Cobre ou alumínio: qual é o melhor para cabos elétricos?

Conheça quais características e fatores tornam o uso de um ou outro mais comum no cabeamento de instalações elétricas e na indústria

Cobre e alumínio são os mteriais condutores preferidos dos sistemas elétricos, o que faz da comparação entre ambos um exercício comum até mesmo entre profissionais do setor. Afinal, qual deles é o melhor para utilização em fios e cabos elétricos?

“Pode parecer um conceito básico e simplista, uma linha adotada por quem prefere não se posicionar, mas a melhor resposta é poder contar com ambos os metais“, explica Marcondes Takeda, gerente de produto do Grupo Prysmian no Brasil. O Grupo é líder mundial na fabricação de cabos de energia e de telecomunicações.

“A realidade do mercado torna oportuna a utilização desses materiais em tantos cenários de instalação que um acaba complementando o outro, ou seja, quando o cobre se sairia melhor que o alumínio naquela aplicação e vice-versa“, completa Takeda.

A flexibilidade de escolha de material conforme o cenário de instalação, além do que é determinado pelas normas reguladoras nacionais e internacionais, mantém ambos em plena especificação nos mais variados projetos.

Áreas de aplicação

O fato de não existir uma melhor opção que atenda a todos os cenários não nos impede de conhecer onde cada metal é mais utilizado. As áreas de aplicação desses condutores são relativamente distintas e dependem principalmente da condutividade elétrica e das propriedades mecânicas.

Como regra geral, o cobre é usado como condutor elétrico para aplicações em que a minimização do volume é importante, como por exemplo no cabeamento em equipamentos elétricos. Já o alumínio é mais utilizado onde a minimização da massa é importante, como por exemplo nos cabos de transmissão aérea de energia.

“Minimizar o volume é fundamental para aplicações onde é preciso economizar espaço. O cobre se sai melhor nesse cenário porque implica em cabos de menor seção e diâmetro do que os de alumínio para uma mesma condutividade“, explica Takeda.

É por isso que o cabo de cobre é mais utilizado para instalações elétricas residenciais, dada a flexibilidade e ocupação de espaço menor nos eletrodutos. Outra questão referente às instalações domésticas é a previsão obrigatória de cabos de cobre na maior parte das instalações elétricas de baixa tensão (ABNT NBR 5410).

O que dá peso a obrigatoriedade da norma por cabos de cobre é a necessidade de maior expertise para a instalação e conexão dos de alumínio, um desafio em um país onde a cultura do “qualquer um pode fazer” ainda é grande em elétrica.

Por outro lado, os de cobre chegam a pesar o dobro dos de alumínio igualando-se a condutividade. “Isso faz diferença onde o peso não essencial é algo a se eliminar, como nas linhas aéreas de transmissão em alta tensão e na indústria aeroespacial” completa o gerente.

Avanços industriais também podem mudar a especificação de cabos. A indústria automotiva, por exemplo, hoje consome 1.1 milhão de toneladas de cabos de cobre (95%) e quase de 60 mil toneladas de alumínio (5%) por ano. Em média, usam-se de 35 a 40 kg de condutores de cobre a cada veículo no mundo.

Com a ascensão dos carros elétricos, no entanto, um maior número de cabos vai levar a indústria a buscar uma redução do peso do cabeamento usando uma variedade maior de opções em alumínio.

Condutividade

Cobre e alumínio são os metais mais utilizados como condutores em cabos elétricos porque possuem baixa resistividade, excelente eficiência, dúcteis e relativamente resistentes à corrosão se corretamente instalados.

“O cobre é o mais produtivo dos dois metais, a ponto de ter sido escolhido como o padrão internacional de condutividade (100% IACS). Dos metais puros comumente encontrados, apenas a prata é melhor condutora que o cobre (106%), mas é consideravelmente mais cara e não é tão resistente mecanicamente. O ouro é mais condutivo (76%) do que o alumínio (61%), mas assim como a prata também não é economicamente viável“, explica Takeda.

