TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

Ingeniería industrial

Propiedades de los materiales

Grupo B

“Investigación de los materiales

utilizados en la industria eléctrica”

EQUIPO 1

Integrantes:

o Andrade Campillo Rodolfo

o Barrón Landeros María Fernanda

o Botello Pérez Pedro Emmanuel

o Aguilar Alemán Karla Estefanía

o Acevedo Martínez Daniela

Profesor: Guerrero Navarrete Ángel

Fecha de entrega: 20 de noviembre de 2019

Introducción

¿Qué son los materiales? Son sustancias de las cuales están hechas o

compuestas las cosas. Los materiales de ingeniería son los materiales utilizados

para construir nuestro mundo material: edificios, puentes, instalaciones para

comunicaciones, dispositivos, sistemas de electricidad, fábricas, mobiliario,

máquinas, cañerías, herramientas, etc. Los materiales han sido fundamentales

para el crecimiento, prosperidad, seguridad y calidad de vida de los seres

humanos. A través de la historia, el desarrollo de las civilizaciones humanas ha

estado fuertemente ligado al de los materiales que fueron producidos y usados por

la sociedad; a tal punto, que en la actualidad los niveles de civilización han sido

llamados de acuerdo a los materiales utilizados en ese momento (edad de piedra,

edad de cobre, edad de hierro, etc.). Científicos e ingenieros han logrado la

capacidad de adaptar los materiales a escala atómica hasta obtener las

propiedades deseadas (paradigma bootom-up). Estamos en presencia de una

nueva era, la de los materiales a medida (o diseñados); se ha utilizado este

término para describir los cambios revolucionarios en los materiales utilizados en

la ciencia y en la ingeniería, y el impacto en nuestra sociedad.

Como antecedentes mencionaremos en México como se desarrollaba la industria

eléctrica ya que en 1960 en México apenas 44% tenía acceso a energía eléctrica.

El resto del país vivía en la penumbra, en medio de velas y quinqués de petróleo.

El 27 de septiembre de 2019 se cumplieron 59 años de la nacionalización de la

industria eléctrica en México. Hecho histórico que, junto con la expropiación

petrolera, transformó radicalmente la economía y la sociedad mexicana.

Para darnos una idea de la trascendencia de la nacionalización-mexicanización

emprendida por el gobierno de Adolfo López Mateos, conviene recordar que en

1960 apenas el 44% de los mexicanos tenían acceso a la electricidad. El resto del

país vivía en la penumbra, en medio de velas y quinqués de petróleo.

Las empresas eléctricas privadas

A las grandes empresas eléctricas extranjeras, la Mexican Light and Power

Company de origen canadiense y capital multinacional y la American and Foreing

Power filial de la Electric Bond and Share no les interesaba el desarrollo industrial,

comercial y agrícola del país. Sus inversiones buscaron siempre la ganancia fácil y

rápida.

Durante más de 55 años fueron las más importantes en México, imponiendo

elevados y arbitrarios precios a la electricidad; afectando lo mismo a la incipiente

industria nacional, a los servicios y al comercio, pero fundamentalmente a los

consumidores domésticos.

En más de una ocasión recurrieron a las presiones diplomáticas de sus

respectivos gobiernos para imponer su política tarifaria.

Para subsanar en parte esta situación el gobierno del

Presidente Lázaro Cárdenas creó la Comisión

Federal de Electricidad el 14 de agosto de 1937, con

el objeto de organizar y dirigir un sistema nacional de

generación, transmisión y distribución de energía

eléctrica, basado en principios técnicos y económicos,

sin propósitos de lucro y con la finalidad de obtener

con un costo mínimo, el mayor rendimiento posible en

beneficio de los intereses generales, tal y como se

leía en su decreto de creación.

De ello se aprovecharon los monopolios eléctricos extranjeros, a los cuales les

resultaba más rentable comprarle la energía eléctrica a la CFE, que invertir en la

construcción de nuevas plantas de generación.

