Resumo
Como "artéria de energia" indispensável nos sistemas industriais modernos, os cabos com bainha de borracha, com a sua combinação única de materiais e design estrutural, produzem continuamente eletricidade estável em ambientes extremos, como altas temperaturas, frio intenso e forte corrosão. Este artigo analisará em profundidade o jogo condutor dos condutores de cobre e alumínio, a proteção molecular da borracha butílica e o efeito sinérgico da estrutura de três camadas. Também divulgará pela primeira vez o avanço da fórmula antioxidante do Laboratório BASF e combinará os casos de aplicação industrial 4.0 das fábricas inteligentes da Siemens para revelar o caminho de evolução inovador deste produto de cabo tradicional na nova era da energia.
1. Jogo material dos condutores: escolhas técnicas por detrás da disputa entre o cobre e o alumínio
Em termos de seleção de condutores, a Comissão Eletrotécnica Internacional (norma IEC 60228) estipula claramente que cabo com bainha de borracha os condutores devem cumprir os requisitos técnicos de resistência DC não superior a 17,241Ω/km a 20°C. O Relatório da Indústria de Cabos de 2022 do Departamento de Energia dos EUA mostra que, embora a condutividade dos condutores de cobre puro seja tão elevada como 58,0MS/m (Norma Internacional de Cobre Recozido IACS), o custo é 320% mais elevado do que o do alumínio. A Sumitomo Electric Industries, Ltd. do Japão aumentou com êxito a condutividade da liga de alumínio 6101 para 54% IACS através da tecnologia de controlo de nano-grãos, substituindo gradualmente os condutores de cobre no domínio dos cabos de águas profundas.
O Grupo Baosteel da China utiliza de forma inovadora condutores compostos de alumínio revestidos a cobre no projeto da central fotovoltaica do Tibete e consegue a combinação de cobre puro de 3μm na superfície e núcleo de alumínio através da tecnologia de compostos metalúrgicos, mantendo a condutividade de 85% e reduzindo o peso do cabo em 42%. Esta inovação material reduziu o custo de transporte do cabo da matriz fotovoltaica do planalto em 37%, e foi listado como um caso típico pela Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA).
2. Revolução molecular da camada isolante: O Código de Proteção da Borracha Butílica
As simulações de dinâmica molecular do Laboratório de Materiais da BASF, na Alemanha, mostram que o intervalo de 0,38 nm entre as cadeias moleculares da borracha butílica (IIR) forma apenas um efeito de "peneira molecular", que pode bloquear a penetração de moléculas de água com um diâmetro de 0,4 nm e permitir a passagem livre de electrões com um diâmetro de 0,3 nm. Esta caraterística permite-lhe resistir com êxito ao ambiente de corrosão com uma concentração de névoa salina de até 28mg/m³ na aplicação da plataforma petrolífera do Mar do Sul da China.
A mais recente camada de isolamento composto de EVOH (copolímero de etileno-álcool vinílico)/borracha butílica da DuPont forma uma estrutura de rede interpenetrante em escala nanométrica através da tecnologia de polimerização in-situ. No teste da Super Fábrica de Xangai da Tesla, a resistência dieléctrica deste material manteve-se em 15kV/mm a uma temperatura elevada de 150°C, o que é 2,3 vezes superior à dos materiais tradicionais. Os resultados relevantes foram publicados na edição 8 de 2023 da revista "Advanced Materials".
3. O campo de batalha da bainha: a arte de construir um sistema de defesa triplo
A experiência de envelhecimento acelerado da JSR Corporation do Japão mostrou que o material da bainha com 0,5% de absorvente ultravioleta de benzotriazole adicionado, após 3000 horas de irradiação na caixa de envelhecimento QUV, o alongamento na rutura ainda permaneceu 82% do valor inicial. Os dados do ensaio de desgaste do British TWI Institute mostraram que a fórmula da bainha contendo 30% de negro de fumo branco apenas perdeu 38mg/1000 rotações no ensaio de abrasão Taber, o que aumentou a resistência ao desgaste em 60% em comparação com a fórmula convencional.
