Conductores Eléctricos: Tipos y Características Principales Los conductores eléctricos o materiales conductores son aquellos que tienen poca resistencia a la circulación de la corriente eléctrica, dadas sus propiedades específicas. La estructura atómica de los conductores eléctricos facilita el movimiento de los electrones a través de estos, con lo cual este tipo de elementos favorece la transmisión de electricidad. Los conductores pueden presentarse de diversas formas, una de estas es el material en condiciones físicas específicas, como barras de metal (cabillas) que no hayan sido elaboradas para formar parte de circuitos eléctricos. A pesar de no formar parte de un montaje eléctrico, estos materiales siempre mantienen sus propiedades de conducción.
material metálico, recubierto de una superficie aislante. Además, dependiendo de la configuración del circuito, pueden diferenciarse los conductores para aplicaciones residenciales (delgados) o cables para tomas subterráneas en sistemas de distribución eléctrica (gruesos). A efectos del presente artículo, nos enfocaremos en las características de los materiales conductores en estado puro; además, conoceremos cuáles son los materiales conductores más empleados en la actualidad y por qué. Características Los conductores eléctricos se caracterizan por no ofrecer mucha resistencia al paso de la corriente eléctrica a través de estos, lo cual solo es posible gracias a sus propiedades eléctricas y físicas, que garantizan que la circulación de electricidad por el conductor no induzca la deformación o destrucción del material en cuestión. Características eléctricas Las principales características eléctricas de los conductores eléctricos son las siguientes:
También existen los conductores eléctricos unipolares o multipolares, los cuales son empleados formalmente como elementos conectores de circuitos eléctricos en ámbitos residenciales e industriales. Este tipo de conductor puede estar conformado en su interior por hilos de cobre u otro tipo de
Conductividad buena Los conductores eléctricos deben tener una conductividad eléctrica buena para cumplir con su función de transporte de energía eléctrica.
vez, estos electrones están desprendidos del núcleo del átomo. La configuración descrita implica que no se requiere de una gran cantidad de energía para que los electrones se trasladen de un átomo al otro, facilitando el movimiento de electrones a través del conductor.
La Comisión Electrotécnica Internacional determinó a mediados de 1913 que la conductividad eléctrica del cobre en estado puro podía servir de referencia para medir y comparar la conductividad de otros materiales conductores. Así, se estableció el Estándar Internacional del Cobre Recocido (International Annealed Copper Standard, IACS por sus siglas en inglés). La referencia adoptada fue la conductividad de un hilo de cobre recocido de un metro de longitud, y un gramo de masa a 20 °C, cuyo valor es igual a 5,80 x 107 S.m-1. Este valor se conoce como conductividad eléctrica 100 % IACS, y es el punto de referencia para medir la conductividad de los materiales conductores. Un material conductor es considerado como tal si posee más de 40 % IACS. Los materiales que tengan una conductividad superior a 100 % IACS son considerados materiales de alta conductividad. Estructura atómica permite el paso de la corriente La estructura atómica posibilita el paso de la corriente eléctrica, ya que los átomos poseen pocos electrones en su capa de valencia y, a su
Este tipo de electrones se denomina electrones libres. Su disposición y libertad de movimiento a lo largo de la estructura atómica es lo que hace propicia la circulación de la electricidad a través del conductor. Núcleos unidos La estructura molecular de los conductores está conformada por una red de núcleos muy unida, la cual se mantiene prácticamente inmóvil debido a su cohesión. Esto hace propicio el movimiento de los electrones que se encuentran alejados dentro de la molécula, ya que estos se movilizan libremente y reaccionan ante la cercanía de un campo eléctrico.
Dicha reacción induce el movimiento de los electrones en una dirección específica, con lo cual se da pie a la circulación de corriente eléctrica pasando por el material conductor.