De tal manera que en los albores de la nacionalización la CFE aportaba ya el 54%

de los 2,308 MW de la capacidad instalada a nivel nacional, la Mexican Light el

25%, la American and Foreign el 12%, y el resto de pequeñas compañías

eléctricas el 9%.

Desde otro ángulo, de 1949 a 1960 la relación entre el precio de compra a la CFE

y el precio al que vendían las empresas eléctricas extranjeras llegó a ser de 4 a 1,

lo cual explica sus enormes ganancias y el poco interés por invertir en la

generación. Por ejemplo, la Mexlight le compraba a la CFE el KWH a 0.40

centavos canadienses y revendía el KWH a 1.626 dólares canadienses. El negocio

era redondo.

Como consecuencia de esa expoliadora política, típica de la inversión extranjera

directa en países subdesarrollados, la protesta social en contra de las empresas

eléctricas extranjeras fue creciendo en las décadas previas de la nacionalización;

lo mismo en el sector empresarial, pero fundamentalmente entre millones de

consumidores domésticos organizados en las llamadas Ligas de Consumidores

Domésticos quienes desde la década de los años cuarenta demandaban la

nacionalización de la industria eléctrica.

La nacionalización – mexicanización de las empresas eléctricas extranjeras no fue

entonces una llamarada populista, como hoy se califica a quienes proponemos la

renacionalización del petróleo y la electricidad en México, sino una necesidad del

desarrollo capitalista y un reclamo popular.

Ese 27 de septiembre y en los días previos y posteriores, los periódicos

nacionales engalanaban sus primeras planas con grandes titulares festejando el

hecho histórico. “Gran júbilo popular al recibir el gobierno la compañía de luz”,

“Electricidad mexicanizada por y para

el pueblo”, “Plena conciencia popular

sobre la electricidad nacionalizada”,

“La industria eléctrica meta

revolucionaria del pueblo”, se leían lo

mismo en El Universal, El Nacional y

en otros periódicos.

Cabe destacar que salvo el PAN que explícitamente rechazó la nacionalización de

la industria eléctrica, hasta las agrupaciones empresariales expresaron su

beneplácito, contrastando con su desbordado apoyo actual a la privatización

energética consumada por Peña Nieto.

Objetivos:

El objetivo de esta investigación es enfatizar los diferentes materiales que utilizan

las diferentes industrias ya sea para crear y formar componentes necesarios para

la creación de algún producto del ámbito eléctrico.

Al igual que debemos de comprender y localizar las diferentes distribuciones que

tiene el sector de industria eléctrica para generar lo que vienen siendo la

electricidad y así por parte de distintas empresas muestra lo que es un énfasis a

los materiales que se deben utilizar dentro de la industria eléctrica.

También como objetivo primordial se debe reconocer las distintas propiedades que

efectúan cada uno de los tipos de materiales que se necesiten y sean de suma

importancia para el distinguido sector de electricidad y así por medio de los

distintos tipos de áreas que se genere alrededor de la empresa reconocida en

México que sería CFE (Comisión Federal de Electricidad).

Reconocer el uso y la aplicación de cada uno de los factores que se utilizan dentro

de la industria son primordialmente importante el conocimiento para identificar qué

tipo de material y a base de sus propiedades que posee el material así guiarse de

lo que debería ser su componente.

Desarrollo

Los materiales eléctricos son un conjunto de elementos utilizados en la

distribución, transformación, almacenamiento y producción de energía eléctrica. La

resistencia eléctrica es la oposición que presenta un material a la circulación de la

corriente eléctrica a través de él.

Los materiales que tienen poca resistencia eléctrica son llamados conductores y

los que presentan alta resistencia eléctrica son llamados aislantes, como la goma,

el vidrio o la madera seca etc.

