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SPECTRA – Super PErformance di Cavi TRafilati in Alluminio

  1. SPECTRA - Super PErformance di Cavi TRafilati in Alluminio

SPECTRA è un progetto di ricerca industriale e sviluppo sperimentale presentato sul POR Calabria FESR 2014-2020, Realizzazione di progetti complessi di attività di ricerca e sviluppo, Linea 1.2.2 e WeSmart si configura come fornitore di servizi di Ricerca & Sviluppo.

SPECTRA si inquadra nel contesto della produzione e commercializzazione di trafilati in alluminio per applicazioni di trasmissione e trasporto di energia elettrica. Oggigiorno, l’applicazione di cavi elettrici in alluminio prevede l’utilizzo di corde di grosso spessore e di curvatura pressoché trascurabile, rendendo l’alluminio, in confronto con il rame nel rapporto peso/potenza, una soluzione economicamente vincente e funzionale. In generale, l’azienda capofila di SPECTRA dove sono stati resi i servizi di Ricerca & Sviluppo, mira a perseguire due importanti obiettivi che porterebbero quest’ultima a consolidare la sua presenza all’interno di nuove realtà di mercato (automotive, marina, aerospace) e ad essere al primo posto come tasso di innovazione introdotto sia nella filiera produttiva che nei prodotti finiti. Primo fra tutti vi è la necessità di incrementare la flessibilità dei conduttori realizzati in alluminio, per consentirne l’installazione in spazi molto ridotti e con curvature elevate. In secondo luogo c’è la necessità di ridurre i fenomeni ossidativi conseguenti alla resistenza di contatto nei connettori, fenomeni che riducono la durabilità dei sistemi cavo-connettore. Analizzando nel dettaglio le problematiche riscontrate dall’azienda capofila di SPECTRA, la flessibilità di una corda conduttrice in alluminio dipende fondamentalmente dal diametro dei capillari che ne costituiscono l’unità elementare, successivamente avvolti in trefoli e, quindi, in corde. Il problema è quindi quello di realizzare capillari della sezione più piccola possibile ma per far ciò è necessario mettere a punto al meglio il processo di trafilatura (con cui si ottengono i capillari a partire da elementi, le vergelle, di dimensione di gran lunga maggiore) e la qualificazione del materiale di partenza. Per quanto concerne la riduzione della resistenza di contatto, quest’ultima dipende dalla qualità (e “quantità”) del conduttore posto all’interfaccia tra il cavo e il connettore. Quest’ultimo non può avere dimensioni elevate, mentre i cavi hanno una superficie esterna che dipende dalla sequenza di cordatura per cui si creano delle aree di contatto molto più piccole di quella apparente, generando dei picchi di resistenza che hanno l’effetto di dissipare una rilevante quantità di energia in calore. L’effetto, al di là delle perdite in linea, è quello di creare strati di ossido che incrementano ulteriormente la resistenza elettrica, di fatto provocando, nel tempo, un decadimento progressivo della connessione. Da questa analisi dettagliata delle problematiche relative alla produzione di cavi a diametro sottile (sub-micron) di alluminio con proprietà elettriche paragonabili a quelle dei conduttori in rame, si sono programmate una serie di attività di Ricerca & Sviluppo raggruppate in linee realizzative, due nello specifico. Considerato che si è voluto mantenere tecnologicamente inalterata la filiera di trafilatura, la prima linea realizzativa si è occupata di studiare, progettare ed infine realizzare una serie di dispositivi da implementare a monte ed a valle della linea produttiva che permettano la realizzazione di un cablaggio di diametro ridotto rispetto a quello già prodotto attualmente. Per poter realizzare la prima linea realizzativa, inizialmente è stata necessaria la caratterizzazione della materia prima (in forma di vergelle) ricevuta dai vari fornitori, al fine di ottenere dati utili alla realizzazione delle fasi successive. I dati ottenuti dalla caratterizzazione della materia prima sono serviti a identificare le proprietà meccaniche e le caratteristiche metallurgiche, informazioni utili per definire il set di parametri processuali col fine di uniformare la materia prima in ingresso alla filiera. Nello specifico la forma e le dimensioni dei grani

cristallini hanno influenzato significativamente la formabilità del materiale durante il processo di trafilatura ed il comportamento meccanico del prodotto finito. Inoltre, la caratterizzazione del prodotto finito, anche dal punto di vista delle proprietà elettriche, hanno offerto dei dati utili per effettuare comparazioni con i prototipi innovativi realizzati a valle di SPECTRA. Tutti i dati e le informazioni raccolte ed elaborate in queste prime attività verranno sono state rese disponibili per lo sviluppo scientifico, in cui si sono andati ad analizzare i possibili metodi e le possibili tecnologie utili alla concretizzazione effettiva di SPECTRA. In particolar modo, data la presenza di semilavorati sono stati elaborati processi di pre-lavorazione o di trattamento termo-meccanico a monte capaci di uniformare la materia prima sia per quanto concerne la risposta meccanica che le caratteristiche metallurgiche. Successivamente, si è definita un’ulteriore serie di operazioni da eseguire sul prodotto uscente dalla filiera per conferire proprietà migliori (resistenza meccanica e duttilità) rispetto a quelle attualmente realizzate. A questo punto, ha preso forma la seconda linea realizzativa, nella quale le successive attività si sono focalizzate sullo studio e sull’applicazione tramite elettrodeposizione di rivestimenti rame/grafene sui fili o sulle cordature per migliorare le proprietà elettriche dei cavi di alluminio e conseguentemente, ridurre sensibilmente gli effetti negativi dovuti al fenomeno della “resistenza di contatto” che si genera nei punti di giunzione dei cavi. Nello specifico, si sono valutate tutte le tecniche ad oggi utilizzate per dotare i cavi di alluminio di particolari rivestimenti per l’aumento ed il miglioramento delle caratteristiche elettriche e la riduzione della resistenza di contatto. Successivamente si è delineata la tecnica di deposizione del rivestimento rame/grafene, che meglio si adattava ai requisiti di SPECTRA e alle caratteristiche dell’impianto produttivo caso di studio e si sono potuti produrre una prima serie di prototipi. Questi sono stati successivamente testati e i risultati messi a confronto con i prodotti attualmente realizzati per quantificare il tasso di miglioramento delle qualità del prodotto finito.