Alluminio come materiale conduttore: un'alternativa più leggera ed economica

Per contenuto sponsorizzato | 24 maggio 2019

Scegliere metalli conduttivi per diversi settori e applicazioni può essere una sfida. Il rame è spesso utilizzato in cavi e fili grazie alla sua eccellente conduttività e malleabilità. Ma è relativamente pesante e costoso rispetto all’alluminio. Passare all’alluminio, che è più leggero e significativamente meno costoso del rame, è in molti casi un’opzione praticabile. Usare l’alluminio con successo è una questione di comprendere le capacità di questo metallo conduttivo e come affrontare le sfide che presenta. Il rame, a 4.323 dollari la tonnellata, è attualmente più del doppio dell’alluminio, che costa 2.043 dollari la tonnellata (al 02/02/15). La maggiore disponibilità di alluminio grezzo rispetto al rame spiega questa significativa differenza di prezzo. Dopo l'ossigeno e il silicio, l'alluminio è il terzo elemento più comune nella crosta superiore della Terra, mentre il rame è al 25° posto per disponibilità nell'elenco delle materie prime. La valutazione dei prezzi correnti è ulteriormente rafforzata dalla volatilità del mercato delle materie prime. Se si guardano i numeri degli ultimi cinque anni (2010-2014), i prezzi del rame hanno oscillato in un intervallo compreso tra 3.674 e 5.980 dollari per tonnellata. Nel 2004, il valore medio annuo era ancora pari a 1.895 dollari per tonnellata. Nel settore dell'alluminio non esiste un simile intervallo di fluttuazione, il che consente una migliore pianificazione dei materiali. Se si utilizza l'alluminio come materiale conduttore, la sua minore conduttività richiede una dimensione del filo che sia circa un terzo maggiore di quella di un filo di rame. Alla fine, tuttavia, il materiale isolante utilizzato con il filo gioca un ruolo cruciale nelle prestazioni e un filo di alluminio può possedere la stessa capacità di trasporto di corrente di un filo di rame H07RN-F. La dimensione maggiore del filo di alluminio rappresenterebbe solo uno svantaggio nelle applicazioni che richiedono spazi ristretti, come quando installato in scatole di controllo densamente popolate. Per quanto riguarda il peso, i fatti sull’alluminio parlano da soli. Come materia prima, l’alluminio pesa circa il 70% in meno rispetto al rame. Ciò può essere utile negli sforzi di numerosi campi applicativi che cercano di ridurre il peso di tutti i componenti. Naturalmente, se utilizzati nei cavi elettrici, il peso ridotto ne facilita l'installazione. Le linee ad alta tensione sono state per lungo tempo realizzate in alluminio; il peso più leggero riduce significativamente la forza di trazione esercitata sul cavo e sugli alberi. Ma anche settori come quello automobilistico e aeronautico stanno passando ai fili di alluminio. Per questo motivo nell'Airbus A380 sono già installati interi cablaggi in alluminio. I fili di alluminio possono essere fino al 60% più leggeri rispetto ai fili di rame che trasportano corrente. Anche per le applicazioni che richiedono collegamenti di cavi flessibili, il rame non deve più essere la prima scelta. La serie HELUWIND® WK POWERLINE ALU offre un programma di cablaggio capillare, inclusa la tecnologia di connessione. Le caratteristiche materiali dell'alluminio sono notevolmente diverse da quelle del rame. Queste differenze devono essere prese in considerazione durante la lavorazione di un cavo e la scelta dei componenti di collegamento.

Ossidazione nell'aria

Se esposto all'ossigeno, sulla superficie dell'alluminio si forma in breve tempo un rivestimento di ossido duro e resistente. Il rivestimento protegge il materiale sottostante da ulteriore corrosione. Questo effetto rende l'alluminio un materiale altamente durevole. Tuttavia, in ambito elettrotecnico, lo strato protettivo di ossido sulla superficie del materiale non è auspicabile. Degrada la conduttività dell'alluminio e rende difficile il contatto. Se si collega un conduttore ossidato senza alcun pretrattamento (per rimuovere il rivestimento), la resistenza di contatto tra il conduttore in alluminio e il componente del connettore aumenterà. Ciò può provocare aumenti di temperatura e, nelle condizioni peggiori, incendi dei cavi. Per evitare tali problemi, il rivestimento di ossido deve essere rotto o rimosso fisicamente. Ciò può essere fatto spazzolando le estremità nude del conduttore in alluminio prima che vengano realizzati i contatti e anche durante il processo di crimpatura: i componenti del connettore per conduttori in alluminio sono dotati di fabbrica di uno speciale grasso per contatti, solitamente un materiale granuloso e abrasivo come il corindone. Combinate con l'alta pressione, le particelle di corindone provocano un effetto abrasivo che rompe il rivestimento di ossido non conduttivo sull'alluminio, migliorando le proprietà di contatto e le connessioni elettriche. Il grasso impedisce inoltre l'ingresso di umidità e ossigeno che provocano una nuova corrosione dei punti di contatto. I capicorda di migliore qualità sono generalmente dotati di tappi in plastica, che impediscono al grasso di contatto di seccarsi o fuoriuscire durante lo stoccaggio.