El cobre de paso electrolítico (ETP), un cobre de alta pureza que contiene oxígeno como agente de aleación, representa la mayor parte de las aplicaciones de los conductores eléctricos debido a su alta conductividad eléctrica y su mejor recocido. El cobre ETP se utiliza para la transmisión de energía, la distribución de energía y las telecomunicaciones. Las aplicaciones más comunes son los cables de construcción, los bobinados de los motores, los cables eléctricos y las barras colectoras. Los cobres libres de oxígeno se utilizan para resistir la fragilidad por hidrógeno cuando se necesitan grandes cantidades de trabajo en frío y para aplicaciones que requieren una mayor ductilidad (por ejemplo, los cables de telecomunicaciones). Cuando la fragilidad por hidrógeno es una preocupación y no se requiere una baja resistividad eléctrica, se puede añadir fósforo al cobre.
Para ciertas aplicaciones, se prefieren los conductores de aleaciones de cobre en lugar del cobre puro, especialmente cuando se requieren mayores resistencias o mejores propiedades de resistencia a la abrasión y a la corrosión. Sin embargo, en comparación con el cobre puro, las ventajas de mayor resistencia a la corrosión que ofrecen las aleaciones de cobre se ven compensadas por su menor conductividad eléctrica. Los ingenieros de diseño sopesan las ventajas y desventajas de los distintos tipos de conductores de cobre y de aleaciones de cobre a la hora de determinar qué tipo especificar para una aplicación eléctrica específica. Un ejemplo de conductor de aleación de cobre es el hilo de cobre cadmiado, que se utiliza para la electrificación de los ferrocarriles en Norteamérica. En Gran Bretaña, la BPO (posteriormente Post Office Telecommunications) utilizaba líneas aéreas de cobre cadmiado con un 1% de cadmio para una mayor resistencia; para las líneas locales 40 libras/milla (1,3 mm de diámetro) y para las líneas de peaje 70 libras/milla (1,7 mm de diámetro).
A continuación se resumen algunos de los principales mercados de aplicación de los conductores de cobre.
Cableado eléctricoEditar
El cobre utilizado en los cables de construcción tiene un índice de conductividad del 100% IACS o superior. Los cables de cobre para edificios requieren menos aislamiento y pueden instalarse en conductos más pequeños que cuando se utilizan conductores de menor conductividad. Además, comparativamente, puede caber más cable de cobre en un conducto determinado que los conductores de menor conductividad. Este mayor «relleno de cable» es una ventaja especial cuando se recablea o amplía un sistema.
El cable de cobre para la construcción es compatible con tornillos de latón y chapados de calidad. El cable proporciona conexiones que no se corroen ni se arrastran. Sin embargo, no es compatible con los cables o conectores de aluminio. Si los dos metales se unen, puede producirse una reacción galvánica. La corrosión anódica durante la reacción puede desintegrar el aluminio. Por este motivo, la mayoría de los fabricantes de aparatos y equipos eléctricos utilizan cables de cobre para las conexiones a los sistemas de cableado de los edificios.
El cableado de edificios «totalmente de cobre» se refiere a los edificios en los que el servicio eléctrico interior se lleva a cabo exclusivamente a través de cableado de cobre. En los hogares totalmente de cobre, los conductores de cobre se utilizan en los paneles de los disyuntores, en el cableado de los circuitos derivados (a las tomas de corriente, interruptores, aparatos de iluminación y similares), y en las ramas dedicadas que dan servicio a los electrodomésticos de gran carga (como cocinas, hornos, secadoras de ropa y acondicionadores de aire).
Los intentos de sustituir el cobre por el aluminio en el cableado de los edificios se redujeron en la mayoría de los países cuando se descubrió que las conexiones de aluminio se aflojaban gradualmente debido a su lenta fluencia inherente, combinada con la alta resistividad y la generación de calor de la oxidación del aluminio en las juntas. Los contactos con resorte han aliviado en gran medida este problema con los conductores de aluminio en los cables de construcción, pero algunos códigos de construcción siguen prohibiendo el uso del aluminio.
Para los tamaños de circuitos derivados, prácticamente todo el cableado básico para luces, tomas de corriente e interruptores está hecho de cobre. En la actualidad, el mercado de los cables de aluminio para la construcción se limita principalmente a los tamaños de mayor calibre utilizados en los circuitos de suministro.
