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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

ESCUELA DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ANÁLISIS TÉCNICO-ECONÓMICO DE LA FABRICACIÓN Y

UTILIZACIÓN DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE ALUMINIO

AISLADOS HASTA 2000 Voltios

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL

TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO

MARÍA FERNANDA JIMÉNEZ CARRERA

DIRECTOR: ING. LUIS TAPIA

Quito, Mayo 2003

DECLARACIÓN

Yo, María Fernanda Jiménez Carrera, declaro bajo juramento que el trabajoaquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada paraningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referenciasbibliográficas que se incluyen en este documento.

A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectualcorrespondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según loestablecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por lanormatividad institucional vigente.

María Fernanda Jiménez C.

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por la Srta. María FernandaJiménez Carrera, bajo mi supervisión.

Incluís TapiaDIRECTOR DE PROYECTO

ÍNDICE

ÍNDICE

RESUMEN

CAPÍTULO 1. NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE MATERIAS PRIMASY CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE ALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS

1. Introducción 52. Normas 83. Especificaciones técnicas del material conductor 9

3.1. El aluminio 93.2. Tipos de alambrones para conductores eléctricos 173.3. Presentación de la materia prima 34

4. Especificaciones técnicas del material de aislamiento y chaqueta 364.1. Cloruro de Polivinilo 364.2. Polietileno de baja densidad 384.3. Nylon 40

CAPÍTULO 2. PROCESOS DE FABRICACIÓN Y DISEÑO DE CONDUCTORESELÉCTRICOS DE ALUMINIO

2.1. Tipos y cables de aluminio 422.2. Procesos de producción 58

2.2.1. Determinación de dimensiones para fabricación de cables 582.2.2. Determinación de dimensiones para aislamiento y chaqueta 662.2.3. Procesos 73

2.3. Pruebas para conductores eléctricos de aluminio 83

CAPÍTULOS. FRACCIONAMIENTO, EMBALAJE Y TRANSPORTE DE LOSDIFERENTES CONDUCTORES

3.1. Fraccionamiento 923.2. Almacenamiento y empaque 933.3. Tipos de carretes ' 963.4. Radios recomendados para doblar cables 1003.5. Manejo y transporte 1013.6. Precauciones 1023.7. Pedidos 102

CAPÍTULO 4. COMPARACIÓN TÉCNICA DE CONDUCTORES Y CABLES DEALUMINIO Y COBRE

4.1. Características técnicas 1034.2 Aplicaciones practicas 1114.3. Análisis de resultados 115

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS ECONÓMICO DEL USO DEL ALUMINIO PARA LAFABRICACIÓN Y UTILIZACIÓN DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE BAJATENSIÓN

5.1. Costos 1185.2. Beneficios 1255.3. Análisis económico de tasas B/C, VAN, TIR y PR. 1255.4. Análisis de resultados 129

CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

6.1 Conclusiones 1316.2 Recomendaciones 132

BIBLIOGRAFÍA 134

ANEXO A.- TABLAS DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 136DE CONDUCTORES

ANEXO B.- PROCESOS DE PRODUCCIÓN Y EQUIPOS DE PRUEBAS 145

ANEXO C.- CÁLCULOS DE MATERIAS PRIMAS Y ANÁLISIS ECONÓMICO 152

RESUMEN

En el Ecuador la utilización del cobre como materia prima para la fabricación de

conductores eléctricos de hasta 2000 V se ha generalizado, sin embargo en otros

países se esta empleando el aluminio para estos fines, por esta razón en el

presente proyecto se analizarán las características físicas, mecánicas, eléctricas y

químicas del Aluminio y sus aleaciones que justifiquen una futura utilización del

mismo para la fabricación de conductores de hasta 2000V.

En el presente proyecto, se analizan ios aspectos técnicos y económicos que

justifican el uso del aluminio como material conductor para la fabricación de

cables y conductores para baja tensión.

Se estudian las especificaciones de las materias primas (material conductor y

materiales de aislamiento y chaqueta); necesarias para la fabricación de los

conductores. Todo este análisis se desarrolla tomando como referencia las

normas nacionales e internacionales: INEN, ASTM, UL, ICEA/NEMA, VDE,

aplicables para e! efecto.

Se consideran las diversas características de los conductores de aluminio

existentes en el mercado internacional, sus aplicaciones, construcción, calibres,

identificación, etc, a continuación se desarrollan las condiciones de diseño para

conductores y cables aislados de aluminio de hasta 2000 V; para proseguir con la

descripción de cada uno de ios procesos de fabricación por los que pasa la

materia prima, finalmente se hace una breve presentación de las pruebas de

control de calidad a las que deben someterse los productos antes de ser

comercializados.

Se citan ciertas prácticas y recomendaciones acerca del fraccionamiento,

embalaje, almacenamiento y transporte de los productos terminados para su

correcta comercialización.

Dentro del marco del análisis técnico se comparan las aplicaciones de los

conductores de aluminio con las aplicaciones actuales de los conductores y

cables de cobre, esto con la finalidad de justificar su aplicación en los diferentes

medios. Se tomará como referencia el Código Eléctrico Americano en lo referente

a consideraciones prácticas y varias normas para aspectos constructivos.

Finalmente se presenta un análisis económico de los costos de fabricación y

utilización del aluminio como material conductor comparándolo con los

conductores de cobre con el fin de estimar la posibilidad de emplear el aluminio

como sustituto dei cobre. Dentro del análisis se realizarán comparaciones de la

tesa beneficio-costo, valor agregado neto (VAN) y la tasa interna de retorno (TIR).

CAPITULO 1.

NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEMATERIAS PRIMAS Y CONDUCTORES ELÉCTRICOS DEALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS.

En el presente capítulo se analizarán todas las especificaciones técnicas de las

materias primas, necesarias para elaborar conductores eléctricos de aluminio,

según se establecen en las normativas ASTM, ANSÍ,

Se procederá inicialmente con el estudio de las propiedades físicas, mecánicas y

químicas del aluminio y sus aleaciones que justifican sus propiedades.

Posteriormente se desarrollará lo concerniente a los materiales para aislamiento

y chaqueta, utilizados en la fabricación de conductores eléctricos de aluminio a

emplearse hasta 2000 Voltios.

1. Introducción

En el año de 1808, en Inglaterra, Humphrey Davy establece la existencia del

aluminio, pero sin poder aislarlo de sus compuestos, este sabio le da un nombre:

alumium, que posteriormente se convierte en aluminium.

En 1825, Oersted obtiene en Copenhague un pequeño glóbulo de aluminio

metálico, todavía muy impuro. Hacia el año de 1829, Woehler, continuando los

trabajos de Oersted, prepara el cloruro de aluminio, por vía química, a partir del

cloro, arcilla y carbón. Este cloruro, tratado con potasio, libera el aluminio en

forma de un polvo que es imposible de compactarlo por calentamiento. Woehler,

más adelante, puede aglomerarlo para tratar de transformarlo por deformación

abriendo así el camino de la metalurgia de polvos de este metal, que no

continuaría luego unos cien años más tarde.

Desde 1854 las propiedades fundamentales del aluminio que permitían prever la

importancia industrial de este nuevo metal, fueron perfectamente descritas por

Ste- Claire Deville; entre otras: ligereza, conductibilidad eléctrica, tenacidad e

inalterabilidad.

Las fuentes de las primeras materias fueron igualmente bien definidas:

- La bauxita, oxido complejo de aluminio, de hierro y titanio, en el que predomina

la lumina, descubierta hacia el año de 1820 por Berthier.

- La criolita, fluoruro doble de aluminio y sodio descubierto en Groenlandia, que

jugará un papel muy importante sobre todo en los procesos electrolíticos, gracias

a su bajo punto de fusión y su aptitud de disolver la alumina.

En el año dé 1854 se abre en Javel una fabrica basada en el procedimiento

químico, que produce algunos kilos de metal. Posteriormente se traslada a

Glaciere y finalmente a Nanterre el año 1857, donde se fabrican 40 a 50 kg

diarios.

Para 1860 la producción aumenta, llegando a ser de 500 kg y así se continua la

explotación química hasta el año 1888, fecha en que reaparece e! procedimiento

electrolítico a escala industrial.

Este procedimiento ha sido la base de todos los procedimientos modernos de

producción del aluminio y continua siendo explotado a escala mundial, no

habiendo sufrido los retoques de orden tecnológico, necesarios sobre todo a nivel

aumento de producción. La industria del aluminio que hasta ese momento había

sido exclusivamente francesa, se desglosaba para desarrollarse paralelamente en

Europa y Estados Unidos, bajando el precio de coste del metal, en un 50% desde

el comienzo del procedimiento electrolítico y continuando se descenso sin cesar.

En 1890, la producción global de los Estados Unidos y Francia era de 120

toneladas / año. Puede decirse que el punto de partida del desarrollo industrial

del aluminio fue 1900, con la producción de 7300 toneladas al año entre cuatro

países

El Aluminio es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno

y el silicio, constituye aproximadamente un 8% de la corteza terrestre. No se

encuentra en la naturaleza ni como metal puro, ni como mineral de donde se

pueda extraer fácilmente, se obtiene a partir de la bauxiía.

Es de gran utilidad en la industria a causa de su reducido peso especifico, lo que

le hace imprescindible en casos en que la ligereza es factor predominante, como

el la construcción de aviones, así como debido a su resistencia a ciertos

compuestos químicos y a su buena conductibilidad eléctrica. También puede ser

sometido a tratamientos mecánicos y térmicos, admitiendo forja en frío y en

caliente a temperaturas que no lleguen al rojo, pudiendo también laminarse y

estirarse, con lo que se consiguen chapas, tubos, alambres, barras y perfiles

varios.

El enfriamiento rápido y los tratamientos mecánicos en frío aumentan la

resistencias a la tracción y la dureza mientras que por el recocido se efectúa

calentando a 350-400°C y dejando enfriar la pieza al aire.

Este metal puede mecanizarse, embutirse, estamparse, etc., y puede también

soldarse por medio de soplete oxiacetilénico con varilla de aluminio o por medio

de la soldadura de arco, no siendo posible soldarlo con aleación de plomo-estaño.

Aluminio y sus aleaciones sólo pesan aproximadamente un tercio de volúmenes

iguales de hierro, acero o cobre. Con temples apropiados, algunas aleaciones de

aluminio igualan o superan la fuerza de algunos aceros. Las aleaciones de

aluminio fuertes pueden ser más resistentes que acero.

En contraste con el acero, titanio y muchos otros materiales que se ponen

quebradizo a bajas temperaturas, el aluminio permanece dúctil e incluso la

aumenta su resistencia con temperaturas reducidas. Esta propiedad hace al

aluminio muy útil en climas fríos.

Las aleaciones de aluminio pueden ser unidas por suelda, conexiones mecánicas,

y adhesivos.

Las aleaciones de aluminio comerciales reflejan más del 80 por ciento de luz

visible y más del 90 por ciento de radiación infrarroja, haciendo que el aluminio y

sus aleaciones reflejen eficazmente o se escuden contra, la luz, ondas de radio-y

calor radiante.

El aluminio no quema y no genera ninguna emisión riesgosa cuando se expone al

calor, convirtiéndolo en un material seguro frente a otros materiales donde el

fuego es un riesgo potencial.

2. NORMAS

Para el análisis de las características de las materias primas a utilizarse se tomará

como referencia las normas nacionales e internacionales vigentes al momento lo

cual asegura la calidad de las mismas.

Las normas mencionadas son las siguientes:

ASTM "American Society for testing and Materials"

UL "Underwriters laboratories Inc."

ICEA/NEMA "Insulated Cable Engineers Association" and

"National Electrical Manufacturers

Association"

1NEN "Instituto Ecuatoriano de Normalización"

Las normas ASTM serán la base para determinar las especificaciones de

materias primas tanto del material conductor como del material para aislamiento y

chaqueta.

Las normas UL e ICEA/NEMA ayudará en la definición de los tipos de

conductores, especificaciones de aislamientos, chaquetas y pruebas de calidad

que debe cumplir el producto terminado.

De acuerdo a esto se definen las normas y especificaciones que serán de utilidad

en el desarrollo de este proyecto.

Materiales o Productos

Alambrón de aluminio

Cloruro de Polivinilo PVC

Polietileno para aislamiento

Nylon

Conductores aislados con PVC

Embalaje

Normas

ASTM

ASTM

ASTM

ASTM

UL

INEN

Especificación

De acuerdo a la aleación

D 1 047, D 22 19-20

D1248

D 4066, D372

83

335

Varias normas

Existen otras normas que bajo circunstancias especiales se pueden utilizar como

son las normas VDE de mayor difusión y utilización en el continente europeo.

3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MATERIALCONDUCTOR

3. 1 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DEL ALUMINIO

Es aluminio es un metal de número atómico: 13 y masa atómica de 26,98

(urnas).

10

Para el aluminio natural, la estructura electrónica es:

Cuadro 1: Estructura atómica del Al. Quito 2003

PERIODO

1 (k)

2 (L)

3 (M)

NUMERO DEELEMENTOS

2SP

SP

2

6

2i

Fuente: Metalurgia especialAutor. Herengel J.

3.1.1 PROPIEDADES FÍSICAS

El aluminio tiene una red cúbica de caras centradas de malla: con aristas de

4,04912 A (para pureza de 99,992%) a 21° C.

Cuadro 2: Propiedades físicas del Al. Quito 2003

PropiedadPunto de fusión °C

Tensión superficial a 700-800°C (dinas/cm)Punto de ebullición °C a 760 mm de mercurio.

Conductividad en relación a 100% del cobreResistividad uílcm2/cm

Valor650520227062%2.84

Fuente: Metalurgia especialAutor. Herengel J.

De estas propiedades se deduce, que el aluminio se comportará bien en las

operaciones de fundición, será poco volátil, será un buen material para

conformación en frío y sus propiedades de resistencias en caliente serán

mediocres.

11

El aluminio es de color blanco, ligeramente azulado. El coeficiente de dilatación

es:

20 IOO°C:24*10~6mwl

f\J f-l

por C

A baja temperatura, la resistencia eléctrica decrece a medida de que la pureza del

metal sea mayor.

3.1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS

3.1.2.1 Resistencia a la tracción

El aluminio recocido puede sufrir importantes deformaciones con trabajo de

deformación (laminar, estirar o trefilar) relativamente pequeños, sin que llegue a

romperse.

El diagrama carga- deformación muestra estas propiedades:

R: 4 a 5 kg/mm2 (según la velocidad de tracción)

A % = 60 a 70.

FigNol. Diagrama tensión - alargamiento durante la tracción

12

El módulo de elasticidad es pequeño, 6500 a 7000 kg/mm2 (tg a de la figura

1); de ello resulta una gran flexibilidad en las construcciones de aluminio a en

aleación de este metal.

- Resistencia mecánica en caliente : es pequeña, pero puede ser mejorada con

adiciones de Ni o Fe.

- Resistencia mecánica bajas temperaturas = R, E y A % aumentan a medida de

que la temperatura se aproxima a -273°C.

3.1.3 PROPIEDADES QUÍMICAS

El aluminio es un metal activo cuyo potencial normal es -1.67 voltios, el calor de

oxidación considerable, 199 kcal por átomo gramo de aluminio, o 133 kcal por

átomo gramo de oxígeno, uno de los más elevados entre los metales, lo que

permite al aluminio, actuar como un potente reductor y justifica las dificultades de

extracción del metal a partir de un óxido. Este elevado valor revela también una

gran reactividad química frente a otros elementos.

Posee una alta resistencia a la corrosión debido a la capa de alúmina

que se genera sobre la superficie al estar en contacto con la atmósfera. La capa

de alúmina se adhiere a la superficie impidiendo el contacto del metal con el

medio. Según el medio y condición de exposición, el espesor de la película está

en el orden de 0,01 mieras sobre el metal recientemente decapado y puede llegar

a 0,2 o 0,4 mieras sobre metal que haya permanecido en un horno de recocido.

Esta capa aisla al metal del medio corrosivo, y hace variar el potencial normal

mencionado anteriormente, es decir que esta película de alumina enmascara, casi

por completo, las propiedades reales del metal, aislándolo eficazmente y dándole

una buena resistencia química frente a un gran número de reactivos.

13

Sin embargo, dicha alumina resulta atacada por las bases y por los ácidos fuertes,

medios en los que no se logra establecer la autoprotección y por tanto se

producirá un deterioro de metal por ser zonas fuertemente anódicas.

3.1.4 OTRAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL ALUMINIO

3.1.4.1 El aluminio y el medio ambiente

El aluminio es metal activo (muy reductor), sin embargo, es estable a la corrosión

porque forma rápidamente una fina capa, densa, dura y translúcida de su óxido

que impide el ataque posterior del oxígeno, es decir para protegerse de la acción

de los agentes atmosféricos, el aluminio se recubre de forma natural de una

delgada película de óxido, esta capa de AI2O3 tiene un espesor más o menos

regular del orden de 0,01 mieras sobre el metal recientemente decapado y puede

llegar a 0,2 o 0,4 mieras sobre metal que haya permanecido en un horno de

recocido.

Se pueden también obtener películas de óxido artificialmente mucho más gruesas

y de características distintas a las de la capa natural, más protectoras, por

procedimientos químicos y electrolíticos. El proceso de anodizado permite formar

capas en las que el espesor puede, a voluntad, ser de algunas mieras más.

El anodizado es un proceso de oxidación basado en la electrólisis que se

desarrolla en el material de aluminio. Se desarrolla mediante la inmersión del

aluminio en un baño de ácido sulfúrico, y pasando una corriente de aprox. 6000

Amperios a 20 Voltios entre el aluminio (el ánodo) y el cátodo.

La capa producida forma parte integrante del aluminio, no siendo una capa

aplicada, esta capa endurece la superficie, la hace más resistente a la abrasión y

mejora la resistencia del metal a la corrosión.

\4

El anodizado no puede ser pelado ni escamado por cuanto la capa forma parte

del metal base y cuando esta película resulta dañada esta misma se auto

regenera.

3.1.4.2 La acción de los halógenos:

El flúor húmedo y las soluciones acuosas de ácido fluorhídrico atacan al aluminio,

pero el flúor gas o seco forma una película de fluoruro como cobertura, lo que

entraña un mecanismo de autoprotección. El espesor del metal atacado no es

muy pronunciado entre los 180° a 200° C, para aluminio o aleaciones AG o A-

UG. Por encima de los 200° C el ataque se acelera.

En soluciones de cloruros, las zonas anódicas concentran los iones Cl que se

descargan dando HCI, que ataca al metal disolviéndolo paulatinamente (formando

picaduras) Esta es la corrosión de tipo electroquímico que solo se puede

combatir impidiendo la formación inicial de las zonas anódicas.

En las soluciones de ácido clorhídrico la resistencia del metal es mejor cuanto

más elevada sea la pureza del mismo, considerando que la adición de hierro

disminuye la resistencia a la corrosión.

Eí bromo ataca intensamente al aluminio, mientras que el Yodo tiene una acción

muy débil y los ácidos bromhídrico y yodhídrico actúan como el ácido clorhídrico.

La resistencia del aluminio a los compuestos orgánicos del tipo Hidrocarburos

sustituidos por halógenos resulta en general satisfactorio a condición de que su

contenido de agua se limite, caso contrario el aluminio cataliza la hidrólisis del

compuesto halogenado y el ácido clorhídrico formado deteriora el metal.

15

3.1.4.3 Acción de los metaloides de la segunda familia

Oxígeno: A temperatura ordinaria, el aire seco (no saturado de vapor de agua)

produce en el transcurso de unos días en el aluminio de 99.98% una película de

oxido de 75 A y en el aluminio de 99.61% una de 150 A aproximadamente, a

temperatura mayor la oxidación es más rápida.

Azufre: En forma de vapor ataca al aluminio; sin embargo a temperatura ordinaria

no tiene acción sobre él.

Hidrógeno sulfurado: No lo ataca, por lo que el aluminio es muy utilizado en

atmósferas que contienen H2S o compuestos sulfurados.

Gas sulfuroso: Ataca mas o menos ai aluminio según el grado de humedad. Sin

embargo en ia practica, el aluminio es uno de los materiales que mejor resisten a

las atmósferas corrosivas de azufre en todas sus formas, su resistencia es muy

superior a la de todos los metales ferreos87 y cuprosos.

El selenio y el teluro tiene acción análoga a la del azufre.

Acción del Nitrógeno, fósforo, arsénico y antimonio.

El nitrógeno no tiene acción sobre el aluminio a temperatura normal se combina a

temperatura elevada para dar el nitruro; estos nitruros a temperatura ordinaria

son neutralizados por el agua.

El fósforo fundido se combina con el aluminio para formar fosfuros. A veces este

elemento se añade a algunas aleaciones para afinar el grano de solidificación.

El arsénico y el antimonio se comportan de forma similar al fósforo.

\6

3.1.4.4 Acción del carbono

El carbono es ¡nsoluble en el metal fundido. La resistencia del aluminio a los

hidrocarburos es satisfactoria, siempre que el nivel de agua sea inferior a un nivel

determinado.

3.1.4.5 Acción del Silicio

Queda en solución, siendo un elemento de aleación.

3.1.4.6 Acción del Boro

Prácticamente no tiene acción sobre el Aluminio.

