Tradicionalmente, condutores de alumínio têm sua utilização restrita às linhas de transmissão de energia, cabos de distribuição aérea e algumas poucas utilizações em instalações de potência mais elevada. Nas demais aplicações, o cobre é utilizado.

Entretanto, nos últimos anos têm surgido outras aplicações para condutores de alumínio, notadamente na indústria automotiva e aeronáutica, sendo provável que surjam outros usos para esses condutores em futuro próximo, dado o aumento acentuado do custo do cobre nos últimos sete ou oito anos.

O presente artigo analisa as vantagens e as desvantagens do uso do alumínio ou do cobre no condutor dos cabos elétricos.

Custo e peso

Antes de iniciarmos nossas considerações, convém recordar algumas características dos dois metais em análise:

– densidade do cobre (dCu) = 8,89g/cm³

– densidade do alumínio (dAl) = 2,703 g/cm³

– resistividade do cobre (ρCu) = 17,241 Ω.mm²/km

– resistividade do alumínio (ρAl) = 28,264 Ω.mm²/km

Como a resistividade do alumínio é maior que a do cobre, para conduzir a mesma corrente, a seção do condutor de alumínio deve ser maior que a do cobre. Mesmo assim, a massa de alumínio será menor que a do cobre, uma vez que a densidade do alumínio é 30% da densidade do cobre:

(Peso do cobre)/(Peso do Alumínio)= (17,241 x 8,89)/(28,264 x 2,703) = 2

Ou seja, o condutor de alumínio teria a metade do peso do condutor de cobre.

O custo do quilograma de cobre é maior que o de alumínio. Na ocasião em que este artigo estava sendo escrito, o custo do alumínio era de cerca de US$ 2,00 (US$ 2,28 em 05/2018) por quilograma, enquanto o custo do cobre era de cerca de US$ 8,00 (US$ 6,78 em 05/2018) por quilograma. Considerando que a fabricação do condutor cause um acréscimo de US$ 200 por tonelada dos dois metais (em geral, a fabricação do condutor de alumínio é mais cara por tonelada que a de cobre), o custo do condutor de alumínio ficaria em US$ 2,20/kg e o de cobre em US$ 8,20/kg. Isso faz com que o custo do condutor de cobre seja (8,20 / 2,20) x 2 = 7,45 vezes maior que o custo do condutor equivalente de alumínio.

É verdade que, atualmente, o alumínio está com um preço menor que a média do mercado mundial, enquanto o cobre está com um valor dentro de sua média. Em geral, a relação de custo cobre/alumínio varia de um fator de 5 a 8 (ou seja, o condutor de cobre é de 5 a 8 vezes mais caro que o condutor equivalente de alumínio).

Mas então, por que o cobre tem sido usado preferencialmente, onde o peso não é um fator fundamental, como nas linhas aéreas?

É preciso lembrar que, antes de 2003, o preço do cobre variava entre US$ 1.000 e US$ 1.500 por tonelada, enquanto a variação do preço do alumínio era entre US$ 1.300 e US$ 1.700, havendo épocas em que a tonelada do alumínio e do cobre tinha quase o mesmo preço. Desse ano em diante os dois metais sofreram altas e baixas em seu preço, mas o do cobre cresceu mais e, nos últimos anos, a relação de custos entre o alumínio e o cobre tem sido próxima de 1:4. Ou seja, usar o cobre sempre foi mais oneroso, mas a relação atual está muito grande e mantendo-se por muito tempo.

Restrições

Até o momento, a conclusão óbvia seria que o uso de condutores de alumínio proporcionaria uma economia fantástica; assim, por que ainda se utilizam condutores de cobre na grande maioria dos cabos elétricos?

Em primeiro lugar, quando exposta ao ar, a superfície do alumínio fica recoberta por uma camada invisível de óxido, de características altamente isolantes e de difícil remoção. Nas conexões com alumínio, um bom contato só será conseguido com a ruptura desta camada, e o principal motivo da utilização de conectores de pressão e aparafusados é essa ruptura. O cobre não traz este problema.

Além disso, o alumínio escoa com pequenas pressões, afrouxando as conexões. Com esse afrouxamento, há a possibilidade de formação de óxido, que eleva a resistência elétrica da conexão e provoca seu aquecimento, que é uma causa potencial de incêndio em instalações de cabos isolados.

Por estes dois motivos, as conexões de cabos de alumínio têm de ser inspecionadas rotineiramente por pessoal especializado. Assim, a norma brasileira de instalações elétricas de baixa tensão (ABNT NBR 5410), em sua seção referente a condutores, traz diversas restrições ao uso de condutores de alumínio.

Essas restrições são quanto a locais – por exemplo, onde exista alta densidade de ocupação e condições de fuga difíceis, como hotéis e hospitais, é terminantemente proibido o uso de cabos com condutores de alumínio -, seções (especificando seções maiores como sendo as mínimas, indiretamente se limita o uso dos condutores de alumínio a instalações de maior potência, onde deve haver um responsável técnico que saiba fazer as inspeções) e, cumulativamente, restringe-se o uso desses condutores onde explicitamente exige-se que a instalação e manutenção sejam feitas por pessoal qualificado.

Outro problema é que a maioria dos circuitos é constituída por condutores e conexões de cobre. Como o alumínio e o cobre estão separados eletro quimicamente por 2V, existe uma predisposição da conexão cobre-alumínio à corrosão galvânica.

Por fim, nos últimos anos tem crescido muito a utilização de condutores flexíveis, onde antes eram utilizados condutores rígidos. A diferença entre condutores rígidos e flexíveis é o número de fios – e, consequentemente, o diâmetro desses fios – que compõem o condutor. Por exemplo, um condutor de cobre de seção 25 mm² pode ter constituições tais como:

– 1 fio de diâmetro 5,64 mm (rígida);

– 7 fios de diâmetro 2,14 mm (rígida);

– 126 fios de diâmetro 0,50 mm (flexível);

– 196 fios de diâmetro 0,40 mm (flexível);

–  783 fios de diâmetro 0,20 mm (extra flexível).

A liga de alumínio normalmente utilizada em condutores isolados não é adequada para fios com diâmetros menores que cerca de 1 mm. Fios muito finos alongam-se durante o processo e quebram-se no manuseio.

Entretanto, existem ligas especiais que permitem a fabricação de fios finos, com características semelhantes às dos fios de cobre e mantendo a resistividade das ligas tradicionais. Até o momento, seu uso tem se restringido a cabos para usos especiais, como na indústria automotiva e aeroespacial.

Conclusão

Economicamente, o alumínio mostra-se mais atrativo que o cobre para condutores em geral, mas deve-se cuidar para que seu uso se restrinja a utilizações em que pessoas qualificadas responsabilizem-se por sua instalação e manutenção. Onde o peso é importante, o alumínio é a escolha preferível. Com o tempo, é provável que ligas e conexões aperfeiçoadas estendam o uso do alumínio a condutores para outras aplicações.

Referências

– ABNT NBR 5111 (1997) – Fios de cobre nus, de seção circular, para fins elétricos – Especificação

– ABNT NBR 5118 (2007) – Fios de alumínio 1350 nus, de seção circular, para fins elétricos

– ABNT NBR 5410 (2008) – Instalações elétricas de baixa tensão

– London Metal Exchange – www.lme.com

Por João J. A. de Paulo – Fonte: Revista O Setor Elétrico, Edição de Fevereiro/2013