UNIVERSIDAD
PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR
INSTITUTO
PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETO
“LUÍS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”
DEPARTAMENTO
DE EDUCACIÓN TÉCNICA
PROGRAMA
ELECTRICIDAD INDUSTRIAL
DOSSIER
Participate
Yosmar Peña
Yosmar Peña
Asignatura:
Didáctica de la electricidad industrial
.
INTRODUCCIÓN
En
la presente guía se hace referencia a lo
relacionado con los conductores
eléctricos, sus diferentes diámetros y materiales de los cuales esta
fabricados como sus diferentes tipos de coberturas de aislamientos, que son
aislantes eléctricos y acometidas eléctricas, tipos de acometidas y
lineamientos para su colocación. Lo
contenidos en esta guía tiene como finalidad fortalecer los conocimientos sobre
los temas a tratar y servir de
herramienta para que el lector construya sus saberes acerca del área como la
importancia de saber elegir un conductor en una instalación eléctrica y lo que
conlleva una mala elección, riesgos eléctricos, accidentes e incidentes.
CONDUCTORES
Concepto de resistencia eléctrica
Debido
a que los electrones libres adquieren velocidad en su movimiento a lo largo del
conductor, la energía potencial de la fuente de voltaje se transforma en
energía cinética; es decir, los electrones adquieren energía cinética (la
energía de movimiento). Antes de que los electrones se desplacen muy lejos, se
producen colisiones con los iones del conductor. Un ion es simplemente un átomo
o grupo de átomos que por la perdida o ganancia de electrones libres ha
adquirido una carga eléctrica. Los iones toman posiciones fijas y dan al
conductor metálico su forma o característica. Como resultado de las colisiones
entre los electrones libres y los iones, los electrones libres seden parte de
su energía cinética en forma de calor o energía calorífica a los iones.
Al
pasar de un punto a otro en un circuito eléctrico, un electrón libre produce
muchas colisiones y, dado que la corriente es un movimiento de electrones
libres, las colisiones se oponen a la corriente. Un sinónimo de oponer es
resistir, de manera que se puede establecer formalmente que la resistencia es
la propiedad de un circuito eléctrico de oponerse a la corriente.
La
unidad de la resistencia es el ohm y se designa con la letra R; cuando la
unidad ohm es muy pequeña se puede usar el kilohm, es igual a 1000 ohms.
Todos
los componentes que se usan en los circuitos eléctricos, tienen alguna
resistencia, siendo de particular interés en las instalaciones eléctricas la
resistencia de los conductores.
Cuatro
factores afectan la resistencia de los conductores metálicos:
1)
Su
longitud.
2)
El
área o sección transversal.
3)
El
tipo de material del conductor.
4)
La
temperatura.
La resistencia
de un conductor es directamente proporcional a su longitud; es decir, que mayor
longitud del conductor el valor de resistencia es mayor.
La resistencia
es inversamente proporcional al área o sección (grosor) del conductor; es
decir, a medida que un conductor tiene mayor área su resistencia disminuye.
Para la medición de la resistencia se utilizan
aparatos llamado óhmetros que contienen su fuente de voltaje propia que
normalmente es una batería. Los óhmetros se conectan en al circuito que se va a
medir la resistencia, cuando el circuito esta desenergizado.
La resistencia
se puede medir también por medio de aparatos llamados milímetros que integran
también la de voltajes y corrientes. La resistencia también se puede calcular
por método indirecto de voltaje y corriente.
LEY DE OHM
En 1825, un
científico alemán, George Simón Ohm,
realizo experimentos que condujeron al establecimiento de una de las más
importante leyes de los circuitos eléctricos. Tanto la ley como la unidad de la
resistencia eléctrica llevan su nombre en su honor.
Las tres maneras
de expresar la ley de ohm so las siguientes:
Resistencia
; R
; R
Corriente
;
I
;
I
Voltaje= resistencia x
corriente; E= R x I
Dado que la ley de ohm
presenta los conceptos básicos de la electricidad, es importante tener practica
con su uso; por razón se puede usar diferentes formas de ilustrar esta ley
simplificando notablemente su aplicación como se presenta a continuación:
EL CONCEPTO DE CAÍDA DE VOLTAJE
Cuando la corriente
fluye por un conductor, parte del voltaje aplicado “pierde” en superar la
resistencia del conductor. Si esta perdida es excesiva y es mayor de ciertos
porcentajes que fija el código eléctrico nacional, lámparas y algunos otros
aparatos eléctricos tienen problemas en su operación.