E! boro si se combina con Titanio o Vanadio da boruros ¡nsolubles en el metal, de

lo que resulta una purificación del mismo (aumenta la conductividad eléctrica.

3.1.4.7 Acción de los ácidos y bases

La mayor parte de los ácidos atacan la alumina producida por acción del agua

sobre el metal, lo que dificulta la autoprotección. Sin embargo, la acción del

ácido nítrico es moderada siempre que su concentración y la pureza del metal

sean elevadas.

Los ácidos sulfúrico, fosfórico... etc., atacan moderadamente al metal a

temperatura normal, y de forma considerable de 80° a 120 °C, pudiendo producir

abrillantamiento de ía superficie.

El ácido bórico tiene una acción muy ligera y a temperatura elevada es reducida.

Los ácidos orgánicos atacan fuertemente al aluminio.

Las bases fuertes atacan violentamente al metal, siendo la alumina difícilmente

disuelta por el hidróxido de sodio e hidróxido de potasio. Solo el hidróxido de

amonio tiene una acción ligera.

J7

3.2 TIPOS DE ALAMBRONES PARA CONDUCTORESELÉCTRICOS

Desde el punto de vista metalúrgico, es importante hacer notar de que forma se

has desarrollado las aleaciones de aluminio. Respecto ai metal mismo son un

complemento de la mas alta importancia industrial, permitiendo aplicaciones muy

variadas y tan especializadas como exige o impone su utilización.

Una de las aplicaciones industriales del Aluminio mas importantes en sus

comienzos, fue la fabricación de las aleaciones Cu -Al al 10% aproximadamente

utilizadas en orfebrería. Los incidentes aparecidos durante el uso del aluminio

atraen la atención sobre la influencia de las impurezas en la resistencia a la

corrosión.

A partir del año 1890, se trata de elevar las propiedades mecánicas del aluminio

mediante adiciones un poco incoherentes: Cobre, estaño etc., tentativas que

actualmente parecen ilógicas. Con bastante rapidez se comprobó que estas

adiciones comprometían de forma grave la inalterabilidad del metal.

Fue necesario llegar al año de 1910 para que el estudio de las aleaciones fuera

abordado en forma lógica por parte de Wilm. Este al estudiar sistemáticamente

las propiedades de las aleaciones AI-Mg de 1 a 2% de Mg laminados,

preparadas con un aluminio que contenía cantidades considerables de Silicio, y al

medir las propiedades mecánicas, después de un recocido y después de dos días

de reposo, encontró bastantes diferencias.

El mismo fenómeno se encontró en las aleaciones AI-Cu al 4%

aproximadamente, conteniendo siempre una notable cantidad de silicio y creo de

esta forma la primera aleación de aluminio verdaderamente industrial. De estas

investigaciones vendría también la familia de aleaciones AI-Mg.-Si. Sin embargo,

las impurezas del Al base y las improcedentes adiciones simultáneas de Cobre,

Estaño, Antimonio etc., hicieron insoluble el problema de su transformación

18

industrial, destruyendo su resistencia a la corrosión y será solo después de 1920

cuando se acometerá en forma intensiva y racional el estudio cada vez mas

completo de las aleaciones del Aluminio.

Las propiedades del aluminio dependen de un conjunto de factores, de estos, el

más importante es la existencia de aleantes. Con la excepción del aluminio

purísimo ( 99,99 % de pureza ), técnicamente se utilizan sólo materiales de

aluminio que contienen otros elementos. Aún en el aluminio purísimo, las

impurezas ( Fe y Si) determinan, en gran medida, sus propiedades como:

• Resistencia mecánica

• Ductilidad

• Conductividad eléctrica

• Resistencia a la corrosión

• Bajo peso.

Naturalmente en una aleación no pueden combinarse las propiedades óptimas

para cada aplicación, siendo necesario conocer las ventajas y limitaciones de

cada aleación para poder hacer la mejor selección.

Estas aleaciones industriales se obtendrán por adición de metales que tengan un

amplio dominio de solución sólida. Gracias al sistema cristalino y la red del

aluminio, los metales de esta forma ofrecen grandes posibilidades.

Las aleaciones industriales tienen composiciones más o menos complejas,

comprendiendo generalmente:

Una adición principal, cuyo porcentaje fija a la vez el nivel de las propiedades de

resistencia que se pueden obtener y el grado de dificultad en la transformación y

operaciones de conformación. Así: Los elementos aleantes principales del

aluminio son: cobre, silicio, magnesio, zinc y manganeso.

19

Las adiciones secundarias, generalmente con porcentaje mucho más bajos,

que tiene una acción especifica para conseguir que facilidad en la elaboración,

transformación, las técnicas de utilización o para que mejoren las propiedades de

aplicación. Así: En menores cantidades existen, frecuentemente, como impurezas

o aditivos: hierro, cromo y titanio. Para aleaciones especiales se adiciona: níquel,

cobalto, plata, litio, vanadio, circonio, estaño, plomo, cadmio y bismuto.

De las consideraciones anteriores resultan formulas o composiciones de

aleaciones industriales, generalmente de 5 o 6 elementos, que, junto con sus

propiedades mecánicas, vienen definidas bajo normas. Los fabricantes respetan

las composiciones con tolerancias más estrechas aún, según las diferentes

formas de los productos, sus condiciones particulares de transformación, sus

dimensiones y sus aplicaciones particulares.

Por consiguiente, el control muy preciso de estas composiciones es una cuestión

muy importante; se lleva a cabo en la fundición, donde se controlan las coladas y

a la vez se ajustan frecuentemente en el mismo horno mediante adiciones

posteriores a los análisis, que deben ser muy rápidos.

Dentro del grupo de aleaciones de aluminio usadas para la fabricación de

conductores eléctricos están las de tipo forjado divididas a la vez en las tratables

térmicamente y las no tratables térmicamente. Las no tratables térmicamente solo

pueden ser trabajadas en frío con el fin de aumentar su resistencia.

Conviene señalar que, dentro de las aleaciones para forja, los grupos principales

de las no tratables térmicamente son : 1xxx, 3xxx y 5xxx. Dentro de las tratables

térmicamente los grupos principales son: 2xxx, 6xxx y 7xxx.

3.2.1 DESIGNACIÓN

De acuerdo a la norma ANSÍ H35.1 (M) - 1997, el aluminio forjado y sus

aleaciones cumple con una designación numérica de 4 dígitos. El primer dígito

indica el grupo de ¡a aleación, representado por el elemento que se halla en

20

mayor porcentaje considerando la composición química. Así: el grupo 1XXX indica

que el mínimo porcentaje de aluminio presente en la aleación en del 99.00%. Las

aleaciones designadas desde el 2XXX hasta el 8XXX se identifican por e!

elemento mas abundante en la aleación.

Cuadro 3. Grupos de aleaciones. Quito 2003

Elemento principalAluminio 99 % o mas

CobreManganeso

SilicioMagnesio

Magnesio y silicioZinc

Otros elementos

DesignaciónIxxx2xxx3 xxx4xxx5xxx6 xxx7xxx8xxx

Fuente: Norma ANSÍAño: 1997

La primera cifra, establecerá ei grupo a que pertenece la aleación.

La segunda cifra designa modificaciones que se han efectuado a las aleaciones

ya establecidas. Cuando es O corresponde a la aleación original.

Las dos ultimas cifras servirán para numerar las aleaciones, haciéndose notar

que no pertenecen al orden cronológico de su establecimiento.

Designación básica de temples

Basado en la norma ANSÍ H35.1 (M) - 1997.

Los alambrones usados para la fabricación de conductores eléctricos pueden

presentarse como:

O (recocido, homogeneizado)

H (endurecido por tensión)

T (Tratado térmicamente)

F (No templado)

21

3.2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS TIPOS DE ALAMBRONES

3.2.2.1 Alambren EC-1350 o aleación de aluminio de alta pureza

Fabricados según normas ASTM con especificación: B-233-85 B609-90 y B609-

91.

• Especificaciones técnicas:

Densidad

Cuadro 4. Densidad del Alambren 1350. Quito 2003.

TIPODEALAMBRON

1350

DENSIDAD (g/cm3)A20°C

2.705Fuente: Normas ASTMAño: 1992

Composición química

Cuadro 5. Composición química del Alambren EC-1350. Quito 2003.

Elemento

AluminioHierroSilicioCobre

ManganesoCromoZincBoro

GalalioVanadio +T¡tanioOtros elementos

Porcentaje%

99.500.400.1

0.050.010.010.050.050.030.020.10

Fuente: Normas ASTMAño: 1992

22

Este tipo de materia prima puede ser previamente sometido a un recocido (O) o a

un endurecimiento por tensión (H1X o H2X) variando únicamente los grados de

dureza del alambren

Alambren 1350-O (recocido), 1350-H12 o H22 (1/4 duro), 1350-H14 o H24 (1/2

duro), 1350-H16 o H26 (3/4 duro) y 1350-H142 o H242 (1/2 duro).

Limites de tensión

Hay tomar en consideración la tensión que se aplica a posibles uniones que

puedan presentarse, estas no deben ser menores a 8000 psi (59 MPa) para e!

1350-O y 11000 psi (76 MPa) para los otros.

Cuadro 6. Limites de tensión a los que deben ser sometidos los distintosalambrones Quito 2003.

Alambren

1350-O1350-HI2yH221350-H14yH241350-H16yH261350-H142yH242

Limites de tensiónksi

8.5-14.012.0-17.015.0-20.017.0-22.015.0-22.0

MPa59-9783-117103-138117-150103-152


Resistividad y conductividad

Cuadro 7. Resistividad del Alambrón EC-1350 a 20°C y su conductividad. Quito2002.

Alambrón

1350-O1350-Hl2yH221350-H14yH241350-Hl6yH26

ResistividadQ.mm2/mm

0.0278990.0280350.0280800.028 126

Conductividad*(%)

61. 861.561.461.3


*Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.

Diámetros

Cuadro 8. Diámetros comerciales del Alambren EC-1350. Quito 2003.

23

Diámetro(in)

0.375-0.5000.50M.OO

Tolerancia en mas o en menosDesviación promedio

(in)0.0200.025

Desviación en un puntocualquiera (in)

0.0300.035


El material no debe presentar rajaduras, puntas salientes, terceduras y debe

estar completamente limpio para evitar limitaciones en su comercialización y uso.

3.2.2.1.1 Alambren 1350 - H19 (extra duro)

Fabricado según normas ASTM con especificación: B-230-89.

• Especificaciones técnicas


Cuadro 9. Resistividad del Alambrón 1350-H19 a 20°C y su conductividad.Quito 2002.

Alambrón

!350-Hl9(A)1350-H19(B)


0.0281720.028265

Conductividad*(%)61.261.0


"Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.

24

Limites de tensión

Hay tomar en consideración la tensión que se aplica a posibles uniones que

puedan presentarse, estas no deben ser menores a 11000 psi (59 MPa) cuando

estas han sido con suelda eléctrica y 21000 psi (76 MPa) para suelda a presión.

Cuadro 10.. Limites de tensión y elongación mínima porcentual en 10 pulgadas.Quito 2003.

Diámetros (in)

0.0105-0.05000.0501-0.06000.0601-0.07000.0701-0.08000.0801-0.09000.0901-0.10000.1001-0.11000.1101-0.12000.1201-0.14000.1401-0.15000.1501-0.18000.1801-0.21000.2101-0.2600

Limite de tensión min(ksi)

A1

25.029.028.528.027.527.026.025.525.024.524.024.023.5

B2

23.027.027.026.526.025.524.524.023.523.523.023.022.5

Elongación min(%)

A1

-1.41.51.61.61.61.61.71.819.2.02.12.3

B2

-1.21.31.41.51.51.51.61.71.81.92.02.2


Diámetros

Cuadro 11. Diámetro comerciales del Alambrón 1350-H19. Quito 2003.

Diámetro enpulgadas (in)0.0105-0.03590.0360-0.09990.1000-0.2600

Tolerancia en mas oen menos

Desviación (in)0.00050.00101.0%


1 A Producción superior a 30000 Ib. de masa2 B Producción menor a 30000 Ib. de masa

25

El material no debe presentar rajaduras, puntas salientes, terceduras y debe

estar completamente limpio y libre de toda traza de óxidos o materias extrañas

que limite su comercialización.

3.2.2.2 Aleación 5005

Fabricados según normas ASTM con especificación: B531-90

* Especificaciones técnicas

Densidad

Cuadro 12. Densidad del Alambren 5005. Quito 2003.

ALAMBRÓN

5005


2.700Fuente: Normas ASTMAño:1992


Cuadro 13. Composición química del Alambrón 5005. Quito 2003

Elemento

SilicioHierroCobre

ManganesoMagnesio

CromoZinc

Otros elementosAluminio

Porcentaje%

0.400.700.200.20

0.50-1.10.100.250.15

RestoFuente: Normas ASTMAño 1992

Este tipo de materia prima puede ser previamente sometido a un recocido (O) o a

un endurecimiento por tensión (H1X o H2X) variando únicamente los grados de

dureza del Alambrón

26

Limites de tensión

La tensión que se aplica a posibles uniones que puedan presentarse, estas no

deben ser menores a 15000 psi (59 MPa) para e! 5005-O y 14000 psi (76 MPa)

para los otros.

Cuadro 14. Limites de tensión a los que deben ser sometidos los distintosalambrones 5005. Quito 2002

Alambren

5005-O5005-Hl2yH225005-Hl4yH245005-Hl6yH26


14-2017-2320-2624-30

MPa97-138117-159138-179165-207

Fuente: Normas ASTMAño 1992


Cuadro 15. Resistividad del alambren 5005 a 20°C y conductividad. Quito 2002

Alambren

5005-O5005-H12yH225005~Hl4yH245005-Hl6yH26


0.03 1 7520.03 i 9280.0319880.032047

Conductividad* (%)

54.354.953.953.8


^Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.

Diámetro

De acuerdo a la norma el diámetro estándar es 0.375 in (9.52 mm). La variación

que puede presentar en este valor ya sea en máximo o en mínimo es de 0.020 in

(0.51 mm).

27

3.2.2.2.1 Alambren 5005 - H19 (extra duro)

Fabricado según normas ASTM con especificación: B-396-87

• Especificaciones técnicas:

Limites de tensión


deben ser menores a 15000 psi (103 MPa) cuando estas han sido con suelda

eléctrica y no menor al 90% del vaior mínimo especificado en la tabla anterior

cuando la unión a sido solo a presión o en frío.

Cuadro 16. Limites de tensión y elongación mínima porcentual en 10 pulgadas delalambren 5005-H19. Quito 2002.

Diámetros (in)

0.2600-0.21010.2100-0.16010.1600-0.15010.1500-0.14010.1400-0.12010.1200-0.11010.1100-0.10010.1000-0.09010.0900-0.08010.0800-0.07010.0700-0.0601

Limite detensión min (ksi)

A1

33.034.036.036.537.037.538.038.539.039.540.0

B^31.532.534.535.035.035.536.036.537.037.538.0

Elongación% en 10 in

B*2.22.01.91.81.71.61.51.51.51.41.3


1 A Producción superior a 30000 Ib de masa2 B Producción menor a 30000 Ib de masa


Cuadro 17. Resistividad del alambren 5005-H19 a 20°C y conductividad. Quito2002.

Alambren

5005-HÍ9


0.032227

Conductividad* (%)

53.5Fuente: Normas ASTM.Año 1992

28

'Comparado con el 100% de conductividad que presenta el cobre.

Diámetros

Cuadro 18. Diámetros comerciales del Alambren 5005-H19. Quito 2002

Diámetro en pulgadas(in)

0.2600-0.1000Menores a 0.1 000-0.060 i


Variación (in)1%

0.0010Fuente: Normas ASTMAño 1992

3.2.2.3.Aleación 6201-T81

Las líneas de transmisión han utilizado ampliamente el Al 1350 o Al EC (electric

conductor) a partir del comienzo del siglo XX. Esta aleación presenta una buena

conductividad arriba del 60% IACS (International Annealed Copper Standard)

justificando su gran uso. Su resistencia mecánica apenas regular determinó la

necesidad del desarrollo de otras aleaciones más resistentes, con mayor carga en

la tensión de ruptura.

Por esta causa se desarrolló la Aleación 6201 (Aleación de Magnesio y Silicio)

que en determinadas situaciones puede eliminar los alambres de acero como

refuerzo mecánico de los cables de aluminio con alma de acero, acarreando un

costo menor en los proyectos de líneas de transmisión y distribución.

Básicamente se fabrican dos tipos de conductores con la Aleación 6201: el AAAC

(All Aluminum Alloy-Conductor) que se trata de un conductor homogéneo formado

por alambres de aluminio aleación 6201 en forma de cuerda concéntrica y el

ACAR (Aluminum Conductor Alloy-Reinforced) que está formado por alambres de

Aluminio 1350 en forma de cuerda sobre un alma de alambres de Aluminio

aleación 6201.

29

• Características y propiedades de ta aleación de aluminio 6201-T81

Fabricados según normas ASTM con especificación: B398-90


Densidad

Cuadro 19. Densidad del alambren 6201-T81. Quito 2003

TIPODEALAMBRON

6201- T81

DENSIDAD (g/cm3) a 20°C

2.690Fuente; Normas ASTM

Año 1992


Cuadro 20. Composición química del alambren 6201-T81. Quito 2003

Elemento

SilicioHierroCobre

ManganesoMagnesio

CromoBoroZinc

Otros elementosAluminio

Porcentaje%

0.50-0.90.500.100.03

0.6-0.90.030.060.100.10

RestoFuente: Normas ASTM

Año 1992

Este tipo de materia prima puede ser previamente tratado térmicamente,

trabajado en frío y envejecido artificialmente (T81).

Limites de tensión


deben ser menores a 15000 psi (103 MPa) cuando estas han sido con suelda

30

eléctrica y no menor a 42000 psi (290 MPa) cuando la unión a sido solo a

presión o en frío.

Cuadro 21. Limites de tensión y elongación mínima porcentual en 10 pulgadas alas que debe ser sometido el Alambren 6201-T81. Quito 2003.

Diámetros (in)

0.1878-0.13280.1327-0.0612

Limite detensión min

(ksi)A1

46.048.0

B2

44.046.0

Elongación%en 10 in

B2

3.03.0


1 A Producción superior a 30000 Ib de masa2 B Producción menor a 30000 Ib de masa

Resistividad a 20°C y conductividad

La conductividad de la aleación de Al 6201-T81 es menor que la del Al 1350, con

alrededor de 52,5% IACS. Esta desventaja se puede revertir cuando se compara

el conductor completo. Ya que no necesita de alma de acero, ios conductores con

aleación de Al 6201-T81 pueden ser hasta 25% más livianos, permitiendo ei uso

de las mismas flechas que los ACSR, con una tensión mecánica más baja,

resultando por lo tanto en una fluencia menor a lo largo de los años.

Cuadro 22 Resistividad del Alambrón 6201-T81 a 20°C y la conductividad. Quito2003.

Alambrón

6201-T81

ResistividadG.mm2/mm

0.032841

Conductividad* {%)


'Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.

31

Diámetros

Cuadro 23. Diámetros comerciales del alambren 6201-T81. Quito 2003

Diámetro en pulgadas(in)

0.1878-0.1000Menores a 0.1 000-0.06 12


Variación (in)1%


Resistencia a la corrosión

Su principal diferencia con relación a las otras aleaciones alternativas es el

método de tratamiento térmico de volverla soluble antes del trefilado, que confiere

al material un importante aumento de resistencia a la corrosión intergranular.

Esta característica permite la instalación de conductores en regiones de

atmósfera agresiva de alta polución y/o salinidad marítima severa con resultados

más eficaces.

Dureza superficial

La dureza superficial mayor de la aleación 6201-T81, el doble del Al 1350 H-19,

confiere a los conductores una resistencia superior a la abrasión con respecto a

otras aleaciones. Esta ventaja no es importante en líneas de baja o media tensión,

pero es de suma importancia en las líneas de alta y extra alta tensión, donde los

daños superficiales sucedidos durante el tendido o manejo, causan aumento de

pérdidas por corona y radio interferencia.

3.2.2.4 Aleaciones serie 8000

Este tipo de aleación tiene como ventajas:

Alta estabilidad térmica en las terminaciones.

Alta retención del apriete en las terminaciones.

32

Están fabricadas según normas ASTM con especificación: B800-88


Densidad

Cuadro 24. Densidad de alambrones serie 8000. Quito 2003

T1PODEALAMBRON

Serie 8000




Cuadro 25. Composición química de los alambrones serie 8000. Quito 2002

Aleación

801780308076813081768177

Composición porcentual

Silicio

0.100.100.100.15°0.03-0.150.10

Hierro

0.55-0.80.30-0.80.6-0.90.40-1.0"0.40-1.00.25-0.45

Cobre

0.10-0.200.15-0.300.040.05-0.15-0.04

Mg

0.01-0.050.050.08-0.22--0.04-0.12

Zinc

0.050.050.050.100.100.05

Boro

0.040.001-0.040.04--0.04

Otroselementos

total0.100.100.100.100.150.10

Al

RestoRestoRestoRestoRestoResto


A 0.003 Máximo de litio8 1.0 Máximo de silicio y hierroc 0.03 Máximo de Galio

Este tipo de materia prima puede ser previamente sometido a recocido (O) o a

endurecimiento por tensión (H1X o H2X) variando únicamente los grados de

dureza del alambren

Limites de tensión


deben ser menores a 8.5 ksi (59 MPa) para el 8XXX-O y 11 ksi (76 MPa) para los

8XXX-H1XoH2X.

