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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
EXPERIENCIAS EN LA FABRICACIÓN DE CONDUCTORES
ELÉCTRICOS HASTA 2000 V.
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO
CARLOS MARCELO JIMÉNEZ TENEDA
DIRECTOR: ING. MILTON TOAPANTA
Quito, Enero 2002
DECLARACIÓN
Yo, Carlos Marcelo Jiménez Teneda, declaro bajo juramento que el trabajo aquídescrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningúngrado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficasque se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectualcorrespondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según loestablecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por lanormatividad institucional vigente.
Carlos Marcelo Jiménez T.
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el Sr. Carlos MarceloJiménez T., bajo mi supervisión.
DIRECTOR DE PROYECTO
ÍNDICE
ÍNDICE 4
RESUMEN 6
INTRODUCCIÓN 8
OBJETIVOS 8
ALCANCE 9
CAPÍTULO 1. TIPOS Y ESPECIFICACIONES DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS
1.1 Alcance 101.2 Especificación para alambres suaves o recocidos desnudos 111.3 Especificación para cables concéntricos desnudos 141.4 Especificación para cables bunchados desnudos 161.5 Especificación para alambres y cables TW 171.6 Especificación para alambres y cables THW 191.7 Especificación para cables TTU de 2000 V 211.8 Especificación para conductores flexibles TFF y GPT 241.9 Especificación para cordones paralelos SPT 251.10 Especificación para alambres TF 271.11 Especificación para cables multipolares ST 291.12 Especificación para cables UF 31
CAPÍTULO 2. MATERIA PRIMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
2.1 Alcance 342.2 Material conductor 342.3 Materias primas de aislamiento y chaqueta 37
CAPÍTULO 3. PROCESOS DE PRODUCCIÓN, MÁQUINAS Y OTROS
3.1 Alcance 453.2 Trefilación 453.3 Recocido 573.4 Cableado 593.5 Aislado 663.6 Reunido 783.7 Chaqueta 783.8 Fraccionamiento 783.9 Control en procesos de aislado, reunido, chaqueta y fraccionamiento79
CAPÍTULO 4. DISEÑO DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS
4.1 Alcance 824.2 Parámetros de alambres de cobre 824.3 Parámetros de cables concéntricos 844.4 Parámetros de cables bunchados flexibles 894.5 Parámetros del material de aislamiento 914.6 Parámetros de cables multipolares 954.7 Tablas de características físicas y eléctricas de los conductores 99
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
5.1 Conclusiones 1075.2 Recomendaciones 108
BIBLIOGRAFÍA 110
ANEXO A.- ESPECIFICACIONES DE PRODUCTOS Y MATERIAS PRIMAS111
ANEXO B.- CALCULO DE DIÁMETROS Y ÁREAS DE CONDUCTORES SÓLIDOS128
ANEXO C.- FIGURAS DE CONDUCTORES Y LINEAS DE PRODUCCIÓN132
RESUMEN.
En libros de texto y catálogos existe información de las características
físicas y eléctricas de los conductores eléctricos pero no sobre la forma de
fabricación.
Este tema en su parte central cubre, a base de la experiencia en esta rama,
todos los aspectos relacionados con la fabricación de conductores eléctricos
utilizados en domicilios, industrias, comercios, etc., que son producidos por las
industrias nacionales.
Para llegar a esto en el primer capítulo se tratan los aspectos relacionados
con los diferentes tipos de conductores eléctricos como son: normas,
especificaciones, requerimientos de cumplimiento de parámetros físicos y
eléctricos, constitución y tipos de materias primas utilizadas.
Las normas utilizadas básicamente son las siguientes: ASTM, UL e
ICEA/NEMA que son las de uso generalizado tanto en EEUU como en otros
países del continente americano.
Las normas ASTM sirven para especificar los requerimientos tanto de los
conductores desnudos como de algunas materias primas.
Las normas UL con sus especificaciones 62, 83 y 1581 definen los tipos y
las características físicas, eléctricas, de instalación y de calidad que deben tener
los conductores.
La norma ICEA/NEMA con su especificación 561-402 se utiliza para definir
las características de los conductores eléctricos utilizados en industrias,
comercios y edificios residenciales, como son los TTU que pueden operar hasta
con 2000 V.
En un segundo capítulo se especifican las propiedades de las diferentes
materias primas que constituyen ios conductores eléctricos.
Con los datos de los dos primeros capítulos se define el diagrama de flujo
de cómo son fabricados los diferentes conductores eléctricos y de acuerdo con
éste, se trata cada una de las etapas por las que pasan las materias primas hasta
convertirse en productos terminados.
Cada una de estas etapas se conocen como procesos de producción o
fabricación que son desarrollados en líneas constituidas por máquinas y equipos
con funciones específicas cuyas características son detalladas.
Los procesos de producción para la fabricación de conductores eléctricos
de cobre son: trefilación, recocido, cableado, bunchado, aislado, reunido,
chaqueta y fraccionamiento, en cada uno de los cuales los productos tienen
características dimensionales que permitan a los conductores cumplir con los
requerimientos de calidad exigidos por las normas.
En el capítulo cuarto se definen las consideraciones y fórmulas utilizadas
para calcular las dimensiones y consumos de materias primas, mediante las
cuales se obtienen los valores que conforman las tablas de características de los
diferentes conductores eléctricos.
Por último en el capítulo quinto se detallan las conclusiones generales que
de este proyecto se obtienen así como las recomendaciones que puedan ayudar
tanto a los fabricantes a mejorar sus procesos y por ende sus productos, como a
los estudiantes para conocer mejor y desarrollar otros temas relacionados con los
conductores eléctricos.
INTRODUCCIÓN.
En libros de texto y catálogos se encuentran tablas con las características
dimensionales y físicas de los conductores eléctricos, pero no su fabricación, que
equipos se utilizan tanto para producirlos como para controlar el cumplimiento de
los requerimientos de las especificaciones. Tampoco se mencionan que procesos
de producción deben pasar las materias primas ni como se determinan sus
consumos, que criterios se utilizan, entre otros.
OBJETIVO.
El propósito principal de éste proyecto es, proporcionar al fabricante y a las
personas involucradas con la energía eléctrica, una herramienta básica para
evaluar y conocer cómo son fabricados los conductores eléctricos.
Para Negar a este propósito es necesario conocer las normas y
especificaciones de materias primas y de productos terminados, además de las
etapas por las que pasan éstas hasta convertirse en producto terminado.
Los requerimientos que deben cumplir están definidos en las
especificaciones de las normas utilizadas, las cuales se indican en el capítulo 1.
Los procesos de fabricación y sus equipos no se encuentran definidos en
algún documento específico; para cumplir con el objetivo principal es necesario
tratar más extensamente esta parte del proyecto valiéndose de los años de
trabajo antes que de documentos existentes.
ALCANCE.
Este proyecto cubrirá los aspectos relacionados con la fabricación de
conductores eléctricos generalmente utilizados en instalaciones residenciales e
industriales, donde el voltaje de operación no supere los 2000 V.
Estos conductores eléctricos, básicamente, están formados por
conductores de cobre aislados con compuesto de cloruro de polivinilo o polietiteno
de baja densidad y chaqueta de compuesto de PVC, los cuales son procesados
fácilmente en líneas de extrusión convencionales.
Este proyecto cubrirá los requerimientos de las especificaciones tanto para
los conductores como para las materias primas, procesos de producción, líneas
de fabricación y equipos que conforman las líneas.
Por último se determinarán las fórmulas necesarias, las dimensiones y
consumos de materias primas en los productos terminados para que cumplan con
las especificaciones de cada uno de los tipos de conductores.
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CAPITULO 1.
TIPOS Y ESPECIFICACIONES DE CONDUCTORES
ELÉCTRICOS
1.1 ALCANCE:
Este capítulo cubrirá las normas, especificaciones, técnicas y requerimientos
que deben cumplir los diferentes tipos de cables en cada uno de sus procesos.
Las normas a utilizarse son las de mayor aplicación y reconocimiento tanto en
Estados Unidos como en la mayoría de países del continente, como sucede en
Ecuador donde son la base de las normas publicadas por el INEN.
1.- ASTM.- "American Society for testing and Materials"
2.- UL- "Underwriters laboratories Inc."
3.- ICEA/NEMA "Insulated Cable Engineers Association" and
"National Electrical Manufacturers Association"
4.- INEN.- "Instituto Ecuatoriano de Normalización"
Las normas ASTM principalmente servirá como base para determinar las
especificaciones de materias primas, conductores desnudos de cobre, y ciertos
métodos de medición y cálculos.
Las normas UL e ICEA/NEMA ayudará en la definición de los tipos de
conductores, especificaciones de aislamientos, chaquetas y pruebas de calidad,
que deben cumplir los conductores eléctricos.
De acuerdo a esto se definen las normas y especificaciones que serán de
utilidad en el desarrollo de este capítulo.
11
Materiales o Normas Especificación
Productos
Alambrón de cobre ASTM B 49-90
Cloruro de Poiivinilo PVC ASTM D 1047, D 2219
Poiietileno para aislamiento ASTM D1248
Alambres suaves o recocidos ASTM B 3-90
Cables concéntricos suaves ASTM B 8-90
Cables Sunchados ASTM B174-90
Conductores aislados con PVC UL 62,83
Cables para 2000 V ICEA/NEMA 561,402
Existen otras normas que bajo circunstancias especiales se pueden utilizar
como son las normas VDE de mayor difusión y utilización en el continente
europeo.
Para llevar una secuencia de acuerdo a los procesos de fabricación, las
especificaciones serán desarrolladas también de esa manera
1.2. ESPECIFICACIÓN PARA ALAMBRES SUAVES O RECOCIDOS
DESNUDOS-
1.2.1.- ALCANCE -
Esta especificación cubre los requerimientos que deben cumplir en los
procesos de trefilación y recocido, los conductores sólidos redondos suaves o
recocidos.
1.2.2 REQUERIMIENTOS FÍSICOS Y MECÁNICOS.
Requerimientos de calibre, diámetro, área de sección transversal, peso por
unidad de longitud, y elongación se encuentran en la tabla N° 1 (ANEXO A).
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1.2.3 REQUERIMIENTOS GENERALES.-
1.2.3.1. Variación de diámetros.-
Para diámetros inferiores a 0.254 mm, los diámetros reales no deberán variar
de los valores indicados en la tabla N° 1 (ANEXO A), en + 0.00254 mm y para
diámetros de 0.254 mm y superiores la variación no puede ser superior a + 1%.
1.2.3.2. Soldaduras -
Es permitido realizar soldaduras en alambre con diámetro final, manteniendo
las características dimensionales y conductoras sin variación.
1.2.3.3.- Superficie.-
La superficie de alambres con diámetro final debe estar libre de cualquier
imperfección como rayaduras, astillamiento, oxidación.
1.2.3.4.- Elongación.-
Un alambre sometido a ía prueba de elongación debe cumplir como mínimo
con el valor indicado en la tabla N° 1 (ANEXO A).
1.2.3.5. - Alambres no listados.-
Los alambres utilizados en cables concéntricos deben cumplir con los
requerimientos indicados con el siguiente criterio. Si el diámetro es mayor en
0.0254mm a un calibre listado, debe cumplir con los requerimientos del calibre
inmediato superior.
1.2.3.6. - Resistividad Eléctrica a 20 °C en CD.-
Realizando las mediciones de resistencia eléctrica en CD a 20 °C y los
cálculos, se determina la resistividad eléctrica en CD a 20 °C, cuyo valor no debe
ser superior a 0.017241 fíffim ó su equivalente en otras unidades, como se
indica en la tabla N° 29 (ANEXO A).
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La resistencia eléctrica es medida utilizando un puente doble de Kelvin,
tomando en cuenta la temperatura ambiente a la cual se realiza la medición. Si
esta temperatura es diferente a 20°C, aplicando la siguiente formula se determina
la resistencia eléctrica en C.D. a 20°C
lir =~
Donde:
RT : Resistencia Eléctrica en C.D. a 20°C
Rt : Resistencia Eléctrica medida en C.D. a temperatura t. . [o ]
AT : Coeficiente térmico de Resistencia a 20°C = 0.00393.
T : Temperatura de referencia 20°C [°C]
t : Temperatura ambiente de la prueba. [°C]
El valor RT obtenido, se aplica en la siguiente fórmula para calcular la
resistividad volumétrica a 20 °C en CD:
RTAPv = L
Donde :
pv : Resistividad volumétrica en C.D. a 20 °C . [lí-m
RT : Resistencia Eléctrica en C.D. a 20°C. [n ]
A : Área de la sección transversal del alambre. [mrA]
L : Longitud [m]
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1.3.- ESPECIFICACIÓN PARA CABLES CONCÉNTRICOS
DESNUDOS.
1.3.1. - ALCANCE -
Esta especificación cubre la fabricación de cables de cobre compuestos por 7,
19, 37, 61, 91, etc. hilos de diámetros y temples iguales, dispuestos alrededor de
un hilo central formando capas concéntricas de 6, 12, 18, 24 hilos aplicados
heilcoidalmente.
De acuerdo a su construcción se dividen en:
Clase A: Son conductores a ser aislados con materiales resistentes a la
humedad.
Clase B: Conductores a ser aislados con materiales como, caucho, papel,
algodón, termoplásticos con mayor grado de flexibilidad que los de Clase A.
Clase C y D: Conductores con mayor flexibilidad que los de clase B.
1.3.2. REQUERIMIENTOS FÍSICOS DE CABLES CONCÉNTRICOS
La clase, calibre, número y diámetro de alambres que forman un cable
concéntrico, se especifica en la tabla N° 2 (ANEXO A).
Los cables concéntricos que se utilizarán en los diferentes tipos de productos
terminados corresponden a la clase A y B, cuyas dimensiones y peso por unidad
de longitud se indican en la tabla N° 3 (ANEXO A).
1.3.3. REQUERIMIENTOS GENERALES
1.3.3.1. Requerimientos de alambres
Los alambres que forman estos cables deben cumplir con los requerimientos
de la especificación para alambres suaves o recocidos que se indica en el
numeral 1.2.
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1.3.3.2. Longitud de paso de cableado
Para estos conductores, la longitud de paso de las 2 últimas capas debe estar
comprendida entre 8 y 16 veces el diámetro de la capa. Si el conductor tiene más
de 2 capas las longitudes del paso de cableado de las capas más interiores serán
a criterio del productor.
. - Dirección de cableado
La dirección de cableado de la última capa debe ser mano izquierda, y las
capas adyacentes deben ser alternadamente de dirección inversa.
1.3.3.4. Área de Sección transversal
El área de la sección transversal de un conductor cableado no debe ser
inferior al 98% del área indicada en las tablas N° 2 o 3 (ANEXO A)..
1.3.3.5. - Soldaduras. -
Para estos conductores cableados concéntricos son aceptables soldaduras en
los alambres que los conforman pero cumpliendo con la distancia mínima de 1 pie
entre 2 soldaduras en diferentes alambres.
1.3.3.6. - Elongación. -
Es aceptable chequear la elongación de alambres removidos de un conductor
ya cableado los que tienen que cumplir con lo siguiente:
El promedio de las mediciones de todos los alambres no debe ser inferior al
mínimo requerido antes de ser cableado disminuido en 5%.
Las mediciones individuales no deben ser inferiores al mínimo requerido
menos 15% y en ningún caso debe ser inferior al 5%.
La prueba de elongación en cables concéntricos completos no debe
realizarse.
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1.4. - ESPECIFICACIÓN PARA CABLES SUNCHADOS DESNUDOS.-
1.4.1. - ALCANCE.
Esta especificación cubre la fabricación de conductores cableados
construidos con alambres de calibre entre 26 y 36 AWG dispuestos de tal manera
que un hilo no ocupa un lugar fijo en toda su longitud ni forma ninguna figura
geométrica.
Estos cables bunchados o flexibles serán utilizados en la producción de
conductores aislados para uso en control, equipos domésticos o máquinas
herramientas portátiles.
De acuerdo con el calibre y número de alambres que forman estos cables se
definen diferentes clases de construcción dando como resultado diferentes grados
de flexibilidad.
1.4.2. - REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN Y FÍSICOS
En la tabla ISI° 4 (ANEXO A) se indican las clases de construcción y los
requerimientos físicos de los cables bunchados que son utilizados mayormente.
Existen otras clases de construcción con mayor flexibilidad como M, O, P, Q que
utilizan hilos de diámetros ultrafinos que en el país ninguna fábrica los produce.
1.4.3. - REQUERIMIENTOS GENERALES
1.4.3.1. - Alambres suaves
Los alambres que forman estos cables bunchados flexibles son todos del
mismo calibre y deben cumplir con la especificación del numeral 1.2
1.4.3.2.- Dirección y longitud de paso
La Dirección de cableado será definida por el productor.
La Longitud del paso de estos conductores flexibles deben cumplir con lo
indicado en la tabla N° 4. (ANEXO A).
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1.4.3.3.- Área de la sección transversal
El área de la sección transversal de un conductor flexible no debe ser inferior
al 98% del área especificada en la tabla N° 4. (ANEXO A).
1.4.3.4.- Empalmes -
Es aceptable realizar empalmes manuales de tal forma que no afecten las
características físicas y la procesabilidad de los conductores bunchados.
1.4.4.- OTRAS CONSTRUCCIONES -
Es facultad del productor ofrecer a los clientes otra clase de construcción,
dependiendo de la capacidad de las máquinas, pero cumpliendo con ios
requerimientos del numeral 1.4.3.
1.5. ESPECIFICACIÓN PARA ALAMBRES Y CABLES TW
1.5.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Tensión máxima de operación : 600V AC.
Temperatura máxima del conductor : 60 °C
Aplicaciones.-
Estos alambres y cables son de uso general para instalaciones en
residencias, edificios, locales comerciales y plantas industriales en zonas secas,
semiprotegidas y húmedas. La forma de instalación es mediante la utilización de
tubos conduit metálicos o plásticos. Los calibres comprendidos entre 14 y 8 WG
son los de mayor uso para instalaciones domésticas.
1.5.2 CONSTRUCCIÓN.-
Estos conductores están constituidos por un alambre o cable concéntrico
suave aislados con un material dieléctrico resistente a la humedad y a la llama.
