Conductores eléctricos y empalmes.pdf

Tema 7: Conductores elctricos Pg. 1

1. Introduccin:

Los conductores elctricos son normalmente hilos metlicos de cobre blando o

endurecido, de aluminio u otro material metlico. Se encuentran en forma de

alambre o de cable1, los cuales se usan para conducir la corriente elctrica desde

la fuente de energa hasta la carga.

Los conductores normalmente son de baja resistencia elctrica y deben ser fuertes

y flexibles; se emplean en instalaciones elctricas residenciales, comerciales e

industriales.

Los sistemas elctricos usan materiales conductores tales como el cobre, el

aluminio y la plata, por su alta conductividad elctrica, bajo costo, peso reducido,

bajo coeficiente de oxidacin, alta resistencia a la corrosin y alta conductividad

trmica; es decir, son buenos conductores de calor.

1 Un alambre est formado por un solo hilo conductor, mientras que un cable esta formado por varios hilos conductores


En instalaciones internas se usa el cobre por su alta conductividad elctrica,

mientras que en redes areas se usa el aluminio, ya que tiene menor peso

especfico y menor costo que el cobre.

2. Tipos de conductores

Los conductores elctricos se encuentran en diferentes formas:

j Alambres j Cables j Cordones j Conductores con cubierta protectoras

2.1 Alambres:

Los alambres son conductores constituidos por un solo hilo metlico y pueden ser

desnudos o aislados.

Los alambres aislados son recubiertos por una o ms capas de plstico o goma

aislante y son usados en las instalaciones elctricas.

Figura 1: Alambre slido 2

2.2 Cables:

Los cables son conductores constituidos por un conjunto de alambres retorcidos

no aislados entre s y pueden ser desnudos o revestidos por una o varias capas de

material aislante. Los aislantes son de plstico, goma o tela. Adems son ms

flexibles que los alambres

2 Procobrecolombia Artculo tcnico: c-condelect.pdf


Para obtener una seccin circular los cables tienen normalmente el nmero de

conductores que se mencionan a continuacin:

j 7 conductores j 19 conductores j 37 conductores j 61 conductores j 91 conductores j 127 conductores

Figura 1.1: Cable de 7 hilos 3

Los alambres y los cables delgados se obtienen comercialmente en rollos de 100

metros dentro de cajas especiales, mientras que los cables gruesos se suministran

en carretas de tamao adecuado.

Cuando se presentan en cajas, stas traen una etiqueta donde se indica el color,

el tipo de aislante, el tipo de material conductor, la cantidad en metros y el calibre4

3 Procobrecolombia Artculo tcnico: c-condelect.pdf 4 Calibre: La dependencia del dimetro y el rea del conductor permiten establecer un mtodo de clasificacin para los cables. A determinados dimetros se les asigna un nmero en una escala arbitraria, al que se conoce como el calibre del conductor. Ver la seccin 4 de este documento, CALIBRACIN


seccin transversal5, especificado en un sistema normalizado de medida:

A.W.G. (American Wire Gauge) que es el sistema de calibracin Americano.

Por norma, los conductores tambin deben llevar impreso sobre su aislante la

marca del fabricante, el tipo de aislamiento, el calibre y la tensin mxima de

utilizacin.

Tanto dimensional como elctricamente el conductor debe cumple con lo

requerido por el RETIE, en la Norma NTC-ICONTEC 2050 (Cdigo Elctrico

Colombiano) y con la Norma NTC-ICONTEC 1332 (UL 83).

Nota: La mayora de los cables o alambres usados en instalaciones elctricas

tienen una seccin transversal circular.

Figura 1.2: Abajo: dos conductores marcados. Arriba: Ampliacin con el detalle de la marcacin,6

5 Seccin transversal: ver apartado 3.3


2.3 Cordones:

La constitucin de los cordones es similar a la de los cables, con la diferencia es

que los alambres de los cordones son ms finos, lo que da una mayor flexibilidad

al conjunto; en otras palabras los cordones son conductores elctricos flexibles.

Generalmente los cordones estn formados por 2, 3 4 conductores flexibles

aislados entre s y se presentan en forma trenzada o paralelos.

Figura 1.3: Arriba: Cordn trenzado, abajo: cordn paralelo7

Existen cordones recubiertos, adems, con capas delgadas de algodn o seda.

Los cordones se emplean especialmente para conexin de artefactos porttiles

tales como: planchas, taladros, lmparas decorativas y en aquellos casos en las

que las conexiones estn sometidas a movimiento o vibraciones.

Comercialmente los cordones se presentan en rollos de 100 metros y llevan

estampados sobre la capa aislante, la seccin en mm2 o calibre del conductor,

marca del fabricante y tensin mxima de utilizacin. Los rollos llevan adems

una etiqueta con los datos referidos y el color del aislante.

6 Boletn tcnico Junio de 2004 de CENTELSA. www.centelsa.com.co 7 Coleccin Instalaciones elctricas del SENA


Se identifican por la cantidad de conductores aislados y por la seccin de cada

conductor.

Existen diferentes tipos de cordones, a saber:

2.3.1 Cordn torcido tipo C:

Tiene una espiral de algodn sobre cada conductor, luego lleva otro aislante de

caucho y una cubierta exterior tambin de algodn. Son usados para la conexin

de aparatos de alumbrado, de calefaccin y para pequeas instalaciones a la

vista, en lugares secos.

Se fabrica con 2 o ms conductores de calibre comprendidos entre No. 18 y No.

12.

Figura 2: Cordn trenzado, tipo C 8

2.3.2 Cable paralelo o duplex SP:

Est formado por dos cables o cordones, los cuales se encuentran unidos por sus

aislamientos. El aislante puede ser de caucho termoestable; se fabrican en

calibres que pueden ir desde No. 22 hasta No. 12. Se usan en la conexin de

electrodomsticos, e instalaciones a la vista en lugares hmedos.

Cortando el aislamiento por la mitad se puede separar los dos conductores.

Figura 3: Cordn paralelo, duplex SP 9

8 Coleccin Instalaciones elctricas del SENA


Revista conductores elctricos

2.4 Conductores con cubierta protectora:

Son conductores (alambres o cables) que adems de su aislante tienen otra capa

protectora contra humedad, cidos, temperaturas elevadas y contra el ataque de

roedores. Las cubiertas protectoras pueden ser de plstico especial, plomo, o de

goma. stos conductores pueden estar formados por 1, 2, 3, 4, 5 conductores

aislados entre s y su forma puede ser redonda o achatada.

Figura 4: Conductor con cubierta protectora 10

Los conductores con cubierta protectora se fijan directamente sobre las superficies

con grapas de sujecin y se emplean tambin en instalaciones areas colgantes.

Cuando deban pasar sobre otros cables o tuberas, se debe dejar una distancia

entre el cable y el objeto.

En el tendido recto de estos conductores, las grapas de sujecin pueden quedar

separadas entre si, como mximo 0,40 m (40 centmetros).

Se presentan en rollos de 100 metros y llevan estampado sobre la cubiertas

protectoras: La seccin o calibre de los conductores; la marca del fabricante y el

tipo de metal, cobre (Cu) o aluminio (Al).

9 Coleccin Instalaciones elctricas del SENA 10 Coleccin Instalaciones elctricas del SENA


Se identifican por la cantidad de conductores y por la seccin calibre de cada

conductor. Ejemplo:

CABLE: 3 x 2 mm2

CABLE: 3 x 12 (CALIBRE AWG)

Los rollos llevan adems una etiqueta con las caractersticas comerciales.

Figura 5: Diferentes tipos de cables 11

2.5 Conductor encauchetado:

Estn formados por dos o ms alambres o cables aislados entre si, y adems

vienen dentro de otro aislamiento comn.

Figura 6: Conductor encauchetado 12

11 Procobre Per. 12 Coleccin Instalaciones elctricas del SENA


2.5.1 Telefnico:

Conductores usados en lneas telefnicas, formados por pares retorcidos de

calibre delgado normalmente de calibre 22

2.6 Coaxial:

Cables especialmente fabricados para conectar las antenas de los televisores

Figura 7: Conductor coaxial 13

3. La resistencia elctrica de los conductores

Todo material, incluso los conductores elctricos presentan alguna oposicin al

paso de la corriente elctrica, esta oposicin se llama resistencia elctrica. Se

representa con la letra R y su unidad de medida se llama omhio, la cual se

representa con la letra Griega > @:

La resistencia de un conductor depende de varios factores:

j El material ( U ) L Uj La temperatura (T) j La seccin transversal (A)

j La longitud (L) j El tipo de corriente

A

13 Manual de instalaciones elctricas de PIRELLI S.p.A


3.1. Dependencia de la resistencia de un conductor con su material:

Todo material conductor como el Cobre, Oro, Plata, Aluminio, tiene una resistencia

especfica llamada coeficiente de resistividad.

