FACULTAD DE INGENIERA, ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA DE INGENIERA CIVIL

TRABAJO DOMICILIARIOALUMNO: ENRIQUE CHIRINOS AEZ

TEMA:CORRIENTE ELCTRICA Y CONDUCTORES ELECTRICOS

Chiclayo, 05 de SEPTIEMBRE del 2015

CORRIENTE ELCTRICA

Se denomina corriente elctrica al flujo de carga elctrica a travs de un material sometido a una diferencia de potencial. Histricamente, se defini como un flujo de cargas positivas y se fij el sentido convencional de circulacin de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observ, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con electricidad, solo se dispona de carga elctrica generada por frotamiento o por induccin. Se logr, por primera vez, en 1800 tener un movimiento constante de carga cuando el fsico italiano Alessandro Volta invent, la primera pila elctrica.El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente elctrica es el galvanmetro que, calibrado en amperios, se llama ampermetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.A partir de la corriente elctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la seccin de los elementos conductores del mismo.

La intensidad de corriente (I) en una seccin dada de un conductor (s) se define como la carga elctrica (Q) que atraviesa la seccin en una unidad de tiempo (t): . Si la intensidad de corriente es constante, entonces La densidad de corriente (j) es la intensidad de corriente que atraviesa una seccin por unidad de superficie de la seccin (S).

Relacin existente entre la intensidad y la densidad de corriente.

TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA:

A) CORRIENTE CONTINUA

Rectificador de corriente alterna en continua, con puente de Gratz. Se emplea cuando la tensin de salida tiene un valor distinto de la tensin de entrada.

Se denomina corriente continua (CC en espaol, en ingls DC, de Direct Current) al flujo de cargas elctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente elctrica a travs de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre s. Es errnea la identificacin de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batera). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulacin es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.Su descubrimiento se remonta a la invencin de la primera pila voltaica por parte del conde y cientfico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generacin de electricidad, en las postrimeras del siglo XIX, cuando la corriente continua comenz a emplearse para la transmisin de la energa elctrica. Ya en el siglo XX este uso decay en favor de la corriente alterna, que presenta menores prdidas en la transmisin a largas distancias, si bien se conserva en la conexin de redes elctricas de diferentes frecuencias y en la transmisin a travs de cables submarinos.

Actualmente (2008) se est extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de clulas fotoelctricas que permiten aprovechar la energa solar.Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electrnicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro elctrico mediante un proceso, denominado rectificacin, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, tambin de tubos de vaco).[]B) CORRIENTE ALTERNA

Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en espaol y AC en ingls, de Alternating Current) a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccin varan cclicamente. La forma de onda de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una onda sinoidal.[22] En el uso coloquial, corriente alterna se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas.El sistema usado hoy en da fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribucin de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los aos 1881 y 1889. La corriente alterna super las limitaciones que aparecan al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribucin de energa a gran escala debido a problemas en la transmisin de potencia.La razn del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisin de potencia, viene determinada por su facilidad de transformacin, cualidad de la que carece la corriente continua. La energa elctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensin, la intensidad y el tiempo. Dado que la seccin de los conductores de las lneas de transporte de energa elctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensin), disminuyendo en igual proporcin la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor seccin y, por tanto, de menor costo; adems, minimiza las prdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanas, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o domstico de forma cmoda y segura.

Las frecuencias empleadas en las redes de distribucin son 50 y 60Hz. El valor depende del pas.

Voltaje de las fases de un sistema trifsico. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120.

Onda senoidal.

C) CORRIENTE TRIFSICASe denomina corriente trifsica al conjunto de tres corrientes alternas de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120, y estn dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de fase.La generacin trifsica de energa elctrica es ms comn que la monofsica y proporciona un uso ms eficiente de los conductores. La utilizacin de electricidad en forma trifsica es mayoritaria para transportar y distribuir energa elctrica y para su utilizacin industrial, incluyendo el accionamiento de motores. Las corrientes trifsicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas en un sistema de tres electroimanes equidistantes angularmente entre s.Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en estrella o en tringulo. En la disposicin en estrella cada bobina se conecta a una fase en un extremo y a un conductor comn en el otro, denominado neutro. Si el sistema est equilibrado, la suma de las corrientes de lnea es nula, con lo que el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. En la disposicin en tringulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de fase, de forma que un extremo de cada bobina est conectado con otro extremo de otra bobina.

