Análise da Resistência de um Condutor Elétrico em Função dos Parâmetros do Processo de Endurecimento e sua Deometria

No atual contexto econômico, a indústria de cabos elétricos enfrenta desafios técnicos e econômicos.Com efeito, face à globalização dos mercados mundiais e à contínua subida dos preços das matérias-primas necessárias ao fabrico dos cabos elétricos, nomeadamente do cobre, os fabricantes devem adaptar os seus modelos económicos de forma a garantir a sustentabilidade das suas atividades.Eles devem, portanto, colocar em prática uma estratégia global para melhorar o desempenho dos processos de fabricação, por um lado, e, por outro, otimizar os parâmetros de design dos cabos elétricos.O objetivo insere-se numa abordagem para otimizar o consumo de matérias-primas respeitando o quadro de requisitos normalizados para cabos elétricos.No entanto, este objetivo não pode ser alcançado sem uma compreensão detalhada dos fenômenos elétricos, que prevalecem nas estruturas dos cabos.Para isso, o estudo dos processos de fabricação e parâmetros de projeto é fundamental, a fim de identificar e quantificar seus impactos no comportamento elétrico, e mais precisamente na resistência elétrica total dos cabos.Estes últimos geralmente consistem em um núcleo condutor de cobre ou alumínio e uma ou mais camadas protetoras de materiais dielétricos e/ou metálicos.A pesquisa é focada principalmente no estudo da parte condutora do cabo.Este consiste em fios unitários montados em camadas concêntricas sucessivas.A forma dos fios pode ser circular, perfilada, triangular, oval, etc. Geralmente, o núcleo condutor é fabricado usando processos de deformação a frio, como fiação e compactação.Durante essas operações, ele sofre deformações plásticas para atingir especificações geométricas bem determinadas.Essas deformações resultam dos campos de tensão gerados pelas forças de tração, torção, compressão e fricção próprias dos processos de fabricação.É aceito que essas deformações influenciam o comportamento mecânico e elétrico do núcleo condutor.Do ponto de vista mecânico, as deformações plásticas dos fios unitários levam ao endurecimento por encruamento do material, modificando assim suas propriedades mecânicas globais.Isso resulta em um aumento no limite elástico do material e uma rigidez mecânica mais pronunciada na tração do núcleo condutor.Entende-se que as modificações observadas não são as mesmas de um projeto para outro.Eles dependem de parâmetros de projeto, como o número e a forma dos fios elementares, o número de camadas, o passo da fiação, a direção da fiação, a taxa de compactação (taxa de compressão do núcleo), a forma e o tamanho do inter- áreas de contato do fio.Do ponto de vista elétrico, todas essas variações devem ser estudadas para quantificar seus impactos, ao mesmo tempo na condutividade elétrica do material, na distribuição da corrente e na resistência elétrica total do cabo.A investigação centra-se na análise do comportamento elétrico dos fios condutores de cabos elétricos, e mais especificamente na sua resistência elétrica total.
A análise incidirá principalmente no estudo da resistência elétrica em modo estacionário (corrente contínua).Os objetivos industriais giram em torno dos seguintes pontos:
 Compreender os fenômenos elétricos que reinam nas almas condutivas,
 Dimensionar os núcleos condutores para obter uma resistência elétrica específica,
 Reduzir o consumo de matérias-primas, principalmente cobre.
Para atingir esses objetivos, faz-se uso de ferramentas de cálculo baseadas em modelos numéricos para prever o comportamento mecânico e elétrico de condutores.
Em primeiro lugar, a reprodução dos processos de cabeamento e compactação nos permitirá aproximar os campos de deformação do núcleo condutor e a forma real das áreas de contato entre os filamentos.Em segundo lugar, a análise elétrica determinará suas influências na condução da corrente e, portanto, na resistência elétrica total do núcleo condutor.
Esses modelos, baseados no método dos elementos finitos, serão utilizados para quantificar a influência dos parâmetros dos processos de cabeamento e compactação nas propriedades elétricas de núcleos condutores.Os resultados das simulações servirão para estabelecer um conjunto de parâmetros de projeto a fim de otimizar o consumo da matéria-prima.
O núcleo condutor sofre deformações plásticas por encruamento do material durante a fabricação;então será útil analisar suas influências na condutividade elétrica do material.
Do ponto de vista cristalográfico, essas deformações plásticas se devem à formação, multiplicação e deslocamento de defeitos lineares móveis na rede cristalina do metal.
Esses defeitos são chamados de deslocamentos.O número crescente de discordâncias produzidas durante as deformações plásticas e sua interação entre si (ou com impurezas, precipitados, etc.) leva à redução de sua mobilidade.Isso resulta no endurecimento da estrutura metalúrgica do metal.
Este fenômeno é chamado de "endurecimento".Isso também causa uma diminuição no tamanho do grão, aumentando assim o número de contornos de grão na estrutura metálica.
Além disso, os defeitos e lacunas contidos na rede cristalina do metal, constituem obstáculos em relação aos portadores de cargas elétricas (elétrons).
Essas variações causam uma degradação da condutividade elétrica do material, mas também uma distribuição desigual da mesma na seção do núcleo condutor.
A resistência elétrica de contato e a variação da condutividade elétrica em função do encruamento do material serão caracterizadas experimentalmente.
Em seguida, este último será utilizado em modelos numéricos definindo uma estratégia de acoplamento mecânico-elétrico, permitindo assim levar em consideração a influência da resistência de contato e do encruamento na resistência elétrica total dos cabos.