3.1.1. Resistividad de un conductor:

Es la prdida de potencia que sufre una corriente elctrica de un amperio de

intensidad al atravesar un conductor de 1 metro de longitud y 1 mm2 de seccin

transversal. Se expresa como un valor constante que es directamente

proporcional a la resistencia del conductor. Se representa por la letra Griega Rho

> @U , y la unidad de medida es 2mmm

:

La resistividad es una caracterstica intrnseca del material, como podra ser la

densidad, y depende de su pureza, estructura molecular y cristalina, as como de

la temperatura. Al concepto inverso, esto es, la facilidad que presenta un material

al paso de la corriente elctrica se le denomina conductividad.

La resistividad nominal, a la temperatura de 20 C es:

Para el cobre de 0.017241 2mm

m

:

Para el aluminio de 0.028264 2mm

m

:


Figura 8: Resistividad elctrica de un conductor

Para determinar la resistividad de un material, se mide la resistencia elctrica de

un conductor de un metro de longitud y una seccin transversal de un milmetro

cuadrado.

3.1.2. Resistencia del conductor:

Lo mismo que ocurre con el agua que atraviesa una tubera, al aumentar la

longitud aumenta el rozamiento y se pierde presin, y al aumentar la seccin del la

tubera fluye el lquido con mayor facilidad, igual ocurre con la corriente elctrica:

por un conductor fluye corriente elctrica, si aumentamos su longitud la corriente

circula con ms dificultad, ocasionando una cada de voltaje (prdidas) y si

aumentamos la seccin transversal del conductor, la corriente fluye con mayor

facilidad.

Las prdidas que se producen cuando un cable es atravesado por una corriente

elctrica son directamente proporcionales a su longitud e inversamente

La resistencia elctrica de un tramo como este,

se llama la RESISVIDAD

El coeficiente de resistividad elctrica de un material se representa

por la letra griega U , y se mide en: 2mmm

:

A

L= 1 metro U

Resistividad

A= 1 mm2


proporcionales a la seccin, por lo que se calcula multiplicando la resistividad

nominal, antes citada, por la longitud en [m] y se divide el producto por la seccin

en [mm2]. El resultado se expresa en ohmios > @: y como antes, sera la potencia disipada en el cable en forma de calor, al ser recorrido por una corriente de un

amperio.

En la prctica, se especifican siempre a la temperatura de 20 C y en corriente

continua. Por consiguiente, es preciso referir la resistencia de las muestras a la

citada temperatura de 20 C y a la longitud de un metro a travs de las frmulas

correspondientes

Matemticamente, la resistencia elctrica de un material conductor est dada por

la siguiente expresin:

LR

A

U (1.1)

Donde:

:rhoU Es la resistividad del material, 2mmm

:

L: es el largo del conductor en metros > @m A: es el rea de la seccin transversal del conductor 2mm

La expresin anterior indica la resistencia elctrica del conductor es directamente

proporcional a su longitud y a su coeficiente de resistividad e inversamente

proporcional a su rea.


Por ejemplo, para un material conductor determinado y para una temperatura dada

si el valor del rea A permanece constante, el valor de la resistencia aumenta si su

longitud (L) aumenta.

De igual manera se puede deducir que si la resistividad () y la longitud (L) permanecen constantes, la resistencia del conductor se reduce si el rea de su

seccin transversal aumenta.

La tabla 1, muestra el coeficiente de resistividad de algunos materiales usados en

sistemas elctricos

TABLA 1: RESISTIVIDAD DE ALGUNOS MATERIALES PARA UNA TEMPERATURA DE 20 C

MATERIAL RESITIVIDAD 2mm

m

: TEMPERATURA DE FUSION > @C

PLATA 0.016 960.0 COBRE 0.01724 1,083.0

ORO 0.023 1,063.0 ALUMINIO 0.02826 660.0

TUNGSTENO 0.050 3,410.0 ZINC 0.058 419.4

LATON 0.06 a 0.08 - NIQUEL 0.075 1,455.0

PLATINO 0.096 1,769.0 HIERRO 0.1 a 0.15 1,535.0 ESTAO 0.13 232.0 PLOMO 0.21 327.4

MANGANINA 0.42 1,020.0 MERCURIO 0.92 - 38.87

CROMO-NIQUEL 1.06 -

Entre ms baja sea la resistividad, mejor ser el conductor elctrico. De acuerdo

con este razonamiento, se puede afirmar que el mejor conductor es la plata, le

sigue el cobre y luego el oro, y as sucesivamente. El ms malo de los


conductores de la tabla es la aleacin de Cromo-Niquel, que se utiliza para

fabricar resistencias industriales.

Ntese que en la tabla por ejemplo el cobre tiene una resistividad de 0.01724,

esto significa que un trozo de cobre de 1 metro de longitud y 1 milmetro cuadrado

(mm2) de seccin transversal tiene una resistencia de 0.01724 ohmios.

Problema 1: Cul ser la resistencia elctrica de un conductor de cobre que tiene

una longitud de 100 m., de longitud y una seccin transversal de 0.5 mm2?

Solucin. Suponiendo que el conductor se encuentra a una temperatura

aproximada de 20 C, y observando la tabla 1, determinamos su resistividad, as:

2

0.01724COBREmm

mU :

Reemplazando los datos en la ecuacin (1.1) se tiene:

22

2

0.01724 100

0.5

1.724

0.5

mmm

mLR

A mm

mmR

U : :

m m 2mm 3.5 :

El oro, por ser el metal ms dctil (se deja partir en hilos muy delgados) y ms

maleable (se deja partir en lminas muy delgadas) se utiliza en electrnica para la

conexin de circuitos integrados; la plata por ser el segundo mejor conductor de


utiliza en la fabricacin de contactor elctricos (disminuye la resistencia de

conexin); el cobre y el aluminio se emplean en la fabricacin de conductores

elctricos por su bajo costo.

3.1.3. Ventajas de los conductores de cobre sobre los de aluminio en las

redes de distribucin en baja tensin

j El conductor de cobre es ms eficiente que un conductor de aluminio, porque posee menor resistividad.

j El cobre presenta una mayor capacidad de conduccin. Si tomamos como ejemplo un conductor de cobre y otro de aluminio del mismo calibre; el primero

tendr una capacidad de conduccin 28% superior a la del segundo.

j En un conductor de cobre, las prdidas por calentamiento (efecto Joule) son un 58% menores con respeto al aluminio.

j La presencia de cobre garantiza la eliminacin de probables fallas originadas por falsos contactos debido a xido no conductivo.

j La utilizacin de conductores de cobre proporciona una mayor facilidad en el empleo de soldaduras terminales y empalmes.

3.1.4. Equivalencia elctrica entre conductores de cobre (Cu) y aluminio

(Al):

Se entiende por secciones equivalentes las que admiten la misma intensidad de

corriente ocasionando las mismas prdidas. Consecuentemente existe una


proporcionalidad directa entre las resistividades y las secciones, ya que es preciso

compensar con una mayor seccin una mayor resistividad.

Como la relacin entre las resistividades del cobre y del aluminio es de 1.64, un

conductor de aluminio ser equivalente a otro de cobre si tiene una seccin 1.64

veces superior.

3.2. Dependencia de la resistencia de un conductor con la temperatura:

La resistencia de los materiales depende de la temperatura; Al aumentar la

temperatura, la resistencia elctrica presenta los siguientes cambios:

j En los conductores metlicos y en algunos semiconductores aumenta la resistencia aumenta cuando aumenta la temperatura.

j En los lquidos, los aislantes, el carbn y en algunos semiconductores disminuye la resistencia cuando aumenta la temperatura.

j En algunas aleaciones como la manganina y el constatan permanece casi constante.

La relacin entre la resistencia (R) de un conductor y la temperatura esta dada por

la siguiente expresin:

F 20 FR = R [1 + (T - 20 C)]D (1.3)

Donde:

RF Es la resistencia final > @: R20 Es la resistencia medida a 20 C. > @:


Es el coeficiente de temperatura que es positivo para los metales y negativo para el carbn y algunos semiconductores como el germanio.

C:

20 = 0.00393 coeficiente de temperatura para el cobre a 20 C 20 = 0.01785 ( . mm2 / m)

Problema 2: La resistencia del bobinado de un motor fabricado en hilo de cobre es

de 30 omhios a 20 C. Cul ser su resistencia a 95 C?

Solucin: Empleando la expresin (1.3), se tiene:

> @ > @ > @ > @

80 20 F

80

80

R =R [1 + (T - 20 C)]

R =30 1 0.00393 95 20

R 30 1 0.00393

C CC

C

D : :

: :

> @75 C > @80R 38.84

:

TABLA 2: COEFICIENTES DE TEMPERATURA DE ALGUNOS METALES A 0 oC

METAL COEFICIENTE DE TEMPERATURA C

D : PLATA 0.004 COBRE 0.0043

ORO 0.0037 ALUMINIO 0.0042

TUNSTENO 0.0051 NIQUEL 0.0044 ESTAO 0.0047 HIERRO 0.0042 PLOMO 0.0041

MERCURIO 0.0009


3.3. Dependencia de la resistencia de un conductor con su seccin

transversal:

Si se corta perpendicularmente un alambre en cualquier punto, obtendr una

superficie que la llamamos SECCION TRANSVERSAL.

