El cobre se ha utilizado en el cableado eléctrico desde la invención del electroimán y el telégrafo en la década de 1820. [1] [2] La invención del teléfono en 1876 creó una mayor demanda de alambre de cobre como conductor eléctrico. [3]
El cobre es el conductor eléctrico en muchas categorías de cableado eléctrico. [3] [4] El alambre de cobre se utiliza en la generación de energía , la transmisión de energía , distribución de energía , de telecomunicaciones , la electrónica de circuitos, y un sinnúmero de tipos de equipo eléctrico . [5] El cobre y sus aleaciones también se utilizan para hacer contactos eléctricos . El cableado eléctrico en los edificios es el mercado más importante para la industria del cobre. [6] Aproximadamente la mitad de todo el cobre extraído se utiliza para fabricar alambres eléctricos y conductores de cables. [5]
Propiedades del cobre
Conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica es una medida de qué tan bien un material transporta una carga eléctrica . Esta es una propiedad esencial en los sistemas de cableado eléctrico. El cobre tiene la clasificación de conductividad eléctrica más alta de todos los metales no preciosos : la resistividad eléctrica del cobre = 16.78 nΩ • ma 20 ° C. El cobre electrónico especialmente puro sin oxígeno (OFE) es aproximadamente un 1% más conductor (es decir, alcanza un mínimo de 101% de IACS). [7] [8]
La teoría de los metales en su estado sólido [9] ayuda a explicar la conductividad eléctrica inusualmente alta del cobre. En un átomo de cobre , la zona de energía 4s más externa, o banda de conducción , está solo a la mitad, por lo que muchos electrones pueden transportar corriente eléctrica . Cuando se aplica un campo eléctrico a un cable de cobre, la conducción de electrones se acelera hacia el extremo electropositivo , creando así una corriente. Estos electrones encuentran resistencia a su paso al chocar con átomos de impurezas, huecos, iones reticulares e imperfecciones. La distancia promedio recorrida entre colisiones, definida como el " camino libre medio ", es inversamente proporcional a la resistividad del metal. Lo que es único sobre el cobre es su largo camino libre medio (aproximadamente 100 espaciamientos atómicos a temperatura ambiente). Este camino libre medio aumenta rápidamente a medida que se enfría el cobre. [10]
Debido a su conductividad superior, el cobre recocido se convirtió en el estándar internacional con el que se comparan todos los demás conductores eléctricos. En 1913, la Comisión Electrotécnica Internacional definió la conductividad del cobre comercialmente puro en su Estándar Internacional de Cobre Recocido, como 100% IACS = 58.0 MS / ma 20 ° C, disminuyendo en 0.393% / ° C. [7] [8] Debido a que la pureza comercial ha mejorado durante el último siglo, los conductores de cobre utilizados en cables de construcción a menudo superan ligeramente el estándar de 100% IACS. [11]
El grado principal de cobre utilizado para aplicaciones eléctricas es el cobre de brea tenaz a los electrolitos (ETP) (CW004A o designación ASTM C11040). Este cobre tiene una pureza de al menos un 99,90% y una conductividad eléctrica de al menos un 101% de IACS. El cobre ETP contiene un pequeño porcentaje de oxígeno (0.02 a 0.04%). Si las necesidades de cobre de alta conductividad que se sueldan o sueldan o se utilizan en una atmósfera reductora, a continuación, cobre libre de oxígeno (CW008A o ASTM C10100 designación) puede ser utilizado. [12]
Varios metales conductores de electricidad son menos densos que el cobre, pero requieren secciones transversales más grandes para transportar la misma corriente y es posible que no se puedan utilizar cuando el espacio limitado es un requisito importante. [10] [4]
El aluminio tiene el 61% de la conductividad del cobre. [13] El área de la sección transversal de un conductor de aluminio debe ser 56% más grande que el cobre para la misma capacidad de transporte de corriente. La necesidad de aumentar el grosor del alambre de aluminio restringe su uso en muchas aplicaciones, [4] como en pequeños motores y automóviles. Sin embargo, en algunas aplicaciones, como los cables aéreos de transmisión de energía eléctrica , predomina el aluminio y rara vez se utiliza el cobre. [ cita requerida ]
La plata , un metal precioso , es el único metal con una conductividad eléctrica más alta que el cobre. La conductividad eléctrica de la plata es el 106% de la del cobre recocido en la escala IACS, y la resistividad eléctrica de la plata = 15,9 nΩ • ma 20 ° C. [14] [15] El alto costo de la plata combinado con su baja resistencia a la tracción limita su uso a aplicaciones especiales, como el enchapado de juntas y superficies de contacto deslizantes, y el enchapado de los conductores en cables coaxiales de alta calidad utilizados en frecuencias superiores a 30 MHz.
