O alumínio é um dos metais mais populares do mundo. Ele é conhecido por ser leve, ter uma alta relação resistência/peso e ser resistente à corrosão. Entretanto, uma das características mais importantes do alumínio que é discutível é o fato de ele conduzir eletricidade. Portanto, como responder à pergunta: O alumínio é um condutor elétrico? É aqui que chegamos à resposta: sim, alumínio pode conduzir eletricidade, mas não tão bem quanto o cobre, que tem sido o metal preferido na criação de um sistema elétrico. 

Este artigo discutirá a condutividade elétrica do alumínio, seu uso no setor elétrico e os benefícios e limitações de seu uso no setor elétrico.

O que significa Condutividade Elétrica?

Vamos considerar primeiro o que é condutividade elétrica antes de dizer se o alumínio é um condutor elétrico ou não. A capacidade de um material de permitir a passagem de corrente elétrica é chamada de condutividade elétrica. Isso depende do número de elétrons em movimento livre nesse material. Os metais, em geral, têm elétrons muito livres que podem fluir facilmente dentro de sua estrutura atômica, portanto, são bons condutores.

A unidade de medida da condutividade elétrica de um determinado material é notada em siemens dividido por metro (S/m). Quanto maior a resistência, menor a possibilidade de passagem da eletricidade. Materiais altamente condutores, como o cobre e o alumínio, são usados em diversas aplicações elétricas, como fornecimento de energia, transmissão de energia, fiação e circuitos.

O alumínio é condutor de eletricidade?

Sim, o alumínio é muitas vezes mais condutivo que o cobre. O alumínio é considerado um bom condutor quando se analisa a condutividade dos metais, embora sua condutividade elétrica seja de apenas 61% da do cobre. Isso significa que o cobre fornecerá uma corrente maior para fluir por um determinado tamanho de fio.

Apesar disso, o fato de o alumínio ter uma condutividade relativamente alta faz com que ele seja aplicável na maioria das aplicações elétricas, especialmente quando o peso e o custo são considerações críticas. A resistividade do alumínio não é tão alta quanto a de muitos outros materiais, ou seja, o alumínio também pode conduzir eletricidade, mas com resistência relativamente menor.

Como o alumínio induz a eletricidade?

A eletricidade é conduzida em um alumínio devido ao fluxo de elétrons livres pela estrutura dos átomos. Esses elétrons livres estão apenas fracamente conectados aos átomos do metal e podem se mover facilmente quando há um campo elétrico presente. Como o material permite que os elétrons passem por ele, uma corrente elétrica será criada.

O alumínio também possui uma quantidade bastante alta de elétrons livres, o que significa que ele também é um bom condutor de eletricidade, mas não tão eficiente quanto o cobre. Ele é aproximadamente 61 vezes menos condutor de eletricidade do que o cobre, portanto, é um pouco mais resistente ao fluxo de elétrons.

A condutividade do alumínio também diminui com o aumento da temperatura devido à maior vibração dos átomos no metal, o que aumenta a resistência. Além disso, camadas de óxido de não condutividade se desenvolvem na superfície do alumínio, o que pode diminuir a condutividade onde as juntas são feitas. Essa camada de óxido que se forma deve ser controlada, pois prejudicaria a boa condutividade, principalmente em contatos elétricos.

Classes de alumínio eletricamente condutivas 

O alumínio é um condutor elétrico, e seu nível de condutividade também depende do grau, já que vários graus contêm diferentes purezas e ligas metálicas. A correlação entre o tipo de grau de alumínio e sua condutividade é fundamental para a escolha do tipo certo de alumínio adequado a determinadas aplicações elétricas.

1. Alumínio PURO ( 1100 Grd )

O alumínio grau 1100 pode ser considerado um dos alumínios mais puros, com um nível de pureza de 99% ou mais. Essa pureza é alta, o que leva a uma boa condutividade elétrica, portanto, seria bom em áreas que exigem melhor condutividade elétrica e desempenho, como fiação e conexões com eletricidade.

• Condutividade elétrica: Aproximadamente 61% do que o cobre.
• Aplicativos: É usado em sistemas de cabos de energia, condutores elétricos e outros dispositivos em que a alta condutividade e a baixa resistência são essenciais.

