Guía para empalmes de cables de aluminio: Cómo realizar un empalme confiable
Un empalme de cable de aluminio falla por razones por las que un empalme de cobre nunca lo hará. El aluminio reacciona con el aire en cuestión de minutos para formar una capa de óxido que actúa como aislante; se deforma lentamente bajo la presión sostenida de los pernos; y, en la escala galvánica, se encuentra lo suficientemente lejos del cobre como para corroerse a sí mismo en cualquier interfaz desprotegida. Todos los métodos que funcionan de manera confiable con el aluminio —tubos de compresión, empalmes mecánicos con control de torque, transiciones bimetálicas— están diseñados en función de uno o más de esos tres factores. Si eliges un método que los ignore, el empalme se verá correcto el día en que se realice, pero se sobrecalentará un año después.
Esta guía explica qué distingue al aluminio, los métodos de empalme que se adaptan a sus características, cómo realizar paso a paso un empalme de cable de aluminio por compresión y las verificaciones que permiten detectar un empalme defectuoso antes de que se convierta en una falla.
Por qué las uniones de aluminio necesitan su propio método
Las tres propiedades que se mencionan a continuación no son trivialidades. Cada una de ellas descarta una técnica que es perfectamente aceptable en el cobre.
La película de óxido se vuelve a formar en cuestión de minutos
El óxido de aluminio es duro, resistente y no conductor. Comienza a formarse en una superficie recién cepillada casi de inmediato y alcanza un espesor útil mucho antes de que el equipo termine la unión. Esta es la razón por la que una unión de aluminio no puede basarse en un simple contacto metal con metal: las superficies de contacto deben romperse mecánicamente, como lo hace un engarzado por compresión, o protegerse con un inhibidor de óxido que mantenga el aire alejado de la cara de la unión durante toda la vida útil de la instalación. Es también la razón por la que los conductores de aluminio se cepillan con cepillo de alambre inmediatamente antes del ensamblaje y nunca se dejan reposar.
El aluminio se deforma por fluencia bajo presión de los pernos
El aluminio se deforma lentamente bajo una carga compresiva sostenida; este efecto suele denominarse «fluencia» o «flujo en frío». En una conexión atornillada, esto se manifiesta como una pérdida gradual de la fuerza de sujeción: el conductor se aplana ligeramente, la unión se afloja, la presión de contacto disminuye y la resistencia de contacto aumenta. Los ciclos térmicos aceleran el proceso, ya que el aluminio se expande y se contrae más que el cobre o el acero al que está atornillado. Las uniones por compresión evitan la fluencia al deformar el tubo de manera permanente alrededor del conductor. Las uniones mecánicas deben manejarlo de manera deliberada, con un área de sujeción adecuada, resortes o elementos Belleville en los mejores diseños, y una verificación del par de apriete en el programa de mantenimiento.
Corrosión galvánica en todas las interfaces de cobre
Cuando el aluminio entra en contacto con el cobre en presencia de humedad, ambos metales forman una pila galvánica y es el aluminio el que se corroe. Este es el mismo problema que abordamos en nuestra comparación de terminales de cable de cobre y aluminio, y esto se aplica tanto a las uniones como a las terminaciones. La respuesta aceptada es la misma: nunca permitas que los dos metales entren en contacto directo. Usa un conector de transición bimetálico con una interfaz de cobre y aluminio soldada por fricción, o mantén la unión de aluminio completamente de aluminio y realiza la transición al cobre en el terminal del equipo.
Métodos de empalme para conductores de aluminio
Tres familias se encargan de casi todos los trabajos de unión de aluminio en las redes de distribución.
Juntas de compresión con tubos de conexión de aluminio
Una unión por compresión utiliza un tubo de aluminio, a menudo llamado tubo de conexión o tubo de empalme, que se desliza sobre ambos extremos del conductor y luego se comprime mediante una prensadora hidráulica o mecánica. El prensado deforma el tubo de manera permanente alrededor del conductor, rompiendo las capas de óxido en ambas superficies y forzando que el metal limpio entre en contacto bajo suficiente presión para crear una unión soldada en frío y hermética al gas. Debido a que la unión es hermética al gas, resiste tanto la reoxidación como la entrada de humedad; por eso, la compresión es el método predeterminado para las uniones permanentes, incluidas aquellas que se enterrarán o encapsularán.
