viernes, 24 de marzo de 2017

Apuntes de electrónica

Conductores


Un conductor es un material que, en mayor o menor medida, conduce el calor y la electricidad. Son buenos conductores los metales y malos, el vidrio, la madera, la lana y el aire.
NOTA: Definimos la unidad de carga +1 como +1,6·10-19 culombios. Así un electrón tiene una carga -1 equivalente a -1,6·10-19 culombios.
El conductor más utilizado y el que ahora analizaremos es el Cobre (valencia 1), que es un buen conductor. Su estructura atómica la vemos en la siguiente figura.
Su número atómico es 29. Esto significa que en el núcleo hay 29 protones (cargas positivas) y girando alrededor de él hay 29 electrones girando en diferentes órbitas.
En cada órbita caben 2n2 siendo n un número entero n = 1, 2, 3, ... Así en la primera órbita (n = 1) caben 212 = 2 electrones. En la segunda órbita 2·22 = 8 electrones. En la tercera órbita 2·32 = 18 electrones. Y la cuarta órbita solo tiene 1 electrón aunque en ella caben 2·42 = 32 electrones.
Lo que  interesa en electrónica es la órbita exterior, que es la que determina las propiedades del átomo. Como hay + 29 y - 28, queda con + 1.
Por ello vamos a agrupar el núcleo y las órbitas internas, y le llamaremos parte interna. En el átomo de cobre la parte interna es el núcleo (+ 29) y las tres primeras órbitas (- 28), con lo que nos queda la parte interna con una carga neta de +1.
Como el electrón de valencia es atraído muy débilmente por la parte interna, una fuerza externa puede liberarlo fácilmente, por eso es un buen Conductor. Nos referiremos a ese electrón de valencia, como electrón libre.
Lo que define a un buen conductor es el hecho de tener un solo electrón en la órbita de valencia (valencia 1).
Así, tenemos que:
  • A 0 ºK (-273 ºC) un metal no conduce.
  • A Temperatura ambiente 300 ºK ya hay electrones libres debidos a la energía térmica.
- Si tenemos un campo eléctrico aplicado los electrones libres se mueven en todas direcciones. Como el movimiento es al azar, es posible que muchos electrones pasen por unidad de área en una determinada dirección y a la vez en la dirección opuesta. Por lo tanto la corriente media es cero.
- Veamos ahora como cambia la situación, si se aplica al metal un campo eléctrico.
Los electrones libres se mueven ahora en una dirección concreta. Y por lo tanto ya hay carga (en culombios) que cruza la sección del metal en un segundo, o sea ya existe una corriente.
Como ya conocemos, el electrón tiene una carga negativa (-1,619-19 culombios) y por tanto el convenio tomado para definir la corriente (contrario al movimiento de las cargas negativas) nos indica que la corriente toma el sentido indicado en la figura.
El electrón se mueve dentro de la red cristalina del metal con una velocidad media.
La resistencia que opone la barra de metal al paso de la corriente la podemos calcular de la siguiente forma:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/TEMA2.htm

¿Qué es un conductor? Es un material que permite fácilmente el paso de la corriente eléctrica por él, o lo que es lo mismo, el paso de los electrones. Se utilizan para transportar de un sitio a otro la corriente eléctrica.

 El oro es uno de los mejores conductores eléctricos, pero lógicamente no vamos a realizar conductores de oro por su elevado costo. Tendremos que combinar el coste, con la conductividad. La mayoría de los conductores están formados por cobre, metal que tiene una buena conducción y su precio no es demasiado elevado. Antiguamente se utilizaba el aluminio para fabricar conductores, es peor conductor, pero más barato. Hoy en día solo se fabricarían de aluminio si el cobre subiera mucho en su cotización (en valor).

 El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre electrolítico de alta pureza, 99,99%.

 Diferencia entre Hilo y Cable

 La diferencia es muy fácil. Cuando el conductor es solo uno se llama Hilo, si está formado por varios hilos, se llama cable.

diferencia entre hilo y cable



 Como veremos a continuación los hilos tienen un alma conductora y los cables varias.

