TUBERÍAS DE COBRE FRIGORÍFICO: PROCESOS DE SOLDADURA Y OTROS CONCEPTOS

Tipos de tubos frigoríficos

Las tuberías frigoríficas de cobre para refrigeración a diferencia del que se usa para otros fines se sirve limpio de impurezas y cerrado por los dos extremos para evitar también la entrada de humedad. Las características generales de lis tubos de cobre son:

	ESTIRADO	RECOCIDO
Peso específico (kg/dm3)	8,9	8,9
Temperatura de fusión (ºC)	1083	1083
Calor específico	0,092	0,092
Temperatura de recocido (ºC)	–	500
Temperatura de forja (ºC)	750-900	750-900
Alargamiento (%)	3 a 5	28 a 30

Estas tuberías de cobre se puede encontrar en rollos o en barras y debe cumplir con la normativa UNE-EN 12735-1:

• El que va en rollos se denomina recocido. Esta clase de tubo permite ser doblado y suele venir en rollos de 15 m. Estos tubos no deben estirarse o curvarse más de lo necesario, ya que se endurecerá.
• El que va en barras se denomina estirado. No tiene ductilidad por lo tanto no se puede doblar sin un tratamiento térmico. Se suministra en barras de 4 ó 5 m.

La propia normativa UNE-EN 12735-1 nos facilita una tabla de diámetros de tuberías de cobre disponibles en el mercado. Dejo por aquí una parte de esta tabla:

Diámetro nominal pulgadas	Diámetro exterior mm	Diámetro interior mm	Espesor mm	Sección interior dm4	Volumen interior dm3/m	Superficie exterior m2/m	Peso Kg/m	Presión admisible	Presión admisible
								Recocido Bar	Rígido Bar
3/16″	4,76	3,24	0,76	0,0008	0,008	0,015	0,085	160
1/4″	6,35	4,83	0,76	0,0018	0,018	0,020	0,119	116	143
5/16″	7,94	6,34	0,80	0,0032	0,032	0,025	0,161	96	118
3/8″	9,52	8,00	0,76	0,0050	0,050	0,030	0,187	74	92
1/2″	12,70	11,18	0,76	0,0098	0,098	0,040	0,255	55	68
5/8″	15,87	14,35	0,76	0,0162	0,162	0,050	0,323	43	54
3/4″	19,05	17,45	0,8	0,0239	0,0239	0,060	0,411	38	47
7/8″	22,22	20,60	0,81	0,0333	0,333	0,070	0,488	33	41
1″	25,40	23,62	0,89	0,0438	0,438	0,080	0,613		39

Los tubos de la tabla anterior son perfectamente válidos para todas las instalaciones con refrigerantes halogenados y hidrocarburos puesto que nos aguantaran perfectamente las presiones de trabajo en condiciones normales. Las instalaciones con CO2 transcrítico, se deberán emplear tuberías más reforzadas como por ejemplo las K65 que nos aguantaran presiones de hasta 120bar.

Ø exterior en mm	Grueso pared mm	Presión máx. trabajo (bar)
9,52	0,65	120
12,70	0,85	120
15,87	1,05	120
19,06	1,30	120
22,23	1,50	120
28,57	1,90	120
34,92	2,30	120
41,27	2,70	120
53,97	3,55	120

Se puede ampliar información respecto a tuberías de cobre en este enlace del fabricante ConexBanninger.

Proceso de soldadura capilar para cobre frigorífico

La unión de tubería de cobre y conexiones soldables, se hace por medio de soldadura capilar. Este tipo de soldadura se basa en el fenómeno físico de la capilaridad, que se define como sigue: cualquier líquido que moje un cuerpo sólido, tiende a deslizarse por la superficie del mismo, independientemente de la posición en que se encuentre.

Al realizar una soldadura, se calientan el tubo y la conexión hasta alcanzar la temperatura de fusión de la soldadura, la cual correrá por el espacio entre el tubo y la conexión, cualquiera que sea la posición que estos tengan (vertical, horizontal o con alguna pendiente).

