Guía de innovación tecnológica en aplicaciones de cobre

Guía de innovación tecnológica
en aplicaciones de cobre
Octubre de 2012, v 3.0
International Copper
Association
Copper Alliance
Cu

copperalliance.org | 2
Tabla de contenido
Prioridades en Investigación y
Desarrollo (I&D)................................................. 3
Resumen ejecutivo ......................................... 4
Dirigiendo la innovación:
propiedades fundamentales del cobre ...... 8
Prioridades de la Guía de Innovación ..... 12
Oportunidades existentes/en desarrollo .14
Oportunidades emergentes ........................ 17
Posibles aplicaciones futuras ..................... 23
Implementación ............................................ 25
Anexo A:
La evolución del motor
con rotor de cobre moldeado .................... 28
Anexo B:
Propiedades fundamentales del cobre .... 32
Anexo C:
Tendencias y desafíos
que influyen en el uso del cobre .............. 33
Anexo D:
Cobre y sociedad ........................................... 35
Anexo E:
Ciclo de vida del cobre ................................ 36
Anexo F:
El cobre en la actualidad ............................ 37
Anexo G:
Colaboradores ................................................ 38
Anexo H:
Referencias ..................................................... 39

copperalliance.org | PRIORIDADES EN INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO 3
Cátodos terminados
Productos semifabricados
Propiedades fundamentales del cobre:
Conductividad eléctrica | Deformabilidad | Color/Apariencia estética | Aleabilidad
Conductividad térmica | Resistencia a la corrosión | Efecto antimicrobiano | Reutilización indefinida Recyclable
Aplicaciones existentes/en desarrollo Aplicaciones emergentes
Industria
proveedora
Industria
transformadora
Aire acondicionado y sistemas
de refrigeración
Transmisión de datos/señales
Superficies antimicrobianas*
Cableado automotor
Combustión a gas
Transmisión de energía eléctrica
Interconexión electrónica
Gestión térmica electrónica
Sistemas propulsados por motor
Energía renovable
Acuicultura
Propulsión eléctrica automotriz
Disipación de energía sísmica
Almacenamiento de energía
térmica
Componentes de cobre
ultraconductores
Exploración de aplicaciones
potenciales futuras
Componentes del sistema de
ingeniería/fabricación y productos
terminados
Tendencias y desafíos:
• Reducción del costo de
procesamiento
• Maximización del valor
agregado del uso del cobre
• Creciente presión competitiva
de otros materiales
• Cambio en las regulaciones,
códigos y estándares
• Aseguramiento del
rendimiento de productos de
cobre con diseño de ingeniería
• Aumento del uso de materiales
complementarios con diseño
de ingenierías
• Diseño para recuperación y
reutilización
• Preparación para el cambio
climático
Uso de componentes y productos
terminados
Gestión de la vida útil
Necesidades sociales de largo plazo:
Mejor salud humana | Sustentabilidad ambiental
Mayor eficiencia energética | Mejores estándares de vida
Desechos de cobre
(Material secundario)
Desechos de cobre (Limpio)
* Los elementos en cursivas se
encontraban en ediciones
anteriores de la Guía y no son
en la actualidad prioridades
de I&D
Selección y abastecimiento
de materiales
Diseño de
ingeniería
Desarrollo de productos
y procesos
Prioridades en Investigación y Desarrollo (I&D)

copperalliance.org | ResUmen eJecUtivo 4
Resumen ejecutivo
El cobre mantiene un registro notable ininterrumpido como parte integral
de la vida de las personas y la civilización1
. Posee una combinación única
de propiedades que gracias a conocimientos científicos y creatividad se han
aplicado en algunas de las mayores innovaciones de la historia: Instrumentos
de navegación de precisión, sistemas eléctricos, distribución de agua
potable segura, aire acondicionado y comunicaciones de datos. Esta Guía de
innovación en aplicaciones de cobre orienta al lector en torno a los nuevos y
prometedores desarrollos del cobre con el potencial de aplicación mundial.
Desde que la International Copper Association (ICA) presentó su Guía de innovación en 2007, ésta ha servido como
una recopilación de conocimientos y una guía hacia esfuerzos de investigación colaborativa precompetitiva entre
productores y fabricantes de cobre, industrias que lo utilizan, universidades, programas de gobierno, empresarios y
expertos en tecnologías independientes.
Panorama general

Entre las aplicaciones existentes/en desarrollo
que constituyen las prioridades de hoy se
cuentan:
• Sistemas de aire acondicionado y
refrigeración: la tendencia hacia sistemas
más compactos y más eficientes en el
uso de la energía y el uso creciente de
refrigerantes ecológicos o amigables
con el medioambiente nos ofrece a
la vez, implicaciones de diseño como
oportunidades para el cobre, las que pueden
ser abordadas mediante I&D colaborativa.
Desde la primera versión de esta Guía de
innovación, un equipo organizado por
ICA y compuesto por investigadores de la
industria y académicos, ha reducido en
40% el contenido de cobre en algunos
intercambiadores de calor de sistemas de
aire acondicionado con un alto volumen
de producción gracias al uso de tubos
de cobre con ranura interna de menor
diámetro. Este esfuerzo sigue en pie y
ahora se está ampliando a equipos de
refrigeración. El cobre ofrece ventajas en
El diagrama de la página 3 describe la Guía de Innovación Tecnológica completa
de la industria del cobre. La primera sección de la Guía examina más en detalle los
extremos del diagrama, específicamente las aplicaciones existentes o en desarrollo y
las aplicaciones emergentes. Las áreas en cursiva representan aplicaciones donde se
han logrado mejoras considerables en los últimos años. A pesar de que estas áreas ya
no son prioridades, se sigue trabajando en promover los avances de la tecnología del
cobre en estas aplicaciones.
El Anexo A brinda un estudio de caso respecto de la forma en que un avance en la tecnología del cobre afecta la investigación,
desarrollo de procesos y diseño de ingeniería hasta el uso comercial. Los Anexos B, C y D abordan las áreas centrales del diagrama,
donde se describen las propiedades fundamentales del cobre, con el análisis de las tendencias y los cambios que influyen en el uso
del cobre y el examen de cómo estos atributos pueden ayudar al progreso futuro de la sociedad
Nuevas orientaciones
la eficiencia energética sustentable, facilidad
de fabricación, efectos antimicrobianos y
calidad del aire circulante.
• Transmisión de datos/señales: los cables
de cobre con un mayor ancho de banda y
menor consumo de energía que facilitan
la instalación y conexión fortalecerán la
posición competitiva de la industria. El
cobre además ofrece transmisión de energía
y datos en el mismo cable, con lo cual se
simplifica la conexión del entretenimiento
digital, conexiones, procesos informáticos
y equipos de seguridad en redes de alta
velocidad con una solución rentable.

Las aplicaciones emergentes abren
mercados completamente nuevos para el
cobre al ampliar y aumentar su uso. Cada
área requiere el desarrollo de tecnologías
nuevas y mejoradas basadas en el cobre.
Entre las oportunidades emergentes
principales se incluyen:
• Acuicultura: las jaulas de aleaciones
de cobre para acuicultura marina
emergen como una solución efectiva a
problemas importantes que enfrenta la
industria acuícola. A las jaulas típicas
construidas con materiales sintéticos
con revestimientos antiincrustantes
se adhieren organismos marinos luego
de varios meses de uso. Las jaulas de
aleación de cobre se mantienen sin
adherencias durante años, con lo cual
mejora la salud de los peces, aumenta
su tasa de crecimiento y se elimina
la necesidad de limpiar o reemplazar
las jaulas. La fortaleza mecánica y
resiliencia de una estructura de aleación
de cobre también ayuda a evitar el
ataque de depredadores y el escape de
los peces.
• Propulsión eléctrica automotriz:
los sistemas de propulsión eléctrica
automotriz están experimentando un
considerable desarrollo hacia diseños de
ingeniería más sofisticados, compactos
y eficientes. Los sistemas de propulsión
eléctrica incorporan cobre en las
baterías, control eléctrico, puntos y
tomas de alimentación de recarga y
gestión motriz y térmica. Energizar
vehículos eléctricos requiere cambios en
la infraestructura eléctrica con lo que se
obtendrán ventajas a partir del cobre.
• Disipación de energía sísmica:
los daños de los terremotos en
edificios, su contenido y ocupantes se
pueden controlar mediante el uso de
dispositivos de cobre que absorben
energía para limitar los movimientos
de la infraestructura. Esta nueva área
de aplicación aplica aleaciones de
cobre superelásticas y la propiedad de
deformación plástica del cobre refinado.
• Almacenamiento de energía térmica:
la tecnología térmica basada en hielo ha
demostrado ser efectiva en la demanda
de energía eléctrica con pausa en directo
en sistemas de aire acondicionado.
Se están desarrollando sistemas que
usan materiales de cambio de fases
con varios tiempos de la densidad de
la energía de los sistemas de agua/
hielo. Los dispositivos compactos de
almacenamiento de energía térmica de
cambio de fase con intercambiadores
de calor de cobre se pueden integrar en
sistemas geotérmicos, de calentamiento
de agua, térmicos solares y otros para
reducir el costo del sistema y aumentar
la eficiencia energética. De la misma
forma que en una batería eléctrica,
estos dispositivos se pueden cargar o
descargar en diferentes valores.
• Componentes de cobre
ultraconductores: se han hecho
progresos en los métodos para la
incorporación de nanotubos de carbono
con pared simple de cobre de una forma
que aumente la conductividad eléctrica
de la temperatura ambiente del cobre en
un 30% o más- Este avance permitiría
una notable mejora en la eficiencia en
redes de transmisión y distribución de
energía eléctrica; motores y generadores
eléctricos más compactos y menos
bajos e importantes reducciones en la
generación de calor en todos los tipos de
sistemas eléctricos.

La industria del cobre, con la acción de ICA, financia investigación y desarrollos
precompetitivos que pueden crear o permitir futuras aplicaciones de mercado para el
cobre o intensificar las existentes. Se invita a los investigadores a proponer conceptos
creativos derivados de avances científicos, transferencia tecnología o necesidades
comerciales o de la sociedad. Tales propuestas deben identificar el avance requerido
y describir un enfoque confiable. Se prefieren las propuestas que contengan datos de
una demostración o un cronograma de desarrollo relativamente rápidos. Sin embargo,
también son bienvenidas las propuestas relacionadas con investigación científica de
largo plazo.
La Guía de innovación tecnológica en aplicaciones de cobre seguirá evolucionando a medida que la industria reacciona a
tendencias de la sociedad, presiones competitivas, desarrollos técnicos relacionados y oportunidades no previstas. A pesar de que
la Guía actual no trata todos los ámbitos tecnológicos, se concentra en las mayores necesidades precompetitivas percibidas por
la industria del cobre y sus clientes. Identificar y definir nuevas actividades de investigación sigue siendo un desafío. Teniendo ese
objetivo en mente, la tercera sección de este documento describe planes para que un proceso administrado por la industria cree,
lance y gestione proyectos de aplicaciones de cobre más allá de los descritos en esta Guía. El éxito de esta Guía se medirá por el
número y alcance de proyectos de I&D colaborativos que inspire y los beneficios que reditúen esos proyectos.
Conceptos de aplicación futura

copperalliance.org | DIRIGIENDO LA INNOVACIÓN 8
Dirigiendo la innovación: propiedades
fundamentales del cobre
La Guía de innovación tecnológica en aplicaciones de cobre tiene un
enfoque inclusivo que abarca desde minas, fábricas, fundiciones y refinerías
hasta fabricantes, procesadores y manufactureros, además de disciplinas,
industrias y aplicaciones específicas (consulte el diagrama de Prioridades en
Investigación y Desarrollo). La substitución de materiales está en aumento en
mercados de cobre tradicionales y es un imperativo que la industria del cobre
identifique y evalúe activamente nuevas oportunidades tecnológicas. La Guía
de innovación pretende identificar esas áreas en las que la investigación
y desarrollos tecnológicos tengas posibilidades de ofrecer un impacto
considerable en el valor del cobre en mercados en desarrollo y emergentes.