Por ejemplo, las
lámparas (incandescentes) reducen su brillantez o intensidad luminosa, los
motores eléctricos de inducción tienen problemas para arrancar y los sistemas
de calefacción reducen su calor producido a la salida.
Para calcular la caída
del voltaje se puede aplica la ley de
ohm que se estudio con anterioridad en su forma E= R XI. Por ejemplo, si la
resistencia de un conductor es 0.5 ohms y la corriente que circula por el es de
20 A, la caída de voltaje es:
E= R X I = 0.5 X 20= 10 Volts
Para el caso de los
conductores usados en instalaciones eléctricas, se usa la designación
norteamericana AWG (American Wire Gage) que designa a cada conductor por un
número o calibre y que esta relacionado con su tamaño o diámetro, a cada
calibre del conductor le corresponde un dato de su resistencia; que normalmente
esta expresada en ohms por cada metro de longitud, lo que permite calcular la
resistencia total del conductor como:
R= r x L
R= resistencia en ohms/
metro
L= longitud total del
conductor
Por ejemplo, la caída
de voltaje en un conductor de cobre forrado con aislamiento TW del N° 12 AWG
por el que circula una corriente de 10A y que tiene una longitud total de 100m
con un valor de resistencia de 5.39 ohms/kilómetros se calcula:
E= R
X I
Donde la resistencia
total es:
R = r x L
r = 5.39 ohms/Km= 5.39/1 000= 0.00539 ohms/metro
Para L = 100 metros
R= 0.00539 x 100 =
0.539 ohms.
Por lo que la caída de
voltaje es:
E= R x I=
0.539 x 10 = 5.39 Volts.
NOTA:
Para datos de
resistencia de conductores de cobre
Consultar la tabla 1.4
de las “Normas Técnicas para instalaciones eléctricas”
SEPAFIN, parte I, 198.
CONDUCTORES
En las instalaciones
eléctricas residenciales los elementos que proveen las trayectorias de circulación
de la corriente eléctrica son conductores o alambre forrados con un material
aislante, desde luego que el material aislante no es conductor, con esto
garantiza que el flujo de corriente sea a través del conductor. El material que
normalmente se usa en los conductores para instalaciones eléctricas es el cobre
y se aplican en el caso específico de las instalaciones eléctricas
residenciales dentro de la categoría de las instalaciones de “baja tensión” que
son aquellas cuyos voltajes de operación
no exceden los 1000volts entre
conductores o hasta 6000 volts a tierra.
Calibre de los conductores
Los calibres de los
conductores dan una idea de la sección o diámetro de los mismos y se designa
usando el sistema norteamericano de calibres (AWG) por medio de un número al
cual se hace referencia, sus otras características como son diámetro área,
resistencia, etc., la equivalencia en mm2
del área se debe hacer en forma independiente de la designación
usada por la american wire gage (AWG). En nuestro caso, siempre se hará
referencia a los conductores de cobre.
Es conveniente notar
que en el sistema de designación de los calibres de conductores usados por la
AWG, a medida que el numero de designación es mas grande la sección en menor.
La figura 2.1 da una
idea de los tamaños de los conductores sin aislamiento.
En la mayoría de las
aplicaciones de conductores en instalaciones eléctricas residenciales, los
calibres de conductores de cobre que normalmente se usan son los designados por
N°12 y 14. Los calibres 6 y 8 que se pueden encontrar, ya sea como conductores
sólidos o cable, se aplican para instalaciones industriales o para manejar
alimentaciones a grupos de casas-habitación (departamentos).
La figura 2.3 da una
idea de la parentación delos conductores de
un solo alambrado forrados como los usados en las instalaciones
residenciales:
Los conductores
usados en instalaciones eléctricas deben cumplir con ciertos requerimientos
para su aplicación como son:
1.