Fuerza de Tensión
La resistencia a la tracción mide la fuerza necesaria para tirar de un objeto como una cuerda, un cable o una viga estructural hasta el punto en que se rompe. La resistencia a la tracción de un material es la cantidad máxima de tensión que puede soportar antes de romperse.
La mayor resistencia a la tracción del cobre (200–250 N / mm 2 recocido) en comparación con el aluminio (100 N / mm 2 para las aleaciones conductoras típicas [16] ) es otra razón por la que el cobre se usa ampliamente en la industria de la construcción. La alta resistencia del cobre resiste el estiramiento, el cuello hacia abajo, el deslizamiento, las mellas y las roturas y, por lo tanto, también evita fallas e interrupciones del servicio. [17] El cobre es mucho más pesado que el aluminio para conductores de igual capacidad de carga de corriente, por lo que la alta resistencia a la tracción se compensa con su mayor peso.
Ductilidad
La ductilidad es la capacidad de un material para deformarse bajo tensión de tracción . Esto a menudo se caracteriza por la capacidad del material para estirarse en un alambre . La ductilidad es especialmente importante en el trabajo de metales porque los materiales que se agrietan o rompen bajo tensión no se pueden martillar, enrollar ni estirar (el estirado es un proceso que utiliza fuerzas de tracción para estirar el metal).
El cobre tiene una mayor ductilidad que los conductores de metal alternativos con la excepción del oro y la plata. [18] Debido a la alta ductilidad del cobre, es fácil de reducir a diámetros con tolerancias muy estrechas. [19]
Combinación de fuerza y ductilidad
Por lo general, cuanto más fuerte es un metal, menos flexible es. Este no es el caso del cobre. Una combinación única de alta resistencia y alta ductilidad hace que el cobre sea ideal para sistemas de cableado. En las cajas de conexiones y en las terminaciones, por ejemplo, el cobre se puede doblar, torcer y tirar sin estirarse ni romperse. [17]
Resistencia a la fluencia
La fluencia es la deformación gradual de un material por expansiones y contracciones constantes bajo condiciones de "carga, sin carga". Este proceso tiene efectos adversos en los sistemas eléctricos: las terminaciones pueden aflojarse, provocando que las conexiones se calienten o generen arcos eléctricos peligrosos.
El cobre tiene excelentes características de fluencia que minimizan el aflojamiento en las conexiones. Para otros conductores metálicos que se arrastran, se requiere un mantenimiento adicional para verificar los terminales periódicamente y asegurarse de que los tornillos permanezcan apretados para evitar la formación de arcos eléctricos y el sobrecalentamiento. [17]
Resistencia a la corrosión
La corrosión es la descomposición y el debilitamiento no deseados de un material debido a reacciones químicas. El cobre generalmente resiste la corrosión por humedad, contaminación industrial y otras influencias atmosféricas. Sin embargo, los óxidos, cloruros y sulfuros de corrosión que se forman en el cobre son algo conductores. [13] [17]
En muchas condiciones de aplicación, el cobre es más alto en la serie galvánica que otros metales estructurales comunes, lo que significa que es menos probable que el alambre de cobre se corroa en condiciones húmedas. Sin embargo, cualquier otro metal anódico en contacto con el cobre se corroerá, ya que esencialmente se sacrificará al cobre.
Coeficiente de expansión termal
Los metales y otros materiales sólidos se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse. Esta es una ocurrencia indeseable en los sistemas eléctricos. El cobre tiene un bajo coeficiente de expansión térmica para un material conductor eléctrico. El aluminio, un conductor común alternativo, se expande casi un tercio más que el cobre bajo temperaturas crecientes. Este mayor grado de expansión, junto con la menor ductilidad del aluminio, puede causar problemas eléctricos cuando las conexiones atornilladas se instalan incorrectamente. Mediante el uso de la tornillería adecuada, como conexiones de presión de resorte y arandelas ahuecadas o divididas en la junta, es posible crear juntas de aluminio que se comparen en calidad con las juntas de cobre. [13]
Conductividad térmica
La conductividad térmica es la capacidad de un material para conducir calor. En los sistemas eléctricos, la alta conductividad térmica es importante para disipar el calor residual, particularmente en las terminaciones y conexiones. El cobre tiene un índice de conductividad térmica un 60% más alto que el aluminio, [17] por lo que es más capaz de reducir los puntos calientes térmicos en los sistemas de cableado eléctrico. [10] [20]
Soldabilidad
La soldadura es un proceso mediante el cual dos o más metales se unen mediante un proceso de calentamiento. Ésta es una propiedad deseable en los sistemas eléctricos. El cobre se suelda fácilmente para hacer conexiones duraderas cuando sea necesario.