El cobre mantiene un registro notable
ininterrumpido como parte integral de la
vida de las personas y la civilización1
. Las
propiedades fundamentales del cobre han
satisfecho las necesidades de la sociedad
a lo largo de su historia. Para impulsar
la innovación, la industria del cobre
debe continuar explorando propiedades
fundamentales del cobre como:
• Conductividad eléctrica
• Conductividad térmica
• Efecto antimicrobianot
• Deformabilidad
• Resistencia a la corrosión
• Reutilización indefinida
• Color/apariencia estética
• Facilidad para unir
• Aleabilidad
A medida que la industria avanza, se debe
colaborar con sus socios para examinar las
formas en que las ventajas intrínsecas que el
cobre pueden ayudar a la sociedad a aplicar
los beneficios para un mundo mejor y más
sustentable. El éxito provendrá de:
• El desarrollo de nuevos materiales:
aleaciones, composiciones y compuestos,
que proporcionen formas más rentables
para producir y procesar esos materiales.
La industria de conectores eléctricos
y del encapsulado electrónico son dos
ejemplos entre muchos en los que se
aplica este enfoque regularmente.
• Optimizar la forma en que se usa o
fabrica el cobre. El desarrollo auspiciado
por International Copper Association
(ICA) de moldeado de cobre rentable es
un ejemplo del proceso colaborativo de
I&D en la industria del cobre (consulte el
Anexo A).
• Innovación que aproveche
adecuadamente los atributos del cobre
y contrarreste la substitución potencial
con materiales alternativos.
• Pensamiento innovador que relacione el
cobre con nuevas aplicaciones y supere
los desafíos técnicos.
copperalliance.org | dirigiendo la innovación 9

copperalliance.org | dirigiendo la innovacióN 10
Ningún otro metal, ya sea por sí solo o en aleación, ofrece con tanta efectividad la
cantidad y amplitud de propiedades útiles del cobre. En las próximas décadas, los
progresos tecnológicos dependerán en alto grado de materiales avanzados como
metales, aleaciones, composiciones y otras estructuras, muchos de los cuales pueden
contener cobre.
Además de tener un rendimiento altamente técnico, estos materiales pueden influenciar positivamente temas como la salud
humana, eficiencia energética, sustentabilidad y estándares de vida. El cobre y los materiales basados en cobre cumplen
claramente estos criterios. El Anexo B ofrece información adicional sobre propiedades útiles del cobre. El Anexo C analiza
las tendencias y desafíos que influyen en el uso del cobre. El Anexo D brinda conocimientos respecto del rol del cobre en la
satisfacción de las necesidades sociales. Nota: Los Anexos B, C y D siguen el flujo de la sección central del diagrama de la Guía.
Ventajas intrínsecas del cobre

copperalliance.org | DiriGIENDO LA INNOVACIÓN 11
Cobre reutilizado Jaula para peces
Aleación de cobre laminada Conectores
Cobre extruido Tubos para aire acondicionado
Los cátodos de cobre y el cobre reciclado son las materias primas para aplicaciones
transformadoras del cobre. Las empresas de productos semielaborados procesan estos
materiales, a menudo con elementos de aleación, para producir una forma intermedia
con propiedades adecuadas para la fabricación y uso final. Estos materiales de cobre
con valor agregado se fabrican posteriormente en la forma precisa del producto final.
Los expertos en materiales de empresas de productos semielaborados y los ingenieros
de sus clientes y especialistas en productos interactúan en estrecha colaboración
durante el diseño de ingeniería y los procesos de desarrollo con el fin de asegurar la
composición y pureza de las aleaciones de cobre para lograr la deseada funcionalidad
y rendimiento en la aplicación final.
La industria del cobre, con sus propios representantes y los de docenas de centros del cobre en todo el mundo, ofrece a los
usuarios un alto nivel de apoyo para ayudar en la selección de la solución de materiales de cobre más efectiva. Posteriormente se
detallan aspectos clave, oportunidades y actividades recomendadas para el cobre que apoyarán la colaboración técnica futura con
ingenieros de productos y procesos.
Desde cátodos hasta productos terminados:
Diseño de ingeniería y desarrollo de productos/
procesos
Transformación
visual del
cobre:

copperalliance.org | prioridades DE LA GUÍA DE INNOVACIÓN 12
Prioridades de la Guía de Innovación
Esta Guía orienta sobre programas de I&D colaborativos y precompetitivos
que benefician a la industria del cobre y a la sociedad. La industria favorece
este enfoque colaborativo y precompetitivo dado que los costos se distribuyen
entre las partes que esperan obtener beneficios y una amplia gama de
conocimientos técnicos disponibles para equipos de proyectos. ICA busca
propuestas de I&D de alta calidad para todas las áreas de oportunidad de
prioridades.
Las asociaciones industriales de cobre, productores de productos fabricados y semifabricados y manufactureros de uso
final han definido los siguientes criterios generales para seleccionar las actividades de prioridad. Las actividades de
prioridad deben ser:
• Abordar temas técnicos que, si se resuelven, deben tener como resultado un impacto positive en la utilización del cobre
en áreas de aplicaciones existentes o nuevas.
• Tener una alta probabilidad de implementación comercial debido al involucramiento de una amplia gama de
participantes de la industria, organizaciones de investigación y organizaciones de cofinanciamiento.
• Mejorar la imagen positiva del cobre en términos ambientales y sociales. El cobre es esencial para la salud, su uso
promueve la eficiencia energética y su reutilización es prácticamente inigualada entre todos los materiales de
ingeniería.

Aplicaciones existentes/en desarrollo
que mantienen o aumentan el uso actual
del cobre a gran escala. Por lo general, la
presión de los costos, la competencia entre
materiales y las restricciones de diseño
(por ejemplo, miniaturización) influyen en
el uso del cobre en estas aplicaciones. El
objetivo es aplicar las propiedades técnicas
del cobre de manera más efectiva a fin de
mantener la posición competitiva del cobre
como el material preferido.
Las aplicaciones emergentes abren
mercados completamente nuevos para el
cobre, con lo cual se amplía y aumenta
su uso. El enfoque está en la mejora y la
aplicación creativa de las propiedades del
cobre para solucionar nuevos problemas
tecnológicos. La explotación de la eficacia
antimicrobiana del cobre para superficies de
contacto y la comercialización de dispositivos
de disipación de energía basados en cobre es
un ejemplo de esta categoría.
copperalliance.org | proriedades de la gUía de innovación 13
Las oportunidades con mayor prioridad descritas en esta Guía se agrupan dos
clasificaciones amplias:
Clasificación de oportunidades con mayor prioridad

copperalliance.org | OportUnidades eXistentes/en desarrollo 14
Oportunidades existentes/en desarrollo
Aire acondicionado y sistemas de refrigeración
El uso de tubos de cobre de menor diámetro (≤ 5 mm de diámetro) brinda
ventajas considerables en intercambiadores y sistemas de calor, incluidos
menor tamaño, menor carga de refrigerante, menores y costos y mayores
eficiencias energéticas. Lograr soluciones rentables implica realizar trabajo
de I&D en unión de materiales, tubos de metal y fabricación de aletas, diseño
de ingeniería de intercambiadores de calor, optimización de
transferencia y sistemas de calor de dos fases.
En la actualidad, R410A y otros hidrofluorocarbonos (HFC, hydro-fluorocarbons) son los refrigerantes
de mayor uso en aplicaciones para intercambio de calor en artefactos. Los sistemas que usan el
refrigerante R410A funcionan a una presión de aproximadamente 60% mayor que los sistemas
similares que usan R22. Esto presenta tanto implicaciones como oportunidades de diseño. En el
mediano plazo, los nuevos refrigerantes de hidrofluorolefinas (HFO) son los candidatos principales
para reemplazar al R410A y R134. En el largo plazo, el dióxido de carbono, los hidrocarburos y el
agua pueden convertirse en alternativas preferidas. El creciente interés en refrigerantes a base de
hidrocarburos, como el isobutano y el propano para aplicaciones seleccionadas, significa que los
sistemas de cobre deben seguir adaptándose a refrigerantes amigables con el medioambiente.

Tendencias, problemas e impulsores
• La creciente demanda por sistemas de
aire acondicionados más compactos y
eficientes en el uso de la energía con
mejor calidad de aire
• Intensificación de la competencia entre
materiales
• Reducción de los costos de manufactura
• Reducción de la destrucción de la capa
de ozono y el calentamiento global al
hacer cambios en los refrigerantes
• Eliminación de las filtraciones de
refrigerantes de los sistemas
• Reducción del impacto ambiental de la
disposición al final del ciclo de vida y el
reciclado de los materiales
Oportunidades y actividades
recomendadas
Líquidos de trabajo ecológicos de próxima
generación
• Optimizar los diseños de intercambiadores
de calor de cobre MicroGrooveTM
de
diámetro pequeño para la próxima
generación de líquidos de trabajo y los
posibles refrigerantes futuros
• Actualizar y optimizar el software de
simulación de diseño de sistemas e
intercambiadores de calor para tubos de
cobre de diámetro pequeño, adaptando
el uso de nuevos refrigerantes (tanto
en sistemas de aire acondicionado de
habitaciones como de refrigeración)
• Desarrollar configuraciones de tubos con
gas integral para sistemas divididos de
transferencia de líquidos (por ejemplo,
para refrigerante de líquido de trabajo de
CO2 y agua)
• Optimizar sistemas de carga pequeña de
refrigerante capaces de usar refrigerantes
a base de hidrocarburos
Procesos de manufactura
• Desarrollar soluciones más eficientes
y de menor costo de mano de obra
en soldaduras y ensamblajes para
intercambiadores de calor
• Introducir diseños de sistemas y métodos
de manufactura para asegurar sistemas
intercambiadores de calor sin filtraciones
Eficiencia energética
• Mejorar la transferencia de calor y
resolver problemas de distribución
de flujo en intercambiadores de calor
compactos usando tubos de cobre de
5mm y 4mm de diámetro
• Expandir la aplicación de sistemas
de tubos de 5mm/4mm a bombas de
calefacción y mayores tamaños como
flujo de refrigerante variable y sistemas
de azoteas ligeros comerciales
• Desarrollar nuevas geometrías de diseño
de intercambiadores de calor para mejorar
el rendimiento de MicroGroove, explorar
el potencial y las limitaciones de diseños
de intercambiadores de calor de cobre de
geometría variable y diseños sin aleta
Nuevas aplicaciones y tecnologías
• Expandir el uso de sistemas de
tubos de cobre de diámetro pequeño
a la refrigeración, sistemas de
almacenamiento térmico de materiales
con cambio de fase, calentadores de
agua con bombas de calefacción, bombas
de calefacción de vehículos eléctricos y
bombas de calor geotérmicas
• Identificar y explorar nuevas tecnologías de
intercambio de calor que pueden afectar
los sistemas de aleta con tubos de cobre
• Identificar y evaluar nuevas aplicaciones
de aletas de cobre que requieran
rendimiento antimicrobiano

