GENERALIDADES Las conexiones eléctricas de puesta a tierra realizadas por el proceso de soldadura por autofusión o cuproaluminotérmico, han adquirido particular importancia debido a los resultados ampliamente satisfactorios obtenidos, atendiendo en particular a determinados aspectos tecnológicos en que las soldaduras EXOWELD representan la mejor opción. El proceso de reacción exotérmica entre elementos se ha conocido desde hace ya mucho tiempo, adquiriéndose con el correr del tiempo una gran experiencia en lo referente tanto a sus métodos de fabricación como en lo que respecta a su utilización. Componentes de elevado grado de refinación y pureza, más una composición adecuada, sumado a los detalles relacionados con cada metal o pares metálicos en que se desea aplicar el sistema, hacen de este tipo de soldadura la unión mas efectiva en general y la mejor alternativa en particular para la puesta a tierra. Así por ejemplo el caso de una reacción exotérmica entre óxido de cobre y aluminio resulta debido al efecto reductor del aluminio en cobre más óxido de aluminio, este último eliminado en forma de escoria debido a que por su menor peso específico se sobrepone al cobre no interfiriendo en el cuerpo de la soldadura. Otras técnicas de soldadura, aluminio y aluminio cobre se efectúan en base al mismo principio. Efectuando soldaduras COBRE-COBRE, COBRE- ACERO o uniones de ACERO-COBRE entre sí, la soldadura EXOWELD tiene propiedades técnico-económicas que hacen a una solución segura y eficiente para los diversos casos que se presentan dentro de la problemática de la ingeniería eléctrica. Al efecto y a modo de ilustrar lo expuesto anteriormente, podemos enunciar una teoría de contactos donde se comparan los distintos tipos de uniones posibles. TRANSFERENCIA DE CORRIENTE Cuando se hace un contacto eléctrico entre dos piezas conductoras, contrariamente a lo que se supone la corriente no pasa de una a otra a través de toda la superficie geométricamente sobrepuesta, debido a que las superficies no son perfecta e idealmente lisas, sino que presentan a nivel microscópico pequeñas depresiones y protuberancias haciendo que el contacto eléctrico propiamente dicho se efectuará a través de algunos puntos de apoyo formados por las protuberancias mas salientes. Consecuentemente en esos puntos se presentará una gran concentración de corriente que implica pérdidas Joule y por consiguiente una sobre elevación de la temperatura. Debemos apuntar a la vez que la elevación de temperatura acelera la reacción química de impurezas por contaminación con el aire presente dentro de la conexión (este fenómeno debe tenerse especialmente en cuenta en puesta a tierra), produciendo sulfatos y óxidos que aumentan progresivamente la resistencia de la conexión sobreelevando aún más la temperatura, que a su vez acelera las reacciones químicas y así sucesivamente produciendo un efecto avalancha que termina con la unión. Por lo expuesto podemos decir que la transferencia de corriente de una pieza a otra sea realiza de una forma relativamente precaria, en la cual se desarrolla un proceso continuo de elevación de su resistencia interna. Para disminuir o evitar esta situación se emplean los conectores eléctricos, cuya función principal es la de aumentar la cantidad de puntos de contacto con el objeto de disminuir o anular la resistencia de contacto. I
TIPOS DE CONECTORES ABULONADOS O MORSETOS COMPRIMIDOS INDENTADOS SOLDADURAS DE PLATA O BRONCE SOLDADURAS BLANDAS DE PLOMO - ESTAÑO SOLDADURAS CUPROALUMINOTÉRMICAS 1.-MORSETOS Los morsetos trabajan dentro de lo que se denomina zona de compresiones bajas o medias, es decir lo hacen con deformaciones plásticas, por lo tanto no sufren cambios permanentes en su geometría y es por ello que para lograr una sección de contacto adecuada se requiere por lo general grandes superficies de superposición, que los transforma en elementos extremadamente voluminosos y de ejecución y supervisión compleja por la cantidad de bulones y/o tornillos. Además como estas conexiones tienen una compresión baja, hacen posible que la contaminación interna juegue un papel importante en la resistencia de contacto, especialmente si lo referimos a la puesta a tierra donde el medio es de por si agresivo. 2.