33

Cuadro 26. Limites de tensión a los que deben ser sometidos los alambrones serie8000. Quito 2003.

Alambren

8XXX-O8XXX~HlXoH2X


8.5-16.0 _15.0-22.0

MPa59-111103-152



Cuadro 27. Resistividad de los alambrones serie 8000 a 20°C y conductividad. Quito2003

No debe exceder de:

Alambren

8XXX

Resistividad Q.mm2/mmA

0.028264B

0.028450

Conductividad* (%)A

61.0B


"Comparado con el 100% de conductividad que presenta el cobre.

Diámetros

Cuadro 28. Diámetros comerciales para los alambrones serie 8000. Quito 2003.

Diámetro en pulgadas (in)

0.0100 hasta menores a 0.03600.0360 hasta menores a 0.10000.1000-0.7071


Variación (in)0.00050.0010

1%Fuente: Normas ASTMAño 1992

34

3.3. PRESENTACIÓN DE LA MATERIA PRIMA

3.3.1 EMBALAJE

Los alambrones de aleación de aluminio se suministran en carretes de hasta 1 Tn.

Están montados sobre una tarima metálica de 1100 x 1100 mm a la que se

encuentran atados con 2 ó 3 cintas de acero, que rigidizan e! conjunto y lo hace

apto para las condiciones de transporte más exigentes. Ei sistema de embalaje

hace que los rollos sean fácilmente manipulables con grúas o auto elevador.

3.3.2 BOBINAS DE MADERA

El material está identificado dentro de la bobina con etiqueta fija al disco próximo

a la punta del cable.

Toda bobina se identifica por fuera mediante un número de control y por su tipo

de los dos lados. Los datos referentes al producto embalado, cliente, destino, etc.,

se graban en etiquetas en forma de polímero fijas en los dos lados de la bobina.

Cuadro 29. Tipos y dimensiones de bobinas de madera estándar utilizadas para elembalaje del alambren de aluminio. Quito 2002.

Tipo debobina

65/2565/4580/45103/60125/70125/100154/80170/80

170/100190/100210/100

Dimensiones aproximadas (mm)

A

70070085010501300132615761726177619762126

B

65065080010001250125015081708170019062106

C

35035035050060060070080080010001200

E

2504504506007001000800800100010001000

F

3505505507268261126926952115211521142

G

5050506363636376767676

Diámetrointerno de

buje D

80.780.780.780.780.780.780.780.780.780.780.7

Peso delembalaje

(kg)

354565130195250290290390530846

Volumendel

embalaje(m3)0.170.270.400.801.401.982.303.03.684.505.45

Fuente: InternetAño: 2002

35

I\

Figura 2. Dimensiones de bobinas de madera estándar utilizadas para el embalaje del alambrónde aluminio

n n ' •n" nCI.M.S.AJ

Figura 3. Forma de embalaje del alambrón de aluminio para su comercialización y transporte.

36

4. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MATERIALPARA AISLAMIENTO Y CHAQUETA

4.1 CLORURO DE POLIVINILO (PVC)

El cloruro de polivinilo es un polímero clorinado mas comúnmente utilizado debido

a sus bajos costos de producción, facilidad de aplicación e instalación y las

excelentes propiedades mecánicas y resistencia al manejo de fluidos, como su

gran resistencia a soluciones químicas agresivas diluidas en agua.

4.1.1 PROPIEDADES GENERALES

Entre sus propiedades más sobresalientes se destacan las siguientes: rigidez

dieléctrica alta, constante dieléctrica baja, factor de potencia bajo, baja absorción

del agua, resistencia a la llama, aceites, químicos, rayos solares, envejecimiento,

abrasión y deformación, y puede ser utilizado en sistemas de temperatura por

arriba de los 140°F.-60°C.

Este plástico presenta un alto nivel de resistencia a los cambios bruscos de

presión, químicamente el PVC es generalmente resistente e inerte a la mayoría

de los ácidos minerales, sales e hidrocarburos.

Posee una densidad de 1.35 g/cm3.

Para el aislamiento y chaqueta de conductores eléctricos, este tipo de material

debe cumplir con ciertos requerimientos como:

37

Cuadro No 30. Propiedades del cloruro de polivinilo para 60°C, 75°C y 90°C. Quito2003.

Propiedad 60°C 75°C 90°CMaterial Normal

Mínima resistencia a la tracción (psi)Elongación a ¡a ruptura mínima enporcentaje

1500100

2000150

2000150

Material después de someterse a 5 días a 100°C±1°C en horno de circulaciónforzada

Mínima resistencia a la tracción (psi)Elongación a la ruptura mínima enporcentaje

127560

160075

Material después de someterse a 4 horas en aceite a 70°C±1°CMínima resistencia a la tracción (psi)Elongación a la ruptura mínima enporcentajeMáxima distorsión a una temperatura de121°C±1°C en porcentaje

120060

50

170085

25

130065

170085

25

Propiedades eléctricasPermitividad después de 24 h, 60 Hz. y50°±1°C, maxConstante dieléctrica máx. (1 MHz)

Factor de disipación máx. (1 MHz)

Resistividad volumétrica £2/cm

10.0

5.0

0.10

8*1015

Norma IPCEA S-66-524. NEMA WCAÑO 1971

4.1.2 RESISTENCIA A LA LLAMA

El compuesto de PVC ai ser aplicado llama, ésta se debe extinguir en máximo 15

segundos.

4.1.3. DOBLEZ EN FRÍO

El material de muestra debe ser mantenido por una hora a temperatura de -10°C

± 1 °C y al realizar la prueba, no debe presentar rotura alguna.

38

4.1.4 REQUERIMIENTO PARA PROVEEDORES

El material debe venir en palets con dimensiones uniformes de 2 ó 3 mm de

diámetro por 2 mm de largo y empacados en fundas tejidas de polipropileno con

un peso unitario de 25 kg.

4.1.5 REQUERIMIENTOS DE TEMPERATURA DE OPERACIÓN

La extrusión de este producto se realiza con un perfil de temperatura de entre

140°C-170°C.

4. 2 POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD.

Este tipo de polímero sirve también para recubrimiento de cables y alambres con

voltajes de operación máxima de 2000 V, 75°C de temperatura en el conductor.


El compuesto de polietileno de baja densidad presenta excelentes propiedades

dieléctricas como alta resistividad a corrientes continua y alterna, alta rigidez

dieléctrica, baja constante dieléctrica, bajo factor de potencia, alta resistencia de

aislamiento..

El comportamiento de este tipo de material a baja temperatura es excelente,

presenta gran resistencia a la absorción de agua y a agentes abrasivos.

Pero al contrario del PVC no es muy flexible, no presenta buena resistencia al

calor, es decir (a capacidad de extinguir el fuego es lenta y no tiene resistencia a

productos como gasolina, aceite, grasas... etc. Por esto a cables aislados con

polietileno es necesario protegerlos con una chaqueta de material resistente a la

llama.

Densidad: 0.92 g/cm3.

39

Cuadro No 31. Propiedades del polietileno de baja densidad. Quito 2003.

Propiedad ValorMaterial Normal

Mínima resistencia a la fracción(psi)Elongación a la ruptura mínimaen porcentaje

1400

350

Material después de someterse a 48 horas100°C±1°C en horno de circulación forzada

Mínima resistencia a la tracción(psi)Elongación a la ruptura mínimaen porcentaje

Máxima distorsión a unatemperatura de 90°C±1°C enporcentaje

1050

75

25

Propiedades eléctricasRigidez dieléctrica V/milConstante dieléctrica máx.(IMHz)Factor de disipación máx.(IMHz)Resistividad volumétrica íí/cm

500

2.25

0.00021*10"

Norma IPCEA S-66-524. NEMA WCAÑO 1971

4.2.2 AGRIETAMIENTO AMBIENTAL

El aislamiento no debe dañarse.

4.2.3. REQUERIMIENTO PARA PROVEEDORES

El material de importación viene en paletas con dimensiones uniformes y

empacado en fundas de polietileno con 25 kg. de peso o en recipientes de 1000

kg.

4.2.4. REQUERIMIENTOS DE TEMPERATURA DE OPERACIÓN

Este material debe ser extruido con un perfil comprendido entre 170°C - 200°C.

40

4.3 NYLON (PA6 )

A estos materiales, aplicando diferentes cargas y aditivos, se modifican

positivamente las características mecánicas, térmicas y eléctricas, consiguiendo

rendimientos óptimos y necesarios hoy día, para la adecuación a las nuevas

exigencias tecnológicas.


El nylon es una poliamida (termoplástico) dura y tenaz, alto coeficiente de

dilatación, elevada resistencia al choque y a las bajas temperaturas, buena

resistencia al desgaste, resistencias químicas buenas, excepto para los ácidos,

óptimo comportamiento frente a los agentes atmosféricos pero una mala

absorción al agua, dando dimensiones inestables y con tolerancias no muy

estrictas

Densidad: 1.12-1.14 g/cm3.

Cuadro No 32. Propiedades del nylon 6. Quito 2003.

Propiedades físicasResistencia a la tracción (kg/cm^)Elongación a la ruptura mínima en porcentaje

Resistencia a la flexión (kg/cm^)Resistencia a la compresión (kg/cm )Resistencia al choque izod (kg.cm /cm )Absorción de agua en 24 h en porcentaje

Punto de función °CTemperatura min. de operación

700

180

6506507.5

2.6218

-20°CPropiedades eléctricas

Resistencia de aislamiento min. En MQ

Rigidez dieléctrica kV/mmConstante dieléctrica máx. (1 MHz)

Factor de disipación máx. (I MHz)

Resistividad volumétrica QJcm

5 * 106

14.8

4

0.1110"

Fuente InternetAÑO 2003

41

4.3.2 REQUERIMIENTOS DE TEMPERATURA DE OPERACIÓN

Este material debe ser extruido con un perfil comprendido entre 200°C - 250°C.

4.3.3 REQUERIMIENTO PARA PROVEEDORES

El material de importación viene en palets con dimensiones uniformes y

empacado en fundas de polietileno con 25 kg. de peso o en recipientes de 1000

kg.

42

CAPITULO 2

PR9CESOS DE FABRICACIÓN DE CONDUCTORESELÉCTRICOS DE ALUMINIO

En la actualidad en el Ecuador no se fabrican cables de aluminio para baja

tensión, aunque existen especificaciones y normas para su fabricación. En el

presente capitulo se mencionan los requerimientos técnicos como: nivel de

tensión, aplicaciones, calibres, etc, para diversos cables de aluminio los cuales

podrían ser producidos en nuestro medio. Cabe señalar que algunos tipos de

cables no pueden ser fabricados por la dificultad en la adquisición de ciertas

materia primas necesarias para su elaboración.

Por otro lado se desarrollaran criterios de diseño y cálculo de dimensiones para

los diferentes tipos de conductores y cables, aislamiento y chaqueta. También se

describirán todos los procesos de fabricación a los que es sometida la materia

prima para obtener un conductor aislado terminado.

Finalmente se mencionan algunas pruebas de control a las que deberían

someterse los diferentes cables de aluminio antes de ser comercializados que

demuestren su calidad y buena operación.

2.1 TIPOS DE CABLES DE ALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS

2.1.1 TIPOS DE CONDUCTORES

Debido a que la presentación del alambrón del aluminio difiere por el tipo de

tratamiento al que ha sido sometido y por la construcción misma del conductor o

cable, existen varias clases de conductores:

Clase A: Conductores para ser aislados con materiales resistentes a la humedad.

43

Clase B: Conductores para ser aislados con materiales como, caucho, pape!,

algodón, termoplásticos con mayor grado de flexibilidad que los de Clase A.

Clase C y D: Conductores con mayor flexibilidad que los de clase B.

2.1.2 CONDUCTORES TIPO TW (THERMOPLASTIC WIRE)

• Características generales.

Tensión máxima de operación : 600V AC.

Temperatura máxima en el conductor : 60°C en ambientes secos o húmedos

Aplicación

Conductor de aplicación general en el alambrado eléctrico de edificaciones y de

redes interiores secundarias industriales, residenciales y comerciales.

Instalación

En ductos, tuberías o canalizaciones metálicas.

• Requerimientos de construcción

Conductores

Conductor en alambre o cable clase B de aluminio.

Colores:

Negro, blanco, rojo, azul, verde, amarillo

Calibres:

Rango de calibre Tipo y temple de conductor

12AWGal8AWG Sólido.

8 AWG al 2000 kcmil Cableado.

44

• Aislamiento

Material

Compuesto de cloruro de polivinilo (PVC) retardante a la llama, para 60°C de

temperatura máxima en el conductor

Espesores

El espesor mínimo del aislamiento en estos conductores se tiene en el anexo A.

• Requerimientos eléctricos

Este tipo de productos deben someterse a las siguientes pruebas:

Voltaje de detección de fallas

Resistencia de aislamiento en agua medida a 15.6 °C y 60 °C

Continuidad

Absorción de agua

Inductancia y capacitancia especifica

Resistencia al aceite y a la gasolina

Resistencia a reactivos.

Rigidez dieléctrica (opcional)

• Requerimientos de identificación

En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante, Tipo

"TW"; Calibre "AWG ó kcmils" y Tensión de operación "600V.

2.1.3 CONDUCTORES TIPO THWN (THERMOPLASTIC HEATNYLON WIRE)



Temperatura máxima en el conductor : 75°C en ambientes húmedos

45

Aplicación

Generalmente alambrado eléctrico en edificaciones, conexiones de tableros,

centrales, motores. La capa de nylon de gran resistencias mecánica y bajo

coeficiente de fricción, hace que pueden halarse por ductos difíciles y usarse en

zonas abrasivas o contaminadas con aceite, gasolina y otras sustancias química:

ideal en acerías, plantas de proceso, etc.

Instalación

En ductos, tuberías o canalizaciones metálicas y por tener un diámetro menor

que el THW, pueden llevarse más conductores por la misma ducteria o

emplearse ductos más pequeños.

* Requerimientos de construcción

Conductores

Conductor de alambre o cable clase B, de aluminio

Colores:

Calibres:

Negro, blanco, rojo, azul, verde.


12 AWG al 6 AWG Sólido


• Aislamiento

Material de aislamiento

Aislado con polivinilo de cloruro (PVC) retardante a la llama para 75°C de

temperatura máxima en el conductor.

Chaqueta

Protección externa de nyion transparente.

46

Espesores

El espesor mínimo del aislamiento en estos conductores se presenta en el anexo

A.


Este tipo de conductores deben someterse a las siguientes pruebas:



Resistencia de aislamiento en aire medida a 97°C.

Continuidad

Absorción de agua


Resistencia al aceite y a la gasolina

Rigidez dieléctrica (opcional).


En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante " ";

Tipo "THWN"; Calibre "AWG ó kcmils" y Tensión de operación "600V".

2.1.4 CONDUCTORES TIPO THW (Thermoplastic Heat Wire)


Voltaje máximo de operación : 600V AC.

Temperatura máxima en el conductor: 75 °C en ambientes seco y húmedo

Aplicación

Generalmente en alambrado eléctrico en edificaciones, conexiones de tableros,

centrales, etc.

47

Para interconexiones de motores donde las condiciones de operación sean

rigurosas y se requiera máxima segundad.

• Instalación

En ductos, cárcamos, tuberías o canalizaciones metálicas.


Conductores

Conductor de alambre o cable clase B, de aluminio

• Colores: Negro, blanco, rojo, azul, verde, amarillo

Calibres:


12AWGal6AWG Sólido


• Aislamiento


Aislado con polivinilo de cloruro (PVC) retardante a la llama para 75°C de

temperatura máxima en el conductor y resistente a la humedad.

Espesor


A.





48

Continuidad

Absorción de agua


Resistencia al aceite

Rigidez dieléctrica(opcional)



"THW"; Calibre "AWG ó kcmils" y Tensión de operación "600V".

2.1.5 CONDUCTORES TIPO THHN (THERMOPLASTIC HIGHHEAT NYLON)

* Características generales.


Temperatura máxima en el conductor : 90°C en ambiente seco

Aplicación

Generalmente alambrado eléctrico en edificaciones y conexiones de tableros La

capa de nylon de gran resistencias mecánica y bajo coeficiente de fricción, hace

que pueden halarse por ductos difíciles y usarse en zonas abrasivas o

contaminadas con aceite, gasolina y otras sustancias química: ideal en acerías,

plantas de proceso, etc.

Instalación

En ductos, tuberías o canalizaciones metálicas.

49


Conductores

Conductor de alambre o cable ciase B, de aluminio

Calibres:

Rango de calibre Tipo y temple de conductor12AWGal6AWG Sólido


• Aislamiento


Aislado con polivinllo de cloruro (PVC) retardante a la llama para 90°C de

temperatura máxima en el conductor y resistente al calor.

Chaqueta

Protección externa de nylon transparente.

Espesores


A.






Continuidad

Resistencia al aceite


50



"THHN"; Calibre y Tensión de operación "600V".

2.1.6 CONDUCTORES TIPO CABLES UF-NMC (UNDERGROUNDFEEDER- NON-METALLIC SHEATHED CABLE )


Voltaje máximo de operación : 600V AC

Temperatura máxima del conductor : 60 °C

Aplicación

Los conductores paralelos de tipo UF- NMC son utilizados para circuitos de fuerza

y alumbrado en edificaciones industriales, comerciales y residenciales, son útiles

además para ser enterrados directamente, en instalaciones cubiertas y expuesta,

se usan en viviendas uni o multifamiliares de lado interior y exterior de las

paredes, tal como se especifica en el National Electrical Code. Este tipo de

conductor puede ser usado en lugares secos y húmedos y son resistentes a

corrosión y a los hongos.

Colores disponibles

Para todos los calibres (conductores internos): Blanco, azul y rojo

Para la chaqueta exterior: Gris


Conductores

Conductor de alambre o cable ciase B, de aluminio.

51

Calibres:Rango de calibre Tipo y temple de conductor

12 AWG al 6 AWG Sólido o cableado

Material de aislamiento y chaqueta

Están aislados con una capa uniforme de material termoplástico Cloruro de

Polivinilo (PVC) para 60 °C de temperatura máxima de! conductor y resistente a la

humedad, posteriormente los conductores son dispuestos paralelamente y sobre

ellos se aplica una chaqueta también de Cloruro de Polivinilo (PVC) color gris.

Los espesores de aislamiento se tienen en el anexo A.






Continuidad

Absorción de agua



• Requerimientos de identificación.-

En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante,

Número de conductores "2"; Calibre " AWG"; Tipo de conductor: "UF" y Tensión

de operación "600 V".

52

• Otros conductores

Se hará mención de otros tipos de productos existentes en el mercado pero que

por razones de materias primas inexistentes en nuestro medio no pueden ser

fabricados.

2.1.7 CONDUCTORES TIPO: DÚPLEX, TRIPLEX, CUADRUPLEX


Tensión máxima de operación: 600V AC fase - fase

• Dúplex

Utilizado para suministrar servicio eléctrico aéreo (120 voltios) temporal en

lugares de construcción e iluminación de calles y lugares abiertos, para una

temperatura del conductor que no exceda de 75° C a 600 voltios.

• CONSTRUCCIÓN:

Conductor de aluminio 1350-H19, trenzado o trenzado comprimido, con

aislamiento de polietileno vulcanizado, con un cable neutro mensajero de aluminio

6201, 5005 o AAC trenzado.

• Triplex:

Utilizado para suministro eléctrico desde la compañía de distribución hasta el

tablero del consumidor final.

53

• Quadrupiex

Utilizado para suministro aéreo trifásico desde la compañía de distribución

eléctrica hasta el tablero del consumidor final o suplir potencia desde los

transformadores al usuario, a una temperatura del conductor que no exceda de

90° C a 600 voltios

Especificaciones:

Los cables cuádruples cumpien con las especificaciones aplicables ICEA S-66-

524.

- CONSTRUCCIÓN:

Tres conductores de aluminio 1350 H19 trenzado o trenzado comprimido con

aislamiento de polietileno vulcanizado, trenzados con un cable mensajero de

aluminio 6201, 5005 o AAC trenzado y desnudo. Fases identificadas con una, dos

o tres nervaduras.

2.1.8 CONDUCTOR TIPO XHHW (CROSS (X)-LINKEDPOLYETHYLENE HIGH HEAT WIRE)

NORMA: UL44

Aplicación

Distribución aérea de energía en baja tensión, aplicación general en edificaciones,

conexiones de tableros, controles, motores., etc. Para cuando las condiciones de

operación sean rigurosas y se requiera un máximo de seguridad.

Temperatura

En el conductor 90°C sitios secos, 75°C sitios húmedos. Especialmente

diseñados para usos en instalaciones petroleras y en general donde se requiera

resistencia a agentes externos.

54

Construcción:

Conductor de aluminio duro clase B compactado. Aislamiento de polietileno

reticulado antillama color negro.

Instalación

En ductos, tuberías, canalizaciones metálicas o para de distribución y acometidas

aéreas.