Reemplazar el cobre por fibra requiere de
dispositivos adicionales de acoplamiento
óptico/eléctrico, lo que aumenta el costo
y la complejidad. Sin embargo, el costo
de instalaciones basadas en fibra sigue
disminuyendo y esta realidad de mercado
exige desarrollos constantes de sistemas
de cableado basado en cobre de mayor
velocidad para que el metal siga siendo
competitivo. Además de proporcionar ancho
de banda adecuado, los nuevos cables
basados en cobre deben reducir el consumo
de energía y ser más simples y más sólidos
que los sistemas actuales con respecto a la
fácil instalación y conectividad.
Entre las funcionalidades clave del cobre se
incluyen la capacidad para entregar energía
y datos simultáneamente y la capacidad
para proporcionar una fuente de energía
confiable que permite dispositivos de redes
como teléfonos con protocolos de Internet,
puntos de acceso inalámbricos, cámaras de
seguridad, puertos de red de dispositivos
portátiles e incluso computadoras de menor
consumo de energía que operen donde las
fuentes de energía convencionales como
cables y tomas CA no son prácticos.
• Aumentos continuos en las velocidades
de conexión: 10Gbps (10 mil millones
de bits por segundo) ahora están
reemplazando los 1Gbps en data
centers; se espera que después del año
2020, la regla sea 100Gbps y ya se está
discutiendo el 1Tbps
• Los proveedores de fibra óptica también
continúan promoviendo las soluciones de
conexión de datos de alta velocidad, pero
con menores costos
• Los cables de cobre seguirán siendo
competitivos mientras sigan coincidiendo
con la fibra en velocidad, aunque sea en
distancias cortas (<=100m).
• El consumo eléctrico de los data centers
se está convirtiendo en una limitación
para el crecimiento
recomendadas
Interfaces de cobre de alta velocidad
• Desarrollar tecnología para maximizar
la velocidad de datos por sobre los
100 m, que es la distancia estándar de la
industria, con cables de datos de cobre y
conectores de bajo ruido
• Apoyar el desarrollo de estándares
industriales para interfaces de cobre y
fomentar el desarrollo de equipos de
redes que incluyan interfaces de cobre
Energía a dispositivos de redes remotos
• Apoyar el desarrollo de estándares
industriales que incorporen la capacidad
de proporcionar 30W o más con cables
de datos de cobre estándar
• Ampliar la disponibilidad de productos
de redes que aprovechen los cables
disponibles de electricidad sobre datos
Menor consumo de energía
• Desarrollar técnicas de señalización de
bajo consumo que aprovechen las ventajas
de los cables de cobre mejorados para
reducir el consumo de energía de los data
centers y de las redes
• Explorar el potencial de aplicar cobre
ultraconductor en aplicaciones de
comunicaciones de datos (consulte
Oportunidades emergentes)
Las instalaciones computacionales industriales, comerciales y de consumidores
demandan continuamente mayor capacidad de ancho de banda. Más de un
80% de las interconexiones de equipos que transportan señales en los data
centers utilizan cables y conectores de cobre. En estos enlaces de breve alcance
y densamente poblados, el cobre compite con éxito contra la fibra óptica.
Para cables de menos de 100 m (más del 99% de las conexiones en los data
centres y enlaces horizontales de redes de área local son de menos de 100m),
los cables de cobre con anchos de banda de hasta 10Gbps están disponibles
por una fracción del costo de la fibra óptica. Se están desarrollando y se han
demostrado anchos de banda de hasta 100Gbps.
Transmisión de datos/señales

copperalliance.org | OportUnidades emergentes 17
Oportunidades emergentes
Acuicultura
La acuicultura es una industria mundial de miles de millones de dólares.
El agotamiento de las reservas nativas de peces y la creciente demanda de
peces de cultivos han aumentado la acuicultura cercana a las costas y la
expansión hacia el medioambiente en mar abierto. Hay preocupación por
el ataque de depredadores, equipos y prácticas de cultivo de peces que no
son sustentables desde la perspectiva medioambiental, además de posibles
amenazas a la salud humana por los antibióticos y vacunas administradas a
los peces cultivados.
Con la combinación de la fortaleza mecánica de las aleaciones de cobre, sumada a la resistencia
a la corrosión y su reutilización, se abordan estos problemas. Las mallas de aleación de cobre
se mantienen limpias y permiten la oxigenación del agua que fluye a través de las redes jaulas,
eliminando la basura y los desechos de los peces, con lo cual se mantiene un entorno saludable.
Además las mallas de aleaciones de cobre mitigan la diseminación de enfermedades infecciosas al
reducir considerablemente la acumulación de huevos de la mayoría de los parásitos, con lo cual se
disminuye o elimina la necesidad de tratamientos terapéuticos. La fortaleza mecánica y resiliencia
de una estructura de malla de aleación de cobre resiste los ataques de depredadores, daños de
tormentas y el escape de los peces. A diferencia de las redes hechas de materiales sintéticos, las
estructuras de aleación de cobre son totalmente reciclables al final de su vida útil.

En el período entre 1960 y 1980, la industria
de cobre desarrolló varias jaulas basadas en
cobre para la acuicultura. Estas jaulas eran
rígidas y no era fácil producirlas en grandes
volúmenes.
Las actividades de desarrollo recientes en
aleaciones de cobre y el diseño de jaulas
incluyen redes de alambre tejido y mallas
de metal expandido a partir de láminas con
vidas útiles de más de seis años. Las redes de
aleaciones de cobre han permitido entre 10
a 15% de mayor crecimiento de los peces,
50% de reducción en la mortalidad de los
peces debido a mejoras en su salud, uso
más eficiente de la alimentación y mayores
ganancias para los acuicultores.
• Expansión mundial de la acuicultura de
8% al año durante los últimos 30 años y
que se espera continúe
• Automatización y sustentabilidad son las
dos principales iniciativas con los mayores
productores de peces
• Necesidad de reducción en la pérdida de
peces debido a depredadores, tormentas,
parásitos e infecciones
• Necesidad de reducción en la mano de
obra, específicamente en el buceo
• Demanda de los consumidores por
productos de mar más sustentables
• Principales productores de salmón
exigiendo a los proveedores equipo que
permita mayor sustentabilidad
• Necesidad de lograr la certificación de la
industria en seguridad y sustentabilidad
recomendadas
Jaulas para peces
• Mejorar los diseños de conexiones de
sistemas de mallas para flotación con el
fin de simplificar el ensamblaje
• Desarrollar técnicas eficientes de cosecha
y selección que apliquen la naturaleza
semirrígida de las mallas de aleaciones de
cobre
• Investigar el uso eficiente de materiales
con jaulas que compartan paredes
comunes
• Investigar paneles de redes reemplazables
en el lugar para varias opciones de
tamaño de redes a medida de que los
peces crecen
• Desarrollar sistemas de remoción
automáticos para extraer peces muertos
de las jaulas con fondo casi plano
• Investigar diseños de jaulas para especies
alternativas como pez plano
• Diseñar jaulas de bajo costo para
beneficios sociales en regiones en
desarrollo
• Desarrollar métodos más económicos y
eficientes de instalación de jaulas
Desarrollo de aleaciones y mallas
• Desarrollar aleaciones con mejor resistencia
al desgaste mecánico y la corrosión
• Investigar formas de mallas y aleaciones
adecuadas para la exclusión de
depredadores y resistencia al daño de las
tormentas
• Investigar el uso de tubería sellada en
comparación con alambres como una
posibilidad de compensar mallas pesadas
con flotabilidad integrada
• Desarrollar una base de conocimientos
o modelo para la proyección de la vida
útil de varias aleaciones en diferentes
condiciones oceánicas
Salud de los peces e impacto ambiental
• Desarrollar actividades de investigación
y publicar resultados relacionados con la
comprensión de los efectos de las mallas
de aleaciones de cobre en el estrés de
los peces, parásitos, patógenos, tasa de
mortalidad, tasa de crecimiento y tasa
de conversión de alimentos, al igual que
niveles seguros de liberación de cobre al
medioambiente marino cercano
• Investigar oportunidades en cualquier
parte en que la acuicultura aplica los
beneficios antimicrobianos del cobre
en criadoras, tolvas de alimentación y
barcazas de cosecha

Anticipamos un cambio automático en el
mediano plazo respecto de la tecnología
de motores de tracción de vehículos, este
cambio irá de los motores que llevan
magnetos permanentes en sus rotores a
motores de inducción, que sólo tendrán
cobre y acero en sus rotores. Estos motores
de inducción con rotor de cobre son menos
caros de producir además de que utilizan
materiales más ecológicos. Los motores de
inducción han sido los principales actores
en la tracción automotriz desde su debut
a principios de la década de los noventa
en el vehículo eléctrico de General Motors,
Impact. En la actualidad se encuentran
en automóviles de pasajeros con modelos
vanguardistas de empresas como Toyota,
BMW y Tesla. (consulte el Anexo A).
En el diseño de estatores de motores, los
diseñadores de vehículos buscan motores
menos costosos y más eficientes. La tasa
típica de llenado (por ejemplo, densidad
de volumen) de las bobinas de cobre en
los estatores de máquinas eléctricas es
de alrededor de 50 a 60%. Una tasa de
llenado superior al 80 % acelera la transición
de sistemas de transmisión eléctrica para
automóviles hacia componentes nuevos que
utilizan una mayor proporción de cobre y
reduce el tamaño y peso de los componentes.
Cargar una batería de 35 kWh en 10 minutos
requiere de 250 kW. Una estación de
carga para cuatro automóviles eléctricos
necesitaría 1 MW. La carga rápida elimina
la necesidad de almacenamiento de energía
a gran escala y es mucho más atractivo
para los consumidores que prefieren cargar
sus automóviles en casa o mientras están
estacionados. La excelente conductividad
térmica del cobre puede ofrecer soluciones
de transferencia de calor que mejoren la
capacidad de enfriamiento de las estaciones
de carga rápida.
• La presión por proteger el medioambiente
y mitigar el cambio climático está
aumentando la aceptación de los
vehículos eléctricos
• La tecnología de las baterías aún requiere
de mejoras para permitir la adopción a
gran escala de vehículos eléctricos
• El interés en los vehículos eléctricos varía
según los precios del combustible, pero
en el largo plazo se espera que impere la
tracción eléctrica
• La sensibilidad geopolítica y los niveles
de precios de metales de tierras raras está
haciendo que los fabricantes de equipos
originales se interesen en motores de
inducción
• El moldeado de cobre ha madurado como
un proceso de producción en masa para
rotores de motores de vehículos
Oportunidades y actividades recomendadas
• Aumentar la tasa de llenado de cobre en
las ranuras de laminación de estatores de
motores para que superen 80%
• Incrementar la vida útil del moldeado
para reducir los costos de producir rotores
con cobre moldeado
• Apoyar el prototipo de motores de inducción
en vehículos de fabricantes de productos
originales y proveedores de Nivel 1
• Educar a los tomadores de decisiones
en ingeniería automotriz respecto de las
ventajas de los motores de inducción para
tracción de vehículos
• Desarrollar a nivel mundial la cadena
de abastecimiento de rotores de cobre
moldeado
• Explorar el rol del cobre en conceptos de
baterías avanzadas, incluida la gestión
térmica
• Investigar las necesidades de sistemas de
control climático en vehículos eléctricos
• Explorar la necesidad de los componentes
de cobre en la infraestructura de carga
Los sistemas de propulsión eléctrica incorporan cobre en baterías, baterías,
control eléctrico, puntos y tomas de alimentación de recarga y gestión motriz y
térmica. Los sectores ferroviario, marítimo, de construcción civil y de automóviles
son mercados importantes que utilizan la tecnología de propulsión eléctrica. El
área prioritaria de investigación y desarrollo es la propulsión eléctrica automotriz,
donde se está trabajando intensamente en sistemas, los que se alejan de
aquellos sistemas relativamente simples de motor eléctrico hacia métodos más
eficientes, compactos y de diseño sofisticado. Entre las oportunidades adicionales
se incluyen componentes de cobre para alta capacidad eléctrica y manejo
térmico en componentes electrónicos de alimentación y baterías, así como la
infraestructura para respaldar la recarga de los vehículos eléctricos.
Propulsión eléctrica automotriz