Limite
de tensión de aplicación; en el caso de las instalaciones residenciales 1000V
2.
capacidad
de corriente (Ampacidad) que representa la máxima corriente que puede conducir
un conductor para un calibre dado y que esta afectada principalmente por los
siguientes factores:
a)
temperatura.
b)
Capacidad
de disipación de calor producido por las perdidas en función del medio en que
se encuentra el conductor, es decir, aire o en tubo conduit.
3.
Máxima
caída de voltaje permisible de acuerdo con el calibre de conductor y la
corriente que conducirá; se debe respetar la máxima caída de voltaje permisible
recomendada por el código eléctrico nacional y que es de un 3% del punto de
alimentación al punto mas distante de la instalación.
Algunos datos de
los conductores de cobre usados en las instalaciones eléctricas se dan en la
siguiente tabla (tomados de las normas técnicas para instalaciones eléctrica
1981).
CORDONES Y CABLES FLEXIBLES
Los
cordones y cables flexibles de dos o más conductores son aquellos cuyas
características de flexibilidad los hacen indicados para aplicaciones en aéreas
y locales no peligrosos para alimentaciones de aparatos domésticos fijos,
lámparas colgantes o portátiles, equipos portátiles o sistemas de aire
acondicionado. En general, se usan para instalaciones eléctricas visibles en
lugares secos y su calibre no bebe ser inferior al N° 18 AWG.
PARA REALIZAR
TRABAJOS CON LOS CONDUCTORES SE UTILIZAN:
DEFINICION DE AISLANTES
Un
material aislante es aquel que, debido a que los electrones de sus átomos están
fuertemente unidos a sus núcleos, prácticamente no permite sus desplazamientos
y, por ende, el paso de la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia
de tensión entre dos puntos del mismo. Material no conductor que, por lo tanto,
no deja pasar la electricidad.
Para medir el aislamiento se utiliza un
equipo llamado megger cuyo nombre deriva de su capacidad de medición de resistencias en el orden de los megaohms,
este equipo puede ser analógico como digital, los buenos aislantes tienen un
valor alto de ohms véase las siguientes tablas de valores de resistencias de
los materiales:
ACOMETIDA
Se llama acometida en las instalaciones eléctricas a la derivación desde la red de distribución de la empresa suministradora (también
llamada de 'servicio eléctrico') hacia la edificación o propiedad donde se hará
uso de la energía eléctrica (normalmente conocido como 'usuario').
Las acometidas en
baja tensión (de 0 a 600/1000 V dependiendo
del país) finalizan en la denominada caja general de protección mientras que las acometidas en alta
tensión (a tensión mayor de 600/1000 V) finalizan en un centro de transformación del usuario, donde se define como el
comienzo de las instalaciones internas o del usuario. La capacidad de la línea
de transmisión afecta al tamaño de estas estructuras principales. Por ejemplo,
la estructura de la torre varía directamente según el voltaje requerido y la
capacidad de la línea. Las torres pueden ser postes simples de madera para las
líneas de transmisión pequeñas hasta 46 kilovoltios (kV). Se emplean
estructuras de postes de madera en forma de H, para las líneas de 69 a 231 kV.
Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito simple, para las
líneas de 161 kV o más. Es posible tener líneas de transmisión de hasta 1.000
kV.
Las
acometidas eléctricas se clasifican por dos criterios básicos según la Tensión:
1. Baja
Tensión; 127 V,
200 V, 550 V, en general se consideran los límites superiores en 600 o 1000 V
dependiendo del país y su normatividad interna.
2. Alta
Tensión; 5 kV,
25 kV 40 kV, en general se considera el límite inferior en mayor a 600 o 1000 V
según la normatividad del país.
Forma de acometida.
·
Acometida aérea', cuando la entrada de cables del suministrador se
da por lo alto de la construcción, normalmente por medio de una mufa y tubo,
desde un poste de la red de suministro, en alta tensión los cables del
suministro suelen ser llevados al usuario por tuberías enterradas para
minimizar los peligros desde las redes aéreas de la empresa suministradora,
pero cuando son aéreas es usual el uso de pórticos o torres.
·
Acometida subterránea, cuando la entrada de cables del suministrador se
da por debajo de la construcción, desde un registro o pozo de visita de la red
de suministro.
