio de rendimiento para los intercambiadores de calor es la eficiencia de enfriamiento. Los núcleos de intercambiadores de calor fabricados con cobre y latón pueden disipar más calor por unidad de volumen que cualquier otro material. Por ello, los intercambiadores de calor de cobre-latón generalmente presentan una mayor eficiencia de enfriamiento que los fabricados con otros materiales. Los intercambiadores de calor de cobre-latón soldados mediante soldadura fuerte también son más robustos que los de cobre-latón soldados mediante soldadura blanda y otros materiales, como las serpentinas de aluminio soldadas mediante soldadura fuerte. ^{[ 2 ]}

La caída de presión del aire es un factor del diseño del intercambiador de calor. Un núcleo de intercambiador de calor con una menor caída de presión del aire desde la parte frontal a la posterior (es decir, desde el lado de barlovento al de sotavento en una prueba de túnel de viento) es más eficiente. Las caídas de presión del aire suelen ser un 24 % menores para los intercambiadores de calor de CuproBraze en comparación con los de aluminio. Esta ventaja, responsable de un aumento del 6 % en la disipación de calor, contribuye a la mayor eficiencia general de CuproBraze. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Dado que la conductividad térmica del cobre es mayor que la del aluminio, el cobre tiene una mayor capacidad para disipar el calor. Al utilizar espesores de material más delgados en combinación con una mayor densidad de aletas, la capacidad de disipación de calor con CuproBraze puede incrementarse manteniendo las caídas de presión del aire en niveles razonables. ^{[ 4 ]}

Debido a su alta eficiencia de transferencia de calor, CuproBraze ofrece un efecto de calentamiento eficiente. Esto se debe a que se puede lograr el mismo nivel de disipación de calor con un núcleo de menor tamaño. Por lo tanto, con CuproBraze se consigue una reducción significativa del área frontal y del volumen en comparación con otros materiales. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

Se desarrollaron tres nuevas aleaciones para mejorar la resistencia y durabilidad de los intercambiadores de calor CuproBraze: 1) un material de aleta resistente al recocido que mantiene su resistencia después de la soldadura fuerte; 2) una aleación de tubo resistente al recocido que conserva su estructura de grano fino después de la soldadura fuerte y proporciona ductilidad y resistencia a la fatiga en el núcleo del intercambiador de calor soldado; y 3) la aleación de soldadura fuerte. ^{[ 13 ]} La soldadura fuerte a 650  °C crea una unión más resistente que una unión soldada y comparable en resistencia a una unión soldada. ^{[ 14 ]} A diferencia de la soldadura, la soldadura fuerte no funde los metales base. Por lo tanto, la soldadura fuerte es mejor para unir aleaciones diferentes. ^{[ 3 ]}

CuproBraze tiene mayor resistencia a temperaturas elevadas que el cobre-latón o el aluminio soldados. Debido a la menor dilatación térmica del cobre en comparación con el aluminio, se reduce la tensión térmica durante la fabricación de CuproBraze y su uso como intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor de CuproBraze presentan uniones tubo-cabezal más resistentes que las de otros materiales. Estas uniones soldadas son cruciales en los intercambiadores de calor y deben ser herméticas. CuproBraze también tolera mejor las presiones internas, ya que sus materiales de alta resistencia y bajo espesor proporcionan un soporte más robusto para los tubos. Además, es menos sensible a refrigerantes de baja calidad que los intercambiadores de calor de aluminio. ^{[ 15 ] [ 13 ]}

Los resultados de las pruebas demuestran una vida útil a la fatiga mucho mayor para las uniones CuproBraze en comparación con uniones similares de cobre-latón soldadas o aluminio soldadas con latón. ^{[ 16 ]} Las uniones más resistentes permiten el uso de aletas más delgadas y nuevos diseños de radiadores y enfriadores. ^{[ 17 ] [ 5 ]}

Las aletas de cobre no se doblan fácilmente al lavar radiadores sucios con agua a alta presión. Los recubrimientos anticorrosivos mejoran aún más su resistencia a la humedad, la erosión por arena y el impacto de piedras.