2.1.9 CONDUCTOR TIPO XLPE (CROSS (X)-LINKEDPOLYETHYLENE)

NORMA: ICEA S-66-524

Aplicación:

Distribución de energía en baja tensión, aplicación general en edificaciones,

conexiones de tableros, controles, motores, etc. Para cuando las condiciones de

operación sean rigurosas y se requiera un máximo de seguridad.

Temperaturas

En el conductor 90°C sitios secos, 75°C sitios húmedos.

Construcción

Conductor de cobre suave o aluminio duro Clase B compactado Y con aislamiento

de polietileno reticulado antillama color negro.

Instalación

En ductos, tuberías, cárcamos o canalizaciones metálicas a para distribución y

acometidas aéreas.

55

2.1.10 CONDUCTOR TIPO TTU- XLPE o TTU-XLP


Tensión máxima de operación: 600 AC entre fases.

Temperatura máxima del conductor: 90 °C

Rango de calibres : 8 - 1000 kcmils.

Aplicaciones

Sistemas de distribución e iluminación y para sistemas sin conexión a tierra

(alimentación en tableros de distribución en industrias y edificios. Pueden usarse

en sitios secos o húmedos.

Instalación

En ductos, tubería, canalizaciones, bandejas o enterramiento directo.

Construcción

Conductores de aluminio duro o aluminio compactados con aislamiento de

polietileno reticulado (que puede ser negro antillama o natural normal) para 90°C.

Chaquetas con color distinto al negro únicamente para usos sin exposición a la

luz solar.

Estos son cables concéntricos de aluminio recubiertos con un aislamiento

primario y sobre éste aplicada una chaqueta de material resistente a la humedad

y retardante a la llama.

O cable formado por un conductor de aluminio, aislado con polietiieno reticulado

XLP para 90°C y cubierta de PVC, generalmente en color negro. Este cable es

fabricado de acuerdo a los requerimientos de la norma ICEA S 95-658.

56

2.1.11 CONDUCTORES TIPO TA (THERMOPLASTIC ASBESTOS)

* Características generales.

Tensión máxima de operación : 600 V

Temperatura máxima en el conductor: 90°C ambiente seco

Aplicaciones

Cable para alambrado de tableros

• Construcción

Conductor aluminio, sólido o cableado de calibres 12-4/0 AWG.

Aislamiento

Aislamiento termoplástico impregnado de asbesto y trenza de algodón retardante

a la llama.

2.1.12 CONDUCTORES TIPO NM-B (NM O NMC CONAISLAMIENTO DE THHN)




Aplicaciones

Uso general en instalaciones visibles, en locales con ambiente seco o húmedo,

para alimentar motores monofásicos con protección a tierra y trifásicos, tales

como acondicionadores de aire, frigoríficos residenciales o industriales.

* Construcción

Conductor aluminio, sólido o cableado de calibres 12-1 AWG.

57

Aislamiento

Cables multipolares compuestos por conductores tipo THHN.

2.1.13 CONDUCTORES TIPO ACT (AMORED THERMOPLASTICCABLE)




• Construcción


Aislamiento

Cables provistos de una armadura metálica flexible. Compuestos por conductores

tipo TW y cubiertos con una chaqueta de PVC con impregnaciones de asbesto.

2.1.14 CONDUCTORES TIPO ACT - B

» Características generales.



• Construcción


58

Aislamiento

Similares a ios conductores tipo ACT pero compuestos por conductores tipo

THHN cubiertos con una chaqueta de PVC con impregnaciones de asbesto.

2.1.15 CONDUCTORES TIPO ACTH




• Construcción


Aislamiento

Similares a los conductores tipo ACT pero compuestos por conductores tipo THW

cubiertos con una chaqueta de PVC con impregnaciones de asbesto.

2.2 PROCESOS DE PRODUCCIÓN

2.2.1 DETERMINACIÓN DE DIMENSIONES Y FACTORES EN PROCESOS DEFABRICACIÓN DE CABLES

• Designación

Según la norma regida por el sistema de calibración AWG (American Wire Gage),

los calibres de conductores obedecen a un sistema de designación inversa, o sea

que la mayor designación corresponde a diámetros menores.

59

2.2.1.1 Calculo de diámetros nominales estándar en general

Para calibres comprendidos entre, 4/0 y 36 AWG se utiliza una progresión

geométrica donde la relación entre dos calibres adyacentes es 1/r si tomamos

como referencia ei diámetro en mils del calibre 4/0 AWG o r si la referencia es el

diámetro en mils del calibre 36AWG.

Así, si formamos la serie descendente con el diámetro en mils del calibre 4/0

AWG tenemos:

Calibre AWGDiámetro(mils)

4/0460

3/0460/r

2/0460/r2

1/0460/r3

1460/r4

33460/r36

34460/r37

35460/r38

36460/r39

Norma ASTMAño 1992

El valor de r39 viene definido por la relación entre diámetros en mils de los calibres

4/0 y 36 AWG.

=1.1229322

2.2.1.2 Calculo del área nominal de sección transversal:

Obedece a la expresión:

Ac=(T (2.1)

Donde:

Ac: área de la sección transversal del conductor [cmil]

d: diámetro del conductor [mil]

60

2.2.1.3 Cables monopolares

2.2.1.3.1 Cálculo de diámetros

El diámetro de un conductor de aluminio debe cumplir con valores

predeterminados, y definidos por:

(2.2)*^ J1000

Donde:

d: diámetro del alambre [mm]

Dn: diámetro nominal del alambre [mils]

f : Factor 1 para diámetros nominales;

0.99 para diámetros mínimos.

2.2, 1.3.2 Calculo del peso por unidad de longitud

El peso del aluminio por unidad de longitud del alambre se lo calcula con:

(2.3)*

Donde:

P = Peso por unidad de longitud del alambre [kg. / km.]

d = Diámetro dedalambre [mm]

<> = Densidad del Aluminio [gr/cm3]

2.2.1.3.3. Calculo del área conductora

El área de la sección transversal de un alambre cumple con la siguiente

expresión:

Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.

6!

1000

2

*.n

Donde:

Amm = Área del alambre [mm2]

A = Área del alambre [cmils]

ft = Factor de tolerancia

2.2.1.3.4 Calculo de la resistencia eléctrica CD a 20 °C

Se la calcula mediante:

« = ̂ P (2-5)^mm

Donde:

P= Resistividad eléctrica CD a 20°C [Omm2 / m]

L = Longitud del alambre [m]

Amm = Área transversal del alambre [mm2]

2.2.1.4 Cables concéntricos

2.2.1.4.1 Calculo de la eficiencia mecánica de un conductor concéntrico

La eficiencia mecánica de un conductor concéntrico se calcula mediante la

siguiente formula:

*ioo%(2.6)

Donde:

r)%: Eficiencia mecánica del conductor [%]

oJ: Esfuerzo mecánico del conductor [MPa]

aH: Esfuerzo mecánico del hilo que forma el conductor [MPa]

62

2.2.1.4.2 Calculo del diámetro de los hilos componentes de un conductor concéntrico:

Para que un cable cumpla con ei valor del área estandarizada, el diámetro de los

hilos que componen dicho cable están definidos por:

dh =Nh

1000'25.4

(2.7)*

Donde:

dh: Diámetro del hilo componente [mm]

A: Área transversal nominal del cable [cmils]

Nh: Número de hilos componentes

F: Factor de tolerancia de área permitida 1 para área nominal

0.98 para área mínima

2.2.1.4.2 Calculo del diámetro del cable

El diámetro del cable se calcula mediante:

= Fd*dh (2.8)

Donde:

De: Diámetro del cable [mm]

dh: Diámetro del hilo componente [mm]

Fd: Factor de diámetro

E! factor de diámetro es un valor predeterminado y varía según el número de hilos

que conforman el cable.


63

Tabla N° 2.1: Factores de diámetro. Quito 2003

NUMERODE HILOS

719376191127

FACTOR DEDIÁMETRO

35791113

2.2.1.4.3 Calculo del peso por unidad de longitud

El peso del aluminio en un cable concéntrico es una función de los pesos de ios

hilos componentes que forman el cable y cumple con:

(2.9)*

Donde:

Pe: Peso del aluminio en un cable concéntrico [kg/km]

dh : Diámetro del hilo componente [mm]

Fe: Factor de cableado

Nh: Número de hilos

<?: Densidad del aluminio [gr/cm3]

El factor de cableado es ei promedio de los factores de paso de todos los hilos

que forman el cable.

Fc =N,

(2.10)


64

Donde:


Fpn : Factor de paso de la capa n.

Nhn : Número de hilos de la capa n.

Nt: Número de hilos total del cable.

Para el cálculo del factor de paso tenemos que este está definido por.

Donde:

(2.11)*

Fp: Factor de paso.

n: Relación de longitud de paso y diámetro de la ruta helicoidal.

Lp_Dr

(2.12)

Donde:

Lp: Longitud de paso.

Dr: Diámetro de ruta helicoidal de la capa.

El diámetro de la ruta helicoidal es la distancia entre hilos componentes

diameíralmente opuestos de una capa. Y viene dada por:

(2.13)

Donde:

Dr = Diámetro de ruta helicoidal de la capa,

dh = Diámetro del hilo.

Fd = Factor de diámetro.

Tng. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.

65

La longitud de paso de acuerdo a especificaciones debe estar entre 8 y 16 veces

el diámetro de la capa.

(2.14)

Si consideramos que las industrias se adaptan a utilizar como longitud de paso 16

veces e! diámetro de la capa se obtiene por ejemplo:

Capa 1:6 hilos.

= \6DcDr

= \6*Fd*dh = 16*3!~ dh(Fd~\) "(3-l)( = 24 (2.15)

Aplicando el mismo procedimiento para todas las capas que constituyen el cable

tenemos que el valor de n y factores de paso respectivamente son:

Tabla No 2.2: Valores de n y factores de paso. Quito 2003

Capa

12t

4567

Número dehilos

161218243036

n

12420

18.66718

17.617.33

Factor depaso

fp1

|_ 1.008531.012261.014061.015121.015810.01629

Una vez obtenidos los factores de paso de todos los que forman los pasos

tenemos que los factores de cableado son:

Tabla No 2.3 Factores de cableado. Quito 2003

66

Númerode hilos

719376191127

Factor de cableado FeNumérico

1.00731.01041.01221.0133

1.014161.0227

Porcentaje0.731.041.221.331.4162.27

2.2.1.4.4 Calculo de la resistencia eléctrica CD a 20°C

La resistencia eléctrica en corriente directa a temperatura de 20°C de un cable

concéntrico se calcula mediante la siguiente fórmula:

Rcc = Rs* Fe (2.16)*

Donde:

Rcc: Resistencia eléctrica del cable concéntrico [O/km]

Rs: Resistencia del alambre equivalente al cable concéntrico.

[O/km]


2.2.2 DETERMINACIÓN DE DIMENSIONES Y FACTORES EN PROCESOS DEAISLAMIENTO Y CHAQUETA

2.2.2.1 Alambres y cables de aluminio

2.2.2.1.1 Calculo del peso de aislamiento de conductores.

La siguiente expresión permite determinar la cantidad de material dieléctrico a ser

aplicado sobre el conductor.


67

(2.17)

Donde:

Pa: Peso del material dieléctrico [kg/km]

Da: Diámetro conductor cableado [mm]

De: Diámetro del conductor [mm]

5a.: Densidad del material aislante, [gr/cm3]

Fl: Factor de llenado. 1: para conductores sólidos

Valor: para conductores concéntricos

2.2.2.1.2 Calculo del diámetro del conductor aislado

Cumple con:

Ea (2.18)

Donde:

Da: diámetro del conductor aislado [mm]

De: diámetro del conductor [mm]

Ea: Espesor de aislamiento [mm]

• Factor de llenado.

Debido a la irregularidad de la superficie de la sección transversal que presenta

un cable concéntrico, existirá un incremento de material al utilizarse; razón por la

cual dicho espacio libre debe ser llenados.

Para esto se inicia con el cálculo de área libre que queda entre los hilos de la

interna capa del cable, denominada área de relleno.

68

De donde:

Ai = Ac-A^A2 (2.19)

Ai: Área intersticial.

Ac: Área exterior del cable

A1: Área del hexágono

A2: Área de los sectores restantes de los hilos.

Área exterior

Definida por el área de una circunferencia

71= -*Dc2 (2.20)

Donde:

Ac: Área exterior del cable

De: Diámetro del cable

dh: Diámetro del hilo componente.

Área del polígono regular

Para 7 hilos o hexágono:

(2.21)

69

Para 19 hilos o polígono de 12 lados.

i = — x*dh2-l2-JÍ5*dh2 (2.22)100

• Factor de área

Se define como la relación del área intersticial y el área total del cable.

Para 7 hilos:

Fa = ̂ L^Ü (2.23)

Para 19 hilos:

_ 481?r-1200Vl5 «.«Fa = (/.Z4)

• Factor de llenado

Cumple con:

F^Q-Fa + Fp) (2.25)*

Donde:

F(: Factor de llenado

Fa: Factor de área

Fp: Factor de paso de la última capa.


70

2.2.2.2 Cables muitipolares

2.2.2.2.1 Calculo del diámetro del núcleo

EL diámetro del núcleo se calcula mediante:

(2.26)*

Donde:

Dn: Diámetro de núcleo [mm]

Da: Diámetro del conductor aislado [mm]

Fd : Factor de diámetro.

TABLA No 2.4: Factores de diámetro para cables muitipolares. Quito 2003

Número deunipolares

234

Factor DeDiámetro*

Fd2.00002.15472.4142

Datos tomados de fabricantes

2.2.2.2.2 Calculo del peso total del aluminio

PAL=PA*Nu*Fc (2.27)

Donde:

PAL: Peso total de aluminio, [kg/km]

PA: Peso de aluminio del unipolar, [kg/km]

Nú : Número de unipolares.

Fe: Factor de cableado para conductores unipolares (1.02)

2.2.2.2.3 Calculo del peso de aislamiento

P,,, = Pa*Nu*Fc (2.28)


71

Donde:

Pa(: Peso total de aislamiento, [kg/km]

Pa: Peso de aislamiento unipolar, [kg/km]

Nú; Número de unipolares.

Fe: Factor de cableado para conductores multipolares (1.02)

2.2.2.2.4 Calculo para relleno y chaqueta

Para multiconductores de calibres mayores a 10 AWG, sobre el núcleo se aplica

un relleno con un espesor de 0.50 mm.

• Calculo de diámetros sobre relleno

Definido por.

Donde:

Dr: Diámetro sobre relleno, [mm]

Dn: Diámetro del núcleo [mm]

• Calculo de peso de relleno

Pr=-(Dr2 ~F, *D«2*¿ (2.30)

Donde:

Pr: Peso de relleno [kg/km]

Dr: Diámetro de relleno, [mm]

FI: Factor de llenado.

Dn: Diámetro del núcleo, [mm]

6 : Densidad de material dieléctrico [gr/cm

72

TABLA No 2.5: Factores de llenado para cables multipolares. Quito 2003

Número deunipolares

2i

4

Factor dellenado*

FI0.50000.65720.7332

Datos tomados de fabricantes

2.2.2.2.5 Cálculo de diámetro sobre chaqueta

Se calcula mediante:

(2.31)

Donde:

Dj: Diámetro sobre chaqueta, [mm]

Dr: Diámetro sobre relleno, [mm]

Ej: Espesor de chaqueta [mm]

• Calculo del Peso de chaqueta sobre relleno

El peso de la chaqueta se calcula con la fórmula siguiente:

5 (2.32)*

Donde:

Pj: Peso de chaqueta, [kg/km]

DJ : Diámetro sobre chaqueta, [mm]

Dr: Diámetro bajo relleno, [mm]

5 = Densidad de material dieléctrico [gr/cm3]

• Calculo del peso de chaqueta sobre núcleo

Para calibres menores a 10 AWG la chaqueta es aplicada directamente sobre el

núcleo ensamblado y su peso se calcula mediante:


73

(2.33)

Donde:

Pch: Peso de chaqueta, [kg/km]

DJ : Diámetro sobre chaqueta, [mm]

FI : Factor de llenado.

Dn : Diámetro del núcleo, [mm]

6 : Densidad de material dieléctrico [gr/cm3]

2.2.3 PROCESOS

Los procesos a los que es sometido el material conductor para obtenerse un

conductor aislado terminado son: trefilación, recocido, cableado, extrusión,

reunido, chaqueta y fraccionamiento, cada una de los cuales tiene su respectiva:

líneas de producción, equipos y suministros.

2.2.3.1 Trefilación

DADO

. BAflRAOTUflOAHUSíÜO

,̂ CABE2AD€ ESTRADO

SOSTÉN «LOADO

\a 11.12BtncodeestírMkipi»Ur^u«i6oenfifíod«bMt«oíubí.:

Figura 2.1: Trefilación.

Se encarga de disminuir el diámetro del alambre a través de dados sin que se

produzca desperdicios. El paso forzado del alambre por el dado se realiza

mediante la tensión se proporciona una polea giratoria (capstan o anillos de

cerámica.

74

Debido a que no se presentan desperdicios el volumen de material a ingresar en

la trefiladora debe ser igual al volumen de material presente al finalizar este

proceso. Pero la longitud de salida va a ser mayor y está definida por un % de

elongación:

(2.34)Le )

Donde: E: porcentaje de elongación

Le: longitud de entrada

Ls: longitud de salida

De esta relación se puede obtener, también las dimensiones de áreas así:

Donde:

De2-Ds2

De2100 (2.35)

v A: Porcentaje de reducción del área.

De: diámetro de entrada.

Ds: diámetro de salida.

La velocidad de entrada del alambre es función de la velocidad de salida y del %

de elongación.

Donde:

1 + Jl_I, 100

Ve: Volumen de entrada

Vs: Volumen de salida

E: Porcentaje de elongación.

(2.36)

75

2.2.3.1.1 Línea de trefilación

La trefilación se la hace siguiendo una línea de producción compuesta por:

- Desembobinador

- Trefiladora

- Embobinador

Desembobinador:

Se encarga de alimentar al alambre hasta la trefiladora.

Trefiladora:

Es la encargada de la reducción del diámetro del alambre. Estas pueden ser de

uno o más pasos de trefilación, cada una de estas un capstan independiente las

mismas que pueden estar distribuidas en la línea (cada uno controlado por un

eje) o distribuidos cónicamente donde más de un capsían es montado en un

mismo eje.

Las trefiladoras de aluminio están diseñadas para una reducción de áreas del

26% por cada paso.

Embobinador:

Se encarga de recoger el alambre trefilado cuya velocidad está en coordinación

con la trefiladora.

• Otros elementos:

Dados de trefilación:

La reducción del diámetro de los alambres de aluminio se la realiza en los dados

de trefilación los cuales están compuestos por un incesto de carburo de tungsteno

y presentan una geometría que es función de: ángulo de entrada, aproximación,

reducción, cilindro, entre otros.

76

Los dados de trefilación deben presentar un elevado grado de dureza, casi como

un coeficiente de fricción bajo.

CAQSURO

Figura No. 2.2. Dado de trefilación

Lubricante de trefilación:

Para evitar el desgaste y calentamiento de las diversas partes de la trefilación

como dados, capstans, portadados se utiliza un lubricante denominado "cindol",

dicha sustancia no es soluble el agua.

Esta solución es inyectada a la trefiladora por medio de bombas de succión y

debe someterse a control de pH, temperatura de operación, concentración, entre

otras.

2.2.3.1.2 Control

En el proceso de trefilación se deben realizar medidas de diámetros y elongación

para verificar que cumplan con las tolerancias permitidas dadas en el capitulo 1.

2.2.3.2 Recocido

Una vez realizado el proceso de trefilación el alambre de aluminio es duro, para

esto y hacerlo más dúctil y maleable se lo debe someter al proceso de recocido.

El recocido se io realiza dentro de un pote herméticamente sellado y en el interior

con una atmósfera sin aire (vacío), a temperaturas de entre 200° - 250°C y el

77

tiempo en el que el aluminio debe permanecer en estos hornos varía de acuerdo

al calibre y al tipo de empaque del alambre.

Una vez cumplido este tiempo al pote atraído del horno se lo deja reposar hasta

que alcance una temperatura ambiente para poder extraer el material a ser

utilizado en los siguientes procesos, el alambre recocido debe estar libre de

impurezas, oxidación, carbón, etc. y se le realizan las pruebas requeridas, para

alambres suaves especialmente elongación.

2.2.3.3 Cableado

Es el proceso en el cual se elaboran los cables desnudos concéntricos.

2.2.3.3.1 Línea de cableado

Está compuesta por:

- Desembobinador simple

- Cableadora con desembobinadores interiores

- Capstan de doble polea

- Embobinador simple

Desembobinador simple

Es de tipo portacarrete un freno para central de la tensión del alambre.

Cableadora con desembobinadores interiores

Existen varios tipos de cableadoras tubulares, rígidas y planetarias.

Cableadoras tubulares

Trabajan a altas velocidades (600-1200 RPM), y son usadas para la producción

de cables de 7 hilos y 19 hilos en uno o dos pasos respectivamente.

78

Cableadoras rígidas y planetarias

Trabajan a velocidades bajas (200 RPM) por poseer mayor capacidad de carga y

están diseñadas para producir cables de 37 o más hilos de un solo paso.

