jueves, 26 de junio de 2008

Resistencia eléctrica.

¿Qué es la resistencia eléctrica? No es otra cosa que la mayor o menor oposición al paso de la corriente de un material.

La conductancia es justo lo contrario; la mayor o menor facilidad al paso de la corriente por un material.

Su expresión es: R = ρ. L/S

La letra griega Rho ρ es lo que se conoce como resistividad que para entendernos es la resistencia específica de los materiales, su unidad es el Ω.mm²/m, la resistividad del cobre es 0,0178 Ω.mm²/m o en algunas obras viene como 0,0175 Ω.mm²/m e incluso 0,01786 Ω.mm²/m y la del alumnio es 0,028 Ω.mm²/m

L es la longitud del material en metros.

S es la sección del material en mm².

Para hallar las secciones de conductores pueden ser de ayuda estas fórmulas:

S = π. d²/4

Diámetro d en mm, como π/4 es 0, 785 entonces S = 0,785.d², también se puede utilizar la fórmula
S = π. r², en todas las fórmulas el resultado es en mm², cada cual escoja la que más le agrade.

La resistencia, R, tiene por unidad el Ohmio en honor a George Simon Ohm.

La conductancia es igual a C = 1/R y su unidad es el Siemens en honor a los hermanos Siemens, en las obras anglosajonas utilizan como unidad el mho (si uno/a es observador/a se dará cuenta que es ohm al revés)

La conductividad es la inversa de la resistividad γ = 1/ ρ y su unidad es el S.m/mm², la conductividad del cobre es 56 S.m/mm² y en el aluminio es de 36 S.m/mm², entonces la fórmula de la resistencia adopta la siguiente forma:

R = L/S. γ

En obras de electrotecnia suelen utilizar la expresión anterior y en las obras alemanas esta última expresión, el resultado es el mismo.

Los conductores eléctricos por excelencia utilizados en la industria son el cobre y el aluminio y aleaciones del aluminio, mencionaremos sus características básicas.

COBRE

Símbolo: Cu del latín cuprum.
Color: marrón-rojizo.
Densidad: 8,93 Kg/dm³
Punto de fusión: 1356 K (1083 º C)
Conductividad y resistividad eléctrica: 56 S.m/mm² - 0,0175 Ω.mm²/m
Conductividad térmica: 395 W/K.m
Calor específico: 0,39 KJ /Kg. K
Resistencia a la tracción: 220 N/mm²

El Cu es:
- fácilmente aleable,
- conformable sin arranque de viruta, sobre todo en frío.
- Tenaz.
- De fácil soldadura oxiacetilénica
- Resistente a la corrosión.

El Cu utilizado en la industria es el cobre electrolítico que tiene una pureza de hasta el 99,98 %.

Aplicaciones

Prácticamente la mitad de la producción mundial se utiliza en electrotecnia con fines para la conducción de la energía eléctrica.
Lo podemos encontrar como: Hilos, tubos, perfiles, pletinas, barras, chapas, etc.

Sus aleaciones son:

- Latón = cobre + zinc (Zn)
- Bronce = cobre + estaño (Sn)

La utilización de estas aleaciones es variada en la electrotecnia.

Cuando observemos una especie de “grasa verde” alrededor del Cu se debe tener especial cuidado porque es tóxico.

Embarrado ómnibus de cobre, se pueden apreciar los aislantes. Foto: Viatger.

ALUMINIO

Símbolo: Al
Color: blanco
Densidad: 2,7 Kg/dm³
Punto de fusión: 837 K (660 º C)
Conductividad y resistividad eléctrica: 36 S.m/mm² - 0,028 Ω.mm²/m
Conductividad térmica: 210 W/K.m
Calor específico: 0,92 KJ /Kg. K
Resistencia a la tracción: 70 N/mm²

El Al es:

- Fácilmente aleable.
- Fácil de conformar y mecanizar sin arranque de viruta.
- Fácil de mecanizar con arranque de viruta.
- Resistente al agua y a los ácidos.
- Corrosible con agua de mar y con lejías.

Una de las propiedades del Al interesante es que al aire queda cubierto de una capa de óxido de Al, que es muy dura y densa, por tanto la oxidación no puede continuar en el interior.

Aplicaciones

Dadas las buenas prestaciones de densidad, mecánicas y tecnológicas lo hace ideal para utilizarlo como conductor en líneas aéreas tanto en altas como en bajas tensiones, también es utilizado como rotor en los motores de inducción, en los condensadores, etc.

Conductores de Al en torre de alta tensión, Santa Coloma de Gramanet.
Foto: Viatger

Es difícil encontrar el aluminio en estado puro en aplicaciones electrotécnicas por tanto se alea con otros metales como por ejemplo:

AlMgSi (Alumino-magnésio-Silicio) llamado comercialmente Aldrey, Almelec, etc., en redes eléctricas los cables se construyen con un alma de acero o en el caso de baja tensión junto a un cable de acero llamado fiador.

La resistencia eléctrica en según qué aplicaciones como en máquinas eléctricas o en líneas de transporte es indeseable y por tanto su construcción, cálculo, etc. siempre se realiza para que ésta sea lo menor posible, sin embargo en otras aplicaciones se construyen materiales eléctricos con elevada resistencia eléctrica para producir intencionadamente calor como puede ser las planchas, hornos, calefactores, termos eléctricos, etc., también se construyen resistencias eléctricas para aplicación en electrónica, en otra ocasión hablaremos de estas resistencias.