Los códigos de cableado eléctrico indican la corriente nominal permitida para los tamaños estándar de los conductores. La corriente nominal de un conductor varía en función del tamaño, la temperatura máxima permitida y el entorno de funcionamiento del conductor. Los conductores utilizados en áreas donde el aire frío circula libremente alrededor de los cables generalmente pueden transportar más corriente que el conductor de tamaño pequeño encerrado en un conducto subterráneo con muchos conductores similares adyacentes. Los valores prácticos de temperatura de los conductores de cobre aislados se deben principalmente a las limitaciones del material de aislamiento o de la temperatura nominal del equipo conectado.
Cableado de comunicacionesEditar
Cable de par trenzadoEditar
El cableado de par trenzado es el cable de red más popular y se utiliza a menudo en las redes de datos para conexiones de longitudes cortas y medias (hasta 100 metros o 328 pies). Esto se debe a sus costes relativamente más bajos en comparación con la fibra óptica y el cable coaxial.
Los cables de par trenzado no apantallado (UTP) son el principal tipo de cable para uso telefónico. A finales del siglo XX, los UTP surgieron como el cable más común en los cables de redes informáticas, especialmente como cables de parcheo o conexiones de red temporales. Se utilizan cada vez más en aplicaciones de vídeo, principalmente en cámaras de seguridad.
Los cables UTP plenum que van por encima de los techos y dentro de las paredes utilizan un núcleo de cobre sólido para cada conductor, lo que permite que el cable mantenga su forma cuando se dobla. Los cables de parcheo, que conectan los ordenadores a las placas de pared, utilizan cables de cobre trenzado porque se espera que se flexionen durante su vida útil.
LosUTP son los mejores cables de línea equilibrada disponibles. Sin embargo, son los más fáciles de intervenir. Cuando las interferencias y la seguridad son preocupaciones, se suele considerar el cable apantallado o el cable de fibra óptica.
Los cables UTP incluyen: Cable de categoría 3, ahora el requisito mínimo por la FCC (EE.UU.) para cada conexión telefónica; cable de categoría 5e, pares mejorados de 100 MHz para ejecutar Gigabit Ethernet (1000Base-T); y cable de categoría 6, donde cada par corre 250 MHz para mejorar el rendimiento de 1000Base-T.
En las redes de cables de par trenzado de cobre, la certificación de los cables de cobre se consigue mediante una serie de pruebas exhaustivas de acuerdo con las normas de la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) o de la Organización Internacional de Normalización (ISO).
Cable coaxialEditar
Los cables coaxiales se utilizaron ampliamente en los sistemas de ordenadores centrales y fueron el primer tipo de cable importante utilizado para las redes de área local (LAN). Las aplicaciones más comunes del cable coaxial en la actualidad incluyen las conexiones de datos de redes informáticas (Internet) y de instrumentación, la distribución de vídeo y CATV, la transmisión de RF y microondas, y las líneas de alimentación que conectan los transmisores y receptores de radio con sus antenas.
Aunque los cables coaxiales pueden recorrer distancias más largas y tienen mejor protección contra la EMI que los pares trenzados, los cables coaxiales son más difíciles de trabajar y de llevar desde las oficinas hasta el armario de cableado. Por estas razones, ahora se está sustituyendo generalmente por cables UTP menos costosos o por cables de fibra óptica para obtener más capacidad.
Hoy en día, muchas empresas de CATV siguen utilizando cables coaxiales en los hogares. Sin embargo, estos cables se conectan cada vez más a un sistema de comunicación de datos de fibra óptica fuera de la vivienda. La mayoría de los sistemas de gestión de edificios utilizan cableado de cobre propio, al igual que los sistemas de megafonía/altavoces. Los sistemas de vigilancia y entrada de seguridad siguen dependiendo a menudo del cobre, aunque también se utilizan cables de fibra.
Cableado estructuradoEditar
La mayoría de las líneas telefónicas pueden compartir voz y datos simultáneamente. El cableado telefónico cuádruple pre-digital en los hogares es incapaz de manejar las necesidades de comunicaciones para múltiples líneas telefónicas, servicio de Internet, comunicaciones de vídeo, transmisión de datos, máquinas de fax y servicios de seguridad. La diafonía, las interferencias estáticas, las señales inaudibles y las interrupciones del servicio son problemas habituales del cableado anticuado. Los ordenadores conectados a un cableado de comunicaciones anticuado suelen experimentar un rendimiento deficiente de Internet.
«Cableado estructurado» es el término general para el cableado local del siglo XXI para los sistemas de teléfono, vídeo, transmisión de datos, seguridad, control y entretenimiento de alta capacidad. Las instalaciones suelen incluir un panel de distribución central en el que se realizan todas las conexiones, así como tomas de corriente con conexiones dedicadas para teléfono, datos, TV y tomas de audio.
