Cobre y Aluminio-2012

MSc. Carlos V. M. Llabriola 2012 1

MAQUINAS ELECTRICAS I (I.E.) MAQUINAS ELECTRICAS (I.Ea.)

MSc. Carlos V. M. Labriola

2012


MAQUINAS ELECTRICAS


COBRE y ALUMINIO

MSc. Carlos Labriola

2012


1.INTRODUCCIN El costo del metal base y la conductividad, limitan la

seleccin de los metales al Cobre y al Aluminio, que son metales que se utilizan para hacer conductores de caractersticas adecuadas, de resistividad y relacin volumen/peso.

Dichos metales ostentan diferencias fsicas y aptitudes de desempeo propias frente a la agresividad del medio ambiente.

En sistemas y redes de distribucin en baja tensin se aplican usualmente conductores de secciones menores, lo cual puede hacerlos ms vulnerables a las solicitaciones del medio ambiente.

Tambin se utilizan el oro, estao, platino y metal blanco en aplicaciones especiales (contactos, sondas, circuitos impresos, etc.)


2. ANTECEDENTES 2.1 Materiales Metlicos para Conductores

Elctricos: El Cobre y el Aluminio se combinan con otros materiales y son

sometidos a tratamientos trmicos y mecnicos para mejorar sus caractersticas finales. En el caso del Aluminio puro, segn la necesidad, se puede incluir un refuerzo de acero.

2.2 Utilizacin de Conductores Elctricos: Inicialmente los sistemas elctricos de distribucin y de baja tensin

slo utilizaban conductores de Cobre. A partir de 1945 se hizo notoria la presencia de conductores de Aluminio en las referidas instalaciones, en funcin bsicamente del menor peso del material y menor costo de la inversin inicial;

2.3 ATMSFERAS ESPECIALES: El desempeo del Cobre a travs del tiempo, especialmente

en atmsferas densas, zonas industriales y de borde de mar corrosivas, le ha permitido mantenerse como el material ms conveniente.


2. ANTECEDENTES (CONT.) 2.4 Consecuencias del Condicionamiento Econmico: El criterio de inversin a mnimo costo, obviando el anlisis de

compatibilidad y desempeo de los conductores en el medio ambiente, puede conducir a la eleccin errnea de la opcin que inicialmente resulte ms econmica. Esta podra devenir, debido al rpido deterioro y sucesivos colapsos, en costosos mantenimientos, prdidas por reposiciones prematuras, y lucro cesante, aparte el peligro latente, la prdida de confiabilidad del sistema y vida til de la instalacin.

2.5 Experiencias de Colapso de Redes Elctricas: Entre las diferentes experiencias en Per, se cuentan dos casos

considerados mayores ocurridos desde 1978 y parte de la dcada de 1980. Se trata de las redes elctricas de Aluminio nuevas y renovadas de las ciudades de Trujillo y Chimbote que a slo dos aos de su instalacin empezaron a sufrir deterioros graves con incontables roturas y colapsos de conductores, lo que ocasion servicio catico, prdidas de vida humana e ingentes prdidas econmicas.


3. FABRICACION 3.1 Fabricacin de los Conductores de Cobre

Normalmente los conductores de Cobre para redes de distribucin se fabrican con un metal de 99.97 % de pureza. Las aleaciones ligeras que ocasionalmente se aplican, tienen la finalidad de mejorar sus caractersticas mecnicas; lo cual se logra, sin sacrificio de su conductividad ni su estabilidad termodinmica por tratarse de un metal noble. T. T. :Los tratamientos trmicos de acabado permiten producir sin detrimento

del material, los tres tipos ms utilizados de conductores; Recocido, Temple Semi-Duro y Temple Duro.

3.2 Fabricacin de Conductores de Aluminio Los conductores de Aluminio se fabrican con un metal de 99.5 % de pureza; no obstante, gran parte de la produccin destinada a las redes elctricas areas utiliza aleaciones ligeras para incrementar sustancialmente sus caractersticas mecnicas. Esto ocasiona algn deterioro en su conductividad as como en su estabilidad termodinmica. Asimismo, el delicado tratamiento de revenido de acabado que se requiere al final de la fabricacin de los conductores es decisivo para su ulterior desempeo bajo las solicitaciones mecnicas y del medio ambiente. Existen diferentes tipos de conductores : Sencillos y Reforzados.