Las propiedades eléctricas de un material describen su comportamiento eléctrico -

que en muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico- y

describen también su comportamiento dieléctrico, que es propio de los materiales

que impiden el flujo de corriente eléctrica y no solo aquellos que proporcionan

aislamiento. Los electrones son aquellos que portan la carga eléctrica (por

deficiencia o exceso de los mismos) e intervienen en todo tipo de material sea este

conductor, semiconductor o aislante. En los compuestos iónicos, sin embargo, son

los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. Adicional a esto la

facilidad de los portadores (electrones o iones) depende de los enlaces atómicos,

las dislocaciones a nivel cristalino, es decir, de su micro-estructura, y de las

velocidades de difusión (compuestos iónicos). Para esto es necesario antes

especificar que el comportamiento eléctrico de cualquier material, el cual se deriva

a partir de propiedades como la conductividad eléctrica. Por eso la conductividad

eléctrica abarca un gran rango dependiente del tipo de material. Los electrones

son precisamente los portadores de la carga en los materiales conductores (como

los metales), semiconductores y muchos aislantes, por ello al observar la tabla

siguiente podemos observar que dependiendo de su tipo y

estructura electrónica la conductividad es alta o baja.

Existe gran variedad de materiales eléctricos utilizados en mecanismos como

contactos, apagadores, fusibles, enchufes, cables, focos, interruptores, cintas

aislantes, bobinas, pilas voltáicas, baterías, medidores, lámparas, extensiones,

multicontactos, portalámparas, terminales, convertidores, conectores, swithches,

tomacorrientes, clavijas, transformadores, entre otros.

Los materiales eléctricos se utilizan por ejemplo para convertir corriente continua a

directa y viceversa; transportar la energía eléctrica de un lado a otro con el fin de

obtener movimiento mecánico, iluminación y calor; crear una reserva de

electricidad como en una batería

y para producir electricidad como

los generadores

electromecánicos. También son

utilizados para aislar la

electricidad que pasa por un

conducto.

Se utilizan en toda instalación que requiere suministro de energía eléctrica como

en la industria de la construcción, de la generación de energía eléctrica como las

termoeléctricas y en la industria manufacturera en general.

Metales como el cobre, la plata y el bronce; y plásticos como el PVC (policloruro

de vinilo).

Clasificación de los materiales eléctricos

Materiales se pueden clasificar en tres grandes tipos según su comportamiento

eléctrico aislantes semiconductores y conductores

Conductores

Son los materiales que puestos en contacto

con un cuerpo cargado de electricidad

transmiten está a todos los puntos de su

superficie los mejores conductores

eléctricos son los metales y sus aleaciones

Los mejores conductores son:

El cobre

Sus propiedades físicas son: En su estado ordinario es sólido su densidad es de

89602 k/M3 su punto de fusión es de 1357,77 k su punto de ebullición es de 3000

k su conductividad eléctrica es de 58.108 x 106 s/m su conductividad térmica es

de 4000 w/(K•m)

Sus propiedades mecánicas son: Tanto el

cobre como sus aleaciones tienen una

buena maquinabilidad es decir son fáciles

de mecanizar el cobre posee muy buena

ductibilidad y maleabilidad lo que permite

conducir láminas e hilos muy delgados y

finos índice de dureza 3 en la escala de mohs 50 en la escala de vickers y su

resistencia a la tracción es de 210 Mapa con un límite elástico de 33,3

Los átomos del cobre cuyo símbolo es q es el elemento químico de número

atómico 29 se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico se

caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad

Ejemplos y usos: Cobre metálico se utiliza tanto como un gran nivel de pureza

cercano al 100% como aliado con otros elementos el cobre puro se emplea

principalmente en la fabricación de cables eléctricos

Electricidad y telecomunicaciones cable eléctrico de cobre el cobre es un metal no

precioso con mejor conductividad eléctrica esto unido a su ductilidad y resistencia

mecánica no han convertido en el material más empleado para fabricar cables

eléctricos tanto de uso Industrial como residencial asimismo se emplean

conductores de cobre en numerosos equipos electrónicos como generadores

motores y transformadores

Los medios de transporte el cobre se emplean

varios componentes de coches y camiones

principalmente los radiadores gracias a su alta

conductividad térmica y resistencia a la corrosión frenos y cojinetes además

naturalmente de los cables y motores eléctricos.