El cableado estructurado permite que los ordenadores se comuniquen entre sí sin errores y a altas velocidades, a la vez que resiste las interferencias entre diversas fuentes eléctricas, como los electrodomésticos y las señales de comunicación externas. Los ordenadores conectados en red pueden compartir simultáneamente conexiones a Internet de alta velocidad. El cableado estructurado también puede conectar ordenadores con impresoras, escáneres, teléfonos, máquinas de fax e incluso sistemas de seguridad y equipos de entretenimiento domésticos.
El cable coaxial RG-6 con blindaje cuádruple puede transportar un gran número de canales de televisión al mismo tiempo.Un patrón de cableado en estrella, en el que el cableado de cada toma se extiende hasta un dispositivo de distribución central, facilita la flexibilidad de los servicios, la identificación de problemas y una mejor calidad de la señal. Este patrón tiene ventajas con respecto a los bucles en cadena. Existen herramientas, consejos y técnicas de instalación para sistemas de cableado en red que utilizan pares trenzados, cables coaxiales y conectores para cada uno de ellos.
El cableado estructurado compite con los sistemas inalámbricos en los hogares. Aunque los sistemas inalámbricos tienen ciertamente ventajas de comodidad, también tienen inconvenientes con respecto a los sistemas de cableado de cobre: el mayor ancho de banda de los sistemas que utilizan cableado de categoría 5e suele soportar más de diez veces las velocidades de los sistemas inalámbricos para aplicaciones de datos más rápidas y más canales para aplicaciones de vídeo. Por otro lado, los sistemas inalámbricos suponen un riesgo para la seguridad, ya que pueden transmitir información sensible a usuarios no deseados a través de dispositivos receptores similares. Los sistemas inalámbricos son más susceptibles a las interferencias de otros dispositivos y sistemas, lo que puede comprometer su rendimiento. Ciertas zonas geográficas y algunos edificios pueden ser inadecuados para las instalaciones inalámbricas, al igual que algunos edificios pueden presentar dificultades para instalar cables.
Distribución de energíaEditar
La distribución de energía es la etapa final del suministro de electricidad para un uso final. Un sistema de distribución de energía lleva la electricidad desde el sistema de transmisión hasta los consumidores.
Los cables de alimentación se utilizan para la transmisión y distribución de energía eléctrica, ya sea en el exterior o en el interior de los edificios. Existen detalles sobre los distintos tipos de cables eléctricos.
El cobre es el material conductor preferido para las líneas de transmisión subterráneas que operan a tensiones altas y extra altas hasta 400 kV. El predominio de los sistemas subterráneos de cobre se debe a sus mayores conductividades eléctricas y térmicas volumétricas en comparación con otros conductores. Estas propiedades beneficiosas para los conductores de cobre conservan el espacio, minimizan la pérdida de energía y mantienen las temperaturas de los cables más bajas.
El cobre sigue dominando las líneas de baja tensión en las minas y en las aplicaciones submarinas, así como en los ferrocarriles eléctricos, los polipastos y otros servicios exteriores.
El aluminio, ya sea solo o reforzado con acero, es el conductor preferido para las líneas de transmisión aéreas debido a su menor peso y coste.
Conductores de aparatosEditar
Los conductores de aparatos para aplicaciones domésticas e instrumentos se fabrican a partir de alambre blando trenzado en haz, que puede estar estañado para la soldadura o la identificación de fases. Dependiendo de las cargas, el aislamiento puede ser de PVC, neopreno, etileno-propileno, relleno de polipropileno o algodón.
Conductores de automociónEditar
Los conductores de automoción requieren un aislamiento resistente a las temperaturas elevadas, a los productos petrolíferos, a la humedad, al fuego y a los productos químicos. El PVC, el neopreno y el polietileno son los aislantes más comunes. Los potenciales van desde 12 V para los sistemas eléctricos hasta entre 300 V y 15.000 V para los instrumentos, la iluminación y los sistemas de encendido.
Cable magnéticoEditar
El alambre magnético o alambre de bobinado se utiliza en bobinados de motores eléctricos, transformadores, inductores, generadores, auriculares, bobinas de altavoces, posicionadores de cabezales de discos duros, electroimanes y otros dispositivos.
La mayoría de las veces, el alambre magnético se compone de cobre totalmente recocido y refinado electrolíticamente para permitir un bobinado más cercano al hacer bobinas electromagnéticas. El alambre está recubierto con una serie de aislamientos poliméricos, incluido el barniz, en lugar del plástico más grueso u otros tipos de aislamiento que se utilizan habitualmente en los cables eléctricos. Las calidades de cobre de alta pureza sin oxígeno se utilizan para aplicaciones de alta temperatura en atmósferas reductoras o en motores o generadores refrigerados por gas hidrógeno.