Aluminio como material conductor: una alternativa más ligera y económica

Por contenido patrocinado | 24 de mayo de 2019

Elegir metales conductores para diferentes industrias y aplicaciones puede ser un desafío. El cobre se usa a menudo en cables y alambres debido a su excelente conductividad y maleabilidad. Pero es relativamente pesado y caro en comparación con el aluminio. Cambiar a aluminio, que es más liviano y significativamente menos costoso que el cobre, es una opción viable en muchos casos. El uso exitoso del aluminio es una cuestión de comprender las capacidades de este metal conductor y cómo enfrentar los desafíos que presenta. El cobre, a $ 4323 por tonelada, es actualmente más del doble de caro que el aluminio, que cuesta $ 2043 por tonelada (al 02/02/15). La mayor disponibilidad de aluminio crudo en comparación con el cobre explica esta importante diferencia de precio. Después del oxígeno y el silicio, el aluminio es el tercer elemento más común en la corteza superior de la Tierra, mientras que el cobre ocupa el puesto 25 en disponibilidad en la lista de materias primas. La evaluación de los precios actuales se ve reforzada por la volatilidad del mercado de materias primas. Si uno mira las cifras de los últimos cinco años (2010-2014), los precios del cobre fluctuaron en un rango de $3.674 a $5.980 por tonelada. En 2004, el valor medio anual seguía siendo de 1.895 dólares la tonelada. No existe tal rango de fluctuación en el sector del aluminio, lo que permite una mejor planificación de materiales. Si se utiliza aluminio como material conductor, su menor conductividad requiere un tamaño de cable que sea aproximadamente un tercio más grande que el de un cable de cobre. Sin embargo, al final, el material aislante utilizado con el cable juega un papel crucial en el rendimiento y un cable de aluminio puede tener la misma capacidad de carga de corriente que un cable de cobre H07RN-F. El tamaño más grande del cable de aluminio solo sería una desventaja en aplicaciones que requieren un espacio reducido, como cuando se instalan en cajas de control densamente empaquetadas. Los hechos del aluminio hablan por sí mismos cuando se trata de la cuestión del peso. Como materia prima, el aluminio es aproximadamente un 70 por ciento más liviano que el cobre. Esto puede ser útil en los esfuerzos de numerosos campos de aplicación que buscan reducir el peso de todos los componentes. Naturalmente, cuando se usa en cables eléctricos, el menor peso los hace más fáciles de instalar. Durante mucho tiempo, las líneas de alto voltaje se han fabricado con aluminio; el peso más ligero reduce significativamente la fuerza de tracción ejercida sobre el cable y los mástiles. Pero incluso industrias como la fabricación de automóviles y la industria aeronáutica están cambiando a alambres de aluminio. Es por eso que los arneses de cableado completos hechos de aluminio ya están instalados en el Airbus A380. Los cables de aluminio pueden ser hasta un 60 por ciento más livianos que los cables de cobre que transportan corriente comparables. Incluso para aplicaciones que requieren conexiones de cables flexibles, el cobre ya no necesita ser la primera opción. La serie HELUWIND® WK POWERLINE ALU ofrece un programa de cableado fino, incluida la tecnología de conexión. Las características materiales del aluminio son considerablemente diferentes a las del cobre. Estas diferencias deben tenerse en cuenta al procesar un cable y seleccionar los componentes de conexión.

Oxidación en el aire

Cuando se expone al oxígeno, se forma una capa de óxido dura y resistente en un corto período de tiempo en la superficie del aluminio. El revestimiento protege el material subyacente de una mayor corrosión. Este efecto hace del aluminio un material muy duradero. Sin embargo, el recubrimiento protector de óxido en la superficie del material no es deseable cuando se trata de ingeniería eléctrica. Degrada la conductividad del aluminio y dificulta el contacto. Si se conecta un conductor oxidado sin ningún tratamiento previo (para eliminar el revestimiento), la resistencia de contacto aumentará entre el conductor de aluminio y el componente del conector. Esto puede provocar aumentos de temperatura y, en el peor de los casos, incendios de cables. Para evitar tales problemas, el recubrimiento de óxido debe romperse o eliminarse físicamente. Esto se puede hacer cepillando los extremos desnudos del conductor de aluminio antes de que se hagan los contactos y también durante el proceso de engaste: Los componentes del conector para los conductores de aluminio están equipados con una grasa de contacto especial de fábrica, generalmente un material granulado y abrasivo, como el corindón. Combinadas con alta presión, las partículas de corindón provocan un efecto abrasivo que rompe la capa de óxido no conductor del aluminio, mejorando las propiedades de contacto y las conexiones eléctricas. La grasa también evita que la humedad y el oxígeno entren y provoquen nueva corrosión en los puntos de contacto. Los terminales de cable de mejor calidad generalmente están equipados con tapones de plástico, que evitan que la grasa de contacto se seque o se derrame durante el almacenamiento.