1.5.3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.5.3.1 Conductores.-
Los alambres y cables concéntricos a ser aislados deben cumplir con los
requerimientos indicados en los numerales 1.2 y 1.3 de acuerdo como se indica a
continuación:
Rango de calibre Tipo y temple de conductor
14-6WG Sólido suave
8 - 2000 Kcmils Concéntrico suave
1.5.3.2 A isla míen to.-
1.5.3.2.1 Materíal.-
Compuesto de cloruro de polivinilo para 60 °C de temperatura máxima del
conductor.
1.5.3.2.2 Espesores.-
Estos conductores deben ser cubiertos como mínimo con los espesores
indicados en la tabla N° 5. (ANEXO A).
1.5.4. REQUERIMIENTOS ELECTRICOS.-
1.5.4.1 Voltaje de detección de fallas.-
Esta prueba se realiza al 100% de la longitud producida debido a que el
equipo es parte de la línea de producción. Los valores de voltaje que se deben
aplicar se indican en la tabla N° 6. (ANEXO A).
1.5.4.2 Resistencia de aislamiento en agua.-
La resistencia de aislamiento debe ser medida a 15.6 °C y 60 °C y sus
valores deben ser como mínimo los indicados en la tabla N° 7 (ANEXO A).
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1.5.4.3 Rigidez dieléctrica .-
El producto terminado sumergido en agua a temperatura ambiente por
mínimo 6 horas debe soportar, sin sufrir rotura en su aislamiento, ia aplicación por
60 seg. del voltaje indicado en la tabla N° 8. (ANEXO A).
1.5.5. REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN.-
En la superficie exterior se debe marcar obligatoriamente, como máximo
cada 610 mm, lo siguiente:
• Nombre del fabricante :"
• Tipo :TW.
• Calibre : "AWG ó Kcmils".
• Tensión de operación : "600V".
1.6. ESPECIFICACIÓN PARA ALAMBRES Y CABLES THW
1.6.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Voltaje máximo de operación : 600V AC.
Temperatura máxima del conductor: 75 °C
Rango de calibre Tipo y temple de conductor
14-6 AWG Alambre suave
8 - 2000 Kcmils Concéntrico suave
Aplicaciones.-
Los conductores THW son diseñados para instalaciones generales
en residencias, edificios y plantas industriales. En plantas industriales
donde se generan temperaturas altas y pueden producir gases corrosivos
es recomendable el uso de este tipo de conductores.
20
1.6.2 CONSTRUCCION.-
Los conductores THW son fabricados con alambres o cables concéntricos
suaves de cobre recubiertos con material aislante resistente a la llama y a la
humedad.
1.6.3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.6.3.1 Conductor desnudo.-
Los conductores dependiendo del calibre son sólidos o cables concéntricos
fabricados de acuerdo con las especificaciones de los numerales 1.2 y 1.3.
1.6.3.2 A isla mié ni o.-
1.6.3.2.1 Tipo de material.-
Compuesto de cloruro de polivinilo para 75 °C de temperatura máxima en el
conductor.
1.6.3.2.2 Espesores .-
Estos conductores, como mínimo, deben cumplir con los espesores
indicados en ia tabla N° 9 (ANEXO A).
1.6.4. REQUERIMIENTOS ELECTRICOS.-
L6.4.1 Voltaje de detección de fallas.-
Durante el proceso de aislado, al 100% de producción, se debe aplicar al
conductor el voltaje indicado en la tabla N° 6. (Anexo A), sin que se presenten
fallas en el aislamiento.
1.6.4.2 Resistencia de aislamiento en agua.-
Los conductores THW deben cumplir como mínimo con los valores de
resistencia de aislamiento indicados en la tabla 10 (ANEXO A). Las condiciones
de prueba representan las condiciones en las que estos conductores van a ser
instalados y en operación.
1.6.4.3 Rigidez Dieléctrica.-
El aislamiento debe ser capaz de soportar sin rotura, durante 60 segundos,
el voltaje AC indicado en la tabla N°8 (Anexo A). El conductor debe estar
sumergido en agua a temperatura ambiente durante 6 horas. Si el voltaje de
detección de falla fue aplicado no se debe realizar esta prueba.
1.6.5.- REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN.-
En la superficie exterior se debe marcar obligatoriamente, como máximo
cada 610 mm, lo siguiente:
• Nombre del fabricante :"
• Tipo : "THW"
• Calibre : "AWG o Kcmil"
• Tensión de operación : "600V".
1.7. ESPECIFICACIÓN PARA CABLES TTU DE 2000 V.
1.7.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Tensión máxima de operación : 2000V AC entre fases.
Temperatura máxima del conductor : 75 °C
Rango de calibres : 8 - 1000 Kcmils.
Aplicaciones:
Por su construcción estos cables sirven para sistemas sin conexión a
tierra, a ser instalados en zonas húmedas o secas. La instalación puede ser
directamente enterrados o en ductos, tuberías o bandejas. Son utilizados
generalmente para alimentación de tableros de distribución en industrias y
edificios.
22
1.7.2 CONSTRUCCION.-
Estos son cables concéntricos de cobre recubiertos con un aislamiento
primario y sobre éste aplicada una chaqueta de material resistente a la humedad
y retardante a la llama.
1,7.3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.7.3.1 Conductor desnudo.-
Para este tipo de conductores se utiliza cables concéntricos de cobre que
cumplen con las especificaciones señaladas en el numeral 1.3,
1.7.3.2 Aislamiento.-
L 7.3.2.1 Tipo de material.-
Para el aislamiento de estos tipos de cables se utiliza polietileno natural de
baja densidad.
1.7.3.2.2 Espesor .-
Los conductores deben ser aislados, como mínimo, con los espesores
indicados en la tabla N° 11 (ANEXO A) que corresponde a un nivel de aislamiento
de!133%.
1.7.3.3. CHAQUETA.-
1.7,3.3.1 Tipo de material.-
Compuesto de cloruro de polivinilo para una temperatura máxima en el
conductor de 75 °C.
1.7.3.3.2. Espesores
Los espesores de chaqueta, como mínimo, deben cumplir con los valores
indicados en la tabla No 12. (ANEXO A).
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1.7.4. REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS.
1.7.4.1.Voltaje de detección de fallas.
En el proceso de aislado, al 100% de producción, se debe aplicar al
conductor los voltajes indicados en la tabla N° 13 (ANEXO A).
1.7.4.2.Rcsisícnciii de aislamiento.
El conductor aislado debe cumplir, como mínimo, con una resistencia de
aislamiento correspondiente a una constante dieléctrica de 10000, medida en el
conductor sumergido en agua a 15.6°C.
Si es aplicado el voltaje de detección de fallas esta prueba de resistencia
de aislamiento no es requerida.
1.7.4.3.Rigidez dieléctrica.
En producto terminado se debe aplicar, por un tiempo de 60 seg., el voltaje
indicado en tabla N° 14 (ANEXO A), sin que se produzcan fallas ni en el
aislamiento ni en la chaqueta.
1.7.5.- REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN.-
En la superficie exterior de la chaqueta se debe marcar obligatoriamente,
como máximo cada 610 mm, lo siguiente:
• Nombre del fabricante :"
• Tipo :"TTU".
• Calibre : "AWG o Kcmil"
• Tensión de operación : "2000V".
1.8. ESPECIFICACIÓN PARA CONDUCTORES FLEXIBLES TFF Y
GPT.
1.8.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Temperatura máxima del conductor: 60 y 75 °C
Tensión máxima de operación : 600V AC
Rango de calibre TFF 18 - 16 AWG
: GPT 14-10 AWG
Aplicaciones.-
Conductores a ser utilizados en alambrado de tableros de control, paneles
de automotores.
1.8.2 CONSTRUCCIÓN.-
Cables bunchados de cobre aislados con una capa de material resistente a
la humedad y a la llama.
1.8.3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.8.3.1 Conductor desnudo.-
Conductor flexible bunchado fabricado bajo especificación del numeral 1.4.
1.8.3.2 Aislamiento.-
1.8.3.2.1 Tipo de material.-
Compuestos de cloruro de polivinilo para 60°C y 75°C de temperaturas
máximas en eí conductor respectivamente.
1.8.3.2.2 Espesor.-
Estos conductores deben cumplir, como mínimo, con los espesores
indicados en la tabla N°15 (ANEXO A).
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1.8.4. REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS.
1,8.4.1.Voltaje de detección de fallas.
En el proceso de aislado, al 100% de producción, se debe aplicar un
voltaje de 6000 V.AC. sin que el material dieléctrico sufra rotura.
i .8.4.2.Resistencia de aislamiento.-
El valor medido de resistencia de aislamiento no debe ser menor a 0.762
MQ/Km, cuando el producto terminado ha sido sumergido en agua a temperatura
ambiente por mínimo 6 horas.
1.8.5.- REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN.-
En la superficie exterior se debe marcar obligatoriamente, como máximo
cada 610 mm, lo siguiente:
• Nombre del fabricante :"
• Tipo ; "TFF o GPT".
• Calibre : "AWG".
• Tensión de operación : "600V".
1.9. ESPECIFICACIÓN PARA CORDONES PARALELOS SPT.
1.9.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Temperatura máxima del conductor: 60 °C
Tensión máxima de operación : 300V AC
Rango de calibre : SPT1 20 AWG
SPT2 18 AWG
SPT3 16-10 AWG
Número de conductores : 2
Aplicaciones.-
Estos conductores pueden ser utilizados para alimentación de lámparas
portátiles o colgantes, electrodomésticos y en general equipos móviles en
ambientes secos o húmedos pero no expuestos a maltrato.
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1.9.2 CONSTRUCCION.-
Sobre dos conductores flexibles de cobre dispuestos paralelamente y
separados una distancia se aplica una capa integral de material aislante resistente
a (a humedad y a la llama, formando dos círculos con una depresión en el centro
para facilitar la separación de los polos, como se indica en la Figura N° 1 (ANEXO
C)
1.9.3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.9.3.1 Conductor desnudo.-
Los conductores calibre 20 y 18 serán de clase K y los de calibre 16 a 10
AWG de clase J, de acuerdo con la especificación del numeral 1.4
1.9.3.2 Aislamiento.-
1.9.3.2.1 Tipo de material.-
Compuesto de cloruro de polivinilo para una temperatura máxima de 60 °C
en el conductor.
1.9.3.2.2 Dimensiones.-
Estos conductores deben cumplir, como mínimo, con los valores de
espesor y separación entre conductores indicados en la tabla N° 16 (ANEXO A).
1.9.4. REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS.-
1.9.4.1 Voltaje de detección de fallas.-
En el proceso de aislado, al 100% de producción, se debe aplicar un voltaje
de 6000 V. ACt sin que se produzcan fallas.
1.9.4.2. Resistencia de aislamiento.
Esta no debe ser inferior a 0.762 MQ/Km, medido con el producto
sumergido en agua a temperatura ambiente por 6 horas como mínimo.
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1.9.4.3. Rigidez dieléctrica.-
Este tipo de conductor debe ser capaz de soportar por 60 segundos un
voltaje de 1500 VAC sin presentar rotura en el aislamiento.
1.9.5. REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN.
En la superficie exterior se debe marcar obligatoriamente, como máximo
cada 610 mm, to siguiente:
• Nombre del fabricante : "
• Tipo : "SPT1 ,SPT2, SPT3".
• Calibre :"2xAWG"
• Tensión de operación : "300V".
1.10. ESPECIFICACIÓN PARA ALAMBRES TF.
1.10.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Temperatura máxima del conductor: : 60 °C
Tensión máxima de operación : 600V AC
Rango de calibre : 18 -16 AWG
Aplicaciones.-
Instalación interior de equipos fijos de iluminación.
1.10.2 CONSTRUCCIÓN.-
Conductor sólido de cobre aislados con material dieléctrico resistente a la
humedad y a la llama.
1.10.3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.10.3.1 Conductor.-
Alambre sólido de cobre, que cumple con los requerimientos de ia
especificación del numeral 1.2.
1.10.3.2 Aislamiento.-
1.10.3.2.1 Tipo de material.-
Compuesto de cloruro de poiiviniio para una temperatura máxima de 60 °C
en el conductor.
1.10.3.2.2 Espesor.-
Estos alambres deben ser aislados con un espesor mínimo promedio de
0.76 mm y un espesor mínimo en un punto de 0.69 mm
1.10.4. REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS.-
1.10.4.1 Voltaje de detección de fallas.-
Durante el proceso de aislado, al 100% de producción, se debe aplicar un
voltaje de 2000V AC sin que se produzcan fallas.
1.10.4.2 Resistencia de aislamiento.-
El conductor terminado debe cumplir con una resistencia de aislamiento no
menor a 0.762 MCI/Km.
1.JÜ.5..REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN.
En la superficie exterior se debe marcar obligatoriamente, como máximo
cada 610 mm, lo siguiente:
• Nombre del fabricante : "
• Tipo :"TF".
• Calibre : "AWG".
• Tensión de operación : "600V".
29
1.11. ESPECIFICACIÓN PARA CABLES MULTIPOLARES ST.
1.11.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Temperatura máxima del conductor : 60 °C
Tensión máxima de operación : 600V AC
Rango de calibre : 18 -10 AWG. Flexibles
8-2 AWG. Concéntricos
Número de conductores : 2 o más
Aplicaciones.-
Aiímentación de máquinas herramientas y equipos portátiles en general en
zonas húmedas o secas donde hay circulación de personas y equipos con la
posibilidad de maltrato. Acometidas domiciliarias en zonas residenciales.
l.lt.2 CONSTRUCCIÓN.-
Dos o más cables cableados concéntricos o flexibles de cobre aislados con
material resistente a la humedad y a la llama, reunidos formando un núcleo y
sobre éste aplicado un relleno y una chaqueta también de material resistente a la
humedad y a la llama.
1,11.3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.11.3.1 Conductor.-
Los conductores desnudos deben cumplir con los requerimientos de las
especificaciones indicadas en los numerales 1.3 y 1.4.
1.11.3.2 Aislamiento.-
1.11.3.2.1 Tipo de material.-
Compuesto de cloruro de poíivinilo para una temperatura máxima de 60 °C
en el conductor.
30
1,11.3.2.2 Espesor.-
Los conductores deben ser aislados, como mínimo, con los espesores
indicados en la tabla N°17 (ANEXO A) y para su identificación deben tener colores
diferentes de acuerdo con el siguiente código; blanco, azul, rojo, verde, amarillo,
etc.
1.11.4. REUNIDO DE CONDUCTORES.-
Los conductores aislados de acuerdo con el código de colores deben ser
reunidos con la dirección y longitud de paso indicados en la tabla N ° 18 (ANEXO
A)
1.11.5. RELLENO DE NUCLEOS.-
En núcleo de cables con calibres entre 8-2 AWG por la irregularidad de
su sección transversal, es necesario aplicar una capa de cloruro de polivinilo con
un espesor de 0.5 mm.
1.11.6. CHAQUETA.-
1.11.6.1. Tipo de material.-
Compuesto de cloruro de polivinilo para una temperatura máxima en el
conductor de 60 °C.
1.11.6.2. Espesor.-
La chaqueta debe cumplir, como mínimo, con los valores indicados en la
tabla N° 19 (ANEXO A).
1.11.7. REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS.-
1.11.7.1. Voltaje de detección de fallas.-
Durante el proceso de aislado, al 100% de producción, se debe aplicar los
voltajes indicados en la tabla N° 20 (ANEXO A), sin que el aislamiento presente
falía.
31
1.11.7.2. Resistencia de aislamiento.-
Cada uno de los conductores aislados deben cumplir con un valor de
resistencia de aislamiento no menor a 0.762 MQ/Km cuando es probado en agua
a temperatura ambiente y sumergido por no menos de 6 horas.
1.11.8. REQUERIMIENTOS MECÁNICOS.-
1.11.8.1. Esfuerzo mecánico.-
Es importante que la chaqueta de muíticonductores con unipolares de
calibres N° 16 y 14 AWG soporten una fuerza de 108.9 y 127 Kgf respectivamente
sin que los conductores se rompan.
1.11.9. REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN.-
Los conductores unipolares deben llevar marcado, como mínimo, en su
superficie lo siguiente:
• Nombre del fabricante : "
El cable terminado debe ser marcado, como máximo cada 610 mm, con lo
siguiente:
• Nombre del fabricante :"
• Tipo de conductor : "ST"
• Número de conductores :" "
• Calibre :" AWG"
• Tensión de operación : "600 V".
1.12. ESPECIFICACIÓN PARA CABLES UF
1.12.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Voltaje máximo de operación : 600V AC
Temperatura máxima del conductor : 60 °C
Rango de calibre :14 - 10 AWG.
Aplicaciones:
Estos cables por su construcción pueden ser instalados
directamente en la tierra, paredes, expuestos a! medio ambiente en lugares
húmedos, semíprotegidos o secos en presencia de materiales corrosivos.
1.12.2 CONSTRUCCIÓN.-
Estos cables son conformados por dos alambres suaves de cobre aislado
con material resistente a la humedad y a la llama dispuestos paralelamente y
forrados por una chaqueta plana de color gris de material resistente a la humedad
y a la llama. Ver Figura 2 (Anexo C).
1,12,3. REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN.-
1.12.3.1 Conductores.-
Los conductores son alambres suaves que cumplen los requerimientos de
la especificación del numeral 1.2.
1.12.3.2 Aislamiento.-
1.12.3.2.1 Tipo de material.-
Compuesto de cloruro de Poiivinilo para 60 °C de temperatura máxima del
conductor.
1.12.3.2.2. Espesores.-
El aislamiento de los conductores debe cumplir, como mínimo, con las
espesores indicados en la tabla N° 5 Anexo A.
1.12.3.3. Chaqueta.-
1.12.3.3.1 Tipo de material.-
Para protección mecánica se debe aplicar una chaqueta de compuesto de
cloruro de polivinilo para 60 °C de temperatura máxima del conductor.
1.12.3.3.2. Espesores.-
La chaqueta debe cumplir, como mínimo, con los espesores indicados en la
tabla N° 21 (Anexo A).
1.12.4. REQUERIMIENTOS ELÉCTRICOS.-
1.12.4.1 Voltaje de detención de fallas.-
En el proceso de aislado, al 100 % de producción, se debe aplicar un
voltaje de 7.5 KV AC al conductor.
