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Trabajo de los materiales conductores, centrándome en el cobre y el aluminio. ...

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MATERIALES CONDUCTORES

INGENIERÍA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Cecilia Ruz Cabrera Chaib Raha El Idrissi

1) Clasificación de los materiales eléctricos: 1.1- Conductores: Los conductores son aquellos materiales que emiten toda la carga eléctrica que se pone en contacto con estos materiales, a todos los puntos de su superficie. Los metales y sus aleaciones son los mejores conductores. También hay algunos materiales no metálicos que conducen la electricidad, como por ejemplo, el grafito, soluciones salinas, materiales en estado de plasma, etc… . El material más utilizado para transportar la energía eléctrica es el Cu, que tiene la forma de cables de uno o más hilos. También se utiliza el aluminio, independientemente de su conductividad que es el 60% de aquella que tiene el cobre, pero su liviandad le permite actuar para las líneas de alta tensión. El Au se usa para condiciones poco comunes. La resistencia de los conductores eléctricos depende también de la longitud y grosor. Los cables de Cu que se utilizan se suelen clasificar en blandos, duros, semiduros, siendo mejores conductores los de cobre blando, duro y de mayor resistencia mecánica. Para otorgar flexibilidad a los cables, podemos volver a calentar el alambre, o añadiendo varias hebras o varios cabos.

1.2- Súper Conductores: Se define como superconductividad a la capacidad intrínseca que tienen algunos materiales para transportar corriente eléctrica sin oposición y sin pérdida de energía en condiciones poco comunes. La resistividad eléctrica de cualquier conductor metálico va reduciéndose gradualmente mientras que la temperatura va disminuyendo. Sin embargo hay que tener en cuenta que en los conductores ordinarios, como el Cu 15 y Ag, las impurezas y otros defectos crean un valor límite. Incluso aproximado a cero absoluto una muestra de cobre, posee una resistencia no nula.

La resistencia de un superconductor, sin embargo, disminuye radicalmente a cero cuando el material se enfría por debajo de su temperatura crítica. Una corriente eléctrica que fluye en una espiral de cable superconductor puede mantenerse indefinidamente sin ninguna fuente de alimentación. Lo mismo pasa con el ferromagnetismo y las líneas espectrales atómicas, la superconductividad es un fenómeno de la mecánica cuántica. La superconductividad está presente en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como el Sn y el Al, diversas aleaciones metálicas y algunos semiconductores excesivamente dopados. La superconductividad no se produce en metales nobles como el Au y Ag, ni en la gran parte de los metales ferromagnéticos.

1.3- Semiconductores: Un semiconductor es una sustancia que funciona como conductor o aislante dependiendo de diferentes factores, por ejemplo, el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación, o la temperatura del ambiente en el que está. El elemento semiconductor que más se usa es el Si, le sigue el Ge, aunque presentan idéntico comportamiento las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). También se ha empezado a emplear también el S. La característica que comparten todos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p². 1.4- Dieléctricos o aislantes: son los materiales aislantes, que son aquellos que no conducen la electricidad, como por ejemplo : el vidrio, la cerámica, los plásticos, la mica, la goma, la cera, el

papel, la madera seca, porcelana. Aunque en verdad no existen materiales que sean del todo aislantes o conductores, son mejores o peores conductores eléctricos. Estos materiales se utilizan para forrar a los conductores y evitar cortocircuitos, también se usan para fabricar elementos que sirven para fijar los conductores a los soportes sin contacto eléctrico. El aire y el agua son aislantes en algunas condiciones.

2) Definición y ejemplos de tipos de materiales conductores. ¿Qué son materiales conductores? Los materiales conductores son aquellos en los cuales la resistencia al paso de la corriente es mínima, hay que tener en cuenta que un buen aislante tiene una resistencia de hasta 1024 veces más grande que un conductor bueno. Generalmente solemos definir como material conductor a cualquier sustancia o material que está sometido a una diferencia de potencial eléctrico que provoca un paso continuo de corriente eléctrica. Por lo general todas las sustancias que se encuentran estado sólido o líquido tienen la propiedad de conductividad eléctrica, a excepción de algunas sustancias que son buenos conductores, como los metales que son las mejores sustancias conductoras. Los materiales metálicos más utilizados son los que mencionamos a continuación: Ag, Cu, AL, aleaciones de Al, aleaciones de Cu y conductores de Al-acero y Cu-acero que tienen aplicaciones muy útiles en las industrias eléctricas.