2. Liga de alumínio 1350

A liga de alumínio 1350 é outro alumínio de alta pureza, mas é combinada com quantidades mínimas de cobre para aumentar sua resistência e outras propriedades. Essa classe é condutora em um nível um pouco mais baixo do que o alumínio de grau 1100, mas oferece um bom desempenho também em funções elétricas.

• Condutividade elétrica: Cerca de 61% da condutividade do cobre, que é como o alumínio de grau 1100.
• Aplicativos: É amplamente utilizado em fios, condutores e transformadores, especialmente em sistemas elétricos de alta tensão.

3. Liga de alumínio 6063

O alumínio grau 6063 é uma liga de resistência média e normalmente é usado para fins estruturais, como extrusões e molduras. Ele tem mais materiais de liga, como magnésio e silício, que aumentam a resistência mecânica, tornando-o menos condutivo eletricamente do que o alumínio de grau 1100 e 1350.

• Condutividade elétrica: A condutividade do cobre é de 50% a 55% menor, com efeitos adicionais de liga dos elementos.
• Aplicativos: É aplicado principalmente em extrusões arquitetônicas, molduras de janelas e componentes aeroespaciais. Embora não seja tão condutivo quanto os graus mais puros, ele encontra alguns usos em áreas em que a resistência e a conformabilidade são mais importantes do que a condutividade.

4. Liga de alumínio 1050

A liga de alumínio 1050 também é alumínio de alta pureza, exceto pelo fato de ter uma leve presença de ferro; portanto, sua condutividade é menor do que a do alumínio de grau 1100. No entanto, sua condutividade elétrica é boa para várias aplicações.

• Condutividade elétrica: A taxa de condutividade elétrica é 99,76 % da do cobre, o equivalente ao grau 1100.
• Aplicativos: Cabos elétricos, fios e conectores de bateria em que a alta condutividade é o fator principal, mas em que a resistência mecânica citada não é um problema importante.

5. Liga de alumínio 6061

O que torna essa liga de alumínio de grau 6061 popular são suas boas propriedades mecânicas e sua versatilidade. Para torná-la forte, ela é ligada com magnésio e silício, causando uma perda moderada na condutividade.

-Condutividade elétrica: aproximadamente 45% a 50% da condutividade do cobre.

Aplicação: Deve ser comumente encontrado em peças estruturais, peças automotivas e equipamentos usados em alto mar, onde a condutividade elétrica não era muito importante, mas a força e a resistência à corrosão eram.

A condutividade elétrica é afetada pelo acabamento do alumínio?

A condutividade elétrica do alumínio pode ser muito influenciada pelo acabamento do alumínio, e isso é determinado pelo acabamento que se aplica ao metal. A propriedade condutora do alumínio pode ser alterada com diferentes tratamentos de superfície: formação de camada de óxido, anodização, revestimento, polimento etc.

1. Formação da camada de óxido

Na presença de ar, como no processo de oxidação, o alumínio forma uma fina camada de óxidos (Al 2 O 3 ). Embora essa camada de óxido ofereça proteção contra a corrosão, ela não é condutora. Isso significa que essa película de óxido no ponto em que a eletricidade é conectada pode aumentar a resistência, comprometendo assim a condutividade geral do alumínio. A eficiência das atividades elétricas de alto desempenho pode ser perdida devido à existência dessa camada de óxido. Para obter boa condutividade, essa camada de óxido deve ser eliminada ou limitada nos locais de contato, ou tratamentos de superfície são fornecidos para evitar a deposição de óxido.

2. Anodização

No caso do alumínio, a anodização é um processo que visa tornar a película de óxido deliberadamente mais espessa. Embora aumente a resistência à corrosão e melhore o acabamento estético da superfície, a anodização também torna a superfície mais isolante. Isso diminui consideravelmente a condutividade do alumínio, tornando-o inadequado para aplicações que envolvam o uso de corrente elétrica. Porém, em determinadas aplicações, como as de importância estética, o revestimento anódico não é removido devido ao efeito protetor, o que é uma grande ameaça. A anodização não pode ser ideal nas aplicações condutoras, a menos que uma remoção intencional da camada de óxido seja planejada nos pontos de conexão.