La forma de la seccin puede ser circular, rectangular o cuadrada.

La seccin transversal de un conductor elctrico se

representa por la letra A y se mide en 2mm

A mayor seccin transversal menor resistencia y a menor seccin mayor

resistencia.

A mayor seccin transversal del conductor existe mayor capacidad de conducir

corriente elctrica

EL clculo de la seccin de un conductor depende de la forma geomtrica, que

tenga el corte transversal del mismo, como se ilustra a continuacin:

3.3.1. Conductor cilndrico

D es el dimetro del conductor

A es el rea de la seccin transversal

2

2,4

DREA DEL CRCULO A R

SS

D

A


Figura 9: Seccin transversal de un conductor cilndrico

De donde:

R es el radio de crculo

D es el dimetro del crculo

S es la constante 3.14159 .

3.3.2. Conductor rectangular

H es la altura del conductor

B es la base del conductor

A es el rea de la seccin

rectangular

B

H A

, *REA DEL RECTNGULO A B H Figura 10: Seccin transversal de un conductor rectangular


3.3.3. Conductor cuadrado

L es la longitud de cada lado del conductor

A es el rea de la seccin cuadrada

L

L

2, *REA DEL CUADRADO A L L L

Figura 11: Seccin transversal de un conductor cuadrado

Problema 3: Calcular la seccin en mm2 de un conductor elctrico cuyo corte

transversal es cuadrado, si uno de los lados del corte mide 0,3 cm.

Solucin:

Como la longitud (L) esta dada en centmetros, debemos reducirla a milmetros:

0.3 3 .L cm mm Luego 2 23 9A L mm m m

0.3 cm.

0.3 cm.

Dados dos alambres de igual longitud y del mismo tipo de material, cobre por

ejemplo, pero de tal manera que uno de ellos tenga el doble de la seccin


transversal del otro, se puede comprobar que el conductor de menor seccin tiene

el doble de resistencia que el conductor grueso.

La tabla 3 muestra la seccin transversal y el dimetro los conductores ms

utilizados en instalaciones elctricas de baja tensin.

TABLA 3: DIAMETRO Y SECCION TRANSVERSAL DE CONDUCTORES

CALIBRE ( AWG) Dimetro [mm] rea [mm2]

20 0.8118 0.5176 19 0.9116 0.6527 18 1.024 0.8231 17 1.150 1.038 16 1.291 1.309 15 1.450 1.650 14 1.628 2.081 13 1.828 2.624 12 2.053 3.309 11 2.305 4.172 10 2.59 5.261 9 2.906 6.634 8 3.26 8.366 7 3.666 10.55 6 4.11 13.300 5 4.621 16.77 4 5.19 21.15 3 5.827 26.67 2 6.54 33.63 1 7.348 42.41 0 8.251 53.48


3.4. Dependencia de la resistencia de un conductor con su longitud:

L

Menor resistencia por tener mayor seccin

Mayor resistencia por tener menor seccin

NO CONFUNDIR SECCIN

TRANSVERSAL CON DIMETRO

ADVERTENCIA

Figura 12: Dependencia de la resistencia de un conductor con su longitud

A mayor longitud del conductor, mayor ser la resistencia que se presenta al paso

de la corriente.

Si tomamos tres conductores de un mismo material y con la misma seccin

transversal, de tal manera que sus longitudes estn en proporcin 1:2:3 es decir,

la longitud del conductor 3 es el triple de la longitud del conductor 1, y la longitud

del conductor 2 es el doble de la longitud del conductor 1, entonces es fcil

comprobar que el conductor 3 tiene tres veces la resistencia del conductor 1, y el

conductor 2 tiene dos veces la resistencia del conductor 1.

Por ejemplo: supongamos que el conductor 1 tiene una longitud de 1 metro y una

resistencia de 5 , que la longitud del segundo conductor es de dos metros y la

del tercero es de tres metros, se puede comprobar, que la resistencia del segundo

conductor es de 10 : , y la del tercero es de 15

:

: , siempre que sean del mismo material y tengan la misma seccin transversal.


R=5

5 m 5 m 5 m

R=10

R=15

Figura 13: Comparacin de la resistencia de tres conductores de diferente longitud

Como se observ en el ejemplo anterior, si la longitud de un conductor se duplica

entonces la resistencia tambin se duplica; si la longitud del conductor se triplica,

la resistencia tambin se triplica y as sucesivamente.

TABLA 4: RESISTENCIA ELECTRICA PARA CABLES DE COBRE

CALIBRE RESISTENCIA A LA CORRIENTE ALTERNA R Km:

AWG KCMIL CONDUIT DE PVC CONDUIT ALUMINIO CONDUIT ACERO

14 10.17 10.17 10.17 12 6.56 6.56 6.56 10 3.94 3.94 3.94 8 2.56 2.56 2.56 6 1.61 1.61 1.61 4 1.02 1.02 1.02 2 0.623 0.656 0.656 0 0.394 0.427 0.394 00 0.328 0.328 0.328

000 0.253 0.269 0.259 0000 0.203 0.219 0.207

250 0.171 0.187 0.177 350 0.125 0.141 0.128 500 0.089 0.105 0.095

La tabla suministra valores de resistencia para diferentes calibres con una longitud

de 1 Km. (1,000 metros).


Problema 4: Hallar la resistencia de un conductor AWG No. 14, con una longitud

de 200 metros dentro de un tubo Conduit de PVC.

Solucin: Aplicando una regla de tres simple

1000 10.17

200

m

x

:oo

200 mx 10.17

1000 m

:2.034 :

TABLA 5: REQUISITOS PARA EL ALAMBRE DE COBRE SUAVE

CALIBRE AWG KCMIL

AREA NOMINAL RNCC 20

O C (/KM.) *

24 0.404 0.2 84.1 22 0.64 0.32 53.2 20 1.02 0.52 33.3 18 1.62 0.82 21.0 16 2.58 1.31 13.2 14 4.11 2.08 8.29 12 6.53 3.31 5.21 10 10.38 5.26 3.28 8 16.51 8.37 2.06 6 26.24 13.3 1.3 4 41.74 21.15 0.817 2 66.36 33.63 0.513 1 83.69 42.41 0.407 0 105.6 53.51 0.322

00 133.1 67.44 0.256 000 167.8 85.03 0.203

0000 211.6 107.22 0.161

* RNCC = Resistencia nominal en corriente continua


TABLA 6: REQUISITOS PAR CABLES DE COBRE SUAVE CALIBRE

AWG KCMIL AREA NOMINAL

RNCC 20 O C

(/KM.) * 24 0.404 0.2 85.6 22 0.64 0.32 53.8 20 1.02 0.52 33.8 18 1.62 0.82 21.4 16 2.58 1.31 13.4 14 4.11 2.08 8.46 12 6.53 3.31 5.35 10 10.38 5.26 3.35 8 16.51 8.37 2.10 6 26.24 13.3 1.32 4 41.74 21.15 0.83 2 66.36 33.63 0.522 1 83.69 42.41 0.417 0 105.6 53.51 0.328

00 133.1 67.44 0.261 000 167.8 85.03 0.207

0000 211.6 107.22 0.164

* RNCC = Resistencia nominal en corriente continua

3.5. Dependencia de la resistencia de un conductor con el tipo de

corriente:

La resistencia que presenta un conductor al paso de la corriente continua es

diferente a la resistencia que presenta el mismo conductor al paso de la corriente

alterna por el efecto piel14 o efecto Skn, por este motivo cuando un conductor

elctrico se encuentra en un circuito de corriente alterna se debe tener en cuenta

este fenmeno.

Rcc Es la resistencia de corriente continua

Rac Es la resistencia de corriente alterna,

14 La corriente alterna tiende a fluir hacia la superficie externa de un conductor (Efecto Piel), efecto que es ms pronunciado a altas frecuencias, lo que ocasiona prdidas adicionales en el transporte de la energa elctrica por los conductores, y produce sobre calentamiento.


1.15AC CR R C (1.4)

4. Calibracin

Para medir el calibre de los conductores se ha introducido el sistema denominado

A.W.G. (American Standard Wire Gauge), que consiste en expresar la seccin

transversal del conductor en Milsimas Circulares (Circular Mils o CM)

Una Milsima circular es el rea de un crculo cuyo dimetro es una milsima de

pulgada.

1 MC = 0.0005067 mm2

Cuanto mayor es el nmero de la galga menor es el dimetro del conductor, por

ejemplo, un conductor calibre No. 16 es ms delgado otro calibre No. 14, mientras

que el No. 12 es ms grueso que el No. 14.

4.1 Galga


Figura 14: Galga para la medida del calibre de los conductores 15

Cada tres nmeros de la galga en orden ascendente, la resistencia es

aproximadamente el doble y la seccin es la mitad:

Por ejemplo: si tenemos un alambre calibre No. 12 cuya seccin es de 3.3 mm2

podemos conocer la seccin de un alambre calibre No. 15, la cual ser la mitad de

la del calibre No. 12, es decir 1.65 mm2.

