Materiales eléctricos
Una instalación es, materialmente, una selección de materiales: cobre, aislantes, chapa, plástico y hierro. Elegir mal cualquiera de ellos no se nota el primer día, se nota a los dos años, cuando algo se calienta, se resquebraja o se llena de agua.
01Conductores
| Material | Resistividad a 20 °C | Cuándo se usa |
|---|---|---|
| Cobre | 0,0172 Ω·mm²/m | Prácticamente todo: instalaciones, tableros, motores. Mejor conductor, dúctil y fácil de conectar. |
| Aluminio | 0,0282 Ω·mm²/m | Líneas aéreas y alimentadores de gran sección: pesa un tercio y cuesta menos. Exige terminales y pastas específicas. |
| Plata | 0,0159 Ω·mm²/m | Sólo en contactos: es el mejor conductor, pero su precio la descarta como conductor de línea. |
Un circuito monofásico de 2,5 mm² alimenta una carga de 16 A a 28 m del tablero, en 220 V.
ΔU = 2 × 0,0172 × 28 × 16 / 2,5 = 6,2 V, es decir el 2,8 %. Justo dentro del 3 % admisible, pero sin margen.
Con 4 mm²: ΔU = 3,85 V, el 1,8 %. La corriente admisible ya estaba bien con 2,5 mm²; lo que obliga a subir de sección es la distancia. Es el error de cálculo más frecuente en tramos largos: se verifica la corriente y se olvida la caída.
| Aislación | Temperatura máxima | Características |
|---|---|---|
| PVC | 70 °C | El estándar en instalaciones domiciliarias. Económico. Emite humos densos y corrosivos al arder. |
| Libre de halógenos (LSZH) | 70 a 90 °C | Obligatorio en lugares con mucha gente: escuelas, hospitales, subterráneos. No emite gases tóxicos ni corrosivos. |
| XLPE / EPR | 90 °C | Polietileno reticulado y goma etilén-propilénica. Admiten más corriente a igual sección y soportan mejor el cortocircuito. |
| Silicona | 180 °C | Hornos, calderas, motores. Muy flexible y muy cara. |
Depende de la sección, del aislante, y sobre todo de cómo está instalado el cable: al aire, embutido en caño, enterrado, o agrupado con otros. Un mismo conductor de 2,5 mm² admite mucho menos corriente si está en un caño junto a otros cinco. Las tablas de la reglamentación incluyen esos factores de corrección, y saltearlos es lo que produce cables tibios en las paredes.
02Aislantes y gabinetes
- Termoplásticos (PVC, polietileno, poliamida): se ablandan con el calor, se moldean fácil. Cuerpos de llaves, cajas, canalizaciones.
- Termoestables (baquelita, resinas epoxi): no se ablandan, resisten temperatura y arco. Bases de portalámparas, aisladores, bobinados encapsulados.
- Cerámicos y vidrio: aisladores de línea, portafusibles, resistencias de potencia. Aguantan intemperie y temperatura durante décadas.
- Papel y barnices impregnados: aislación entre espiras de transformadores y motores.
- Rigidez dieléctrica: cuántos kV por milímetro soporta antes de perforarse.
- Temperatura de servicio: por encima de ella envejece rápido y se vuelve quebradizo.
- Resistencia de aislación: se mide con megóhmetro y es el ensayo básico de recepción de una instalación.
- Comportamiento al fuego: si propaga la llama y qué gases emite.
| Grado | Dónde corresponde |
|---|---|
| IP20 | Tableros en interior seco. Protege del dedo, no del agua. |
| IP44 | Baños, lavaderos, galerías: salpicaduras. |
| IP55 | Industria con polvo y manguereo de limpieza. |
| IP65 | Intemperie, chorros de agua. Estanco al polvo. |
| IP67 / IP68 | Inmersión temporaria o permanente: cámaras de inspección, bombas sumergidas. |
Un gabinete IP65 al que se le hace un agujero con un destornillador para pasar un cable deja de ser IP65. El grado se mantiene sólo con prensacables, tapones ciegos y burletes en buen estado. Es de lejos la causa más común de gabinetes «estancos» llenos de agua.
03Materiales ferromagnéticos
Todo lo que transforma o convierte energía —transformadores, motores, contactores, reactancias— necesita un circuito magnético, y ese circuito es tan importante como el eléctrico.
| Material | Uso y motivo |
|---|---|
| Chapa de hierro al silicio | Núcleos de transformadores y motores. El silicio aumenta la resistividad y reduce las corrientes parásitas. |
| Chapa de grano orientado | Transformadores de potencia: los cristales se orientan en la dirección del flujo y bajan mucho las pérdidas. |
| Ferrita | Alta frecuencia: fuentes conmutadas, filtros, transformadores de pulso. Resistividad altísima, casi sin corrientes parásitas. |
| Imanes permanentes | Ferrita para lo económico; neodimio para motores compactos y de alto rendimiento. |
El flujo variable induce corrientes en el propio hierro —corrientes parásitas o de Foucault— que se cierran en círculos y calientan el núcleo sin producir trabajo. Cortando el núcleo en chapas finas aisladas entre sí, esos circuitos quedan interrumpidos y las pérdidas caen drásticamente. A eso se suman las pérdidas por histéresis, que dependen del área del ciclo del material y de la frecuencia.
Ambas se estudian con más detalle en transformadores y en magnetismo y electromagnetismo.
04Pérdidas, rendimiento y termografía
- En el cobre: I²R. Crece con el cuadrado de la corriente, así que duplicar la carga cuadruplica la pérdida.