Facilidad de instalación
La resistencia, dureza y flexibilidad del cobre hacen que sea muy fácil trabajar con él. El cableado de cobre se puede instalar simple y fácilmente sin herramientas especiales, arandelas, trenzas o compuestos para juntas. Su flexibilidad hace que sea fácil de unir, mientras que su dureza ayuda a mantener las conexiones en su lugar de forma segura. Tiene buena resistencia para tirar de cables a través de lugares estrechos ("jalar a través"), incluidos los conductos. Se puede doblar o torcer fácilmente sin romperse. Se puede quitar y terminar durante la instalación o el servicio con mucho menos peligro de mellas o roturas. Y se puede conectar sin el uso de terminales y accesorios especiales. La combinación de todos estos factores facilita a los electricistas la instalación de cables de cobre. [17] [21]
Tipos
Sólido y trenzado
El alambre macizo consiste en una hebra de alambre de cobre metálico, desnudo o rodeado por un aislante. Los conductores de cobre de una sola hebra se utilizan normalmente como alambre magnético en motores y transformadores. Son relativamente rígidos, no se doblan fácilmente y normalmente se instalan en aplicaciones permanentes, poco manipuladas y de baja flexibilidad.
El cable trenzado tiene un grupo de cables de cobre trenzados o trenzados. El cable trenzado es más flexible y más fácil de instalar que un cable grande de un solo filamento de la misma sección transversal. El trenzado mejora la vida útil del cable en aplicaciones con vibración. Una sección transversal particular de un conductor trenzado le da esencialmente las mismas características de resistencia que un conductor de un solo filamento, pero con mayor flexibilidad. [22]
Cable
Un cable de cobre consta de dos o más alambres de cobre que corren uno al lado del otro y se unen, trenzan o trenzan para formar un solo conjunto. Los cables eléctricos pueden hacerse más flexibles trenzando los cables.
Los alambres de cobre en un cable pueden estar desnudos o pueden estar chapados para reducir la oxidación con una capa delgada de otro metal, generalmente estaño pero a veces oro o plata . El enchapado puede prolongar la vida útil del cable y facilitar la soldadura . Los cables de par trenzado y coaxiales están diseñados para inhibir la interferencia electromagnética, prevenir la radiación de señales y proporcionar líneas de transmisión con características definidas. Los cables blindados se envuelven en papel de aluminio o malla de alambre.
Aplicaciones
El cobre de brea tenaz electrolítica (ETP), un cobre de alta pureza que contiene oxígeno como agente de aleación , representa la mayor parte de las aplicaciones de conductores eléctricos debido a su alta conductividad eléctrica y mejor recocido . ETP cobre se utiliza para la transmisión de energía , distribución de energía y de telecomunicaciones . [5] Las aplicaciones comunes incluyen cables de construcción, bobinados de motores, cables eléctricos y barras colectoras . Los cobres sin oxígeno se utilizan para resistir la fragilización por hidrógeno cuando se necesitan grandes cantidades de trabajo en frío y para aplicaciones que requieren una mayor ductilidad (por ejemplo, cables de telecomunicaciones ). Cuando la fragilización por hidrógeno es una preocupación y no se requiere baja resistividad eléctrica, se puede agregar fósforo al cobre. [10]
Para ciertas aplicaciones, se prefieren los conductores de aleación de cobre en lugar del cobre puro, especialmente cuando se requieren mayores resistencias o propiedades mejoradas de resistencia a la abrasión y la corrosión . Sin embargo, en relación con el cobre puro, los beneficios de mayor resistencia y resistencia a la corrosión que ofrecen las aleaciones de cobre se compensan con sus conductividades eléctricas más bajas. Los ingenieros de diseño sopesan las ventajas y desventajas de los distintos tipos de cobre y conductores de aleación de cobre al determinar qué tipo especificar para una aplicación eléctrica específica. Un ejemplo de un conductor de aleación de cobre es el alambre de cobre de cadmio , que se utiliza para la electrificación de ferrocarriles en América del Norte. [5] En Gran Bretaña, la BPO (más tarde Post Office Telecommunications ) utilizó líneas aéreas de cobre y cadmio con un 1% de cadmio para aumentar la resistencia; para líneas locales de 40 lb / milla (1,3 mm de diámetro) y para líneas de peaje de 70 lb / milla (1,7 mm de diámetro). [23]
Algunos de los principales mercados de aplicaciones para conductores de cobre se resumen a continuación.
Cableado eléctrico
El cableado eléctrico distribuye energía eléctrica dentro de edificios residenciales, comerciales o industriales, casas móviles, vehículos recreativos, barcos y subestaciones con voltajes de hasta 600 V. El grosor del cable se basa en los requisitos de corriente eléctrica junto con temperaturas de funcionamiento seguras. El alambre macizo se utiliza para diámetros más pequeños; Los diámetros más gruesos están trenzados para proporcionar flexibilidad. Los tipos de conductores incluyen cable resistente a la corrosión no metálico / no metálico (dos o más conductores aislados con una cubierta exterior no metálica), cable armado o BX (los cables están rodeados por una carcasa metálica flexible), cable revestido de metal, cable de entrada de servicio, cable de alimentación subterráneo, cable TC, cable resistente al fuego y cable con aislamiento mineral, incluido el cable revestido de cobre con aislamiento mineral . [24] El cobre se usa comúnmente para la construcción de cables debido a su conductividad, resistencia y confiabilidad. Durante la vida útil de un sistema de cables de construcción, el cobre también puede ser el conductor más económico.