Para medir el dimetro de un conductor se introduce la punta desnuda en una

ranura de la galga o calibrador y el nmero de aquella en donde entre sin ningn

esfuerzo, indica el calibres del conductor. En al otra cara de la galga aparece el

dimetro del conductor en pulgadas. Por ejemplo: en el otro lado de la galga del

No. 14 aparece su dimetro en pulgadas que es de 0.064 pulgadas.



DIAMETRO No. GALGA

B.S.

A.W.G. PULGADAS MILMETROS

12 0.080 2.03

14 0.064 1.62

16 0.050 1.27

18 0.040 1.01

20 0.031 0.78

Figura 15: Procedimiento de medida del calibre de un conductor 16

Problema No. 5: Cual ser el dimetro en mm., del alambre No. 14 sabiendo que

tiene un dimetro de 0.064 pulgadas y que una pulgada equivale a 25.4 mm.?

Solucin: Aplicando una regla de tres simple

lg

1 25.4

0.064

pu mm

x

oo

0.064 lgpux 25.4

1 lg

mm

pu1.625mm

5. Cables para alta temperatura:

5.1. Glosario de trminos de cables de alta temperatura



El tipo de aislante y el material conductor incorporados al cable dictan la

clasificacin de temperatura para los cables de alta temperatura. Todo producto de

alta temperatura est diseado para operar dentro de un ambiente de

temperatura continua por un periodo indefinido. Este tipo de producto tambin

est diseado con mltiples capas de aislante para que, en el caso de una

exposicin a temperaturas extremas, el material de la sobrecubierta se queme

por capas, lo que retarda el deterioro del producto, pero no lo detiene.

Esta caracterstica permite al producto sobrevivir temperaturas extremas

intermitentes sin presentar una falla de inmediato.

Al tratar con productos de alambres de Alta Temperatura, es importante contar con

conocimientos prcticos sobre los diferentes tipos de aislantes y conductores que

estn disponibles, as como tener un conocimiento general de la terminologa.

5.2. Terminologa

5.2.1. Temperatura de uso continuo:

El producto puede sobrevivir por un periodo indefinido: aos.

5.2.2. Temperatura de uso a largo plazo:

El producto puede sobrevivir una breve exposicin a esta temperatura (de varios

das a varias semanas) antes de requerir un reemplazo.

5.2.3. Uso a temperaturas extremas:

El producto puede sobrevivir en este ambiente slo unos cuantos minutos,

despus de los cuales se tiene que reemplazar.

5.3. Aislantes y sobrecubiertas


Casi todos los productos de alta temperatura usan diferentes combinaciones de

slo unos cuantos materiales para las sobrecubiertas y aislantes. Estos materiales

son:

j Vidrio j Silicn y hule de silicn j Tefln y cintas de Tefln j Mica j Aramida, Kevlar, Nomex (son lo mismo) La manera en que estos materiales aislantes se combinan y se usan dicta las

propiedades de alta temperatura del producto.

5.3.1. Vidrio

El vidrio se usa en muchos cables de alta temperatura como sobrecubierta y como

refuerzo. Debido a que el vidrio tiene una baja resistencia a la abrasin, por lo

general se le impregna con material de silicn o Tefln. El vidrio no es un gran

aislante y sus usos estn por lo general limitados a la sobrecubierta. El vidrio se

funde a alrededor de 1800 F. Cuando se enfra, el vidrio pierde su flexibilidad y se

vuelve quebradizo. Por tanto, cuando se alcanza el punto de fusin, lo ms

probable es que el cable no se pueda flexionar aunque haya sobrevivido. Adems

las trenzas de vidrio son porosas, por lo que habitualmente se les da un acabado

con un componente de Tefln, Silicn o Aramida para una mejor resistencia a la

humedad, las sustancias qumicas y al calor.

5.3.2. Silicn (Silicona)

El hule de silicn se usa como un aislante resistente al calor y para dar acabado a

las trenzas de vidrio. El silicn tiene una vida de 40 aos a 125 C, una vida de 5

aos a 150 C, y puede sobrevivir temperaturas a corto plazo de 200 C. Debido al

precio relativamente bajo del silicn y a sus caractersticas favorables de alta

temperatura, es uno de los materiales aislantes ms usados para aplicaciones


inferiores a los 200 C. El silicn es en extremo resistente a la humedad y a las

sustancias qumicas, pero tiene una muy baja resistencia a la abrasin mecnica.

Por esta razn, el silicn por lo general se usa como un acabado para la trenza de

vidrio o cubierto con un material de trenza de vidrio.

5.3.3. Fluoropolmeros (comnmente conocidos como Tefln).

Tres fluoropolmeros son de uso comn en la fabricacin de cables: el

tetrafluoroetileno (TFE) y dos materiales de extrusin convencional, el propileno

etilnico fluorinado (FEP) y el perfluoroalcoxi (PFA). Debido a que es difcil hilar el

TFE en longitudes largas continuas, con frecuencia se aplica en forma de cinta o

como una dispersin de fluido usada para impregnar trenzas de fibra de vidrio.

Debido a las excelentes propiedades aislantes del Tefln, los cables gua hechos

con este material pueden ser de la mitad del tamao de los cables convencionales

para aplicaciones similares. El Tefln tambin cuenta con la aprobacin de la FDA

para estar en contacto con alimentos. FEP 200 C PFA 250 C TFE 250 C

5.3.4. Mica

La mica es un elemento con propiedades cristalinas nicas que permiten realizar

desbarbados muy delgados. La mica con la ms alta clasificacin tiene una

resistencia al calor a largo plazo de 1800 F y se funde a los 2200 F. Debido a

que se descascara, por lo general la mica se une con una trenza de vidrio. La Mica

tiene buenas propiedades elctricas y se usa en los cables como aislante y como

una barrera contra el calor.

5.3.5. Aramida

Las fibras de Aramida son una poliamida que produce DuPont. Las dos versiones

ms comunes se conocen como Kevlar y Nomex. Ambos materiales son muy

fuertes y por lo general se usan como material para sobrecubiertas o refuerzo en

aplicaciones para temperaturas ms bajas (180 C - 220 C) en lugar de la


sobrecubierta de trenza de vidrio. Cuando se aplica como trenza, Kevlar ofrece

una proteccin a la abrasin superior a la de cualquier otro material para altas

temperaturas.

5.3.6. Cermica

La cermica es un material duro, resistente al calor y a la corrosin, que se hace

quemando barro u otros minerales consistentes en uno o ms metales en

combinacin con minerales no metlicos, por lo general oxgeno. Las Cermicas

pueden soportar temperaturas continuas de 2600 F y exposicin de corto plazo a

3000 F sin perder su flexibilidad.

5.4 Conductores

5.4.1. Cobre

Casi todo el cobre usado en aplicaciones de alta temperatura es cobre OFHC

(Oxygen Free High Conductivity) en contraposicin al ETP (Electrolytic Tough

Pitch) que es ms comn. El OFHC no se oxida en ambientes a alta temperatura

y, por lo tanto, ofrece una mejor capacidad de transportacin de seal. Super-

Trex est fabricado con cobre ETP. Thermo-Trex est fabricado con cobre

OFHC.

5.4.2. Nquel

Se usa por lo general en cables para altas temperaturas como un recubrimiento

sobre filamentos de cobre. El nquel tiene un punto de fusin de 2400 F y acta

como aislante, adems de proporcionar un contenedor para el cobre. En

temperaturas extremas, es posible que el cobre dentro del recubrimiento de nquel

slido se funda, sin perder su conductividad. Dependiendo de la cantidad de

proteccin requerida, la cantidad de recubrimiento de nquel puede variar entre 2%

y 27%. En muy raras ocasiones se usa Nquel de Grado A (100% Nquel). Es muy


caro, y sin embargo no tiene un rendimiento mejor que un producto estndar

niquelado al 27%.

Algunos cables de alta

temperatura se muestran a contuinuacin:


Figura 14.1: Cable de alta temperatura Termo-Trex 500 17


17 Documento tcnico tpc196spw.pdf de www.tpcwirw.com18 Documento tcnico tpc196spw.pdf de www.tpcwirw.com




19 Documento tcnico tpc196spw.pdf de www.tpcwirw.com20 Documento tcnico tpc196spw.pdf de www.tpcwirw.com


Figura 14.5: Cable de alta temperatura Chem - Gard 21

6. Materiales aislantes:

Los materiales aislantes presentan una resistencia muy alta al paso de la corriente

elctrica, y son necesarios para aislar conductores que llevan corriente elctrica.

Entre los materiales aislantes (tambin llamados materiales dielctricos) se

pueden mencionar algunos: papel prespn, papel pescado, papel impregnado,

barniz dielctrico, mica, baquelita, PVC, porcelana, poliester.

Los forros, cubiertas o en definitiva el aislamiento de los conductor elctricos, se

fabrican en diferentes materiales.