A condutividade e a resistividade do material dependem da temperatura: a condutividade da maioria dos materiais diminui à medida que a temperatura aumenta, enquanto a resistividade da maioria cresce com o aumento da temperatura.

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas dos condutores de cobre e alumínio diferem significativamente para uma mesma condutividade elétrica, não só em relação ao peso (cobre 50% maior) e à seção transversal (alumínio 64% maior), mas também na resistência à tração (cobre 16% maior) e resistência à fluência (cobre mais resistente).

O efeito da oxidação em ambos é um ponto a se destacar. Em contato prolongado com o ar e a umidade, o óxido no cobre pode formar um carbonato básico de cor verde que adere na superfície do metal e o protege.

“A Estátua da Liberdade é de cobre e hoje possui uma coloração esverdeada justamente por conta da oxidação desse metal“, exemplifica Takeda.

O alumínio, por sua vez, é um metal que se dilata mais e um dos que mais sofrem oxidação com o ar, porém, a camada de óxido que o protege na superfície é muito mais resistiva do que a camada de óxido que se forma no cobre. O excesso da oxidação acaba por elevar a resistividade do cabo de alumínio provocando sobreaquecimento nas conexões.

Outro ponto de atenção é no encontro entre o cobre e o alumínio. Os condutores de alumínio têm maior tendência à corrosão devido ao seu baixo potencial eletroquímico. A conexão do alumínio com metais de maior potencial resulta na chamada corrosão galvânica.

“A formação de Al₂O₃ isolante é um dos fatores mais prejudiciais, pois inibe o fluxo de corrente, consome o metal condutor e ainda causa a formação de pontos quentes nos contatos. Esse processo de degradação continua até que todo o alumínio seja consumido enquanto houver um eletrólito (umidade)“, alerta Takeda.

A solução para esse problema passa pela aplicação de conectores bimetálicos como olhal-barril, pino-barril, parafuso fendido e cunhas, além da aplicação de pastas antioxidantes.

Mercado e dinâmica de preços

O sistema elétrico é o maior mercado de vendas para a indústria do cobre, compreendendo cerca de 70% de todo o metal produzido atualmente, enquanto que, para a indústria do alumínio, sua representatividade é de 13%.

Ao contrário do alumínio, o cobre ocorre naturalmente, cujas fontes variam de pequenos traços a ricos depósitos de minas. A maioria opera com concentrações de cobre entre 0,2% e 0,8%, mas existem minas no centro da África Austral com concentrações de até 5%.

O minério é triturado, lixiviado e após a extração do solvente, é obtido o complexo de cobre. Por meio da eletrólise, recupera-se o metal como cátodo – matéria-prima para fabricação de cabos – com 99,9% de pureza, índice adequado para uso elétrico.

O alumínio, curiosamente, é o material mais comum encontrado na crosta terrestre, mas não ocorre em seu estado natural – é preciso extraí-lo do minério de alumínio, a bauxita.

O processo de refino químico obtém primeiro a alumina para depois obter o metal puro em lingotes por meio da eletrólise. São processos que consumem muita energia, não à toa a conta de luz corresponde a 70% do custo desse metal primário.

A cotação do cobre na bolsa de metais London Metals Exchange (LME) é muito mais volátil em comparação com a do alumínio. O preço desses metais no mercado é definido em função destas cotações.

Tomando maio/2020 como referência, a tonelada de cobre custava em média US$ 5.233,50 enquanto a tonelada de alumínio estava estimada em US$ 1.459,30, o que faz do cobre um material muito mais visado por ladrões de cabos elétricos.

“A comparação direta do custo do metal, já considerando o cabo de alumínio com seção transversal maior para ter a mesma capacidade de condução de corrente, não é justa” analista o gerente.

“Quanto maior o valor agregado ao cabo, em termos de construção, utilização de outras matérias primas e complexidade do processo produtivo, menor é o peso do metal no custo“, completa.