El sistema trifsico presenta una serie de ventajas, tales como la economa de sus lneas de transporte de energa (hilos ms finos que en una lnea monofsica equivalente) y de los transformadores utilizados, as como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la lnea trifsica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la lnea monofsica.Tesla fue el inventor que descubri el principio del campo magntico rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. l invent el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifsica que da energa al planeta.

D) []CORRIENTE MONOFSICA

Se denomina corriente monofsica a la que se obtiene de tomar una fase de la corriente trifsica y un cable neutro. En Espaa y dems pases que utilizan valores similares para la generacin y trasmisin de energa elctrica, este tipo de corriente facilita una tensin de 220/230 voltios, lo que la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayora de electrodomsticos y luminarias que hay en las viviendas.Desde el centro de transformacin ms cercano hasta las viviendas se disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R, S y T). Si la tensin entre dos fases cualesquiera (tensin de lnea) es de 380 voltios, entre una fase y el neutro es de 220 voltios. En cada vivienda entra el neutro y una de las fases, conectndose varias viviendas a cada una de las fases y al neutro; esto se llama corriente monofsica. Si en una vivienda hay instalados aparatos de potencia elctrica alta (aire acondicionado, motores, etc., o si es un taller o una empresa industrial) habitualmente se les suministra directamente corriente trifsica que ofrece una tensin de 380 voltios.

CONDUCTORES ELECTRICOS

Desde el inicio de su recorrido en las centrales generadoras hasta llegar a los centros de consumo, la energa elctrica es conducida a travs de lneas de transmisin y redes de distribucin formadas por conductores elctricos.

1. QUE ES UN CONDUCTOR ELECTRICO?

Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la electricidad. Un conductor elctrico est formado primeramente por el conductor propiamente tal, usualmente de cobre. Este puede ser alambre, es decir, una sola hebra o un cable formado por varias hebras o alambres retorcidos entre s. Los materiales ms utilizados en la fabricacin de conductores elctricos son el cobre y el aluminio. Aunque ambos metales tienen una conductividad elctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricacin de conductores por sus notables ventajas mecnicas y elctricas. El uso de uno y otro material como conductor, depender de sus caractersticas elctricas (capacidad para transportar la electricidad), mecnicas (resistencia al desgaste, maleabilidad), del uso especfico que se le quiera dar y del costo.

Estas caractersticas llevan a preferir al cobre en la elaboracin de conductores elctricos. El tipo de cobre que se utiliza en la fabricacin de conductores es el cobre electroltico de alta pureza, 99,99%. Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza o temple: duro, semi-duro y blando o recocido.

1.1. TIPOS DE COBRE PARA CONDUCTORES ELCTRICOS1.2. 1.1.1. COBRE DE TEMPLE DURO:

. Conductividad del 97% respecto a la del cobre puro.. Resistividad de 0,018 ( x mm 2 ) a 20 C de temperatura.. Capacidad de ruptura a la carga, oscila entre 37 a 45 kg/mm2. Por esta razn se utiliza en la fabricacin de conductores desnudos, para lneas areas de transporte de energa elctrica, donde se exige una buena resistencia mecnica.

1.1.2. COBRE RECOCIDO O DE TEMPLE BLANDO:

. Conductividad del 100%. Resistividad de 0,01724 = 1 ( x mm 2 ) respecto del cobre puro, tomado este como patrn.. Carga de ruptura media de 25 kg/mm2.Como es dctil y flexibe se utiliza en la fabricacin de conductores aislados. El conductor est identificado en cuanto a su tamao por un calibre, que puede ser milimtrico y expresarse en mm2 o americano y expresarse en AWG o MCM con una equivalencia en mm2.

1.2. PARTES QUE COMPONEN LOS CONDUCTORES ELCTRICOS

Estas son tres muy diferenciadas:

. El alma o elemento conductor.. El aislamiento.. Las cubiertas protectoras.

1.2.1. EL ALMA O ELEMENTO CONDUCTOR

Se fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energa elctrica desde las centrales generadoras a los centros de distribucin (subestaciones, redes y empalmes), para alimentar a los diferentes centros de consumo (industriales, grupos habitacionales, etc.).

De la forma cmo est constituida esta alma depende la clasificacin de los conductores elctricos. As tenemos:

. Segn su constitucinAlambre: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por un solo elemento o hilo conductor.