- En el hierro: histéresis y corrientes parásitas. Son casi constantes: existen aunque el equipo esté en vacío.
- En los contactos: un borne flojo o sulfatado se comporta como una resistencia en serie que disipa y calienta.
- Mecánicas: rozamiento y ventilación en las máquinas rotativas.
Una cámara infrarroja muestra dónde hay calor sin tocar nada y con el equipo en servicio. Es la herramienta de diagnóstico más eficiente en tableros: un borne flojo aparece como una mancha caliente mucho antes de fallar.
Se compara siempre la temperatura del punto con la de un punto equivalente —la misma fase en otro borne— y con la temperatura ambiente. La diferencia es lo que importa, no el valor absoluto.
Un borne con 10 mΩ de resistencia de contacto por el que circulan 30 A disipa P = I²R = 900 × 0,01 = 9 W en un punto del tamaño de una uña. Esos 9 W concentrados elevan la temperatura del borne decenas de grados, el calor degrada el aislante, la resistencia aumenta, y el proceso se realimenta hasta el incendio. Por eso el reapriete periódico de bornes no es un detalle: es mantenimiento esencial.
05En el laboratorio
Con un micróhmetro o el método de las cuatro puntas, medir la resistencia de tramos conocidos de conductor de distintas secciones y calcular la resistividad. Comparar cobre con aluminio y con la tabla. Verificar el aumento con la temperatura calentando una muestra.
Armar un circuito con 30 m de cable de 1,5 mm² y una carga resistiva. Medir tensión en el origen y en la carga con distintas corrientes, y comparar con el cálculo. Repetir con 2,5 mm²: la diferencia se ve en el instrumento y en el termómetro.
Medir con megóhmetro la resistencia de aislación de cables nuevos, de cables usados y de un cable deliberadamente dañado o humedecido. Registrar los valores y establecer un criterio de aceptación.
Con una cámara térmica —o el accesorio de un teléfono— relevar un tablero en servicio. Identificar los puntos calientes, comparar con el borne homólogo, reapretar y volver a medir. Documentar el antes y el después: es un informe de mantenimiento real.
06Errores frecuentes
| Error | Consecuencia |
|---|---|
| Elegir la sección sólo por la corriente | En tramos largos la caída de tensión se va por encima del 3 % y los equipos trabajan con menos tensión. |
| Ignorar los factores de agrupamiento | Seis cables en un caño no admiten lo mismo que uno solo: el conjunto se calienta. |
| Unir cobre y aluminio directamente | Par galvánico: el contacto se corroe, aumenta la resistencia y termina calentándose. Hay terminales bimetálicos para eso. |
| Perforar un gabinete estanco sin prensacable | Se pierde el grado IP y el gabinete se llena de agua o polvo. |
| Usar PVC donde se exige libre de halógenos | En un incendio, los humos son tóxicos y corrosivos justo donde hay evacuación de personas. |
| Núcleo macizo en lugar de laminado | Corrientes parásitas enormes: el hierro se calienta y el rendimiento se desploma. |
| No reapretar bornes | La resistencia de contacto crece, el punto se calienta y termina en falla o incendio. |
07Autoevaluación
¿Por qué se usa aluminio en líneas aéreas si conduce peor que el cobre?
Porque pesa aproximadamente un tercio y cuesta menos. Para la misma corriente hace falta más sección, pero el conjunto sigue siendo más liviano y más barato, y en una línea aérea el peso es determinante.
Calcular la caída de tensión en 20 m de 1,5 mm² con 10 A, en monofásico.
ΔU = 2 × 0,0172 × 20 × 10 / 1,5 = 4,6 V, o sea el 2,1 % de 220 V. Aceptable, pero con 30 m ya se pasaría del límite.
¿De qué depende la corriente admisible de un conductor?
De la sección, del tipo de aislación y de las condiciones de instalación: al aire, en caño, enterrado, agrupado con otros y a qué temperatura ambiente.
¿Qué significa IP44 y dónde corresponde?
Protección contra cuerpos sólidos mayores a 1 mm y contra salpicaduras de agua desde cualquier dirección. Corresponde en baños, lavaderos y galerías.
¿Cuándo es obligatorio el cable libre de halógenos?
En lugares con concentración o evacuación de personas: escuelas, hospitales, cines, subterráneos. En un incendio, el PVC emite humos densos, tóxicos y corrosivos.
¿Por qué el núcleo de un transformador se hace con chapas aisladas?
Para interrumpir las corrientes parásitas que se inducirían en un núcleo macizo y lo calentarían sin producir trabajo útil.
¿Qué diferencia hay entre pérdidas en el cobre y en el hierro?
Las del cobre son I²R y dependen de la carga —crecen con el cuadrado de la corriente—; las del hierro son histéresis y corrientes parásitas, y son prácticamente constantes aunque el equipo esté en vacío.
¿Qué se compara en una inspección termográfica?
La temperatura del punto sospechoso con la de un punto equivalente —la misma fase en otro borne— y con la ambiente. Lo que importa es la diferencia.
¿Qué pasa al unir cobre con aluminio directamente?
Se forma un par galvánico: el contacto se corroe, la resistencia aumenta y el punto se calienta. Se resuelve con terminales bimetálicos y pastas específicas.
¿Cuánta potencia disipa un borne de 5 mΩ con 40 A?
P = I²R = 1600 × 0,005 = 8 W concentrados en un punto diminuto. Alcanza para degradar el aislante y para que el problema empeore solo.