La función de ambos tipos de cableadoras es igual variando únicamente en el

diseño mecánico de las mismas.

Las cableadoras están provistas también de unos elementos encargados de unir

los alambres denominados "dados formadores".

- Capstan de polea doble

Se encarga de dar movimiento lineal al cable formado en el dado. Esta constituido

por dos poleas ranuradas la una gira libremente y la otra esta controlada por el

giro del motor principal de la línea de cableado y mediante engranajes se coordina

sus velocidades a fin de obtener la longitud de paso deseado.

Embobinador

Recoge el cable en carretes, esta equipado de un sistema de guiado para

distribuir el cable uniformemente.

El embobinador está controlado por un motor eléctrico de velocidad variable.

2.2.3.3.2 Control

E! cableado debe estar sometido también a un proceso de control de los

diámetros y de construcción como se muestran en las tablas No 5,6,7,8,9 del

anexo A.

2.2.3.4 Extrusión

En este proceso se funde material aislante para mediante aplicación directa a la

superficie del conductor de aluminio, obtener un conductor aislado.

79

Figura No. 2.3 Extrusión

2.2.3.4.1 Línea de aislado

Está provista de:

- Desembobinador simple o doble

- Extrusora

- Tina de enfriamiento

- Capstan

- Embobinador

Desembobinador

Se encarga de dar una alimentación continua de conductor a la extrusora,

equipados con frenos mecánicos que ayudan a mantener la tensión adecuada

durante el proceso y detener la alimentación cuando la línea se para.

El material conductor se presenta en carretes razón por la cual se utilizan porta

carretes.

Extrusora

Se encarga de aplicar el material dieléctrico sobre el conductor para aislarlo.

Para la fabricación de conductores eléctricos se utiliza actualmente extrusoras

monotornillos con una relación entre la longitud y diámetro interior del barril de

24: 1.

80

La extrusora a la vez está conformada por: barril, tornillo, cabezal, de extrusión,

etc.

Barril

Hecho de un material de resistente a la corrosión.

Se deposita el material dieléctrico en una tolva cónica, ubicada en la parte

superior de la extrusora, esta deja caer dicho material a un cilindro hueco (barril)

en el cual se realiza la fundición del material dieléctrico pues está provisto de

resistencias eléctricas para su calentamiento. Hay que tomar en consideración un

estricto control de temperatura.

Tornillo

Se encarga de llevar el material desde la una alimentación hasta !a salida del

barril, es de acero duro, recubierto por una capa de aleaciones de cobalto, cromo

y tungsteno.

Los tornillos son diseñados de acuerdo al material a ser extruido (PVC, polietileno,

nylon, polipropileno, etc.)

Cabezal de extrusión

Se encarga de enviar el material que sale del tornillo hacia el conductor desnudo.

• Elementos de aplicación

Para colocar el material aislante sobre el conductor se hace uso de:

Guía de extrusión

Pieza de material resistente a la corrosión y al calor de bajo coeficiente de fricción

por medio del cual se conduce el conductor a ser aislado.

Dado de extrusión

Es el molde que permite dar firma y dimensión al material dieléctrico que sale

desde la extrusión hacia el conductor.

81

Tina de enfriamiento

Se encarga de bajar la temperatura del conductor ya aislado hasta la temperatura

ambiente. El enfriamiento se lo hace con agua y esta debe tener igual dirección

que el motor del conductor. En !a segunda fase de enfriamiento se consigue la

temperatura ambiente.

Caps tan

Se encarga de dar movimiento y velocidad al conductor aislado. Los capstans

están en coordinación con la velocidad de la extrusora.

Embobinador

Recoge en carretes el conductor aislado.

Dentro de la línea de extrusión para aislado se tiene además otros equipos que

facilitan ciertos controles, así tenemos:

- Marcador

- Secadora de cable

- Detector de fallas

- Medidor de diámetro

2.2.3.5 Reunido

Se encarga de cablear conductores aislados que luego puedan ser cubiertos con

un relleno y/o chaqueta, el reunido se lo hace con cableadoras como las

mencionadas.

2.2.3.5.7 Control

En el reunido se debe hacer un control de:

Los unipolares y sus colores correspondan al núcleo a formarse.

La longitud de paso y la dirección de cableado

Diámetro y uniformidad de la sección transversal.

82

2.2.3.6 Chaqueta

Es el proceso de aplicar una chaqueta o cubierta de material dieléctrico sobre el

conductor o conductores aislados.

2.2.3.6.1 Línea de producción

La línea de producción es la misma que la línea de extrusión, solo cambia el

tamaño de sus componentes.

2.2.3.6.2 Control

En este proceso se debe además hacer un control de:

- Material y espesor de la chaqueta que corresponda a los especificados en

norma,

- Apariencia superficial liza, brillante y libre de imperfecciones.

- Marca de identificación acorde a especificaciones.

- Dimensiones externas y longitudes producidas

2.2.3.7 Fraccionamiento

Las longitudes con que se entregan los conductores hacia el consumidor se

llaman fraccionamiento.

2.2.3.7.1 Línea de fraccionamiento

Está constituida por:

- Desembobinador

- Contador de metros

- Embobinador

Desembobinador

Entrega el producto al contador de metros y es similar al de los anteriores

procesos.

Contador de metros

Es un equipo automático de contar cierta longitud fijada para cada rollo.

83

Embobinador

Recoge en conductor o cable y permite la extracción del mismo sin necesidad de

ningún desmontaje.

2.2.3.7.2 Control

En este proceso también se realiza un control de:

- La longitud del conductor sea la requerida.

- El voltaje de detección de fallas corresponda al tipo de conductor.

2.3 PRUEBAS PARA CONDUCTORES ELÉCTRICOS DEALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS

2.3.1 PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA

Se lo hará al conductor acabado, al mismo que se le sumergirá en agua a

50°±1°C, 75°±1°C o 90°±1°C dependiendo del tipo de aislamiento por un periodo

de 14 días, después de los 14 días al conductor se lo sumerge en agua a 20° o

30°C por una hora.

Luego de este periodo el conductor será capaz de resistir 60 segundos la

aplicación de un voltaje AC en pasos de 500 V/s hasta que ocurra la descarga, e!

cable no deberá sufrir averías, esta prueba se la realizará con el conductor

sumergido.

84

Tabla No 2.6 Voltaje AC para pruebas de rigidez dieléctricas de conductores detipos TW, THW, THHN, ACT, ACTH, UF, ACT-B, NM-B, NMC. Quito 2003.

Calibre del conductor14-9 A WG

8-21-4/0

250- 500 kcmii550- 1000

1100-2000

Voltaje (V)1500a

20002500300035004000

a 1500 V para conductores TW, simples y 2000 V para los otros.Norma UL 83Año 1991

Tabla No 2.7 Voltaje AC para pruebas de rigidez dieléctrica de conductores detipos TA. Quito 2003.

Calibre del conductor14-7 A WG

6-21-4/0

Voltaje (V)300040005000

Norma UL 83Año 1991

2.3.2 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AGUA DE CORTOPERIODO

Esta prueba de la realizará después de la prueba de rigidez dieléctrica y para

conductores que no tengan chaqueta de nylon.

Se hará uso de una fuente de voltaje de 100 a 500 voltios, se tomaran muestras

de 4.6.0 metros cada 1524 metros de longitud producida. El conductor se

conectará al terminal negativo del equipo de prueba.

Antes de esta prueba el conductor se sumergirá en agua a temperatura de

15.6° C por un periodo de tiempo superior a 6 horas tomando en consideración

que el rollo o los rollos serán conectados a tierra y completamente descargados

antes de que se realice la prueba de resistencia de aislamiento.

85

La medida se la hará con la ayuda de un megaohmetro y se la tomará una vez

aplicado en voltaje y con el conductor sumergido y su dimensión estará en

megohmios por mil pies de conductor o por kilómetro de conductor como se

muestra a continuación:

Tabla No 2.8 Mínima resistencia de aislamiento para conductores tipo TW, THW,THWN, THHN, ACT-B, ACTH, UF, ACT, NM-B , NMC a 15.6 °C, enmegohmios por mil pies de conductor. Quito 2003.

Calibre delconductor

14AWG121086421

1/02/03/04/0

250 kcmil300350400450500

Tipo TW ycable ACT

14012210010510590758575706055605550504545

Tipo THW y cableACTH

765650550520435360295340310280250225245225210200190180

Tipo THHN,THWN y cablesACT-B, NM-B,

NMC, UF.665560580595495505615455415370330300330300285255255240


2.3.3 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AGUA DE LARGOPERIODO.

Adicional a esta prueba se realizara la prueba de resistencia de aislamiento en

agua a 60°C o 75°C que es igual a la prueba de resistencia de aislamiento en

agua de corto periodo variando únicamente el valor de temperatura al que se halla

sumergido el cable.

86

El periodo de inmersión del conductor será de 12 semanas o más si la resistencia

de aislamiento a lo largo de las ultimas 6 semanas del periodo es mas alto que 10

megohmios basados en 1000 pies de conductor. El periodo de inmersión será de

24 a 36 semanas sé la resistencia de aislamiento es menos a 10 megohmios.

Tabla No 2.9 Mínima resistencia de aislamiento para conductores tipo TW, THW,THWN, UF, en megohmios por mil pies de conductor. Quito 2003.


14AWG13121110987654•3

21

1/02/03/04/0

250 kcmil300350400450500

TipoTWYUF60°C0.0950.0850.0800.0700.0650.0600.0700.0600.0700.0650.0600.0500.0500.0550.0500.0450.0400.0350.0400.0350.0350.0300.0300.030

Tipo THW75°C0.5050.4700.4300.3950.3650.3350.3450.3150.2850.2600.2400.2150.1950.2250.2050.1850.1650.1500.1600.1500.1400.1300.1250.115

Tipo THWN75°C0.1150.1050.0950.0850.1000.0900.1000.0950.0850.0750.0850.0800.0700.0750.0700.0650.0550.0500.0550.0500.0500.0450.0450.040


2.3.4 PRUEBA DE DOBLADO

El aislamiento de los conductores de tipo TA en los calibres del conductor numero

14-7 AWG deberán soportar 60 segundos de un voltaje alterno de 5000 V,

después el conductor será doblado. El aislamiento no sufrirá avería.

87

2.3.5 PRUEBA DE VOLTAJE DE DETECCIÓN DE FALLAS

Esta prueba se realizara al 100 % de la producción.

La prueba se la hará con un potencial alterno salido de un transformador o un

generador con capacidad no menor a 5 kVA. La onda de voltaje será lo más

cercana a sinusoidal a un rango de frecuencia de entre 50 y 60 Hz. El voltaje

aplicado al conductor no será mayor a lo especificado en la siguiente tabla.

Una vez aplicado el voltaje, no se deben producir fallas en el aislamiento del

cable.

TABLA No 2.10 Voltaje de detección de fallas. Quito 2003

CALIBRE

AWG/kcmils14-98-76-2

1-4/0250-500550-10001100-2000

Voltaje rms para conductorestipo TW THW, THHN, THWN,TBS, UF, NM-B, ACT-B, ACT Y

ACTHkV7.510.010.012.515.017.520.0

Norma UL - 83Año 1991

2.3.6 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AIRE A 97.0° C

A esta prueba se someten los conductores tipo THHN, ACT-B, NM-B Y UF.

El conductor deberá permanecer dentro de un horno de aire circulante por un

periodo de 12 semanas o más si la resistencia de aislamiento a lo largo de las

ultimas 6 semanas del periodo es más alto que 10 megohmios basados en 1000

pies de conductor o el periodo de inmersión será de 24 a 36 semanas sé la

resistencia de aislamiento es menos a 10 megohmios. Durante esta prueba al

aislamiento se le aplicara un voltaje de 600 V AC a 48 - 62 hz. inclusive al

momento en que se tome las mediciones correspondientes. Hay que tomar en

consideración que los conductores deben estar sin la chaqueta de nylon.

Tabla No 2.11 Mínima resistencia de aislamiento para conductores tipo THHN,ACT- B, NM-B Y UF, en megohmios por mil pies de conductor a 97°C. Quito 2003.


14AWG1312111086421

1/02/03/04/0

250 kcmil4005006008009001000

Megohmiosbasados en 1000

pies de conductor0.2600.2400.2200.1950.2300.2350.1950.2000.1600.1800.1600.1450.1300.1150.1300.1000.0950.1000.0900.0800.075


2.3.7 PRUEBA DE ABSORCIÓN DE AGUA

Los conductores terminados tipo TW, THW, THWN Y UF deberán ser limpiados

en su totalidad de cualquier impureza presente en su superficie, posteriormente

serán secados por un periodo de 48 horas en una atmósfera de vacío a 5 mmHg,

luego pesar el espécimen.

Cuando se tengan la medida anterior, sumergir el conductor en agua caliente a

70°±1°C o 80°±1°C por un periodo de tiempo de 168 horas., realizar un secado

similar al anterior y pesar en conductor.

Al final de la prueba los cables no deberán haber absorbido más de 25 miligramos

de agua por pulgada cuadrada de superficie sumergida.

89

2.3.8 PRUEBA DE CAPACITANCIA E INDUCTANCIA CAPACITIVAESPECIFICA

En e! aislamiento de los conductores tipo TW, THW, THWN Y UF la capacitancia

e inductancia capacitiva especifica debe ser:

Para una inmersión de 24 h no debe ser más de 8 para el tipo TW y UF y 10 para

los conductores tipo THW y THWN.

2.3.9 DEFORMACIÓN

El espesor del aislamiento del termoplástico no disminuirá mas del 50% en los

conductores tipo TW, ACT-B, UF, NM-B y NMC, 30% para los tipo THW y THWN

y 25% para los tipo THHN cuando se los somete a una carga según se indica a

continuación a una temperatura de 136°C para los conductores tipo THHN y

121°C para los otros.

Para los conductores con chaqueta de nylon, la medición se la realiza encima del

nylon.

Tabla No 2.12 Carga a ejercer por pie de conductor para conductores tipo TW,THW, THHN, ACT-B, NM-B, NMC Y UF, en newton. Quito 2003.

Calibre del conductor12-7AWG

6-1i /O -4/0

250-2000 kcmil

Carga a ejercer (N)4.907.369.8119.61


2.3.10 PRUEBA DE RESISTENCIA AL ACEITE

1) Los especímenes se sumergirán por 96h en aceite a 100°C±1°C, al final de

este tiempo se quitara el exceso de aceite al conductor y se lo dejara reposar

hasta que alcance la temperatura ambiente para luego someterse a un esfuerzo

de tensión y alargamiento en la cual:

90

Ei conductor aislado por termopiástico es considerado resistente al aceite a 60°C

si al someterse a una tensión el alargamiento del aislamiento es menor al 50%

después de una inmersión

2) Los especímenes se sumergirán por 60 días en aceite a 75°C±1°C, al final

de este tiempo se quitara el exceso de aceite al conductor y se lo dejara reposar

hasta que alcance la temperatura ambiente para luego someterse a un esfuerzo

de tensión y alargamiento en la cual:

E! conductor aislado por termopiástico es considerado resistente al aceite a 75°C

si al someterse a una tensión el alargamiento del aislamiento es menor al 65%

después de una inmersión.

La chaqueta de nylon de los conductores tipo THWN Y THHN deberá permanecer

intacta durante la inmersión y deberá ser retirada previamente a la aplicación de

la tensión.

2.3.11 PRUEBA DE RESISTENCIA A LA GASOLINA

Para conductores tipo TW o THWN de calibres 12 AWG - 1000 kcmil son

considerados resistentes al aceite y a la gasolina sí:

El conductor TW cumple con todos los requerimiento eléctricos pero su

capacitancia e inductancia capacitiva especifica puede ser 8 pero no más de 10.

Para el conductor tipo THWN este debe cumplir con todos los requerimientos de

este tipo de conductor y debe someterse a un envejecimiento en aceite.

2.3.12 PRUEBA DE RESISTENCIA A REACTIVOS.

Los conductores tipo TW de calibres 12-4/0 AWG son considerado aceptables

para ser usados una vez que son expuestos a ambientes ácidos y alcalinos si

estos obedecen a:

91

- Todos los requerimiento de un conductor TW.

- El aislamiento es resistente al aceite.

Las propiedades físicas del aislamiento antes y después de ia inmersión en

reactivos para periodos de 30, 90 y 180 días a 30°C± 1.0°C y la resistencia

eléctrica y rigidez dieléctrica, después de la inmersión es los reactivos

especificados para periodos de 20 h y 30, 90 y 180 días a una temperatura de

30°C±1.0°Cson:

EstadoNormal

'A Normal:/2 Normal.

ReactivosAcido sulfúrico

Acido acético y ácido nítricoHidróxido de sodio

2.3.13 PRUEBA DE RESISTENCIA AL GOTEO

La superficie de los conductores tipo TA y TBS terminados deben exponerse por

un periodo de 18 h a un ambiente saturado de humedad a una temperatura de 23°

±1.0°C. La resistencia no debe ser menor a 1 megohmio.

92

CAPITULO 3

FRACCIONAMIENTO, EMBALAJE Y TRANSPORTE DELOS DIFERENTES CONDUCTORES.

En el presente capítulo se dará a conocer algunas generalidades y condiciones

que deberán presentar los diversos productos terminados para el embalaje, así

como consideraciones y precauciones que estas deben tener antes de ser

entregados al consumidor.

También se hará una breve mención de tipos de carretes, dimensiones de estos

usos adecuados dentro del proceso de almacenamiento, embalaje y transporte.

3.1 FRACCIONAMIENTO

Consiste en cortar el producto en las longitudes requerida por el consumidor o de

acuerdo a lo presentado por las normas.

El fraccionamiento se lo hace en longitudes de 100 m para conductores tanto de

cobre como de aluminio, para esto se hace uso de la máquina fraccionadora con

un cortador automático de metraje una vez obtenida la longitud del conductor o

cable requerida se procede a cortarlo.

Mientras se realiza en conteo de la longitud el conductor con la ayuda del un

embobinador se recoge en conductor o cable y se procede a la extracción del

mismo sin necesidad de ningún desmontaje.

93

Fig 3.1 Maquina fraccionadora (vista posterior)

Fig 3.2 Maquina fraccionadora (vista frontal)

3.2 ALMACENAMIENTO Y EMPAQUE.

Para conductores desnudo o cables de calibres altos el almacenamiento o

empaquetado se lo hace su carrete de 1000, 1500 o 500 m.

94

Cada carrete contiene el producto y a la vez este debe presentar la siguiente

información:

País de origen

Nombre y marca registrada del fabricante

Identificación del producto conforme a:

Área de la sección transversal nominal en milímetros cuadrados y designación del

conductor en AWG o kCM.

Tipo de conductor

Contenido en metros o kilogramos netos,

Se recomienda especificar la longitud de conductor o cable que contiene el

carrete. Hay que destacar que los alambres o cables desnudos sean de cobre o

aluminio no llevan leyenda de información sobre el producto.

' \ i ' \' "• - Si» '' ' •' ,. >

Fig. 3.3 Almacenamiento

2) Para el caso de cables, el producto se lo almacena de la manera como será

entregado al consumidor final; generalmente se lo hace en rollos de 100 m dentro

de cajas de cartones o envueltos y protegidos con una capa de polipropileno o

polietileno termoencogible o stretch film presoencogible.

95

Adicionalmente de la información que presenta su aislamiento o cubierta

protectora el empaque debe presentar la siguiente información.

País de origen

Nombre o marca registrada del fabricante.

Identificación del producto


producto en AWC o kCM.

Tensión de operación máxima.

Contenido en metros.

La leyenda "Hecho en " o la designación del país o origen.

Para ambos casos la leyenda de identificación es colocada en un extremo del

conductor dentro del paquete.

Hay casos en el que el comprador hace un pedido en el cual las longitudes del

producto son otras diferentes a las mencionadas; entonces el empaquetado debe

presentar la misma información antes dicha poniendo énfasis en el tamaño y tipo

(bobinas o rollos) del paquete.

Siempre se anexará el orden de compra, así como las marcas del envío

requeridas por el comprador aparecerán por fuera de cada paquete.

Fig. 3.4 Almacenamiento

96

3.3 TIPOS DE CARRETES

Existen varios tipos de carretes para almacenamiento o entrega de productos,

estos a la vez pueden ser metálicos o de madera y su capacidad está acorde a

sus dimensiones.

3.3.1 DESIGNACIÓN DE CARRETES

De acuerdo a norma ASTM B524 y B232:

Tabla N° 3.1: Designación de carretes. Quito 2003

PrefijoNRRM

RMT

SignificadoCarretes de madera no retornables

Carretes metálicos de maderaCarretes metálicos con mango neumático

Norma ASTMAño 1992.

3.3.2 DIMENSIONES

Las dimensiones estandarizadas de carretes son:

Tabla No 3.2: Dimensiones estándares de carretes. Quito 2003

DESIGNACIÓN

NR 30.22NR 36.22NR 42.28NR 48.28RM 66.32RM 68.38RMT 84.45RMT 90.45RMT 96.60

CAPACIDAD(m3)

0,1820,2750,4770,6231,2601,627

2,05023,0644,893

DIMENSIONES DEL CARRETE

DIÁMETRO DEBRIDA (m)

0,760,911,071,221,681,731,982,132,29

DIÁMETRODEL

TAMBOR

0,410,460,530,610,910,911,071,071,07

ANCHO (m)INTERNO

0,560,560,710,710,810,971,141,141,52

EXTERNO

0,640,640,830,830,971,121,321,321,70

DIÁMETRO DELAGUJERO

DEL CARRETE(mm)

76 a 8376 a 8376 a 8376 a 8376 a 8376 a 83

127a 133127a 133127a 133

Norma ASTMAño 1992.