-COMPRESION E INDENTACIÓN Por los procesos convencionales el número de puntos de contacto en una sección de transferencia de corriente pueden ser elevados comprimiendo la unión con presiones mayores entre las partes conductoras o utilizando materiales de menor dureza que en general no son mecánicamente aptos. Los conectores con indentación profunda o los comprimidos trabajan dentro de la zona de las deformaciones permanentes, para su utilización se requiere de costosas prensas y matrices de elevado peso y volumen que resultan por lo general también de una realización complicada. Un tema a tener en cuenta es que si bien a un mayor valor de compresión corresponde una menor resistencia eléctrica, debe tenerse en cuenta que el límite a estos valores de compresión está dado por el punto de fluencia del material; a partir del cual el valor de resistencia eléctrica volverá a aumentar y la resistencia mecánica comenzará a disminuir. Otra solución que aunque de utilización esporádica, es la de uniones eléctricas de metales de alta dureza superficial como el acero o el acero-cobre entre si utilizando un manguito de deformación de menor dureza comprimido sobre su superficie. El problema básico y fundamental que este sistema produce es que no hay deformación de las piezas a unir, por lo tanto redunda en una unión sin resistencia mecánica pues una vez que el manguito se deformó y acomodó su estructura no ejerce más presión sobre la unión. Como consecuencia resultan conexiones de alta resistencia eléctrica y baja resistencia mecánica. 3.- SOLDADURAS BLANDAS Para evaluar el tema de soldaduras, las primeras a considerar son las de plomo-estaño que en algún momento han sido de gran difusión. Luego se han dejado de utilizar debido a que el estaño es un elemento de muy bajo punto de fusión y como en puesta a tierra las corrientes producen solicitaciones térmicas muy importantes no es aconsejable su uso, pues se corre el riesgo de la destrucción de la unión soldada con la consiguiente desconexión del sistema puesta a tierra y quiebre del sistema de seguridad de la instalación eléctrica. II
4.-SOLDADURAS DE PLATA O BRONCE El otro tipo de soldaduras es de plata o bronce cuya prestación tanto eléctrica como mecánica es buena pero cuentan con la contrariedad de que su elaboración es artesanal y por ende su calidad dependerá de la habilidad del artesano, además requiere de tanques, gasógenos y sopletes, lo que al final las transforman en una alternativa cara desde el punto de vista económico y una conexión de dudosa prestación puesto que tiene dependencia directa de la calidad de la mano de obra empleada. 5.-SOLDADURAS CUPROALUMINOTERMICAS Por último tenemos las soldaduras cuproaluminotérmicas, El proceso de soldadura EXOWELD se realiza dentro de un molde de grafito de forma tal que por medio de la reacción exotérmica el material de aporte incida directamente sobre las piezas a soldar depositando sobre ellas cobre fundido a temperaturas superiores a los 2000 C. Las ventajas que presenta este método respecto de las demás opciones son las siguientes. VENTAJAS DEL METODO PROVEE UNION MOLECULAR: Al ser una soldadura, la conexión eléctrica se realiza por fusión de los materiales a unir eliminando los intersticios de aire y por consecuencia la posibilidad de corrosión galvánica, contaminación interna, aumento de la resistencia eléctrica de contacto y no pierde resistencia mecánica, pues no se afloja. TRANSFERENCIA DE CORRIENTE: Posee mayor o igual capacidad de transferencia de corriente debido a que la sección transversal de la conexión es mayor a la de los conductores a unir, sumado esto a que no tiene factor de cableado. NO SE DETERIORA CON EL TIEMPO: Como el material de aporte es cobre, no es pasible de corrosión galvánica por potenciales naturales o por corrientes erráticas. SOPORTA REPETIDAS FALLAS: Debido a que su resistencia eléctrica es constante y no se ve afectada como en otras conexiones. Este es uno de los puntos mas importantes, pues hace que la puesta a tierra acompañe en duración y prestación al proyecto durante toda su vida útil. BAJO COSTO DE INSTALACIÓN: No requiere mano de obra especializada y los tiempos de implementación son bajos TRABAJA CON EQUIPO LIVIANO Y ECONOMICO: Solo requiere de un molde de grafito y las cargas necesarias para las conexiones. Este equipo es de fácil transporte en la valija de herramientas del electricista. Como el proceso de soldadura es autónomo por el principio de la autofusión NO REQUIERE