Es verdad que existen muchos materiales que pueden conducir la electricidad en un cierto grado, de cualquier manera para que un material sea candidato óptimo para ser utilizado como conductor deben combinar una conductividad muy alta con importantes características mecánicas. Los materiales más utilizados como conductores eléctricos son los metales.
Aunque existen los superconductores, materiales especiales para una conductividad eléctrica casi perfecta, no se han podido desarrollar para uso comercial, algunos de los superconductores son aleaciones de cobre, pero deben ser operados a muy bajas temperaturas, inferiores a los -200 °C.
Europa, por ejemplo, cuenta con 7 millones de kilómetros entre líneas y cables de electricidad, sería imposible pensar en mantenerlos a -200 º C, esa acción requeriría una gran cantidad de energía para mantener el enfriamiento, en esta circunstancia los superconductores todavía no son útiles para poder transportar una gran cantidad de energía eléctrica.
Aparte de los superconductores, destacan cuatro metales por su gran conductividad: plata, cobre, oro y aluminio. Debido a que la plata y el oro son demasiado costosos para su utilización de forma masiva, el cobre y el aluminio son candidatos naturales para el desarrollo de conductores eléctricos, en ese sentido el cobre posee la mayor conductividad entre todos los metales usados comercialmente y sus características mecánicas son superiores, lo que lo hace un metal excepcional para el transporte de la energía eléctrica a temperatura ambiente.
La principal razón para utilizar el cobre como materia prima en el sector eléctrico es su excelente conductividad, en otras palabras, su baja resistencia eléctrica. El cobre tiene la resistencia eléctrica más baja de todos los metales no preciosos.
Para ejemplificar otras bondades del cobre, en una instalación eléctrica los conductores están sujetos a inevitables dobleces y en ocasiones a abuso mecánico. Ante esta situación, los conductores de cobre son más fuertes y tienen mayor resistencia mecánica que los conductores de aluminio o de aleaciones de aluminio. 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 conectado bajo gran tensión mecánica.
Muchas instalaciones con conductores de aleación de aluminio han sido sometidas a la prueba de ciclo térmico establecida por la American Nacional Standar Institute (ANSI), C119.4 500, al someter al material a una Prueba Bajo Inmersión con 100 Ciclos de Corriente (CCST), para aproximarse a las condiciones reales de vida de un conductor, debería aplicarse por lo menos 1600 ciclos.
La experiencia de campo ha demostrado que muchas de las instalaciones, con conductores de aluminio, probadas usando estos estándares pasan la prueba pero fallan al exponérseles a las condiciones reales de operación, ya que es común que los conductores en operación se sometan en forma natural a un ciclo térmico diario como mínimo.
El Comité de Conductores Aislados del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) ha determinado con precisión la capacidad de conducción de una amplia gama de alambres y cables, en distintas condiciones de instalación, las cuales han sido publicadas en la Norma IEEE 835-1994. Dicha norma es utilizada por ingenieros, planificadores y diseñadores de sistemas en todo el mundo. Sus cuadros muestran que la capacidad de conducción de los conductores de cobre es aproximadamente 1.6 veces mayor que la de los conductores de aleación de aluminio de la misma sección transversal, debido a la mayor conductividad inherente al cobre.
El cobre posee facilidad de uso dado que un cable de este material tiene un diámetro menor y menos requerimiento de aislamiento, blindaje y forros que un cable de aluminio, es más flexible y requiere menos esfuerzo para doblarlo y colocarlo en posición durante la instalación. Además los cables de cobre son menos voluminosos; por ello su transporte hasta el lugar de instalación también es más fácil, ya que se requiere de un carrete más pequeño, por ser más pequeño, permite la instalación en lugares donde el espacio es limitado.
Las aleaciones de aluminio son metales más activos que el cobre y en presencia de humedad se corroen. Esta susceptibilidad a la corrosión reduce la vida útil de un cable de aleación de aluminio. La humedad puede ingresar al cable durante el transporte, la manipulación, o el almacenamiento a la intemperie, a través de daños accidentales o de fallas en los empalmes o las terminales.