97

Los carretes RM 66.32 y RM 68,38 presentan su borde liso.

Los carretes RMT 84.45 y RMT 90.43 tienen 3 pulgadas de separación entre

radios.

A continuación se presenta ejemplos de carretes que actualmente se utilizan en

las industrias ecuatorianas.

Fig 3.5. Carretes metálicos

•-•' :

Fig, 3.6 Carrete de madera no retornable

Por otro lado para los diferentes calibres de conductores concéntricos clase A y

AA, según la Norma ASTM 231 el empaque recomendado es:

98

Tabla 3.3. : Tamaño de empaque recomendado, Quito 2003.

Tamaño deconductor mm2

500

400

200

100

20

ClaseA

AA

A

AA

A

AAAAAA

Designación decarrete

RMT 90.45RM 668.38RMT 84.45RM 66.32NR 48.28RMT 90.45RM 668.38RMT 84.45RM 66.32NR 48.28RM 66.32

NR 48.28

NR 42.28NR 42.28NR 36.22NR 42.28NR 36.22

Longitud deconductor (m)

3210160524301215610

4010200530401520760

3125

1560

1040

23051160

114855785

Masa deconductor (kg)

4425221533551680840

44252215335516808401725

860

575635320635320

Norma ASTMAño 1992

3.3.2.1 Diámetro del tambor para carretes como un múltiplo del diámetro externo delcable.

Esta manera de determinar las dimensiones aproximadas de carretes está acorde

con la norma: ICEA publicación N° A- 9- 428 (Segunda Edición), NEMA

Publicación N° WC 6-1975 (R 1980) en la cual se acota:

- Cuando los cables con una cubierta metálica tienen una chaqueta de

termoplástico, el diámetro externo, es el diámetro por encima de la cubierta

metálica. Para todos los otros cables el diámetro externo es el diámetro total del

cable.

- Para conductores gemelos (donde el cable se pone con el lado llano contra el

tambor), el menor diámetro cte uno de los dos conductores será e! que sirva para

determinar el diámetro del tambor.

99

E! factor de multiplicación del literal E se refieren al diámetro externo del tubo.

TABLA N° 3.4.Diámetros de tambores de bobinas para alambres y cables. Quito2003.

TIPO DE CABLE DIÁMETROA. Cables simples y múltiplos con cubierta no metálica.

Cables no cubierto y cubierto, incluido cables con alambresconcéntricos.a) 0-2000 Voltios 10

b) 2000 Voltios o más

b.l) Cables concéntricos sin chaqueta.

b.2) Todos los otros.

Cables cubiertos con cinta

14

1214

B. Cables simples y múltiples con cubierta metálica

a) Envoltura tubular metálica de:a.l) Plomo 14a.2) Aluminio

Diámetro externo 1,750" o menosDiámetro externo 1,750" o más.

b) Alambres armadosc) Cinta armada lisad) Cobertura metálica arrugada

2530161614

C. Cables reunidos sin cubierta común, el factor ya sea del lateral A oB debe ser multiplicado por un factor de reducción de 0, 75.

D. Combinaciones entre los tipos de descritos enA,ByC se usará elfactor más alto de cualquiera de los componentes.

E. Cables simples o múltiples enrollables en tubos no metálicos.

Diámetro externo de los tubos (in)0.0 -0.500.50-1.001.01 -1.251.26-1.501.50 o más

2624222120

Norma ICEA N° A-9-428, NEMA N° WC 6-1975

100

3.4 RADIOS RECOMENDADOS PARA DOBLAR CABLES.

Un conductor ya aislado al momento del empaque o instalación esta sometido a

dobleces que para casos muy extremos pueden ser causa de fracturas en el

conductor o mal formaciones en las superficies internas del cable produciendo

daños en el mismo.

A fin de evitar esto, se ha normalizado las curvaturas o radios mínimos a las que

pueden someterse los cables. De acuerdo a la norma ICEA 5 - 66- 524 NEMA

WC7 apéndice 1 tenemos que para:

3.4.1 CABLES DE POTENCIA SIN BLINDAJE METÁLICO

Los radios de curvatura mínimos a los que pueden ser sometidos este tipo de

conductores, se muestran en la tabla No 3.4.

3.4.2 CABLES DE POTENCIA ARMADO Y CON CUBIERTA METÁLICA.

3.4.2.1 Cables blindados con uniones.

El radio mínimo de curvatura no debe ser menos de 7 veces el diámetro total

del cable.

3.4.2.2 Cables con cinta para blindaje.

El radio de curvatura mínimo tanto para la cinta y el cable blindado es 12 veces el

diámetro total del cable.

3.4.3 CABLES PORTÁTILES.

El radio de curvatura mínimo para los cables portátiles para embalaje, instalación

o manejo es 6 veces el diámetro total del cable cuando el rango de voltaje esta

entre O V y 8000 V y 8 veces el diámetro total del cable cuando el voltaje de

operación supera los 5000 V.

101

Para cables gemelos el diámetro a considerarse para calcular el radio de

curvatura es e! de menor valor.

Tabla N° 3.5: Cuando resumen de factores a multiplicar para hallar el radio decurvatura mínimo para cables. Quito 2003.

Espesor deaislamiento (mm)

3,94 o menos4,32 -7,878,26 o más

Diámetro total del cable (mm)25,4 o menos

45-

25,4 a 50,8567

50,8 a mas678

Norma ICEA 5-66-524 NEMA WC-7Año 1982.

3.5 MANEJO Y TRANSPORTE

Para levantar los carretes con grúas o aparejos, puede hacerse con un eje

extendido (o barra) que se coloca a través de las dos tapas.

Para transportar ios carretes con montacargas el eje debe quedar paralelo a la

dirección en que se avanza.

Los carretes deben bajarse del camión utilizando una rampa o grúa. Nunca

arrojarse o dejarse caer de la plataforma.

Tener especial cuidado en no permitir que las uñas del montacargas toquen la

superficie del conductor o la cubierta del carrete, pues el conductor puede sufrir

daños.

Antes de comenzar a desenrollar el conductor o cable, cerciorarse que las

superficies interiores de los lados del carrete no tengan clavos que ocasiones

daños en los conductores o en los aislamientos de los mismos.

102

3.6 PRECAUCIONES

Para los conductores desnudos el almacenamiento se lo puede hacer al aire libre

sin que los conductores presenten alteraciones en sus propiedades físicas.

Para los cables el almacenamiento se lo hace preferentemente bajo techo,

empacados y forrados con materiales tipo stretch. No es recomendable el

almacenamiento al aire libre pues los rayos ultravioleta o la contaminación

podrían disminuir el tiempo de vida útil del aislamiento o chaqueta.

En sitios húmedos se recomienda dejar por lo menos 75 mm entre carrete y

carrete para permitir !a circulación de aire.

En caso de almacenamiento por largo tiempo, los carretes deben cubrirse para

evitar que queden expuesto directamente a las variaciones del clima.

3.7 PEDIDOS

El comparador puede indicar en su orden de compra los siguientes datos:

Longitud por unidad de embalaje

Identificación del producto


producto en AWC o kCM.

Marca de embalaje especiales, cuando sean requeridos.

Si se requieren ensayos mecánicos y eléctricos de alambres de cable terminado

Lugar y plazo de inspección.

Cualquier indicación adicional que se considere necesaria.

En el posible caso de que un lote sea rechazado, el fabricante tiene derecho a

ensayar cada uno de los carretes o bobinas que lo componen y, suprimiendo los

defectuosos, recomponer un nuevo lote, que será inspeccionado aplicando el

criterio de aceptación o rechazo establecido bajo normas.

103

CAPITULO 4

COMPARACIÓN TÉCNICA DECABLES DE ALUMINIO Y COBRE

CONDUCTORES Y

En el presente capitulo se hará una comparación de características técnicas y

varios campos de aplicación entre conductores y cables de aluminio y cobre. Se

tomará como referencia varias normas y el Código Eléctrico Americano (NEC)

será una guía en lo que se refiere a las consideraciones prácticas.

4.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

• ELÉCTRICAS

4.1.1 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

Con una conductividad del 100% para conductores de cobre el aluminio presenta

una mayor resistividad para la conducción de energía eléctrica. Los valores se

muestran a continuación. Sin embargo, si consideramos las conductividades del

cobre y el aluminio y si queremos obtener la misma conductancia entre ambos se

obtiene que para la misma longitud la sección del conductor de aluminio deberá

ser 1.6 veces mayor que la del cobre, por tanto el volumen también será 1.6

veces mayor. Sin embargo la densidad del aluminio es solo aproximadamente 1/3

de la densidad del cobre. Por lo tanto, la masa necesaria del aluminio será

aproximadamente la mitad que la del cobre si queremos obtener la misma

conductancia.

Tabla No 4.1: Resistencia eléctrica en O.g/m2 para cobre y aluminio. Quito 2003.

ConductorCobre

Resistividad (Q.g/m2)0.15327

Aluminio1350500562018000

0.0754670.085890.0888350.077974

Norma ASTM

104

4.1.2

Cuando existen variaciones de temperatura la resistencia DC tanto del cobre

como del aluminio sufre cambios. Los factores que nos permiten realizar las

correcciones para obtener la resistencia DC a 20°C y 25°C que son los

comúnmente utilizados y referidos en normas, se pueden obtener mediante las

siguientes formulas:

(4.1)

R,R2

Donde el coeficiente térmico de la resistencia aO es.

«^^=0.00439

Bocobre ^0.00427

De lo antes mencionado podemos deducir que :

Para el cobre de 100% de conductividad:

254'5 (4.2)234.5 + r

234.5 + 71,(4-3)

Para el aluminio de 61% de conductividad:

"MO

(4.4)

105

253

228 + T7(4-5)

Donde: R1 Resistencia a 20°C.

R2 Resistencia a una temperatura T2

R3 Resistencia a 25°C.

Tabla No 4.2 Factores de corrección para calculo de resistencia DC enconductores de cobre y aluminio. Quito 2003.

Temperatura °C

051015202530354045505560657075808590

Aluminio20°C.

1.0851.0631.0411.0201.00

0.8910.9620.9440.9270.9110.8950.8790.8640.8500.8360.8220.8090.7970.784

255C.

1.1071.0841.0611.0401.0201.0000.9810.9630.9450.9280.9120.8960.8810.8660.8520.8380.8250.8120.800

Cobre20°C.

1.0881.064i. 0421.0201.0000.9800.9610.9430.9250.9080.8920.8760,8610.8460.8320.8180.8050.7920.780

25°C.

1.1101.0851.0631.0411.0201.0000.9810.9620.9440.9270.9100.8940.8780.8630.8490.8350.8210.8080.796

Norma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982

4.1.3 CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN DE CORRIENTE

La capacidad de conducción del aluminio es del 61% en relación al 100% de

conducción que presenta el cobre, razón por la cual, si se desea encontrar el

equivalente que permita la misma conducción de corriente, los conductores deben

sobredimensionarse dos calibres arriba, como se muestra a continuación:

106

Hay que tomar en consideración que; para encontrar las capacidades de

conducción de corriente deben consultarse las tablas que aparecen en las

diferentes normas aplicadas a cada condición de uso o de tipo de aislamiento.

Tabla N°4.3 Equivalencia entre conductores de cobre y aluminio. Y capacidad deconducción. Quito 2003.

Tamaño del conductor AWG o kCMILCobre

14121086421

1/02/03/04/0250300350400500

Aluminio12108642

1/02/03/04/0250300350400450500

Capacidad deconducción (A)

35456892100130175190235275320340410460510555630


• MECÁNICAS

4.1.4 RESISTENCIA A LA TENSIÓN Y DENSIDAD

El cobre y el aluminio presentan una densidad y una resistencia a ia tensión, los

rangos de dichas variables se muestra a continuación:

Tabla No4.4: Resistencia a la tensión y densidad del cobre y del aluminio. Quito2003.

Metal

AluminioCobre

Resistencia a la tensión(psi)

13000-4500035000 - 50000

Densidad (g/cm3)

2.7058.89

Norma ASTMAño 1992

107

4.1.5 PESOS APROXIMADOS DE CONDUCTORES Y CABLES

El aluminio es más liviano que el cobre. Una comparación entre los pesos

aproximados de los conductores y cables de cobre y aluminio se muestran a

continuación:

4.1.5.1 Conductores

Tabla N°4.5: Pesos aproximados de tos diferentes conductores sólidosconcéntricos de cobre y aluminio. Quito 2003.

Tamaño delconductor

AWG o kCMIL

222019181716151413121110987654-NJ

21

1/02/03/04/0250300400500

Conductores sólidosConductoresconcéntricos

Peso aproximado (g/m)Aluminio

8.9411.314.2217.9222.6228.5235.9445.3257.1772.0890.89114.6144.6182.3229.8289.8342.4410.9547.9648.8

Cobre2.884.615.817.329.2411.614.718.523.429.437.1

46.7758.9574.3893.80118.2149.2188.0237.1298.9377.0475.5599.5755.8953.2

Aluminio

9.1211.514.518.323.129.136.746.258.373.592.7117147186234296349419559699

Cobre2.944.705.927.469.4311.8614.9818.8823.8230.0037.8047.7160.1475.995.71211521922423053854856117719721150138018402300


108

4.1.5.2 Cables

El peso total considerado es del producto terminado.

Tabla No 4.6 Pesos totales de cables tipo TW - 600 V. Quito 2003

Calibre AWG

1412108

Peso total kg/100mCobre

2.804.005.909.80

Aluminio....

1.902.64.5


Tabla No 4.7 Pesos totales de cables tipo THWN - 600 V. Quito 2003

Calibre AWG

14121086421

1/02/03/04/0

Peso total kg/kmCobre

233657

_ 911382372604505857048751086

Aluminio....15243964103148101227279338412


109

Tabla No 4.8 Pesos totales de cables tipo THW - 600 V. Quito 2003

Calibre AWG

14121086421

1/02/03/04/0


3447671091592523824856057559211159

Aluminio....27335777118170217271306380474


Tabla No 4.9: Pesos totales de cables tipo XHHW aislado con polietilenoreticulado para 600 V. Quito 2003

Calibre AWG

86421

1/02/03/04/02505001000


931422173384256336648291037123424154787

Aluminio4168841321692052392923614338141597


110

Tabla No 4.10: Pesos totales de cables tipo XLPE aislado con polietilenoreticulado para 600 V. Quito 2003

Calibre AWG

86421

3/02/03/04/02505001000


1011512283484515596928801070125824734868

Aluminio4867941361832212673233944778121078


11

4.2 APLICACIONES PRACTICAS.

4.2.1 CABLES

La utilización de todo tipo de cable esta acorde al tipo de aislamiento que cubre el

conductor, siendo dicho aislamiento el que se encarga de definir las condiciones

de temperatura y ambiente en las cuales se obtienen un trabajo óptimo del cable,

independientemente del material conductor.

Por esta razón el cobre o el aluminio como material conductor no es el que define

la aplicación de tal o cual tipo de cable. El conductor en si es el que da la

capacidad de conducción del cable; así, el cobre por tener mayor conductividad

que el aluminio conduce cierto amperaje con conductores de calibres mas

pequeños comparados con los calibres respectivos en aluminio para la misma

capacidad de conducción.

4.2.2 NIVELES DEL VOLTAJE

Dependiendo del nivel de voltaje al que va a trabajar el sistema o instalación

eléctrica, el mínimo calibre de conductor a utilizarse es:

Tabla No4.11 Tamaño de conductores según nivel de voltaje de! circuito. Quito2003.

Rango de voltajes(Voltios)

0-20002001-80008001-1500015001-2800028001-35000

Tamaño mínimo deconductores (AWG)

Cobre14821

I/O

Aluminio1282i

1/0

Código NECAño 1999

4.2.3 CONEXIONES

Las deficiencias del aluminio son su baja resistencia a la tracción y su blandura.

En el aire, el Aluminio se recubre rápidamente de una fina capa de óxido (AI2O3)

que lo protege de posteriores corrosiones. Esta capa de óxido posee considerable

112

resistencia eléctrica, por tanto, en los puntos de unión de los conductores de

Aluminio puede formarse una alta resistencia de contacto.

Ai humedecerse los puntos de contacto del Aluminio con conductores de otros

metales (Cobre, Hierro) puede formarse un par galvánico bastante alto (del orden

de 1.0V). Por esta razón, para conexiones eléctricas éstas no se realizarán entre

materiales diferentes como cobre y aluminio, cobre y aluminio - cobre o

aluminio y cobre-aluminio pues las diferencias entre sus propiedades químicas,

físicas y mecánicas son considerables y se conseguiría un deterioro de las

superficies (oxidación) y por lo tanto fallas en circuitos.

Al momento de realizar una instalación de conectores y uniones soldadas se

recomienda hacer una correcta señalización del tipo de material utilizado con el

fin de conseguir un correcto uso de las mismas en posteriores instalaciones.

4.2.4 DUCTOS Y CANALIZACIONES

El número y tamaño de los conductores en cualquier canalización no debe ser

mayor de lo que permita la disipación de calor, facilidad de instalación o

desmontaje sencillo de los conductores sin perjudicar a otros conductores o su

aislamiento.

Y debido a que el aluminio es más liviano que el cobre con lo referente a

instalación, los ductos y tuberías serían más livianos o podrían llevar más

cantidad de conductores de aluminio que en el caso del cobre y debido a que el

aluminio presenta un calor especifico de casi el doble que el del cobre, estos

conductores serian capaces de conducir a la misma intensidad de corriente

siendo el calentamiento total de los mismos la mitad del que se presentaría en

los conductores de cobre.

Soporte de los conductores en canalizaciones verticales

Los conductores en canalizaciones verticales se deben sujetar considerando

además los soportes sucesivos son necesarios para que la longitud de los tramos

113

del conductor permanezcan fijos, dichos soportes no deben superar las distancias

establecidas por la tabla No 4.12.

Tabla No 4.12: Distancia en metros entre los soportes de los conductores paracanalizaciones verticales. Quito 2003

Calibre delconductor AWG o

kCMIL18-86-1/0

2/0-4/0250-350400-500550-750

800 o más

Distancia entre conductores (m)Aluminio

30605541362926

Cobre

30302418151211

Código NECAño 1992

4.2.5 INSTALACIÓN DE CONDUCTORES Y CABLE DE COBRE O ALUMINIO

Durante la instalación, los conductores están sujetos a inevitables dobleces y

abuso mecánico. Ante esta situación, los conductores de cobre son más fuertes y

tienen mayor resistencia que los conductores de aluminio. Esta es una verdadera

ventaja tanto en las cajas de distribución como en las cajas de terminales, donde

los conductores de cobre pueden doblarse adicionalmente, enroscarse más

ajustadamente y jalarse con mayor fuerza sin estirarse ni romperse.

Por el contrario, el aluminio es más blando y tiene un coeficiente de elasticidad

más bajo que el cobre, por lo que se estira en la zona solicitada al ser instalado

bajo gran tensión mecánica.

4.2.6 CONSTRUCCIÓN DE CONDUCTORES SOLIDOS Y CONCÉNTRICOSDESNUDOS

Para el caso del aluminio no se realiza la construcción de conductores

bunchados o flexibles pues el mínimo calibre a obtenerse después de un

proceso de trefilación según normas es el N°12 AWG.

114

En la construcción de conductores concéntricos el mínimo numero de hilos que

constituyen el conductor para la fabricación de cables es:

Tabla No4.13: Mínimo número de hilos para construcción de conductoresconcéntricos de cobre. Quito 2003

Tamaño delconductor AWG o

kCMIL4-2

11/02/03/0 .4/02503505007501000

Numero mínimo de hilos de cobre14 AWG

679111418

21*

12 AWG

6*6*7*9'rr1318

26"

...

10 AWG

6*6'7*9*12*17

25*...

9 AWG

6*6*7"9*13'20*26*

8 AWG

. . .

...10*1520

* Construcción alternativaNorma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982

Tabla No4.14 Mínimo número de hilos para construcción de conductoresconcéntricos de aluminio. Quito 2003

Tamaño del conductorAWG o kCMIL

4-1/02/03/04/02503003505007501000

Numero mínimo de hilos de aluminio14 AWG

67911131518

25*

12 AWG

6'6*7*8*10*11*1624'

10 AWG

6'6*6*7*10*15

20*

9 AWG

6*6*6'?12*16

8 AWG

12*

* Construcción alternativaNorma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982

115

4.2.7 CONDUCTORES PARA PUESTAS A TIERRA

El tamaño mínimo del conductor para puestas a tierra en sistemas eléctricos que

trabajan con rangos de voltaje de O a 2000 Voltios se muestran a continuación:

Tabla No4.15: Conductores para puestas a tierra. Quito 2003.

