ES2238731T3 - Proteccion avanzada frente a la corrosion galvanica. - Google Patents

Abstract

ESTA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA REDUCIR LA CORROSION GALVANICA DE METALES NO SIMILARES EN CONTACTO UNO CON OTRO, DONDE LA SUPERFICIE EXPUESTA DEL METAL MAS NOBLE SE REVISTE CON UN METAL MAS COMPATIBLE, GALVANICAMENTE, CON EL METAL MENOS NOBLE.

Description

Protección avanzada frente a la corrosión galvánica.

Generalmente, este invento se refiere a proteger metales frente a un entorno corrosivo, y más específicamente a proteger intercambiadores de calor de cobre-aluminio para su utilización en acondicionadores de aire.

La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales diferentes entran en contacto el uno con el otro en presencia de un electrólito, formándose de esta manera un par galvánico. El metal más noble (más arriba en la serie galvánica) proporciona el área superficial para la reacción de reducción y el metal menos noble (más abajo en la serie galvánica) corroe en un proceso de oxidación. La oxidación ocurre en mayor medida en la superficie de contacto de los metales pero también puede ocurrir a cierta distancia de la superficie de contacto actual. En las regiones costeras, el electrólito más común es el agua salina del aire. La fina neblina de agua salina puede ser transportada por el viento hacia el interior a una distancia de hasta cincuenta millas de la costa. El dióxido de azufre de la contaminación industrial también crea un electrólito cuando se combina con la humedad en el aire.

Un método común para evitar la corrosión galvánica ha consistido en revestir las superficies expuestas de los metales con distintos tipos de pintura. Debido a una serie de razones, los revestimientos protectores solo han tenido un éxito limitado. El problema principal con los revestimientos es que su eficacia para evitar la corrosión se degrada por la exposición al entorno, tal como luz ultravioleta o lluvia ácida. Otro problema común es que los materiales de revestimiento frecuentemente no se adhieren bien a los sustratos metálicos y finalmente sufren exfoliación o erosión dejando expuestos a los sustratos metálicos. Además, tales revestimientos protectores son algo porosos y permiten que el electrólito penetre hasta la superficie del sustrato y entre en contacto con el par galvánico. Además, la aplicación de revestimientos protectores a las superficies de determinados productos puede afectar de manera negativa sobre su comportamiento.

Se han llevado a cabo intentos, con diferentes grados de éxito, para revestir intercambiadores de calor convencionales de cobre-aluminio con diferentes materiales, con el fin de alargar la vida útil de la unidad. Frecuentemente, estos materiales de revestimientos reducen la capacidad de transferencia de calor de la unidad, muestran unas pobres propiedades de adhesión y fallan a la hora de penetrar en todas las partes que pueden estar expuestas al entrono hostil.

La publicación de patente japonesa JP 53 132 449 A describe un intercambiador de calor fabricado a partir de un tubo de hierro y aletas de aluminio en el que el montaje completo se encuentra revestido con un recubrimiento de soldadura de aluminio. La publicación de patente británica GB 2 284 882 A describe una aleta y un intercambiador de calor de tubo fabricado a partir de un tubo, preferiblemente de acero, que está revestido con un revestimiento metálico, en particular un revestimiento metálico blando y maleable, con el fin de proporcionar una barrera frente a la corrosión sobre el tubo para evitar la corrosión del propio tubo y para mejorar la unión entre el tubo y las aletas. La publicación de patente francesa FR 2 179 317 A describe un intercambiador de calor fabricado a partir de tubos de cobre y aletas de aluminio, en el que el tubo está revestido con una soldadura aplicada mediante revestimiento en baño caliente hasta un espesor de 20 a 50 micrómetros. La publicación de patente japonesa JP 63 034 495 A describe un intercambiador de calor que tiene aletas de aluminio y un tubo de una aleación de aluminio que se reviste a la llama con una soldadura de aleación de aluminio que puede contener cinc.

De acuerdo con el invento, se proporciona un método como se define en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes, se definen características opcionales.

En general, el presente invento se refiere a un método de protección avanzado frente a la corrosión galvánica. En un producto formado por dos metales, siendo uno más noble que el otro, se trata la superficie externa del metal más noble con un metal que es más compatible en términos galvánicos con el metal menos noble que la compatibilidad que, en términos galvánicos, muestra el metal más noble con el metal menos noble antes del montaje, para formar una capa protectora sobre la superficie del metal más noble y entre el metal menos noble y el metal más noble, en la que se reduce la corrosión del metal menos noble. Mediante la selección óptima del tratamiento aplicado al metal más noble, el invento reduce en gran medida el proceso de oxidación reducción que provoca la corrosión del metal menos noble, por ejemplo una aleta de aluminio montada sobre un tubo de cobre de un intercambiador de calor, en presencia de un electrólito.