Con excepción de los metales preciosos, el cobre es el mejor conductor de

electricidad y calor. No es de extrañar, entonces, que alrededor de 60% del

consumo total de cobre sea para estas aplicaciones.

El cobre se utiliza en las redes de alta, media y baja tensión, además, es

considerado como el metal estándar con el cual se miden los otros conductores.

La combinación única de resistencia, ductilidad y resistencia a la deformación y la

corrosión establece que este metal no ferroso sea preferido y más seguro para el

cableado en edificios.

También es esencial en motores y

transformadores eficientes y se utiliza en

una variedad de aplicaciones en las

industrias de fabricación, todas las formas

de transporte y en el hogar.

La conductividad del cobre es casi del doble que de la del aluminio, lo que hace

que el cobre sea el material preferido para aplicaciones de alta eficiencia

energética. El alambre de cobre ha sido el material conductor consentido en la

mayoría de los cables utilizados para la energía eléctrica y en telecomunicaciones.

Por tener una alta conductividad, combinada con ductilidad, fácilmente se puede

soldar en uniones económicas y duraderas. Es compatible con todos los

materiales aislantes modernos, pero su buena resistencia a la oxidación significa

que también se puede utilizar sin ningún

tipo de protección de la superficie.

Barras de conexión

Las barras de conexión son conductores

resistentes que funcionan como colectores

para la distribución de energía eléctrica, a partir de una única fuente a múltiples

usuarios. Debido a su buena conductividad, resistencia, conectividad, ductilidad y

resistencia a la oxidación, el cobre es el material especificado para la fabricación

de barras de conexión.

Equipos electrónicos

Aunque este sector es relativamente pequeño en términos de tonelaje, el cobre

juega un papel vital en una serie de pequeñas aplicaciones de alta tecnología. Las

aleaciones de cobre se utilizan en los circuitos impresos y conectores electrónicos.

Se ha utilizado en las telecomunicaciones, y se emplea cada vez más en las

tecnologías de la información, principalmente para la fabricación de microchips y

aplicaciones de semiconductores. Además, los disipadores de calor de cobre

permiten la dispersión del calor de los microprocesadores de alta frecuencia y

dispositivos lógicos.

Puesta a tierra

Los sistemas de puesta a tierra son vitales para la seguridad y la funcionalidad de

las instalaciones eléctricas. Proporciona un camino seguro a las corrientes de fuga

para que puedan funcionar los sistemas de

protección. Establece un camino seguro,

cuando cae un rayo, mientras contiene el

aumento de tensión dentro de un valor

seguro. Asimismo, proporciona una superficie

equipotencial en la que los equipos

electrónicos puedan operar sin interferencias.

Calidad de energía

Problemas de calidad de energía conducen a la inactividad no planificada, el

desperdicio de recursos y los altos costos de la energía, pero pueden ser

fácilmente detectados con anterioridad por la medición y el monitoreo, y se

resuelven mediante la aplicación de técnicas de mitigación adecuadas. Lo mejor

de todo es que los efectos se pueden evitar a través de buenas prácticas de

diseño de proyecto y en la elección del equipo adecuado.

Otros usos en ingeniería eléctrica

El cobre también se utiliza para la fabricación de conmutadores, electrodos de

soldadura, contactos, resortes de contacto y otros dispositivos electrónicos.