1.12.4.2.Rigidez dieléctrica.-
Si el voltaje de detección de fallas no fue aplicado se debe realizar esta
prueba con un voltaje AC de 1500V durante 60 segundos sin que el aislamiento
sufra daño alguno.
1.12.5. REQUERIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN .-
El cable terminado debe ser marcado obligatoriamente, como máximo cada
610 mm, con lo siguiente:
• Nombre del fabricante :"
• Número de conductores : "2".
• Calibre : " AWG".
• Tipo de conductor : "UF".
• Tensión de operación : "600 V".
CAPITULO 2.
MATERIAS PRIMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS.
2.1 ALCANCE.-
De las especificaciones de los diferentes tipos de conductores eléctricos, que
por lo general son los que todas las fabricas nacionales producen para cubrir el
mercado de cables eléctricos aislados, tenemos que básicamente las materias
primas utilizadas son:
Alambrón de cobre electrolítico
Compuesto de cloruro de polivinito para 60°C
Compuesto de cloruro de potivinilo para 75°C
Compuesto de polietileno de baja densidad.
2.2 MATERIAL CONDUCTOR.-
Existen algunos tipos de metales con la capacidad de conducir electricidad
y cada uno tiene su aplicación dependiendo de las propiedades eléctricas, físicas
y de costos que representan.
En la Tabla N° 22 (ANEXO A) se resumen algunas de las propiedades que
poseen los diferentes materiales conductores.
Analizando la Tabla N° 22 del (Anexo A) encontramos que la plata es el
mejor conductor de electricidad con una conductividad eléctrica del 105% pero su
costo limita su uso. A continuación con muy buenas propiedades eléctricas está el
cobre que en conjunto con su bajo costo, viene a ser el metal referencia! para
conductores eléctricos y telefónicos.
El cobre es uno de los metales más antiguos conocidos por el hombre. A
partir de la introducción del telégrafo en 1837, aparece ta necesidad de
conductores eléctricos de longitudes largas.
En 1844, se descubrió que un alambre de hierro recubierto con cobre
mejoraba las características de transmisión del telégrafo, con lo que se da inicio a
la utilización de cobre para la producción de conductores eléctricos.
Anteriormente el cobre era refinado por combustión pero en la actualidad
este material es obtenido por procesos de refinación electrolíticos que
proporcionan un cobre de alta pureza y una conductividad entre 100 y 101% que
permiten cubrir toda la gama de conductores eléctricos y de telefónicos.
El alambran de cobre electrolítico dependiendo de su método de refinación,
composición y procesabilidad se divide en dos categorías: Cobre Electrolítico
Tough Pitch y cobre libre de oxígeno.
El aluminio es otro material utilizado para la fabricación de conductores
eléctricos que casi en su totalidad sirven para líneas aéreas de transmisión,
subtransmisión y distribución de energía eléctrica. Este material, como se ve en la
tabla N°22 (Anexo A), tiene una densidad de 2.703 g/cm3 que comparada con la
del cobre de 8.89 g/cm3, representa una ventaja a pesar del 61% de
conductividad que presenta para ser utilizado en líneas con vanos largos.
Para tensiones de operación máxima de 2000 V, el aluminio se utiliza para
la fabricación de cables para acometidas, residenciales o industriales, en zonas
rurales como son los dúplex, triplex y cuádruplex.
2.2.1 ESPECIFICACIÓN PARA ALAMBRÓN DE COBRE.-
2.2.1.1. Alcance.-
Esta especificación determina los requerimientos químicos, mecánicos y
físicos que debe cumplir el alambran de cobre a ser utilizado en la fabricación de
conductores eléctricos.
Existen dos tipos de alambrones que pueden utilizarse y estos son:
a) Alambran electrolítico Tough Pitch
b) Alambran electrolítico libre de oxígeno.
2.2.1.2. Requerimientos generales.-
Estos alambrones deben ser de una calidad y pureza tal que cumplan con
los requerimientos químicos, mecánicos y eléctricos que se indican a
continuación.
36
2.2.1.3. Requerimientos químicos.-
El alambrón de cobre debe cumplir con tos valores de contenido de cobre y
de otros elementos indicados en la Tabla N° 23 (Anexo A).
2.2.1.4 Requerimientos mecánicos y físicos.-
2.2.1.4.1. Elongación.-
El alambrón debe cumplir con un mínimo de elongación del 30%.
2.2.1.4.2. Densidad.-
Para cálculos de peso por unidad de longitud, área, entre otros parámetros,
donde interviene la densidad o peso específico, se toma el valor de 8.89 g/cm3
que corresponde al del cobre puro a 20 °C.
2.2.1.4.3. Diámetro.-
En la Tabla N° 24 (Anexo A) se indican los diámetros y las variaciones
permitidas. Generalmente el diámetro del alambrón utilizado es de 8.00 mm, y
ocasionalmente de 6.50 mm.
2.2.1.4.4. Superficie.-
El alambrón debe ser de calidad uniforme y su superficie debe ser limpia,
lisa y libre de huecos, dobleces, escamas, hendiduras, costuras, fisuras y poros.
2.2.1.4.5. Embalaje.-
El alambrón debe estar protegido contra daños por transporte y manejo;
con plástico y fijado con sunchos al palet de madera sobre el cual viene colocado
el rollo de 2000 Kg.
2.2.1.5. -Requerimientos eléctricos.-
2.2.1.5.1. Resistividad eléctrica a 20 °C.-
Para un 100% de conductividad, la resistividad eléctrica máxima en C.D. a
20°C debe ser de 0.017241 Qmm2/ m basadas en 1/58 IACS, o su equivalente en
otras unidades como se indica en la Tabla N° 29 (Anexo A).
2.3 MATERIAS PRIMAS DE AISLAMIENTO Y CHAQUETA.-
De las especificaciones de los diferentes tipos de conductores eléctricos
del capítulo anterior encontramos que las materias primas utilizadas como
aislamiento y chaqueta son:
a) Compuestos de cloruro de polivinilo para 60°C y 75°C de temperatura del
conductor.
b) Compuesto de polietileno de baja densidad.
Estos compuestos termoplásticos, al disminuir la temperatura mantienen la
forma que tomaron al ser sometidos a calor. Esta característica anterior permite
extruirlos fácilmente sin necesidad de curarlos o vulcanizarlos.
Algunas propiedades generales de estos materiales se indican en la Tabla
N°25 (Anexo A).
2.3.1 COMPUESTOS DE CLORURO DE POLIVINILO PVC.-
Los compuestos de PVC se basan en la mezcla de resina de PVC con
otros elementos como piastificantes, estabilizadores, cargas y lubricantes.
La resina de PVC fue aplicada como aislamiento de conductores eléctricos en la
década de los 50. Por su dureza y rigidez, a pesar de su fácil procesabilidad, fue
disminuido su uso en conductores eléctricos y fue necesario combinarlo con otros
químicos, obteniéndose compuestos con propiedades dieléctricas no encontradas
en otros materiales.
Variando las cantidades de los elementos se obtienen compuestos de PVC
que cubren un alto rango de temperaturas de trabajo, hasta 105°C, con
propiedades como: rigidez dieléctrica alta, constante dieléctrica baja, factor de
potencia bajo, baja absorción del agua, resistencia a la llama, aceites, químicos,
rayos solares, envejecimiento, abrasión y deformación, entre otros.
Para el aislamiento y chaqueta de los conductores eléctricos especificados
en el capítulo anterior, a continuación se indican ios requerimientos que deben
cumplir los compuestos de PVC para 60°C y 75°C de temperatura máxima del
conductor.
2.3.1.1. Especificación para compuesto de cloruro de polivinilo de 60°C.
2.3.1.1.1. Alcance.-
Esta cubre los requerimientos que debe cumplir un compuesto de cloruro
de polivinilo a ser utilizado como aislamiento de conductores eléctricos para 600V
AC y con una temperatura máxima del conductor de 60°C.
2.3.1.1.2. Propiedades físicas y eléctricas.-
En la Tabla N° 26 (Anexo A) se indican las propiedades mecánicas
mientras que en las Tablas N° 6 y 8 (Anexo A) las propiedades eléctricas que
deben cumplir los productos fabricados con este tipo de material.
2.3.1.1.3. Requerimientos físicos.-
23.1.1.3.1. Material envejecido en horno con circulación forzada de aire a una
temperatura de 100° ± 1 °C por 168 horas.-
23.1.1.3.1.1 Resistencia a la tracción.-
Este material, realizada la prueba, debe cumplir como mínimo con un valor
de 975 psi.
2.3.1.1.3.1.2 Elongación a la ruptura.-
El valor mínimo de este parámetro medido debe ser del 65%.
2.3.1.1.3.1.3 Choque térmico a alta temperatura.-
Muestras de conductores sometidas a temperatura de 121° ± 1 °C, no
deben presentar rotura o resquebrajamiento en su aislamiento.
39
2.3.1.1.3.1.4 Distorsión al calor (Deformación).-
Al realizar esta prueba el aislamiento no debe disminuir su espesor en más
del 50%.
2.3.1.1.3.2 Resistencia a la llama.-
El compuesto de PVC al ser aplicado llama, ésta se debe extinguir en
máximo 15 segundos.
2.3.1.1.3.3 Material sumergido en aceite a 70°C ± 1 °C por 4 horas.
23.1.1.3.3.1. Resistencia a la tracción.-
El valor obtenido de la prueba no debe ser inferior a 1275 psi.
2.3.1.1.3.3.2. Elongación mínima.-
Debe alcanzar por lo menos el 85%.
2.3.1.1.3.4 Doblez en frío.-
El material de muestra debe ser mantenido por una hora a temperatura de
-10°C ± 1 °C y al realizar la prueba, no debe presentar rotura alguna.
2.3.1.1.3.5 Absorción acelerada de agua.-
Este compuesto de PVC debe absorber agua como máximo 31g/m2.
2.3.1.1.4. Requerimientos eléctricos.-
Las pruebas eléctricas en productos aislados con este material se deben
realizar en e! siguiente orden: rigidez dieléctrica a voltaje AC, resistencia de
aislamiento y rigidez dieléctrica a voltaje C.D.
2.3.1.1.4.1 Rigidez dieléctrica.-
El compuesto de PVC en productos terminados debe ser capaz de
soportar, sin presentar rotura, la aplicación de los voltajes AC indicados en la
Tabla N° 8 (Anexo A) de acuerdo al calibre.
40
2.3.1.1.4.2 Resistencia de aislamiento.-
Este material, en productos terminados, debe cumplir por lo menos con ta
resistencia de aislamiento a 15.6 °C correspondiente a una constante dieléctrica
de 500.
2.3.1.1.5 Requerimiento para proveedores.-
El material debe venir en peléis con dimensiones uniformes de 2 ó 3 mm
de diámetro por 2 mm de largo y empacados en fundas tejidas de polipropileno
con un peso unitario de 25 Kg.
2.3.1.1.6 Requerimientos de temperatura de operación.-
La extrusión de este producto se realiza con un perfil de temperatura de
entre 140-170°C.
2.3.1.2. Especificación para compuesto de cloruro de poiivinüo de75°C.
2.3.1.2.1. Alcance.-
Esta cubre los requerimientos que debe cumplir un compuesto de cloruro
de polivinilo a ser utilizado como aislamiento de conductores eléctricos para 600V
AC y con una temperatura máxima del conductor de 75°C.
2.3.1.2.2. Propiedades físicas y eléctricas.-
En la Tablas N° 6 y 8 (Anexo A) se indican las propiedades eléctricas de los
productos fabricados con este material y en la Tabla N° 26 (Anexo A) las
propiedades mecánicas.
2.3.1.2.3. Requerimientos físicos.-
2.3.1.2.3.1. Material envejecido en horno con circulación forzada de aire a una
temperatura de 100° ± 1 °C por 168 horas.-
2.3.1.2.3.1.1 Resistencia a la tracción.-
Este material, realizada la prueba, debe cumplir como mínimo con un valor
de 1600 psi.
-II
2.3.1.2.3.1.2 Elongación a la ruptura.-
El valor mínimo de este parámetro medido debe ser del 75% del valor
indicado en la Tabla N°26 (Anexo A).
2.3.1.2.3.1.3 Choque térmico a alta temperatura.-
Muestras a temperatura de 121° ± 1 °C que son sometidas a esta prueba,
no deben presentar rotura o resquebrajamiento en el aislamiento.
2.3.1.2.3.1.4 Distorsión ai calor (Deformación).-
Al realizar esta prueba el aislamiento no debe disminuir su espesor en más
de! 25%.
2.3.1.2.3.2 Resistencia a la llama.-
El compuesto de PVC al ser aplicado a la llama, esta se debe extinguir en
máximo 15 segundos.
2.3.1.2.3.3 Material sumergido en aceite a 70°C ± 1 °C por 4 horas.
2.3.1.2.3.3.1. Resistencia a la tracción.-
Este parámetro no debe ser inferior a 1700 psi.
2.3.1.2.3.3.2. Elongación mínima.-
Debe alcanzar por lo menos el 85% del valor indicado en la Tabla N°26 del
Anexo A.
2.3.1.2.3.4 Doblez en frío.-
El material de la muestra debe ser mantenido por una hora a temperatura
de -10°C ± 1 °C y al realizar la prueba, no debe presentar rotura alguna.
2.3.1.2.3.5 Absorción acelerada de agua.-
Este compuesto de PVC debe absorber agua como máximo 31g/m2.
42
2.3.1.2.4. Requerimientos eléctricos.-
Las pruebas eléctricas en productos aislados con este material se deben
realizar en el siguiente orden: rigidez dieléctrica a voltaje AC y resistencia de
aislamiento.
2.3.1.2.4.1 Rigidez dieléctrica.-
EI compuesto de PVC en productos terminados debe ser capaz de
soportar, sin presentar rotura, la aplicación de voltajes AC indicados en ía Tabla
N° 8 (Anexo A).
23.1.2.4.2 Resistencia de aislamiento.-
Este material, en productos terminados, debe cumplir por lo menos con la
resistencia de aislamiento a 15.6 °C correspondiente a una constante dieléctrica
de 2000.
2.3.1.2.5 Requerimiento para proveedores.-
El material debe venir en pelets con dimensiones uniformes de 2 ó 3 mm
de diámetro por 2 mm de largo y empacados en fundas tejidas de poiietileno con
un peso unitario de 25 Kg.
2.3.1.2.6 Requerimientos de temperatura de operación.-
La extrusión de este producto se realiza con un perfil de temperatura
comprendido entre 140 y 170°C.
2.3.2 POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (PE-BD).-
Este material se utiliza para conductores eléctricos con un voltaje de
operación máxima de 2000V, 75°C de temperatura en el conductor e instalación
directamente a tierra en lugares húmedos, semiprotegidos o secos.
El compuesto de polietileno de baja densidad presenta excelentes
propiedades dieléctricas como alta resistividad a corrientes continua y alterna, alta
rigidez dieléctrica, baja constante dieléctrica, bajo factor de potencia, alta
resistencia de aislamiento que permiten su uso en la fabricación, en algunos
casos, de cables de alta tensión.
Mecánicamente el PE-BD es un material con alto grado de: resistencia a la
tracción, elongación, resistencia a la abrasión, flexibilidad en frío, resistencia a
químicos y oxidación. Además este material es liviano, inodoro, su absorción de
agua es baja y su proceso de aplicación es relativamente simple.
Una desventaja es el tiempo de extinción de la llama, que es alto con
relación al del compuesto de cloruro de polivinilo. Esta propiedad se la puede
controlar con aditivos pero a costa de ciertas propiedades físicas y eléctricas. Por
esto a cables aislados con polietileno es necesario protegerlos con una chaqueta
de material resistente a la llama. En la Tabla N°28 (Anexo A) se indican valores
típicos de ciertas propiedades de un PE-BD.
2.3.2.1 Especificación para polietileno de aislamiento.
2.3.2.1.1. Alcance.-
Esta cubre los requerimientos que debe cumplir un polietileno a ser
utilizado como aislamiento primario de conductores eléctricos para 2ÜOOV AC y
con una temperatura máxima del conductor de 75°C.
2.3.2.1.2. Propiedades físicas y eléctricas.-
En las Tablas N° 27, 13 y 14 (Anexo A) se indican, respectivamente, las
propiedades físicas del material y las propiedades eléctricas que deben cumplir
los productos aislados con este material.
2.3.2.1.3. Requerimientos físicos.-
2.3.2.1.3.1. Material envejecido en horno con circulación forzada de aire a una
temperatura de 100° ± 1 °C por 48 horas.-
44
2.3.2.1.3.1.1 Resistencia a la tracción.-
Este material, realizada la prueba, debe cumplir como mínimo un valor de
1050psi.
2.3.2.1.3.1.2 Elongación a la ruptura.-
El valor mínimo de este parámetro medido debe ser 265%.
2.3.2.1.4. Requerimientos eléctricos.-
Los productos aislados con este material deben cumplir con los
requerimientos de rigidez dieléctrica y resistencia de aislamiento.
2.3.2.1.4.1 Rigidez dieléctrica.-
Los productos aislados con PE-BD deben soportar, sin presentar rotura en
el aislamiento, por cinco minutos ta aplicación de los voltajes AC indicados en la
Tabla N° 14 (Anexo A) de acuerdo al calibre.
2.3.2.1.4.2 Resistencia de aislamiento.-
El valor medido debe ser igual o mayor que el correspondiente a una
constante dieléctrica de 50000 medido a 15.6 °C de temperatura de agua en la
cual se mantiene sumergida la muestra por 6 horas.
2.3.2.1.5 Requerimiento para proveedores.-
El material de importación viene en pelets con dimensiones uniformes y
empacado en fundas de polietileno con 25 Kg. de peso o en recipientes de 1000
Kg.
2.3.2.1.6 Requerimientos de temperatura de operación.-
Este material debe ser extruido con un perfil comprendido entre 170 -200°C.
45
PROCESOS DE PRODUCCIÓN, MAQUINAS Y OTROS.
3.1. ALCANCE -
En la fabricación de conductores eléctricos las materias primas pasan por
diferentes etapas, que se denominan procesos de producción, hasta convertirse
en productos terminados.
