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 utiliza 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 al aluminio, que es más liviano y significativamente menos costoso que el cobre, es una opción viable en muchos casos. Utilizar el aluminio con éxito es cuestión de comprender las capacidades de este metal conductor y cómo afrontar los desafíos que presenta. El cobre, a 4.323 dólares por tonelada, es actualmente más del doble de caro que el aluminio, que cuesta 2.043 dólares por tonelada (al 02/02/15). La mayor disponibilidad de aluminio en bruto 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 aún más por la volatilidad del mercado de materias primas. Si se miran 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 por tonelada. En el sector del aluminio no existe tal rango de fluctuación, 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 poseer 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 espacios reducidos, como cuando se instala en cajas de control densamente empaquetadas. Los datos relativos al aluminio hablan por sí solos en lo que respecta al peso. Como materia prima, el aluminio es aproximadamente un 70 por ciento más ligero que el cobre. Esto puede resultar útil en los esfuerzos de numerosos campos de aplicación que buscan reducir el peso de todos los componentes. Naturalmente, cuando se utilizan en cables eléctricos, el menor peso facilita su instalación. Las líneas de alto voltaje se fabrican desde hace mucho tiempo con aluminio; el peso más ligero reduce significativamente la fuerza de tracción ejercida sobre los cables y los mástiles. Pero incluso industrias como la automovilística y la aeronáutica están cambiando a alambres de aluminio. Por este motivo, en el Airbus A380 ya están instalados mazos de cables completos de aluminio. Los cables de aluminio pueden ser hasta un 60 por ciento más ligeros que los cables de cobre comparables que transportan corriente. Incluso para aplicaciones que requieren conexiones de cables flexibles, el cobre ya no tiene por qué 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, en un corto período de tiempo se forma una capa de óxido dura y resistente en la superficie del aluminio. El revestimiento protege el material subyacente de una mayor corrosión. Este efecto convierte al aluminio en un material muy duradero. Sin embargo, en el ámbito de la ingeniería eléctrica, la capa protectora de óxido sobre la superficie del material no es deseable. Degrada la conductividad del aluminio y dificulta el contacto. Si se conecta un conductor oxidado sin ningún tratamiento previo (para eliminar el recubrimiento), 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, la capa de óxido debe romperse o eliminarse físicamente. Esto se puede hacer cepillando los extremos desnudos del conductor de aluminio antes de realizar los contactos y también durante el proceso de engarzado: los componentes del conector para conductores de aluminio están equipados de fábrica con una grasa de contacto especial, generalmente un material abrasivo granulado 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 una nueva corrosión en los puntos de contacto. Los terminales de cable de mejor calidad suelen estar 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 de Al/Cu a un conductor de aluminio de hilos finos mediante un engarce C8.

Contacto óptimo con engaste C8

Para diseños de conductores de alambre fino, recomendamos que IEC 61238-1 Cl. Debido a la mayor superficie oxidante del conductor, se pueden utilizar engastes C8 homologados. Los contornos del engarce C8 penetran muy profundamente en un haz de conductores, desgarran por igual los hilos individuales y permiten así contactos óptimos en todos los hilos, incluso en un haz de conductores. El uso de engastes C8 (desarrollados como parte de la serie POWERLINE Aluminio) permite alcanzar los mejores valores eléctricos posibles (baja resistencia de contacto) y fuerzas de extracción mecánicas.

Compatibilidad con metales preciosos electroquímicos.

A la hora de especificar los componentes de las conexiones eléctricas, también hay que 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 (aquellos con mayor potencial electromagnético), como cobre, hierro o latón, puede producirse una reacción electroquímica mediante la formación de elementos de contacto. Esta reacción se activa mediante líquidos conductores; en el campo, principalmente mediante agua condensada (condensación). En este proceso, las diferencias de potencial producidas por las series de tensiones electroquímicas 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 se cortocircuita 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 pequeñas partículas de cobre. Sin embargo, el cobre no se descompone. Pero el proceso de descomposición afecta negativamente a largo plazo a la conexión eléctrica, con resistencias de contacto crecientes que provocan aumentos de temperatura e incluso 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 terminales de cable de Al/Cu, conectores a presión y pasadores de perno de conexión, se fabrican mediante un proceso de soldadura por fricción. Están encapsulados para evitar que los líquidos penetren en la conexión y provoquen fugas no deseadas. El uso de conectores y conexiones de Al/Cu es la forma más sensata de combatir los efectos de la oxidación del aluminio. Otro medio de protección contra la humedad es instalar un aislamiento secundario en el área de contacto. Dependiendo del campo de aplicación, la carga mecánica y las condiciones ambientales, se puede utilizar un tubo retráctil en frío, en rollo o en caliente. 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 programado periódicamente.

Disminución de la fuerza de la conexión debido a la fuga

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

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