El agua en contacto con el conductor hecho de aleación de aluminio ocasiona una severa corrosión convirtiendo al aluminio en un hidróxido y en gas de hidrógeno. El hidróxido tiene mayor volumen que el metal y su formación causará una expansión perjudicial en la estructura de aislamiento del cable y eventualmente su destrucción. El gas de hidrógeno producido puede con frecuencia alcanzar altas presiones con resultados dañinos.
Una comparación económica entre los cables de cobre y los hechos de aleación de aluminio resulta importante para tomar una decisión de compra. A primera vista un cable de aluminio algunas veces es más barato que un cable de cobre, pero una economía real no debe medirse sólo por el costo inicial. Esa es la razón por la que debe considerarse el costo del ciclo de vida, que incluye la vida útil del cable, el costo de instalación, los materiales, el mantenimiento, las reparaciones y el posible remplazo, conjuntamente con la responsabilidad potencial por un pobre desempeño durante el servicio, a diferencia del aluminio, la vida útil del cobre se basa en un desempeño real sobre el terreno y no sólo en pruebas aceleradas de laboratorio a corto plazo.
Para cables subterráneos de alta y media tensión, el cobre es el más pertinente; en este caso el mayor costo de este material se debe a su aislamiento. El aluminio por su mayor resistencia eléctrica requiere mayor área, por lo que se necesita una mayor cantidad de material de aislamiento para rodearlo, lo que puede redundar en un cable de mayor costo. Consecuentemente, en este caso, se prefiere a menudo el menor volumen que ofrece el cobre.
Otra ventaja del cobre para aplicaciones bajo tierra es su alta resistencia contra la corrosión. Esta es la razón por la que las líneas aéreas en zonas costeras, son a menudo construidas en cobre en vez de aluminio. Asimismo en casas y oficinas, el cobre se utiliza por razones prácticas, las terminales de conexión para enchufes hechos de aluminio serían mucho más grandes, lo que resulta poco práctico.
Los cables de cobre son hechos por un número importante de finos hilos de ese material, son altamente flexibles y fáciles de pasar a través de los ductos. En los edificios se utiliza cobre porque permite que el conductor y sus conectores sean conectados sin deformaciones, situación que es altamente conveniente desde un punto de vista presupuestal. Estas conexiones no pueden ser hechas en alambres de aluminio, porque bajo la presión del tornillo, el aluminio se deforma y con los ciclos térmicos se produce dilatación y contracción del metal que junto con su fluencia causa falso contacto, incremento de temperatura de operación y disminución del área efectiva de contacto, lo que deriva en una conexión debilitada, con riesgo de sobre temperatura y la probabilidad del fuego asociado.
El cobre posee excelentes características que lo convierten en un conductor por excelencia para equipos eléctricos. Mecánicamente, es un material más fuerte que el aluminio, y consecuentemente más durable. Esto es especialmente importante para aplicaciones en entornos exigentes, tales como alambre magneto utilizado en para motores eléctricos o cables de fuerza en ambientes industriales.
Finalmente, el cobre posee un bajo coeficiente de dilatación térmica, que implica una baja expansión cuando se calienta; esto implica proveer menos espacio libre para la expansión del material en los equipos. Además el cobre tiene mayor capacidad térmica que el aluminio (cuando se hace referencia a unidad por volumen), lo que significa que se puede disipar más calor durante procesos pasajeros.
Por estas características excepcionales el cobre tiene un impacto positivo en la capacidad del sistema eléctrico, también en la reducción de los costos de operación y en la disminución de producción de gases de efecto invernadero.
Fotografía: © ICA – Procobre México – www.procobre.org
Información y fotografías cortesía de: Imelda Vargas y Omar Cruz | Burson-Marsteller – www.bm.com
Acerca de ICA – Procobre
ICA – Procobre es una red de instituciones latinoamericanas cuya misión es la promoción del uso del cobre, impulsando la investigación y el desarrollo de nuevas aplicaciones y difundiendo su contribución al mejoramiento de la calidad de vida y el progreso de la sociedad. Procobre forma parte de la Internacional CopperAssociation (ICA), con sede en Nueva York, encargada de liderar la promoción del cobre a nivel mundial. Para más información consultar www.procobre.org.
