RESISTENCIA ELÉCTRICA DE LOS CONDUCTORES

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RESISTENCIA ELÉCTRICA DE LOS CONDUCTORES DE CORRIENTE

El concepto de resistencia eléctrica es fundamental para el diseño de las instalaciones, puesto que esta característica de los conductores eléctricos determina en cierta forma la cantidad de corriente permitida que las circulará y los calibres de los conductores a utilizar en dichas instalaciones, de tal manera que se ajusten a los límites de caída de tensión determinados por esta resistencia.

La resistencia eléctrica es el obstáculo o dificultad que un material opone al paso de la corriente eléctrica. En otras palabras, la resistencia es el grado de oposición o impedimento de un material a que la corriente eléctrica que lo recorre.

Todos los conductores eléctricos ofrecen mayor o menor resistencia al paso de la corriente eléctrica. Esta resistencia es debida a las siguientes causas:

·         A que cada átomo se opone en cierta medida a que le arranquen los electrones, por ser éstos atraídos por el núcleo.

·         A que se producen incontables choques entre los electrones de las corrientes y los átomos que componen el conductor. Estos choques se traducen en resistencia y hacen que se caliente el conductor.

El valor de la resistencia eléctrica depende de los siguientes factores:

a).  Del material del que está hecho el conductor

b).  De la longitud

c).  De la sección transversal (área de un corte transversal)

d).  De la temperatura del ambiente.

a).  Cada material tiene resistencia diferente

Todos los materiales poseen en cierta medida resistencia eléctrica por lo cual a cada uno se le puede asignar un valor de resistencia específica o RESISTIVIDAD que se representa con la letra griega ρ (que se lee ro). La resistencia depende tanto de la resistividad como la  longitud (L), y la sección o área transversal del conductor (S).

 

De la expresión anterior podemos obtener:

 sirve para calcular la resistividad ρ

 sirve para calcular la longitud

 sirve para calcular la sección del conductor

La resistencia específica es un valor constante para cada material y ya viene especificado por tablas.

Para calcular mediante la formula la Resistencia del conductor y expresarla en Ohmios, las variables deben tener las siguientes unidades:

r = Expresado en Ohmios por cada 100 mts. (Ya viene dado en las tablas).

L = Expresado en Hectómetros, es decir el numero de metros dividido entre 100.

S = Expresado en mm² . 

Tabla de Resistencias Específicas O resistividad.

METAL	OHMIOS POR CADA 100 METROS
Plata	1.47
Cobre	1.58
Oro	2.19
Aluminio	2.62
Tungsteno	4.36
Niquel	10.00
Estaño	10.49
Hierro	11.20
Plomo	19.77

b).  A mayor longitud aumenta la resistencia

EJEMPLO # 1:         Se tiene un tramo de un conductor de cobre de 150 mts, cuya sección es de 0,5 mm². Calcular su resistencia si el conductor está sometido a una temperatura de 0°C.

EJERCICIO: Que pasa si el tramo es de 1.500 mts.

CONCLUSIÓN:       La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud, es decir su resistencia aumenta si su longitud aumenta y disminuye si su longitud disminuye.

c).   A mayor sección transversal menor resistencia

Si corta perpendicularmente un alambre en cualquier punto, obtendrá una superficie que llamamos SECCION.

La forma de la sección puede ser circular, rectangular o cuadrada.

A mayor sección menor resistencia y a menor sección mayor resistencia. Imagínese usted un tubo por el que pasa agua; la corriente de agua pasa con mayor facilidad si el tubo es ancho. Igual sucede con la corriente eléctrica.

Ejemplo: Se tiene el mismo tramo de un conductor de cobre de 150 mts, cuya sección ahora es de 1 mm². Calcular su resistencia si el conductor está sometido a una temperatura de 0°C.

Ejemplo: Se tiene el mismo tramo de un conductor de cobre de 150 mts, cuya sección ahora es de 2 mm². Calcular su resistencia si el conductor está sometido a una temperatura de 0°C.

d).  La temperatura

Al aumentar la temperatura, la resistencia eléctrica presenta los siguientes cambios:

• En los conductores metálicos y algunos semiconductores aumenta.
• En los líquidos, los aislantes, el carbón y en algunos semiconductores disminuye.

La resistencia de un conductor también depende de la temperatura a la que está sometido. El coeficiente de temperatura de los materiales depende específicamente de cada material y se define como la constante de cambio por cada grado de cambio de temperatura a que se someta el material.

Se calcula Como:

Donde:

R = Resistencia en Ohmios a 0°C

a = Coeficiente de temperatura, viene dado en tablas.

t  = Temperatura a la que cambia.

Tabla de Coeficiente de temperatura de ciertos metales:

METAL	COEFICIENTE DE TEMPERTAURA A 0°C
Plata	0.0040
Cobre	0.0043
Oro	0.0037
Aluminio	0.0042
Tungsteno	0.0051
Niquel	0.0044
Estaño	0.0047
Hierro	0.0042
Plomo	0.0041

EJEMPLO:    Calcular la nueva resistencia del ejemplo anterior si el conductor se somete a una temperatura de 45°C

CONCLUSIÓN:       La resistencia de un conductor es directamente proporcional a la temperatura a la que esta sometido, es decir su resistencia aumenta si su temperatura aumenta y disminuye si su temperatura disminuye.

A NIVEL COMERCIAL

Los metales que se emplean en aplicaciones de conducción de corriente deben tener adecuadas propiedades eléctricas, físicas y mecánicas. Los mas utilizados por costo, peso y abundancia en la naturaleza son: plata, cobre, aluminio y una aleación de latón y bronce.