Equilibrio electróstatico Al estar sometidos a una carga particular, los materiales conductores alcanzan eventualmente un estado de equilibrio electrostático en el que no se produce el movimiento de cargas en el interior del material. Las cargas positivas se aglomeran en un extremo del material y las cargas negativas se acumulan en el extremo opuesto. El desplazamiento de las cargas hacia la superficie del conductor genera la presencia de campos eléctricos iguales y opuestos en el interior del conductor. Así, el campo eléctrico interno total dentro del material es nulo. Características físicas Maleables Los conductores eléctricos deben ser maleables; es decir, deben ser capaces de deformarse sin romperse. Los materiales conductores suelen emplearse en aplicaciones domésticas o industriales, en las cuales deben ser sometidos a curvaturas y dobleces; por esto, la maleabilidad es una característica sumamente importante. Resistentes Estos materiales deben ser resistentes al desgaste, para soportar las condiciones de
estrés mecánico a las que suelen estar sometidos, aunadas a las temperaturas elevadas debido a la circulación de la corriente. Capa aislante Al ser empleados en una aplicación residencial, industrial o como parte del sistema interconectado de suministro eléctrico, los conductores deben estar siempre recubiertos por una capa aislante adecuada. Esta capa externa, también conocida como chaqueta aislante, es necesaria para evitar que la corriente eléctrica que circula a través del conductor esté en contacto con las personas u objetos que se encuentran alrededor. Tipos de conductores eléctricos Existen diferentes categorías de conductores eléctricos y, a su vez, en cada categoría están los materiales o medios de mayor conductividad eléctrica. Por excelencia, los mejores conductores eléctricos son los metales sólidos, entre los cuales se destacan el cobre, el oro, la plata, el aluminio, el hierro y algunas aleaciones.
No obstante, existe otro tipo de materiales o soluciones que tienen buenas propiedades de conducción eléctricas, como el grafito o las soluciones salinas. Dependiendo de la forma en la cual se lleva a cabo la conducción eléctrica, es factible diferenciar tres tipos de materiales o medios conductores, los cuales se detallan a continuación: Conductores metálicos Los conductores metálicos deben su alta conductividad a las nubes de electrones libres que favorecen la circulación de corriente eléctrica a través de estos. Los metales ceden los electrones ubicados en la última órbita de sus átomos sin invertir mayores cantidades de energía, lo cual hace propicio el salto de electrones de un átomo a otro. Por su parte, las aleaciones se caracterizan por tener una alta resistividad; es decir, presentan una resistencia proporcional a la longitud y diámetro del conductor. Las aleaciones más empleadas en instalaciones eléctricas son el latón, una aleación de cobre y zinc; la hojalata, una aleación de hierro y estaño; aleaciones de cobre y níquel; y aleaciones de cromo y níquel.
En su mayoría, este tipo de conductores están presentes en soluciones ionicas, ya que las sustancias electrolíticas deben someterse a disociaciones parciales (o totales) para formar los iones que serán portadores de carga. Los conductores electrolíticos fundamentan su funcionamiento en las reacciones químicas y en el desplazamiento de la materia, lo cual facilita el movimiento de los electrones a través del camino de circulación habilitado por los iones libres. Conductores gaseosos En esta categoría se encuentran los gases que hayan sido sometidos previamente a un proceso de ionización, lo cual posibilita la conducción de electricidad a través de estos. El aire en sí mismo funge como un conductor de electricidad cuando, al producirse la ruptura dieléctrica, sirve como medio conductor de electricidad para la formación de rayos y descargas eléctricas.
MATERIALES CONDUCTORES COBRE
ALUMINIO AIRE IONIZADO
Conductores electrolíticos
MATERIALES AISLANTES
Se trata de soluciones constituidas por iones libres, que ayudan a la conducción eléctrica de clase ionica.
AIRE
PORCELANA VIDRIO
EXAFLUORURO DE AZUFRE PVC
Es el metal más empleado como conductor eléctrico en aplicaciones industriales y residenciales, dado el balance que presenta entre su conductividad y el precio.
Ejemplos de conductores Aluminio
El cobre puede ser empleado en conductores de bajo y mediano calibre, de uno o varios hilos, dependiendo de la capacidad amperimétrica del conductor.