Tipos de soldadura

Las las soldaduras son aleaciones de dos o más metales en diferentes proporciones. Las soldaduras deben fundir a temperaturas menores que las piezas metálicas a unir.

Aunque existen muchos tipos de soldaduras, aquí hablaremos de las que sirven para unir tuberías y conexiones de cobre o aleaciones de este. La unión de tuberías de cobre que se realiza en los sistemas y equipos frigoríficos y de climatización  es por medio de soldadura fuerte. A la hora del montaje de instalaciones frigoríficas, siempre que se pueda, se realizarán uniones soldadas, debido a la mayor seguridad y fiabilidad en cuanto a fugas. 

Soldaduras fuertes. Estas se dividen en dos clases: las que contienen plata y las que contienen cobre y fósforo. Estos tipos de soldaduras tienen puntos de fusión mayores de 430 ºC y son las recomendadas para instalaciones de sistemas de refrigeración, aunque se prefieren las de cobre y fósforo para unir tuberías y conexiones de cobre.

1. Las soldaduras de cobre y fósforo tienen puntos de fusión mayores (700ºC) y alta resistencia a la tensión (2800 Kg/cm2). Existen soldaduras de cobre fosforado con contenido de 5% de plata, lo que le da mayor resistencia (más de 2900 Kg/cm2).
2. En las soldaduras de plata, la aleación varía desde un 5% hasta un 60% de plata, y su punto de fusión depende de esta aleación. Por ejemplo, una soldadura con 5% de plata funde a 675ºC y con 15% de plata funde a 640ºC.

El fósforo en este tipo de soldaduras, actúa como un agente fundente. Si tenemos que soldar cobre-cobre, no se requiere fundente, por tanto, este es el tipo de varilla más económica. La plata le proporciona rigidez y resistencia a la soldadura (como se acaba de ver arriba), por eso es muy habitual encontrar a frigoristas con varillas con un 5% de Ag y aplicación de fundente a la hora de realizar soldaduras. Dados los buenos resultados al utilizar soldadura con aleación de plata se recomienda ampliamente.

La selección de una soldadura fuerte, depende de cuatro factores principales:

• Dimensiones y tolerancias de la unión.
• Tipo y material de la conexión (fundida o forjada)
• Apariencia deseada.
• Coste de la operación.

Las soldaduras fuertes tienen la ventaja de que se pueden unir metales similares y diferentes a temperaturas relativamente bajas.

Fundente

Cuando se realiza una fundición se necesita aportar un material especial, llamado fundente. El fundente son sustancias que se agregan con las que se consigue alguno de estas características:

1. – Se necesita un fundente para que la soldadura se adhiera al metal.
2. – El fundente además baja la temperatura de fusión en la soldadura.
3. – El borax (fundente típico en la soldadura fuerte frigorífica) reacciona con elementos nocivos o externos que participan en el proceso de soldadura, y por eso gracias al uso de borax se permite la eliminación de los mismos.
4. – Se disuelven las capas de los  óxidos que intervienen en el proceso de soldadura.
5. – Con el borax se forma una capa de protección sobre la superficie fundida que evita que se originen compuestos externos en las superficies durante la soldadura de los metales.

Como hemos dicho, el fundente tiene una función muy apropiada: debe disolver ó absorber los óxidos, tanto en la superficie del metal, como en la superficie de la soldadura, los cuales se forman durante el calentamiento. Para lograr esto, debe de adherirse tan ligeramente a la superficie metálica, que la soldadura pueda sacarla de allí conforme avanza sobre la superficie. El fundente no limpia el metal. Lo mantiene limpio, una vez que se ha removido la suciedad y el óxido.

El fundente debe ser anticorrosivo o exclusivo para soldar tubería de cobre. Debe agitarse antes de usarlo. Debe aplicarse una capa delgada y uniforme con una brocha o cepillo, tanto al tubo como a la conexión. Debe evitarse aplicarlo con los dedos, ya que los compuestos químicos del fundente, pueden ser dañinos si llegan a los ojos o a una herida abierta.