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor que incorpora tubos del intercambio de calor tratados de acuerdo con el presente invento.

Como se describirá más detalladamente a continuación, el presente invento se describe para proporcionar protección frente a la corrosión galvánica de un intercambiador de calor de cobre-aluminio. No obstante, resultará evidente para el experto en la técnica que el presente invento no se limita a este ejemplo específico y podría utilizarse junto con un número de disposiciones en las que metales diferentes se encuentran en contacto el uno con el otro en presencia de un electrólito.

La Fig. 1 muestra un intercambiador de calor de aleta/tubo 10 del tipo de los empleados normalmente en las unidades de acondicionamiento de aire. El intercambiador de calor incluye uno o más circuitos de flujo para transportar el refrigerante a través de la unidad del intercambiador de calor. Con fines explicativos, el intercambiador de calor 10 contiene un tubo de circuito de flujo sencillo 2 que consiste en una línea de entrada 3 y una línea de salida 4, que se encuentran conectadas en un extremo del intercambiador de calor 10 por medio de un tubo 5 acodado 90º. No obstante, debería resultar evidente que pueden añadirse más circuitos a la unidad dependiendo de las demandas del sistema. Además, la unidad incluye una serie de aletas 6 que comprenden placas dispuestas en sentido radial como elementos espaciados a lo largo de la longitud del circuito de flujo. Las aletas 6 se encuentran soportadas en el montaje entre el par de placas terminales 7 y 8, para definir un conducto de flujo de gas a través del cual el gas pasa sobre la extensión del tubo 2 y entre las aletas espaciadas 6.

Como se ha establecido anteriormente, los intercambiadores de calor de este tipo se encuentran comúnmente expuestos a entornos corrosivos durante su utilización. En la disposición típica, los intercambiadores de calor de este tipo se fabrican empleando tubos de cobre para los tubos de flujo del circuito y aluminio para las aletas. Las aletas se disponen en contacto con los tubos y retiran calor de los tubos mediante transferencia de calor conductiva y a continuación disipan el calor mediante transferencia de calor convectiva al gas (normalmente aire) que fluye por los tubos. Se utiliza cobre en la construcción del tubo debido a sus buenas propiedades de transferencia de calor, resistencia general a la corrosión, y facilidad de reparación. Las aletas se fabrican de aluminio debido a sus buenas propiedades de transferencia de calor, facilidad de fabricación y bajo coste. Los intercambiadores de calor fabricados completamente de cobre, así como los fabricados completamente de aluminio, se utilizan en determinadas aplicaciones para evitar los problemas de la corrosión galvánica pero a costa de las capacidades descritas anteriormente.

El aluminio se encuentra considerablemente más abajo que el cobre en la serie galvánica, es decir es menos noble. Es por este motivo que el aluminio se oxida o se corroe cuando se encuentra en contacto con el cobre en presencia de un electrólito. En la disposición que se muestra en la Fig. 1, la superficie de contacto del tubo y la aleta se encuentran donde se produce el par galvánico y donde tiene lugar la corrosión de las aletas de aluminio. Una vez que la aleta ha experimentado la corrosión en la intersección, la aleta deja de estar en contacto con el tubo y, de esta forma, la eficacia del intercambiador de calor se reduce en gran medida debido a que la aleta pierde su capacidad para conducir el calor al exterior del tubo.

Como se explica más detalladamente a continuación, de acuerdo con el presente invento, las superficies expuestas de los tubos 2 se revisten o enriquecen con aluminio o un metal que sea más compatible con el aluminio en términos galvánicos. El aluminio es el mejor material candidato, dado que no se formará el par galvánico entre el revestimiento de aluminio y las aletas de aluminio 6. No obstante, dichos metales activos tales como cinc, estaño, magnesio, galio, cadmio y plomo también reducen el alcance del par galvánico y, de esta forma, la velocidad de oxidación del material de la aleta.