Las acometidas se dividen en dos
zonas:
1. Lado Suministrador o Compañía:
básicamente se considera abarca desde la red de suministro eléctrico de la
compañía que da el servicio, hasta las terminales de salida del medidor, las
cuales pueden ser zapatas (terminales a presión. atornilladles, cableadas,
etc.), pero es muy común que se considere que se prolonga hasta el interruptor
general de la instalación eléctrica del usuario.
2. Lado Usuario: que comprende desde
las terminales de salida del medidor hasta el último equipo o contacto del
usuario, normalmente las compañías suministradoras solicitan que el primer
elemento que se coloque en el lado usuario sea un interruptor general, que
permita asegurar la desconexión de la instalación interior, por lo que
usualmente se usan interruptores de cuchillas con cartuchos fusibles, para
desconexión sin carga, esto tanto en baja como alta tensión. Es en este lado
que se consideran los llamados circuitos alimentadores (circuitos entre
aparatos o equipos de maniobra como los interruptores termo magnéticos) y los
circuitos derivados (circuito entre un equipo eléctrico de uso o contacto y su
aparato de maniobra).
Las acometidas eléctricas están
conformadas por los siguientes componentes
Empresa
de suministro
·
Punto de
alimentación
·
Conductores
·
Ductos
·
Tablero
general de acometida.
·
Armario
(uno solo usuario, ejemplo: vivienda unifamiliar) o concentración de medidores
(varios usuarios, ejemplo, condominio horizontal), con medidor en kilowatts
hora (kWh).
·
Puesta a
tierra externa.
USUARIO
·
Interruptor
general.
·
Puesta a
tierra interna.
RECOMENDACIONES
GENERALES
·
Los
conductores de la acometida deberán ser continuos, desde el punto de conexión
de la red hasta los bornes de la entrada del equipo de medida, estos
normalmente los instala la compañía suministradora y están bajo su cuidado.
·
No se aceptarán empalmes, ni derivaciones, en
ningún tramo de la acometida. En la caja o armario de medidores deberá
reservarse en su extremo una longitud del conductor de la acometida suficiente
que permita una fácil conexión al equipo de medida.
Mantenimiento en los conductores
Los materiales usados en los
aislamientos eléctricos, cuando son de buena calidad y el uso de ellos ha sido
correcto es decir cuando la temperatura de operación del conductor no fue
superada, por una buena selección de la sección del conductor, uso de la
instalación sin sobrecargas por una adecuada protección mediante interruptores
termo magnéticos, etc. puede superar los 20 años. Sin embargo, pequeñas
sobrecargas de larga duración que podrían no ser detectadas por los sistemas de
protección, acortan la vida del conductor.
Incremento en el uso de artefactos eléctricos
los artefactos eléctricos
que actualmente usamos (cocina eléctrica, calentadores eléctricos, termas,
microondas, equipos de sonido, juegos electrónicos, etc.) nos han traído
beneficios y confort, aunque es importante destacar que este crecimiento debe
estar acompañado por un análisis sobre la capacidad de carga de la instalación
eléctrica, para determinar si dicha instalación está en condiciones de resistir
incrementos en el consumo de electricidad por la presencia de más artefactos, de
lo contrario corremos el riesgo de que se presenten accidentes eléctricos que
pongan en peligro nuestra vida, la de nuestra familia y la seguridad de nuestra
inversión.
Los accidentes eléctricos
Los problemas típicos que se
pueden presentar en una instalación eléctrica pueden ser prevenidos por parte
de los usuarios, dado que la exposición a la ocurrencia de un accidente
depende, en gran medida, de las decisiones que ellos toman.
Instalaciones eléctricas seguras y confiables
Una instalación eléctrica segura
y confiable es aquélla en la que sus componentes garantizan que se reduzca al
mínimo la probabilidad de ocurrencia de accidentes que pongan en riesgo la vida
y la salud de los usuarios, así como la posibilidad de fallas en los equipos
eléctricos. Por ello, en las instalaciones donde los componentes usados son de
mala calidad o donde los usuarios no han tomado con seriedad el rol preventivo
que les compete, están expuestas a accidentes de origen eléctrico en forma
permanente.