Los fundentes para soldaduras fuertes son a base de agua. El fundente puede ser una fuente de corrosión en un sistema. Debe evitarse que entre en él. 

El soplete

Cuando se va a unir una tubería de cobre rígida por medio de una conexión soldada, es necesario aplicar calor. Este calor lo proporciona una llama lo suficiente intensa, que al aplicarla al tubo, la el material de aporte se funda al contacto.

El artefacto que proporciona este calor es el soplete, el cual puede ser a base de butano, propano, oxiacetileno, etc.

La llama de un soplete tiene dos coloraciones, que corresponden a diversos grados de calor.

La llama amarilla es luminosa pero no muy calorífica. Al abrir poco a poco, pasa más mezcla gas aire si hay suficiente presión, desaparece la llama amarilla para convertirse en azul, que es más calorífica. Y a medida que el grifo se abra más, se intensifica el calor. Independientemente del combustible, normalmente hay tres tipos básicos de llama que se producen cuando se mezclan con el oxigeno en el soplete:

• Llama neutral. Es la que tiene en medio un pequeño cono azul. Esta llama típicamente es la más caliente y se utiliza cuando se requiere aplicar calor en un solo punto específico.
• Llama oxidante. Esta se produce cuando hay presente mas oxigeno del necesario, para la combustión completa del gas. Se caracteriza porque el cono azul es el más corto, cuando se usa acetileno con oxigeno. Otra característica es el sonido áspero que hace el soplete, debido al exceso de oxigeno. Este tipo de llama no se recomienda para soldar; el exceso de oxígeno, contribuye a la oxidación de los metales.
• Llama reductora o carburante. También llamada carburante, es la contraria a la llama oxidante. Esta llama tiene una proporción tal de gas – oxígeno que hay presente un exceso de gas combustible. Se caracteriza por tener el cono azul más grande que el de la flama oxidante, con un cono suave y blanco al rededor del azul. Es la llama predominantemente recomendada para soldar. La llama reductora ofrece varias ventajas. Primero, realmente ayuda a eliminar el óxido de la superficie de los metales. Segundo, calienta de manera más uniforme ya que envuelve al tubo. Esto se logra aplicando la llama de tal manera que la punta del cono blanco apenas toque el tubo. Tercero, se reduce el riesgo de sobrecalentar más en un solo punto como con las otras llamas.

Se recomienda que para soldar tubos hasta de 1”, no se emplee una llama demasiado fuerte, pues el calentamiento de la unión sería demasiado rápido y no se podría controlar fácilmente, con el peligro de una evaporación inmediata del fundente y oxidación del cobre, lo que impide que corra la soldadura.

Proceso para soldar

El tipo de soldadura y el fundente a utilizar debe seleccionarse considerando que se utilizaran equipos de refrigeración y climatización. La teoría básica y técnica de soldado, son las mismas para todos los diámetros. Las variables son: las cantidades requeridas de tiempo, calor y soldadura para completar una unión designada. Una buena unión es el producto de un técnico bien capacitado, que conoce y respeta los materiales y métodos que utiliza. Los pasos básicos en el proceso de soldadura son los siguientes:

• Medición. La medición del largo del tubo debe ser precisa. Si el tubo es muy corto, no alcanzará a llegar al tope de la conexión, y no se podrá hacer una unión adecuada.
• Corte. El corte de un tubo puede hacerse de diferentes maneras, para obtener un corte a escuadra satisfactorio. El tubo debe ser cortado con un cortatubo. Si se utiliza segueta esta debe ser de diente fino (32 dientes / pulgada) y deberá utilizarse una guía para que el corte sea a escuadra. Independientemente del método de corte que se utilice, el corte debe ser a escuadra, para que se pueda tener un asiento perfecto entre el extremo del tubo y el tope de la conexión, evitando fugas de soldadura. Se debe tener cuidado de no deformar el tubo mientras se está cortando.