Las condiciones que debe cumplir un aislamiento ptimo son los siguientes:

j Tener buenas caractersticas elctricas j Tener buenas propiedades mecnicas (resistencia, flexibilidad) j Tener buena resistencia a la temperatura j Resistencia a los agentes atmosfricos

21 Documento tcnico tpc196spw.pdf de www.tpcwirw.com


j Resistencia a los agentes qumicos (humedad, cidos, sales, etc.). j Resistencia a la abrasin j Finalmente, interesan su duracin y economa.

Los tipos de aislamiento ms frecuentes son:

j Polietileno (PE) j Cloruro de Polivilino (PVC) j Barniz cambray j Papel impregnado j Caucho (caucho sinttico, caucho butlico, Neopreno).

5.1. Aislamiento de polietileno (PE):

Es el plstico que presenta mejores propiedades elctricas:

j Excelentes propiedades elctricas j Gran resistencia a la humedad (mejor que el PVC). j Gran resistencia a los agentes qumicos (a temperatura normal) j Resistencia a los aceites y grasas j Es el aislamiento ms estable (sumergido en agua) j Con pigmento negro resiste la accin del sol j No es resistente al fuego (inflamable) j Temperatura critica de reblandecimiento 105 0C j Econmico

5.2. Aislamiento de cloruro de polivinilo (PVC):

Conocido como plstico en el comercio.

j Propiedades elctricas bajas


j Gran resistencia a la humedad, aceites y a la mayora de las sustancias qumicas.

j Resistente al fuego j Pigmentaciones diferentes j Econmico

Se emplea comnmente en la fabricacin de:

j Alambres y cables tipo TW j Alambres dplex y cable dplex STP (garantizados para una temperatura de

operacin de 60 0C)

j Tambin el tipo THW.

5.3. Aislamiento de papel impregnado:

Se hace enrollado helicoidalmente capas de papel de celulosa pura sobre el

conductor de cobre. El papel se seca al vaco y se impregna con un compuesto

especial. Se coloca una capa externa de plomo como proteccin contra la

humedad.

j Muy buenas propiedades elctricas. j Gran resistencia a las sobrecargas. j Conserva sus caractersticas elctricas dentro un amplio rango de

temperatura.

j Se limita su posicin vertical en mximo de 9 m., de altura para evitar el escurrimiento del impregnante.

j Adecuada para instalaciones subterrneas (con tal que sea armado). j Todo cable con aislamiento de papel, instalado directamente bajo tierra, debe

ser armado. Igualmente debe armarse cuando esta sometido a acciones

mecnicas. En el general se arma con cintas de acero (puede ser


galvanizado) dispuestos helicoidalmente, aplicando despus yute impregnado

con asfalto.

5.4. Aislamiento de barniz cambray (VAR_CAM):

Este aislamiento esta formado de una tela de algodn cubierta por ambas caras

con un barniz negro resistente al calor y muy durable. Sobre el conductor se

aplican helicoidalmente capas (segn el calibre del conductor y el voltaje de

operacin).

j Buenas propiedades elctricas. j Menor limitacin para la colocacin vertical que el anterior. j Baja resistencia a la humedad. j Por las capas de aire entre capas sucesivas presenta tendencia a altas

perdidas elctricas.

j Con cubierta de fibra textil se puede emplear en lneas areas o en tuberas libres de humedad o sustancias corrosivas.

j En caso de instalarse directamente bajo tierra, debe ser armado.

5.5. Tipo de aislamiento para conductores: Ver la tabla 8

El aislamiento de los conductores se fabrica con materiales plsticos, aunque para

usos especiales se usan aislamientos de Asbesto, Nylon, o Silicona (para

elementos calefactores), que evitan los cortocircuitos y las fugas de corriente

ocasionados por el calor.

Los tipos de aislamiento ms usados son los termoplsticos que se mencionan a

continuacin:


j TW: Cubierta termoplstica resistente a la humedad 60 C j THW: Cubierta termoplstica resistente al calor y a la humedad 75 C j THHN: Cubierta termoplstica de Nylon resistente al calor y a la abrasin

puede trabajar con temperaturas hasta 90 oC

Los conductores que se usan en instalaciones elctricas deben ser rotulados en

alto relieve o impreso con tinta indeleble. Tambin se acepta en bajo relieve

siempre y cuando no se reduzca el espesor del aislamiento por debajo del mnimo

establecido por el RETIE.

5.6. La informacin que se debe rotular

j Calibre del conductor en AWG, en mm2, en KCMIL j Material del que est hecho el conductor j Tipo de aislamiento (TW, THW, THHN, ) j Tensin nominal: (300 V, 600 V) j Nombre del fabricante j Tipo de conductor

Segn el RETIE los conductores se clasifican en:

CLASE A: Usado para conductores a ser recubiertos con materiales

impermeables, retardantes al calor y para conductores desnudos donde se

requiere mayor flexibilidad que la proporcionada por los conductores de la clase

AA.

CLASE AA: Usado para conductores desnudos en redes areas

CLASE B: Usado para conductores que van a ser aislados con materiales tales

como cauchos, papel, telas barnizadas y para conductores como los indicados en


La clase A, pero que requieren mayor flexibilidad que la proporcionada por los

conductores de clase A.

CLASE C y D: Para conductores donde se requiere mayor flexibilidad que la

proporcionada por la clase B.

Segn esta clasificacin, podemos decir que los conductores ms usados en

instalaciones elctricas domiciliarias son los de clase A y B.

TABLA 7: DIAMETRO Y SECCION TRANSVERSAL DE CONDUCTORES

ESPESOR PROMEDIO DEL AISLAMIENTO en mm.

CALIBRE (AWG) DIMETRO

en mm. SECCIN en mm2

THW - TW THHN

14 1.63 2.08 0.76 0.38 12 2.05 3.31 0.76 0.38 10 2.59 5.26 0.76 0.51 8 3.26 8.37 1.14 0.76 6 4.11 13.3 1.52 0.76 4 5.19 21.15 1.52 1.02 3 5.83 26.7 1.52 1.02 2 6.54 33.63 1.52 1.02 1 7.33 42.41 2.03 1.27 0 8.25 53.51 2.03 1.27

7. Cdigo de colores de los conductores:

Se establece un cdigo de colores para identificar los conductores en los sistemas

elctricos de acuerdo al RETIE y la norma NTC Norma tcnica Colombiana y las

normas ICONTEC Instituto Colombiano de Normas Tcnicas.

6.1. El neutro puesto a tierra:

El color neutro debe ser de color blanco gris natural


6.1.1. Fases o lneas vivas en un sistema monofsico: En sistemas

monofsicos a 120 voltios la lnea viva es de color negro

6.1.2. Fases en un sistema trifsico tetrafilar 208v/ 120v: Los colores de las

lneas vivas son el amarillo, azul y el rojo.

6.1.3. Puesta a tierra: El color de la puesta a tierra debe ser de color verde

continuo o un color verde continuo con una o ms bandas amarillas.

Aunque se puede usar el conductor de puesta a tierra desnudo.

Cuando no se encuentren conductores con los colores antes mencionados se

deben marcar en partes visibles del conductor normalmente en los extremos,

empleando pintura, cinta, rtulos adhesivos del color respectivos. Esto tambin se

debe cumplir con conductores desnudos.

Los conductores de altos calibres vienen en un color negro por lo que se deben

marcar.

Es interesante en estos momentos, conocer el significado de algunas siglas

empleadas en la identificacin de los conductores segn el tipo de aislamiento.

Salvo cuando se especifique lo contrario, los siguientes aislamientos son

apropiados para 600 Voltios.


TABLA 8: AISLAMIENTO DE LOS CONDUCTORES ELECTRICOS

TIPO DECRIPCION TEMP.

MAX. DE OPERACIN

APLICACIONES

RF _ 2 Alambre dplex con forro de caucho. (slido o de 7 hilos)

60 C Para implementos

RFH _ 2 Alambre dplex con forro de caucho resistente al calor. (slido o de 7 hilos)


R Forrado en caucho 60 C Uso general

RH Forrado en caucho resistente al calor

75 C Uso general

RW Forrado en caucho resistente a la humedad

60 C Uso general en

lugares hmedos

RH _ R _ W Forrado en caucho resistente a el calor y a la humedad

60 C 75 C

Uso general en lugares hmedos

R U Forrado en caucho ltex 60 C Uso general

R U H Forrado en caucho ltex resistente al calor

60 C Uso general

R U W Forrado en caucho ltex resistente a la humedad

60 C Uso general y en lugares hmedos

T F Cubierta termoplstica (Slido o en hilos)


T Termoplstico 60 C Uso general

TW Cubierta termoplstica resistente a la humedad

60 C Uso general y en lugares hmedos

T A Cubierta termoplstica y asbesto 90 C Para tableros de

interruptores

V CAMBRIC barnizado 85 C En lugares secos

nicamente. Calibre mnimo No. 6

THW Cubierta termoplstica resistente al calor y a la humedad

75 C a 90 C Acometidas comunes

La siguiente tabla, muestra la capacidad de conduccin de corriente de los

conductores teniendo en cuenta el tipo de aislamiento


TABLA 9: CAPACIDAD DE CONDUCCIN DE CORRIENTE DE LOS CONDUCTORES

POR DUCTO AL AIRE LIBRE CALIBRE ( AWG)