Algunos edificios utilizan amortiguadores
sísmicos construidos de acero y concreto.
Sin embargo, estos amortiguadores carecen
de elasticidad y no regresan a su posición
original después de un evento sísmico. Los
EDD fabricados de aleaciones de cobre
superelásticas, como cobre-aluminio-
manganeso (80% de cobre), ofrece 8 a 10%
de elongación. Este material normalmente
agrega fortaleza a un edificio para que
conserve su posición, pero sólo se estira
cuando se somete a grandes fuerzas
que ocurren durante un terremoto. En
un terremoto, el edificio se balancea de
una forma controlada y el dispositivo de
aleación de cobre superelástico regresa a
su posición inicial. Esta aleación altamente
efectiva también promete ahorros de
costos en comparación con materiales
competitivos de aleaciones de titanio.
El cobre recocido se deforma de manera
plástica debido a vibraciones cíclicas, absorbe
energía y mantiene alta ductibilidad. Se está
considerando como un material ideal para
componentes de EDD en estructuras de acero
y estructuras de cemento reforzadas.
Entre las aplicaciones potenciales de EDD
basados en cobre se incluyen estructuras
flexibles y críticas como grandes edificios
de oficinas, hospitales, puentes, estructuras
portuarias e instalaciones mineras.
• Proteger los edificios y a sus ocupantes en
zonas sísmicas.
• Evitar el colapso y la deformación de los
edificios.
• Evitar el colapso catastrófico de la
infraestructura vital.
• Desarrollar materiales rentables para
edificaciones.
Oportunidades y actividades recomendadas
• Desarrollar procesos de producción en masa
para bloques y varillas con aleaciones
superelásticas basadas en Cu-Al-Mn,
incluido el proceso de tratamiento térmico
para alcanzar un gran tamaño granular
• Desarrollar una comprensión más detallada
de la aleación superelástica basada en Cu-
Al-Mn bajo cargas sísmicas típicas
• Desarrollar una comprensión más
detallada del comportamiento del cobre
recocido bajo cargas sísmicas típicas
• Diseñar y probar diseños de EDD,
caracterizar su comportamiento y
proporcionar a los ingenieros estructurales
parámetros de ingeniería de manera de
que puedan incorporarlos en sus modelos
sísmicos
• Buscar la colocación de EDD a base de
cobre en grandes edificios de oficinas,
hospitales, puentes, estructuras portuarias
e instalaciones mineras
• Explorar el uso de cobre superelástico
en dispositivos de contrapeso dinámico,
por ejemplo, devolviendo los arcos de
los puentes al centro de las columnas de
apoyo para evitar colapsos catastróficos
Mantener la solidez estructural de los edificios en zonas sísmicas sigue siendo un
desafío y una tarea fundamental, dado que más del 50% de la población mundial
vive en ciudades. En la actualidad, los ingenieros estructurales de edificaciones
usan un rango de EDD (Energy Dissipation Devices, Dispositivos de disipación de
energía) para controlar el movimiento de los edificios durante los terremotos.
Estos dispositivos aplican enfoques viscoelásticos, hidráulicos y mecánicos para
absorber y disipar energía. Dos enfoques distintos a base de cobre tienen el potencial
en esta aplicación y brindan mejor rendimiento a un menor costo en comparación
con sistemas alternativos. Se investigan ambos enfoques.
Disipación de energía sísmica

La reserva térmica se puede mantener a
una temperatura sobre (más caliente) o
bajo (más fría) el entorno circundante. Entre
las aplicaciones potenciales que implican
carga lenta con calor y descarga más rápida
se incluyen calentamiento de agua con
energía térmica solar y calentamiento de
agua con bomba de calefacción con fuente
subterránea o aérea. De la misma forma,
los sistemas de almacenamiento de frío
para aire acondicionado y aplicaciones de
refrigeración se pueden cargar cuando la
demanda de electricidad sea baja y descargar
para proporcionar enfriamiento en momentos
de mayor demanda eléctrica para reducir el
estrés en la red energética eléctrica.
El mismo tipo de intercambiadores de calor
con tubos de cobre en sistemas de aire
acondicionado se puede aplicar a sistemas
de almacenamiento de energía térmica en
la cual los intercambiadores de calor estén
inmersos en PCM líquido. Los circuitos
de carga y descarga de tubos de cobre
también se pueden incorporar en grafito
impregnado con materiales PCM, donde el
grafito contiene completamente el PCM
líquido y también mejora la conductividad
térmica del PCM.
• Interés continuo por mejorar la
eficiencia energética
• Reducción del espacio requerido para
almacenamiento de agua caliente en
calentadores de agua con bombas de
calefacción
• Reducción del costo de instalación de
sistemas geotérmicos al incorporar el
almacenamiento térmico
• Desarrollo de nuevos PCM y
almacenamiento térmico basado en
ceolita que permite cinco veces mayor
densidad de energía en comparación
con sistemas basados en agua/hielo
• Integración de almacenamiento térmico
en paredes, cielos y otros componentes
de edificios
recomendadas
• Diseñar y probar módulos de
almacenamiento térmico con PCM usando
intercambiadores de calor con tubos de
cobre/aletas inmersos en PCM líquidos
• Diseñar y probar módulos de
almacenamiento térmico con PCM
usando grafito impregnado con PCM en
combinación con circuitos de intercambio
de calor con tubos de cobre
• Investigar el uso de tubos de cobre con
almacenamiento térmico con ceolita
• Informar a gobiernos y organizaciones
de investigación de la industria respecto
de avances en dispositivos compactos de
almacenamiento de energía térmica con
cambio de fase mejorados con cobre
• Desarrollar el concepto de suministro
de agua caliente y sistemas de aire
acondicionado que utilicen dos
dispositivos de almacenamiento de
energía térmica
Los tanques de almacenamiento de agua caliente y los sistemas de
almacenamiento en frío basado en hielo son los tipos más comunes de dispositivos
de almacenamiento de energía térmica. Más allá de los sistemas de congelamiento/
derretimiento de agua, existen otros materiales de cambio de fase (PCM, Phase
Change Material) como enfoques basados en cera y ceolita que pueden almacenar
más energía térmica que el agua por volumen de unidad. Sin embargo, la
conductividad térmica de los PCM es baja y agregar/quitar calor es más lento de
lo deseado. Existe una oportunidad para mejorar la conductividad térmica de los
PCM al aplicarlos en combinación con intercambiadores de calor basados en cobre.
Esta combinación permite dispositivos compactos de almacenamiento térmico con
densidad de alta energía que se pueden cargar y descargar repetida y rápidamente.
Almacenamiento de energía térmica

La adición de nanotubos de carbono para
fundir cobre bajo condiciones controladas
cuidadosamente también es una promesa. Los
nanotubos de carbono conducen electricidad
mediante diferentes mecanismos para
conducción en cobre y la optimización del
flujo de electrones en un nanocompuesto de
cobre-carbono requiere ingeniería avanzada
a nanoescala. Se están realizando estudios
y pruebas escalando la producción desde
gramos hasta miles de toneladas de alambre.
Al reducir las pérdidas eléctricas, el cobre UC
tendría un efecto transformador en una amplia
área de tecnología y beneficiaría inmensamente
a la sociedad. Se necesita mucho trabajo para
lograr que el cobre UC esté ampliamente
disponible como material de ingeniería para el
uso en componentes y sistemas eléctricos.
• Se incentive el cambio al costo relativo
del cobre en comparación con conductores
de aluminio. Los fabricantes de productos
originales consideran el aluminio como una
alternativa al cobre
• Después de 10 años de esfuerzos científicos,
en 2011 se demostró el cobre UC con más
130% IACS
• Se sigue trabajando en todo el mundo para
disminuir el costo de producción de los
nanotubos de carbono de pared simple
• La presión por mayores economías
en combustibles de vehículos está
incrementando la necesidad de
conductores eléctricos de menor peso
• Existe un creciente enfoque global hacia
la eficiencia energética en la generación,
transmisión, distribución y uso de energía
eléctrica
• La creciente inversión en el sector
de energía renovable está creando la
necesidad de equipos generadores de
turbinas de viento más livianas
recomendadas
• Investigación científica aplicada para
lograr mayor transferencia de energía
eléctrica entre nanocarbono y fases de
cobre
• Métodos para producir cátodos de cobre
UC durante los procesos existentes de
electrorrefinación y electrobobinado
• Métodos para hacer cobre UC a partir de
cobre soldado
• Métodos para producir alambre de cobre
UC usando líneas de procesamiento
de alambre existentes o mediante
electrodeposición directa
• Colaboración con empresas de producción
de nanotubos de carbono para optimizar
nanotubos adecuados para cobre UC
• Exploración de otras propiedades del
cobre UC, incluidas la conductividad
térmica, fortaleza, módulos, ductibilidad
• Exploración de aspectos de salud, entorno
y desarrollo sustentable de cobre UC
• Formación de estructuras cooperativas
para desarrollos de largo plazo en toda
industria y su implementación de cobre
UC
• Desarrollo de aplicaciones de alto valor
para alambre UC y barras colectoras
Se está haciendo progresos en los métodos que incorporan carbono en el cobre
de una manera que mejora la conductividad eléctrica del cobre en temperaturas
ambientes en 30% o más (130% International Annealed Copper Standard (IACS)).
A este material le llamaos cobre Ultraconductor (Cobre UC). Ya se ha producido en
escala de laboratorio mediante codeposición electrolítica de nanotubos de carbono
de pared simple y cobre.
Componentes de cobre ultraconductores

copperalliance.org | Posibles aplicaciones fUtUras 23
Posibles aplicaciones futuras
Además de las áreas de oportunidad prioritarias que se presentan en este
documento, la industria del cobre busca ideas de investigación que prometan
nuevas aplicaciones para el cobre. La industria, a través de la International
Copper Association, Ltd., y su red de organizaciones de promoción del cobre
nacionales/regionales que forman Copper Alliance2
, financia investigaciones
precompetitivas que lleven a la creación de aplicaciones nuevas e importantes
para el cobre.
Se invita a los investigadores académicos o del sector privado, que trabajan ya sea en
investigación básica o aplicada relacionada con el cobre y cuyo trabajo atiende los intereses
de la industria del cobre, a comunicarse con ICA para presentar propuestas que identifiquen
los avances requeridos y describan una metodología técnica confiable para obtener logros.