Instalaciones antiguas: peligro inminente
Las instalaciones eléctricas
antiguas son el principal foco de atención a estos problemas, dado que no están
preparadas para resistir la creciente demanda eléctrica.
Los conductores eléctricos
que han cumplido su vida útil, son una de las principales causas de los
accidentes eléctricos, si:
·
la sección de los conductores no está de acuerdo
con la potencia actual que consume la instalación.
·
el sobrecalentamiento de los conductores, producido
por el exceso de corriente eléctrica que circula, se traduce en envejecimiento
acelerado del aislamiento.
·
el conductor utilizado es de "mala
calidad", existiendo diferencias en la sección del cobre, a pesar de ser
conductores del mismo calibre o sección nominal.
·
se producen daños mecánicos sobre los cables
durante su instalación.
Además, debemos tener en cuenta que:
·
el mal estado del material aislante, debido a la
antigüedad del conductor, puede originar un cortocircuito, incrementando este
peligro la presencia de humedad en el lugar de instalación.
·
el crecimiento desmedido de las instalaciones
mediante el uso de extensiones y sin la asesoría de electricistas calificados,
puede ocasionar una sobrecarga en la instalación.
·
la compra de artículos de precios reducidos y baja
calidad, generalmente incumplen las normas de calidad y seguridad del producto
y pueden poner en riesgo la instalación.
·
la ausencia de mantenimiento de la instalación.
Renovación de la instalación eléctrica
La renovación total de
los conductores de una instalación eléctrica debe darse -por lo menos- cuando
llega a 20 años. Asimismo, permanentemente deben analizarse los cambios en las
personas que la utilizan, sus cambios
de costumbres, los nuevos habitantes, etc.
De la misma manera, es
importante aprovechar el momento de las remodelaciones en la instalación, con
el fin de inspeccionarla y determinar si su estado es el correcto para los
artefactos eléctricos que se están usando.
Considerando que el uso de
conductores eléctricos antiguos ocasiona un exceso en el consumo de energía
eléctrica de la instalación (pérdida de energía en forma de calor), su
renovación, permitirá ahorrar dinero y disponer de una instalación segura y
confiable.
En este aspecto juegan un
papel importante los usuarios, cuya toma de conciencia debe ser elevada dado el
riesgo que conlleva tener una instalación en mal estado. Es mayor aún la
responsabilidad de los profesionales calificados para estas labores, cuyas
recomendaciones a los usuarios servirán para tomar mejores decisiones de
seguridad eléctrica.
Conclusiones
·
la seguridad de la instalación eléctrica depende de
numerosos factores, incrementándose el peligro con la antigüedad de la
instalación y el comportamiento del usuario en la utilización
de la electricidad.
de la electricidad.
·
los conductores eléctricos juegan un papel
importante en la seguridad de la instalación eléctrica por su impacto en la
presencia de accidentes eléctricos.
·
el correcto dimensionamiento y selección de los
tipos de conductores eléctricos a usar previene accidentes eléctricos.
·
es necesaria la constante evaluación de los
conductores eléctricos usados en la instalación y, en las instalaciones con
antigüedad mayor a 20 años, se recomienda la renovación de los
conductores eléctricos con el fin de prevenir accidentes eléctricos.
conductores eléctricos con el fin de prevenir accidentes eléctricos.
·
la vida económica de los conductores eléctricos
está asociada a la calidad de los materiales, un adecuado sistema de protección
eléctrica e instalación aplicando las reglas del código nacional de
electricidad, mano de obra idónea para la instalación y mantenimiento, así como
al uso racional y seguro de la electricidad.
Ejercicio propuesto.
Calcular la
caída de de voltaje en el conductor TW del nº. 14AWG que alimenta a un taladro de 900 watts a 127
volts, si tiene 5m de longitud.
REFERENCIAS
El ABC de las
instalaciones eléctricas Ing. Gilberto Enríquez Harper 1996 EDITORIAL LIMUSA
México D.F.
http://programacasasegura.org/pe/articulos/importancia-del-buen-estado-de-los-conductores-electricos-para-lograr-la-seguridad-de-la-instalacion-electrica/
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