El cobre utilizado en el alambre de construcción tiene un índice de conductividad del 100% IACS [8] [25] o mejor. El alambre de cobre para construcción requiere menos aislamiento y se puede instalar en conductos más pequeños que cuando se utilizan conductores de baja conductividad. Además, comparativamente, puede caber más alambre de cobre en un conducto dado que conductores con conductividades más bajas. Este mayor "relleno de alambre" es una ventaja especial cuando se vuelve a cablear o expandir un sistema. [17]
El alambre de cobre para construcción es compatible con tornillos de latón y chapados de calidad. El cable proporciona conexiones que no se corroen ni se arrastran. Sin embargo, no es compatible con cables o conectores de aluminio. Si se unen los dos metales, puede producirse una reacción galvánica. La corrosión anódica durante la reacción puede desintegrar el aluminio. Esta es la razón por la que la mayoría de los fabricantes de electrodomésticos y equipos eléctricos utilizan cables de cobre para las conexiones a los sistemas de cableado de los edificios. [21]
El cableado de edificios "totalmente de cobre" se refiere a los edificios en los que el servicio eléctrico interno se realiza exclusivamente sobre cableado de cobre. En las casas totalmente de cobre, los conductores de cobre se utilizan en paneles de interruptores automáticos , cableado de circuitos derivados (a enchufes, interruptores, accesorios de iluminación y similares) y en sucursales dedicadas que sirven electrodomésticos de carga pesada (como cocinas, hornos, secadoras de ropa y otros). acondicionadores de aire). [26]
Los intentos de reemplazar el cobre por aluminio en los alambres de construcción se redujeron en la mayoría de los países cuando se descubrió que las conexiones de aluminio se aflojaban gradualmente debido a su lenta fluencia inherente, combinada con la alta resistividad y generación de calor de la oxidación del aluminio en las uniones. Los contactos cargados por resorte han aliviado en gran medida este problema con los conductores de aluminio en los cables de construcción, pero algunos códigos de construcción aún prohíben el uso de aluminio.
Para tamaños de circuito derivado, prácticamente todo el cableado básico para luces, enchufes e interruptores está hecho de cobre. [17] El mercado actual de cables de aluminio para la construcción se limita principalmente a calibres más grandes utilizados en los circuitos de suministro. [27]
Los códigos de cableado eléctrico dan la clasificación de corriente permitida para tamaños estándar de conductores. La clasificación de corriente de un conductor varía según el tamaño, la temperatura máxima permitida y el entorno operativo del conductor. Los conductores utilizados en áreas donde el aire frío puede circular libremente alrededor de los cables generalmente pueden transportar más corriente que el conductor de tamaño pequeño encerrado en un conducto subterráneo tendido con muchos conductores similares adyacentes. Las clasificaciones de temperatura prácticas de los conductores de cobre aislados se deben principalmente a las limitaciones del material de aislamiento o de la clasificación de temperatura del equipo adjunto.
Cableado de comunicaciones
Cable de par trenzado
El cableado de par trenzado es el cable de red más popular y se utiliza a menudo en redes de datos para conexiones de longitud corta y media (hasta 100 metros o 328 pies). [28] Esto se debe a sus costos relativamente más bajos en comparación con la fibra óptica y el cable coaxial.
Los cables de par trenzado sin blindaje (UTP) son el tipo de cable principal para el uso del teléfono. A finales del siglo XX, los UTP surgieron como el cable más común en los cables de redes de computadoras, especialmente como cables de conexión o conexiones de red temporales. [29] Se utilizan cada vez más en aplicaciones de video, principalmente en cámaras de seguridad.
Los cables de plenum UTP que se extienden por encima de los techos y las paredes interiores utilizan un núcleo de cobre sólido para cada conductor, lo que permite que el cable mantenga su forma cuando se dobla. Los cables de conexión, que conectan las computadoras a las placas de pared, usan alambre de cobre trenzado porque se espera que se flexionen durante su vida útil. [28]
Los UTP son los mejores cables de línea balanceados disponibles. Sin embargo, son los más fáciles de aprovechar. Cuando la interferencia y la seguridad son preocupaciones, a menudo se considera el cable blindado o el cable de fibra óptica . [28]
Los cables UTP incluyen: cable de categoría 3 , ahora el requisito mínimo de la FCC (EE. UU.) Para cada conexión telefónica; Cable de categoría 5e , pares mejorados de 100 MHz para ejecutar Gigabit Ethernet (1000Base-T); y cable de categoría 6 , donde cada par corre a 250 MHz para mejorar el rendimiento de 1000Base-T. [29] [30]
En las redes de cables de par trenzado de cobre, la certificación del cable de cobre se logra mediante una serie exhaustiva de pruebas de acuerdo con las normas de la Asociación de la Industria de Telecomunicaciones (TIA) o la Organización Internacional de Normalización (ISO).