Una buena propuesta tecnológica para el
cobre reúne lo siguiente:
• Necesitará una iniciativa de investigación
y desarrollo para lograr un avance técnico
significativo que haga posible su aplicación
a escala mundial.
• Creará una nueva aplicación de mercado
o defenderá una aplicación actual del
cobre frente a materiales o tecnologías
alternativas.
• Identificará un plan razonable para su
comercialización.
• Aplicará los atributos superiores del cobre.
El cobre es esencial para la salud, su uso
promueve la eficiencia energética y su
reutilización es prácticamente inigualada
entre todos los materiales de ingeniería.
• Llevará al uso de al menos 10.000
toneladas métricas de cobre anuales a
los cinco años de iniciarse. También se
dará preferencia a las propuestas con
menor volumen de producción, pero un
mayor beneficio social. La tecnología con
un mayor plazo de entrada al mercado
requiere de un mayor impacto en el
mercado y una vía más despejada para su
comercialización.
• Rápido aumento del intercambio de ideas
y la colaboración en la creatividad a nivel
mundial
• Digitalización, comunicación y
computación omnipresente
• Simulación y modelado de fenómenos
metalúrgicos
• Comprensión científica más profunda de
los sistemas vivos
• Mayor preocupación sobre las
consecuencias medioambientales
• Difusión mundial del modelo de inversión
de capital de riesgo
Posibles áreas de exploración
• Sistemas de almacenamiento de energía
eléctrica a escala de redes
• Sistemas de cobre para urbanización,
incluidos equipos más compactos y
tecnologías de transporte urbano
• Materiales de cobre para captura, uso y
transformación del dióxido de carbono
• Materiales basados en cobre eficientes
para permitir la producción, purificación
y uso de hidrógeno
• Estructuras con nanoingeniería y cobre
• Materiales de composiciones de cobre
que contienen varias formas de fibra
o partículas para lograr propiedades
inusuales o mejoradas
• Nuevas formas fundamentalmente
nuevas para superficies y estructuras de
intercambiadores de calor
• Diseños basados en cobre eficientes para
dar apoyo a la electrificación rural
Actividades recomendadas
• Observación de tecnología mediante la
participación en foros y exhibiciones de
I&D gubernamentales y de la industria
• Investigación y desarrollo cooperativos de
materiales avanzados basados en cobre
mediante iniciativas de investigación
científica a nivel de gobierno/industria/
academia en varios países
copperalliance.org | Posibles aplicaciones fUtUras 24

copperalliance.org | Implementación 25
Implementación
La Guía de innovación tecnológica en aplicaciones de cobre sigue
evolucionando a medida que la industria reacciona a tendencias de la
sociedad, presiones competitivas, desarrollos técnicos relacionados y
oportunidades no anticipadas. A pesar de que ésta no trata todas las vías
tecnológicas del futuro, se centra en lo que creen sus colaboradores respecto
de las necesidades precompetitivas de mayor prioridad de la industria del
cobre y de sus clientes. En esa calidad, su fin es guiar la planificación e
implementación de programas de investigación y desarrollo colaborativos que
congreguen los esfuerzos de productores y fabricantes de cobre, industrias
que utilizan el cobre, universidades, laboratorios públicos, empresarios y
expertos en tecnologías independientes.
Muchas de las organizaciones que participaron en la creación de esta Guía invierten considerables recursos cada año para
desarrollar productos innovadores, nuevas aleaciones de cobre y tecnologías de procesos avanzadas. Su trayectoria de
inversiones en tecnología es y seguirá siendo una fuente principal de su propio éxito futuro en el mercado. Al colaborar
para desarrollar y perfeccionar esta Guía de innovación, la industria ha dado pasos hacia importantes transformaciones
en la tecnología empresarial. Para mantener actualizada esta Guía, ICA seguirá un ciclo de revisiones de dos años. Se
invita a los miembros de ICA y de organizaciones de Copper Alliance a revisar contenido y sugerir modificaciones. Por lo
tanto, la Guía se actualizará y el contenido revisado estará disponible para el público.

ICA desempeñará tres roles en la
implementación de la Guía de innovación
tecnológica en aplicaciones de cobre:
• Actividades de difusión y desarrollo
de alianzas que captarán a personas y
organizaciones pertinentes para inspirar
el desarrollo continuo de ideas respecto
de las oportunidades de aplicaciones
del cobre y la necesaria investigación y
desarrollos.
• Los foros de implementación de la guía
ofrecerán instancias focalizadas para
analizar ideas sobre áreas específicas de
oportunidades y difundirán los hallazgos
en las redes creadas.
• La supervisión de la Guía y coordinación
de proyectos implica el manejo de las
interacciones administrativas entre las
distintas organizaciones que participan
en el uso de la Guía. ICA siempre ha
asumido un rol de coordinación en
el desarrollo y la implementación
de la investigación y el desarrollo de
las principales aplicaciones de cobre y
seguirá cumpliendo ese rol. ICA también
estará a la vanguardia de las iniciativas
para reunir cofinanciamiento de terceros
como gobiernos, organizaciones no
gubernamentales y organizaciones
pertinentes de la industria.
La Figura 1 (ver más abajo) describe los
principales pasos de implementación. Estos
pasos han sido diseñados para catalizar el
diálogo acerca del cobre y, posteriormente,
lanzar y administrar la investigación
científica en torno a proyectos de desarrollo
y aplicación del cobre. Un liderazgo bien
definido y la constancia garantizarán
que las oportunidades importantes no
se desvanezcan. Además, lograr el éxito
temprano ayuda a mantener el impulso
generado por la Guía y convencer a las
empresas de que el modelo de colaboración
tecnológica puede funcionar.
Figura 1: Catalización de conversaciones sobre el cobre. Conexión de individuos y redes en
dominios clave y motivación del pensamiento acerca de la tecnología relacionada con el cobre
Ciencias de los materiales, metalurgia y
redes de procesamiento de materiales
Redes de ingeniería de diseño y
aplicaciones pertinentes para el cobre
Estímulo de I&D de ICA
Supervisión y
coordinación de proyectos
Desarrollo de alianzas y
comunicaciones
Foros de implementación
de la Guía
Fuentes de financiamiento con interés
en tecnología relacionada con el cobre

Desarrollo de alianzas y
comunicaciones
Las alianzas de colaboración pondrán a
disposición recursos y capacidades de entre
los semifabricantes de cobre, los productores
de componentes, los fabricantes de sistemas,
los fabricantes de equipos originales u
OEM, las organizaciones gubernamentales,
las universidades, los productores y otros
actores interesados. Combinar la experiencia
y las perspectivas de todas las facetas de
los mercados relacionados con el cobre
garantiza que se satisfagan y anticipen sus
necesidades. La información y la distribución
de los costos reduce la duplicación de
iniciativas de desarrollo tecnológico y
maximiza los recursos para lograr soluciones
eficaces y eficientes. Aún no se han definido
los roles de las empresas y organizaciones en
la implementación de esta Guía. Esos roles
se definirán a medida de que se diseñan e
implementan actividades específicas.
La comunicación constante es importante
para mantener a los grupos de la industria
de todo el mundo informados y al día acerca
de las estrategias y tecnologías eficaces para
aumentar la plusvalía de sus productos. Los
foros de Internet, los artículos de revistas,
los informes publicados, las exposiciones en
congresos y las noticias regulares pueden
aumentar la conciencia mundial acerca de
los últimos avances en la innovación con el
cobre.
Foros de implementación
de la Guía
Un foro de implementación de la Guía
puede solicitar nuevas ideas para acelerar
el avance de los proyectos más urgentes. Si
se determina que no se está atendiendo una
oportunidad particular de la Guía mediante
las iniciativas actuales, los líderes de la
industria del cobre, incluida ICA, deberán
organizar actividades que reúnan a la gama
de expertos necesarios para ofrecer ideas
creativas sobre posibles respuestas. Estos
esfuerzos puede orientarse a investigación
aplicada, comercialización de tecnología,
integración de productos, pruebas de campo,
capacitación/difusión o cualquier otro medio
o método que fomente una oportunidad en
particular.
Antes de lanzar proyectos nuevos, la
industria del cobre debe definir con claridad
los resultados esperados, los recursos y las
capacidades necesarias y la manera en que
los resultados contribuirán a lograr una meta
en particular. Cada uno de estos factores se
integrará en solicitudes de propuestas para
requerir soluciones innovadoras y proyectos a
universidades, empresas privadas, laboratorios
públicos, investigadores o la comunidad
técnica.
Supervisión y coordinación
de proyectos de la Guía
Esta Guía invita a las organizaciones y
a personas a participar de maneras que
capitalicen mejor sus diversas habilidades,
capacidades y recursos para desarrollar
oportunidades Esto ofrece a las empresas
y organizaciones la flexibilidad para
emprender proyectos que correspondan
a sus intereses particulares. Sin embargo,
la ausencia de una estructura unificada
dificulta la identificación, la organización,
el financiamiento y el seguimiento
adecuados de las distintas actividades
y de sus correspondientes beneficios.
De acuerdo con su misión, ICA cumplirá
este rol proporcionando la supervisión y
coordinación necesarias para dar inicio
y proveer recursos a los proyectos y las
actividades.
Siguientes pasos
La Guía revisada ofrece a la industria del
cobre un conjunto actualizado de vías de
desarrollo de aplicaciones del cobre. Las
iniciativas posteriores pueden brindar un
conjunto de directivas más detalladas
y una vía eficaz para obtener logros en
mercados específicos. Las alianzas de
colaboración entre expertos en ciencias de
los materiales, metalurgia e investigadores
de procesamiento de materiales, ingenieros
de aplicaciones y diseño, fabricantes
y gobiernos pueden generar la energía
suficiente y el impulso necesario para llevar
al cobre y sus industrias por esas vías.
A medida que la industria mira hacia el
futuro, el éxito de esta Guía se medirá por
el número y alcance de proyectos de I&D
colaborativos que inspire y los beneficios que
reditúen esos proyectos. Entre los beneficios
complementarios, pero igualmente
importantes, se encuentran la mejora de
la percepción del cobre como un material
que conecta la vida, que es ecológico y que
presenta avances técnicos.
La misión de ICA es compartida por todos los
miembros de Copper Alliance: Defender y hacer
crecer los mercados para el cobre basándose en su
rendimiento técnico superior y su contribución a una
mejor calidad de vida en todo el mundo.
Consulte copperalliance.org para información adicional.

copperalliance.org | aneXo 28
Anexo
Anexo A: La evolución del motor con rotor
de cobre moldeado
La industria del cobre ha estado invirtiendo en el potencial de los rotores
de cobre moldeados durante 15 años. Al igual que en otras actividades de
investigación y desarrollo, el objetivo técnico ha cambiado con el tiempo
así como también lo han hecho sus oportunidades de aplicación. Resolver el
desafío técnico inicial fue sólo el principio; lanzar esta nueva tecnología ha
requerido un esfuerzo constante y las condiciones de mercado adecuadas.
A mediados de la década de los noventa, se observaba gran interés en el desarrollo de motores de inducción AC que
fueran más eficientes, ligeros y de menor tamaño para su uso en sectores industriales y gubernamentales. La aprobación
de la Ley de política energética de Estados Unidos (US. Energy Policy Act) de 1992 y de legislaciones similares en Europa
reflejaba una creciente toma de conciencia respecto de la importancia de la eficiencia de los motores en el ámbito más
amplio del ahorro de energía. Los motores industriales consumen cerca del 40% de la producción mundial de electricidad,
por lo que toda mejora en su eficiencia es considerable. La industria respondió a esta legislación con motores más
eficientes que usaban mayor cantidad de cobre en el bobinado del estator, con lo cual se reducían las pérdidas resistivas.