• Escariado. La mayoría de los métodos de corte dejan rebabas en el extremo del tubo. Si estas no se remueven, puede ocurrir erosión y corrosión, debido a la turbulencia y a la velocidad en el tubo. Las herramientas que se usan para rimar los extremos de los tubos son varias. Los cortos tubos tienen una cuchilla triangular, se puede usar una navaja de bolsillo ó una herramienta adecuada, como el rimador en forma de barril. El cual sirve para rimar el tubo por dentro y por fuera. Con tubo de cobre flexible, se debe tener cuidado de no ejercer demasiada presión para no deformarlo. Un tramo de tubo rimado apropiadamente, tendrá una superficie suave para un mejor flujo.

• Limpieza. La limpieza se hace fácil y rápida. Para que la soldadura fluya adecuadamente, es crucial que se remueva el oxido y la suciedad. Si esto no se hace, el óxido y la suciedad de la superficie pueden interferir con la resistencia de la unión y causar una falla. La limpieza mecánica es una operación simple. El extremo del tubo deberá limpiarse utilizando lija, en una distancia ligeramente mayor que la profundidad de la conexión.

También deberá limpiarse la conexión por dentro, utilizando lija o cepillo de alambre del tamaño apropiado. No use franela. Deben tenerse las mismas precauciones que con el tubo. El cobre es un metal suave, si remueve demasiado material quedara floja la conexión, interfiriendo con la acción capilar al soldar.

El espacio capilar entre el tubo y la conexión, es aproximadamente de 4 milésimas de pulgada (0.004”). La soldadura puede llenar este espacio por acción capilar. Este espacio es crítico para que la soldadura fluya y forme una unión fuerte. Se pueden utilizar limpiadores químicos siempre y cuando se enjuaguen completamente la conexión y el tubo, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante del limpiador. Esto neutralizará cualquier condición ácida que pueda existir. Las superficies una vez limpias no deberán tocarse con las manos ó guantes grasosos. Los aceites de la piel lubricantes y la grasa, pueden impedir que la soldadura fluya y humedezca el tubo.