Cable coaxial
Los cables coaxiales se utilizaron ampliamente en los sistemas informáticos de mainframe y fueron el primer tipo de cable principal utilizado para las redes de área local ( LAN ). Las aplicaciones comunes del cable coaxial en la actualidad incluyen redes de computadoras (Internet) y conexiones de datos de instrumentación, distribución de video y CATV , transmisión de RF y microondas y líneas de alimentación que conectan transmisores y receptores de radio con sus antenas . [31]
Si bien los cables coaxiales pueden recorrer distancias más largas y tener una mejor protección contra EMI que los pares trenzados, los cables coaxiales son más difíciles de trabajar y más difíciles de instalar desde las oficinas hasta el armario de cableado. Por estas razones, ahora generalmente se reemplaza con cables UTP menos costosos o cables de fibra óptica para obtener más capacidad. [28]
Hoy en día, muchas empresas de CATV todavía utilizan cables coaxiales en los hogares. Sin embargo, estos cables están cada vez más conectados a un sistema de comunicaciones de datos de fibra óptica fuera del hogar. La mayoría de los sistemas de gestión de edificios utilizan cableado de cobre patentado, al igual que los sistemas de megafonía / altavoces de audio. Los sistemas de control y entrada de seguridad todavía dependen a menudo del cobre, aunque también se utilizan cables de fibra. [32]
Cableado estructurado
La mayoría de las líneas telefónicas pueden compartir voz y datos simultáneamente. El cableado telefónico cuádruple pre-digital en los hogares no puede manejar las necesidades de comunicaciones para múltiples líneas telefónicas, servicio de Internet, comunicaciones de video, transmisión de datos, máquinas de fax y servicios de seguridad. La diafonía , la interferencia estática, las señales inaudibles y el servicio interrumpido son problemas comunes con el cableado desactualizado. Las computadoras conectadas a cables de comunicaciones anticuados a menudo experimentan un rendimiento deficiente de Internet.
“ Cableado estructurado ” es el término general para el cableado en las instalaciones del siglo XXI para sistemas de telefonía, video, transmisión de datos, seguridad, control y entretenimiento de alta capacidad. Las instalaciones suelen incluir un panel de distribución central donde se realizan todas las conexiones, así como enchufes con conexiones dedicadas para tomas de teléfono, datos, TV y audio.
El cableado estructurado permite que las computadoras se comuniquen entre sí sin errores y a altas velocidades mientras resisten la interferencia entre varias fuentes eléctricas, como electrodomésticos y señales de comunicaciones externas. Las computadoras en red pueden compartir conexiones a Internet de alta velocidad simultáneamente. El cableado estructurado también puede conectar computadoras con impresoras , escáneres , teléfonos , máquinas de fax e incluso sistemas de seguridad para el hogar y equipos de entretenimiento para el hogar.
El cable coaxial RG-6 con blindaje cuádruple puede transportar una gran cantidad de canales de televisión al mismo tiempo. Un patrón de cableado en estrella, donde el cableado de cada conector se extiende hasta un dispositivo de distribución central, facilita la flexibilidad de los servicios, la identificación de problemas y una mejor calidad de la señal. Este patrón tiene ventajas para los bucles en cadena. Se encuentran disponibles herramientas, consejos y técnicas de instalación para sistemas de cableado en red que utilizan pares trenzados, cables coaxiales y conectores para cada uno. [33] [34]
El cableado estructurado compite con los sistemas inalámbricos en los hogares. Si bien los sistemas inalámbricos ciertamente tienen ventajas de conveniencia, también tienen inconvenientes con respecto a los sistemas con cables de cobre: el mayor ancho de banda de los sistemas que usan cableado de Categoría 5e generalmente admite más de diez veces las velocidades de los sistemas inalámbricos para aplicaciones de datos más rápidas y más canales para aplicaciones de video. Alternativamente, los sistemas inalámbricos son un riesgo para la seguridad, ya que pueden transmitir información confidencial a usuarios no deseados a través de dispositivos receptores similares. Los sistemas inalámbricos son más susceptibles a la interferencia de otros dispositivos y sistemas, lo que puede comprometer el rendimiento. [35] Ciertas áreas geográficas y algunos edificios pueden no ser adecuados para instalaciones inalámbricas, al igual que algunos edificios pueden presentar dificultades para instalar cables.
Distribución de poder
La distribución de energía es la etapa final en la entrega de electricidad para un uso final. Un sistema de distribución de energía transporta electricidad desde el sistema de transmisión hasta los consumidores.