Se emplea en lneas areas, como conductor desnudo o aislado, en instalaciones elctricas a la intemperie, en ductos o directamente sobre aisladores.

Cable: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja seccin, lo que le otorga una gran flexibilidad.

segn el nmero de conductores

monoconductor: Conductor elctrico con una sola alma conductora, con aislacin y con o sin cubierta protectora.

Multiconductor: Conductor de dos o ms almas conductoras aisladas entre s, envueltas cada una por su respectiva capa de aislacin y con una o ms cubiertas protectoras comunes.

1.2.2. EL AISLAMIENTO

El objetivo de la aislacin en un conductor es evitar que la energa elctrica que circula por l, entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean stos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalacin. Del mismo modo, la aislacin debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer contacto entre s.

Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido sustancias polimricas, que en qumica se definen como un material o cuerpo qumico formado por la unin de muchas molculas idnticas, para formar una nueva molcula ms gruesa.Antiguamente los aislantes fueron de origen natural, gutapercha y papel. Posteriormente la tecnologa los cambi por aislantes artificiales actuales de uso comn en la fabricacin de conductores elctricos. Los diferentes tipos de aislacin de los conductores estn dados por su comportamiento tcnico y mecnico, considerando el medio ambiente y las condiciones de canalizacin a que se vern sometidos los conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes qumicos, a los rayos solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre los materiales usados para la aislacin de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprn y el nylon.

Si el diseo del conductor no consulta otro tipo de proteccin se le denomina aislacin integral, porque el aislamiento cumple su funcin y la de revestimiento a la vez. Cuando los conductores tienen otra proteccin polimrica sobre la aislacin, esta ltima se llama revestimiento,chaqueta o cubierta.

1.2.3. LAS CUBIERTAS PROTECTORAS

El objetivo fundamental de esta parte de un conductor es proteger la integridad de la aislacin y del alma conductora contra daos mecnicos, tales como raspaduras, golpes, etc.Si las protecciones mecnicas son de acero, latn u otro material resistente, a sta se le denomina armadura La armadura puede ser de cinta, alambre o alambres trenzados.Los conductores tambin pueden estar dotados de una proteccin de tipo elctrico formado por cintas de aluminio o cobre. En el caso que la proteccin, en vez de cinta est constituida por alambres de cobre, se le denomina pantalla o blindaje.

Alma conductora Aislante Cubierta protectora

1.3. CLASIFICACIN DE LOS CONDUCTORES ELCTRICOS DE ACUERDO A SU AISLACIN O NMERO DE HEBRAS

La parte ms importante de un sistema de alimentacin elctrica est constituida por conductores. Al proyectar un sistema, ya sea de poder; de control o de informacin, deben respetarse ciertos parmetros imprescindibles para la especificacin de la cablera.

. Voltaje del sistema, tipo (CC o CA), fases y neutro, sistema de potencia, punto central aterramiento.. Corriente o potencia a suministrar.. Temperatura de servicio, temperatura ambiente y resistividad trmica de alrededores.. Tipo de instalacin, dimensiones (profundidad, radios de curvatura, distancia entre vanos, etc.).. Sobrecargas o cargas intermitentes.. Tipo de aislacin.. Cubierta protectora.Todos estos parmetros estn ntimamente ligados al tipo de aislacin y a las diferencias constructivas de los conductores elctricos, lo que permite determinar de acuerdo a estos antecedentes la clase de uso que se les dar. De acuerdo a stos, podemos clasificar los conductores elctricos segn su aislacin, construccin y nmero de hebras en monoconductores y multiconductores. Tomando en cuenta su tipo, uso, medio ambiente y consumos que servirn, los conductores elctricos se clasifican en la siguiente forma:

1.3.1. CONDUCTORES PARA DISTRIBUCIN Y PODER:

. Alambres y cables (N0 de hebras: 7 a 61).. Tensiones de servicio: 0,6 a 35 kV (MT) y 46 a 65 kV (AT).. Uso: Instalaciones de fuerza y alumbrado (areas, subterrneas e interiores).. Tendido fijo.

1.3.2. CABLES ARMADOS:

. Cable (N0 de hebras: 7 a 37).. Tensin de servicio: 600 a 35 000 volts.. Uso: Instalaciones en minas subterrneas para piques y galeras (ductos, bandejas, areas y subterrneas). Tendido fijo

Cable armado

CONDUCTORES PARA CONTROL E INSTRUMENTACIN:

. Cable (N0de hebras: 2 a 27).. Tensin de servicio: 600 volts.. Uso: Operacin e interconexin en zonas de hornos y altas temperaturas.(ductos, bandejas, area o directamente bajo tierra).. Tendido fijo.