Para obtener más información, consulte: CuproBraze: Durabilidad y fiabilidad (Serie de tecnología): ^{[ 13 ]} y Durabilidad de CuproBraze (Serie de criterios de diseño). ^{[ 16 ]}

La nueva legislación en Europa , Japón y Estados Unidos exige reducciones significativas de las emisiones de NO _X y partículas de los motores diésel utilizados en camiones , autobuses , centrales eléctricas y otros equipos pesados. ^{[ 18 ]} Estos objetivos pueden lograrse en parte mediante el uso de motores diésel turboalimentados de menor rendimiento y enfriadores de aire de admisión . La turboalimentación permite obtener una mayor potencia, y los enfriadores de aire de admisión permiten producir potencia con mayor eficiencia al reducir la temperatura del aire de admisión que entra al motor, aumentando así su densidad. ^{[ 19 ]}

El enfriador de aire de carga, ubicado entre el turbocompresor y el colector de admisión de aire del motor, es un intercambiador de calor aire-aire. ^{[ 3 ]} Reduce la temperatura del aire de admisión de los motores diésel turboalimentados de 200  °C a 45  °C, al tiempo que aumenta la densidad del aire de admisión para incrementar la eficiencia del motor. En el futuro, podrían ser necesarias temperaturas de admisión aún más altas (246  °C o más) y presiones de sobrealimentación mayores para cumplir con las normas de emisiones. ^{[ 18 ] [ 12 ]}

Los sistemas de enfriamiento de aire de carga actuales, basados ​​en aleaciones de aluminio, experimentan problemas de durabilidad a las temperaturas y presiones necesarias para cumplir con los estándares US Tier 4i para motores estacionarios y móviles. ^{[ 20 ] [ 2 ] [ 4 ] [ 21 ]} Los informes publicados estiman que la vida útil promedio de un enfriador de aire de carga de aluminio es actualmente de aproximadamente 3500 horas. ^{[ 22 ]} El aluminio está cerca de su límite tecnológico superior para soportar temperaturas y niveles de estrés térmico más altos ^{[ 18 ]} porque la resistencia a la tracción del metal disminuye rápidamente a 150  °C y el ciclo térmico repetitivo entre 150  °C y 200  °C lo debilita sustancialmente. El ciclo térmico crea puntos débiles en los tubos de aluminio, lo que a su vez provoca fallas en los enfriadores de aire de carga. Una opción potencial es instalar preenfriadores de acero inoxidable en los enfriadores de aire de carga de aluminio, pero el espacio limitado y la complejidad de esta solución son un factor que dificulta esta opción. ^{[ 12 ]}

Un enfriador de aire de carga CuproBraze puede operar a temperaturas de hasta 290  °C sin fluencia, fatiga u otros problemas metalúrgicos. ^{[ 12 ] [ 23 ]}

La resistencia a la corrosión exterior en un intercambiador de calor es especialmente importante en zonas costeras , zonas húmedas , zonas contaminadas y en operaciones mineras . Los mecanismos de corrosión de las aleaciones de cobre y aluminio son diferentes. El tubo CuproBraze contiene un 85 % de cobre, lo que proporciona una gran resistencia a la deszincificación y al agrietamiento por corrosión bajo tensión . Las aleaciones de cobre tienden a corroerse uniformemente en toda la superficie a velocidades conocidas. Esta previsibilidad de la corrosión del cobre es importante para una gestión de mantenimiento adecuada. ^{[ 2 ] [ 24 ]} El aluminio, por otro lado, es más propenso a corroerse localmente por picaduras, lo que eventualmente resulta en agujeros. ^{[ 24 ]}

En pruebas de corrosión acelerada, como SWAAT para niebla salina y condiciones marinas, CuproBraze tuvo un mejor desempeño que el aluminio. ^{[ 2 ]}

La resistencia a la corrosión de los intercambiadores de calor CuproBraze es generalmente mejor que la de los intercambiadores de calor soldados con soldadura blanda . Esto se debe a que los materiales en los intercambiadores de calor CuproBraze tienen la misma nobleza, por lo que las diferencias galvánicas se minimizan. En los intercambiadores de calor soldados con soldadura blanda, la soldadura es menos noble que los materiales de las aletas y los tubos, y puede sufrir corrosión galvánica en ambientes corrosivos. ^{[ 24 ]}

Las reparaciones con CuproBraze son sencillas. Esta ventaja es importante en zonas remotas donde la disponibilidad de repuestos puede ser limitada. CuproBraze se puede reparar con soldadura blanda sin plomo (por ejemplo, 97 % estaño , 3 % cobre ) o con aleaciones de soldadura fuertes comunes que contienen plata .

La bioincrustación suele ser un problema en los sistemas de climatización que operan en ambientes cálidos, oscuros y húmedos. Las propiedades antimicrobianas de las aleaciones CuproBraze eliminan los malos olores, mejorando así la calidad del aire interior. Se está investigando el uso de CuproBraze en unidades de aire acondicionado móviles como solución a los malos olores causados ​​por hongos y bacterias en sistemas de intercambio de calor a base de aluminio. ^{[ 25 ] [ 26 ]}