 Los cables de alimentación se utilizan principalmente para la transmisión de energía eléctrica.

 Por lo tanto a la pregunta de ¿Que es Cable? Podemos definirlo como:

 Cable es el conjunto de varios conductores eléctricos, normalmente aislados por una funda protectora y aislante electrica.

 Partes de los Conductores

 Los conductores eléctricos, ya sean hilos o cables, están formados por 3 partes:

 - Alma conductora: fabricado de cobre y por donde circula la corriente eléctrica.

 - Aislante: material por el que no puede pasar la corriente eléctrica y que envuelve al alma conductora para que la corriente no salga fuera de la misma. Normalmente suele ser de un material polímero, es decir de plástico. Los más usados son el Policloruro de Vinilo (PVC), el Caucho Etileno-Propileno (EPR) y el Polietileno Reticulado (XLPE).

 - Cubierta protectora. Sirve para proteger mecánicamente al cable o hilo. Protege al alma y al aislante de daños físicos y/o químicos como el calor, la lluvia, el frío, raspaduras, golpes, etc. Se suelen construir de nailon, aunque no todos los conductores tienen esta cubierta, a veces el propio aislante hace las veces de aislante y cubierta protectora.

 Cuando el conductor estará sometidos a desgastes externos muy grandes la cubierta protectora puede ser de acero, latón u otro material resistente. En este caso a la cubierta protectora se la denomina "armadura".

partes de los conductores

 Según lo que hemos visto, los hilos solo tendrían un alma conductora y los cables varias. A los hilos, también se les llama monoconductores y a los cables multiconductores.

 En la siguiente imagen vemos lo que comúnmente, en el argot eléctrico se llama "manguera", que son varios hilos, recubiertos cada uno con su aislante y todos ellos recubiertos por la cubierta protectora dando la sensación de ser un solo elemento. La manguera lógicamente es un cable porque está formado por varios hilos.

cables conductores

 Nombre y Colores de los Cables Eléctricos

 Los cables tienen diferentes colores que nos sirven para identificarlos.

 Conductor de Fase: marrón, negro y gris. Esta cable es por el que entra la corriente eléctrica.

 Conductor Neutro: azul claro. Esta cable es por el que sale la corriente eléctrica en el circuito.

 Conductor de Protección o T.T (toma de tierra): verde-amarillo. Es el cable de toma de tierra y sirve para proteger la instalación y a las personas.

color conductores

 

   Tipos de Cables Eléctricos


 Comercialmente hay muchos tipos de conductores pero vamos a ver los principales y más usados. Abajo tiene imágenes de cada uno.

 - Unipolares: formados por un hilo conductor.

 - Multipolares: formados por más de un hilo.

 - Mangueras: formado por 2 o 3 conductores rodeados de protección.

 - Rígidos: difíciles de deformar.

 - Flexibles: fáciles de deformar.

 - Planos: de forma plana.

 - Redondos: de forma redonda.

 - Coaxial: Tiene un núcleo chapado en cobre, rodeado por un aislante dieléctrico. Un escudo tejido de cobre rodea la capa aislante, el cual está finalmente unido por una cubierta de plástico más exterior.

 - Trenzado: consiste en pares de alambres de cobre aislantes, los cuales están trenzados alrededor del otro. 

 - Con aislante: con capa protectora.

 - Al aire: sin aislamiento.

 - Blindados: Está hecho de uno o más alambres aislantes que están colectivamente adjuntos por una lámina de aluminio Mylar o tejido trenzado de blindaje.

 - Cables para Baja Tensión, para Media y para Alta Tensión.

tipos de cables electricos

 Esta sería una clasificación general.