Los cables de alimentación se utilizan para la transmisión y distribución de energía eléctrica, ya sea en el exterior o en el interior de los edificios. Los detalles sobre los distintos tipos de cables de alimentación están disponibles. [36]
El cobre es el material conductor preferido para las líneas de transmisión subterráneas que operan a voltajes altos y extra altos de hasta 400 kV. El predominio de los sistemas subterráneos de cobre se debe a su mayor conductividad volumétrica eléctrica y térmica en comparación con otros conductores. Estas propiedades beneficiosas para los conductores de cobre ahorran espacio, minimizan la pérdida de energía y mantienen temperaturas de cable más bajas. [ cita requerida ]
El cobre continúa dominando las líneas de bajo voltaje en minas y aplicaciones submarinas, así como en ferrocarriles eléctricos, montacargas y otros servicios al aire libre. [5]
El aluminio, ya sea solo o reforzado con acero, es el conductor preferido para las líneas aéreas de transmisión debido a su menor peso y menor costo. [5]
Conductores de electrodomésticos
Los conductores de electrodomésticos para aplicaciones e instrumentos domésticos se fabrican a partir de alambre blando trenzado, que se puede estañar para soldar o identificar fases. Dependiendo de las cargas, el aislamiento puede ser de PVC, neopreno, etileno propileno, relleno de polipropileno o algodón. [5]
Conductores de automoción
Los conductores de automóviles requieren un aislamiento que sea resistente a temperaturas elevadas, productos derivados del petróleo, humedad, fuego y productos químicos. El PVC, el neopreno y el polietileno son los aislantes más comunes. Los potenciales van desde 12 V para sistemas eléctricos hasta 300 V - 15,000 V para instrumentos, iluminación y sistemas de encendido. [36]
Cable magnético
El alambre magnético o el alambre enrollado se utilizan en los devanados de motores eléctricos , transformadores , inductores , generadores , auriculares , bobinas de altavoces , posicionadores de cabezales de discos duros, electroimanes y otros dispositivos. [5] [10]
La mayoría de las veces, el alambre magnético está compuesto de cobre refinado electrolíticamente y completamente recocido para permitir un enrollado más cercano al hacer bobinas electromagnéticas. El cable está recubierto con una variedad de aislamientos poliméricos , incluido el barniz , en lugar del plástico más grueso u otros tipos de aislamiento que se usan comúnmente en cables eléctricos. [5] Los grados de cobre sin oxígeno de alta pureza se utilizan para aplicaciones de alta temperatura en atmósferas reductoras o en motores o generadores enfriados por gas hidrógeno.
Cierres de empalme para cables de cobre
Un cierre de empalme de cobre se define como un gabinete, y el hardware asociado, que está destinado a restaurar la integridad mecánica y ambiental de uno o más cables de cobre que ingresan al gabinete y que brindan alguna función interna para empalmes, terminaciones o interconexiones. [37]
Tipos de cierres
Como se indica en el documento GR-3151 de requisitos de la industria de Telcordia , existen dos configuraciones principales para los cierres: cierres a tope y cierres en línea. Los cierres a tope permiten que los cables entren en el cierre solo por un extremo. Este diseño también puede denominarse cierre de domo. Estos cierres se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, incluido el empalme de ramas. Los cierres en línea permiten la entrada de cables en ambos extremos del cierre. Se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, incluido el empalme de ramales y el acceso a cables. Los cierres en línea también se pueden usar en una configuración a tope al restringir el acceso de los cables a un extremo del cierre.
Un cierre de empalme de cobre se define por las características de diseño funcional y, en su mayor parte, es independiente de entornos o aplicaciones de implementación específicos. En este momento, Telcordia ha identificado dos tipos de cierres de cobre:
- Cierres sellados ambientalmente (ESC)
- Cierres de respiración libre (FBC)
Los ESC brindan todas las características y funciones que se esperan de un cierre de empalme típico en un gabinete que evita la intrusión de líquido y vapor en el interior del cierre. Esto se logra mediante el uso de un sistema de sellado ambiental, como juntas de goma o adhesivos termofusibles. Algunos ESC usan aire presurizado para ayudar a mantener la humedad fuera del cierre.
Los FBC brindan todas las características y funciones que se esperan de un cierre de empalme típico que evita la intrusión de la lluvia, el polvo y los insectos impulsados por el viento. Sin embargo, tal cierre permite el libre intercambio de aire con el entorno exterior. Por lo tanto, es posible que se forme condensación dentro del cierre. Por tanto, es necesario proporcionar un drenaje adecuado para evitar la acumulación de agua dentro del cierre.