copperalliance.org | aneXo a 29
Cuando se inició este proyecto a mediados
de la década de los noventa, las décadas
siguientes exhibieron mejoras incrementales
en la eficiencia del motor por inducción,
pero había pocas oportunidades técnicas de
que pudieran lograrse mayores eficiencias
significativas a un costo razonable. El rotor
de cobre por moldeado parecía ser el mejor
enfoque. El cobre en el rotor reduce las
pérdidas resistivas en el motor en un orden
del 40% y tiene el potencial de disminuir las
pérdidas totales en 10-20 %, en comparación
con los motores convencionales con rotor de
aluminio. Posteriormente, se demostró que
los motores con rotores de cobre podían ser
más pequeños y ligeros y podían funcionar
a temperaturas más bajas con el fin de
disminuir las necesidades de mantenimiento.
A pesar de estas ventajas, los métodos de
moldeado del cobre no eran rentables para
la producción a gran volumen. Además, los
fabricantes de motores pedían que el rotor de
cobre se fabricara en el equipo para moldeado
disponible comercialmente.
En la búsqueda de la oportunidad
En 1996, después de reconocer que el rotor
de cobre era una plataforma de diseño sólida
para aumentar la eficiencia de los motores
por inducción industriales, con lo que se
obtendrían ahorros de energía y costos en
aplicaciones motorizadas, International
Copper Association Ltd. (ICA) comenzó a
financiar un proyecto de I+D para crear un
rotor de cobre para motor adecuado para
la producción masiva (a este motor se le
conoce también como motor de inducción
con rotor de cobre). Liderado por la U.S.
Copper Development Association Inc. (CDA),
un consorcio conformado por fabricantes
de motores, industrias de moldeado y
representantes del gobierno iniciaron (y
financiaron cooperativamente) el programa de
Moldeado de Rotores de Cobre para Motores
(Die Cast Copper Motor Rotor).
Desafíos
Los investigadores abordaron los desafíos de
reducir el costo de procesamiento y asegurar
el desempeño adecuado de los rotores de
cobre. Durante el proceso de moldeado
a alta presión, los aceros para moldeado
convencionales son susceptibles de sufrir
agrietamiento (como cuarteado térmico)
debido a la tensión y al desgaste térmico
en la fundición, ya que las temperaturas
van desde varios cientos de grados hasta el
punto de fundición del cobre (alrededor de
1085ºC o 1984ºF). La vida del moldeado a
presión disminuye considerablemente cuando
se moldea el cobre en comparación con el
aluminio, que se funde a 660ºC y, por lo
tanto, induce una tensión térmica y tracción
considerablemente menores en el moldeado.
También se reconoció que debería modificarse
el diseño del rotor y del motor para aplicar el
cobre de forma más efectiva.
Soluciones
El equipo de investigadores industriales
y académicos bajo la dirección de la
CDA determinó que era posible reducir
el agrietamiento del molde y prolongar
su vida útil con dos cambios: mediante
el reemplazo de porciones críticas de
molde de acero con una súper aleación
en base a níquel, termorresistente y
dúctil y el precalentamiento del molde a
aproximadamente 600ºC (1100ºF). Estas
acciones lograron que el proceso de
moldeado del cobre fuera económicamente
viable. También se investigó el diseño del
motor. La torsión de arranque se reduce en
un rotor conductor de alta conductividad,
por lo que se modificó la forma de las barras
y ranuras del rotor para mejorar aún más
las características de funcionamiento del
motor. Esto se hizo para incorporar una
barra de inicio que permitiera aprovechar la
alta conductividad del cobre, facilitando al
diseñador del rotor usar el "efecto pelicular":
la tendencia del flujo de corriente alterna de
acumularse en las superficies externas del
conductor. A una determinada eficiencia, el
rotor de cobre usa menos laminado de acero
en el rotor y los tubos del estator para ahorrar
en costos de materiales, con lo cual se reduce
el tamaño general del motor.
La oportunidad en los motores industriales
estándar
En la primavera de 2006, un importante
fabricante mundial de motores, Siemens, había
adoptado la nueva tecnología de rotores de
cobre moldeados y había introducido en el
mercado una línea de motores industriales
súpereficientes. En un año, los motores habían
logrado su aceptación comercial en los Estados
Unidos. Estos motores eran hasta dos puntos
porcentuales más eficientes que aquéllos que
cumplían los estándares NEMA Premium™ y
ofrecían costos sustancialmente inferiores de
ciclo de vida útil. A pesar de que el costo inicial
de comprar un motor con rotor de cobre puede
ser más alto que otras soluciones alternativas,
el costo del ciclo de vida para un motor menos
eficiente supera con mucho el costo de un
motor con rotor de cobre. El costo inicial de
un motor industrial representa sólo el 2% del
costo total de propiedad. Los costos de energía,
mantenimiento y otras variables constituyen el
otro 98% del costo en la vida útil del motor.
La oportunidad en motores integrales
Varios fabricantes de componentes de
sistemas electromecánicos reconocieron
el valor de usar un motor con rotor de
cobre. Consideraban que se podía reducir
el tamaño total del motor para adaptarse
exactamente a los requisitos de sus equipos.
En vez de continuar usando exclusivamente
motores de rotor de aluminio, un fabricante
líder de sistemas de engranajes de cambio
motorizados, SEW Eurodrive, decidió reducir
las alternativas en su línea de productos y
Motor Super-premium de Siemens
con rotor de cobre moldeado

usar motores integrales con moldeado de
cobre en alrededor de un tercio de su línea
de productos. Esto permitió la modificación
de los engranajes existentes con motores
de alta eficiencia que pudieran caber en el
mismo paquete. Esta aplicación comercial a
gran escala fue la señal de que el desafío que
enfrentaban los rotores de cobre moldeado
se había superado. Otros fabricantes
siguieron el ejemplo. Las aplicaciones
para motores integrales incluyen sistemas
electrohidráulicos compactos y ligeros para
aviación, compresores de refrigeración y
motores de tracción.
La oportunidad en la propulsión
automotriz
A medida que aumentaba el interés mundial
en los vehículos eléctricos, los ingenieros
automotrices se dieron cuenta de que
necesitaban diseños de motor especiales
para satisfacer los complejos requisitos de
producción técnicos, de costo y volumen.
El interés en usar motores con rotores de
cobre moldeado aumentó gracias a las
inquietudes sobre la disponibilidad de
materiales de tierras raras como el neodimio
y el desempeño magnético a temperaturas
elevadas.
Los estudios técnicos muestran que los
motores de inducción podrían tener similar
densidad compacta de alta potencia y una
mayor eficiencia del sistema en un sistema
híbrido paralelo, lo que generó interés en el
uso de rotores con moldeado de cobre. Con
el financiamiento del gobierno de Estados
Unidos, Baldor Reliance fabricó un vehículo
militar híbrido que usaba cuatro motores de
tracción de muy alta densidad energética y
refrigeración por fluidos con rotores de cobre
moldeado.
En la aplicación de tracción híbrida paralela,
el motor con rotor de cobre ofreció
ventajas importantes:
• La capacidad de redistribuir pérdidas al
estator para un enfriamiento más efectivo
debido a su reducido tamaño y peso.
• La capacidad de “des-excitarse” cuando no
está funcionando, con lo cual se eliminan
las pérdidas rotatorias y magnéticas en
vacío
• El cumplimiento de requerimientos de
eficiencia en un rango más amplio de
cargas y velocidades.
• Mejores propiedades mecánicas y
resistencia que los motores con rotores
de aluminio.
• Uso de cobre y acero de disponibilidad
inmediata.
Casi al mismo tiempo, Tesla Motors presentó su
vehículo eléctrico con un sistema transmisor
que incluía un motor con un rotor de cobre
con una velocidad operativa máxima de
13.500 RPM, un ondulador de voltaje y
paquetes de baterías de iones de litio.
(La gran cantidad de cobre en el ondulador,
cables, baterías y motor reduce las pérdidas
eléctricas y evita el calentamiento en
condiciones de alto amperaje). Otros
fabricantes de automóviles están
investigando sistemas transmisores usando
motores de inducción para una serie de
vehículos con rotores de cobre moldeado. Los
millones de automóviles con motor de rotores
de cobre en su interior demuestran el éxito
del cobre y representan una contribución
importante al transporte sustentable.
Investigación, desarrollo y
comercialización continuos
ICA ha ayudado a desarrollar y transferir
la tecnología de motores con rotores de
cobre moldeado a empresas fabricantes
en todo el mundo. La capacidad para
producir rotores moldeados para propulsión
automotriz ahora existe en Alemania,
Francia, Japón, India, China y Estados
Unidos
Se sigue realizando investigación en el
proceso de moldeado vertical en el Centro
de Desarrollo de Tecnología No Férrea
NonFerrous Technology Development
Centre (NFTDC) en Hyderabad, India.
Este trabajo está patrocinado por CA con
cofinanciamiento del Fondo Común para los
Productos Básicos de las Naciones Unidas y
por el Fondo Global para el Medio Ambiente
(Global Environment Facility, GEF). El equipo
técnico del NFTDC ha desarrollado métodos
sofisticados y rentables para el moldeado
de rotores de cobre y ahora está otorgando
licencias de esta tecnología a la industria
para su aplicación en motores industriales y
cadenas de transmisión de vehículos.
En 2006, y con el apoyo de ICA, Yunnan
Copper Group y Nanyang Explosion
Protection Group crearon una empresa
conjunta, Yunnan Copper Die Casting Co.
Ltd (YCD), para comercializar los motores
con rotores de cobre en China. En los
últimos cinco años, con un sofisticado
modelo computacional y luego de cientos
de experimentos y pruebas, se desarrolló
una tecnología madura basada en la prensa
horizontal y de la cual ya se han otorgado
licencias a la industria. YCD ha producido
más de 100 tipos diferentes de rotores para
18 fabricantes de productos originales.
ICA ha apoyado al gobierno de China en
el desarrollo de dos estándares nacionales
para motores súpereficientes que incluyen
rotores de cobre. Estos son los primeros
estándares nacionales en el mundo para
motores industriales con rotores de cobre.
Motor con rotor de cobre en cadena de transmisión de
motores Tesla
Desarrollo de tecnología en NFTDC
Molde de acero para rotores de cobre moldeado

En 2012, los principales fabricantes de
vehículos originales en los mercados
automotores de alto crecimiento de China,
Japón y Corea iniciaron pruebas de motores
de inducción con rotores de cobre en sus
vehículos de pasajeros. El alto precio y la
volatibilidad del precio de metales de tierra
rara, junto con inquietudes de la cadena
geopolítica, están impulsando a los fabricantes
de vehículos originales a avanzar desde el uso
actual de motores con magneto permanente
para tracción de vehículos hacia motores de
inducción con rotores de cobre.
ICA sigue financiando programas de
desarrollo que fomentan la aplicabilidad de
esta tecnología de motores hacia la tracción
de vehículos. En el año 2012, estos programas
incluyeron el uso de Mejoras de superficie
inducida con láser para aumentar aún más la
vida de los moldes, al igual que rediseños de
motores para permitir la operación eficiente
de motores con rotores de cobre a altas
velocidades.
Proyectos tecnológicos colaborativos
El programa de rotores de cobre para motores
Die Cast Copper Motor Rotor representa los
principios y objetivos de la Guía de innovación
tecnológica en aplicaciones de cobre. Como
resultado de necesidades tecnológicas
bien definidas, la industria ha organizado
un esfuerzo colaborativo para financiar
e implementar proyectos que produzcan
soluciones innovadoras que beneficien a la
sociedad en su conjunto,
Hechos
• Financiamiento directo de ICA 1996 –
2012: USD$2,7 millones
• Cofinanciamiento de la industria y
gobiernos: >USD$10 millones
• Número acumulado de CMR producidos
en los últimos 15 años: 1,6 -2,0 millones
Principales aprendizajes comerciales/
tecnológicos
• El moldeado de rotores de cobre para
motores es totalmente factible y
comercialmente viable en máquinas de
moldeado horizontales y verticales.
• Los diseños de motor y rotor deben ser
optimizados para usar los rotores de cobre
de forma más efectiva. Sustituir el cobre
en una geometría de rotor diseñada para
aluminio no logra los mayores beneficios.
• El enfoque inicial en los motores
industriales estándar de alta eficiencia,
que era lo razonable en 1996, sigue
siendo atractivo y económicamente
viable. El Departamento de Energía de
Estados Unidos (U.S. Department of
Energy) y organismos reguladores en otros
países están estudiando ahora elevar el
estándar de eficiencia mínima para los
motores industriales a un nivel “súper
súper premium”. Se espera el anuncio de
este estándar en Estados Unidos para su
adopción en el año 2015.
• Los diseños de motores a medida pueden
beneficiarse del uso reducido de material,
tamaño compacto y peso más ligero que
permite el rotor de cobre moldeado. El
rotor de cobre moldeado parece ser el
más adecuado para las necesidades de
los sistemas de propulsión automotriz, lo
que no fue un objetivo del esfuerzo inicial
de desarrollo tecnológico. La industria
automotriz eligió la arquitectura de motor
de magneto permanente a fines de la
década de los noventa cuando los precios
de los metales de tierras raras eran menos
del 10% de lo que son actualmente: el
motor de inducción con rotor de cobre está
demostrando ser un reemplazo atractivo
para esa arquitectura.
• Los sistemas motorizados que usan motores
con rotores de cobre moldeados en motores
de inducción industriales han dejado de ser
una prioridad de investigación para la Guía
de innovación tecnológica en aplicaciones
de cobre. Esto se debe a que la atención
se ha desviado desde la investigación
hasta la aplicación de ingeniería y la
comercialización a gran escala. El desafío
de aplicar la tecnología de motor con rotor
moldeado en los sistemas de propulsión
automotriz sigue siendo un área de interés.
Rotores moldeados con prensa vertical en NFTDC
Vista transversal de las barras de rotor y corona de
extremo en un rotor de cobre moldeado para motores
Rotores YCD de cobre moldeados para motores