El revestimiento o enriquecimiento superficial de los tubos de cobre 12 con aluminio se consigue antes del montaje del intercambiador de calor 10. La aluminación del cobre es una práctica bien conocida y puede lograrse con un grado de precisión tal que se eliminen virtualmente los problemas citados anteriormente con los revestimientos convencionales para la protección frente a la corrosión. En la industria se conocen diferentes procesos para la aluminación de los tubos de cobre, y se encuentran contemplados por el presente invento. Los procesos de revestimiento incluyen, baño en caliente, galvanoplastia, suspensiones y pinturas suspendidas con aluminio, y pulverización térmica. El proceso de enriquecimiento superficial incluye la deposición iónica en fase de vapor, la deposición química en fase de vapor y la deposición física en fase de vapor.

El aspecto crítico del presente invento es la producción de un revestimiento de aluminio uniforme sobre la superficie completa de los tubos 2 del circuito de flujo. Independientemente del proceso contemplado, con el fin de lograr los resultados apropiados del presente invento, deben controlarse cuidadosamente las variables de preparación de la superficie del tubo, temperatura de precalentamiento del tubo, composición del revestimiento y espesor de revestimiento. Es preferible preparar las superficies expuestas del tubo con el fin de retirar la capa de óxido superficial del cobre, para garantizar que el material del revestimiento se adhiera bien al tubo. En la industria se conoce un número de procesos para la preparación de la superficie e incluyen la utilización de gases reductores, flujos y chorreo con granalla. Las temperaturas de precalentamiento del tubo deben controlarse entre 24ºC y 600ºC con el fin de evitar la disolución del cobre y limitar el crecimiento inter-metálico durante el proceso de revestimiento.

Es preferible que el revestimiento tenga una elevada ductilidad para permitir el posterior montaje del intercambiador de calor sin dañar el revestimiento. La ductilidad del revestimiento viene determinada en parte por la composición del revestimiento y por el espesor del mismo. Como se ha mencionado anteriormente, cualquier composición metálica más compatible en términos galvánicos con el material de la aleta que el material del tubo ralentizaría la velocidad de oxidación de las aletas 6, mientras que el material de revestimiento ideal encajaría perfectamente con el material de la aleta. Se consideran determinadas aleaciones de aluminio para su utilización en el presente invento y comprenden aluminio combinado con silicio y aluminio combinado con cinc. De manera ventajosa, el revestimiento debe ser suficientemente grueso para evitar que el electrólito penetre. No obstante, dado que cualquier revestimiento presenta cierto efecto negativo sobre la transferencia de calor de la unidad, debe evitarse un espesor excesivo de la capa protectora. El intervalo de espesor óptimo contemplado por el presente invento es de 1 a 2 milésimas de pulgada (de 2,5 a 51 micrómetros).

Claims (4)

1. Un método para reducir la corrosión galvánica de un primer miembro de metal menos noble en un montaje con un segundo miembro de metal más noble cuando el montaje se expone a un electrólito, presentando el primer miembro de metal menos noble montado una superficie de contacto con la superficie expuesta del segundo miembro de metal más noble, que comprende la etapa de tratar la superficie expuesta del segundo miembro de metal más noble con un metal cuya compatibilidad en términos galvánicos con el primer miembro de metal menos noble es mayor que la compatibilidad en términos galvánicos del segundo miembro de metal más noble con el primer miembro de metal menos noble antes de montar el primer miembro de metal menos noble con el segundo miembro de metal más noble, formándose de esta manera una capa protectora sobre la superficie expuesta del segundo miembro de metal más noble y entre el primer miembro de metal menos noble y el segundo miembro de metal más noble, en el que el segundo miembro de metal más noble consiste esencialmente en cobre, el primer miembro de metal menos noble consiste esencialmente en aluminio, y el metal de tratamiento comprende un metal que se escoge en el grupo formado por aluminio, una aleación de aluminio que contiene silicio, una aleación de aluminio que contiene cinc, cinc, estaño, magnesio, galio, cadmio, plomo y sus combinaciones.

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque el montaje es un intercambiador de calor en el que el segundo miembro de metal más noble es un tubo de transferencia de calor y el primer miembro de metal menos noble es al menos una aleta metálica montada en la superficie externa de dicho tubo de transferencia de calor.

3. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que la etapa de tratamiento incluye un proceso de revestimiento que se escoge entre un proceso de baño en caliente, un proceso de galvanoplastia, un proceso de pintura o un proceso de revestimiento por difusión.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa de metal de tratamiento tiene un espesor entre 0,0001 pulgadas y 0,002 pulgadas (de 2,5 a 51 micrómetros).