1.3.3. CORDONES:

. Cables (N0 de hebras: 26 a 104).. Tensin de servicio: 300 volts.. Uso: Para servicio liviano, alimentacin a: radios, lmparas, aspiradoras, jugueras, etc. Alimentacin a mquinas y equipos elctricos industriales, aparatos electrodomsticos y calefactores (lavadoras, enceradoras, refrigeradores, estufas, planchas, cocinillas y hornos, etc.).. Tendido porttil.

1.3.4. CABLES PORTTILES:

. Cables (N0 de hebras: 266 a 2 107).. Tensin de servicio: 1 000 a 5 000 volts. Uso: en soldadoras elctricas, locomotoras y mquinas de traccin de minas subterrneas. Gras, palas y perforadoras de uso minero.. Resistente a: intemperie, agentes qumicos, a la llama y grandes solicitaciones mecnicas como arrastres,cortes e impactos.. Tendido porttil.

1.3.5. CABLES SUBMARINOS:

. Cables (N0 de hebras: 7 a 37).. Tensin de servicio: 5 y 15 kV.. Uso: en zonas bajo agua o totalmente sumergidos, con proteccin mecnica que los hacen resistentes a corrientes y fondos marinos.. Tendido fijo.

1.3.6. CABLES NAVALES:

. Cables (N0 de hebras: 3 a 37).. Tensin de servicio: 750 volts.. Uso: diseados para ser instalados en barcos en circuitos de poder, distribucin y alumbrado.. Tendido fijo.Dentro de la gama de alambres y cables que se fabrican en el pas, existen otros tipos, destinados a diferentes usos industriales, como los cables telefnicos, los alambres magnticos esmaltados para uso en la industria electrnica y en el embobinado de partidas y motores de traccin, los cables para conexiones automotrices a bateras y motores de arranque, los cables para parlantes y el alambre para timbres.

1.4. CLASIFICACIN DE LOS CONDUCTORES ELCTRICOS DE ACUERDO A SUS CONDICIONES DE EMPLEO

Para tendidos elctricos de alta y baja tensin, existen en nuestro pas diversos tipos de conductores de cobre, desnudos y aislados, diseados para responder a distintas necesidades de conduccin y a las caractersticas del medio en que la instalacin prestar sus servicios.

La seleccin de un conductor se har considerando que debe asegurarse una suficiente capacidad de transporte de corriente, una adecuada capacidad de soportar corrientes de cortocircuito, una adecuada resistencia mecnica y un comportamiento apropiado a las condiciones ambientales en que operar.

1.4.1. CONDUCTORES DE COBRE DESNUDOS

Estos son alambres o cables y son utilizados para:. Lneas areas de redes urbanas y suburbanas.. Tendidos areos de alta tensin a la intemperie.. Lneas areas de contacto para ferrocarriles y trolley-buses.

1.4.2. ALAMBRES Y CABLES DE COBRE CON AISLACIN

Estos son utilizados en:. Lneas areas de distribucin y poder, empalmes, etc.. Instalaciones interiores de fuerza motriz y alumbrado, ubicadas en ambientes de distintas naturaleza y con diferentes tipos de canalizacin.. Tendidos areos en faenas mineras (tronadura, gras, perforadoras, etc.).. Tendidos directamente bajo tierra, bandejas o ductos.. Minas subterrneas para piques y galeras.. Control y comando de circuitos elctricos (subestaciones, industriales, etc.).. Tendidos elctricos en zonas de hornos y altas temperaturas.. Tendidos elctricos bajo el agua (cable submarino) y en barcos (conductores navales).. Otros que requieren condiciones de seguridad.

Ante la imposibilidad de insertar en este folleto la totalidad de las tablas que existen, con las caractersticas tcnicas y las condiciones de uso de los conductores de cobre, tanto desnudo como aislado, entregamos a modo de ejemplo algunas de las ms usadas por los profesionales, tcnicos y especialistas. Se recomienda solicitar a los productores y fabricantes las especificaciones, para contar con la informacin necesaria para los proyectos elctricos.

Ing. Pedro Ballena del RoINSTALACIONES ELECTRICAS