Tipos de materiales conductores de la corriente

 COBRE: Cuyo Símbolo es el Cu. Densidad: presenta una densidad de 8.9 Kg/dm3 Resistencia Específica: 0.0178 Conductividad: 56 Punto de Fusión: 1085 °C Propiedades: El Cu es, posterior a la Ag, el metal que tiene mayor la conductividad eléctrica; las impurezas, incluso en cantidades pequeñas, disminuye de forma considerable dicha conductividad. También, posterior a la plata,el Cu es el metal que mejor conduce el calor. No se ve influenciado por el aire seco; Cuando hay presencia aire húmedo, se forma una platina (Carbonato de Cobre), que es una capa, que protege el cobre de futuros ataques. Aplicaciones: El Cu puro, con una pureza del 99.9%, se fábrica generalmente por procedimientos electrolíticos. Su denominación normalizada es KE-CU (Cobre Catódico). Industrialmente, se utiliza únicamente como material conductor el cobre electrolítico, el cual se emplea en electrotecnia como material conductor para líneas eléctricas y colectores y como material de contacto en interruptores de alta tensión. Se usa también, gracias a su alta conductividad térmica, en equipos de soldadura y tubos de refrigeración  ALUMINIO: Símbolo: su símbolo es el: Al. Densidad: que presenta un valor de 2.7 Kg/dm3 Resistencia Específica: 0.0278 Conductividad: 36 Punto de Fusión: 658 °C Propiedades: El Al tiene una buena conductividad eléctrica y además es un conductor bueno del calor. No es difícil de conformar por laminado y estirado. Su resistencia a la tracción, va de 90 a 120 N/mm2 y cuando esta laminado en caliente de 130 a

200 N/mm2. Al contrario que el alargamiento que varía entre 35 y 3%. El Al puede alearse sin complicación con otros metales. Cuando está sometido a la acción del aire, se forma una capa de óxido, que gracias a su estanqueidad lo protege de oxidación ulterior al metal situado bajo la misma, por lo que el Al es resistente a la corrosión. El Al se puede estañar y soldar. Como material conductor se emplea únicamente el aluminio puro (99,5 % Al). El aluminio purísimo contiene 99,99999 % Al: su conductividad sube al disminuir su temperatura, hasta, a 4,2 K. Aplicaciones: El aluminio puro se utiliza, gracias a su resistencia a la corrosión y a su baja densidad, para revestimientos de cables. Tiene una buena deformabilidad que lo hace ideal para láminas de condensadores, además de su buena colabilidad para jaulas de rotores y su buena conductividad para líneas aéreas.

3) Propiedades de los conductores eléctricos: Los conductores eléctricos son aquellos materiales en los cuales la resistencia al paso de la electricidad es casi insuficiente. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones, también existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad. Para el transporte de energía eléctrica, como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, los mejores conductores son el Au y la Ag, pero por su elevado precio, los materiales que se suelen usar son el Cu,o el Al que es un metal aunque tiene una conductividad eléctrica del 60% inferior, es un material 3 veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión.

3.1 Tipos de conductores Eléctricos:  Alambres: Son aquellos conductores que están formados por un hilo sólido.  Cables: Están hechos con alambres o hilos más finos, que sirven para lograr una flexibilidad mejor.  Cable Paralelo: Son conductores individuales, pero que están unidos por su aislamiento.  Cable encauchetado: Son de 2 o más cables independientes y aislados, que a su vez están recubiertos por otro aislante común. 3.2- Clasificación de los conductores eléctricos: Se clasifican dependiendo de su capacidad de transporte de corriente, soportar cortocircuitos, su resistencia mecánica y las diferentes condiciones ambientales en las que interactúa, los conductores eléctricos se clasifican en aislados o desnudos. -Conductores de cobre desnudos: Son alambres o cables y se suelen usar para líneas aéreas de redes suburbanas y urbanas; tendidos aéreos de alta tensión; líneas aéreas de contacto para ferrocarriles,etc. -Conductores de cobre con aislamiento: Son alambres y cables empleados para tendidos eléctricos debajo del agua y en barcos, conductores navales; líneas aéreas de distribución y poder, empalmes, etc.; tendidos debajo de la tierra, bandejas o ductos, etc.

4) Materiales Conductores más Utilizados: El cobre: Su símbolo es el Cu, es el elemento químico cuyo número atómico es el 29. Se trata de un metal de transición cuyo color es rojizo y tiene brillo metálico que, junto con la Ag y el Au, forma parte de la denominada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el 2 después de la Ag). Debido a su alta conductividad eléctrica, maleabilidad y ductilidad, se ha convertido en el material más usado para la fabricación de cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que por lo general tienen mejores propiedades mecánicas, aunque tienen menor conductividad eléctrica .Cabe destacar que el cobre es un metal duradero ya que se puede reciclar casi ilimitadas veces sin que pierda sus propiedades mecánicas. Fue de los primeros metales en ser utilizado en la prehistoria por el ser humano. El cobre y sus diferentes aleación con el Sn, y el bronce, cogieron tanta importancia que los historiadores la terminaron llamado Edad del Cobre y del Bronce a dos épocas de la Antigüedad. Su utiliación perdió importancia con el desarrollo de la siderurgia,pero sin embargo el cobre y sus aleaciones se siguieron usando para hacer objetos muy difentes como monedas, cañones y campanas. A partir del siglo XIX, el Cu, especialmente desde la creación del generador

eléctrico en 1831 por Faraday, se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas. El cobre participa en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. También asiste en la formación de glóbulos rojos y participa en el mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos. El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson. El Cu es de los más utilizados, se encuentra en el tercer puesto, detrás del hierro y el aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el 2006.

Proceso de Fabricación de Alambres de Cobre:

Cables de cobre terminados...