Los procesos de producción en la fabricación de conductores eléctricos
son: trefilación, aislado, reunido, chaqueta, y fraccionamiento. En el diagrama de
flujo de la figura N° 3.1.1, se indican los procesos de fabricación para cada tipo de
conductor. Cada uno de éstos son desarrollados en líneas de producción
constituidas por equipos y suministros que cumplen funciones específicas.
Este capítulo tratará los aspectos relacionados con cada uno de los
procesos de producción y serán desarrollados con la misma secuencia indicada
en el diagrama de flujo.
3.2. TREFILACIÓN.-
3.2.1 GENERALIDADES.-
Este proceso de producción es la reducción del diámetro del alambre por
el paso forzado a través de un número de dados sin producir desperdicio.
Lo anterior quiere decir que el volumen de entrada al dado es el mismo que
eí de salida. Esto se representa con lo siguiente:
Ve =Vs (1)
De2 x Le = Ds2 x Ls (2)
ALAMBRON DECOBRE
Recocido
Cableado
Fraccionamiento
TW, THWCableados
TTrefilación Fina
Recocido
Rnnchfldo
Reunido
Chaqueta
Trefilación Intermedia
TTU,multipolares
Recocido
Figura 3.1.1. Diagrama de flujo de los procesos de producción.
47
Donde:
Ve = Volumen de entrada
Vs = Volumen de salida
De = Diámetro de entrada
Ds = Diámetro de salida
Le = Longitud de entrada
Ls = Longitud de salida
Dado que el diámetro de salida es menor al diámetro de entrada, para que
el volumen del material se mantenga, la longitud de salida debe incrementarse y
esto es lo que se conoce por elongación, que se define como :
Le )
^-l]*100 (4)-i i * *
Donde:
E = Porcentaje de elongación.
Al disminuir el diámetro del alambre también el área de la sección transversal se
reduce y tenemos las siguientes relaciones:
( AP- A «AV A= *™ *1QO (5)
V Ae J
Donde:VA = Porcentaje de reducción del área.
Ae = Área transversal del alambre de entrada.
As = Área transversal del alambre de salida.
El paso forzado del alambre a través del dado se realiza mediante
tensión proporcionada por una polea giratoria (capstan) como se indica en la
Figura N° 3 (ANEXO C).
La velocidad de salida del alambre se define por medio de la siguiente
relación:
(7)lOO
Y fa velocidad del alambre de entrada se obtiene por medio de la
siguiente relación:
I(8)
100
Donde:
(Je = Velocidad del alambre de entrada
Us = Velocidad del alambre de salida
Es = Porcentaje de elongación del alambre
3.2.2.- LÍNEA DE TREFILACIÓN.-
El proceso de trefilación de alambres de cobre se realiza en una línea de
producción conformada básicamente por los siguientes elementos:
1. Desembobinador
2. Trefiladora
3. Embobinador.
Las características y funciones se indican a continuación:
3.2.2.1. Desembobinador.-
Es el equipo en el que se carga el alambre a ser alimentado hacia ta
trefiladora. Este puede tener diferentes formas según como el material venga
presentado.
El alambren viene empacado de fabrica en rollos de 2000 Kg. con un
diámetro entre 1.20 - 2.00 m y un alto de 40 - 60 cm, para alimentar a la
trefiladora, se utiliza como desembobinador una campana que evita que se
produzca dobleces y roturas del alambran.
Cuando el alambre a trefilar está en bobinas o carretos se utiliza
portacarretos equipados con frenos que mantienen el alambre con tensión,
evitando que el alambre se rompa por dobleces o tempíones.
3.2.2.2.- Trefíladora.-
Esta parte de la línea de trefilación es en donde ei proceso se lleva a cabo.
Las trefiladoras pueden ser de 1 ó más pasos de trefilación. A las de un paso las
llamamos monobloques las cuales en la actualidad resultan ineficientes a pesar
de su mayor porcentaje de reducción de área.
En las trefiladoras con más de un paso, a cada uno de éstos, le
corresponde un capstan, los que pueden ser distribuidos tanto en línea, donde
cada uno es controlado por un eje, como distribuidos cónicamente donde más de
un capstan son montados en un mismo eje. Estas distribuciones se indican en las
Figuras N° 5 y 6 (ANEXO C) respectivamente.
Las trefiladoras para cobre, generalmente, vienen diseñadas para una
reducción de área del 20.6% por paso que representa un 26% de elongación. La
capacidad de trefilación depende del número de pasos y de la velocidad del último
capstan. Esta velocidad y otras consideraciones permiten definir los parámetros
de control de proceso como son: estándares de producción, eficiencia,
rendimiento, etc.
Dependiendo del rango de diámetros que pueden producir, las trefiladoras
se dividen en gruesas, intermedias, finas y ultrafinas, las cuales se indican en la
siguiente tabla:
TABLA N° 3.2.1. RANGOS DE TREFILACIÓN.
TREFILADORA
Gruesa
Intermedia
Fina
Ultrafina
RANGO DE DIÁMETROS
MÍNIMO
mm
1.30
0.40
0.36
MÁXIMO
mm
4.11
1.29
0.15
< 0.15
3.2.2.2.1 Trefiladora Gruesa.-
Estos son equipos que procesan alambrón de cobre de 8.00 mm (5/16") para
obtener alambres con diámetros de hasta 1.30 mm.
En estas trefiladoras gruesas los capstans son de diámetros iguales y
distribuidos linealmente con velocidades angulares diferentes. Antes de cada
capstan, centrado con éste se encuentra un portadados.
El conjunto de capstans, a excepción del último, portadados, dados y alambre
se deben mantener sumergidos en una solución lubricante.
Para calcular la velocidad del alambre después de un dado utilizamos la
fórmula 7.
A partir de la velocidad final de la trefiladora podemos determinar la
velocidad de entrada del alambrón o alimentación mediante la siguiente fórmula:
— TJf * \ E2}.
1 a 1 _) *
loo J v 100; loo
(9)
Donde:
Ue = Velocidad de entrada de alimentación
Uf = Velocidad de salida del alambre
E1 = % elongación en dado 1
En = % elongación en dado n
Si tomamos en cuenta que la elongación o reducción de área es igual
en todos los dados de la línea tenemos:
Ue^Uf (10)
100 J
Donde:
Uf = Velocidad de salida del alambre
n = número de pasos o dados.
La velocidad lineal de la superficie de rozamiento de un capstan se obtiene
con la siguiente fórmula:
Uc = x*Dc*RPM (11)
Donde
Uc = Velocidad lineal del capstan
De = Diámetro de la superficie de rozamiento del capstan
RPM = Velocidad angular del eje del capstan
La variación entre las velocidades del capstan y del alambre se
denomina deslizamiento o patinaje que porcentualmente se calcula con la
siguiente relación:
Donde
S = Porcentaje de deslizamiento
Ua = Velocidad de salida del alambre.
Las trefiladoras idealmente deben trabajar con un deslizamiento S de O que
significa que exactamente las velocidades lineales del capstan y del alambre
deben ser iguales, lo que es imposible llegar a obtener. Siempre va a existir un
deslizamiento que se lo compensa variando el número de vueltas que el alambre
tiene en cada uno de los capstans.
52
3.2.2.2.2. Trefiladora intermedia y fina
Los capstans de estas máquinas, generalmente, están distribuidos en 4
ejes con diferentes velocidades angulares formando 2 zonas de trefilación y un
capstan a la salida de la trefiladora.
Dependiendo del número de pasos de trefilación, en cada uno de los ejes,
están montados 3 ó 4 capstans. Las fórmulas anteriores son aplicables también a
estas trefiladoras.
Igual que en la anterior trefiladora, antes de cada capstan se ubica un
portadado y el conjunto va sumergido o bañado en gran cantidad de solución de
trefilación. E! número de pasos de trefilación pueden ser 13 ó 17.
3.2.2.3. Embobinador.-
El alambre que sale de la trefiladora es recogido en carretes metálicos de
diferentes diámetros que dependen del calibre y del tipo de máquina.
La coordinación entre la velocidad de la trefiladora y la del embobinador es
controlada mediante un potenciómetro que funciona con la tensión del alambre
entre estas dos partes de una línea de trefilación.
3.2.2.4. Otros elementos.-
3.2.2.4.1. Dados de trefilación.-
La reducción del diámetro se lleva a cabo en el dado de trefilación que es
un elemento compuesto por un inserto de material de dureza alta y con un
coeficiente de fricción bajo, además de una geometría especial, como se indica en
fa Figura N° 7 (Anexo C). Este inserto es ensamblado en una cubierta de acero
común.
Los materiales del inserto para trefilación de cobre, son carburo de
tungsteno, diamante natural o diamante sintético, cada uno de éstos con
propiedades específicas. Por sus características los dados con inserto de carburo
de tungsteno son los de menor producción así como de bajo costo. Los dados con
inserto de diamante sintético, que son los más actuales, tanto su producción como
su costo son muy altos.
Con el porcentaje de reducción de área, utilizando la fórmula N° 6, se
definen una secuencia de dados de trefilación como se indica a continuación:
PASOS
Diámetro
Diámetro
mils
mm
1
256
6.497
2
228
5.789
3
203
5.159
4
181
4.597
5
161
4.096
6
144
3.650
7
128
3.252
8
114
2.898
9
102
2.582
10
91
2.301
11
81
2.050
Comparando estos datos con los de la tabla N°1 (Anexo A) se observa que
las diferencias son mínimas, por lo que ésta última tabla se utiliza también como
secuencia de dados para trefilar cualquier calibre de alambre listado. Para
alambres no listados en la tabla N°1 (Anexo A), se calcula la secuencia de dados
aplicando la fórmula N° 6 como en ia tabla anterior.
En los dados de trefilación, para que su operación y rendimiento sean los
mejores, la superficie de contacto con el alambre debe tener una geometría como
la que se indica en la Figura N° 7 (ANEXO C) donde los ángulos de entrada,
aproximación reducción y salida y la longitud del cilindro son muy importantes.
3.2.2.4.2. Lubricante de trefilación.-
El paso forzado del alambrón por los dados y por los capstans, produce
calentamiento y desgaste de las partes en contacto con éste. Para ayudar en el
proceso se utiliza una emulsión inundando o bañando totalmente el alambre,
capstans, dados, poríadados, etc.
Esta emulsión se consigue mezclando un fluido sintético soluble con agua,
en porcentajes de concentración de 8 - 10, 5 - 7 y 3 - 5% para trefilación gruesa,
intermedia y fina respectivamente.
54
En trefilación de cobre esta emulsión sirve como lubricante para reducir el
coeficiente de fricción del alambre, dados y capstans, remover calor y partículas
sólidas de cobre generadas en el cilindro del dado.
Por esto es necesario mantener esta emulsión en las mejores condiciones
para lo cual se debe filtrar y controlar sus condiciones realizando las pruebas
indispensables como son la de pH, porcentaje de contenido de sólidos,
temperatura de operación, porcentaje de concentración, entre otras.
La alimentación de los elementos de trefilación se realiza mediante una
bomba controlada individualmente. Cada trefiladora viene equipada con su propio
tanque para la solución de trefilación, pero por razones de mantenimiento y
conservación de sus características, se la almacena en otro, construido para el
efecto con su propio diseño y equipado con bombas de succión separadas. La
relación entre el volumen y la potencia del motor es de 10 galones por cada HP.
3.2.2.4.3. Capstans.-
Estos, por las fuerzas que soporta su banda de rozamiento, deben ser de
materiales resistentes a la abrasión y su coeficiente de fricción bajo, por lo que
normalmente son fabricados con anillos de cerámica.
3.2.2.5. Control en proceso.-
Durante el proceso de trefilación se deben realizar las mediciones de
diámetro y elongación, para verificar que cumplan con las tolerancias permitidas
que se indican en la tabla N° 3.2.1
55
Tabla 3.2.1 TOLERANCIAS PERMITIDAS DE DIÁMETRO.
DiámetroMínimo
mm6,4795,7695,1374,5754,3734,0743J933,6493,6283,4683,4123,2193,2313,2013,1612,9222,8842,8792,8772,8362,7892,6932,6532,6152.5622,4942,4492,4472,3642,2822,2632.1052,0672,0321,9411.8731.8101,6121,5391,4361,2781,222
DiámetroNominal
mm6,5445,8275,1894,6214,4174,1153,9323,6863,6653,5033,4473¿5J3,2643,2333,1932,9512,9132,9082¿062,8652,8172,7202,6802,6422,5882,5202,4742,47 12,3882,3052.2X62.1262,0882,0531.961L8921.8281,6281,5541,4501.2911.234
DiámetroMáximo
mm6,6095,8855.24J4,6674,4614,1563,9713,7223,7023,5383,4813,2843,2973,2663,2252,9812.9432,9372,9352,8942,8452,7482,7062,6682,6142,5452,4992,4962,4112,3282,3092,1472,1092,0741.9X0
1,9111.8461,6441,5701.4651,3041,247
Elongación
%3030303030303030303030303030303030
__ 3030303030303025252525
2525252525252525252525252525
Tabla 3.2.1 TOLERANCIAS PERMITIDAS DE DIÁMETRO. (Continuación)
DiámetroMínimo
mm1,1391,0140,9030,8040,7160.6380,5670,5060,4500,4010,3570,3180,2830,2520,2250,2000,1780,1580,1420,126
DiámetroNominal
mm1,1501,0240,9120,8120,7230,6440,5730,5110,4550,4050,36]0,3210,2860,2550,2270,2020,1800,1600,1430,127
DiámetroMáximo
mm1,1621,0340,9210,8200,7300,6500,5790,5160,4600,4090,3650,3240,2890,2580,2290,2040,1820,1620,1440,128
Elongación
%2525252525252520202020202015151515151515
57
3.3 RECOCIDO.-
Es el proceso por el cual el alambre duro de cobre, que las trefiladoras
proveen, cambia a uno dúctil, maleable y dócil a la formación de otro tipo de
conductor o ayuda para la instalación de conductores sólidos.
El recocido consiste en colocar una cantidad de cobre (aproximadamente
700 Kg.) en un recipiente hueco (pote) el cual es sellado herméticamente por una
tapa. Mediante una bomba de vacío y una válvula conectada en la tapa, se
absorbe totalmente el aire existente al interior del pote dejando el cobre en una
atmósfera libre de oxígeno y de otros gases (vacío).
Para asegurar que no exista oxígeno y el cobre mantenga totalmente su
color, se puede utilizar nitrógeno puro que se lo inyecta una vez realizado el vacío
del pote cargado.
Este pote sellado es introducido en un horno calentado mediante
resistencias eléctricas hasta alcanzar temperaturas entre 400 - 500 °C. El pote es
mantenido a esa temperatura por un tiempo determinado de acuerdo al calibre y
al tipo de empaque del alambre. Los tiempos normalmente varían entre 2 y 3.5
horas.
Cumplido ese tiempo el pote es extraído del horno y se lo deja reposar, a
temperatura ambiente, por un tiempo determinado que, por experiencia, fluctúa
entre 12 a 16 horas.
Luego de cumplido el tiempo de reposo el material es extraído y se lo
mantiene en reposo hasta que alcance la temperatura del ambiente, para luego
ser utilizado en los siguientes procesos.
En muestras de alambre recocido de ésta manera, se realizan las pruebas
requeridas por la especificación para alambres suaves desnudos; en especial la
elongación. Este alambre debe estar libre de impurezas como oxidación, carbón,
etc.
58
Si el cobre es extraído de los potes antes de cumplir con el tiempo mínimo
de reposo la temperatura de éste es demasiado alta y se produce un choque con
la temperatura ambiente que cambia la coloración y las características mecánicas
del cobre, dando una elongación inferior a la mínima requerida en la tabla 3.2.1.
Los tiempos de recocido son obtenidos de las pruebas realizadas en
producciones a diferentes condiciones. Si el tiempo es mayor, hasta en un 50%
del definido, las condiciones mecánicas no varían, pero si el tiempo es mucho
mayor, el cobre cambia totalmente sus características hasta resultar en un
material quebradizo, sin elongación y que no es útil para producción de
conductores eléctricos.
Otra forma de recocer el alambre es mediante la incorporación a la línea
de trefilado, en serie con la trefiladora, un equipo de recocido continuo, que
cumple dicha función mediante la inducción de corriente en el alambre a través de
poleas de material conductor por las que el alambre es enhebrado.
El uso de este recocido continuo proporciona muchas ventajas con
respecto al recocido en horno como son: asegurar la calidad del alambre,
disminuir tiempos de operación y ahorro de energía eléctrica.
La calidad del alambre se mejora por la uniformidad del recocido y color en
toda su longitud. La disminución de tiempos de operación es total ya que se
ahorra el tiempo destinado al horno y la disponibilidad inmediata de alambre
suave para ios siguientes procesos.
El tiempo de preparación del proceso hasta que el pote alcance la
temperatura del horno, representa energía perdida, así como el calor disipado al
ambiente.
59
3.3.1 CONTROL DEL RECOCIDO.-
Los tiempos y temperaturas necesarias para recocer los diferentes
diámetros de alambres de cobre, para cumplir con los requisitos de la
especificación del numeral 1.2., se indican en la tabla 3.2.2.
TABLA 3.2.2. Control de recocido.
TIEMPOS DE RECOCIDO
Homo Eléctrico
Calibre
AWG
28-30
26-22
18-8
6-4
Tipo de
Empaque
Carrete
Carrete
Carreto
Carreto
Tiempo
Horas
2
3
3
3.5
3.4. CABLEADO
El proceso de cableado es la etapa de producción tanto de cables
desnudos concéntricos y flexibles como de conductores aislados ensamblados
para formar un núcleo de cables multipolares.
3.4.1 LÍNEA DE CABLEADO.-
Básicamente una línea de cableado está compuesta por: desembobinador,
cableadora, capstan y embobinador. Dependiendo del tipo de cable a fabricarse ia
disposición de estas partes difieren por lo que las líneas serán tratadas
separadamente.
3.4.1.1 Linea de cableado concéntrico.-
Esta línea está formada por: embobinador simple, cableadora con
desembobinadores interiores, capstan de doble polea y embobinador simple como
se indica en la Figura N° 8 (ANEXO C).
60
3.4.1.1.1 Desembo binador simplc.-
Tipo portacarreto con freno para control de tensión del alambre o cable
semiprocesado sobre el cual serán aplicadas una o más capas de alambres.