Se ha fijado un terminal de cable híbrido Al/Cu a un conductor de aluminio finamente trenzado utilizando un engaste C8.

Contacto óptimo con crimpado C8

Para diseños de conductores de alambre fino, recomendamos que IEC 61238-1 Cl. Se pueden usar crimpados C8 probados debido a la superficie oxidante más grande del conductor. Los contornos de crimpado C8 penetran muy profundamente en un haz trenzado, rompen por igual los hilos individuales y, por lo tanto, permiten contactos óptimos en todos los hilos, incluso en un conductor en haz. El uso de engastes C8 (que se han desarrollado como parte de la serie POWERLINE Aluminium) permite alcanzar los mejores valores eléctricos posibles (baja resistencia de contacto) y fuerzas mecánicas de extracción.

Compatibilidad con metales preciosos electroquímicos

Cuando se trata de especificar componentes de conexión eléctrica, también se deben tener en cuenta las reacciones corrosivas del aluminio en presencia de otros metales, principalmente cobre. Cuando el aluminio entra en contacto con metales más nobles (los de mayor electropotencial) como el cobre, el hierro o el latón, puede producirse una reacción electroquímica por medio de la formación de elementos de contacto. Esta reacción es activada por líquidos conductores, en el campo principalmente por agua condensada (condensación). En este proceso, las diferencias de potencial producidas por la serie de voltajes electroquímicos juegan un papel crucial. El electrodo de cobre (ánodo), el electrolito (agua) y el electrodo de aluminio (cátodo) crean un elemento de contacto. Cualquier voltaje a través de estos elementos es cortocircuitado por el contacto entre el cobre y el aluminio. La corriente resultante crea un proceso de descomposición en el aluminio, que es visible como un punto de oxidación radiante que revela la contaminación de diminutas partículas de cobre. Sin embargo, el cobre no se descompone. Pero el proceso de descomposición afecta negativamente a la conexión eléctrica a largo plazo, con resistencias de contacto crecientes que conducen a aumentos de temperatura e incluso a incendios. Por lo tanto, recomendamos utilizar un terminal de cable de aluminio/cobre (Al/Cu) para conectar periféricos de aluminio a cobre. Los conectores bimetálicos, como los terminales de cable de Al/Cu, los conectores a presión y los pernos de conexión, se fabrican mediante un proceso de soldadura por fricción. Están encapsulados para evitar que los líquidos penetren en la conexión y provoquen filtraciones no deseadas. El uso de conectores y conexiones Al/Cu es la forma más sensata de combatir los efectos de la oxidación sobre el aluminio. Otro medio de protección contra la humedad es instalar un aislamiento secundario en el área de contacto. Según el campo de aplicación, la carga mecánica y las condiciones ambientales, se puede utilizar un tubo termorretráctil, en rollo o en frío. Los mejores resultados de protección se consiguen con tubos retráctiles con adhesivo interior. Al mismo tiempo, los contactos eléctricos deben inspeccionarse minuciosamente durante el mantenimiento regular programado.

Disminución de la fuerza de conexión debido a la fuga

Finalmente, el comportamiento de fuga del aluminio es algo que debe ser considerado. El aluminio es un metal más blando que el cobre y tiende a expandirse o estirarse con el tiempo, especialmente cuando se somete a una presión y temperatura más altas. Las conexiones de crimpado clásicas que sufren de fuga pierden fuerza y ​​ya no serían confiables para garantizar una conectividad adecuada. El crimpado C8 de HELUKABEL presenta un grado de llenado del 95 por ciento, que no se puede obtener con las conexiones de crimpado convencionales. El proceso de expansión/estiramiento descrito se compensa con valores de extracción sobresalientes. Al mismo tiempo, recomendamos realizar un mantenimiento e inspección regulares en todos los puntos de sujeción de acuerdo con sus niveles de carga.

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