copperalliance.org | aneXo b 32
• Conductividad eléctrica: El cobre
tiene una capacidad de transmitir
corriente excepcional, mejor que la
mayoría de otros conductores no
superconductores, excepto la plata.
El cobre de los cables para edificios
que se usa actualmente tiene una
calificación de conductividad superior
al 100 % según International Annealed
Copper Standard, IACS, la clasificación
internacional de cobre templado; esto
es el máximo aceptado hace un siglo.
La excelente conductividad eléctrica
del cobre significa que los motores con
los nuevos rotores de cobre pueden
ser más pequeños y funcionar a
menores temperaturas que los motores
tradicionales.
• Conductividad térmica: El cobre
transmite el calor hasta ocho veces
mejor que otros metales usados
en ingeniería. Combinado con
su inherente alta resistencia a la
corrosión y deformabilidad inmediata,
la conductividad térmica del cobre
lo convierte en el metal ideal para
intercambiadores de calor de todos
los tipos, incluidos sistemas solares de
calefacción de agua. La calefacción
a gas o eléctrica es uno de los gastos
de energía más altos para cualquier
edificio u hogar. El cobre puede reducir
considerablemente los costos de la
energía.
• Efecto antimicrobiano: Siguen en
aumento las preocupaciones por
infecciones hospitalarias y las que se
originan en el sector de procesamiento
de alimentos. Desde hace siglos se
conocen las propiedades antibacterianas,
fungicidas y, hasta cierto punto,
antivirus del cobre, los compuestos
de cobre y las aleaciones de cobre.
El cobre, en forma de superficies de
cobre o de aleaciones de cobre, es una
barrera importante a la transmisión de
enfermedades fungicidas y bacterianas
en el sector de cuidado de la salud y en
los sistemas de tratamiento de aire.
• Deformabilidad: La deformabilidad
del cobre puede reducir el tiempo de
instalación y disminuir los costos de
mano de obra, particularmente en el
sector de tuberías. Los tubos y accesorios
se unen fácilmente por soldadura
fuerte o blanda, y los accesorios de
prensa reducen aún más los tiempos de
instalación.
El cobre y sus aleaciones están
presentes en componentes eléctricos
y electrónicos, incluidos interruptores,
muelles conductores, conectores y
bastidores de conductores. Los productos
de cobre forjados en frío o en calor son
insumos necesarios para las empresas
que requieren confiabilidad y facilidad de
maquinabilidad. Una serie de aleaciones
de cobre fundido ofrece resistencia
a la corrosión, al igual que buena
conductividad térmica o eléctrica.
• Resistencia a la corrosión: Los metales
de cobre pueden resistir el ataque de una
amplia gama de ambientes corrosivos,
lo que los hace ideales para el uso en
aplicaciones en el sector de energía
en alta mar, industrias de petróleo
y gas en alta mar e instalaciones de
desalinización. En presencia de humedad
y de una variedad de componentes
naturales y atmosféricos artificiales, el
cobre desarrolla con el tiempo una patina
protectora y atractiva que retiene su
funcionalidad durante siglos.
• Reutilización continua: El cobre tiene
la historia de reciclaje más larga que
cualquier otro material. Se calcula
que el 80% del cobre extraído durante
los últimos 10000 años sigue en uso
en algún lugar aún en nuestros días.
El reciclaje del cobre no tiene como
resultado una reducción de calidad o
pérdida de sus propiedades y puede
repetirse tanto como sea necesario. El
reciclaje protege los recursos naturales,
reduce el consumo de energía y evita la
pérdida de materiales valiosos.
• Color/apariencia estética: El cobre se
utiliza cada vez más por su apariencia
estética agradable y la amplia paleta de
colores que ofrecen sus aleaciones. A
medida que el uso del cobre se extiende
a superficies sanitarias, el “aspecto”
del cobre ganará mayor aceptación
entre los consumidores como un metal
“saludable”.
• Facilidad de aleación: La importancia
industrial del cobre ha aumentado
gracias a su facilidad de aleación con
otros metales. El resultado es una amplia
familia de más de 400 aleaciones en uso
en la actualidad. Estos esfuerzos están
lejos de agotarse.
• Abundante y disponible: El cobre
es parte integral de la vida humana
y la civilización. Las propiedades
fundamentales del cobre han satisfecho
las necesidades de la sociedad a lo
largo de su historia. El cobre se procesa
regularmente mediante métodos de
manufactura comunes y está disponible
en muchas formas y aleaciones que
permiten una producción eficiente.
En su estado puro o en aleaciones, en literalmente cientos de composiciones
diseñadas para cumplir requisitos específicos, los metales a base de cobre
ofrecen propiedades óptimas para innumerables productos.
Anexo B: Propiedades fundamentales del cobre

copperalliance.org | aneXo c 33
• Reducir el costo del procesamiento:
Para seguir siendo competitivos, los
fabricantes deben seguir reduciendo sus
costos de manufactura al tiempo que
mantienen una calidad alta. El cobre
se procesa regularmente mediante
métodos de manufactura comunes y
está disponiblewen muchas formas y
aleaciones que permiten una producción
eficiente. El cobre se adapta a técnicas
de procesamiento del conformado final,
y algunos productos de cobre pueden
ser semifabricados usando el método de
electro-obtención “ascendente” en la
producción de cobre electrolítico.
La capacidad del cobre de ser fabricado
como productos formados o derivados de
polvo/metal (P/M) permite una reducción
considerable del costo en una gran
variedad de aplicaciones electrónicas.
Por ejemplo, los componentes para
fundición de fusibles 150A y 200A
utilizados en equipos de la minería de
carbón se convirtieron de una barra de
material de cobre maquinada a una pieza
de conformado casi final en polvo/metal
P/M, lo que permitió ahorrar el 25% del
costo del producto.
• Maximizar el valor agregado del uso
del cobre: Los fabricantes naturalmente
buscan usar la menor cantidad de material
de acuerdo con la funcionalidad óptima.
Las mejoras en los análisis de ingeniería,
métodos de diseño y simulación de
procesos permiten que los materiales
se usen sólo donde sean necesarios. En
las aplicaciones de cobre del mercado,
existe la oportunidad de usar menos
metal mientras se mantiene o se mejora
el rendimiento del producto. Además,
el valor del cobre se puede aumentar
gracias a una selección colaborativa de
material y proceso, en la cual la industria
del cobre ofrece apoyo técnico y nuevas
aleaciones para aplicaciones específicas
en la industria general. Por ejemplo, un
creciente número de aplicaciones eléctricas
requieren nuevas aleaciones que combinen
resistencia mecánica y conductividad. El
mismo concepto se aplica a aplicaciones
de acuicultura donde se requiere alta
resistencia mecánica en combinación con
resistencia a la corrosión y bioincrustación.
La capacidad del cobre para desempeñarse
bien incluso cuando se usa en grosores y
pesos reducidos es una característica que
presenta valor agregado. Por ejemplo, en
los tubos de cobre para agua potable, el
grosor de las paredes se puede reducir de
1,0 a 0,3 mm sin perjudicar la funcionalidad.
En colectores térmicos solares, reducir el
grosor de una lámina de cobre de 0,2 mm
a 0,12 mm disminuye la cantidad de cobre
necesario y, por tanto, baja el costo del
cobre. En las aplicaciones automotrices,
la deformabilidad y alta conductividad del
cobre ayudan a reducir el tamaño de los
circuitos, conectores y los mazos de cables.
• Creciente presión competitiva de otros
materiales: Muchos de los mercados
tradicionales del cobre se ven enfrentados
a metales, compuestos, polímeros, sistemas
multicapa y otros materiales alternativos. El
cobre ofrece potenciales mejoras sistémicas
y/o ahorros imposibles de conseguir con
otros materiales. El desafío del diseñador
es conseguir el uso más eficiente posible
de todos los materiales, incluidos el cobre.
Aunque el costo del cobre puede parecer
prohibitivo inicialmente, muy a menudo
es el material más adecuado para una
aplicación específica y el material más
rentable en el largo plazo. El cobre, con
sus características únicas, debe ofrecer
mejoras sistémicas no alcanzables con
otros materiales, con lo cual puede
disminuir el efecto de la susceptibilidad
al costo en la decisión de compra, Sin
embargo, los usuarios finales de cualquier
material de insumo, incluido el cobre,
enfrentan una presión competitiva
constante por mejorar el rendimiento,
reducir el costo y demostrar una gestión
responsable. Esto lleva a los usuarios
finales a intensificar la competencia entre
materiales, minimizar el uso del material
y concentrarse en aplicaciones de alto
valor, lo que impulsa la necesidad de
innovación en las aplicaciones de cobre.
• Cambios en las normativas, códigos y
estándares: La eficiencia energética
y los temas de sustentabilidad siguen
estando en primer lugar en las
agendas de empresas y de las políticas
gubernamentales. El cobre se percibe
cada vez más como eficiente en el uso
de la energía y reciclable infinitamente.
Se han establecido estándares más altos
de eficiencia de motores, y ha crecido el
mercado para motores de eficiencia alta,
premium y súperpremium. Los motores
usan más del 20% más de cobre en el
bobinado del estator y barras conductoras
en comparación con los motores más
antiguos de “eficiencia estándar”. Los
aumentos de eficiencia también son
importantes para el aire acondicionado,
red eléctrica e iluminación.
Otras regulaciones que impactan a la
industria del cobre son las que afectan al
suelo, agua, desechos y sedimentos. Estas
regulaciones incentivan a los gobiernos
a apoyar investigaciones científicas
para entender los posibles efectos
medioambientales del uso del cobre.
Las tendencias del mercado, las regulaciones e innovaciones siguen influyendo
en el uso del cobre. Si bien es imposible predecir el futuro, se puede tener una
perspectiva sobre las posibles rutas de desarrollo y prioridades si se consideran
las fuerzas económicas, sociales y tecnológicas que influyen en las industrias
mundiales del cobre. Para información sobre los mercados de uso final del cobre,
consulte el Anexo E.
Anexo C: Tendencias y desafíos que
influyen en el uso del cobre