3.4.1.1.2 Cableadora.-
Para cables concéntricos existen algunos tipos de cableadoras que,
dependiendo de su capacidad, se utilizan:
3.4.1.1.2.1 Cableadoras tubulares.-
Son máquinas de alta velocidad, entre 600 y 1200 RPM, utilizadas para la
producción de cables de 7 hilos y 19 hilos en 1 y 2 pasos respectivamente. Su
construcción es de un tubo cilindrico giratorio dividido en 6 ó 12 secciones, cada
una de las cuales tiene una cuna interior basculante en las que son montados los
carretos con alambre.
Todos los alambres son enhebrados por el tubo a través de poleas y guías
específicas para cada cuna y para el alambre central, hasta llegar a la salida de la
cableadora donde son distribuidos en un disco de acuerdo a la disposición que
deben tener los hilos en un cable concéntrico. Luego del disco, son unidos los
alambres en un dado formador con dimensiones adecuadas al calibre del cable,
como se indican en la tabla N° 3,4,1.
61
TABLA 3.4. L- CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCIÓN
CABLES CONCÉNTRICOS
CALIBRE
AWG/Kcmils
8
6
4
2
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
CONSTRUCCIÓN
NUMERO
DE HILOS
#
7
7
7
7
7
12
7
12
7
12
7
12
7
12
18
7
12
18
7
12
18
7
12
18
7
12
18
7
12
18
24
DIÁMETRO
DE HILOS
mils
48.6
61.2
77.2
97.4
74.5
74.5
83.7
83.7
94.0
94.0
105.5
105.5
82.2
82.2
82.2
90.0
90.0
90.0
97.3
97.3
97.3
104.0
104.0
104.0
116.2
116.2
116.2
99.2
99.2
99.2
99.2
PARÁMETROS DE PRODUCCIÓN
DIÁMETRO
DECAPA
mm
3,70
4,66
5,88
7,42
5,68
9,46
6,38
10,63
7,16
11,94
8,04
13,40
6,26
10,44
14,62
6,86
11,43
16,00
7,4112,36
17,30
7,92
13,21
18,498,85
14,76
20,66
7,56
12,6017,6422,68
DIÁMETRO
DE DADO
mm
3,78
4,76
6,00
7,57
5,79
9,65
6,51
10,84
7,31
12,18
8,20
13,67
6,39
10,65
14,91
7,00
11,66
16,32
7,56
12,60
17,65
8,08
13,47
18,869,03
15,0521,07
7,7112,85
17,9923,13
LONGITUD
DE PASO
mm
59,25
74,62
94,12
118,75
90,83
151,38
102,05
170,08
114,60
191,01
128,63
214,38
100,22
167,03
233,84
109,73
182,88
256,03
118,63
197,71
276,80
126,80
211,33
295,86141,67
236,12
330,57
120,94
201,57
282,20362,83
DIRECCIÓN
I
I
I
í
D
I
D
I
D
I
D
I
I
D
I
I
D
I
I
D
I
I
D
I
I
D
I
D
1
D
I
62
TABLA 3.4.1.- CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCIÓN
CABLES CONCÉNTRICOS (Continuación)
CALIBRE
AWG/Kcmils
700
750
800
1000
CONSTRUCCIÓN
NUMERO
DE HILOS
#
7
12
18
24
7
12
18
24
7
12
18
24
7
12
18
24
DIÁMETRO
DE HILOS
mils
107.1
107.1
107.1
107.1
110.9
110.9
110.9
110.9
114.5
114.5
114.5
114.5
128.0
128.0
128.0
128.0
PARÁMETROS DE PRODUCCIÓN
DIÁMETRO
DECAPA
rnm
8,1613,6019,0424,488,4514,0819,7225,35
8,7214,5420,36
26,179,7516,2622,76
29,26
DIÁMETRO
DE DADO
mm
8,3213,8719,4224,97
8,6214,3720,1125,86
8,9014,8320,77
26,709,9516,5823,2129,85
LONGITUD
DE PASO
Mm
130,58
217,63304,68391,73
135,21
225,35
315,49405,63
139,60232,66
325,73418,80156,06260,10
364,13468,17
DIRECCIÓN
D
I
D
1
D
I
D
I
D
I
D
I
D
I
D
I
3.4.1.1.2.2 Cableadoras rígidas.-
Estas son máquinas de velocidades bajas, 200 RPM como máximo, por su
capacidad de carga. Normalmente estas son máquinas para fabricar cables de 37
o más hilos en un solo paso. Como estos tipos de cables están formado por
capas de alambres con pasos y direcciones de cableado diferentes, éstas
máquinas son divididas en secciones o cabezales que giran alternadamente, cada
una de las cuales aplican una capa. Igual que en las cableadoras tubulares los
alambres son distribuidos y unidos por medio de un disco distribuidor y un dado
formador a la salida de cada cabezal.
63
En estas máquinas los carretas con alambre son montados en ejes
giratorios sujetos a los cabezales de cada sección y regulada ta tensión mediante
frenos mecánicos. En la figura N° 9 (ANEXO C) se indica una cabieadora de este
tipo.
3.4.1.1.2.3 Cabieadora planetaria.-
Estas son cableadoras que funcionan igual a la anterior, la mayor diferencia
es que los carretes alimentadores están montados en cunas basculantes o ejes
basculantes que hacen que los carretos se mantengan equilibrados a pesar que el
cabezal gira.
3.4.1.1.3 Capstan.-
Esta parte de la línea es la que da movimiento lineal al cable formado en el
dado. Consta de dos poleas ranuradas, una de las cuales, gira libremente y la
otra es controlada por el giro de! motor principal.
El giro y la dirección de los cabezales de la cabieadora y del capstan son
controlados por un motor principal que mediante engranajes coordina sus
velocidades para obtener la longitud de paso deseada.
Para calcular la velocidad del cable se utiliza la siguiente fórmula:
= RPM*Lp (13)
Donde: Ucc = Velocidad lineal del cable.
RPM = Revoluciones por minuto de la cabieadora.
Lp = Longitud de paso de la capa.
La velocidad del cable es muy importante conocer para determinar los
estándares de producción que son de utilidad para controlar las condiciones de
operación, planificar la producción y ayudar en el cálculo de costos de este
proceso.
64
3.4.1.1.4 Embobinador.-
Es el elemento de la línea que recoge el cable en carretes con velocidades
y tensión controladas por un motor eléctrico de velocidad variable, al cual es
acoplado un embrague que puede ser mecánico o eléctrico, además para
distribuir uniformemente el cable en el ancho interior del carreto, está equipado
con un sistema de guiado controlado por el mismo motor y sistema de
transmisión.
3.4.1.2 Línea de bunchado.-
La fabricación de conductores flexibles se realiza mediante una línea
compuesta por: desembobinador múltiple, cableadora, capstan multipaso y
embobinador.
3.4.1.2.1 Desembobinador.-
La alimentación de la cableadora se la realiza mediante estantes (Pay-off)
múltiples para carretes giratorios o fijos. En carretos giratorios la tensión del
alambre es controlada mediante frenos mecánicos aplicados al eje.
Para estantes con carretos fijos la alimentación y la tensión del alambre se
controla mediante un volante giratorio y un disco fijo ubicados axialmente delante
del carreto.
3.4.1.2.2 Cableadora.-
Los alambres son distribuidos mediante un disco ubicado a la entrada de la
cableadora que luego son reunidos por medio de un dado formador y enhebrado a
través de un arco giratorio que puede ser metálico o de fibra de vidrio.
Estas máquinas son de simple o doble torsión, esto significa que por cada
revolución del arco un alambre completa 1 o 2 ciclos helicoidales y la velocidad
angular generalmente es de 800 - 1200 RPMs, La longitud del paso de cableado
se obtiene mediante juegos de piñones que coordinan la velocidad de la
cableadora y el capstan.
65
3.4.1.2.3 Capstan.-
Esta parte de la línea hace que el alambre corra longitudinalmente con
cierta velocidad y es del tipo de múltiples pasos.
3.4.1.2.4 Embobinador.-
Dentro de los arcos está ubicado el embobinador que consiste de una cuna
basculante donde el carreto recoge al conductor flexible controlando su tensión
por medio de un embrague mecánico.
El conjunto de cableadora, capstan y embobinador forman un solo cuerpo
controlado por un motor eléctrico de velocidad variable y un sistema de
transmisión por bandas y engranajes.
La velocidad del alambre se calcula mediante la siguiente fórmula:
= RPM*Ní*Lp (14)
Donde:
Ucf = Velocidad del alambre
RPM = Velocidad angular de ia cableadora
Nt = Número de torsiones por revolución
Lp = Longitud de paso.
Esta velocidad del alambre permite calcular los parámetros de control como
estándares de producción, eficiencia y rendimiento de la línea.
3.4.2 CONTROL EN PROCESO.-
En este proceso de cableado se deben controlar que los productos
cumplan con los parámetros indicados en las tablas N° 3.4. 1 y 3.4.2 que
respectivamente corresponden a cables concéntricos y bunchados.
66
TABLA 3.4.2.- CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCIÓN
CABLES SUNCHADOS (Flexibles)
CALIBRE
AWG
22
20
18
16
14
12
10
CONSTRUCCIÓN
NÚMERO
DE HILOS
#
4
7
10
16
26
41
65
DIÁMETRO
DE HILOS
Mils
0.254
0.254
0.254
0.320
0.320
0.320
0.320
PARÁMETROS DE PRODUCCIÓN
DIÁMETRO DE
CAPA
mm
0.811.001.291.622.052.593.26
LONGITUD
DE PASO
mm
20.3025.4025.4031.8041.2050.8063.50
DIRECCIÓN
I
I
I
I
I
I
I
3.5. AISLADO.-
Es el proceso de aplicación continua de material dieléctrico directamente
sobre la superficie deí conductor de cobre. Los materiales que se utilizan, según
las especificaciones de los diferentes tipos de conductores, son compuestos de
cloruro de polivinilo para 60°C y 75°C y polietileno de baja densidad.
A este proceso de aplicación continua se conoce como extrusión, que
consiste en fundir el material aislante y alimentar continuamente a un molde por el
cual atraviesa el conductor para obtener un producto aislado.
3.5.1 LÍNEA DE AISLADO.-
Para realizar este proceso de aislado en la fabricación de conductores
eléctricos se utiliza una línea de extrusión compuesta, entre otras partes, por
desembobinador simple o doble, extrusora, tina de enfriamiento, capstan y
embobínador, como se indica en la figura N° 10 (ANEXO C). Cada una de estas
partes serán tratadas a continuación así como otras que conforman una línea
completa de extrusión.
67
3.5.1.1 Desembobinador.-
Este equipo provee una alimentación continua de alambre a la línea de
extrusión. De acuerdo a como el alambre de alimentación, venga de procesos
anteriores, este equipo tiene construcción especial.
Por lo general para los productos tratados en este proyecto, el alambre o
cable a aislar, viene en carretes y se utiliza un portacarreto equipado con frenos
mecánicos que permiten mantener una tensión adecuada durante el proceso y
detener la alimentación cuando la línea se para. Frenos electromecánicos también
son utilizados cuando las condiciones los exigen.
Para procesos de extrusión con mayor velocidad se utilizan
desembobinadores especiales. Estos funcionan con el carrete fijo en un eje
hueco, dentro del cual gira un eje. La velocidad del eje está dada por un motor
eléctrico con velocidad variable conectado al extremo posterior y que en el
anterior gira un volante. La velocidad del volante controla la velocidad de salida
del alambre. Este sistema se utiliza para procesos donde la continuidad es
indispensable, como por ejemplo en líneas de aislamiento de unipolares
telefónicos.
3.5.1.2 Extrusora.-
En esta parte de la línea es donde el material dieléctrico es aplicado con
presión sobre el conductor de cobre. Para realizar este proceso el material del
aislamiento es alimentado a una tolva cónica que deja caer el material a un
cilindro hueco dentro del cual gira un tomillo sin fin que hace fluir el material hacia
delante del cilindro. Para fundir el material, a más de la fricción, el barril es
calentado mediante resistencias eléctricas tipo abrazadera que recubren la
superficie exterior del barril.
El material fundido fluye con presión hasta un cabezal transversal por
donde el alambre desnudo atraviesa, y se deposita sobre él tomando (a forma del
molde de salida.
68
De acuerdo con lo anterior una extrusora está constituida por: barril,
tornillo, cabezal, entre otros cosas, cada una de las cuales se tratan a
continuación. Para la fabricación de conductores eléctricos es recomendable el
uso de extrusoras de un solo tornillo.
3.5.1.2.1 Barríl.-
Es un cilindro hueco de material resistente a la corrosión, gases, químicos,
fricción y calentamiento. Para su construcción se recomiendan las aleaciones de
hierro con níquel y moiibdeno, con una dureza de 69° Rockwell en la escala C.
El barril, dependiendo de su longitud, es dividido en varias zonas de
calentamiento cada una de las cuales consta de resistencias eléctricas, ventilador
y pirómetro. El pirómetro, mediante la temperatura detectada por su termocupla y
comparándola con su set point, ordena la conexión o no de las resistencias o
ventilador. De esta forma se mantiene la temperatura controlada, lo más cercana
al valor fijado en el pirómetro.
A la salida, el barril termina en un disco con pasadores de presión y
tornillos con tuercas de bronce, que sirven para sujetar el cabezal. Tanto los
pasadores de presión como las tuercas sirven como medidas de seguridad para
operadores y máquina, ya que cuando hay sobrepresión éstos estallan.
3.5.1.2.2 Tornillo.-
El tornillo que gira en el interior del barril es ei que transporta el material
desde la zona de alimentación hacia la salida del barril. Éste es construido de
acero duro resistente a la corrosión y recubierto por una capa de aleación de
cobalto, cromo y tungsteno a excepción de la superficie helicoidal de la espira que
puede estar en contacto con el barril.
69
El núcleo del tornillo es cónico comenzando con un diámetro menor y
espiras más profundas hasta terminar casi sin espiras. En este tornillo se definen
tres zonas que son: de alimentación, compresión o transición y presión o
medición.
La zona de alimentación tiene las espiras de mayor profundidad y es la
encargada de transportar uniformemente el material a la próxima zona para evitar
pulsaciones a la salida del barril. La zona de transición es donde el material es
comprimido y fundido por la menor profundidad de sus espiras. Por último la zona
de medición o presión, que es la de mayor longitud, tiene espiras de menor
profundidad que hace que el material alcance mayor uniformidad tanto en mezcla
como en velocidad de salida y su presión obligue al material a salir por el cabezal
de extrusión.
Los tornillos son diseñados de acuerdo a las características del material a
ser extruido, así es como existen para PVC, Polietileno, nylon, polipropileno, entre
otros.
Para extrusión de compuestos de cloruro de polivinilo y polietileno de baja
densidad se recomienda utilizar un diseño combinado de tornillo que sirvan para
estos dos materiales, que se observa en la figura N° 11 (ANEXO C). Este tornillo
tiene un paso uniforme en toda su longitud y en la zona de presión,
adicionalmente, tiene una pequeña zona cerrada de canales que mejora la mezcla
y aumenta la presión para empujar el material hacia el cabezal. Además cerca de
la salida hay barreras que cortan al material para ayudar a homogenizarlo.
Para que una extrusora opere eficientemente la tolerancia entre el diámetro
interior del barril y el diámetro del tornillo no debe exceder de 0.005 pulgadas por
lado. Con el uso de la extrusora esta diferencia de diámetros puede aumentar
hasta valores mayores a 0.015 pulgadas, momento en el cual será necesario
cambiar o reparar el tornillo.
70
Para controlar este desgaste es recomendable realizar mediciones de barril
y tornillo cada determinado tiempo. Con mediciones mayores a la tolerancia
indicada, la capacidad de salida de la extrusora se disminuye y su funcionamiento
varía.
A la salida dei barril en unión con el cabezal se coloca un grupo de mallas
de diferentes mesh en conjunto con un disco perforado (filtro).
Las mallas sirven para detener partículas sólidas que puedan existir en el
material extruido y que pueden dañar los herramentales del cabezal o el producto
que se fabrica.
El filtro tiene como propósito sujetar las mallas y cambiar la forma de la
mezcla obtenida, de banda giratoria a cordones casi paralelos al tornillo, al
ingresar al cabezal. La desventaja de usar mallas es la necesidad de cambiarlas
frecuentemente y la posibilidad de que se rompan por la presión del material que
sale del barril.
La velocidad del tornillo es controlada mediante un motor de velocidad
variables en conjunto con una caja de transmisión .
3.5.1.2.3 Cabezal de extrusión.-
El material que sale del tornillo es empujado hasta el conductor desnudo a
través de un cabezal de extrusión.
Este cabezal es transversal es decir que obliga a que el material fluya hacia
el conductor formando un ángulo de 90° El cabezal es un cilindro hueco de
material resistente a la oxidación, calor y presión; sujeto al barril por medio de un
disco y que tiene como partes constitutivas las siguientes: calentadores eléctricos,
torpedo, distribuidor, guía, portadado, dado y pieza de sujeción y centrado del
dado.
71
Los calentadores eléctricos son resistencias tipo banda que mantiene el
cabezal y sus partes a temperaturas fijas.
El torpedo es un cilindro hueco que sujeta la guía y permite pasar el
alambre desde su parte posterior. E! distribuidor ayuda a mantener un flujo
uniforme de material y evitar presiones diferentes alrededor del conductor. El
dado o matriz exterior es el molde que define la forma y dimensiones que va a
tener exteriormente el conductor aislado, y por último la pieza de sujeción que
permite centrar el portadado y dado con respecto al conductor.
3,5.1.2.4 Herramental de extrusión.-
La aplicación del material aislante sobre el conductor desnudo o sobre un
aislamiento o un núcleo se realiza mediante la utilización de herramental
específico que consta, básicamente de una guía y un molde o dado.
Guía de extrusión.-
Es una pieza de material duro con una superficie resistente a la abrasión,
corrosión, al calor y de bajo coeficiente de fricción a través del cual corre el
conductor a ser recubierto con material aislante.
Dado de extrusíón.-
Es el molde que permite dar forma y dimensión al material dieléctrico que
sale de la extrusora y se deposita sobre el conductor.
La disposición y forma de éstas herramientas se indican en las figuras N°
12 y 13 (ANEXO C).
