Esse artigo mostra os problemas e possíveis soluções no uso de condutores de alumínio.
Vantagens e desvantagens
O alumínio é o metal mais usado nos sistemas de transmissão de energia elétrica, já em todas as outras aplicações o cobre é o metal preferido.
As diferenças entre os condutores de cobre e de alumínio podem ser colocadas resumidamente da seguinte forma:
Custo: O alumínio é mais barato.
Resistência: O cobre tem resistência menor (aquece menos).
Densidade: O alumínio é menos denso (menos peso por volume).
Conexão: O cobre não apresenta dificuldades para se fazer conexões, já alumínio requer atenção especial para se realizar conexões.
Resistência à tensão mecânica: O cobre suporta mais tensão mecânica sem se romper comparado ao alumínio.
Por ter uma resistência elétrica menor, facilidade na conexão e boa resistência mecânica, o cobre é o condutor mais usado exceto nos sistemas de transmissão. Porém com o aumento no preço do cobre, algumas aplicações, como fabricação de transformadores e motores, tem frequentemente usado condutores de alumínio devido ao seu menor custo.
Dificuldades na conexão
Ao se deparar com um transformador ou motor com enrolamento e terminais de alumínio, é necessário conectar esses terminais aos condutores da rede e/ou de equipamentos. Sejam esses condutores também de alumínio ou de outro metal, é necessário utilizar a técnica correta para a conexão, sob risco de produzir uma má conexão.
- Oxidação
O alumínio é um dos metais que mais sofrem oxidação quando em contato com a atmosfera, porém, assim que oxidado o alumínio forma uma camada muito forte na superfície que protege o restante do material de oxidar. A oxidação da superfície do alumínio é intensificada quando o metal é aquecido (como ocorre num processo de solda).
O óxido de alumínio, ou alumina, tem uma resistência elevada, de >1014 Ω/cm, enquanto o alumínio puro tem resistência da ordem de 2,65×10-8 Ω/m. A camada de óxido de alumínio que se forma na superfície do material é portanto um isolante e mesmo sendo muito fina prejudica a passagem de corrente elétrica, causando aquecimento.
- Corrosão galvânica
Como a maioria das instalações elétricas usa condutores de cobre, é muito provável que um transformador ou motor com terminais de alumínio tenha que ser conectado a um condutor de cobre. Se nenhuma precaução for tomada, problemas de corrosão galvânica podem ocorrer com o tempo. O fenômeno da corrosão galvânica é explicado na sequência.
Dois metais com potenciais de eletrodo diferentes, quando em contato um com o outro, na presença de um eletrólito (solução condutiva) provocam a passagem de corrente, onde um dos metais atua como catodo e outro como anodo. O cobre tem um potencial de eletrodo de +0,34V, já o alumínio tem -1,67V [3]. Com essa diferença de potencial o cobre atua como anodo e o alumínio como catodo, isso faz com que o alumínio comece a oxidar, aumentando a resistência da conexão [4]. Para evitar que a corrosão galvânica ocorra, não deve haver umidade (eletrólito) próxima à conexão.
Soluções
- Alumínio-Alumínio
Ao fazer a conexão entre dois condutores de alumínio, o problema da oxidação do alumínio deve ser considerado. Consideraremos que a conexão em questão será feita por solda.
Para que a solda de dois condutores de alumínio seja satisfatória, a camada de alumínio oxidada deve ser retirada e é necessário que se impeça que ela volte a se formar durante a solda, já que o calor intensifica o processo de oxidação.
A eliminação da camada oxidada, antes de iniciar o processo de solda pode ser feita através de raspagem. A solda deve vir logo na sequência.
O processo de solda deve empregar alguma forma de eliminação do oxigênio nos arredores do ponto de solda para evitar que a oxidação ocorra intensificada pela alta temperatura. Abaixo dois métodos são sugeridos.
- Solda TIG/MIG: Esses dois tipos de solda empregam um processo onde é expelido um gás de proteção sobre o ponto de solda, formando um bolsão de proteção onde o oxigênio é eliminado.
- Solda com ferro mais fluído protetor: Se um ferro de solda for usado, as superfícies a serem soldadas devem ser cobertas de um fluído específico que impeça o oxigênio de entrar em contato com o ponto de solda e/ou corroa a oxidação gerada. Esse fluído pode ser uma graxa que impeça o contato com o oxigênio, ou um fluxo específico para alumínio que faça a corrosão da oxidação (por ser corrosivo, o fluxo residual deve ser retirado depois da solda).
- Alumínio-Cobre
A conexão do alumínio com cobre, além de apresentar o problema da oxidação do alumínio, envolve a corrosão galvânica resultante da ligação de dois metais diferentes. A solução para esse problema passa pelo uso de um conector específico, normalmente chamado de conector bimetálico.
Os conectores bimetálicos Alumínio/Cobre são formados por duas partes, uma de alumínio e outra da cobre, cada uma destinada à conexão com o condutor composto do mesmo metal. Esse tipo de conector, que normalmente funciona por esmagamento/crimpagem no lado do alumínio, tem uma geometria que impede a penetração de umidade na interface Alumínio/Cobre, eliminando o risco de corrosão galvânica.
Para que a oxidação do alumínio não comprometa a conexão, o ideal é que seja feita uma raspagem no condutor antes de inseri-lo no conector para eliminar a camada oxidada. Uma graxa especifica para esse tipo de aplicação deve preencher o espaço livre entre o condutor e o terminal depois que um for posicionado dentro do outro, para que a oxidação não volte a ocorrer. Depois de feita o esmagamento/crimpagem, excesso de graxa que transbordar para fora do conector deve ser eliminado.
O lado do terminal de cobre pode ser conectado ao condutor de cobre usando um parafuso ou solda.
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