Análisis de la Resistencia de un Conductor Eléctrico en Función de los Parámetros del Proceso de Endurecimiento por Trabajo y su Deometría

En el contexto económico actual, la industria del cable eléctrico se enfrenta a retos técnicos y económicos.En efecto, debido a la globalización de los mercados mundiales y al continuo aumento del precio de las materias primas necesarias para la fabricación de cables eléctricos, en particular el cobre, los fabricantes deben adaptar sus modelos económicos para asegurar la sostenibilidad de sus actividades.Por ello, deben poner en marcha una estrategia global para mejorar el rendimiento de los procesos de fabricación por un lado y, por otro lado, para optimizar los parámetros de diseño de los cables eléctricos.El objetivo es parte de un enfoque para optimizar el consumo de materias primas respetando el marco de requisitos estándar para cables eléctricos.Sin embargo, este objetivo no se puede lograr sin una comprensión detallada de los fenómenos eléctricos que prevalecen en las estructuras de los cables.Para ello, el estudio de los procesos de fabricación y los parámetros de diseño es fundamental para identificar y cuantificar sus impactos sobre el comportamiento eléctrico, y más precisamente sobre la resistencia eléctrica total de los cables.Estos últimos generalmente consisten en un núcleo conductor de cobre o aluminio y una o más capas protectoras de materiales dieléctricos y/o metálicos.La investigación se centra principalmente en el estudio de la parte conductora del cable.Consiste en hilos unitarios ensamblados en sucesivas capas concéntricas.La forma de los hilos puede ser circular, perfilada, triangular, ovalada, etc. Generalmente, el núcleo conductor se fabrica mediante procesos de deformación en frío, como cableado y compactación.Durante estas operaciones sufre deformaciones plásticas para alcanzar especificaciones geométricas bien determinadas.Estas deformaciones son el resultado de los campos de tensión generados por las fuerzas de tracción, torsión, compresión y fricción propias de los procesos de fabricación.Se acepta que estas deformaciones influyen en el comportamiento mecánico y eléctrico del núcleo conductor.Desde un punto de vista mecánico, las deformaciones plásticas de los hilos unitarios conducen al endurecimiento por deformación del material, modificando así sus propiedades mecánicas globales.Esto da como resultado un aumento del límite elástico del material y una rigidez mecánica más pronunciada a la tracción del núcleo conductor.Se entiende que las modificaciones observadas no son las mismas de un diseño a otro.Luego dependen de los parámetros de diseño, como el número y la forma de los hilos elementales, el número de capas, el paso del cableado, la dirección del cableado, la tasa de compactación (tasa de compresión del núcleo), la forma y el tamaño de la inter- áreas de contacto de las hebras.Desde un punto de vista eléctrico, todas estas variaciones deben ser estudiadas para cuantificar sus impactos, al mismo tiempo sobre la conductividad eléctrica del material, la distribución de la corriente y la resistencia eléctrica total del cable.La investigación se centra en el análisis del comportamiento eléctrico de los hilos conductores de cables eléctricos, y más concretamente en su resistencia eléctrica total.
El análisis se referirá principalmente al estudio de la resistencia eléctrica en modo estacionario (corriente continua).Los objetivos industriales giran en torno a los siguientes puntos:
 Comprender los fenómenos eléctricos que reinan en las almas conductoras,
 Dimensionar los núcleos conductores para obtener una resistencia eléctrica específica,
 Reducir el consumo de materias primas, particularmente cobre.
Para lograr estos objetivos, se utiliza herramientas de cálculo basadas en modelos numéricos para predecir el comportamiento mecánico y eléctrico de los conductores.
Primero, la reproducción de los procesos de cableado y compactación nos permitirá aproximar los campos de deformación del núcleo conductor y la forma real de las áreas de contacto entre hilos.En segundo lugar, el análisis eléctrico determinará sus influencias sobre la conducción de corriente y por tanto sobre la resistencia eléctrica total del núcleo conductor.
Estos modelos, basados ​​en el método de los elementos finitos, se utilizarán para cuantificar la influencia de los parámetros de los procesos de cableado y compactación sobre las propiedades eléctricas de los núcleos conductores.Los resultados de las simulaciones se utilizarán para establecer un conjunto de parámetros de diseño con el fin de optimizar el consumo de la materia prima.
El núcleo conductor sufre deformaciones plásticas por endurecimiento por deformación del material durante la fabricación;entonces será útil analizar sus influencias en la conductividad eléctrica del material.
Desde un punto de vista cristalográfico, estas deformaciones plásticas se deben a la formación, multiplicación y desplazamiento de defectos lineales móviles en la red cristalina del metal.
Estos defectos se denominan dislocaciones.El creciente número de dislocaciones que se producen durante las deformaciones plásticas y su interacción entre sí (o con impurezas, precipitados, etc.) hace que se reduzca su movilidad.Esto da como resultado el endurecimiento de la estructura metalúrgica del metal.
Este fenómeno se llama "endurecimiento".Esto también provoca una disminución en el tamaño del grano, aumentando así el número de límites de grano en la estructura metálica.
Además, los defectos y vacíos contenidos en la red cristalina del metal, constituyen obstáculos frente a los portadores de cargas eléctricas (electrones).
Estas variaciones provocan una degradación de la conductividad eléctrica del material, pero también una distribución desigual de la misma en la sección del núcleo conductor.
Se caracterizará experimentalmente la resistencia de contacto eléctrico y la variación de la conductividad eléctrica en función del endurecimiento por deformación del material.
Luego, este último se utilizará en modelos numéricos definiendo una estrategia de acoplamiento mecánico-eléctrico, lo que permitirá tener en cuenta la influencia de la resistencia de contacto y el endurecimiento por deformación sobre la resistencia eléctrica total de los cables.