FUENTES EXTERNAS DE ENERGIA, hecho este que le permite ser usado con comodidad en tareas de mantenimiento. SE INSPECCIONA VISUALMENTE: Contrariamente a los morsetos donde el control debe hacerse por la verificación del torque y en el caso de la compresión por la comprobación del valor de presión de la prensa en cada una de las uniones, el método de soldadura cuproaluminotérmica solo requiere inspección visual para determinar que el cuerpo de la misma halla sido correctamente completado por el material de aporte. Con este simple hecho queda perfectamente determinado si las conexiones están o no bien realizadas. En síntesis desde los años sesenta en que Agua y Energía Eléctrica implementó el uso obligatorio de estas soldaduras en la puesta a tierra a través de la Especificación Técnica N 75, ha sido imitada por todas las empresas de energía y constructoras logrando resultados ampliamente satisfactorios que la convierten en la mejor alternativa a la hora de diseñar una puesta a tierra confiable y segura. III
SOLDADURA CUPROALUMINOTERMICA EXOWELD Las soldaduras cuproaluminotérmicas tienen su uso mas difundido en las conexiones eléctricas de puesta a tierra, aunque por sus características las aplicaciones posibles dentro de las instalaciones eléctricas son muy amplias, dependiendo en cada caso del criterio de aplicación de la ingeniería de proyecto. En este tipo de conexiones la unión se realiza por aporte de cobre en estado de fusión que incide a una temperatura superior a los 2000 C sobre las piezas a soldar, esta colada de cobre fundido de altísima temperatura se obtiene a partir de un proceso de reacción exotérmica que se genera dentro de un molde de grafito apto para el tipo de unión a ejecutar. El proceso de reacción exotérmica sustenta su principio de funcionamiento en el efecto reductor de aluminio. Para el caso que nos ocupa, conexiones de cobre; la reacción exotérmica se lleva a cabo entre óxido de cobre y aluminio. Una descripción de este proceso puede sintetizarse de la siguiente forma; el óxido de cobre y el aluminio que componen junto a otros elementos las cargas de soldadura EXOWELD que se vuelca en el crisol del molde, actúan de forma tal, que una vez iniciada la reacción, el aluminio se oxida a expensas del oxigeno del óxido de cobre generando una alta temperatura que produce cobre en estado de fusión mas óxido de aluminio, siendo éste último eliminado en forma de escoria. Es de señalar que durante el proceso, el óxido de aluminio al tener menor peso específico se sobrepone al cobre, no interfiriendo en la colada que conforma el cuerpo de la soldadura. Estas soldaduras se hacen dentro de un molde de grafito fabricado de acuerdo al tipo de unión o conexión a realizar y con un diseño tal que permite que el cobre fundido ataque las piezas a ser soldadas, logrando por el propio shock térmico de corta duración una soldadura con unión molecular y mas capacidad de transferencia de corriente que el propio conductor, debido a su mayor sección transversal. De esta manera se obtienen conexiones eléctricas que presentan todas las ventajas de los conectores y morsetos convencionales, pero eliminando los aspectos negativos, como la concentración de esfuerzo térmicos por reducción de sección, la corrosión en superficies sobrepuestas y las fatigas mecánicas por exceso de torque o compresión. Todos estos factores proveen a una unión de baja o nula resistencia eléctrica de contacto con una elevada calidad electromecánica, duradera, sin necesidad de mantenimiento y/o verificaciones periódicas y fundamentalmente con una excelente aptitud técnica económica. IV
ALGUNOS TIPOS DE SOLDADURAS XB Unión cable-cable en cruz superpuesta GR Unión cable-jabalina en ángulo recto ND Unión múltiple cable-jabalina en T GT Unión jabalinacable pasante en T TA Unión cable-cable en T horizontal PT Unión cable-cable paralela en disposición vertical SS Unión cable-cable recta horizontal XA Unión cable-cable en cruz horizontal coplanar LJ Unión barra-cable lateral horizontal LL Unión derivada barra-cable vertical BA Unión barra-barra recta RX unión cable a riel HA Unión cable-planchuela horizontal VS Unión cable a estructura a 45º descendente RR Unión cable-barra de construcción paralela horizontal RG Unión recta cablebarra de construcción EXOWELD & COPPERBOND SON MARCAS REGISTRADAS DE FASTEN S.A. - Industria Argentina V