La excelente conductividad hace del cobre uno de los materiales más utilizados en el sector eléctrico. Su resistencia a la electricidad es la más baja de todos los metales no preciosos, además de presentar diversas ventajas en el traslado de corriente.
Es verdad que existen muchos materiales que pueden conducir la electricidad en un cierto grado; sin embargo, para que uno de ellos sea el conductor óptimo, debe combinar una conductividad muy alta con importantes características mecánicas. En este sentido, los más utilizados son los metales.
Aunque existen los superconductores, materiales especiales para una conductividad eléctrica casi perfecta, no se han podido desarrollar para uso comercial. Algunas son aleaciones de cobre, pero deben operarse a muy bajas temperaturas, inferiores a los -200 grados centígrados.
Europa, por ejemplo, cuenta con 7 millones de kilómetros entre líneas y cables de electricidad, por lo que sería imposible pensar en mantenerlos a -200 °C, una acción que requeriría gran cantidad de energía para mantener el enfriamiento, por lo cual los superconductores todavía no resultan útiles.
Igualmente, 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 los candidatos naturales para el desarrollo de conductores eléctricos. En ese sentido, el cobre posee la mayor conductividad de los metales usados comercialmente y sus características mecánicas son superiores, rasgo que lo convierte en un metal excepcional para el transporte de la energía eléctrica a temperatura ambiente.
En una instalación eléctrica, los conductores están sujetos a inevitables dobleces y en ocasiones a abuso mecánico. Ante tal 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 posee un coeficiente de elasticidad más bajo que el cobre, por lo que se estira en la zona requerida al ser conectado bajo gran tensión mecánica.
A muchas instalaciones con conductores de aleación de aluminio se les ha sometido a la prueba C119.4 500 de ciclo térmico, establecida por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, (ANSI, por sus siglas en inglés). Al someter el material a una Prueba Bajo Inmersión con 100 Ciclos de Corriente (CCST) para aproximarse a las condiciones reales de vida de un conductor deben aplicarse por lo menos 1 mil 600 ciclos.
La experiencia de campo ha demostrado que una parte significativa de las instalaciones con conductores de aluminio probada empleando estos estándares pasan la prueba, pero falla al exponérsele a las condiciones reales de operación, ya que es común que los conductores en operación se sometan de manera natural a un ciclo térmico diario como mínimo.
El Comité de Conductores Aislados del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE, por sus siglas en inglés) ha determinado con precisión la capacidad de conducción de una amplia gama de alambres y cables bajo distintas condiciones de instalación, las cuales han sido publicadas en la Norma IEEE 835-1994. Ésta 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 es fácil de usar, gracias a que el diámetro de un cable de este material es menor y requiere de poco aislamiento, blindaje y forros, en comparación con un cable de aluminio; asimismo, es más flexible, característica que disminuye el esfuerzo para doblarlo y colocarlo en posición durante la instalación. Además, son menos voluminosos, permitiendo que su transporte hasta el lugar de instalación sea fácil, pues se necesita de un carrete de menor tamaño, lo que hace posible su instalación en lugares donde el espacio es limitado.
Por su parte, las aleaciones de aluminio son metales más activos que el cobre y en presencia de humedad se corroen, reduciendo su vida útil. La humedad puede ingresar al cable durante el transporte, la manipulación o el almacenamiento a la intemperie, debido a daños accidentales o a fallas en los empalmes o las terminales.
El agua en contacto con el conductor 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 causa una expansión perjudicial en la estructura de aislamiento del cable y, eventualmente, su destrucción; mientras que 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 puede ser más barato que un cable de cobre, pero una economía real no debe medirse únicamente por el costo inicial. Ésa 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 está basada en la medición del desempeño real sobre el terreno y no sólo en pruebas aceleradas de laboratorio a corto plazo. En lo que respecta a los cables subterráneos de alta y media tensión, el cobre ha resultado el más adecuado; en este caso, el mayor costo se debe a su aislamiento.
El aluminio, por su mayor resistencia eléctrica, requiere un área mayor, por lo que se necesita una cantidad considerable de material de aislamiento para rodearlo, lo que puede redundar en un cable más costoso; por este y otros motivos, suele preferirse el conductor de cobre, ya que presenta un menor volumen total.
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 suelen construirse con cobre y no con aluminio. Asimismo, en casas y oficinas, el cobre se utiliza por razones prácticas; las terminales de conexión para enchufes hechos de aluminio serían bastante grandes, lo que resulta poco práctico.
Los cables de cobre están hechos de un número importante de finos hilos de dicho material, son altamente flexibles y fáciles de pasar a través de los ductos. En los edificios se emplea porque permite que el conductor y sus conectores se conecten sin deformaciones, situación que es altamente conveniente desde un punto de vista presupuestal. Las conexiones no pueden ser de alambres de aluminio, porque bajo la presión del tornillo 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 sobretemperatura 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, en consecuencia, más durable, lo cual es especialmente importante para aplicaciones en entornos exigentes, como el alambre magneto utilizado en motores eléctricos o cables de fuerza en ambientes industriales.
Finalmente, 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. También 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 los procesos pasajeros.
Por estas características excepcionales, el cobre tiene un impacto positivo en la capacidad del sistema eléctrico, en la reducción de los costos de operación y en la disminución de producción de gases de efecto invernadero.
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