copperalliance.org | aneXo c 34
• Asegurar el rendimiento de productos
de cobre con diseño de ingeniería: Se
aplica cada vez más la simulación por
computador para predecir y validar
el rendimiento del cobre en nuevas
aplicaciones. La miniaturización y la
integración de materiales impulsará
investigación adicional sobre las
propiedades mecánicas de los sistemas de
tamaño pequeño, el comportamiento de
las regiones de superficie y subsuperficie
de cobre y sus aleaciones, los fenómenos
que afectan la interacción del cobre con
otros materiales y el impacto de una mayor
integración de diferentes materiales con la
reciclabilidad. El desarrollo y uso de nuevas
aleaciones, combinadas con limitaciones
de diseño más estrictas, requiere que las
propiedades de estas aleaciones (y de otros
materiales convencionales) se conozcan o
puedan predecir con gran certeza. Mejorar
el control de las propiedades térmicas,
eléctricas, físicas y mecánicas también
aumenta el rendimiento del cobre en
aplicaciones avanzadas.
Existe una gran cantidad de literatura
técnica sobre el cobre disponible de forma
gratuita en Internet patrocinada por
más de dos docenas de organizaciones
nacionales y regionales de desarrollo del
cobre.
• Aumento en el uso de materiales
complementarios con diseño de
ingeniería: Los materiales que pueden
cambiar el rendimiento del cobre
pueden agregarse a la superficie o
incorporarse al cobre. El cobre se combina
frecuentemente con otros materiales
producidos, y las propiedades del sistema
de materiales resultante se adaptan a las
necesidades de aplicaciones específicas.
Los materiales complementarios aplicados
a las superficies de cobre pueden permitir
capas más finas de aislamiento eléctrico,
protección contra la manipulación,
protección contra la corrosión y un
número de cualidades deseables. La
exigencia de materiales con mayores
coeficientes de resistencia-peso ha
llevado a un mayor interés en materiales
compuestos, en los cuales se agrega un
material de refuerzo para aumentar su
resistencia y durabilidad, y en algunos
casos, conseguir una reducción de peso.
El cobre no es intrínsecamente un material
con un alto coeficiente de resistencia-
peso, y no se usa a menudo cuando se
requiere específicamente esta propiedad.
Sin embargo, las fórmulas como el
material compuesto en base a cobre
reforzado con carburo de silicio tiene
conductividad térmica y alta resistencia
a elevadas temperaturas.
• Diseño para recuperación y reutilización:
Los diseños que permitan la reciclabilidad
conservarán el valor del cobre al tiempo
que beneficiará el medioambiente. El
cobre se encuentra entre los metales más
eficientemente reciclables en el comercio
mundial porque es reciclable al 100%
sin ninguna pérdida en rendimiento. El
reciclaje cubre el 34% de la demanda
mundial de cobre. Cuando se analizan los
costos totales del ciclo de vida, la mayor
eficiencia energética y la reciclabilidad del
ciclo de vida útil convierten al cobre en
una alternativa atractiva en aplicaciones
asociadas a la energía. El cobre se extrae
regularmente de automóviles, artículos
electrónicos y edificios al final de su vida
útil. Es importante para los ingenieros
considerar la forma en que se podrán
desarmar los productos para recuperar el
cobre. Además, durante los procesos de
manufactura, algún cobre se convierte
en desecho y este material sobrante debe
ser recuperado y reciclado. El material sin
contaminar facilita la reutilización.

copperalliance.org | aneXo d 35
El cobre es esencial para los organismos
vivos y desempeña un papel fundamental en
la tecnología moderna. Presente desde los
sistemas de irrigación de los antiguos reyes
egipcios hasta inventos revolucionarios como
el teléfono celular, el cobre ha contribuido
siempre al desarrollo de la sociedad.
Como casi el único elemento usado en
la transmisión eléctrica y de datos, el
cobre ayudó a impulsar la era de las
telecomunicaciones. El teléfono es un
excelente ejemplo de cómo el cobre ha
acelerado su desarrollo y comercialización.
Utilizado por primera vez en los años treinta,
el cable de cobre del teléfono reemplazó
al hierro para enviar señales débiles de
voz en alta frecuencia a más de 50 millas
(80 km. aprox.) sin perder señal. Las
telecomunicaciones favorecieron al cobre
debido a su cable de alta conductividad,
uniforme y resistente.
Combinado con su resistencia, resistencia
a la corrosión y su durabilidad, la belleza
natural del cobre ha inspirado a innumerables
arquitectos y diseñadores para mostrar
el metal en las superficies interiores y
exteriores de los edificios durante miles de
años. El cobre ha recubierto y protegido
universidades, instituciones financieras,
edificios gubernamentales y lugares de culto
construidos hace cientos de años.
El cobre puede ser enrollado en frío
en láminas finas y, a pesar de su
relativamente alta resistencia (en temples
enrollados o moldes tratados con calor
en las aleaciones apropiadas), puede ser
moldeado rápidamente en componentes
de conectores. La combinación única de
resistencia y deformabilidad hace del cobre
y sus aleaciones, el material ideal para usar
en aplicaciones en que los componentes
se estresan debido a acciones repetitivas
como los elementos de fijación, conectores
eléctricos, resortes e interruptores eléctricos.
Necesidades sociales de largo plazo
Un gran porcentaje de la población mundial
no tiene acceso a electricidad ni al agua
potable. Además, las preocupaciones sociales
sobre mejor salud pública, mayor eficiencia
energética, sustentabilidad medioambiental
y mejores niveles de vida han fomentado
el desarrollo de sistemas energéticos más
limpios, acuicultura marina, artículos
electrónicos portátiles y comunicaciones
globales casi ilimitadas. En reconocimiento
del profundo efecto que tiene la tecnología
en casi todos los aspectos de la vida,
la industria del cobre planea continuar
participando en el avance de la tecnología.
Al mismo tiempo, deben tomarse medidas
para fomentar una mayor integración entre
la innovación tecnológica y las más amplias
preocupaciones sociales, económicas y
medioambientales.
• Mejor salud humana: El cobre es
necesario para el funcionamiento
normal de plantas, animales, humanos
y microorganismos. Está incorporado
en una variedad de proteínas que
desempeñan funciones metabólicas
específicas. Puesto que se trata de
un metal esencial, varias agencias
en todo el mundo han recomendado
su inclusión entre los requerimientos
dietéticos diarios. El cobre puede
controlar el crecimiento de organismos,
lo que lo convierte en un efectivo
agente antipatógeno y antiplaca en los
enjuagues bucales y pastas dentales.
Además, las superficies de contacto
fabricadas con cobre ayudan a prevenir
las enfermedades mediante el control del
crecimiento de bacterias infecciosas.
• Mayor eficiencia energética: La energía
desperdiciada aumenta los costos para
los consumidores y puede tener efectos
medioambientales negativos. Las mejoras
en la eficiencia energética eléctrica
ayudan a garantizar mejores niveles
de vida. La conversión a equipos de
eficiencia energética, especialmente de
los motores con rotores de cobre (CMR)
de eficiencia premium y súperpremium al
igual que los transformadores de cobre
de alta eficiencia, reduce los costos y
mitiga las emisiones.
• Sustentabilidad ambiental: El reciclaje
se ha usado desde hace mucho para
minimizar los desechos y conservar
recursos valiosos. El cobre es reciclable al
100% sin pérdida de rendimiento y no se
"consume” en el sentido de "desgastarse”.
En lugar de eso, se usa, recicla y reutiliza
una y otra vez (consulte Figura C.1). El
cobre tiene la historia de reciclaje más
larga que cualquier otro material. Se
calcula que el 80% del cobre extraído
durante los últimos 10000 años sigue en
uso en algún lugar aún en nuestros días.
El cobre recuperado mediante reciclaje
también requiere 75-92% menos de
energía que la cantidad necesaria para
convertir el mineral de cobre a metal.
• Mejores estándares de vida: La proporción
de la población mundial que vive
en ciudades con más de 10 millones
de habitantes sigue aumentando. El
crecimiento de la población, en particular
cuando se concentra en núcleos que
requieren grandes infraestructuras
eléctricas, aumenta en gran medida
la necesidad de materiales y energía;
una necesidad que debería satisfacerse
idealmente de manera rentable y amigable
con el medioambiente. Además, la
creciente población de adultos mayores
aumenta la demanda de tecnologías
que ayuden a corregir las insuficiencias
visuales, auditivas, motoras y de otro
tipo, para permitirles que sigan viviendo
cómodamente como miembros activos
de la sociedad. Lograr niveles de vida
más altos en el escenario de un aumento
de la población requiere de materiales
y productos que ayuden al desarrollo
sustentable y permitan una mejor calidad
de vida para todos. El cobre estimula el
desarrollo económico y mejora los niveles
de vida.
El cobre es esencial para los organismos vivos y desempeña un papel
fundamental en la tecnología moderna. Presente desde los sistemas de irrigación
de los antiguos reyes egipcios hasta inventos revolucionarios como el teléfono
celular, el cobre ha contribuido siempre al desarrollo de la sociedad.
Anexo D: Cobre y sociedad

copperalliance.org | aneXo e 36
• El cobre refinado se origina a través de
dos cadenas de proceso muy distintas.
La ruta más corta y simple es la electro-
obtención, mediante la cual se forma el
cobre refinado, casi siempre en la mina,
a través de un proceso de lixiviación. La
ruta más compleja incorpora refinamiento
electrolítico, en el cual el material de
cobre es transformado en concentrados
en la mina, procesado para hacer cobre
ampolloso o ánodos de cobre en la
fundición, y después es transformado en
cátodos de cobre refinado en la refinería.
Tanto en las etapas de fundición como de
refinería pueden introducirse desechos.
• El cobre refinado y el desecho de alto
grado se combinan para su procesamiento
en productos fabricados, especialmente
alambres, cables eléctricos y productos
procesados. El material se puede usar
directamente (como en tubería de
cañerías), puede ir a una manufactura de una
sola etapa (como las conexiones de cañerías)
o de una o más etapas de manufactura
intermedia (como el bobinado de alambre
que se usa en el sector automotor). Una
vez que el cobre ha pasado por todas sus
etapas de procesamiento comienza su vida
útil como producto funcional (en stock).
Estos productos se clasifican por el mercado
de uso final como la construcción de
edificios, infraestructuras y manufactura de
equipos.
• Al final de la vida útil del producto, pueden
pasar tres cosas: Puede ser identificado
para recuperación de materiales mediante
el sistema de gestión de desechos; puede
ser eliminado de manera no productiva;
o puede permanecer en terreno, y no ser
usado nunca más. Los desechos pueden
dividirse útilmente entre nuevos desechos,
desechos de primer ciclo y desechos
de final de vida útil. Las dos primeras
categorías aplican antes de que el cobre
comience la vida útil de producto. La
distinción entre las dos categorías es
importante, ya que los desechos nuevos,
generados durante la fabricación y durante
el procesamiento de primera etapa, es
normalmente limpio; mientras que en las
etapas posteriores, es más probable que
los desechos se contaminen con otros
materiales.
Al recopilar y agregar datos de ciclo de vida de
la industria y de la cadena de valor, ICA ayuda
a demostrar de qué forma el cobre crea una
sociedad cada vez más sustentable3
.
Las prácticas mineras sustentables y una reciclabilidad del 100% añaden
valor e importancia al cobre. La amplia gama de propiedades del cobre y las
aleaciones de cobre usadas en aplicaciones de productos finales se logra
mediante una serie de pasos de procesamiento y puede obtenerse usando
cobre de reciente extracción o cobre reciclado. Los materiales de cobre pueden
reciclarse repetidamente sin ninguna pérdida de propiedades ni rendimiento.
También se ha calculado que al menos el 80% de todo el cobre extraído sigue
siendo utilizado, debido a su infinita reciclabilidad.
Anexo E: Ciclo de vida del cobre
Figura 2: Modelo del flujo del cobre: Producción,
fabricación, stock y final de vida útil Existencias de productos en uso:
• En edificios
• En infraestructura
• En manufactureros
Sector de desechos:
• Nuevos desechos
• Desechos de primer ciclo
• Desechos de fin de vida
Fabricación y uso temprano:
• Fabrication
• Primer uso
• Avance a manufactura
Fin de la vida útil:
• Gestión de desechos sin recuperar
• Gestión de desechos recuperados
• En terreno
• Perdidos y sin identificar
Producción de cobre:
• Nuevo por electro-obtención (mineral)
• Nuevo por electrorrefinado (concentrados)
• Nuevo a partir de desechos

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