• Rangos de temperatura. En la práctica real, la soldadura fuerte se hace a temperaturas de entre 590 ºC y 850 ºC.
• Aplicación del fundente. En las soldaduras fuertes, algunas no requieren el uso de fundente para soldar cobre a cobre. En uniones de cobre a bronce y cobre a latón, si se requiere fundente al igual que en soldaduras con aleaciones de plata. Se debe aplicar una capa delgada y uniforme, con un cepillo o brocha: nunca con los dedos, tanto a la parte exterior del tubo como a la interior de la conexión. Ensamble. Después de haber limpiado ambas superficies, aplicado el fundente en forma adecuada, se deben ensamblar colocando la conexión sobre el tubo, asegurándose que el tubo siente bien contra el tope de la conexión. Se recomienda hacer un ligero movimiento giratorio hacia uno y otro lado, para asegurar la distribución uniforme de la pasta fundente. Retire el exceso de fundente con un trapo ó estopa de algodón. Si se van a efectuar varias soldaduras en una misma instalación, se recomienda preparar simultáneamente todas. Se debe tener cuidado para asegurarse que las conexiones y tubos estén adecuadamente soportados, con un espacio capilar razonable y uniforme alrededor de la circunferencia completa de la unión. Esta uniformidad del espacio capilar asegura una buena penetración de la soldadura. Un espacio excesivo en la unión, puede provocar que la soldadura se agriete bajo una fuerte tensión ó vibración.
• Calentamiento. En este paso deben observarse las precauciones necesarias, debido a que se usan llama abierta y alta temperatura, aunado a la inflamabilidad de los gases. El calor, generalmente se aplica con un soplete. Los sopletes para soldaduras fuertes utilizan una mezcla de oxigeno y algún combustible, debido a altas temperaturas requeridas. El combustible puede ser butano, propano ó acetileno. Recientemente se han hecho innovaciones en las boquillas para aire/combustible, y ahora se pueden utilizar estas en una más amplia variedad de tamaños. La operación de calentamiento empieza con un precalentamiento el cual se hace con la llama perpendicular al tubo, cerca de la entrada de la conexión. Este precalentamiento, conducirá el calor inicial hacia el interior de la conexión para una distribución pareja por dentro y por fuera. El precalentamiento depende del diámetro de la unión; la experiencia le indicara el tiempo
  apropiado. La llama deberá moverse ahora hacia la conexión y luego hacia el tubo en una distancia igual a la profundidad del conector. Toque la unión con la varilla de soldadura. Si no se funde retírela y continué el proceso de calentamiento. Tenga cuidado de no sobrecalentar, ni de dirigir la flama al interior de la conexión. Esto puede quemar el fundente y destruir su efectividad. Cuando se ha alcanzado la temperatura de fusión se puede aplicar calor a la base de la conexión para ayudar en la acción capilar. Aplicación de la soldadura. Cuando se ha alcanzado la temperatura adecuada, si el tubo está en posición horizontal comience a aplicar la soldadura en un punto como a las 4 de un reloj. Continué en el 8 y luego en el 12. Regresa al 6 luego al 10 y finalmente al 2. La varilla de soldadura fundida será introducida hacia el interior de la conexión por la acción capilar, sin importar si esta es alimentada hacia arriba, hacia abajo ó en forma horizontal. Recuerde que la varilla se debe fundir con el calor del metal. No la funda con la llama del soplete. Es muy importante que la llama esté en movimiento continuo, y no debe permitirse que permanezca demasiado en un punto como para que queme el tubo o la conexión. Cuando se haya completado el proceso de soldadura, deberá quedar visible un anillo continuo alrededor de la unión. Si la varilla no funde bien o tiende a hacerse bolas indica que hay oxidación sobre las superficies metálicas, o el calor es insuficiente en las partes a unir. Si la soldadura se resiste a entrar en la unión y tiende a fluir sobre el exterior de cualquiera de las partes, esto indica que esa parte esta sobrecalentada o que a la otra parte le hace falta calor.

• Enfriamiento y limpieza. Después que se ha terminado la unión, es mejor dejar enfriar en forma natural. Un enfriamiento brusco puede causar un esfuerzo innecesario en la unión, y eventualmente, una posible fuga. En soldadura fuerte, los residuos de fundente se deben remover con cepillo de alambre de acero inoxidable.

En resumen

Si las partes a unir están adecuadamente preparadas, apropiadamente calentadas y se usa la varilla correcta, la unión final debe ser sana y firme. Los sistemas con tubería de cobre, cuando son instalados adecuadamente proporcionaran años de servicio confiable y seguro. Con un entrenamiento adecuado sobre las técnicas de instalación correctas, como las expuestas aquí, le darán al técnico la habilidad de realizar uniones confiables y consistentes en todos los diámetros.
Finalmente podemos considerar que para realizar un mantenimiento correctivo adecuado a los enfriadores el proceso de soldadura es muy importante y podemos hacer las siguientes recomendaciones.

• Utilizar el equipo de seguridad adecuado, como guantes gafas, protección respiratoria y peto.
• Preparar la superficie a soldar mediante una limpieza adecuada.
• Utilizar el fundente adecuado.
• Utilizar la soldadura adecuada mediante varillas.

Y para terminar

Para ampliar/reforzar la información, veamos estos vídeos referentes a soldadura fuerte de cobre frigorífico.

 

Veamos, también, la importancia de la soldadura de cobre frigorífico con corriente de nitrógeno para evitar la oxidación de la parte interior del tubo de cobre en el proceso de soldadura. Este tipo de soldadura con nitrógeno es el que se emplea en las fábricas de equipos y componentes frigoríficos y de climatización. En instalaciones industriales también es habitual emplear la corriente de nitrógeno para la soldadura.

 

Y por último, se puede leer esta entrada de FOROFRÍO, donde nos dan otra serie de indicaciones acerca de la posición de la varilla, la llama, etc., a la hora de ejecutar la soldadura.