La figura N° 12 indica la aplicación a presión del material y la figura N° 13 la
forma tubular.
72
La aplicación a presión es utilizada en extrusión de cables donde el
aislamiento o chaqueta va directo sobre el conductor o sobre otro material de
temperatura de fusión mayor y donde el requerimiento de adherencia es
importante. Con este sistema se consigue crear una barrera contra la entrada de
humedad ya que el material toma la forma que el cable interior posee.
Es posible conseguir mayor adherencia aumentando la presión del material
entre el dado y la guía mediante la variación de los ángulos de éstos.
Como se observa en la figura N° 13 (ANEXO C) en la aplicación tubular, el
cable a ser forrado, atraviesa un tubo hasta fuera del dado y recién allí el material
extruido se pone en contacto con el conductor, cuando ya se ha formado la capa.
Este tipo de aplicación se utiliza especialmente para chaquetas de cable
telefónicos.
3.5.1.2.5. Capacidad de extrusoras.-
Para la fabricación de conductores eléctricos es recomendable utilizar
exírusoras monotornillo con una relación mínima, entre longitud y diámetro interior
del barril (L/D) de 16:1. La tendencia siempre ha sido utilizar extrusoras con
relación L/D mayores, por eso en la actualidad la relación más usual es 24:1.
* Los diámetros comunes de extrusoras americanas que se utilizan son: 2%,
3y2, 4Yz y 6 pulgadas o de 60, 80, 100, 120 y 150 mm para extrusoras de
procedencia europea.
La capacidad de las extrusoras, entre otras cosas, depende del las
características del tornillo, potencia del motor, caja de transmisión y tipo de
material. De la experiencia de años dedicados a la fabricación de conductores
eléctricos, la capacidad de salida para PVC de las diferentes extrusoras son las
que se indican en la Tabla N° 3.5.1.
73
TABLA 3.5.1. Capacidad de salida de PVC (B = 1.4 g/cm3)
Diámetro
extrusora
Pulg.
21/2
y/23%
41/2
Relación
UD
24:1
20:1
24:1
24:1
Potencia
Motor
HP
40
60
75
150
R.P.M.
Tornillo
RPMs
150
125
125
110
Capacidad
extrusora
HP
79
130
130
200
Salida de
PVC
Kg/hora
150
190
360
520
Salida de
PE-BD
Kg/hora
79
125
237
342
La capacidad de extrusión para otro material dieléctrico se puede calcular
por medio de la siguiente relación:
CL = C3_5, d2
Donde:
Ci = Capacidad de salida del material 1 [Kg/h]
C2 = Capacidad de salida del material 2 [Kg/h]
di = densidad de material 1 [gr/cm3]
dz = densidad de material 2 [gr/cm3]
De donde obtenemos:
La última columna de la tabla 3.5.1. indica la capacidad de salida de
polietileno de baja densidad para ios diferentes calibres de extrusoras.
La limitante principal para siempre conseguir estas salidas de materiales de
las extrusoras es la calidad de los compuestos y en especial el índice de fusión.
74
Estos valores en combinación con estándares de materiales y ciertas
consideraciones nos permiten seleccionar o escoger los equipos que conforman
una línea como capstan, precalentador, marcadora, embobinador, tina de
enfriamiento, etc.; además de ser la base para el cálculo de estándares de
producción.
3.5-1.3. Tina de enfriamiento. -
Una vez que el conductor sale del cabezal con material de aislamiento o
chaqueta, para disminuir su temperatura el producto debe pasar por tinas con
agua.
Las tinas de enfriamiento constan de dos secciones, la primera sirve para
disminuir la temperatura hasta un rango entre 70 y 100°C, después de la cual la
marca de identificación es impresa con tinta sobre el aislamiento del conductor.
La segunda sección disminuye la temperatura del conductor hasta la
temperatura del medio ambiente.
Es importante que el flujo del agua tenga la misma dirección que el
movimiento del conductor, en especial cuando la velocidad es alta.
La longitud total de la tina depende de la velocidad de operación y del
diferencial de temperatura del conductor que se debe disminuir.
3.5.1.4. Capstan.-
E! movimiento y la velocidad del conductor aislado se obtiene por medio de
este halador, el cual dependiendo del calibre del conductor puede ser;
Capstan de doble polea.
Este consiste de dos poleas ranuradas de las cuales una es controlada por
un motor con velocidad variable y la otra es de movimiento libre. Este tipo de
capstan se utiliza para calibres pequeños de conductores que corren a altas
velocidades.
75
Caterpiilar.-
Este tipo de capstan consiste en dos bandas de transmisión entre las cuales
e! cable es presionado. La velocidad de la banda inferior es controlada por un
motor de velocidad variable.
Este tipo de capstan es utilizado para conductores aislados de calibres
gruesos que son difíciles de enrollar en las poleas ranuradas y en aplicación de
chaqueta de cables frágiles como los telefónicos.
Generalmente la velocidad del capstan actúa coordinada con la velocidad de
(a extrusora para facilitar el control dimensional del aislamiento o chaqueta.
Adicionalmeníe en líneas de extrusión para cables gruesos es factible utilizar
otro capstan tipo Caterpillar antes de la entrada del conductor al cabezal de
extrusión, con el propósito de mantener uniforme la tensión y la velocidad del
cable.
3.5.1.5. Embobinador.-
Es el equipo que recoge en carretes el cable producido por el capstan
igualmente a velocidad y tensión uniforme. Para los tipos de conductores tratados
aquí se utilizan embobinadores tanto simples como dobles.
Embobinador simple.-
Es utilizado para recoger cables aislados de calibres grandes que son
producidos a baja velocidad.
Embobinador doble.-
Este es utilizado en líneas de extrusión de conductores con calibres
pequeños donde la velocidad y continuidad del proceso son importantes. El
control es realizado mediante un motor de corriente continua y embragues
magnéticos.
76
*
La coordinación de velocidad de éste con la del capstan se obtiene mediante
un acumulador o Dancer que controla la velocidad del carrete. La continuidad de
producción se alcanza por el cambio automático del embobinador que se produce
cuando un carrete ha alcanzado una longitud fijada.
3.5.1.6 Otros equipos.-
Adicionalmente a los equipos, tratados hasta ahora, una linea de extrusión
para aislado se complementa con otros como son: precalentador de conductor,
marcadora, secador de cable, detector de fallas de aislamiento, secador y
precaientador de materiales dieléctricos.
*3.5.1.6.1. Precalentador.-
Para mejorar la adherencia del material aislante con el conductor de cobre,
este debe tener una temperatura entre 70 - 100°C. El precalentador induce una
corriente en el conductor que pasa por sus dos poleas lo que eleva su
temperatura.
3.5.1.6.2. Marcadora.-
Para cumplir con los requerimientos de identificación de las especificaciones
de los diferentes tipos de conductores, en la línea de extrusión se debe marcar'
sobre la superficie del aislamiento o chaqueta. Esta marca puede ser realizada
con marcadoras de tinta indeleble, digitales, cinta transferible o en alto relieve.
3.5*1.6.3. Secadora de cable.-
Para marcar la superficie, ésta, debe estar libre de humedad. Lo que se
consigue mediante secadores con diseños especiales que utilizan aire
comprimido.
77
3.5.1.6.4. Detector de fallas.-
El conductor antes de ser embobinado en carretes es probado ei aislamiento
para asegurar que no tenga ninguna rotura o porosidad. Esta prueba se realiza
con el detector de faltas que aplica un voltaje, que puede ser AC o DC, de
acuerdo con los requerimientos de las especificaciones, entre el conductor y el
aislamiento.
3.5.1.6.5. Medidor de diámetro.-
Para asegurar que el conductor producido cumpla con los requerimientos de
diámetro, las líneas de extrusión son equipadas con un medidor en base a un
rayo láser.
Este medidor consta de emisor, receptor y monitor. Entre el emisor y e!
receptor corre el conductor aislado cortando el ancho del rayo emitido; esta
diferencia es comparada con ei valor fijado en el monitor y si existe alguna
variación envía la señal al control del tornillo para aumentar o disminuir su
velocidad angular.
3.5.1.6.6. Colorímetro.-
Para producir conductores con aislamiento de color se utiliza equipos de
dosificación, que pueden ser de disco o de tornillo . Los colorímetros de disco
actúan automáticamente de acuerdo al volumen de material existente en la tolva
de alimentación a la extrusora.
Los colorímetros del tornillo alimentan el colorante directamente a la entrada
del barril en coordinación con la alimentación a la extrusora.
3.5.1.6.7. Secador y precalentador.-
El material dieléctrico puede absorber humedad por condensación durante el
embalaje, almacenaje, o por el ambiente húmedo, en especial ei material negro.
Para eliminar esta humedad se utiliza un secador con circulación forzada de aire
seco, lo que beneficia a la procesabilidad del material.
78
Para incrementar la producción y ahorrar energía consumida por el motor de
la extrusora, se utiliza el material precalentado antes de que ingrese a la
extrusora.
3.6. REUNIDO.-
Es el proceso de cablear conductores aislados para formar un núcleo que
luego sea cubierto con un relleno y/o chaqueta.
Este proceso es realizado por cableadoras similares a las utilizadas para
cablear conductores concéntricos de cobre, con longitudes de cableado mayores.
3.7. CHAQUETA.-
Este proceso es la aplicación de una cubierta de material dieléctrico sobre
un aislamiento o sobre un núcleo de conductores aislados, como es el caso de los
cables multipolares.
La línea de producción que efectúa este proceso básicamente es la misma
que la línea de extrusión para aislado lo que difiere es el calibre o tamaño de sus
componentes.
3.8. FRACCIONAMIENTO,-
Calibres comprendidos entre 20 y 10 AWG de todos los tipos de
conductores y entre 8 y 2 AWG de los tipos TW y THW son ofrecidos al
consumidor tanto en rollos de 100 metros como de diferentes longitudes; este
proceso se lo conoce como fraccionamiento.
3.8.1. LÍNEA DE FRACCIONAMIENTO.-
Para este proceso se utiliza una línea constituida por desembobinador,
detector de fallas, contador de metros y embobinadores.
3.8.1.1 Desembobinadores.-
Igual que en procesos anteriores este porta carreto debe estar equipado
con frenos mecánicos, eléctricos o magnéticos.
3.8.1.2 Detector de fallas.-
La línea de extrusión, como se vio anteriormente, está equipada con este
detector, pero para asegurar la calidad del producto también las fraccionadoras.
En éstas, la presencia de una falla, detiene la línea para retirar el producto
defectuoso.
3.8.1.3 Contador de roeíros.-
Esta parte de la línea igualmente actúa automáticamente cuando la
medición ha alcanzado la longitud fijada de cada rollo.
3.8.1.4 Embobinador.-
El embobinador de una fraccionadora está constituido por lo menos de dos
cabezales con aletas retráctiles que permiten extraer el rollo sin necesidad de
desmontar ninguna pieza o parte.
3.9. CONTROL EN PROCESOS DE AISLADO, REUNIDO,
CHAQUETA Y FRACCIONAMIENTO.-
Los productos terminados luego de ser fraccionados para ser despachados al
cliente deben cumplir físicamente como mínimo con las características
dimensionales indicadas en las tablas del Capítulo 4 para cada tipo de conductor
eléctrico. Para llegar a esto, en cada uno de los procesos previos como son
chaqueta, reunido y aislado, el fabricante debe controlar que se cumplan con los
requerimientos de las especificaciones indicadas en ei Capítulo 1. Así es como:
3.9.1. Proceso de aislado.-
En este proceso se controta, entre otros parámetros, que:
El conductor desnudo mantenga sus dimensiones dentro del rango de
tolerancia requerido de acuerdo con las tablas N° 3.2.1 y/o 3.4.1 y 3.4.2.
El material de aislamiento sea el adecuado y sus espesores cumplan con
lo indicado en la tabla correspondiente al tipo de conductor.
La apariencia superficial del aislamiento sea liso, brillante y libre de
impurezas.
La marca de identificación sea la correspondiente a la especificación.
- El valor de voltaje de detección de falla sea el indicado de acuerdo con el
calibre y el tipo de producto.
Los parámetros de operación de la línea como velocidades del producto y
del tornillo, temperaturas de las zonas del barril y cabezal , presión del
material de aislamiento, etc.
3.9.2 Proceso de reunido.-
En el ensamblaje para multiconductores se debe controlar que:
- Los unipolares y sus colores sean los correspondientes al núcleo a
formarse.
La longitud de paso y la dirección de cableado correspondan a las
indicadas en la tabla N° 18 (Anexo A).
- El diámetro y uniformidad de la sección trasversal.
El embobinado uniforme en el carreto receptor.
3.9.3 Proceso de chaqueta.-
De deben controlar, entre otros parámetros, que:
El material y los espesores de la chaqueta sean los correspondientes
según las especificación del tipo de producto.
Apariencia superficial lisa, brillante, libre de imperfecciones.
Marca de identificación de acuerdo con lo mínimo requerido por la
especificación correspondiente.
- Dimensiones externas y longitudes producidas.
N I
3.9.4 Proceso de fraccionamiento.-
En este proceso se debe controlar que:
Longitud del producto sea el requerido
El voltaje de detección de falla sea el correspondiente al tipo de producto
según la especificación correspondiente.
82
CAPITULO 4.
DISEÑO DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS.
4.1 ALCANCE
Este capítulo tratará las consideraciones y metodología de cálculo que se
debe utilizar para definir las características dimensionales, físicas y eléctricas de
los conductores que este proyecto abarca.
El desarrollo de este capítulo comenzará con la metodología de cálculo de
los parámetros a base de ios cuales se concluirá con la elaboración de tablas de
características físicas y eléctricas de los conductores eléctricos.
La metodología de cálculo constará de las consideraciones tomadas y las
fórmulas utilizadas.
Se manejarán unidades de uso común y de mayor conocimiento, pero
tomando como base las unidades de definición de conductores eléctricos que son:
milsy circular mils.
4.2. PARÁMETROS DE ALAMBRES DE COBRE.-
4.2.1. DIÁMETROS DE ALAMBRE.-
En la especificación del numeral 1.2 se indican los diámetros nominales y
las tolerancias permitidas, cuyos valores se detallan en la Tabla N° 3.2.1.
(4.1)1000
Donde:
d = diámetro del alambre [mm]
Ds = diámetro nominal del alambre [miís]
fa = Factor = 1 para diámetros nominales;
= 0.99 para diámetros mínimos.
4.2.2 PESO POR UNIDAD DE LONGITUD.-
El peso del cobre por unidad de longitud del alambre se lo calcula
mediante la siguiente fórmula:
Ps= -¿2*¿ (4.2)
Donde:
Ps = Peso por unidad de longitud del alambre [Kg. / Km.]
d = Diámetro del alambre [mm]
5- Densidad del cobre [gr/cm3]
4.2.3. ÁREA CONDUCTORA.-
El área de la sección transversal de un alambre, en unidades del sistema
internacional de medidas, se calcula utilizando la siguiente fórmula, teniendo
como base el área en cmils:
( r~ VA^= \—*25A*fa\ (4.3)
(lOQQ ) 4
Donde:
Amm = Área del alambre [mm2]
A = Área del alambre [cmils]
fa = Factor de tolerancia
4.2.4. RESISTENCIA ELÉCTRICA CD A 20 °C.-
La resistencia eléctrica CD a una temperatura ambiente de 20°C se la
calcula mediante la siguiente fórmula:
(4-4)^«m
Donde:
p = Resistividad eléctrica CD a 20°C [ümm2 / m]
L = Longitud del alambre [m]
= Área transversal del alambre [mm2]
84
4.3. PARÁMETROS DE CABLES CONCENTRICOS.-
4.3.1. DIÁMETROS DE ALAMBRE COMPONENTE (HILO).-
A base del área nominal estándar de la especificación, se calcula el
diámetro de un hilo mediante la siguiente fórmula:
dh = 25.4 (4.4)
Donde:
dh = Diámetro del hilo componente [mm]
A = Área transversal nominal del cable [cmils]
Ft = Factor de tolerancia de área permitida
Donde Ft = 1 para área nominal
Ft = 0.98 para área mínima
Nh = Número de hilos componentes.
4.3.2. DIÁMETROS DE CABLE O CAPA.-
Por la disposición ordenada del número de hilos que forman un cable
concéntrico, como se indica en la figura N° 4.3.1., para determinar el diámetro de
cada capa, se definen factores de diámetro que se indican a continuación en la
tabla N° 4.3.1.
7 Hilos 19 Hilos
85
37 Hilos 61 Hilos
Figura N° 4.3.1 Construcción de cables concéntricos.
TABLA N° 4.3.1 CONSTRUCCIÓN DE CABLES CONCÉNTRICOS.
NUMERODE HILOS
7
19
37
61
CONSTRUCCIÓN
# HILOS /CAPA
1+6
1+6+12
1+6+12+18
1+6+12+18+24
FACTOR DE DIÁMETRO
Fd
3
5
7
9
El diámetro del cable o de la capa se calcula con la siguiente fórmula:
dh (4.6)
Donde:
De = Diámetro del cable [mm]
dh = Diámetro del hilo componente [mm]
Fd = Factor de diámetro
86
4.3.3. PESO POR UNIDAD DE LONGITUD.-
Eí peso de cobre de un cable concéntrico es la sumatoria de los pesos de
los hilos componentes que forman este cable y se lo calcula con la siguiente
fórmula:
Pc = *Nh*Fc (4.7)
Donde:
Pe = Peso de cobre del cable concéntrico [Kg/Km]
dh = Diámetro del hilo componente [mm]
Fe = Factor de cableado
Nh = Número de hilos
S - Densidad del cobre [gr/cm3]
El factor de cableado es el incremento de longitud de un hilo por la forma
helicoidal que forma dentro de la capa y depende de la longitud de paso de
cableado que tenga por lo que se define un factor de paso:
9.8696
n(4.8)
Donde:
Fp = Factor de paso.
n = Relación de longitud de paso / diámetro de la ruta helicoidal.
Dh(4.9)
Donde:
Lp = Longitud de paso.
Dh = Diámetro de ruta helicoidal de la capa.
87
El diámetro de la ruta helicoidal de una capa se define como la distancia
entre centros de hilos componentes diametralmente opuestos de una misma capa
y se calcula como:
= dh*(Fd-l) (4.10)
Donde:
dh = Diámetro del hilo.