3. Revestimentos e tintas

O alumínio é revestido e pintado para oferecer proteção extra contra os elementos ambientais e melhorar a aparência. No entanto, a grande maioria dos revestimentos (especialmente a tinta normal) é isolante e forma barreiras de condutividade elétrica. Os revestimentos têm o efeito de reduzir a condutividade elétrica do metal por uma grande margem nos casos em que o revestimento é aplicado. No caso do alumínio em aplicações de sistemas elétricos, deve-se lembrar que as peças com as quais é feito contato elétrico não devem ser revestidas ou, em casos especiais, pode ser desejável usar um revestimento condutor em situações específicas.

4. Polimento de superfície

Um dos métodos de acabamento usados é o polimento de superfície para obter uma superfície limpa e lisa de alumínio. Mecanicamente, o polimento, no caso da condutividade elétrica, é o processo que melhora a propriedade em termos de condutividade elétrica para oferecer uma superfície de contato mais limpa. A superfície de alumínio polido permite maior eficiência na conexão elétrica, reduz a resistência e melhora o desempenho dos sistemas elétricos. Porém, quando o polimento é feito em excesso, pode levar à perda de material, o que pode ser um problema para a integridade e o tamanho do alumínio em algumas aplicações. Consequentemente, o polimento deve ser usado somente para alcançar o equilíbrio desejável entre a condutividade e a resistência do material.

Por que o alumínio está sendo usado na eletricidade?

Embora o cobre seja eletricamente condutor em comparação com o alumínio, isso não levou o setor elétrico a abandonar o uso do alumínio. As causas desse fato são:

1. Custo-efetividade

O preço mais barato é uma das principais vantagens da aplicação do alumínio na eletrônica. Ao contrário do cobre, o alumínio é mais barato; de fato, seu preço é aproximadamente um terço do custo do cobre. Esse fator de preço acessível tornará o alumínio uma ótima opção quando se trata de instalações elétricas de grande escala, pois é necessária uma grande quantidade de material.

2. Leve

O alumínio também é muito leve em comparação com o cobre, e sua densidade é de aproximadamente um terço da do cobre. É isso que o torna adequado para áreas em que o peso é um problema, como nas linhas aéreas de transmissão de energia. O custo de transporte é menor devido à leveza do alumínio e a instalação do mesmo se torna fácil.

3. Resistência à corrosão

Quando exposto ao ar livre, o alumínio também desenvolve naturalmente uma fina camada protetora de óxido que cobre a superfície. Essa película de óxido serve como um selante que não pode ser mais oxidado e, portanto, o alumínio é um material extremamente resistente à corrosão. Isso é vantajoso, especialmente para sistemas elétricos que ficam ao ar livre, pois os fatores climáticos e a umidade podem facilmente corroer outros metais, como o cobre.

4. Relação entre força e peso

O alumínio tem uma ótima relação resistência/peso, o que significa que, embora seja leve, ele pode oferecer grande resistência estrutural. Esse aspecto faz do alumínio uma bela opção em quase todos os assuntos elétricos, como cabos, linhas de transmissão e até mesmo na construção de equipamentos elétricos.

Comparação entre a resistência do alumínio e do cobre: Condutividade elétrica

Como já foi dito acima, a cobertura elétricaA condutividade do alumínio é de aproximadamente 61% da do cobre. No entanto, a diferença de condutividade não é tão grande quanto parece. No caso de muitas aplicações em larga escala, por exemplo, transmissão de energia, a economia de custo e peso proporcionada pelo alumínio compensa sua condutividade ligeiramente reduzida. Dito isso, quando se trata de alto desempenho elétrico, o cobre ainda é o melhor condutor.

Uma comparação entre o alumínio e o cobre:

Embora o cobre seja mais condutor, a disparidade de desempenho é normalmente explicada pela configuração de um cabo de alumínio de seção transversal maior para transportar a mesma quantidade de eletricidade em um cabo de cobre de seção transversal menor. É por isso que os fios aéreos de transmissão de energia e outras instalações elétricas de grande escala geralmente utilizam cabos de alumínio.

A comparação do alumínio com outros condutores

Quando se trata de comparar o alumínio com outros condutores elétricos, como cobre e prata, seu desempenho é considerado satisfatório muitas vezes, mas não é bem utilizado em um sistema de alto desempenho.