Futuras tendencias
El cobre seguirá siendo el material predominante en la mayoría de las aplicaciones de cables eléctricos, especialmente donde las consideraciones de espacio son importantes. [3] La industria automotriz durante décadas ha considerado el uso de alambres de menor diámetro en ciertas aplicaciones. Muchos fabricantes están comenzando a usar aleaciones de cobre como el cobre-magnesio (CuMg), que permiten alambres de diámetro más pequeño con menos peso y mejor desempeño de conductividad. Las aleaciones especiales como el cobre-magnesio están comenzando a tener un mayor uso en aplicaciones automotrices, aeroespaciales y de defensa. [38]
Debido a la necesidad de aumentar la transmisión de señales de voz y datos de alta velocidad, se espera que la calidad de la superficie del alambre de cobre continúe mejorando. Se espera que continúen las demandas de mejor dibujabilidad y movimiento hacia defectos “cero” en los conductores de cobre.
Es posible que se desarrolle un requisito de resistencia mecánica mínima para el alambre magnético con el fin de mejorar la formabilidad y evitar el estiramiento excesivo del alambre durante las operaciones de enrollado a alta velocidad. [ cita requerida ]
No parece probable que los estándares para la pureza del alambre de cobre aumenten más allá del valor mínimo actual de 101% IACS. Aunque se ha producido cobre de 6 nueves (99,9999% de pureza) en pequeñas cantidades, es extremadamente caro y probablemente innecesario para la mayoría de las aplicaciones comerciales, como imanes, telecomunicaciones y cables de construcción. La conductividad eléctrica del cobre de 6 nueves y el cobre de 4 nueves (99,99% de pureza) es casi la misma a temperatura ambiente, aunque el cobre de mayor pureza tiene una conductividad más alta a temperaturas criogénicas. Por lo tanto, para temperaturas no criogénicas, el cobre de 4 nueves probablemente seguirá siendo el material dominante para la mayoría de las aplicaciones comerciales de alambre. [3]
Robo
Durante el auge de las materias primas de la década de 2000 , los precios del cobre aumentaron en todo el mundo, [39] aumentando el incentivo para que los delincuentes robaran cobre de los cables de alimentación y comunicaciones. [40] [41] [42]
Ver también
- Cable magnético
- Recocido por cortocircuito
- Certificación de cable de cobre
- Sulfuro de cobre
- Alambre de aluminio revestido de cobre
- Acero revestido de cobre
- Galvanización
- Cable revestido de cobre con aislamiento mineral
- Pasivación (química)
- Soldabilidad
Referencias
- ^ Sturgeon, W., 1825, Aparato electromagnético mejorado, Trans. Royal Society of Arts, Manufactures & Commerce (Londres) 43: págs. 37–52, como se cita en Miller, TJE, 2001, Electronic Control of Switched Reluctance Machines, Newnes , pág. 7. ISBN 0-7506-5073-7
- ^ Windelspecht, Michael, 2003, Experimentos, inventos y descubrimientos científicos innovadores del siglo XIX, XXII, Greenwood Publishing Group, ISBN 0-313-31969-3
- ^ a b c d Pops, Horace, 2008, Processing of wire from antigüedad to the future, Wire Journal International, junio, pp 58-66
- ^ a b c "La metalurgia del alambre de cobre" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2013-09-01 . Consultado el 7 de junio de 2013 .
- ^ a b c d e f g h i Joseph, Günter, 1999, Cobre: su comercio, fabricación, uso y estado ambiental, editado por Kundig, Konrad JA, ASM International Vol. 2.03, conductores eléctricos
- ^ "Cobre, elemento químico - descripción general, descubrimiento y denominación, propiedades físicas, propiedades químicas, presencia en la naturaleza, isótopos" . Chemistryexplained.com. Archivado desde el original el 16 de junio de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ a b "El estándar internacional de cobre recocido; Centro de recursos NDT" . Ndt-ed.org. Archivado desde el original el 23 de mayo de 2013 . Consultado el 7 de junio de 2013 .
- ^ a b c Mesas de alambre de cobre; Circular de la Oficina de Normas; No. 31; SW Stratton, director; Departamento de Comercio de Estados Unidos; 1914
- ^ Mott, NF y Jones, H., 1958, La teoría de las propiedades de los metales y las aleaciones, Publicaciones de Dover
- ^ a b c d e Pops, Horace, 1995, Metalurgia física de conductores eléctricos, en Nonferrous Wire Handbook, Volumen 3: Principios y práctica, The Wire Association International, págs. 7-22
- ^ Sistemas de alambre de cobre para edificios Archivado el 24 de mayo de 2013 en Wayback Machine , Copper Development Association, Inc.
- ^ "Cobre - Propiedades y aplicaciones" . Copperinfo.co.uk. Archivado desde el original el 20 de julio de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ a b c "VTI: Aluminio vs. Cobre: Conductores en Transformadores Tipo Seco de Baja Tensión" . Vt-inc.com. 2006-08-29. Archivado desde el original el 8 de julio de 2012 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ Weast, Robert C. y Shelby, Samuel M. Handbook of Chemistry and Physics, 48a edición, Ohio: The Chemical Rubber Co. 1967-1968: F-132
- ^ WF Gale; TC Totemeir, eds. (2004), Smithells Metals Reference Book (8.a ed.), Elsevier Butterworth Heinemann Co. y ASM International, ISBN 0-7506-7509-8
- ^ "Desarrollo de conductor de aleación de aluminio con alta conductividad eléctrica y resistencia a la tracción y alargamiento controlados" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 28 de marzo de 2014 . Consultado el 7 de junio de 2013 .