Fd= Factor de diámetro.
La longitud de paso según especificación esta comprendido entre 8 y 16
veces el diámetro de la capa o cable.
(4.11)
Aplicando la fórmula 4.9 los valores de n, para cada una de las capas,
considerando, que para producción, una longitud de paso de 16 veces el diámetro
de la capa es el más conveniente.
Capa 1:6 hilos.
. 16*3*ift _ 4 8 _ 2 > f
Dh 2dh 2
Capa 2:12 hilos
„ = - _ - 20 (413)4í//i 4
Capa 3:18 hilos
_\6*7dh _1126c//7 6
, , ..= 18.667 (4.14)
88
Capa 4:24 hilos
\6*9dh 1448
= 18 (4.15)
Con estos valores y aplicando la fórmula 4.8 se determina el factor de paso
para cada una de las capas.
En la tabla N° 4.3.2 se indican los valores de n y del factor de paso.
TABLA N° 4.3.2 VALORES DE n Y FACTOR DE PASO
Capa
Centro
1
2
3
4
Número de
hilos
1
6
12
18
24
n
1
24
20
18.667
18
Factor de paso
fp1
1 .00853
1.01226
1.01406
1.01512
FACTOR DE CABLEADO.-
Este factor de cableado es el promedio de los factores de paso de todos los
hilos que conforman un cable, calculado utilizando la formula siguiente:
+ Fp2 *Nh2 A7?
Nht(4.16)
Donde:
Fe = Factor de cableado del cable concéntrico.
Fpn = Factor de paso de la capa n.
Nhn = Número de hilos de la capa n.
Nht = Número de hilos del cable.
Estos factores de cableado se indican en la tabla N° 4.3.3
89
TABLA N° 4.3.3 FACTORES DE CABLEADO.-
Número
de hilos
7
19
37
61
Factor de cableado Fe
Numérico
1.0073
1.0104
1.0122
1.0133
Porcentaje
0.73
1.04
1.22
1.33
43.4. RESISTENCIA ELÉCTRICA CD A 20°C.-
La resistencia eléctrica en corriente directa a temperatura de 20 °C de un
cable concéntrico se calcula mediante la siguiente fórmula:
Rcc = Rs * Fe (4.17)
Donde:
Rcc = Resistencia eléctrica del cable concéntrico [Q/Km]
Rs = Resistencia del alambre equivalente al cable concéntrico. [O/Km]
Fe = Factor de cableado
4.4 PARÁMETROS DE CABLES SUNCHADOS FLEXIBLES.-
Por la forma de construcción donde un hilo se ubica en cualquier posición,
no define figura geométrica alguna y los parámetro dimensionales no pueden ser
definidos teóricamente.
Por la experiencia en fabricación de conductores flexibles, se considera
que el diámetro nominal de un cable flexible corresponde al diámetro del alambre
del calibre inmediato superior; ésto se indica en la tabla N° 4.4.1.
90
TABLA N° 4.4.1 DIMENSIONES DE CABLES FLEXIBLES.
CALIBRE
AWG
22
20
18
16
14
12
10
DIÁMETRO
Aproximado mm
0.81
1.02
1.29
1.63
2.05
2.59
3.26
4.4.1 PESO DE CABLE BUNCHADO.-
El peso del cobre en un cable de este tipo se calcula basándose en eí peso
del hilo, número de hilos y e! factor de bunchado.
Este factor de bunchado, prácticamente, se considera en los valores que se
indican en el cuadro siguiente.
TABLA N° 4.4.2. FACTOR DE BUNCHADO.
Número de
hilos
4-10
J l - 3 5
>35
Factor de
bunchado
1.010
1.015
1.020
La fórmula que se utiliza es la N° 4.7.
91
4.5 PARÁMETROS DEL MATERIAL DE AISLAMEENTO.-
Para alambres y cables, aislados con cualquier material dieléctrico se
toman en cuenta los valores de las especificaciones desarrolladas en los capítulos
1 y 2.
4.5.1 PESO DE AISLAMIENTO DE CONDUCTORES.
En esta parte se determina el consumo de material dieléctrico aplicado
directamente sobre el conductor tanto para sólidos como cableados.
La fórmula general utilizada es la siguiente:
(4.18)
Donde:
Pa= Peso del material aislante [Kg/Km]
Da = Diámetro conductor aislado [mm]
De = Diámetro del conductor [mm]
FE = Factor de llenado.
5 = Densidad del material aislante, [gr/cm3]
4.5.1.1 Diámetro conductor aislado (Da).
Este parámetro es la suma del diámetro del conductor más dos veces el
espesor indicado en la especificación correspondiente.
(4.19)
Donde:
Ea = Espesor de aislamiento
92
4.5.1.2 Factor de llenado.-
Es el incremento de material tanto por la forma irregular de la
circunferencia de la sección transversal como por la ruta helicoidal que describe
un hilo en los cables concéntricos.
Para alambres sólidos este factor toma un valor de 1, ai igual que para
cables bunchados. Para cables concéntricos se determina como sigue.
4.5.1.2.1 Factor de llenado para cables concéntricos.-
En la siguiente figura se indica la forma que un cable de 7 hilos
toma:
Figura N° 4.5.1 Área de llenado.
Para calcular el factor de llenado, primeramente, definimos el área de
material aislante que llenará los espacios libres que quedan entre los hilos de la
última capa del cable.
ÁREA DE LLENADO.-
Ai - Ac - Al - A2 (4.20)
93
Donde:
A* = Área intersticial.
A? = Área exterior del cable
At= Área del hexágono
2= Área de los sectores restantes de los hilos.
AREAEXTERIOR.-
Es el área total del cable considerando como que fuera redondo con un
diámetro De.
Ac = -*Dc2 ó (4.21)4
Ac = 9*-*dh2 (4.22)
Donde:
Ac = Área exterior del cable
De = Diámetro del cable
dh = Diámetro del hilo componente.
ÁREA DEL HEXÁGONO.-
Es el área formada uniendo los centros de cada uno de los hilos de la capa.
4=-*V3*t//r (4.23)
Donde:
AI = Área del hexágono.
dh = Diámetro del hilo componente.
ÁREA DEL SECTOR RESTANTE.-
-*dfca (4.24)3 4
Donde:
A2= Área del sector restante
dh = Diámetro del hilo componente.
94
Reemplazando en la fórmula N° 4.20 se encuentra que:
(4,25)
FACTOR DE ÁREA.- Es la relación del área intersticial para el área total
de! cable.
(4.26)
FACTOR DE LLENADO.-
Ft = (\-Fa*Fp) (4.27)
Donde:
FI= Factor de llenado
Fa= Factor de área
Fp= Factor de paso de la última capa.
Utilizando las fórmulas anteriores se calculan los valores de Fa y
indicados en la tabla N° 4.5.1.
TABLA N° 4.5.1. FACTORES DE ÁREA Y LLENADO.
CABLES CONCÉNTRICOS
Número
de hilos
7
19
37
61
Factor de Área
Fa
0.1880
0.1095
0.0751
0.0578
Factor de llenado
F,
0.8104
0.8892
0.9238
0.9413
95
4.5.2 Aislamiento de cables bunchados.-
Para calcular diámetros y pesos del aislamiento de estos conductores se
considera la sección transversal como la de un alambre, de tal forma que el peso
se calcula mediante la fórmula N° 4.18, considerando un factor de llenado
igual a 1.
4.6. PARÁMETROS DE CABLES MÜLT1POLARES.-
Los diámetros y peso de los unipolares tanto de cobre como de aislamiento
se calculan por medio de las fórmulas anteriores.
A partir de! proceso de reunido estas características se obtienen bajo otras
consideraciones y fórmulas.
4.6.1. DIÁMETRO DE NÚCLEO.-
Este diámetro de calcula mediante la siguiente fórmula:
Da=Da*Fd (4.28)
Donde:
Dn = Diámetro de núcleo
Da = Diámetro del conductor aislado.
Fd= Factor de diámetro.
Los valores del factor de diámetro para las diferentes construcciones se
indican en la Tabla N° 4.6.1.
TABLA N° 4.6.1 FACTORES DE DIÁMETRO.
CABLES MULTIPOLARES
NUMERO DE
UNIPOLARES
2
3
4
FACTOR DE
DIÁMETRO
Fd
2.0000
2.1547
2.4142
4.6.2. PESO TOTAL DE COBRE.-
(4.29)
Donde:
PCU = Peso total de cobre. (Kg/Km)
PC = Peso de cobre del unipolar. (Kg/Km)
Nú = Número de unipolares.
Fe = Factor de cableado = 1.02
4.6.3. PESO DE AISLAMIENTO.-
(4.30)
Donde:
Pat = Peso total de asilamiento. (Kg/Km)
Pc = Peso de aislamiento unipolar. (Kg/Km)
Nú = Número de unipolares.
Fe = Factor de cableado = 1.02
97
4.6.4. RELLENO Y CHAQUETA.-
Para multiconductores de calibres mayores a 10 AWG, sobre el núcleo es
aplicado un relleno con un espesor de 0.50 mm cuyos diámetros y pesos se
calculan mediante las fórmulas siguientes.
4.6.4.1 Diámetro sobre relleno.-
Dr=Dn + l (4.31)
* Donde:
Dr = Diámetro sobre relleno, (mm)
Dn = Diámetro del núcleo (mm)
4.6.4.2 Peso de relleno.-
r (4.32)
Donde:
Pr = Peso de relleno. (Kg/Km)
Dr = Diámetro de relleno, (mm)
Fj = Factor de llenado.
Dn= Diámetro del núcleo, (mm)
5 = Densidad de material dieléctrico (gr/cm3)
Los factores de llenado para multiconductores se indican a continuación.
98
TABLA N° 4.6.2 FACTORES DE LLENADO.
CABLES MULTIPOLARES
NÚMERO DE
UNIPOLARES
2
3
4
FACTOR DE
LLENADO
F,
0.5000
0.6572
0.7332
4.6.4.3 Diámetro sobre chaqueta.-
En multiconductores con relleno es necesario aplicar una chaqueta de
material termoplástico con espesores indicados en la especificación
correspondiente, cuyo diámetro se calcula mediante la siguiente fórmula:
Dj = /> + 2Ej (4.33)
Donde:
D] = Diámetro sobre chaqueta, (mm)
Dr = Diámetro sobre relleno, (mm)
Ej = Espesor de chaqueta (mm)
4.6.4.4 Peso de chaqueta sobre relleno.-
Para cables multiconductores con relleno o cables con chaqueta sobre
aislamiento el peso de la chaqueta se calcula con la fórmula siguiente:
(4.34)
99
Donde:
Pj = Peso de chaqueta. (Kg/Km)
DJ = Diámetro sobre chaqueta, (mm)
Df= Diámetro bajo relleno, (mm)
5 = Densidad de material dieléctrico (gr/cm3)
4.6.4.5 Peso de chaqueta sobre núcleo.-
En multiconductores de calibres menores a 10 AWG la chaqueta es
aplicada directamente sobre el núcleo ensamblado cuyo peso se calcula mediante
!a siguiente fórmula:
6 (4.35)
Donde:
= Peso de chaqueta. (Kg/Km)
= Diámetro sobre chaqueta, (mm)
F] = Factor de llenado.
Dn = Diámetro del núcleo, (mm)
5 = Densidad de material dieléctrico (gr/cm3)
4.7. TABLAS DE CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y ELÉCTRICAS DELOS CONDUCTORES.
Aplicando las especificaciones de (os conductores que definen espesores
mínimos tanto promedios como en un punto para el aislamiento y la chaqueta, y
las características de las materias primas indicadas en el capítulo 2, en conjunto
con las consideraciones y fórmulas establecidas en la parte primera de este
capítulo se desarrollan las tablas con los requerimientos mínimos de diámetro,
dimensiones externas, áreas conductoras y peso de las diferentes materias
primas que cada tipo de conductor debe cumplir como producto terminado para
alcanzar los niveles de calidad exigidos por las normas.
Además se indican las características eléctricas de resistencia máxima
permitida y la capacidad de transmisión de corriente que los distintos conductores
poseen.
*
TA
BL
A N
° 4.
7.1
CA
RA
CT
ER
ÍST
ICA
S M
ÍNIM
AS
DE
CO
ND
UC
TO
RE
S T
IPO
TF
Y T
W.
CA
LIB
RE
AW
Q/K
cmlls
18 16 14 12 10 8 6 8 6 4 2 1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
1000
ÁR
EA
cmils
1624
2583
4107
6530
1038
3
1651
0
2625
116
510
2624
0
41740
6636
0
1056
00
1331
00
1678
00
211600
250000
3000
00
3500
00
400000
500000
600000
700000
7500
00
8000
00
1000
000
NU
ME
RO
DE
HIL
OS
# 1 1 1 1 1 1 1 7 7 7 7 19 19 19 19 19 19 19 19 37 37 61 61 61 61
DIÁ
ME
TR
OH
ILO
mm
1,01
3
1,27
8
1,61
1
2,0
32
2,5
62
3,23
1
4,0
74
1,22
11,
539
1,94
2
2,4
48
1,87
5
2,10
5
2,3
63
2,6
54
2,8
84
3,16
0
3,41
3
3,64
8
2,9
23
3,2
02
2,6
94
2,7
88
2,8
80
3,21
9
DIÁ
ME
TR
OC
ON
DU
CT
OR
mm
1,01
3
1,27
81,
611
2,0
32
2,5
62
3,23
1
4,0
74
3,6
63
4,61
85,
825
7,34
5
9,3
73
10,5
23
11,8
15
13,2
68
14,4
21
15,7
98
17,0
64
18,2
42
20,4
61
22,4
14
24,2
42
25,0
93
25,9
16
28,9
75
PE
SO
CO
ND
UC
TO
R
Kg/
km
7,16
91 1
,403
18,1
31
28,8
27
45,8
36
72,8
84
115,
886
73,4
16
116,6
83
185,
608
295,0
87
471,0
23
593,
686
748,4
63
943,8
31
1115,1
12
1338
,134
1561
,157
1784,1
79
2234
,197
2681,0
37
3131,2
75
3354,9
38
3578
,600
4473,2
50
ES
PE
SO
RA
ISLA
MIE
NT
O
mm
0,76
0,76
0,76
0,76
0,76
1,14
1,52
1,14
1,52
1,52
1,52
2,03
2,03
2,03
2,03
2,4
1
2,41
2,41
2,41
2,41
2,79
2,79
2,79
2,7
9
2,79
DIÁ
ME
TR
OA
ISLA
MIE
NT
O
mm
2,5
33
2,7
98
3,13
1
3,55
2
4,0
82
5,51
1
7,11
4
5,9
43
7,6
58
8,8
65
10,3
85
13,4
33
14,5
83
15,8
75
17,3
28
19,2
41
20,6
18
21,8
84
23,0
62
25,2
81
27,9
94
29,8
22
30,6
73
31,4
96
34,5
55
PE
SO
AIS
LAM
IEN
TO
Kg/
Km
5,71
6
6,5
69
7,64
4
8,9
99
10,7
08
21,1
33
36,0
62
25,9
22
43,8
60
54,1
71
67,9
91
97,6
16
108,
261
120,4
06
134,2
86
174,1
50
189,
798
204,3
80
218,
116
229,0
63
291,5
79
302,8
27
312,4
05
321,
670
356,1
36
PE
SO
TO
TA
L
Kg/
Km
12,8
85
17,9
72
25
,77
4
37,8
26
56,5
44
94,0
17
151,
948
99,3
38
160,5
43
239,
779
363,0
78
568,6
39
701,
947
868,8
69
1078
,116
1289,2
62
1527
,933
1765
,536
2002,2
95
2463,2
60
2972,6
15
3434,1
02
3667,3
42
3900,2
71
48
29
,38
7
RES.
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C a
20°
C
O/K
m
21,3
79
13,4
42
8,4
54
5,31
7
3,3
44
2,10
3
1,32
3
2,0
76
1,30
6
0,82
1
0,51
6
0,3
26
0,25
8
0,2
05
0,16
2
0,13
8
0,11
5
0,09
8
0,08
6
0,0
69
0,0
57
0,0
49
0,04
6
0,0
43
0,0
34
CA
PA
CID
AD
DE
CO
RR
IEN
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Am
p."
20 25 30 40 55 40 55 70 95 125
145
165
195
215
240
260
280
320
355
380
400
410
455
Am
p.**
6 8 25 30 40 60 80 60 80 105
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455
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780
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7.2
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250
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350
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1038
316
510
2625
116
510
2624
041
740
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010
5600
1331
0016
7800
2116
0025
0000
3000
0035
0000
4000
0050
0000
6000
0070
0000
7500
00
8000
0010
0000
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HIL
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# 1 1 1 1 1 7 7 7 7 19 19 19 19 19 19 19 19 37 37 61 61 61 61
DIÁ
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1,61
12,
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2,56
23,
231
4,07
41,
221
1,53
9
1,94
22,
448
1,87
5
2,10
5
2,36
32,
654
2,88
43,
160
3,41
3
3,64
82,
923
3,20
22,
694
2,78
8
2,88
03,
219
DIÁ
ME
TRO
CO
ND
UC
TOR
mm
1,61
1
2,03
22,
562
3,23
14,
074
3,66
34,
618
5,82
57,
345
9,37
310
,523
11,8
1513
,268
14,4
2115
,798
17,0
6418
,242
20,4
6122
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3,56
3,94
9,09
9,83
13,3
9
15,3
1
16,7
6
21,0
2
23,8
6
27,2
231
,26
48,8
353
,55
97,8
0
131,
8914
6,64
215,
76
278,
93
357,
2545
6,45
90,4
8
111,
39
199,
2827
3,77
350,
0465
1,50
895,
0112
49,8
417
74,7
0
7 10 15 20 25 35 45 60 80
TE
TR
AP
OLA
RE
S
4 4 4 4 4 4 4 4 4
18 16 14 12 10 8 6 4 2
0,76
0,76
1,14
1,14
1,14
1,52
1,52
1,52
1,52
2,81
0
3,15
0
4,33
0
4,87
0
5,54
0
6,70
3
7,65
8
8,86
510
,385
26,4
3130
,815
61,6
93
72,1
37
85,0
94
143,
965
174,
663
215,
446
269,
996
6,78
7,60
10,4
5
11,7
6
13,3
716
,18
18,4
9
21,4
0
25,0
7
0,5
0,5
0,5
0,5
6,7
8
7,60
10,4
5
11,7
6
13,3
7
17,1
8
19,4
9
22,4
0
26,0
7
109,
4713
6,97
176,
02
232,
03
1,52
1,52
2,03
2,41
2,41
3,18
3,5
6
3,94
4,3
2
9,82
10,6
4
14,5
1
16,5
8
18,1
9
23,5
4
26,6
1
30,2
8
34,7
1
53,5
3
58,8
210
7,48
144,
8016
1,34
274,
64
348,
01
440,
18
556,
81
109,
0713
5,93
242,
78
333,
98
432,
53
821,
74
1126
,37
1574
,07
2239
,18
7 10 15 20 25 35 45 60 80
**
TA
BL
A N
° 4.