Diversos tipos de resistencia utilizadas en electrónica. Foto: Viatger

Es fácil darse cuenta que encontraremos materiales de diversa resistencia eléctrica;

Los que tiene poca resistencia conocidos como conductores, como hemos dicho antes el Cu y Al, aunque existen otros metales también utilizados en electrotecnia para diversas aplicaciones como puede ser el carbón para escobillas de motores de cc, mercurio en lámparas de mercurio (Hg), hilos de Cu bañados en plata (Ag), plata paladio, plata-cadmio, oro aleado con algún metal noble utilizados todos ellos como contactos en diferente aparamenta eléctrica.

Los que tienen una elevadísima resistencia son los llamados aislantes, aunque debe quedar claro que muchos materiales son conductores a un nivel de tensión y aislante a otro diferente.
Los materiales aislantes se utilizan principalmente para evitar que las personas entre en contacto con partes activas, es decir, bajo tensión y evitar el contacto entre diferentes partes de la instalación para evitar, por ejemplo, cortocircuitos.
Los más utilizados son; PVC (con una resistividad de 1017 Ω. cm), porcelana, prespán, algodón, papel, dióxido de titanio, vidrio, goma butílica, etc.

Los aislantes más utilizados en Baja Tensión son:

PVC = Policloruro de vinilo.
XLPE = Polietileno reticulado.
EPR = Etileno propileno.

La calidad de los materiales aislantes se pueden medir por su rigidez dieléctrica que es la tensión que es capaz de perforar un material.

H = Vp/d = Kv/mm (V, tensión de perforación en kilovolts y espesor d en milímetros).

Rigidez dieléctrica:

Agua = 12 Kv/mm
Aire seco = 3.1 Kv/mm
Polietileno = 16 Kv/mm

De todas formas a la hora de tener en cuenta estos valores se debe saber en qué condiciones se ha hecho de humedad, polución, etc., porque pueden variar los valores.

Aislador torre de alta tensión, Santa Coloma de Gramanet. Foto: Viatger.

Y por último, los que se encuentran entre los aislantes y los conductores se llaman semiconductores que se comportan como conductores o aislantes en función de la tensión a la que son sometidos, como por ejemplo, el diodo semiconductor que, generalizando, hasta que no se le aplican 0,6 voltios no empieza a conducir, en los semiconductores se basa toda la electrónica tal y como hoy la conocemos.

Está comprobado que la resistencia eléctrica varía en función de la temperatura, en otra ocasión pondré la fórmula, y por este motivo podríamos hablar, generalizando una vez más que las resistencias se pueden dividir:

Resistencias positivas que son todas aquellas que su resistencia aumenta con el aumento de la temperatura, sería el caso de todos los metales y que se debe tener en cuenta porque, por ejemplo, si se enciende una lámpara incandescente y su filamento está frío el consumo será mayor que no en caliente de ahí que en diseños de alumbrado se estima el consumo de las lámparas incandescentes al encenderse en frío en 20 veces la In.

Resistencias negativas que son todas aquellas que su resistencia disminuye cuando aumenta su temperatura es el caso de los semiconductores basados en uniones PN, es decir, toda la electrónica, el caso más conocido es por ejemplo los ventiladores que deben llevar los ordenadores para refrigerar la CPU, la fuente de alimentación, etc.

Y para acabar todo este tostón mencionaremos los superconductores que son investigaciones que hace años que se realizan para conseguir que según que materiales tengan resistencia cero.
Consiste en un efecto mediante el cual por debajo de una temperatura dada y característica de cada material, llamada temperatura crítica, su resistividad se anula o disminuye drásticamente, con lo que la conductividad se hace infinita.

Teóricamente cuando esto ocurre el material al que se le somete a la temperatura crítica la acción de los átomos se detiene y por tanto los electrones no chocan con los electrones del material como ocurre a temperatura ambiente.

Este fenómeno fue descubierto por el holandés Heike Kamerlingh Onnes en 1911.

4 comentarios:

Anónimo dijo...

Exelente, me lei toda la informacion. se que estoy desfasado en la publicacion del articulo pero no entiendo como es que nadie comento nada, hoy por hoy las personas estan cada vez mas ingratas. Sigue asi con tu blog, lo encuentro muy bueno.

Viatger dijo...

Muchas gracias Anónimo,

por lo de desfasado no se preocupe los artículos están para leerlos cuando sea necesario sin importar cuándo fueron publicados.

Le agradezco mucho su comentario, es gracias a ellos que me anima ha seguir con el blog.

Un saludo,
Viatger

JUAN DAVID dijo...

hola buen dia..tengo una inquietud, tengo un cable tipo guaya tensando un cableado multipar(comunicaciones),esta guaya no es ni de cobre ni de aluminio, es un cable descubierto, acerado y posee 8 hilos trensados, esta guaya as u vez esta conectada a una linea de masa(tierra) pero me varia su resistividad, deberia ser muy baja en orden de 0 a 8 ohmios, pero me varia demasiado, es inestable, fluctaunte y hasta negativa, que esta pasando

Lady Blue dijo...

Un articulo muy interezante, como pocos que haya leido sobre este tema. Me has ayudado un montón. Gracias ;)