Tamaño del conductor aplicado en elsistema eléctrico (AWG o MCM)Cobre

1412

10-86-4

3-2/03/0-400

500-1000

Aluminio12108-64-2

1-4/0

250-700750-1000

Tamaño mínimo del conductorpara puesta a tierra (AWG)

Cobre14121086i

31

Aluminio121086411

2/0Norma 1CEA S-66-524 NEMA WC 7Año 1982

4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS

• Del presente estudio se observa que para determinar las aplicaciones de los

cables y conductores de aluminio aislados de hasta 2000 V, en cualquier

medio y para distancias cortas, se considera siempre su capacidad de

conducción

• Teniendo presente que el aluminio conduce un 61% respecto al 100% que

conduce el cobre los conductores de aluminio deberán ser

sobredimensionados dos calibres arriba que su homólogo de cobre.

Comparando e! aluminio con el cobre se concluye que el primero necesita

mayor cuidado en cuanto a trabajo y manejo por poseer menor resistencia a la

tracción y por consiguiente a cualquier tipo de esfuerzo mecánico excesivo.

16

Por otro lado el aluminio presenta una variación porcentual de resistencia

eléctrica muy pequeña respecto al cobre para un aumento similar de

temperatura.

El aluminio respecto al cobre posee la ventaja de que en una exposición al

aire el aluminio se recubre de una delgada capa que lo protege de posibles

corrosiones ambientales.

El peso de un conductor de cobre es de 2 veces mayor que uno de aluminio

de las mismas características eléctricas por lo tanto para ser transportados a

distancias prolongadas se requieren de ductos y canalizaciones más pesados.

Para el caso de conexiones se recomienda que éstas se realicen entre

materiales de características químicas similares, de lo contrario se podrían

producir oxidación y fallas en ios circuitos.

117

CAPITULO 5

ANÁLISIS ECONÓMICO DEL USO DE ALUMINIO PARALA FABRICACIÓN Y UTILIZACIÓN DE CONDUCTORESELÉCTRICOS DE BAJA TENSIÓN.

En el presente capitulo se hará un análisis y comparación económica de la

fabricación de conductores y cables de cobre y aluminio, cabe señalar que lo

antes mencionado se lo hará para conductores con capacidad de conducción

equivalente

Para esto se hará uso del análisis costo- beneficio al igual que la tasa interna de

retorno con e! fin de obtener la mejor rentabilidad, todo esto con el propósito

justificar la fabricación de estos conductores para bajo voltaje con los equipos y

herramientas actualmente instalados ya en plantas de fabricación de conductores

eléctricos y utilizando materias primas fácilmente accesibles en nuestro medio.

Por otro lado de acuerdo a las propiedades que presenta el aluminio 1350 y bajo

normas vigentes en el Ecuador, este será el material conductor considerado para

la fabricación de nuestros conductores y cables de aluminio.

Por otro lado en el país existen varias empresas dedicadas a la producción de

conductores eléctricos, Fabricables posee un volumen de producción mensual de

50 toneladas de cobre, mientras que Cablee procesaba 230 toneladas de cobre y

200 de aluminio mensualmente, por otro lado Electrocables consume unas 200

toneladas mensuales.

En el presente análisis se considerara la producción unitaria (1 tonelada) y para la

ejecución del proyecto se deberán tener en consideración los volúmenes de

materia prima consumida por empresas nacionales para de esta manera ingresar

al mercado con cantidades adecuadas que permitan competir con las empresas

actualmente consolidadas.

118

5.1 COSTOS

5.1.1 COSTOS DE MATERIAS PRIMAS

5.1.1.1 Cálculos de materias primas

Hay que acotar que los prototipos de cobre escogidos no tienen particularidad

alguna son simplemente tipos de conductores que se hallan en el mercado.

Para que la comparación sea equivalente se tomo en consideración la capacidad

de conducción de los cables tanto de cobre como de aluminio.

Todos los cálculos se presentan en el anexo C.

Cuadro N° 5.1. Materias primas totales necesarias para fabricar 1000 metros deconductor tipo TW N° 12 AWG de cobre y 1000 metros deconductor tipo TW N° 10 AWG de aluminio.

Material Peso [kg]Materias primas para conductor tipo TW N° 12 AWG de cobvQ

CobrePVC

29.349.05

Materias primas para conductor tipo TWAluminio

PVC

N° 10 AWG de aluminio14.2510.79

Cuadro No 5.2 Materias primas totales necesarias para fabricar 1000 metros deconductor tipo UF No 2x14 AWG de cobre y 1000 metros deconductor tipo UF No 2x12 AWG de aluminio.

Material Peso [kg]Materias primas para conductor tipo UF N° 2x14 A WG de co6re

CobrePVC

37.1051.83

Materias primas para conductor tipoAluminio

PVC

UF N° 2x12 AWG de aluminio18.2158.66

119

Debido a que las materias primas tanto de material conductor como de material

de aislamiento y chaqueta estos tienen una presentación definida ya sea en kg o

toneladas. Para este análisis se tomara una base de un lote unitario (2000 kg.)

de alambren de cobre y otro de aluminio y bolsas de 25 kg de PVC.

De acuerdo con los requerimientos de materias primas indicaremos los precios

totales de estos materiales objeto de importación o de compra local, según los

proveedores los precios actuales incluyendo impuestos son:

5.1.1.2 Costos totales de materia prima

Cuadro No 5.3 Precios de materias primas.

Materia primaCobre

AluminioPVC

Precio USD/kg2.001.651.40

Cuadro No 5.4 Costos totales de materia primas para conductor tipo TW No 12AWG de cobre (1000m)

Materia primaCobrePVC

Cantidad kg29.349.05

Precio unitario USD2.001.40

Total USD

Precio total USD58.6812.6771.35

Cuadro No 5.5 Costos totales de materia primas para, conductor tipo TW No 10AWG de aluminio (1000m)

Materia primaAluminio

PVC



Total USD

Precio total USD35.6215.11

50.731

120

Cuadro No 5.6 Costos totales de materia primas para Conductor tipo UF No 2x14AWG de cobre (1000m)

Materia primaCobrePVC



Total USD


Cuadro No 5.7 Costos totales de materia primas para Conductor tipo UF No 2x12AWG de aluminio (1000m).

Materia primaAluminio

PVC



Total USD


A continuación se presentara un ejemplo de calculo de los costos de producción

para 1000 m de conductor tipo TW N° 12 AWG de cobre, para esto se realizo el

respectivo análisis de la mano de obra directa y costos variables de fabricación en

cada uno de los procesos a los que se somete la materia prima antes de ser

entregado al consumidor final.

Por costos de mano de obra directa tenemos los costos mínimos a considerarse

por mano de obra de operadores y personal de apoyo.

Los costos variables de fabricación abarcan los costos de operación y

mantenimiento, servicios, impuestos, ...etc en los que incurre la empresa para la

fabricación de tal o cual producto.

5.1.2 COSTOS DE PRODUCCIÓN PARA CONDUCTOR TW N° 12 AWG

Se tomará en consideración las tasas estándar aproximadas de costeo

planteadas ya por el departamento de Costos de algunas empresas productoras

de cables eléctricos. Esto servirá para ratificar el 13% aproximado del total de

121

costos de materas primas que dichas empresas actualmente se toman por costos

de producción totales.

Cuadro No 5.8 Tasas estándar de producción. Quito 2003

Proceso

TrefilaciónExtrusiónRecocidoCableado

Por Mano de obra directa(USD/hora)

2.945.350.401.25

Por Costos Variables deFabricación (USD/hora)

13.7630.81

14.68

Datos de fabricantes

5.1.2.1 Calculo de costos estándar de producción

Las cantidades de materias primas utilizadas en los cálculos siguientes son antes

presentados (tabla 5.1).

5.1.2.1.1 Costos de trefilación

Maquina Niehoff M85

Capacidad de trefilación: 1201.4 kg/hora

Hora maquina estándar (HMS)

HMS=29 34/v-^

Mano de obra directa (CMOD)

CMODG = Q.Q2_horas* 2,94 _USDI hora

CMOD = 0.06 USD

Costos variables de fabricación (CVF)

CVF = Qm_homs * \3.76_USD/hora

0.28 USD

122

Cosío estándar de trefilación (CST)

CST = 0.06 + 0.28

0.33 USD

5.1.2.1.2 Costos de extrusión

Maquina Negri Bossi 80 + D.S 31/4"

Capacidad de extrusión: 190 kg/hora


\9Q_kglh=0.05 h


CMODQ = 0.05_/wras * 5.35 JJSDI'hora

CMOD = 0.27 USD


CVF = Q.Q5_horas* 30.81 _USD/hora

CVF = 1.54 USD

Costo estándar de extrusión (CSE)

CSE = 0.48 + 2.74

= 1.81 USD

5.1.2.1.3 Costos de recocido

Horas a recocer: 3 horas para calibres 12-8 AWG de cobre


CA/ODO = 3 _ horas * 0.40 _ USD/ hora

CMOD = \.20 USD

123


= 3_horas*\_USDIhoraCVF = 3 USD

Costo estándar de recocido (CSR)

= 1.20 + 3CSR = 4.20 USD

5.1.2.1.4 Costos por fraccionar y empacar

Por fraccionar y empacar 1 00 rollos : 2.50 USD

El total de costos de producción es la suma de los costos de todos los procesos al

que se somete el conductor

Total de costos = 8.84 USD

Para el caso en el que se necesite realizar un cableado el costo estándar

aproximado se lo puede calcular mediante:

5.1.2.1.5 Costos por cableado

Maquina Watson 12+1

Velocidad de cableado: 1958.45 m/hora


HMS= - = 0.5 H\958A5_m/h


CMODO = Q.5_horas*\.25_USD/hora

CMOD = 0.625 USD


CVF - Q.5_horas *4.6$_USD/hora

CVF = 2.34 USD

Costo estándar de cableado (CSC)

124

CSC = 0.625+ 2.34

CSC = 2.96 USD

5.1.2.2. Resumen de costos totales de producción

Cuadro No 5.9 Costos totales de producción para conductor TW No 12 AWG decobre (1000m)

CostosCosíos de materia primaCostos de producciónCostos totales

Total USD71.359.2780.62

Cuadro No 5.10 Costos totales de producción para conductor TW No 10 AWG dealuminio. (1000m)

CostosCostos de materia primaCostos de producciónCostos totales

Total USD50.736.5953.32

Cuadro No 5.11 Costos totales de producción para conductor UF No 2x14 AWGde cobre (1000m)


Total USD146.7619.08

165.84

125

Cuadro No 5.12 Costos totales de producción para conductor UF No 2x12 AWGde aluminio (1000m)


Total USD112.1714.58

126.75

5.2 BENEFICIOS

En el calculo de ingresos totales que se perciben se considera una utilidad del

23% anual, este es el costo de oportunidad promedio de algunas empresas

fabricantes de conductores eléctricos; dentro de este valor ya se incluye la tasa

de interés bancaria a la que se halla sometida la inversión (18% anual).

5.3 ANÁLISIS ECONÓMICO DE TASAS: BENEFICIO / COSTO(B/C), VALOR AGREGADO NETO (VAN), TASA INTERNA DERETORNO (TIR) Y PERIODO DE RECUPERACIÓN DEINVERSIONES (PR)

5.3.1 VARIABLES DE CALCULO

5.3.1.1 Factores de descuento (FD):

Para el calculo de valores presentes se tomara un interés mensual del 1.5%

vigente actualmente en los bancos. El factor de descuento que permite este

calculo se lo obtiene mediante:

FD =

i = interés 1.5% de interés mensual en bancos

n = número de periodo

126

5.3.1.2 Tasa Costo Beneficio (B/C)

Se la calcula con !a relación de valores actualizados o presentes de costos y

beneficios.

Costoaclua¡

5.3.1.3 Valor Agregado Neto (VAN)

Representa la ganancia neta que obtuvimos extra del porcentaje que se tiene por

descuentos.

VAN- flujosactualizaiicios

5.3.1.4 Tasa Interna De Retorno (TIR)

Permite el cálculo del límite porcentual máximo al cual mi proyecto puedesoportar. La TIR se la calculara en función de flujos netos.

fluJ°actualizado %r

flu]<> actualizada % min ~ fl^J O actualizado °/0r,

5.3,1.5 Periodo De Recuperación (PR):

Es la relación entre la inversión inicial y la rentabilidad promedio y nos permite

obtener el o los periodos de tiempo en los cuales se recupera dicha inversión.

127

inversiónrK =

utilidades promdio

5.3.2 EJEMPLO DE CALCULO DE INVERSIÓN INICIAL PARA CONDUCTOR

TIPO TWN° 12 AWG

a) Longitud del conductor total con un lote de 2000 kg de alambren

2000/29,34 = 67 km.

b) Cantidad de PVC total para aislar los 68.166 km de conductor

PVC = 68.166 * 9.05 = 616.90 kg

PVC aproximadamente 625 kg.

5.3.2.1 Inversión tota! inicial

200kg * 2 USD/ kg + 625 kg * 1.4 USD/ kg = 4875 USD

5.3.2.2 Mano de obra

139.05 USD por periodo con producción de 15000 metros.

Ingresos mensuales para conductor tipo TWN° 12 AWG

Considerando un 23 % de utilidad

Ingresos mensuales: 80.62 * 1.23 * 15 = 1487.44 USD por periodo de con un

producción de 15000 metros.

128

Con lo antes mencionado y con la ayuda de una hoja electrónica se procede a

hacer los cálculos respectivos y necesarios para determinar la tasa B/C, VAN, T1R

y PR, de los tipos de conductores sometidos a análisis. Ver parte 2 del anexo c.

A continuación se presentan los resultados finales del cálculo, si se consideran

periodos mensuales:

Cuadro N° 5.13 Resultados finales de B/C, VAN, TIRyPR para conductores decobre.

Tipo de conductorTW deCuN°12AWGUFdeCuN°2xl4AWG

Inversión Inicial48757920 ^

B/C1.171.43

VAN906.32

3971.79

TIR8.1918.81

PR3.672.90

Cuadro N° 5.14 Resultados finales de B/C, VAN, TIR y PR para conductores dealuminio.

Tipo de conductorTWdeAINMO AWGUFdeAÍN°2xl2AWG

Inversión Inicial513513030

B/C1.571.39

L VAN3423.935895.07

TIR22.615.82

PR2.602.98

Por otro lado en las empresas generalmente se considera una recuperación de

inversiones anual, a continuación se presentan los resultados finales del cálculo,

si se considera por periodo de recuperación un año. Para el calculo de

inversiones iniciales se realiza el mismo procedimiento antes mencionado.

Los cálculos de B/C, VAN, TIR y periodo de recuperación se hallan en la parte 3

del anexo C.

Cuadro N°5.15 Resultados finales de B/C, VAN, TIR y PR para conductores decobre.

Tipo de conductorTW deCuN0 12 AWGUFdeCuN°2x l4 AWG


B/C1.0421.29

VAN229.07

2578.74

TIR23.5565.01

PR0.730.58

129

Cuadro N°5.16 Resultados finales de B/C, VAN, TIR y PR para conductores dealuminio.

Tipo de conductorTWdeAIN0 10 AWG

UFdeAlN°2xl2AWG


B/C1.411.25

VAN2447.963737.08

TIR74.9351.98

PR0.520.60

5.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS

• El precio del aluminio es más bajo que el del cobre, lo que permite abaratar

ios costos por materia prima, reduciéndose por lo tanto los costos totales de

fabricación que evidentemente se hallan en función de dicho valor.

• Se debe mencionar que para todos los análisis se consideró la misma

cantidad de material conductor (2000 kg.).

• Se observa que la tasa beneficio / costo para conductores equivalentes de

cobre y aluminio es mayor que 1, independiente del periodo de tiempo

considerado, lo que indica que cualquiera de los dos productos son rentables.

• Debe señalarse que los calibres de los conductores empleados en este

análisis son diferentes, ya que se compararon conductores que son

equivalentes en su capacidad de conducción.

• Luego de realizado el análisis del Valor Agregado Neto (VAN) se observan

valores positivos para todos los casos, lo cual indica que los conductores tanto

de aluminio como de cobre generan utilidades aceptables, considerando un

interés bancario de 18% anual.

Cabe señalar que los conductores de aluminio generaron un mayor VAN.

130

• En el caso de los conductores TW se obtiene mayor rentabilidad.

• Igualmente los conductores tipo UF de aluminio, pese a utilizar una mayor

cantidad de PVC en la chaqueta, mostraron también un mayor VAN que sus

equivalentes de cobre.

• En cuanto al análisis de las Tasas Internas de Retorno se observan valores

elevados para ambos tipos de conductores,

• Para el caso de los conductores TW de aluminio se establece una mayor TIR

que los de cobre incluso es mayor que la tasa de interés mensual vigente.

• En los conductores tipo UF las TIR de ambos conductores son similares

siendo ligeramente mayor las del cobre; pero en todo caso ambas también

llegan a ser bastante superiores a la tasa de interés bancario.

• Por último con la inversión y utilidades que se han presentado para el análisis,

los periodos de recuperación de capital son bajos, lo que determina una

recuperación de capital rápida y en el resto del tiempo considerado en el

proyecto se percibirán ganancias considerables.

CAPITULO 6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 CONCLUSIONES

Del análisis técnico-económico de la fabricación y utilización de conductores

eléctricos de aluminio aislados hasta 2000 voltios se puede concluir que el

aluminio es un gran sustituto como material conductor en reemplazo de! cobre

por las características que presenta, además que la fabricación de dichos

conductores representaría un negocio rentable.

Se determina que las aleaciones del tipo 1350 y serie 8000 son las que presentan

mejores propiedades conductivas y por tanto son las más idóneas para la

fabricación de conductores de eléctricos de aluminio de hasta 2000 voltios.

El tratamiento (diseño, procesos y pruebas) que se le da al materia! conductor

(aluminio), hasta la terminación de conductores y cables, es similar a ío que se

hace para el cobre, diferenciándose únicamente en vanantes de herramientas que

se hallan dentro del proceso, así como dados y solución de trefilación.

Según se establecen en las respectivas normas, no se puede fabricar

conductores bunchados de aluminio ni de calibres inferiores a! N° 12 AWG.

Las empresas dedicadas a la fabricación de conductores eléctricos de cobre,

requerirán de bajas inversiones adicionales para dedicarse a la fabricación de

conductores de aluminio.

Los posibles precios que se fijen en el mercado para el caso de los conductores

de aluminio podrían ser más bajos que los precios actuales de los conductores de

cobre lo cual es una ventaja competitiva en el mercado.

(32

A pesar de que las tasas de intereses vigentes están e! orden de 14 al 18%, la

producción y comercialización de conductores eléctricos es un buen negocio,

pues en ambos casos se presentan tasas internas de retorno altas.

Para los conductores de aluminio las TIR son más elevadas que para los de cobre

en el caso de conductores con un solo cable o alambre, pues para conductores

multipolares dicha diferencia es inversa. Este cambio se debe ai aumento en la

utilización de materia prima en la chaqueta que se requiere para cubrir el

conductor de calibre mayor considerado en el estudio.

6.2 RECOMENDACIONES

La aplicación de ios conductores de aluminio en instalaciones eléctricas

interiores, hay que tomar especial cuidado en las conexiones que se realicen,

pues se deberían utilizar piezas de igual material para evitar corrosiones y

posibles fallas en circuitos.

El manejo de cables de aluminio deber ser efectuado obedeciendo a lo

establecido en las respectivas normas, en io que se relaciona a radios de

curvatura.

El uso del aluminio a nivel de fabricación es muy rentable no solo por el

tratamiento similar al del cobre sino que, para el caso del embalaje,

almacenamiento y transporte, su bajo peso permite tener ahorros en cuanto a

tamaño de carretes y capacidad de las máquinas transportadoras (montacargas).

Se recomienda realizar un estudio de mercado a nivel nacional para poder

ofrecer a los productores una propuesta concreta a fin de que puedan

implementar el proyecto con todas las herramientas de decisión necesarias.

133

Se recomienda que en futuro se realice un estudio de factibilidad de adquisición

de las materias primas para aislamiento y chaqueta que no se comercializan en

nuestro país.

134

BIBLIOGRAFÍA

• ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARDS, Volumen . 02. 03T Nonferrous

metal producís, 1998,

• ICEA/NEMA, Thermoplastic - Insulated Wire and Cable forTransmission

and Distribution of Electrical Energy, National Electrical Manufactures, NY

1990, ICEA/NEMA S-61-402.

• UL, Standard for Safety Thermoplastic - Insulated Wires and Cables, Tenth

Edition, Underwnters Laboratories Inc., 1991, UL-62.

• NEC, National Electrical Code, 1999 Edition, National Fire Protection

Association, Inc., 2000.

• JIMÉNEZ, Carlos., Experiencias en la fabricación de conductores

eléctricos de hasta 2000 V. EPN. Quito - Ecuador, 2002.

• INEN , Instituto Ecuatoriano de normalización, Normas para conductores

de aluminio 1978.

• HERENGEL, J. Metalurgia especial, Segunda edición 1980

• LELAND, Blank, Ingeniería económica, Me. Graw Hill, cuarta edición

2000.

• CABLEC. Catalogo de conductores eléctricos 2001.

• PROCABLES. Información técnica de conductores eléctricos 2000.

• WESTINGHOUSE ELECTRICAL & MANUFACTURING COMPANY.

Electrical transmission and distribution reference book. First edition 1942.

135

LOTHAR, Heinhold. Power cables an íheir appiication. Parte I. tercera

edición 1990.