El hierro

Este es un metal maleable de color gris plateado y presenta propiedades

magnéticas es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica es

extremadamente duro y denso

Las propiedades del hierro: Las propiedades físicas en estado ordinario es sólido

su densidad es de 7874 kg/M3 su punto de fusión es de 1808 k el punto de

ebullición es de 3023 k estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo calor

específico de 440 J/(K•kg) la conductividad eléctrica es de 9,93•106 S/m la

conductividad térmica es de 80,2 W//(K•m)

El átomo del hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el

grupo 8 período 4 de la tabla periódica de los elementos su símbolo es p y tiene

una masa atómica de 56 ,6.

Ejemplos y usos: El hierro puro no tiene demasiadas aplicaciones salvo

excepciones para utilizar su potencial magnético el hierro tiene su gran aplicación

para formar los productos siderurgicos utilizados este como elemento matriz para

alojar otros elementos aleantes tanto

metálicos como no metálicos que

confieren distintas propiedades al

material se considera de una aleación

del hierro es aceros Y contiene menos

de 2.1% de carbono si el porcentaje

mayor precio nombre de fundición del acero es indispensable debido a su bajo

precio y tenacidad especialmente en automóviles barcos y componentes

estructurales de edificios

El aluminio

Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se

encuentran presentes en la mayoría de las rocas de la vegetación y de los

animales Es buen conductor de la electricidad y del calor se mecaniza con

facilidad y es muy barato

Sus propiedades físicas en estado ordinario es sólido su densidad es de 2698.4 k

su punto de fusión es de 933 puntos 47 su punto de ebullición es de 2792 k su

estructura cristalina es cúbica centrada en las caras tu calor específico es de 900

J/(K•m) conductividad eléctrica es de 37.7 x 106 S/m su conductividad térmica es

de 237 W/(K•m)

El átomo es un elemento químico de símbolo al y número atómico 13 se trata de

un metal no ferromagnético

Ejemplos y usos: la utilización Industrial por sus propiedades eléctricas es un buen

conductor capaz de competir en costes y prestaciones con el cobre tradicional

dado que al igual longitud y masa el conductor de

aluminio tiene poco menos conductividad resulta

un componente útil para utilidades donde el

exceso de peso es importante

El aluminio es como un almacén de energía (15

kWh/Kg), por ello tiene un gran valor que no

puede desperdiciarse y su reciclado se traduce en

recuperación de energía. Las propiedades que

hacen del aluminio un metal tan provechoso son: su ligereza (sobre un tercio del

peso del cobre y el acero), resistencia a la corrosión (característica muy útil para

aquellos productos que requieren de protección y conservación), resistencia, es un

buen conductor de electricidad y calor, no es magnético, no es tóxico y es muy

dúctil.

Solamente presenta un 63 % de la conductividad eléctrica del cobre para alambres

de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de

conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue

siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la

transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia y actualmente se usan

conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más. Por

otra parte el aluminio también está presente en las antenas para televisores y

satélites.

Semiconductores

Es un elemento que se comporta como un

conductor o como un aislante dependiendo de

diversos factores Como por ejemplo el campo

eléctrico o magnético la presión la radiación

que le dice a la temperatura del ambiente en el

que se encuentre

Semiconductores intrínsecos

Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraedrica similar a la

del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos cuando el cristal se

encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía

necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco

en la banda de valencia las energías requeridas a temperatura ambiente y son de

1.12 eV y 0.67 eV para el silicio y el germanio específicamente

Semiconductores extrínsecos

Si un semiconductor Inc intrínseco como en la anterior se le añade un pequeño

porcentaje de impurezas es decir elementos trivalentes o pentavalentes el

semiconductor se denomina extrínseco y se dice que está dopado

Semiconductores tipo n

Cuando señala el material dopante aporta sus electrones más débilmente

vinculados a los átomos del semiconductor este tipo de agente dopante es

también conocido como material dopante Ya que en algunos de sus electrones

Semiconductor tipo p

Cuando señala el material dopante libera los electrones más débilmente

vinculados de los átomos del semiconductor esta gente dopante es también

conocido como material aceptado y los átomos del semiconductor que han perdido

un electrón son conocidos Como huecos

Aislantes

Un aislante eléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la

electricidad utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito

y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas

eléctricos que de tocarse accidentalmente se encuentran en tensión pueden

producir una descarga.