TW THW THHW TW THW THHW

14 20 20 25 25 30 35 12 25 25 30 30 35 40 10 30 35 40 40 50 55 8 40 50 55 60 70 80 6 55 65 75 80 95 105 4 70 85 95 105 125 140 2 95 115 130 140 170 190 0 125 150 170 195 230 260 00 145 175 195 225 265 300

000 165 200 225 260 310 350 0000 195 230 260 300 360 405

8. Notas sobre el uso de los calibres de los conductores

j En el sistema A.W.G. cuanto mayor es el nmero menor es la seccin transversal.

j El calibre ms delgado comercialmente es No. 40 AWG j Del No. 40 AWG hasta el No. 20 AWG se utilizan en bobinados de aparatos

elctricos

j Del No. 18 AWG hasta el No. 16 AWG Se utilizan en cordones flexibles, en control y sealizacin

j El conductor No. 14 AWG es el conductor ms utilizado en instalaciones elctricas residenciales, adems es el mnimo calibre permitido para

instalaciones elctricas interiores.

j Los conductores hasta el nmero 10 AWG son alambres j Del nmero 6 en adelante corresponde a cables j El conductor nmero 8 AWG puede ser en alambre o en cable j Del No. 14 AWG hasta el No. 2 AWG Son los calibres ms utilizados en

instalaciones elctricas residenciales, comerciales e industriales


j Del No. 2 AWG en adelante se usan en instalaciones elctricas industriales j Las lmparas y electrodomsticos menores: Las lmparas porttiles,

esquineras, radios, equipos de sonido Pueden emplear una seccin

transversal No. 18 AWG o superior.

9. Prdidas de energa en el transporte de la corriente elctrica.

De acuerdo a la ley de Joule22, todo conductor metlico por el cual circula corriente

elctrica se calienta, ocasionando prdidas de energa.

La seccin necesaria para una lnea elctrica est determinada por las

limitaciones de calentamiento y cada de tensin en el conductor.

La funcin de un conductor elctrico es distribuir la energa elctrica, desde una

fuente, hasta un punto de utilizacin. Pero cuando la energa fluye por los cables,

un porcentaje de dicha energa se disipa en forma de calor, lo que reduce los

niveles de eficiencia.

Cuando el rea del conductor aumenta, tambin lo hace su dimetro. Por lo tanto,

para una longitud determinada, un aumento en el dimetro significa una menor

resistencia (Ver seccin 3.3.) y por tal motivo menor cada de voltaje en el alambre

(menores prdidas de energa), aunque un mayor costo (ms volumen por unidad

de longitud).

8.1. Notas sobre las prdidas de energa:

22 Matemticamente la ley de Joule se expresa como:

22

*( )Potencia Tensin Corriente

VP VI I R R


j El mejor momento para planificar la eficiencia en la distribucin de la energa elctrica es en la etapa de diseo del proyecto; despus ser mucho ms

difcil y costoso.

j En las operaciones comerciales e industriales, el costo de la energa es un factor importante. Desde el inicio se hacen esfuerzos para evitar gastos

innecesarios en el futuro. As por ejemplo, en las redes de suministro pblico,

la proyeccin de costos debe hacerse para un horizonte de 20 o 30 aos.

j La energa prdida en un conductor siempre se convierte en calor, que no se puede recuperar y se convierte en un sobre costo. El usuario finalmente es el

que asume el pago de este sobre costo.

j El consumo de energa elctrica siempre tiende a incrementarse, Por este motivo si se incrementa la seccin transversal de los conductores, las prdidas

de energa pueden reducirse a valores aceptables.


Figura 16: Conductores elctricos23

8.2. Como y hasta donde dimensionar un conductor

Para dimensionar adecuadamente un conductor debemos tener en consideracin

lo siguiente:

j La capacidad de corriente del conductor debe ser por lo menos igual a la exigida por el circuito en las condiciones extremas.

j La cada de tensin en los extremos de la carga vara entre 3% y el 5% en funcin de la carga o sobrecargas temporales; se recomienda que el valor sea

cercano a 3%.

23 Tomado de: Procobre Per www.procobreperu.org


j Se debe realizar el calculo de las prdidas de energa con diferentes conductores; es decir calcular la potencia prdida al variar la menor

resistencia.

j Se debe hacer un anlisis tcnico y econmico cuando se selecciona el calibre del conductor.

j Es importante notar que al incrementar la seccin de un conductor estamos ampliando el soporte de carga. Pero, hasta donde dimensionar? La

respuesta es: hasta que el ahorro en prdidas justifique la mayor inversin

inicial en un calibre de mayor seccin.

j Cuando dimensionamos adecuadamente los conductores elctricos, ahorramos energa y todos salimos ganando.

> @2P I R vatios

P = Potencia en vatios

I = Corriente en amperios

R = Resistencia en Ohmios

Obsrvese en la expresin anterior, que las prdidas de potencia son

proporcionales al cuadrado de la corriente elctrica, por lo tanto, si disminuimos la

corriente, automticamente disminuyen las prdidas.

8.3. Cada de tensin en un conductor

Cuando una fuente de energa elctrica alimenta una carga, se presentan cadas

de tensin en el conductor provocadas por la circulacin de la corriente.


Figura 17: Circuito elctrico sencillo

Donde:

UAB = Cada de tensin en el conductor entre los puntos A y B (Ley de Ohm)

UCD = Cada de tensin en el conductor entre los puntos C y D

I = Corriente en amperios

RAB = Resistencia en Ohmios del conductor AB

RCD = Resistencia en Ohmios del conductor CD

La cada de tensin en ambos conductores es la misma, cuando los conductores

son iguales, es decir, RAB = RAD

UAB = I X RAB [voltios]

UCD = I X RAB [voltios]


AD AB CD

AD AB CD

AD AB CD

AD AB CD AB

U =U +U

U = R I + R

U = R I + R

U = I R R 2 R

I

I

I

10. Clculo de la seccin de un conductor

Datos de partida:

j Potencia del receptor j Corriente absorbida por el receptor j Factor de potencia en el receptor (Cos ) j Voltaje del receptor U j Longitud de la lnea (l) j Cada de tensin mxima permitida UAB j Resistividad del conductor empleado j Aislamiento de los conductores j Temperatura ambiente j Sistema de distribucin monofsico o trifsico

9.1. Clculo de la seccin de un conductor en una red monofsica bifilar

9.1.1. Cuando el receptor es resistivo puro (Cos = 1)

La tensin del receptor U est en fase con la corriente I.

Para redes de baja tensin, el clculo solo se tiene en cuenta la resistencia, es

decir se desprecia la reactancia inductiva entre los conductores.


AD

2 LIU =

A

U (1.5)

AD

2 LIA=

U

U (1.6)

Nota: En redes elctricas muy extensas se debe tener en cuenta la reactancia

inductiva

Es frecuente que el dato que tenemos del receptor sea su potencia en vez de la

intensidad, en este caso basta expresar a la intensidad en trminos de la potencia.

cosP UI M

(1.7)

Donde:

P = Potencia en vatios

U = Tensin en la carga

I = Corriente de la carga

Cos = Factor de potencia, que es el valor del coseno del ngulo entre el voltaje y la corriente

Reemplazando el valor de la corriente


cosP

IU M (1.8)

> @AD2 LP

A=cos( )U U

UM (1.9)

Problema 6: Para alimentar una placa calefactora a 220 Voltios, 7,200 Vatios de

potencia, que se encuentra situada a 20 metros de la fuente, se dispone de un

conductor de cobre que tiene una resistividad de: 2

0.0178mm

mU :

Calcular la seccin del conductor, de tal forma que cumpla con la cada de tensin

mxima de 1%.

Solucin:

100% 220

1%

Si voltios

x

oo

1% 2202.2

100%

voltiosx voltios

La placa calefactora es una resistencia pura, por lo tanto cos 1M

7, 20032.72 .

220

vatiosI A

voltios mp


Empleando la frmula (1.6) y reemplazando valores, se tiene

2

AD

2 0.01782 LI

A=U

mm

mU:

20 m

32.72 .2.2

.10.59

Amp

voltios

AmpA

voltios

: 2

210.59

mm

A mm

De la tabla 7, se obtiene el calibre comercial ms prximo por encima es 13.3 mm2

que corresponde a un calibre AWG No. 6:

9.1.2. Cuando el receptor es una carga inductiva + resistiva

Cuando la carga es (RL) se cumple la siguiente frmula

2 AD ABU R Icos M (1.10)

2 ADLIcos

UA

M (1.11)

2

AD

LIA

U

U (1.12)

Problema 7: Se desea alimentar un motor monofsico de 2,200 Vatios a 220

Voltios, con un factor de potencia de 0.6, la distancia entre la fuente y el motor es

de 120 metros. El conductor usado es de cobre y la cada de tensin mxima

permitida es de 5%. Hallar la cada de tensin y la seccin de conductor

Cos = 0.6


100% 220

5%

Si voltios

x

oo

5% 22011

100%

voltiosx voltios

Empleando la expresin (1.8), se tiene:

2, 200

16.67 .cos 220 0.6

P vatiosI AU voltiosM mp

Empleando la expresin (1.12) se tiene:

2 0.1782

AD

LIA

U

U:

2mm

m

120 m

16.67 Amp . 0.611 voltios

23.88A mm

De la tabla 7, se obtiene el calibre del conductor ms prximo a este resultado:

calibre No. 10 AWG, con rea de 5.25 mm2 (El calibre No. 12 AWG no cumple

porque est por debajo de este resultado con un rea de 3.31 mm2)

11. Empalmes

Los empalmes tienen mucha importancia en las instalaciones elctricas, debido a

que en gran parte determinan el buen funcionamiento, la calidad y presentacin de

una instalacin.