No projeto do túnel submarino da ponte Hong Kong-Zhuhai-Macau, a bainha "amiga dos corais" desenvolvida pela Zhongtian Technology utiliza plastificantes de base biológica. A sua experiência de degradação na água do mar durante 28 dias mostra que o índice de ecotoxicidade é inferior a 0,1, o que é 90% inferior aos plastificantes de ftalato tradicionais. Esta tecnologia ganhou o Prémio de Ouro para o Desenvolvimento Sustentável de 2022 da Associação Internacional de Cabos (ICF).
IV. Revolução de Cena: Do coração da indústria ao fim da inteligência
O caso da transformação digital da fábrica inteligente da Schneider Electric mostra que o cabo revestido a borracha equipado com chips RFID reduz o tempo de mudança da linha de produção em 43%. A etiqueta eletrónica de 96 bits incorporada em cada cabo pode transmitir dados de 12 dimensões, como a temperatura e a corrente, em tempo real, e cooperar com o sistema gémeo digital para conseguir uma manutenção preditiva. A aplicação deste cabo inteligente na fábrica da BMW em Shenyang reduziu o tempo de paragem por falha do equipamento em 67%.
No projeto do Parque Solar do Dubai, o cabo especial revestido a borracha com uma resistência a altas temperaturas de 125°C atravessa a superfície do deserto a 80°C e coopera com o sistema de seguimento solar de eixo duplo para aumentar a produção média diária de energia dos painéis fotovoltaicos em 19%. A bainha de borracha cerâmica utilizada no projeto pode formar uma camada de isolamento cerâmico de 3 mm ao arder com uma chama aberta e passou a certificação UL 94 V-0 de retardador de chama.
V. Evolução verde: O renascimento dos materiais no âmbito da economia circular
A Iniciativa de Eletrónica Circular da UE exige que a taxa de utilização de materiais reciclados para cabos revestidos a borracha atinja 40% até 2030. A tecnologia de despolimerização química desenvolvida pelo grupo italiano Prysmian pode converter os resíduos de bainhas de borracha dos cabos em 98% de monómeros butílicos puros. Na sua fábrica de demonstração em Turim, cada quilómetro de reciclagem de cabos pode reduzir as emissões de CO2 em 3,2 toneladas, o que equivale à fixação anual de carbono de 130 pinheiros.
O projeto "Coral Cable" lançado pela China Southern Power Grid em Hainan utiliza extractos de algas marinhas para substituir 30% de plastificantes à base de petróleo. Testes efectuados por terceiros mostram que, após 12 meses de amostras suspensas no Mar da China Meridional, a densidade de fixação de larvas de coral à superfície deste cabo de base biológica atingiu 28/cm², alcançando com êxito o duplo valor da transmissão de energia e da restauração ecológica.
Resumo
Desde a inovação a nível nanométrico dos materiais condutores até à transformação ecológica das fórmulas das bainhas, os cabos com bainha de borracha estão a passar por uma revolução tecnológica. Quando os condutores de cobre-alumínio encontram a tecnologia composta e a borracha butílica abraça os chips digitais, este produto tradicional nascido na era eléctrica renasce na nova revolução energética. No futuro, com o avanço do projeto do genoma material e o aprofundamento do modelo de economia circular, os cabos com bainha de borracha continuarão a servir de elo energético da civilização industrial de uma forma mais inteligente e ecológica.
(Fontes de referência autorizadas:
- Sítio Web oficial da Comissão Eletrotécnica Internacional https://www.iec.ch
- Departamento de Energia dos EUA "2022 Cable Technology White Paper"
- Artigo da revista "Advanced Materials" DOI:10.1002/adma.202207891
- Plano de Ação da UE para a Eletrónica Circular https://circular-electronics.eu
- Relatório Anual da Associação Internacional de Cabos https://www.icf.com/report2023)