O que os tubos de cobre fazem em elementos de aquecimento elétrico
Um elemento de aquecimento elétrico é construído em torno de um tubo de metal que abriga o fio de resistência e o isolamento de óxido de magnésio densamente compactado. A bainha é a única parte do elemento que toca o meio aquecido, por isso deve cumprir três funções ao mesmo tempo: transferir calor de forma eficiente, resistir ao ambiente de trabalho e permanecer estanque-durante toda a vida útil do aparelho. O cobre é selecionado para uma grande parte desses elementos devido à sua condutividade térmica, ductilidade e resistência à água doce e a muitos fluidos de processo.
A bainha é normalmente um tubo de cobre trefilado sem costura fornecido na têmpera recozida macia para que possa ser dobrado nos raios apertados exigidos por aquecedores de imersão, aquecedores de cartucho, aquecedores de óleo, aquecedores de ventilador e elementos de eletrodomésticos. Os graus usados são quase sempre os cobres desoxidados com fósforo C12200 e C12000, com o C11000 aparecendo em uma minoria de projetos onde a condutividade máxima é a prioridade.
Classes de cobre comuns para tubos de bainha de aquecedor
C12200 (fósforo-cobre desoxidado, fósforo residual elevado, DHP).Esta é a classe padrão para tubos de aquecimento de cobre. Um conteúdo residual controlado de fósforo desoxida o fundido, o que elimina o risco de fragilização por vapor quando o tubo é recozido ou soldado em uma atmosfera redutora ou contendo hidrogênio-. É fornecido como tubo sem costura em temperamento macio, meio{3}}duro e duro e é fácil de dobrar, alargar e soldar.
C12000 (fósforo-cobre desoxidado, baixo fósforo residual, DLP).O C12000 carrega um nível de fósforo residual mais baixo do que o C12200, portanto mantém a estrutura totalmente desoxidada enquanto retém maior condutividade elétrica e térmica. É uma escolha comum onde o elemento também tem que transportar corrente, ou onde o serviço térmico é particularmente exigente.
C11000 (cobre eletrolítico de passo tenaz, ETP).C11000 é cobre refinado com teor de oxigênio de 0,02% a 0,04%. Ele oferece a mais alta condutividade dos três graus, mas o oxigênio que contém reage com o hidrogênio em temperaturas elevadas e pode causar fragilização intergranular durante a brasagem em forno ou recozimento brilhante em atmosfera redutora. Quando esse tipo de processamento estiver envolvido, C12200 ou C12000 deverão ser substituídos.
Comparação típica de propriedades
| Propriedade | C12200 (DHP) | C12000 (DLP) | C11000 (ETP) |
|---|---|---|---|
| Composição básica | Cobre com alto fósforo residual | Cobre com baixo fósforo residual | Cobre com 0,02 a 0,04% de oxigênio |
| Desoxidação | Totalmente desoxidado | Totalmente desoxidado | Não desoxidado, piche duro |
| Risco de fragilização por hidrogênio | Muito baixo | Muito baixo | Significativo quando aquecido em atmosferas redutoras |
| Condutividade elétrica | Reduzido por fósforo residual | Superior a C12200 | Grau de referência para cobre recozido 100% IACS |
| Condutividade térmica | Alto | Superior a C12200 | O mais alto dos três |
| Formabilidade e brasagem | Excelente | Excelente | Excelente, sujeito à nota de fragilização |
| Densidade | Cerca de 8,9 g/cm³ | Cerca de 8,9 g/cm³ | Cerca de 8,9 g/cm³ |
O cobre puro derrete a cerca de 1.083 graus, e as pequenas adições de fósforo ou oxigênio nessas classes não alteram a faixa de fusão de forma apreciável. A densidade fica próxima de 8,9 g/cm³ nos três. As propriedades mecânicas são governadas pela têmpera e não pela classe: o tubo recozido macio é usado para flexão, o tubo meio{4}}duro é escolhido onde a bainha deve resistir à deformação durante a estampagem ou onde se deseja maior resistência do aro, e a têmpera dura é reservada para elementos retos que não são formados após a montagem.