 

   Tipos de Empalmes


 Para unir dos o más conductores eléctricos tenemos varias formas de hacerlo. Esta unión se llama empalme eléctrico de conductores. Veamos los más utilizados.

tipos de empalmes


 Tamaño de los Cables Conductores

 El tamaño de un conductor viene determinado por su sección. La sección del conductor es el área del alma conductora. A niveles de cálculos eléctricos, todas las demás partes no nos interesan, lo que realmente interesa es la sección del alma conductora, ya que es por la que va a circular la corriente. Esta sección es la que tendremos que calcular para que nuestro conductor sea el correcto para la instalación.

seccion cables

 Los conductores elegidos deben tener suficiente sección para que permita todo el paso de la corriente que va a circular por el circuito, en caso contrario se calentarían en exceso pudiendo llegar a quemarse.

 Además de esto, su resistencia total no debe ser muy grande, ya que si fuera muy grande estaríamos perdiendo mucha energía en forma de caídas de tensión, en resumidas cuentas, tendríamos muchas pérdidas de energía en la instalación por culpa de esta resistencia, que por culpa del efecto Joule se perdería en forma de calor. La caída de tensión no debería ser mayor del 3% de la tensión total en ninguna instalación eléctrica de interior.

 La potencia perdida, en líneas monofásicas, la podemos calcular con la siguiente fórmula: Pperdida = 2 x R x I2  

 En las líneas trifásicas serían por 3 en lugar de por 2.

 La fórmula general de la resistencia eléctrica es la siguiente:

  resistencia electrica

  Donde L es la longitud del cable, S la sección del cable y p es la resistividad del conductor o cable, un valor fijo que nos da el fabricante del cable. La L se pone en metros, la Sección o diámetro en mm cuadrados y la resistencia nos dará en ohmios.

 Los conductores eléctricos, a más longitud mayor resistencia y a más sección menor resistencia. Puedes comprobarlo por la fórmula anterior.

 Lógico, si es muy largo la corriente tendrá más dificultad para llegar desde el principio hasta el final, y si es más ancho menos dificultad tendrá para pasar por el conductor que si es más estrecho.

 Hablemos de la sección de los conductores.  Tenemos varias fórmulas para su cálculo, dependiendo si es encorriente continua o alterna, pero lo forma más utilizada es mediante tablas.

 Una vez que sabemos la intensidad de corriente eléctrica que va a travesar nuestro conductor, en amperios, el lugar donde estará colocado y el tipo de conductor que usaremos, deberemos buscar la sección adecuada del cable en las tablas del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT), para el caso de España. En otros países tendrán que consultar sus propios reglamentos. Por ejemplo el NFPA en Estados Unidos, Reglamentación para la Ejecución de las Instalaciones Eléctricas en Inmuebles de la Asociación Electrotécnica Argentina (AEA 90364), REGLAMENTO DE OBRAS E INSTALACION ELECTRICA para México, etc.

 En cualquier caso, siempre tenemos que tener en cuenta los siguiente:

 - la sección del conductor neutro será como mínimo igual a la de las fases (suelen ser iguales siempre).

 - La sección del cable de puesta o toma de tierra será según la siguiente tabla:

seccion conductores toma de tierra

 - Los conductores empleados en las instalaciones interiores son, por lo general, de cobre, bien rígidos, con tensión nominal de 750 V, o flexibles, con tensión nominal de 440 V.

 - Busca información sobre cuáles son las secciones normalizadas de los conductores en el reglamento.

 - La sección mínima de conductores aconsejada para cableado doméstico, para una instalación de dos conductores y tierra con aislamiento de PVC bajo tubo empotrado es:

- Cable de 1,5mm2 para iluminación
- Cable de 2,5 mm2 para tomas de uso general
- Cable de 2,5 mm2 para el baño y el cuarto de cocina
- Cable de 4 mm2 para lavadora, secadora, lavavajillas y termo eléctrico. 
- Cable de 6 mm2 para la cocina y horno, aire acondicionado y la calefacción eléctrica.


http://www.areatecnologia.com/electricidad/cables-conductores.html

No hay comentarios:

Publicar un comentario