Como a energia de baixa tensão e alta corrente (kA) pode ser perigosa?

As refinarias de alumínio usam eletricidade para separar o alumínio dos minerais em que ocorre naturalmente. Essa eletricidade normalmente assume a forma de baixa tensão CC ("baixa" significa 4 a 6 volts), com corrente muito alta (da ordem de dezenas de quilos). Essa quantidade de energia representa um perigo de eletrocussão, mas não entendo como. Se todo o sistema elétrico funciona, digamos, 5 volts, e o corpo humano age como um resistor, como pode uma corrente suficiente fazer com que o corpo humano seja perigoso? Da mesma forma, como pode acontecer um arco elétrico através do ar, se são necessários centenas de volts para percorrer uma distância muito curta?

A tensão para o processo Hall-Héroult é inconvenientemente baixa (e a corrente é alta demais) para uma operação paralela eficiente, de modo que eles usam um monte de células em série.

A partir desta fonte ("Estudos sobre o processo de eletropolimento de alumínio Hall-Heroult"):

A densidade de corrente ideal é de cerca de 1 A cm-2 com uma corrente total de células de 150-300 kA e uma voltagem de célula de -4,0 a -4,5 V. Uma casa de célula típica conterá cerca de 200 células dispostas em série em duas linhas.

Portanto, a voltagem em qualquer célula em relação à terra pode ser bastante alta, e a voltagem através de uma célula se ela abrir será quase 1kV. Correntes como essa facilmente vaporizam o metal para que possam sustentar um arco muito longo se ele se abrir de maneira relativamente lenta e não tiver um mecanismo de sopro (a CC é pior que a CA).

Para entender a questão da eficiência, considere um retificador simples de onda completa feito com 6 retificadores de silicone. Ele terá uma queda de (digamos) 2V na corrente máxima, portanto a perda será a corrente de saída x 2V. A 150kA, são 300kW perdidos. Se você executar 200 células em paralelo, estará gastando 60MW. Mesmo com os preços baratos da eletricidade que as fundidoras pagam, isso aumentará o pedido em cerca de 25 a 50 milhões de dólares por ano. Em série, a perda é 'apenas' 300kW. O custo de capital também é muito menor para produzir 150kA a 800V vs. 30MA a 4,5V, porque seriam necessários muito mais retificadores e dissipadores de calor.

$\frac{1}{2}LI^2$

Se houver uma interrupção no circuito, a indutância aumentará a tensão na interrupção para manter a corrente fluindo, enquanto ainda houver energia armazenada disponível para acioná-la. Isso será suficiente para sustentar um arco e, se o arco se tornar longo o suficiente, será necessária uma alta voltagem para sustentá-lo, o suficiente para eletrocutar uma pessoa.

Um exemplo mais cotidiano de uma fonte perigosa de baixa tensão e alta corrente é uma humilde bateria de carro. Por quê? Mesmo que a tensão (12V mais ou menos) não seja suficiente para eletrocutar ou até chocá-lo significativamente em circunstâncias normais, as correntes de falha possíveis são altas o suficiente para causar aquecimento significativo de qualquer objeto metálico envolvido na falha, causando queimaduras graves.

Como Sphero aponta - 10kA é inconveniente demais (imagine o tamanho dos barramentos que você precisaria!), Portanto, aplicativos práticos da Hall-Heroult conectam várias células em série. Isso significa que tensões perigosas estão presentes em toda a cadeia de células (e no terra!), Mesmo que cada célula funcione apenas com alguns volts. Pense nisso como a diferença entre um RC LiPo e o Li-Ion em um Tesla - ambos podem emitir correntes de falha perigosas, mas o último também pode chocá-lo.