En las instalaciones eléctricas los conductores mas utilizados son el cobre y el aluminio en presentaciones de alambre duro o cable, los cuales de acuerdo a la sección en mm² en que se fabrican se les clasifica con un numero que los identifica. Este método fue introducido por la American Wire Standard Gauge (AWG).

Clasificación de los calibres de acuerdo a la AWG.

CALIBRE AWG	Diámetro en mm		Sección en mm2
	ALAMBRE	CABLE	ALAMBRE	CABLE
26	0.40		0.128	-
24	0.51		0.20	-
22	0.64		0.32	-
20	0.81	0.92 Aprox.	0.52	0.52
18	1.02	1.16	0.82	0.82
16	1.29	1.46	1.31	1.31
14	1.63	1.84	2.08	2.08
12	2.05	2.32	3.31	3.31
10	2.59	2.95	5.26	5.26
8	3.26	3.71	8.37	8.37
6	4.11	4.67	-	13.30
4	5.19	6.2	-	21.15
2	6.54	7.8	-	33.63
0	8.25	9.4	-	53.48

EJEMPLO # 3: El alambre N°8 AWG tiene una sección de 8.37 mm² en presentación de alambre o cable.

Observaciones a la tabla anterior[2]

Los conductores de cobre cuyos calibres aparecen consignados en la tabla, se usan según su tamaño, de la siguiente manera:

a).  Los conductores del número 40 al Nº 20 se utilizan en la fabricación de aparatos eléctricos de gran variedad.

b).  Los conductores Nº 16 y Nº 18 se usan en cordones flexibles, para sistemas de señales, y en general, para corrientes pequeñas.

c).   El conductor Nº 14 AWG es mínimo permitido para instalaciones eléctricas domiciliarias.

d).  Los conductores del Nº 14 al Nº 2 son los más usados en instalaciones residenciales, comerciales e industriales.

e).  Los conductores del Nº 2 en adelante se usan principalmente en instalaciones de tipo industrial.

f).    En la tabla de clasificación no aparecen los calibre impares debido a que no son muy comerciales y sólo tienen usos especiales, sobre todo en la fabricación de motores y transformadores.

g).  La serie de calibres de los conductores no termina en el número 0, de dicho número en adelante caben calibres aún más gruesos que se denominan así: Nº 00, Nº 000 y Nº0000 los que también se representan por Nº1/0, Nº2/0, Nº3/0 y Nº4/0. El Nº4/0 es el calibre máximo que se puede conseguir para conductores sólidos. De aquí en adelante se utilizan cables.

h).  En nuestro medio generalmente a partir del Nº6 y hasta el Nº4/0 se utilizan los cables, ya que no es fácil encontrar en el comercio calibres tan gruesos bajo la forma de alambre o hilos sólidos.  De allí en adelante, hasta el 2000 MCM (miles de milésimas circulares) únicamente es posible utilizar CABLES, ya que el diámetro del conductor es tal, que no es práctico fabricarlo macizo.

TALLER: Resistencia de los conductores eléctricos

1.    De qué factores depende la resistencia eléctrica de un conductor. Explique su respuesta.

2.    Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre de sección transversal cuadrada de lado igual a 1,2mm, de 120 metros de longitud.

3.    Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre de sección transversal rectangular de lado a=1mm y b=1,5mm, de 115 metros de longitud.

4.    Halle la longitud de un conductor de hierro, con sección igual a 1mm² para obtener una resistencia de 32 ohmios.

5.    Cuál debe ser el valor de la sección de 100 centímetros de aluminio para fabricar un resistor de 12W.

6.    Cuál debe ser el valor de la sección de 160 centímetros de Níquel para fabricar un resistor de 22W.

7.    Cuál debe ser el valor de la sección de 100 metros de Cobre para obtener un valor de resistencia  de 2W.

8.    Cuál debe ser el valor de la sección de 100 metros de Plata para obtener un valor de resistencia  de 2W.

9.    Halle la resistencia eléctrica para un conductor de aluminio, de 3 metros de longitud, y 2 mm² de sección transversal, a una temperatura de 0ºC.

10. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de aluminio, de 35 metros de longitud, y 1 mm² de sección transversal, a una temperatura de 0ºC.

11. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de plata, de 35 metros de longitud, y 1 mm² de sección transversal, a una temperatura de 0ºC.

12. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre, de 35 metros de longitud, y 1 mm² de sección transversal, a una temperatura de 0ºC.

13. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre, de 105 metros de longitud, y  1.5mm² de sección transversal, a una temperatura de 0ºC.

14. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre, de 105 metros de longitud, y  1.5mm² de sección transversal, a una temperatura de 40ºC.

15. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre, de 180 metros de longitud, alambre No. 22 AWG, a una temperatura de 20ºC.

16. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre, de 120 metros de longitud, alambre No. 20 AWG, a una temperatura de 30ºC.

17. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de aluminio, de 1080 metros de longitud, cable No. 0 AWG, a una temperatura de 35ºC.

18. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre, de 80 metros de longitud, cable No. 10 AWG, a una temperatura de 35ºC.

19. Halle la resistencia eléctrica para un conductor de cobre, de 80 metros de longitud, cable No. 10 AWG, a una temperatura de 85ºC.

20. Elabore al menos tres conclusiones con respecto a los ejercicios realizados.

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[1] Tomado de la cartilla: Instalaciones Eléctricas: La resistencia eléctrica de los conductores de corriente. Modulo 2 Unidad 7. SENA 1983

[2] Tomado de Instalaciones Eléctricas “Teoría general y aplicaciones domiciliarias” Universidad Nacional de Colombia, Seccional Medellín. Ejemplar consultado en la Biblioteca del Sena sede Agropecuario. Regional Quindío pág. 82