RAMÍREZ V, José. Instalaciones de baja tensión. Quinta edición 1985.

ANEXO ATABLAS DE ESPECIFICACIONESTÉCNICAS DE CONDUCTORES

137

ANEXO A

Espesor de aislamiento

Un alambre o cable se lo aislará en toda su longitud. El aislamientos se io

aplicará en toda la superficie de conductor y no tendrá ningún efecto visible. Para

los conductores THHN y THWN estos tendrán además una chaqueta de nylon

aplicada directamente a la superficie de aislamiento de PVC; los conductores tipo

TA tendrán una capa de asbesto impregnado sobre el aislamiento de PVC.

En el caso que se de una reparación o juntura en el aislamiento estas deberán

someterse a las mismas pruebas eléctricas como el resto del aislamiento.

Los valores medios de espesor de aislamiento y espesor mínimo en cualquier

punto del aislamiento deberán obedecer a lo valores de las siguientes tablas

Tabla N. 1 Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo TW, ACT-B,UF, ACT, NM-B. Quito 2003.

Tipo deconductor

Tipo TW,conductores

aislados para el tipoACT y ACT- B.

cables para uso enconductores tipo UF

(12-6AWG)yNM-B

TW


14-9 AWG

8-7

6-54-2

1

4/0

250-500 kcmil550- 10001100-2000

Promedio(mm)

0.76

1.14

1.521.52

2.03

2.03

2.412.793.18

En un puntocualquiera

(mm)0.69

1.02

1.371.37

1.83

1.83

2.182.512.84

En la chaqueta denylon (resistente a lagasolina y al aceiteen tipo TW ) (mm)

0.10

0.13

0.130.15

0.18

0.18

0.200.23

-Norma UL 62Año 1991

138

Tabla N.2: Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo THW, Quito2003.

Calibre delconductor14-9 A WG

8-21-4/0

250 - 500 kcmil550-10001100-2000

Promedio (mm)

1.141.522.032.412.793.18

En un puntocualquiera (mm)

1.021 1.37

1.832.182.512.84


Tabla N. 3 Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo THWN, THHN,Quito 2003.


14- 11 AWG10- 9

8-54-2

1-4/0250- 500 kcmil

550-1000

Aislamiento de PVC

Promedio (mm)

0.380.510.761.021.271.521.78


0.330.460.690.911.141.371.60

Espesor en lachaqueta de nylon

(mm)0.100.100.130.150.180.200.23


Tabla N. 4 Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo TA. Quito2003.


14-7 AWG6-2

1-4/0

Aislamiento de PVCPromedio

(mm)

0.510.761.02


0.460.690.91

Aislamiento de asbestoPromedio

(mm)

0.510.640.76

En un puntocualquiera

(mm)0.460.530.66


139

Tabla No. 5 Características de construcción para cables concéntricos con serie6201-181 .Quito 2003

Tamaño delconductorkcmil/AWG

10009008007006005004003002504/03/02/01/0246

Requerimiento de construcción

Número dehilos

3737373737191919197777777

Diámetro de loshilos (mm)

4.183.963.733.493.234.123.693.192.914.423.933.503.122.471.961.55

ClaseAAAAAAAAAA,A.AAAA,AAA

AA,AAA,AAA,AAA,AAA,A

AA

Norma ASTMAño 1992

140

Tabla No.6 Características de construcción para cables concéntricos de Aluminio5005-H19. Quito 2003


10009008007006005004003002504/03/02/01/0246


Número dehilos

3737373737191919197777777

Diámetro de loshilos mm

4.183.963.733.493.234.123.693.192.914.423.933.503.122.471.961.55

ClaseAAAAAAAAAA,A .AAAA,AAA


AA

Norma ASTMAño 1992

141

Tabla No. 7 Características de construcción para cables concéntricos con aluminioserie 8000. Quito 2003


1000

800

700

600

500

400

300

250

4/0

3/0

2/0

1/0

123468


Número dehilos

12791611279161127916112791613791613791613791613761371937197371971971971977777

Diámetrodel

conductor(mm)

29.3

26.2

24.5

22.7

20.7

18.5

16.0

14.6

13.4

12.0

10.6

9.468.437.426.615.884.663.70

Clase

DC

B,ADC

B,ADC

B,ADCBADC

B,ADC

B,ACBACBACBACBABABAB

B,AB,AB,AB,AB,A

Norma ASTMAño 1992

801

142

Tabla No 8. Características de construcción para cables concéntricos de aluminio1350. Quito 2003


1000900700

600500

300250

4/03/02/01/0246


Número dehilos

916137613719

37197

19777777

7


3.743.093.492.723.234.122.953.194.802.914.423.933.503.122.471.961.56

ClaseAA

AAA

AA,AAAAA

AAA


AA

Norma ASTMAño 1992

143

Tabla No 9. Características de construcción para cables concéntricos de aluminio1350 clase B, C, D. Quito 2003

Tamaño delconductorkcmíl/AWG

1000

500

300

250

4/0

3/0

2/0

i /O

2

4

6

8

10

12


Número dehilos

127916191613791613791613761371961371961371961371937197

37197

37197

37197

37197

37197


0.252.663.251.882.292.951.461.682.281.331.632.091.491.922.681.331.712.391.191.522.131.061.361.891.081.502.470.851.191.960.680.941.550.540.751.230.420.590.980.340.470.77

ClaseBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCD

Norma ASTMAño 1992

144

Tabla No 10, Diámetros y área nominales de conductores sólidos a 20° C. Quito2003

Calibre

kcmil/AWG

5004003002504/03/02/01/0123456789101112131415161718192021222324252627282930

Diámetro

(mm)

17.9616.0713.9112.7

11,68410,4059,2668,2517,3486,5445,8275,1894,6214,1153,6653,2642,9062,5882,3052,0531,8281,6281,4501,2911,1501,0240,9120,8120,7230,6440,5730,5110,4550,4050,3610,3210,2860,255

Área sección

transversal

(mm2)253.3202.7152.0126.7107,2285,0367,4353,4842,4133,6326,6721,1516,7713,3010,558,376,635,264,173,312,622,081,651,311,040,820,650,520,410,330,260,200,160,130,100,080,060,05

Norma ASTM 609Año 1992

ANEXO BPROCESOS DE PRODUCCIÓN Y

EQUIPOS DE PRUEBAS

ANEXO B

Fig 1. Equipo para detección de fallas

Fig 2. Horno para ensayos de control de calidad

Fig 3. Equipo para pruebas de elongación

Fig 4. Marcador de identificación en cables

Fig 5. Trefiladora

Fig 6. Solución de trefilación

Fig 6. Hornos de recocido

Fig 7. Cableado

Fig 8. Maquina cableadora

Fig 9. Extrusora

Fig 10. Maquina embobinadora

ANEXO CCÁLCULOS DE MATERIAS PRIMAS

Y ANÁLISIS ECONÓMICO

153

ANEXO C

PARTE 1

CALCULO DE MATERIAS PRIMAS

Las formulas y datos que se utilizaran para los cálculos siguientes son las que ya

se presentaron en el capitulo 3 del presente proyecto en la sección de diseño de

conductores y cables eléctricos de aluminio.

CONDUCTOR TIPO TW N° 12 AWG SÓLIDO DE COBRE (lOOOm)

Datos:

Densidad del cobre 8.89 g/cm3

Diámetro del conductor 2.05 mm

Espesor de aislamiento 0.76 mm

Densidad del PVC 1.35 g/cm3

Peso total del conductor

= -*2.052*8.894

P = 24.34 \/,-\ km

Peso total de aislamiento

154

Pa = ~4

P =-Í2.05*0.76 + 0.76' J*1.350a 4 V

= 905y-UD

CONDUCTOR TIPO TW N° 10 AWG SÓLIDO DE ALUMINIO (lOOOm)

Datos:

Densidad del aluminio 2.705 g/cm3

Diámetro del conductor 2.59 mm




= -*2.592*2.7Q54

P = 14.25 m


p = —a 4

Pa --4

/•„= 10.79

155

CONDUCTO TIPO UF N° 2X14 AWG SÓLIDO DE COBRE (lOOOm)

Datos:

Densidad del cobre 8.89 g/cm3

Diámetro de cada hilo del conductor 1.63mm




4

Pe = 37.10 j-\ km


Pa = -(Da2-Fi*Dc2)*S*Nh*Fc

Pn = -((l.63 + 2*0.76)2-l*1.632)*1.35*2*1.02

-i Ám\o del núcleo

Diámetro de rellenoDr =

156

Dr = 3(1.63 + 2*0.76)+!

Dr = 10.45 mm

Diámetro del conductor con chaqueta

Dj = Dr + 2Ej

Dj = \5 + 2*0.76

Dj = 11.97 _mm

Peso total de chaqueta

= ~(ll.972-10.452)*1.354 \

-36.13 7- /km

CONDUCTO TIPO UF N° 2X12 AWG SÓLIDO DE ALUMINIO (lOOOm)

Datos:

Densidad del aluminio 2.705 g/cm3

Diámetro de cada hilo del conductor 2.05 mm



Peso tota! del conductor

, ..-*2.052* 2.705V _Pe = * 2 * 1

4 J

A: = 18.21 km


Pa = -((2.05 + 2*0.76)2 -1*2.052)*I.35*2*1.02

Pa =18.47a -\

Peso total de chaqueta

Dr = 3(2.05 + 2*0.76)+!

Dr* \\.7l_mm

Dj = Dr + 2Ej

Dj = 11.71 + 2*0.76

Dj = l3.23_mm

p. = -D -Dr¿}*S

-40.19 ks

157

Parte 2

Conductor tipo TW N 12 AWG de cobre

Tasa Beneficio / Costo

158

CobreLong. Total (m)

2000 68166 PVCCantidad total (kg)

616.91 625

Materia primaínteres

48750.015

Periodo012345

Costos4875

139.05139.05139.05139.0564.89

Ingresos0

1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382

FD

1.00000.98520.97070.95630.94221.0000

Costo actual4875.00

137.00134.97132.98131.0164.89

5475.84

Beneficio actual0.00

1465.461443.801422.461401.44694.14

6427.30

Tasa B/C (%) = 1.174


48750.015

Valor agregado neto

Periodo012345

Costos4875

139.05139.05139.05139.0564.89

Ingresos0

1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382

FD

1.0000.9850.9710.9560.9420.928

Flujo-4875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248

Flujo actual^875.0001328.4621308.8301289.4871270.431584.106906.316

VAN (USD) = 906.316

159


48750.04

Tasa interna de retorno TIR

Periodo01234

5

Costos4875

139.05139.05139.05139.0564.89

Ingresos0

1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382

FD

1.0000.9620.9250.8890.8550.822

Flujo-4875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248

Flujo actual-4875.0001296.5281246.6611198.7131152.609517.196536.707


48750.065

Periodo012345

Costos4875

139.05139.05139.05139.0564.89

Ingresos0

1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382

FD

1.0000.9390.8820.8280.7770.730

Flujo-4875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248

Flujo actual-4875.0001266.0931188.8201116.2631048.134459.276203.585


48750.09

Periodo012345

Costos4875

139.05139.05139.05139.0564.89

Ingresos0

1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382

FD

1.0000.9170.8420.7720.7080.650

Flujo^875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248

Flujo actual-4875.0001237.0541134.9121041.204955.233408.968-97.629

8.19

Periodo de recuperación

PR = inversión/ rentabilidad promedio

PR (meses) = 3.67

160

Conductor tipo TW N 10 AWG de aluminio


AluminioLong. Total (m)


1514.39 1525


51350.015

Periodo012345

Costos5135

184.52184.52184.52184.52184.52

Ingresos0.00

1974.101974.101974.101974.101974.10

FD

1.000.990.970.960.940.93

Costo actual5135.00181.79179.11176.46173.85171.28

6017.49


1944.931916.181887.871859.971832.48

9441.42

Tasa B/C = 1.57


51350.015

Valor agregado neto

Periodo012345

Costos5135

184.52184.52184.52184.52184.52

Ingresos0

1974.10081974.10081974.10081974.10081974.1008

FD

1.0000.9850.9710.9560.9420.928

Flujo-5135.0001789.5811789.5811789.5811789.5811789.581

Flujo actual-5135.0001763.1341737.0781711.4071686.1151661.1973423.930

VAN (USD) = 3423.930

161


51350.09

Tasa interna de retomo TIR

Periodo012345

Costos5135

184.52184.52184.52184.52184.52

Ingresos0

1974.101974.101974.101974.101974.10

FD

1.0001.000.840.770.710.65

Flujo-5135.000

1789.581789.581789.581789.581789.58

Flujo actual-5135.0001789.581506.251381.881267.781163.10

1973.609

ínteres 0.165

Periodo012345

Costos5135

184.52184.52184.52184.52184.52

Ingresos0

1974.10081974.10081974.10081974.10081974.1008

FD

1.0000.8580.7370:5320.5430.466

Flujo-5135.0001789.5811789.5811789.5811789.5811789.581

Flujo actual-5135.0001536.1211318.5591131.810971.511833.915656.915

ínteres 0.24

Periodo012345

Costos5135

184.52184.52184.52184.52184.52

Ingresos0

1974.101974.101974.101974.101974.10

FD

1.0000.810.650.520.420.34

Flujo-5135.001789.581789.581789.581789.581789.58

Flujo actual-5135.001443.211163.88938.61756.95610.44

-221.913

22.106



PR (meses); 2.60

162

Conductor tipo UF N 2x14 AWG de cobre




2794.07 2800


79200.015

Periodo012345

Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56

Ingresos0

3059.7483059.7483059.7483059.7481427.8824

FD

1,00000,98520,97070.95630,94220,9283

Costo actual7920.00281.97277.80273.70269.65123.98

9147.10


3014.532969.982926.092882.851325.45

13118.89

Tasa B/C = 1.43


79200.015

Valor agregado neto

Periodo012345

Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56

Ingresos0

3059.753059.753059.753059.751427.88

FD

1.0000.990.970.960.940.93

Flujo-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32

Flujo actual-7920.002732.562692.182652.392613.191201.473971.79

VAN (USD) = 3971.79


163

ínteres 0.08

Periodo012345

Costos7920

286.20286.20286.20286.20133.56

Ingresos0

3059.753059.753059.753059.751427.88

FD

1.0000.930.860.790.740.68

Flujo-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32

Flujo actual-7920.002568.102377.872201.732038.64880.892147,24

ínteres 0.145

Periodo012345

Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56

Ingresos0

3059.753059.753059.753059.751427.88

FD

1.000.870.760.670.580.51

Flujo-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32

Flujo actual-7920.002422.312115.561847.651613.67657.68736.86

ínteres 0.21

Periodo012345

Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56

Ingresos0

3059.753059.753059.753059.751427.88

FD

1.000.830.680.560.470.39

Flujo

-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32

Flujo actual-7920.002292.191894.371565.601293.88499.02

-374,95

TIR (%) = 18,81



PR (meses) 2.90

164

Conductor tipo UF N 2x12 AWG de aluminio




6442.61 6450


130300.015

Periodo012345

Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24

Ingresos0

4365.274365.274365.274365.274365.27

FD1.000.990.970.960.940.93

Costo actual13030.00402.21396.26390.41384.64378.9514982.47


4300.764237.204174.584112.894052.11

20877.54

Tasa B/C = 1.39

Valor agregado neto


130300.015

Periodo012345

Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24

Ingresos0

4365.274365.274365.274365.274365.27

FD1.000.990.970.960.940.93

Flujo-13030.003957.033957.033957.033957.033957.03

Fiujo actual-13030.003898.553840.943784.183728.253673.155895.07

VAN = 5895.070

165



130300.065

Periodo012345

Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24

Ingresos0

4365.274365.274365.274365.274365.27

FD1.0000.9390.8820.8280.7770.730

Flujo-13030.0003957.0303957.0303957.0303957.0303957.030

Flujo actúa!-13030.0003715.5213488.7523275.8243075.8912888.1603414.148

ínteres 0.115

Periodo012345

Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24

Ingresos0

4365.274365.274365.274365.274365.27

FD1.0000.8970.8040.7210.6470.580

Flujo-13030.0003957.0303957.0303957.0303957.0303957.030

Flujo actual-13030.0003548.9063182.8752854.5972560.1762296.1221412.676

ínteres 0.165

Periodo012345

Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24

Ingresos0

4365.274365.274365.274365.274365.27

FD1.000.860.740.630.540.47

Flujo-13030.003957.033957.033957.033957.033957.03

Flujo actual-13030.003396.592915.532502.602148.161843.91-223.21

TIR(%)= 15.82



PR (meses) = 2.98

166

PARTE 3

Conductor tipo TW N 12 AWG de cobre




616.91 625


48750.18

Periodo01

Costos4875

621.09

Ingresos0

6643.89

FD1.000.85

Costo actual4875.00526.355401.35


5630.425630.42

Tasa B/C = 1.04

Valor agregado neto


48750.18

Periodo01

Costos4875

621.09

Ingresos0

6643.89

FD

1.000.85

Flujo

-4875.006022.80

Flujo actual-4875.005104,07229.07

VAN (USD) = 229.071

167

Tasa interna de retorno T1R


48750.2

Periodo01

Costos4875,00621.09

Ingresos0.00

6643.89

FD

1.000.83

Flujo-4875.006022.80

Flujo actual-4875.005019.00144.00

ínteres 0.22

Periodo01

Costos4875

621.09

Ingresos0

6643.89

FD1.000.82

Flujo-4875.006022.80

Flujo actual-4875.004936.7261.725

ínteres 0.24

Periodo01

Costos4875

621.09

Ingresos0

6643.89

FD

1.000.81

Flujo-4875.006022.80

Flujo actual-4875.004857.10-17.90

23.55



PR (meses) 0.73

168

Conductor tipo TW N 10 AWG de aluminio


AluminioLong. Total (m)


1514.39 1525


51350.18

Periodo01

Costos5135

922.60

Ingresos

09870.50

FD

1.000.85

Costo actual5135.00781.86

5916.86


8364.838364.83

Tasa B/C 1.41

Valor agregado neto


51350.18

Periodo01

Costos5135

922.60

Ingresos0

9870.50

FD.

1.000.85

Flujo

-5135.008947.90

Flujo actual-5135.007582.972447.97

VAN = 2447.969

169



51350.4

Periodo01

Costos5135

922.60

Ingresos0

9870.50

FD

1.000.71

Flujo-5135.008947.90

Flujo actual-5135.006391.361256.36

ínteres 0.62

Periodo01

Costos

5135922.60

Ingresos0

9870.50

FD

1.000.62

Flujo

-5135.008947.90

Flujo actual-5135.005523.40388.40

ínteres 0.84

Periodo01

Costos5135

922.60

Ingresos0

9870.50

FD

1.000.54

Flujo

-5135.008947.90

Flujo actual-5135.004862.99-272.01

TIR (%) = 74.939



PR = 0.52

170

Conductor tipo UF N 2x14 AWG de cobre



2000 53908Cantidad total (kg)

PVC 2794.07 2800


79200.18

Periodo01

Costos7920

1278.36

Ingresos0

13666.87

FD1.00000.8475

Costo actual7920.001083.369003.36


11582.1011582.10

Tasa B/C = 1.29

Valor agregado neto


79200.18

Periodo01

Costos7920

1278.36

Ingresos0

13666.87

FD

1.00

0.85

Flujo-7920.0012388.51

Flujo actual-7920.0010498.742578.74

VAN (USD) = 2578,74

171



79200.38

Periodo01

Costos7920

1278.36

Ingresos0

13666.87

FD1.000.72

Flujo

-7920.0012388.51

Flujo actual-7920.008977.181057.18

ínteres 0.48

Periodo01

Costos7920

1278.36

Ingresos0

13666.87

FD

1.000.68

Flujo

-7920.0012388.51

Flujo actual-7920.008370.62450.62

ínteres 0.58

Periodo01

Costos7920

1278.36

Ingresos0

13666.87

FD1.000.63

Flujo-7920.0012388.51

Flujo actual-7920.007840.83-79.17

TIR (%) = 65.01



PR (meses) 0.58

172

Conductor tipo UF N 2x12 AWG de aluminio




6442.61 6450


130300.18

Periodo01

Costos130302041 .2

Ingresos0

21826.35

FD1.00000.8475

Costo actual13030.001729.83

14759.83


18496.9118496.91

Tasa B/C = 1.25

Valor agregado neto


130300.18

Periodo01

Costos130302041 .2

Ingresos0

21826.35

FD1.000.85

Flujo-13030.0019785.15

Flujo actual-13030.0016767.083737.08

VAN (USD) 3737.076

173


130300.3


Periodo01

Costos130302041 .2

Ingresos0

21826.35

FD1.000.77

Flujo-13030.0019785.15

Flujo actual-13030.0015219.352189.35

ínteres 0.42

Periodo01

Costos130302041 .2

Ingresos0

21826.35

FD1.000.70

Flujo-13030.0019785.15

Flujo actual-13030.0013933.20903.20

ínteres 0.54

Periodo01

Costos130302041.2

Ingresos0

21826.35

FD1.000.65

Flujo-13030.0019785.15

Flujo actual-13030.0012847.50-182.50



PR (meses) 0.60

escuela politÉcnica nacional · 2019. 4. 7. · 1. introducción en el año d 1808e e,n...

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