En los aislantes la capacidad para transportar energía es prácticamente nula.

Entre los aislantes tenemos al Fósforo, Azufre y Cloro estos elementos se

caracterizan por tener átomos con cinco o más electrones de valencia ligados

fuertemente.

Los materiales aislantes no conducen la corriente eléctrica debido a que los

electrones de valencia están fuertemente ligados a los átomos por esta razón

existen muy pocos electrones libres dentro de un aislante.

La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que

presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los

conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad.

De acuerdo con la teoría moderna de la

materia (comprobada por resultados

experimentales), los átomos de la

materia están constituidos por

un núcleo cargado positiva-mente,

alrededor del cual giran a gran

velocidad cargas eléctricas negativas.

Estas cargas negativas, los electrones,

son indivisibles e idénticas para toda la

materia.

En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden

pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial

(o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.

Asbesto

Este es también llamado amianto es un grupo de

minerales metamorficos fibrosos están compuestos

de silicatos de cadena doble los minerales de

asbesto tienen fibras largas y resistentes que se

pueden separar y son suficientemente flexibles

como para ser entrelazadas y también resisten altas

temperaturas

Hoy en día nuestra tecnología es mucho más avanzada a comparación de la

tecnología de hace 50 años y es en esta época en la debemos aprovechar al

máximo todos nuestros conocimientos y experiencias, de eso se trata la

tecnología aplicarla a un cierto material mediante procesos claros, exactos y

lógicos siguiendo las normas técnicas para poder obtener un buen resultado.

Conclusión

Como conclusión, nos damos cuenta que los materiales en la industria eléctrica

son de suma importancia.

El sector eléctrico es muy importante y tiene un fuerte impacto en la competitividad

del país. La reforma al sector eléctrico mexicano abre oportunidades para que el

estado y la iniciativa privada colaboren entre ellos.

La reestructura del sector eléctrico estimula la inversión en el desarrollo de la

infraestructura de gasoductos, la modernización del parque de generación, dando

prioridad a las energías limpias y la expansión de las redes eléctricas.

Las propiedades eléctricas de los materiales son las que determinan el

comportamiento de un determinado material al pasar por él la corriente eléctrica.

En líneas generales, la Conductividad es la propiedad que tienen los materiales

para transmitir la corriente eléctrica, y la Resistividad es la resistencia que ofrecen

al paso de dicha corriente.

La resistencia eléctrica de cada material depende de la presencia de e- móviles en

los átomos y del grado de movilidad de los mismos, entre otros factores. Esta

propiedad, la Resistividad específica de cada material, se define como la

resistencia que ofrece al paso de la corriente un elemento de 1m de longitud y de

1m² de sección del material.

Los metales son buenos conductores eléctricos en general, ya que su estructura

interna es ordenada y los electrones no se encuentran sujetos a un átomo

determinado. Sin embargo la madera o los materiales cerámicos, por ejemplo, son

malos conductores eléctricos, es decir, tienen altas resistividades. Esto es debido

a que los electrones de sus átomos no tienen apenas movilidad.

Las propiedades eléctricas de un material condicionan en muchos casos su

destino.

Referencias

• https://www.cosmos.com.mx/wiki/materiales-electricos-b7p8.html

• http://www.almexa.com.mx/aplicaciones-del-aluminio/electricidad/

• http://www1.frm.utn.edu.ar/tecnologiae/apuntes/materiales_electricos.pdf

• http://electricidad901.blogspot.com/

• http://programacasasegura.org/mx/cobre-metal-esencial-para-la-

electricidad/