De la GGLDF Tubo de conexión de aluminio GL se utiliza para el empalme directo de conductores de aluminio en redes de distribución, y la gama incluye un variante con sello de aceite para instalaciones en las que es necesario proteger la unión contra la migración de humedad a lo largo del conductor. Ambos tipos se suministran a través de la tubo de conexión de cables y gama de terminales.
Conectores mecánicos de empalme con control de torque
Un empalme mecánico cumple la misma función sin necesidad de una prensadora. Los extremos de los conductores se insertan en un manguito y se sujetan con pernos hexagonales que se aprietan a un par de apriete específico. No se produce ninguna deformación permanente del manguito más allá de las zonas sujetas, por lo que la unión se puede abrir, inspeccionar y volver a apretar.
En el caso específico del aluminio, el éxito o el fracaso del método mecánico depende de la disciplina en el apriete. Un apriete insuficiente deja la presión de contacto demasiado baja, la capa de óxido no se desplaza adecuadamente en los puntos de contacto y la unión se calienta. Un par de apriete excesivo aplasta los hilos y puede dañar la rosca del manguito. Muchos diseños modernos utilizan pernos de cabeza de corte que se rompen al alcanzar el par de apriete diseñado, lo que convierte el uso de una llave dinamométrica en un indicador visual; un perno hexagonal simple, como el que se utiliza en los GGLDF… Terminal mecánico de par BLMT, debe apretarse con una llave hasta el valor indicado por el fabricante.
Conectores de transición bimetálicos en la unión entre el cobre y el aluminio
Cuando una unión realmente debe pasar de un material a otro —por ejemplo, de un conductor aéreo de aluminio a una barra colectora de cobre—, la transición debe realizarse dentro de un conector diseñado para ello, con una barrera de cobre-aluminio soldada por fricción, en lugar de en una superficie atornillada entre los dos metales. Los conectores bimetálicos suelen especificarse con un lado de cobre estañado, ya que el recubrimiento reduce la corrosión y mejora el contacto con la superficie de acoplamiento.
Compresión o mecánica: cómo elegir
| Aspecto | Junta de compresión (tubo de aluminio) | Empalme mecánico por torque |
|---|---|---|
| Cómo se forma la articulación | La pinza calibrada deforma de manera permanente el tubo alrededor del conductor | Los pernos hexagonales o de corte sujetan el conductor dentro de un manguito |
| Control de óxidos | El engarzado atraviesa el óxido a lo largo de todo el cilindro; la inhibición se aplica en fábrica o durante el ensamblaje | Depende del cepillado con alambre y del uso de un inhibidor durante la instalación; la presión del perno desplaza el óxido únicamente en las zonas de contacto |
| Calidad del contacto | Soldado en frío y hermético al gas; el estándar para uniones permanentes | Funciona muy bien cuando se aprieta con el par correcto, y se puede verificar directamente |
| Herramientas necesarias | Prensadora hidráulica o a batería con matrices a juego | Llave dinamométrica y llaves hexagonales |
| Reversible | No, la unión es permanente | Sí, se puede abrir, revisar y volver a apretar |
| Mantenimiento | Ninguno después de la instalación | Se recomienda verificar periódicamente el par de apriete cuando se prevean vibraciones o ciclos térmicos intensos |
| Uso típico | Juntas de distribución permanentes, juntas de servicio, juntas encapsuladas y enterradas | Reparaciones en el terreno, trabajos de modernización, espacios confinados, uniones que tal vez sea necesario volver a abrir |
| Aspecto principal a tener en cuenta | El tamaño del troquel y del tubo deben coincidir; un engarzado incompleto es difícil de detectar | El apriete insuficiente es la causa principal de falla; el manguito debe llenarse dentro de su rango nominal |
Cómo hacer una unión por compresión en aluminio
La secuencia que se presenta a continuación es el método general; en caso de que las especificaciones de su proyecto, las del fabricante del conector o las normas de la empresa de servicios públicos difieran, siga las instrucciones más estrictas.
Paso a paso
- Aislar y confirmar la muerte. Desconecta el circuito, verifica que esté desenergizado y utiliza el equipo de protección personal que exijan tus procedimientos. Nunca trabajes en un conductor energizado para realizar una unión.
- Corta el conductor de manera limpia. Usa un cortacables adecuado y haz un corte recto. No uses una sierra para metales y asegúrate de que ningún hilo quede mellado o cortado.