Es altamente empleado en sistemas de transmisión eléctrica aéreos ya que, a pesar de tener una conductividad 35 % menor al compararse con el cobre recocido, su peso es tres veces más ligero que este último.
Oro Es un material empleado en montajes electrónicos de microprocesadores y circuitos integrados. También es empleado para fabricar los bornes de las baterías para vehículos, entre otras aplicaciones. La conductividad del oro es aproximadamente 20 % menor que la conductividad del oro recocido. Sin embargo, es un material muy duradero y resistente a la corrosión. Plata Con una conductividad de 6,30 x 107 S.m-1 (910 % superior a la conductividad del cobre recocido), es el metal con mayor conductividad eléctrica conocido a la fecha.
Las tomas de alta tensión suelen estar recubiertas por una superficie externa de cloruro de polivinilo (PVC), la cual evita el sobrecalentamiento del conductor y aísla el paso de la corriente eléctrica del exterior.
Se trata de un material muy maleable y dúctil, con una dureza comparable a la del oro o el cobre. No obstante, su costo es sumamente elevado, por lo que su uso no es tan común en la industria.
Cobre
CLASIFICACION POR SU CONSTITUCION HILO: Alambre o Sólido
CORDON: Hilos eléctricamente
CABLE: varios hilos aislados entre si
CLASIFICACION POR EL NUMERO DE POLOS CONDUCTOR UNIPOLAR
CABLE AISLADO 4 PARES
CONDUCTOR MULTIPOLAR CABLE AISLADO 4 PARES
CABLE SECO TRIPOLAR
CLASIFICACION POR SU AISLAMIENTO AISLAMIENTO SECO
AISLAMIENTO IMPREGNADO
CALIBRE O SECCION DEL CONDUCTOR Los conductores varían según su sección en milímetros cuadrados, y se ha clasificado en diferentes calibres, según sea la sección. La numeración es inversamente proporcional al calibre del conductor, es decir: la sección aumenta conforme disminuye el número del calibre. La calibración de los conductores esta avalada
por la AWG, que es la Asociación Americana de los conductores, American Wire Galge.
ELECCION DEL CONDUCTOR Elementos a tomar en cuenta para la elección: •TIPO DE AISLAMIENTO •NIVEL DE AISLAMIENTO (TENSION NOMINAL) •INTENSIDAD A TRANSPORTAR •CAIDA DE TENSION MAXIMA •SISTEMA DE INSTALACION •CONDICIONES AMBIENTALES
COLORES DISTINTIVOS PARA CABLES DE BAJA TENSION SEGÚN LA NORMA UNE 21089 AMARILLO-VERDE (P. A TIERRA) AZUL CLARO (CONDUCTOR NEUTRO) CONDUCTORES UNIPOLARES SIN CUBIERTA DE PROTECCION AMARILLO-VERDE (PROTECCION) AZUL CLARO, CAFÉ, NEGRO Y GRIS.
SISTEMAS DE INSTALACION Las principales formas de instalación eléctrica son: Vista o sobre puesta: cuando todas las partes de las instalación, conductores, cajas, etc, se pueden observar directamente. Semi oculta: cuando las partes de las instalación, tubería, cajas, etc, se pueden observar directamente y están sobre puestas en las paredes o colgando de las estructuras, según sea el sistema constructivo empleado. Oculta: cuando las partes de las instalación, tubería, conductores, cajas, etc, están embutidas en las paredes o elementos estructurales, según sea el sistema constructivo empleado.
SISTEMAS DE INSTALACION •SOBRE AISLADORES •BAJO TUBOS •SOBRE PAREDES
•ENTERRADOS •EN HUECOS DE CONSTRUCCION •BAJO MOLDURAS •BAJO ENLUCIDO
CONDICIONES AMBIENTALES •LOCALES PUBLICOS •HUMEDOS •MOJADOS •RIESGO DE CORROSION •POLVORIENTOS •TEMPERATURAS EXTREMAS CON RIESGO DE INCENDIO •EXPLOSION •PRESENCIA DE HIDROCARBUROS
MAPA MENTAL