COMPARACIN El anlisis del

desempeo requerido, tanto del Cobre como del Aluminio, a lo largo de la vida til que se les asigna, debe considerar que las principales propiedades de ambos metales base en conductores de idnticas dimensiones, pueden tener efectos diferentes en el diseo elctrico y mecnico de la redes elctricas.

Esto puede traducirse en durabilidad, servicio sin relajacin ni deformaciones permanentes, mnimo mantenimiento, confiabilidad de la operacin y seguridad.

PROPIEDADES DE LOS

METALES CONDUCTORES

ALUMINIO TRATADO COBRE RECOCIDO RELACION AL/CU

DENSIDAD: gr/cm3 2.69-2.70 8.71 - 8.9410 0.304

PUNTO DE FUSION: C 657-660 1083 0.610

RESISTENCIA A LA TRACCION: Mpa

75 - 180 250 - 400 0.350

MODULO DE ELASTICIDAD: Mpa

70000 125000 0.560

ENLONGACION A ROTURA: % 35% 50% 0.700

PRUEBA DE DUREZA: Brinell 23 45 0.511

CALOR ESPECIFICO: Kcal/Kgf/ C

0.2081 - 0.2250 0.0942-0.0985 2.326

CONDUCTIVIDAD TERMICA A 20 C: Cal/s/cm2/ C)

0.53-0.54 0.92-0.94 0.587

COEF.DILATACION LINEAL A 20 C : 1/ C

0.000024 0.000017 1.411

COEF.DE RESISTENCIA: 1/ C 0.00403 0.00393 1.025

RESISTENCIA ELECTRICA: Ohm-mm2/Km

26.50 - 29.50 17.5 - 18.2 1.628

RESISTIVIDAD ELECTRICA: u Ohm-cm

2.83 1.72-1.77 1.628

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA (% IACS): =Volumen

61 % 100 % 0.615

= Peso 202 % 100 % 2.020

= Seccin 80% 100 % 0.800

CAPACIDAD DE CORRIENTE = Peso

42 % 100 % 0.420

= Seccin 139% 100 % 1.390


4. CONTAMINACIN CON EL MEDIO La ubicacin geogrfica de las instalaciones define las

caractersticas del entorno que incide sobre los conductores; estas solicitaciones dependen principalmente de los parmetros atmosfricos y meteorolgicos a los que se agrega el ensuciamiento natural y artificial del aire de la zona. Es bajo estas condiciones que normalmente deber hacerse la seleccin del material conductor. a. La Intemperie: Se manifiesta principalmente con la accin

erosiva de la radiacin ultravioleta y la prdida de resistencia mecnica por los gradientes trmicos solares aplicados cclicamente a los conductores expuestos que tambin deben disipar el calor creado por la corriente elctrica - Efecto Joule. En este caso los gradientes trmicos mayores se presentan en la Costa y la Selva con una menor incidencia de la radiacin ultravioleta, siendo inverso el fenmeno en la Sierra. En relacin a estas solicitaciones, los conductores en servicio se cubren de una Patina Protectora rgida muy resistente y pueden soportar diferentes niveles de temperatura sin deformacin permanente.


4. CONTAMINACIN (CONT.)

b. El Viento: Constituye un medio de transporte y deposicin eficaz de slidos, gases y vapores que forman la contaminacin natural y artificial y la humedad del medio ambiente. En la costa Peruana, ingresan desde el Ocano Pacfico por el Sur y el Sur Oeste con velocidades entre 3 m/s y 17 m/s, aportando la salinidad marina y la arena desrtica con la que producen la abrasin de la capa de xido protector de los conductores. En la Sierra y Selva, salvo casos puntuales de contaminacin localizada, los vientos solo arrastran masas de aire con mnimo polvo y humedad.

c. La Humedad: La humedad del medio ambiente con exclusin de las

precipitaciones pluviales en sus diversas formas, est constituida por el vapor natural de agua, el vapor condensado en forma de neblina, y eventualmente en el litoral martimo, la niebla y el agua de mar atomizada por el oleaje. La intensa humidificacin de la superficie de los conductores que se da en la Costa, ocurre cuando se superponen gradientes trmicos a partir de o hacia las temperaturas ms bajas. La humedad natural diaria en la Sierra es normalmente baja. Esta oscila entre 40% y 75%, mientras que en la Costa y la Selva es alta y llega al 100%.