- Corta a la longitud adecuada. La longitud pelada debe sobresalir ligeramente del extremo del tubo por ambos lados, para que el aislamiento no quede atrapado dentro de la unión. Trabaja basándote en las medidas proporcionadas por el fabricante del cable o el proveedor del conector, en lugar de hacer estimaciones.
- Cepilla el conductor. Limpia el conductor con un cepillo de alambre hasta que quede brillante, y limpia también el interior del tubo. No toques el metal cepillado con las manos desnudas.
- Aplica el inhibidor de óxido de inmediato. Cubre de inmediato el conductor cepillado y el interior del tubo con el compuesto para juntas especificado, antes de que la capa de óxido tenga tiempo de volver a formarse. Si el metal pierde brillo antes de armarlo, cepíllalo y vuelve a aplicar el compuesto.
- Inserta ambos extremos hacia el centro. Marca de antemano la profundidad de inserción para que ambos conductores se encuentren en el centro del tubo. Deben insertarse por completo: una unión en la que uno de los conductores quede sin llegar al final tiene una superficie de contacto mucho menor de la que prevé el diseño.
- Selecciona el troquel correspondiente y realiza el engarzado. Coloca la matriz que corresponda al tamaño del tubo y realiza todas las engastaduras siguiendo la secuencia indicada en el tubo o especificada por el fabricante de la herramienta. Realizar menos engastaduras, más superficiales o descentradas es la forma más común de crear una unión que pase la inspección visual, pero que, aun así, se sobrecaliente.
- Revisa la unión prensada. Verifica que la deformación sea uniforme a lo largo de la unión, que no haya grietas en el tubo, que no haya hilos que sobresalgan del tubo y que este no se haya doblado ni deformado. Una guía de aceptación ampliamente utilizada limita la curvatura a aproximadamente 2% de la longitud del tubo, pero verifica esta cifra con las especificaciones de tu propio proyecto.
- Limpia el exceso de compuesto. Retira el exceso de inhibidor del exterior de la unión y, a continuación, restablece el aislamiento y la barrera contra la humedad utilizando el kit de unión o el sistema termorretráctil especificado para la aplicación. Una unión por compresión es hermética al gas; el sistema de aislamiento protege todo lo que la rodea.
Revisión de la unión después de la instalación
Un empalme de cable de aluminio merece una medición, no solo un vistazo. Vale la pena incluir tres verificaciones en las instrucciones de trabajo.
- Resistencia de contacto. Mide a lo largo de la unión con un microohmímetro o un ohmímetro de baja resistencia y compara la lectura con la de un tramo de la misma longitud del mismo conductor. Una guía de aceptación comúnmente utilizada es que la unión no debe exceder aproximadamente 1,1 veces la resistencia del tramo equivalente del conductor; confirma el criterio exacto en las especificaciones de tu proyecto.
- Verificación del par. En las uniones mecánicas, verifica que cada perno se haya apretado al valor indicado y anota los valores. El par de apriete es la única prueba de que la unión se ha ensamblado correctamente, y también es la verificación que debe repetirse durante el mantenimiento.
- Estudio térmico bajo carga. Una vez que el circuito está en servicio, un estudio con cámara termográfica de la unión bajo carga permite determinar si la resistencia de contacto está generando calor. Esta es la verificación que permite detectar una unión defectuosa que haya pasado la prueba eléctrica en un día frío.
Dónde fallan los empalmes de cables de aluminio
- Óxido que se deja en su lugar. El conductor fue cepillado, pero no se le impidió el paso, o bien fue cepillado y luego se dejó en su lugar antes del ensamblaje.
- Tubo o matriz incorrectos. Un tubo diseñado para una sección transversal de conductor diferente, o un troquel que no se adapta al tubo, produce una unión con la apariencia correcta pero con una presión incorrecta.
- No está completamente insertado. Un conductor se detiene antes de llegar al centro del tubo, lo que reduce a la mitad la longitud efectiva de contacto.
- Engarzado incompleto. Demasiado pocos pliegues, o pliegues poco profundos o fuera de las posiciones marcadas.
- Tornillos mecánicos con un par de apriete insuficiente. El modo de falla predominante de los empalmes mecánicos, y la razón por la que existen los diseños con control de torque.
