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

No actual contexto económico, a indústria de cabos eléctricos enfrenta desafios técnicos e económicos. Com efeito, devido à globalização dos mercados mundiais e ao aumento contínuo do preço das matérias-primas necessárias ao fabrico de cabos eléctricos, nomeadamente o cobre, os fabricantes devem adaptar os seus modelos económicos de forma a garantir a sustentabilidade das suas actividades. Devem, portanto, implementar uma estratégia global para melhorar o desempenho dos processos de fabrico, por um lado, e, por outro lado, para optimizar os parâmetros de concepção dos cabos eléctricos. O objetivo faz parte de uma abordagem para otimizar o consumo de matérias-primas, respeitando ao mesmo tempo o quadro de requisitos padrão para cabos elétricos. Contudo, 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 dos parâmetros de projeto é essencial para identificar e quantificar seus impactos no comportamento elétrico, e mais precisamente na resistência elétrica total dos cabos. Estas últimas geralmente consistem em um núcleo condutor de cobre ou alumínio e uma ou mais camadas protetoras de materiais dielétricos e/ou metálicos. A pesquisa está focada principalmente no estudo da parte condutora do cabo. Consiste em fios unitários montados em camadas concêntricas sucessivas. O formato dos fios pode ser circular, perfilado, triangular, oval, etc. Geralmente, o núcleo condutor é fabricado por meio de processos de deformação a frio, como fiação e compactação. Durante estas operações, sofre deformações plásticas para atingir especificações geométricas bem determinadas. Estas deformações resultam dos campos de tensão gerados pelas forças de tração, torção, compressão e fricção específicas dos processos de fabricação. Aceita-se que estas 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 as suas propriedades mecânicas globais. Isto resulta num aumento do limite elástico do material e numa 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 então dos 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 dos fios. 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 eléctrico dos fios condutores de cabos eléctricos, e mais especificamente na sua resistência eléctrica 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 condutoras,
 Dimensionar os núcleos condutores para obter uma resistência elétrica específica,
 Reduzir o consumo de matérias-primas, nomeadamente cobre.
Para atingir estes objetivos é necessária a utilização de ferramentas de cálculo baseadas em modelos numéricos para prever o comportamento mecânico e elétrico dos condutores.
Primeiro, 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 fios. Em segundo lugar, a análise elétrica determinará as 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 dos núcleos condutores. Os resultados das simulações serão utilizados para estabelecer um conjunto de parâmetros de projeto a fim de otimizar o consumo da matéria-prima.
O núcleo condutor sofre deformações plásticas pelo endurecimento do material durante a fabricação; será então útil analisar suas influências na condutividade elétrica do material.
Do ponto de vista cristalográfico, estas deformações plásticas devem-se à formação, à multiplicação e ao deslocamento de defeitos lineares móveis na rede cristalina do metal.
Esses defeitos são chamados de luxações. O número crescente de discordâncias produzidas durante as deformações plásticas e a sua interação entre si (ou com impurezas, precipitados, etc.) leva à redução da sua mobilidade. Isso resulta no endurecimento da estrutura metalúrgica do metal.
Este fenômeno é denominado "endurecimento". Isto 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 aos portadores de cargas elétricas (elétrons).
Estas variações provocam uma degradação da condutividade eléctrica do material, mas também uma distribuição desigual da mesma na secção do núcleo condutor.
A resistência de contato elétrico 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, possibilitando assim levar em consideração a influência da resistência de contato e do endurecimento por deformação na resistência elétrica total dos cabos.