5. Consideraciones para el dimensionamiento

Un cabal dimensionamiento elctrico y mecnico de los conductores, sin el anlisis de compatibilidad con el medio ambiente, no garantiza su vida til de 30 aos bajo operacin normal, en la que se basa la inversin. La agresividad de los agentes del entorno se pondr de manifiesto desde el momento de la instalacin, principalmente a travs de los procesos de corrosin, que a corto o mediano plazo desencadenarn el colapso de los conductores.


6. ALUMINO

6.1. Historia:

Tanto en Grecia como en Roma se empleaba el alumbre (del Latin almen, -

nis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como moridente en tintorera y astringente en medicina, uso an en vigor.

Generalmente se reconoce a Friedrich Whhler el aislamiento del aluminio en 1827. An as, el metal fue obtenido, impuro, dos aos antes por el fsico y qumico dans Hans Christian rsted.

En 1807, Humphrey Davy propuso el nombre aluminum para este metal an no decubierto, pero ms tarde decidi cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayora de los nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De ste derivaron los nombres actuales en otros idiomas; no obstante, en los EE.UU. con el tiempo se populariz el uso de la primera forma, hoy tambin admitida por la IUPAC aunque prefiere la otra.


ALUMINIO

6.2. Reciclado

El aluminio no cambia sus caractersticas qumicas durante el reciclado. El proceso se puede repetir indefinidamente y los objetos de aluminio se pueden fabricar enteramente con material reciclado. Muchos desechos de aluminio como las latas se pueden prensar fcilmente, reduciendo su volumen y facilitando su almacenamiento y transporte, las latas usadas de aluminio tienen el valor ms alto de todos los residuos de envases y embalajes, lo anterior es un incentivo para su recuperacin.


6.2. ALUMINIO: Algunos beneficios del

reciclado

El aluminio es un material cotizado y rentable con un mercado importante a nivel mundial. Por ello todo el aluminio recogido tiene garantizado su reciclado. El reciclaje de aluminio produce beneficios ya que proporciona fuente de ingresos y ocupacin para la mano de obra no calificada.

Al utilizar aluminio recuperado en el proceso de fabricacin de nuevos productos existe un ahorro de energa del 95% respecto a si se utilizara materia prima virgen (Bauxita).

El proceso de reciclado es normalmente fcil, ya que los objetos de aluminio desechados estn compuestos normalmente slo de aluminio por lo que no se requiere una separacin previa de otros materiales.

Un residuo de aluminio es fcil de manejar: es ligero, no se rompe, no arde y no se oxida, por lo mismo es tambin fcil de transportar.


6.4. ALUMINIO: Precauciones

El aluminio es uno de los pocos elementos abundantes en la naturaleza que parecen no tener ninguna funcin biolgica beneficiosa. Algunas personas manifiestan alergia al aluminio, sufriendo dematitis por contacto, e incluso desrdenes digestivos al ingerir alimentos cocinados en recipientes de aluminio.

Para el resto de personas, no se considera tan txico como los metales pesados, aunque existen evidencias de cierta toxicidad si se consume en grandes cantidades.

El uso de recipientes de aluminio no se ha encontrado que acarree problemas de salud, estando stos relacionados con el consumo de antiacidos o antitranspirantes que contienen aluminio. Se ha sugerido que el aluminio puede estar relacionado con el Alzheimer, aunque la teora ha sido refutada.

Evolucin del Precio del Cobre y el Aluminio



Referencias

Procobre Per

Electroredes

Presentacin de Sr. Soler 2007

Cobre y Aluminio-2012

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