Un empalme mal realizado, puede dar origen a contacto deficiente que ocasiona

calentamiento entre los conductores y si la instalacin esta en mal estado o hay

gases en el ambiente puede ocasionar un incendio.


Por esta razn, usted como electricista deber conocer muy bien las diversas

clases de empalmes y la manera correcta de ejecutarlos.

Empalme: Es la unin entre conductores (alambres, cables) ya sea para prolongar

o derivar lneas.

10.1. Empalmes entre alambres

10.1.1. Unin Western:

Se usan para unir dos conductores de hasta 6 mm2, cuando se requiere prolongar

uno de ellos. Se practica en instalaciones a la vista y es particularmente resistente

a las acciones mecnicas. Los conductores se deben pelar en una longitud igual a

50 veces el dimetro

Figura 18: Unin Western24

10.1.2. Unin toma sencilla o derivacin en T:

24 Pirelli S.p.A. Manual de Instalaciones elctricas


Se emplea para conductores de hasta 6 mm2 cuando es necesario unir el extremo

de un conductor, llamado derivado, a un sitio intermedio de otro, llamado principal.

Es decir que se utiliza para suministrar energa elctrica a un circuito ramal desde

uno principal. Los conductores se deben pelar en una longitud igual a 50 y 10

veces su dimetro. Se practica en instalaciones al a vista.

Figura 19: Derivacin en T 25

10.1.3. Unin cola de rata:

Se realiza con dos o ms conductores y se utiliza para prolongar o derivar lneas

en las instalaciones elctricas. No soporta tensiones mecnicas, por eso se

efecta principalmente dentro de cajas metlicas en instalaciones en conductos.

Los conductores se deben pelar en una longitud igual a 20 veces su dimetro.

25 SENA- Formacin abierta y a distancia, electricidad bsica


10.1.4. Unin toma doble:

Este empalme es utilizado para derivar dos conductores de un mismo punto de

uno principal.

10.1.5. Unin toma anudada:

Se usa lo mismo que la unin toma sencilla, la deferencia esta en que la

derivacin es ms segura. Se la llama tambin toma de seguridad. Se utiliza

cuando es necesario que el empalme tenga una gran resistencia a la tensin

mecnica.


Figura 20: Derivacin en T anudada 26

10.1.6. Unin toma doblada:

Esta unin se utiliza cuando al final de una lnea necesitamos hacer una ltima

derivacin. Esta unin realiza un buen contacto elctrico y presenta buena

resistencia a la tensin mecnica. Tambin es muy utilizado cuando se desea unir

dos cables de diferente seccin, por ejemplo un alambre No. 8 A.W.G y otro No.

16 A.W.G. Donde el alambre grueso va doblado sobre el arrollamiento delgado.

Figura 21: Unin toma doblada 27


10.2. Empalmes entre cables

10.2.1. Unin para prolongacin de cables gruesos:

Para prologar cables gruesos se entrelazan los conductores. Cuando la

prolongacin se realiza en cables dplex se efectan dos uniones Western

separadas un espacio entre si.

Esta unin consiste en prolongar una lnea cuando no alcanza un solo cable a

cubrir una distancia entre dos puntos a conectar. Tiene la caracterstica de

soportar fuerte traccin mecnica y asegurar un buen contacto elctrico.

En las siguientes figuras se ilustran los pasos a seguir para la realizacin de esta

prolongacin, hasta llegar al empalme definitivo, como se muestra en la figura.

Cuando se debe efectuar un empalme con cables gruesos los pasos a seguir son:

Paso 1: Pelar las puntas en una

longitud igual a 20 veces su dimetro.

Luego se ata un alambre fino en la

longitud pelada de cada cable a una

distancia del aislante igual a10 o 15

veces el dimetro del cable. Luego se

abren y enderezan los alambres y se

corta el alambre central de cada uno

de los cables, junto a la atadura




Paso 2: Arrolle los alambres; quite la atadura de uno de los cables, enfrente los

cables entrecruzando los alambres abiertos y se arrolla en espiras en sentido

contrario al del cableado del conductor del que se quit la atadura.

Paso 3: A continuacin se quita la otra atadura y se enrollan los alambres del otro

lado, igual que en el paso anterior

Paso 4: Se afirman los arrollamientos son alicates y se rematan los extremos,

hasta que queden como en la figura siguiente, evitando que queden puntas que

puedan perjudicar el aislamiento con cinta

Figura 22: Prolongacin de cables gruesos pasos 1, 2 y 3 28

10.2.2. Unin para prolongacin de cables delgados:

La unin de estos alambres debe efectuarse en forma escalonada para evitar

cortocircuitos. Para derivar cable dplex se realizan dos empalmes toma sencilla,

separados uno del otro.



Figura 23: Prolongacin de cables delgados 29

10.2.3. Derivacin entre cables gruesos:

Se utiliza cuando se desea derivar un cable grueso de otro principal, los pasos se

describen a continuacin



Figura 24: Derivacin de cables gruesos 30

10.2.4. Derivacin entre cables delgados:

Este empalme se utiliza cuando una instalacin con cable duplex se desea derivar

una lnea. Primero se quita el aislante al conductor principal en forma escalonada,

una distancia igual a 15 dimetros. Luego se hace una derivacin, como ya se

explic, con el segundo conductor sobre cada parte del conductor desnudo, como

se muestra a continuacin.



Figura 25: Derivacin de cables delgados 31

10.3. Empalmes entre cables y alambres

10.3.1 Derivacin cable alambre (Unin toma enrollada):

Para efectuar la conexin entre dos conductores gruesos, un alambre y un cable,

se juntan los dos conductores y luego se enrollan con un conductor ms delgado.

Cuando se requiere realizar una conexin final entre un cable y un alambre se

enrolla el cable sobre el alambre y luego se dobla este sobre el arrollamiento. Este



empalme se efecta de este modo, debido a la dificultad que presenta el alambre

a ser enrollado sobre el cable debido a su grosor.

10.3.2. Unin sujetadora:

Se utiliza para la unin final entre dos conductores, por ejemplo, un cordn y un

alambre slido, o un duplex y un alambre; o tambin cuando los conductores son

dos alambres y sus secciones transversales son diferentes.

Figura 26: Unin sujetadora 32

10.4. Conectores:

Son dispositivos mecnicos que evitan las soldaduras, son de varios tipos, a

continuacin se describes los ms utilizados en instalaciones elctricas:

10.4.1. Conector tipo Wirenut:

Se hace una cola de rata y se introduce dentro del conector, el cual tiene una

rosca cnica, que al darle vueltas sobre los conductores, hace que se aprieten 32 SENA- Formacin abierta y a distancia, electricidad bsica


firmemente. Se aplica especialmente a conductores rgidos. Como se muestra en

la figura siguiente. Este tipo de conector se fabrica de baquelita o cermica, por

esta razn tiene la ventaja de no requerir cinta aislante.

Figura 27: Conector tipo Wirenut33

10.4.2. Anillo de compresin:

Similar al anterior, pero en este caso el conjunto de anillo y conductores se

remacha, dando lugar a una conexin firme. No soporta tensiones mecnicas.

Este conector requiere herramienta especial para efectuar el ponchado o

remache.



Figura 28: Anillo de compresin 34

10.4.3. Conectores de prolongacin:

Como su nombre lo indica, prolongan las lneas elctricas, y estn formados por

un cuerpo de baquelita o porcelana dentro del cual se alojan los contactos y

tornillos que pueden ser de bronce o cobre.

Figura 29: Conector de prolongacin 35

10.4.4. Conectores de derivacin:

34 Pirelli S.p.A. Manual de Instalaciones elctricas 35 Pirelli S.p.A. Manual de Instalaciones elctricas


Como el de la figura siguiente, se emplean en instalaciones a la vista con

prensahilos. Tambin se conocen como conector de tornillo partido

Figura 30: Conector de derivacin, o de tornillo partido 36

10.4.5. Terminales:

Pueden ser soldados o no soldados, algunos de los no soldados ms utilizados

son:

10.4.5.1. Terminales a presin:

Generalmente se denominan orejas (lugs), proporcionan un mtodo rpido y

satisfactorio para hacer uniones en aquellos casos que no se existan esfuerzos

mecnicos.