- Contacto directo entre el cobre y el aluminio. Una unión entre dos metales sin una barrera bimetálica, en un entorno en el que haya humedad.
- Migración de humedad a lo largo del conductor. El agua que ingresa a un conductor de aluminio trenzado y se adentra en la unión: ese es el problema que resuelven los diseños con sello de aceite y encapsulados.
- No se debe volver a apretar en un entorno con vibraciones. Una unión mecánica en una estructura sometida a vibraciones o a ciclos térmicos intensos que nunca se vuelve a revisar.
Preguntas frecuentes
¿Por qué no puedo simplemente trenzar dos conductores de aluminio?
Las uniones retorcidas dependen de un contacto limpio entre metales, y el aluminio no lo permite. La película de óxido se vuelve a formar de inmediato y sigue creciendo, la resistencia de contacto aumenta y la unión se calienta. Las uniones retorcidas de aluminio también son mecánicamente débiles y se aflojan bajo ciclos térmicos. Usa un tubo de compresión o un empalme mecánico.
¿Cuál es la diferencia entre un tubo de conexión y un terminal de cable?
Un tubo de conexión forma una unión en línea entre dos extremos de conductores; la unión se ubica en el centro del tramo. Un terminal de cable termina un extremo de conductor en un equipo, por lo que la conexión se realiza mediante una abrazadera atornillada. Ambos están regidos por la misma familia de normas, pero resuelven problemas distintos; el proceso de engarzado en sí mismo se describe en nuestro Guía para el engarzado de terminales de cable.
¿Se puede reutilizar una junta de compresión?
No. El engarzado deforma permanentemente el tubo, por lo que hay que cortar la unión y volver a hacerla. Si se trata de una instalación que se prevé volver a abrir —ya sea para realizar pruebas, una reconfiguración o un suministro temporal—, utilice en su lugar un empalme mecánico de torque.
¿Un empalme mecánico es tan bueno como una unión por compresión?
Cuando se aprieta con el par correcto, un empalme mecánico moderno logra una conexión estable y de baja resistencia en aluminio, y puede verificarse y volver a apretarse durante el servicio, algo que no es posible con un empalme por crimpado. La compresión conserva la ventaja en instalaciones permanentes, de alta corriente y encapsuladas, ya que la unión se suelda en frío y es hermética al gas. La respuesta correcta suele depender de si alguna vez será necesario desarmar la unión.
¿Qué norma se aplica a los empalmes de cables de aluminio?
Los conectores de este tipo suelen especificarse según la norma IEC 61238-1 para conectores de compresión y mecánicos en cables de potencia, y según la norma ANSI C119.4 para conectores utilizados entre conductores de aluminio a aluminio o de aluminio a cobre. Las especificaciones de los proyectos suelen incluir requisitos locales de las empresas de servicios públicos. Lo importante al momento de comprar es que los resultados de las pruebas indiquen el nombre del conector y la combinación de conductores que realmente vas a instalar, no solo la familia de productos.
¿Las uniones de aluminio necesitan mantenimiento?
Las uniones por compresión no lo requieren. Las uniones mecánicas sí: la práctica habitual consiste en volver a verificar el par de apriete de los pernos en un ciclo definido, y con mayor frecuencia cuando la unión está expuesta a vibraciones o a grandes variaciones de temperatura, ya que tanto los ciclos térmicos como la fluencia contribuyen a que la fuerza de sujeción se reduzca con el tiempo.
Especificaciones de juntas y conectores de aluminio
Un empalme de cable de aluminio es uno de los pocos casos en los trabajos eléctricos en los que un pequeño error en las especificaciones da lugar a un empalme sobrecalentado en lugar de a una falla evidente; por eso, lo importante en la conversación con un proveedor son los datos del conductor, más que el precio unitario. Envía el material del conductor, su sección transversal y su clase, el tipo de empalme que pretendes utilizar, el entorno en el que se ubicará el empalme y si será necesario volver a abrirlo en algún momento.
GGLDF fabrica tubos de conexión de aluminio, conectores de transición bimetálicos y terminales mecánicos de apriete para redes de distribución, además de los tubos y terminales de cobre que se utilizan en la parte de cobre de los mismos proyectos. Dile a nuestro equipo qué vas a unir y dónde, y te confirmaremos cuál es el conector adecuado y las herramientas que necesitas — ponte en contacto con nuestro equipo técnico de ventas.