Onde os tubos com bainha de cobre são usados
Aquecedores de imersão e{0}}de rosca para água, óleos e líquidos levemente corrosivos
Aquecedores de cartucho e tubulares em equipamentos de embalagem, moldagem e food service
Elementos de eletrodomésticos, como chaleiras, máquinas de lavar e lava-louças
Aquecedores de cárter e compressor em equipamentos de refrigeração e HVAC
Aquecedores de dutos elétricos e elementos de aquecimento de processo em instalações industriais
O cobre não é a resposta universal para todos os meios. Soluções fortemente amoniacal, contendo cianeto-ou fortemente cloradas atacam o cobre e, para essas tarefas, normalmente é especificado um revestimento de aço inoxidável ou liga de níquel. Os graus aqui descritos são adequados para água, vapor, óleos e fluidos neutros, que cobrem a grande maioria das aplicações de aquecimento elétrico.
Seleção e Pontos de Fabricação
A espessura da parede segue a pressão de projeto e o raio de curvatura. Paredes mais finas dobram-se mais facilmente, mas reduzem a capacidade de pressão e a reserva contra a erosão. O tubo deve ser encomendado de acordo com uma especificação de limpeza, porque o lubrificante e o óxido deixados dentro do furo contaminam o preenchimento de óxido de magnésio e causam falha prematura do elemento. Tolerâncias dimensionais, ovalidade e retilinidade também devem ser acordadas antes do pedido, pois decidem se o equipamento de dobra e enchimento pode funcionar sem sucata.
Na brasagem, utilize enchimento compatível com o tipo do tubo e evite longos tempos de permanência em altas temperaturas; o objetivo é uma junta sólida sem-recozimento excessivo da bainha. Para C12200 e C12000, a brasagem em uma atmosfera de forno contendo-hidrogênio não é um problema. Para C11000 sim, então esse tipo deve ser unido ao ar com fluxo ou por um processo que mantenha o hidrogênio longe do metal quente. A soldagem de tubos com revestimento de cobre é normalmente limitada às conexões finais e é feita com processos que controlam de perto a entrada de calor.
Inspeção e armadilhas comuns
Verifique o diâmetro, a espessura da parede e a retilineidade em relação ao pedido de compra antes de dobrar.
Testes-de corrente parasita ou pneumáticos para confirmar se o tubo está correto em todo o seu comprimento.
Verifique o tamanho do grão e a dureza para confirmar se o revenido é adequado à operação de conformação.
Confirme se o furo está desengraxado e tampado; tubo contaminado é uma causa frequente de falha.
Dois erros são recorrentes na produção. A primeira é substituir C11000 por C12200 para economizar custos e depois soldar a montagem em atmosfera de hidrogênio, o que produz juntas frágeis. A segunda é-dobrar o tubo recozido sem mandril interno, o que ovaliza o furo e afina a parede externa. Ambos são evitados fixando-se a classe, a têmpera e a rota de conformação na fase de cotação.
Perguntas frequentes
P: Qual tipo de cobre é melhor para um tubo de revestimento de aquecedor de água?
O C12200 é o mais utilizado porque é totalmente desoxidado e tolera a redução da atmosfera do forno durante a brasagem. C12000 é selecionado quando é necessária maior condutividade térmica ou elétrica.
P: O C11000 pode ser usado para elementos de aquecimento elétrico?
Sim, desde que o elemento não seja recozido ou soldado em uma atmosfera contendo-hidrogênio. Caso contrário, o oxigênio do cobre reage com o hidrogênio e o tubo torna-se quebradiço.
P: Qual têmpera deve ser solicitada para dobra?
O tubo recozido macio é padrão para dobrar em raios pequenos. A têmpera meio-dura é usada onde a bainha deve resistir à deformação, e a têmpera dura para elementos retos.
P: A bainha de cobre afeta a taxa de aquecimento?
Sim. O cobre tem uma condutividade térmica muito alta, de modo que o calor passa rapidamente do fio de resistência para o meio e a bainha funciona a uma temperatura mais baixa para a mesma potência.
P: O cobre é adequado para aquecedores a óleo?
Sim. O cobre resiste à oxidação em óleos minerais e sintéticos em temperaturas normais de operação do aquecedor e é um material de revestimento comum para elementos de imersão em óleo.
P: Como o tubo é testado antes do envio?
O tubo sem costura normalmente é verificado por testes de correntes parasitas e um teste de vazamento pneumático ou hidrostático, com dimensões, dureza e condição de superfície inspecionadas de acordo com a especificação do pedido.