- ^ a b c d e f g h "Eléctrico: alambre de construcción - sistemas de alambre de cobre para construcción" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 24 de mayo de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ Rich, Jack C., 1988, Los materiales y métodos de escultura. Publicaciones de Courier Dover. pag. 129. ISBN 0-486-25742-8 , https://books.google.com/?id=hW13qhOFa7gC
- ^ Manual de alambre no ferroso, volumen 3: Principios y práctica, The Wire Association International
- ^ Pops, Horace; Importancia del conductor y control de sus propiedades para aplicaciones de alambre magnético, en Nonferrous Wire Handbook, Volume 3: Principles and Practice, The Wire Association International, págs. 37-52
- ^ a b "Eléctrico: alambre de construcción - cobre, la mejor compra" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 25 de mayo de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ "Sabiduría de alambre: elegir conductores" (PDF) . Anixter. Archivado (PDF) desde el original el 9 de enero de 2017 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ Telefonía por TE Herbert & WS Procter, Volumen 1 p1110 (1946, Pitman, Londres)
- ^ Alambre de cobre para la construcción, Manual de productos de cobre / latón / bronce, publicación CDA 601/0, Asociación de desarrollo de cobre
- ^ El estándar internacional de cobre recocido; Centro de recursos NDT; "Copia archivada" . Archivado desde el original el 23 de mayo de 2013 . Consultado el 7 de junio de 2013 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Aplicaciones: telecomunicaciones - cableado totalmente de cobre" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 28 de mayo de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ Davis, Joseph R., Cobre y aleaciones de cobre, ASM International. Comité del Manual, págs. 155-156
- ^ a b c d "Red +, Módulo 3 - La red física" . Lrgnetworks.com. Archivado desde el original el 25 de abril de 2012 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ a b "Selección de cable coaxial y de par trenzado" . .electronicproducts.com. Archivado desde el original el 5 de noviembre de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ "La evolución de los sistemas de cableado de cobre de Cat5 a Cat5e a Cat6" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 14 de marzo de 2013.www.panduit.com
- ^ Van Der Burgt, Martin J., 2011, "Aplicaciones y cables coaxiales". Belden. pag. 4. Consultado el 11 de julio de 2011, "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 28 de julio de 2011 . Consultado el 11 de julio de 2011 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 11 de noviembre de 2011 . Consultado el 18 de noviembre de 2011 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Aplicaciones: Telecomunicaciones - Cableado de comunicaciones para los hogares de hoy" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 2 de mayo de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ "Aplicaciones: Telecomunicaciones - Cableado de infraestructura para hogares" . Copper.org. 2010-08-25. Archivado desde el original el 4 de mayo de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ Cableado estructurado para hogares de hoy (CD-ROM), Asociación de desarrollo de cobre, NY, NY, EE. UU.
- ^ a b Alambres y cables eléctricos, folleto 0001240, Cobre Cerrillos SA, Santiago, Chile; Boletín técnico de Cocessa, Catálogo de conductores eléctricos 751, MADECO, 1990
- ^ GR-3151-CORE, Requisitos genéricos para cierres de empalmes de cobre, Archivado el 4 de marzo de 2016 en la Wayback Machine Telcordia.
- ^ "Alambre de aleación de cobre-magnesio (CMG1) C18661" . Fisk (sitio web) . Fisk Alloy, Inc. Archivado desde el original el 18 de diciembre de 2012 . Consultado el 19 de marzo de 2013 .
- ^ "Precios históricos del cobre, Historia de los precios del cobre" . Dow-futures.net. 22 de enero de 2007. Archivado desde el original el 12 de mayo de 2010 . Consultado el 1 de mayo de 2010 .
- ^ Berinato, Scott (1 de febrero de 2007). "Robo de cobre: la epidemia de robo de metales" . CSO Online . Archivado desde el original el 2 de febrero de 2014 . Consultado el 19 de enero de 2014 .
- ^ "El robo de cobre amenaza la infraestructura crítica de Estados Unidos" . Oficina Federal de Investigaciones . 15 de septiembre de 2005. Archivado desde el original el 14 de octubre de 2012 . Consultado el 24 de enero de 2014 .
- ^ "4 incendios de casas y cientos de hogares sin energía después de la subestación dirigida" . metaltheftscotland.org.uk . 29 de noviembre de 2013. Archivado desde el original el 7 de julio de 2013 . Consultado el 24 de enero de 2014 .