Usos do alumínio na eletricidade

O alumínio encontra aplicação em diversos produtos elétricos, especialmente nos casos em que as características mencionadas se beneficiam: baixo custo, baixa densidade e resistência à corrosão.

1. Linhas de transmissão de energia

A aplicação mais comum do alumínio é em linhas aéreas de transmissão de energia, nas quais seu baixo peso e alto valor de condutividade o tornam adequado para transmissões de eletricidade de longa distância. O uso de linhas de energia compostas por alumínio é mais barato de instalar e manter quando comparado ao cobre e, devido ao seu peso leve, é fácil de manusear em termos de instalação das linhas.

2. Fiação/cabos elétricos

A fiação de alumínio é comumente utilizada em construções residenciais e comerciais, especialmente em circuitos que têm capacidades de cargas elétricas de nível baixo e moderado. O fio de cobre ainda pode ser empregado em circuitos de alto desempenho, mas o alumínio pode ser aplicado em grandes instalações em que o custo e o peso desempenham um papel fundamental.

3. Fios de aterramento

Os fios de aterramento também são feitos de alumínio, pois é necessário fornecer um caminho seguro pelo qual a corrente elétrica possa fluir em caso de falha. O aterramento desempenha um papel fundamental na dissipação segura de qualquer corrente elétrica excessiva no solo, de modo que nenhum equipamento seja danificado e as chances de incêndios elétricos sejam minimizadas.

4. Motores e aparelhos elétricos

Os motores e transformadores elétricos têm alumínio como material de enrolamento. O metal é leve, relativamente forte e possui boa condutividade, o que o torna uma opção consideravelmente boa quando aplicado em uma ampla variedade de aplicações industriais e comerciais

Questões e soluções para problemas com a condutividade do alumínio

Por mais que o alumínio seja um condutor adequado, ele também apresenta certos problemas que devem ser resolvidos quando empregado como condutor em um sistema elétrico.

1. Maior resistência

A maior desvantagem do alumínio é que ele é eletricamente mais condutivo do que o cobre. Isso significa que, quando a mesma corrente flui, ocorre mais calor e uma queda nas tensões no fio de alumínio. Isso, em alguns casos, exige o uso de condutores de alumínio maiores para proporcionar o mesmo desempenho dos fios de cobre.

2. Problemas de conexão e oxidação

O alumínio será facilmente oxidado, principalmente as juntas. Por um lado, quando o alumínio é coberto por uma camada de óxido, ele se torna resistente à corrosão; por outro lado, a camada de óxido pode se transformar em um isolante elétrico, criando maior resistência e isolando as junções. Isso pode causar superaquecimento, mau funcionamento e, na pior das hipóteses, falha elétrica. Para tentar evitar isso, durante a instalação, deve-se exigir atenção especial para que sejam feitas as conexões corretas e não ocorra corrosão nas juntas.

3. Resistência mecânica

Embora o alumínio tenha uma excelente relação resistência/massa, ele ainda é menos robusto que o cobre e pode ser suscetível a danos mecânicos, principalmente em condições de alta tensão/vibração. Em aplicações de alta tensão, os fios de alumínio geralmente são reforçados com aço ou outros materiais.

Conclusão

Entretanto, pode-se concluir que, de fato, o alumínio conduz eletricidade, mas também é um material comumente usado no setor elétrico devido à sua boa condutividade, economia, leveza e resistência à corrosão. Embora não seja tão condutor quanto o cobre, é barato o suficiente e possui outras características benéficas, portanto pode ser usado como alternativa ao cobre na maioria das aplicações elétricas.

Alumínio é especialmente prático em empreendimentos de grande escala, como transmissão de energia e fiação elétrica, em que as vantagens de preço e peso superam em muito a tendência de menor condutividade. No entanto, seus desafios, que devem ser levados em consideração por engenheiros e eletricistas ao projetar e instalar sistemas elétricos à base de alumínio, são sua maior resistência e oxidação.

No entanto, o alumínio é um material vital usado no setor elétrico, e seu uso só aumentará, já que infraestruturas elétricas mais eficientes e acessíveis são exigidas em todo o mundo.