Propriedades, tipos e aplicações do fio de alumínio

Fio de alumínio vs fio de cobre

O cobre conduz eletricidade melhor do que o alumínio numa base de tamanho para tamanho – cerca de 61% melhor por área de secção transversal – mas o alumínio pesa cerca de um terço mais e normalmente custa menos por quilo de condutor. Esta compensação é a razão pela qual o fio de alumínio domina as aplicações onde o peso e o custo são mais importantes do que a minimização do tamanho do condutor, como linhas aéreas de transmissão de energia, enquanto o cobre permanece padrão em espaços mais apertados, como a fiação residencial, onde uma bitola menor transportando a mesma corrente é mais importante.

Principais diferenças de propriedades entre fios de alumínio e cobre.

O que é fio de alumínio macio

Fio de alumínio macio , também chamado de fio de alumínio recozido, é um fio de alumínio que foi tratado termicamente após trefilação para aliviar o estresse interno e restaurar a ductilidade. Durante o processo de trefilação, o alumínio endurece à medida que é puxado através de matrizes cada vez menores, tornando-se mais rígido e menos flexível a cada passagem. O recozimento reverte esse endurecimento aquecendo o fio a uma temperatura controlada – normalmente 300-400°C para o alumínio – o que permite que a estrutura do grão do metal recristalize em um estado mais macio e mais trabalhável.

O resultado é um fio que dobra, torce e se forma facilmente sem rachar, ao custo de uma resistência à tração um pouco menor em comparação com o fio trefilado que pula a etapa de recozimento.

Fio de alumínio recozido vs trefilado

Fio de alumínio recozido e trefilado comparado em propriedades mecânicas e uso.

Processo de fabricação de fio de alumínio

A produção de fio de alumínio geralmente segue estas etapas:

1. O alumínio fundido é fundido em forma de barra, normalmente por meio de fundição contínua, produzindo bobinas de barra de grande diâmetro como material inicial.
2. A haste é trefilada através de uma série de matrizes progressivamente menores, reduzindo o diâmetro em etapas até atingir a bitola alvo do fio; esse trabalho endurece o metal à medida que ele fica mais fino.
3. Para arame macio/recozido, o arame trefilado passa por um forno de recozimento ou linha de recozimento contínuo, aquecendo-o para aliviar a tensão interna e restaurar a flexibilidade.
4. O fio destinado a cabos trançados ou trançados é torcido em uma máquina de torcer para formar condutores multifios com a construção necessária.
5. O fio ou cabo acabado é enrolado e, se necessário, revestido ou isolado antes de ser embalado para envio.

Propriedades do fio de alumínio

• Peso leve — cerca de um terço da densidade do cobre, reduzindo a carga estrutural em infraestruturas de apoio, como torres de transmissão.
• Resistência à corrosão — o alumínio forma naturalmente uma fina camada de óxido que protege contra corrosão adicional, embora esta camada também possa interferir nas conexões elétricas se não for tratada adequadamente nas terminações.
• Expansão térmica — o alumínio expande-se e contrai-se mais do que o cobre com as mudanças de temperatura, um factor que os engenheiros consideram no projecto de linhas aéreas de longo vão.
• Ductilidade (na forma recozida) — o fio de alumínio macio pode ser dobrado e moldado repetidamente sem fraturar, tornando-o adequado para aplicações de enrolamento e conformação.
• Estabilidade de custos — o alumínio é geralmente mais abundante e menos volátil em termos de preço do que o cobre, o que é um fator importante nas decisões de aquisição em grande escala.

Usos e aplicações de fio de alumínio macio

A flexibilidade do fio de alumínio macio (recozido) o torna adequado para aplicações que envolvem flexão, enrolamento ou conformação durante a instalação ou fabricação:

• Conectores elétricos e terminações — onde o fio precisa ser moldado em torno de terminais ou pontos de conexão sem rachar.
• Aplicações de enrolamento — bobinas de transformadores, enrolamentos de motores e usos similares onde o fio é enrolado firmemente em torno de um núcleo.
• Cabo flexível e trançado — condutores trançados que precisam ser dobrados repetidamente durante a instalação ou em serviço, como em cabos de eletrodomésticos ou conduítes flexíveis.
• Fio de ligação e aterramento — aplicações onde o fio é passado em torno de obstáculos e precisa estar em conformidade com caminhos irregulares.
• Aplicações elétricas gerais — fiação predial, fabricação de eletrodomésticos e painéis de controle industrial, onde a flexibilidade durante a instalação reduz o tempo de trabalho.

Tabela de bitola de fio de alumínio

Medidores de fio AWG comuns com diâmetro aproximado e aplicação típica.

Como a condutividade do alumínio é menor que a do cobre, o fio de alumínio geralmente é dimensionado um ou dois números de bitola maiores do que um fio de cobre precisaria para a mesma capacidade de transporte de corrente - uma diferença de especificação importante a ser considerada ao substituir o alumínio em um projeto originalmente dimensionado para cobre.