Figura 31: Terminal de presin 37

10.4.5.2. Terminales de sujecin por tornillo:

Pueden ser sencillos o dobles, segn acepten uno o dos conductores

Figura 31: Terminal de sujecin 38

La abrazadera del centro de la figura anterior, es un caso particular de los

terminales no soldables, se utiliza para hacer conexiones a tierra, las mordazas se

disean para mantener el contacto y el alineamiento entre el alambre y la varilla de

tierra.

El conector de la derecha de la figura anterior, es una versin dual, que se utiliza

para hacer conexin entre conductores de aluminio y cobre.

11. Estaado de empalmes:

Los alambres de cobre pueden estar estaados para evitar la oxidacin y facilitar

la soldadura.

El objeto de la soldadura es unir piezas metlicas. Consiste en calentar hasta la

fusin los bordes a travs de los cuales han de unirse las piezas, despus de que

37 Pirelli S.p.A. Manual de Instalaciones elctricas 38 Pirelli S.p.A. Manual de Instalaciones elctricas


se solidifiquen juntos, de tal manera que el conjunto as formado puede ser

considerado como una sola pieza.

Cuando no se calientan los conductores suficientemente los metales no se funden.

11.1. Soldadura blanda:

En la cual se emplea como material de aportacin varillas de aleacin de Plomo y

Estao en distintas proporciones, a esta soldadura se le conoce como soldadura

de Estao.

Figura 32: Soldadura de estao, tipo carrete y barra 39

La soldadura usada para estaar o soldar conductores o empalmes, consiste en

una aleacin de plomo y estao que contiene hasta un 80% de estao. Estas

aleaciones se presentan en forma de barras de 35 centmetros de largo o de

alambres con ncleo de resina llamada soldadura tubular.



Los carretes tienen indicada los porcentajes de estao que contiene la aleacin.

Por dicho porcentaje se les denomina comercialmente. Solamente debe

emplearse soldaduras con un 40% de estao como mnimo.

El estao con ncleo de resina contiene interiormente el fundente o desoxidante.

TABLA 10: APLICACIN DE SOLDADURA

PORCENTAJE

DE

ESTAO

PORCENTAJE

DE

PLOMO

TEMPERATURA DE

FUSIN APLICACIN

ESTAO PLOMO ALEACIN

33 % 67 % 250 C SOLDADURAS EN CABLES,

TERMINALES Y MANGUITOS

50 % 50 % 215 C SOLDADURA EN ALAMBRES Y

TERMINALES PEQUEOS

11.2. Condiciones de aplicacin

Para tener una buena soldadura los elementos a soldar deben estar limpios.

De evitarse todo indicio de suciedad, polvo, xidos, etc. Que debern eliminarse

mediante un ligero raspado con ayuda del cuchillo de electricista.

Una vez limpia la parte a soldar se aplica un desoxidante o fundente que se

encarga de disolver el oxido que siempre hay sobre el metal y hace que la

soldadura corra y sea un metal fcilmente.

La adherencia del estao sobre el material a soldar no es posible sin el empleo del

desoxidante fundente. Para el estaado en cobre, latn, bronce y hojalata el

desoxidante puede ser la resina comn llamada tambin pasta.


11.3. El desoxidante ms utilizado es la resina

Figura 33: Desoxidante tipo resina, para soldadura de estao 40

Se debe utilizar pasta que no contengan xidos y sales corrosivos, pues

debilitaran los conductores.

La sal de amonaco se usa para limpiar la punta del cobre de los soldadores.

Aplicado el fundente sobre el empalme se calienta la unin con la ayuda del

soldador debiendo estar este estaado y caliente, caso contrario la soldadura se

fundir muy lentamente y se har pastosa en lugar de correr fcilmente,

obtenindose un trabajo defectuoso.

Se aplica soldadura en pequea cantidad y se deja correr sobre la parte superior

dejndola fluir.

Despus se separara rpidamente el soldador y se pasa un trozo de tela

suavemente por la superficie soldada con la cual eliminan las pequeas gotas de

soldadura sobrantes y que la pasta desoxidante.



11.4 Dispositivos de calentamiento (cautines):

Para elevar la temperatura del conjunto a soldar y fundir el material de aportacin

se emplean corrientemente algunos dispositivos llamados comnmente

soldadores.

Los soldadores son herramientas que se usan para efectuar soldaduras con

estao en conductores elctricos de cobre.

La cabeza de cobre del soldador debe calentarse un poco ms del punto de

fusin del estao (232 oC). No es conveniente que el soldador este demasiado

caliente o con calor insuficiente ya que en el primer caso la fusin del metal se

realiza demasiado rpido mientras que en el segundo es deficiente y se mezcla

con dificultad en los hilos del cable.

11.5 Cautines:

Segn el mtodo de calentamiento se clasifican en:

j Cautn de llama o pea j Soldador elctrico j Pistola elctrica de soldar j Soldador e crisol o caldero

11.5.1. Cautn de llama:

El Cautn de llama esta compuesto de una pieza de cobre generalmente en forma

de cua, debido a su forma tambin se le llama de pea, va fijado a una varilla de

hierro con un mango aislante del calor.


La pieza de cobre puede tener tambin la forma cilndrica

Figura 34: Cautn de llama o de pea 41

Las paredes de un Cautn de llama o pea son:

j La punta de cobre j El cuerpo de hierro u otro metal j El mango aislante del calor

El calentamiento de un Cautn de llama se realiza por medio de un soplete a

gasolina. Directamente en la fragua, en un soplete de combustible gaseoso u otro

procedimiento.



Figura 35Soplete a gasolina 42

11.5.2 Soldador elctrico:

Consta de un cuerpo metlico donde se aloja una resistencia cilndrica hueca

cubierta de material refractario en cuyo interior queda aprisionada una punta de

cobre que se calienta por efecto de la resistencia y hace fundir la soldadura del

estao.

La resistencia esta alimentada elctricamente por dos conductores que pasan por

el interior del cuerpo metlico o tubo que sirve de unin entre el cuerpo y un

mango de madera u otro material aislante de calor, para empuarse sin dificultad.

Del mango sale un cordn flexible para la conexin elctrica al toma corriente.

La siguiente figura muestra un tipo de soldador elctrico muy comn.



Figura 36: Soldador elctrico tipo resistencia elctrica 43

Las puntas de cobre pueden tener diversas formas, como se muestra en la figura.

Figura 37: Puntas de cobre para soldador elctrico 44

A medida que aumenta el tamao de la pieza a soldar, hay que usar cautines ms

grandes o sea de mayor potencia. En electricidad son muy utilizados los cautines

de 100W, 350W y 500 Watios.

Los soldadores modernos tienen un interruptor trmico que conecta

automticamente la resistencia cuando el calor sea el adecuado.

43 SENA- Formacin abierta y a distancia, electricidad bsica 44 SENA- Formacin abierta y a distancia, electricidad bsica


11.5.3. Pistola de soldar

Tambin llamada soldador de calentamiento instantneo, emplea para su

funcionamiento un transformador, el cual eleva a un calor considerable la

corriente que, por este efecto se calienta la punta de cobre.

Este tipo de soldador solo se pone en funcionamiento cuando ha de efectuarse la

soldadura, por lo que, para evitar enchufar y desenchufar posee un interruptor

pulsador en forma de gatillo (vea la figura siguiente). Las ventajas sobre el

soldador elctrico es que tiene un calentamiento rpido y no consume energa

entre una soldadura y otra, ya que en el soldador elctrico convencionalmente es

muy molesto el conectar y desconectar continuamente. Un inconveniente del

soldador de pistola es un excesivo peso que le hace muy poco maniobrable. Las

potencias normales de la pistola son de 80 W, 100 W, 150 W y 300 W.

Figura 38: Soldador elctrico tipo transformador, o pistola de soldar 45



Las partes del soldador en pistola son:

j La punta j El cuerpo donde se aloja el transformador j El interruptor del gatillo j El mango j El cordn de alimentacin

11.5.4. Soldador de crisol o caldero

Consta de un crisol metlico fabricado generalmente de un trozo de tubo

galvanizado al que se le ha taponado un extremo. Este crisol va articulado a una

pieza metlica de tal forma que quede basculante y en el otro extremo la pieza

lleva un mango de madera u otro material manipulado.

En su interior se echan trozos de estao, se calienta el crisol con ayuda de una

llama que puede ser de un soplete, fragua, estufa, etc., y cuando el estao esta

liquido se sumerge en este la unin.

Figura 39: Soldad de crisol o caldero 46



11.5.5. Cables para media y alta tensin

Conductor para tensiones entre 5 kilovoltios y 69 kilovoltios

Partes fundamentales de un conductor de media tensin

j Conductor j Pantalla del conductor j Aislamiento j Pantalla semiconductora j Pantalla metlica j Cubierta exterior

En el interior de un cable de media y alta tensin existen grandes esfuerzos

elctricos provocados por los intensos campos elctricos.

Lneas equipotenciales son puntos en los cuales se tiene el mismo potencial

elctrico. Donde existe mayor concentracin de lneas de fuerza hay mayor

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