7.6
CA
RA
CT
ER
ÍST
ICA
S M
ÍNIM
AS
DE
CO
ND
UC
TO
RE
S T
IPO
SPT
.
TIPO
SPT
1SP
T2
SPT
3SP
T3
SPT
3SP
T3
CA
LIB
RE
AW
G2x
202x
182x
162x
142x
122x
10
CO
ND
UC
TO
RD
IÁM
ET
RO
mm
1,02
1,29
1,63
2,05
2,59
3,26
PESO
Kg/
Km
4,51
7,27
711
,574
18,4
0229
,403
46,7
53
AIS
LA
MIE
NT
OE
SPE
SOR
mm
0,76
1,14
1,52
2,03
2,41
2,79
DIÁ
ME
TR
Om
m2,
543,
574,
676,
117,
418,
84
PESO
Kg/
Km
5,73
711
,749
20,3
0735
,127
51,1
0671
,588
DIM
EN
SIO
NE
SM
EN
OR
mm
2,54
3,57
4,67
6,11
7,41
8,84
MA
YO
Rm
m5,
087,
149,
3412
,22
14,8
217
,68
PESO
TO
TA
LK
g/K
m10
,247
19,0
2631
,881
53,5
2980
,509
118,
341
CO
RR
IEN
TE
A3
0°C
Am
p.
10 13 18 25 30
*
TA
BL
A N
° 4.
7.7
CA
RA
CT
ER
ÍST
ICA
S M
ÍNIM
AS
DE
CO
ND
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TO
RE
S T
IPO
UF.
CA
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AW
G
2x14
2x12
2x10
CO
ND
UC
TOR
DIÁ
ME
TRO
mm
1,61
1__
2J03
2_2,
562
PE
SO
Kg/
Km
18,1
2128
,830
45,8
30
AIS
LA
MIE
NTO
ES
PE
SO
Rm
m
0,76
0,76
0,76
DIÁ
ME
TRO
mm
3,13
13,
552
4,08
2
PE
SO
Kg/
Km
7,64
28,
999
10,7
08
CH
AQ
UE
TAD
ISTA
NC
IAm
m
1,83
01,
920
2,21
0
ES
PE
SO
Rm
m
0,76
00,
760
0,76
0
ME
NO
Rm
m
4,65
15,
072
5,60
2
MA
YO
Rm
m
6,48
16,
992
7,81
2
PE
SO
Kg/
Km
24,0
3227
,045
32,3
21
PE
SO
TOTA
LK
g/K
m
49,7
9564
,874
88,8
58
CO
RR
IEN
TEA
30
°CA
mp
20 25 30
107
CAPITULO 5.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
5.1 CONCLUSIONES.-
• El conocer las características eléctricas y los procesos de transformación
de las materias primas, ayudará al momento de seleccionar los tipos y
calibres de conductores que se adapten mejor a las necesidades de los
consumidores.
• Con la elaboración de las tablas de características de los diferentes
conductores, en las cuales se indican los valores mínimos permitidos o
requeridos por las normas, sin que la calidad del producto se vea afectada,
ayudará a controlar el consumo de materias primas.
• Los consumos de materias primas en conjunto con las características de
maquinarias y equipos, ayudan al fabricante a implementar sistemas de
costeo y de control, así como a ampliar su rango de producción y ser más
competitivos en el mercado que cubra o pueda hacerlo en el futuro.
• Para la fabricación de otros tipos de conductores, como THHN o THWN, la
aplicación de aislamiento en chaqueta es simultánea. La selección de la
extrusora para la última capa se basa en las capacidades de salida
indicadas en el numeral 3.5.1.2.5.
• De la experiencia en la fabricación de conductores eléctricos, se deduce
que la producción de cables concéntricos de menos de 7 hilos, a pesar de
estar definidos en las especificaciones, no son comúnmente fabricados
pues su uso no es generalizado.
108
En la producción de conductores eléctricos de hasta 2000 V, objeto de este
proyecto, el esfuerzo a la tracción no es un parámetro indispensable en la
definición de las características de estos productos. Para el cálculo de este
parámetro en cables para líneas aéreas se debe considerar, como en el
caso de cálculo de pesos y resistencia eléctrica en CD a 20°C, el factor de
cableado.
5.2 RECOMENDACIONES.-
• Se espera que este proyecto sirva como una guía para que las personas
involucradas, tanto estudiantes como profesores, en el estudio de energía
eléctrica conozcan las normas bajo las cuales los conductores eléctricos
son fabricados.
• Para el fabricante, éste proyecto, íe servirá como guía para seleccionar
equipos adecuados para la elaboración de este tipo de conductores e
inclusive para utilizar mejor las materias primas bajo parámetros de calidad
especificados.
• Con el análisis de este proyecto, tanto estudiantes de energía eléctrica
como de otras áreas como industrial y mecánica, pueden desarrollar temas
de estudio como: determinación de estándares de producción, sistemas de
tratamiento de solución de trefilación, comportamiento de dados de
trefilación, entre otros.
• A partir de los datos requeridos por la especificación, se determinaron las
características dimensionales y físicas de los conductores eléctricos, los
mismos que pueden ser la base para evaluar el sobreuso de materias
primas, por lo que recomiendo desarrollar un estudio de usage.
109
• Con el aparecimiento de muchos equipos de control, con tecnologías
modernas, como medidores de diámetro, medidores de capacitancia entre
otros, es recomendable el equipamiento de las líneas de producción con
éstos equipos.
• Cuando las máquinas como trefiladoras o cableadoras se utilizan tanto
para la fabricación de conductores de aluminio y cobre, deben ser
limpiadas totalmente antes de cambiar el tipo de material a fabricar, para
evitar la corrosión que produce la mezcla de estos dos materiales.
• Se recomienda analizar técnica y económicamente la conveniencia de
utilizar conductores de aluminio, en general, para instalaciones de
residencias y plantas industriales.
• Para evitar el desperdicio del producto terminado por fabricación
defectuosa es recomendable que los controles, en cada uno de los
procesos, sean minuciosos y documentados para corregir cualquier
defecto que se presente en los procesos iniciales con lo cual se evitan
pérdidas de materias primas y tiempo de producción.
• Los conductores deben ser instalados de tal manera que su temperatura de
operación no exceda de los valores especificados para cada tipo de
conductor.
• Si la temperatura del ambiente donde van a ser instalados los conductores
es diferente, a la especificada en las tablas, la capacidad de corriente debe
ser reajustada.
110
BIBLIOGRAFIA.-
• ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARDS, SECTION 2, VOL. 02. 03,
Nonferus metal producís, 1998.
• ICEA/NEMA, Thermoplastic - Insulated Wire and Cable for Transmission
and Distribution of Electrical Energy, National Electrical Manufactures, NY
1990, ICEA/NEMA S-61 -402.
• UL, Standard for Safety Thermoplastic - Insulated Wires and Cables, Tenth
Edition, Underwriters Laboratories Inc., 1991, UL-62,UL-83.
• NEC, National Electrical Code, 1999 Edition, National Fire Protection
Association, Inc., 1998.
• ELECTRICAL WIRE HANDBOOK, Wire Association International, 1983.
• CONFERENCE PROCEDINGS, Wire and Cable Technica! Symposium
(WCTS), 69 Th Annual Convention, Wire Association International, 1999.
• CONFERENCE PROCEDINGS, Wire and Cable Technical Symposium
(WCTS), 71 STAnnual Convention, Wire Association International, 2001.
111
ANEXO A
ESPECIFICACIONES DE PRODUCTOSY MATERIAS PRIMAS
*
112
TABLA 1. REQUERIMIENTOS FÍSICOS Y MECÁNICOS DE ALAMBRES
SÓLIDOS DE COBRE.
CALIBRE
AWG
1/0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
DIÁMETRO*
ALAMBRE
mils
324,9
289,3
257,6
229,4
204,3
181,9
162,0
144,3
128,5
114,4
101,9
90,7
80,8
72,0
64,1
57,1
50,8
45,3
40,3
35,9
32,0
28,5
25,3
22,6
mm
8,251
7,348
6,544
5,827
5,189
4,621
4,115
3,665
3,264
2,906
2,588
2,305
2,053
1,828
1,628
1,450
1,291
1,150
1,024
0,912
0,812
0,723
0,644
0,573
ÁREA SECCIÓN
TRANSVERSAL 20 °C
cmil
105534
83693
66371
52635
41741
33102
26251
20818
16510
13093
10383
8234
6530
5178
4107
3257
2583
2048
1624
1288
1022
810
642
509
mm
53,48
42,41
33,63
26,67
21,15
16,77
13,30
10,55
8,37
6,63
5,26
4,17
3,31
2,62
2,08
1,65
1,31
1,04
0,82
0,65
0,52
0,41
0,33
0,26
PESO POR
UNIDAD DE
LONGITUD
Kg/Km
475,39
377,00
298,98
237,10
188,03
149,11
118,25
93,78
74,37
58,98
46,77
37,09
29,41
23,33
18,50
14,67
11,63
9,23
7,32
5,80
4,60
3,65
2,89
2,30
ELONGACIÓN
MÍNIMA
%
35
30
30
30
30
30
30
30
30
30
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
* Estos valores de diámetros de alambre se los calculó a partir de la información del
Anexo B
113
TABLA 1. REQUERIMIENTOS FÍSICOS Y MECÁNICOS DE ALAMBRES
SÓLIDOS DE COBRE. (Continuación)
CALIBRE
AWG
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
DIÁMETRO*
ALAMBRE
mils
20,1
17,9
15,9
14,2
12,6
11,3
10,0
8,9
8,0
7,1
6,3
5,6
5,0
mm
0,511
0,455
0,405
0,361
0,321
0,286
0,255
0,227
0,202
0,180
0,160
0,143
0,127
ÁREA SECCIÓN
TRANSVERSAL 20 °C
cmil
404
320
254
202
160
127
101
80
63
50
40
32
25
mm
0,20
0,16
0,13
0,10
0,08
0,06
0,05
0,04
0,03
0,03
0,02
0,02
0,01
PESO POR
UNIDAD DE
LONGITUD
Kg/Km
1,82
1,44
1,14
0,91
0,72
0,57
0,45
0,36
0,28
0,23
0,18
0,14
0,11
ELONGACIÓN
MÍNIMA
%
20
20
20
20
20
20
15
15
15
15
15
15
15
* Estos valores de diámetros de alambre se los calculó a partir de la información del
Anexo B.
114
TABLA 2. CONSTRUCCIÓN DE CABLES CONCÉNTRICOS DE COBRE*.
CALIBRE
AWG/Kcmils
14
12
10
8
6
4
2
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
1000
ÁREA
SECCIÓN
TRANSVER.
cmils
4110
6530
10380
16510
26240
41740
66360
105600
133100
167800
211600
250000
300000
350000
400000
500000
600000
700000
750000
800000
1000000
CLASE A
NUM. DE
HILOS
#
-
-
-
-
-
7
7
7
7
7
7
19
19
19
19
37
37
61
61
61
61
DIAM. DE
HILOS
mils
-
-
-
-
-
77.2
97.4
112.8
137.9
154.8
173.9
114.7
125.7
135.7
145.1
116.2
127.3
107.1
110.9
114.5
128.0
CLASE B
NUM.DE
HILOS
#
7
7
7
7
7
7
7
19
19
19
19
37
37
37
37
37
61
61
61
61
61
DIAM. DE
HILOS
mils
24.2
30.5
38.5
48.6
61.2
77.2
97.4
74.5
83.7
94.0
105.5
82.2
90.0
97.3
104.0
116.2
99.2
107.1
110.9
114.5
128.0
CLASE C
NUM. DE
HILOS
#
19
19
19
19
19
19
19
37
37
37
37
61
61
61
61
61
91
91
91
91
91
DIAM. DE
HILOS
mils
14.7
18.5
23.4
29.5
37.2
46.9
59.1
53.4
60.0
67.3
75.6
64.0
70.1
75.7
81.0
90.5
81.2
87.7
90.8
93.8
104.8
CLASE D
NUM. DE
HILOS
#
37
37
37
37
37
37
37
61
61
61
61
91
91
91
91
91
127
127
127
127
127
DIAM. DE
HILOS
mils
10.5
13.3
16.7
21.1
26.6
33.6
42.4
41.6
46.7
52.4
58.9
52.4
57.4
62.0
66.3
74.1
68.7
74.2
76.8
79.4
88.7
* Referencia: ASTM B 8 - 90 Standard specification for concentric - Lay - Stranded Copper Conductors,Hard, Medium-Hard, or Soft.
115
TABLA 3. REQUERIMIENTOS DE ÁREA, DIÁMETRO Y PESO POR UNIDAD
DE LONGITUD EN CABLES CONCÉNTRICOS*.
CALIBRE
AWG/Kcmils
14
12
10
8
6
4
2
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
1000
ÁREA SECCIÓN
TRANSVERSAL
mm2
2.08
3.31
5.26
8.37
13.30
21.15
33.63
53.48
67.43
85.03
107.22
126.68
152.01
177.35
202.68
253.35
304.24
354.70
380.03
405.37
506.71
Diámetro nominal del cable
Clase A
mm
-
-
-
-
-
5.88
7.42
9.46
10.63
11.94
13.40
14.62
16.00
17.30
18.49
20.66
22.68
24.48
25.35
26.17
29.26
Clase B
mm
1.84
2.32
2.93
3.70
4.66
5.88
7.42
9.49
10.67
11.97
13.44
14.63
16.02
17.31
18.52
20.69
22.69
24.50
25.37
26.21
29.28
PESO /UNIDAD DE
LONGITUD
Kg/Km
18.91
30.06
47.81
76.01
120.87
192.23
305.57
485.86
612.77
772.64
974.26
1151.13
1381.39
1612.09
1841.74
2302.55
2763.36
3222.68
3453.83
3683.49
4605.11
* Referencia: ASTM B 8 - 90 Standard specification for concentric - Lay - Slrandcd Coppcr Conductors.Hard. Medium-Hard. or Soft.
116
TABLA 4. REQUERIMIENTOS FÍSICOS Y DE CONSTRUCCIÓN DE LOS
CABLES SUNCHADOS DE COBRE*.
CALIBRE
AWG/Kcmils
10
12
14
16
18
20
22
ÁREA
SECCIÓN
TRANSVERSAL
cmils
10383
6530
4107
2583
1624
1022
642
DIÁMETRO NOMINAL DEL CABLE
Clase J
28AWG
#
65
41
26
16
10
7
4
Clase K
30AWG
#
104
65
41
26
16
10
7
Clase L
32AWG
#
165
104
65
41
26
16
-
DIÁMETRO
CABLE
SUNCHADO
mm
3.00
2.36
1.88
1.50
1.20
0.94
0.77
PASO
CABLEADO
MÁXIMO
mm
63.5
50.8
41.2
31.8
25.4
25.4
20.3
TABLA 5. ESPESORES DE AISLAMIENTO TW Y UNIPOLARES UF*.
CALIBRE DEL
CONDUCTOR
AWG
14-9
8
6-2
1/0-4/0
ÁREA
CONDUCTORA
Kcmils
250 - 500
550- 1000
1100-2000
ESPESOR MÍNIMO DE AISLAMIENTO
PROMEDIO
mils
30
45
60
80
95
110
125
mm
0.76
1.14
1.52
2.03
2.41
2.79
3.18
EN UN PUNTO
míls
27
40
54
72
86
99
112
mm
0.69
1.02
1.37
1.83
2.18
2.51
2.84
* Referencia: ASTM B 174-90 Standard specifícation for Bunch - Stranded Copper Conductors foreléctrica! Conductors.
* Referencia: UL-83.
117
'TABLA 6. VOLTAJE DE DETECCIÓN DE FALLAS TW Y THW.
CALIBRE
AWG/Kcmils
14-9
8 - 7
6-2
1/0-4/0
250 - 500
550-1000
1100-2000
VOLTAJE
RMS
KV
7.5
10.0
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
TABLA 7. RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AGUA A 15.6°C Y 60°C DE TW*
CALIBRE
AWG/Kcmils
14
12
10
8
6
4
2
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
1000
ÁREA CONDUCTORA
Kcmils
4107
6530
10383
16510
26251
41741
66371
105534
133077
167806
211600
250000
300000
350000
400000
500000
600000
700000
750000
800000
1000000
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO MÍNIMA
Corto tiempo
Temperatura 15.6°C
Mil/Km
45
40
35
35
35
30
25
25
25
20
20
20
20
20
15
15
15
15
15
15
15
Largo tiempo
Temperatura 60°C
M£i/Km
0.030
0.025
0.025
0.025
0.025
0.020
0.015
0.020
0.015
0.015
0.015
0.015
0.015
0.015
0.010
0.010
0.010
0.010
0.010
0.010
0.010
* Referencia: UL - 83
118
TABLA 8. PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DE TW y THW*.
RANGO
CALIBRES
AWG/Kcmils
14-9
8-2
1/0-4/0
250 - 500
550-1000
1100-2000
VOLTAJE AC
Voltios
TW
1500
2000
2500
3000
3500
4000
THW
2000
2000
2500
3000
3500
4000
TABLA 9. ESPESOR DE AISLAMIENTO THW*.
CALIBRE DEL
CONDUCTOR
AWG
14
12
10
8
6
4
2
1/0
2/0
3/0
4/0
SECCIÓN
CONDUCTORA
Kcmils
250 - 500
550- 1000
1100-2000
ESPESOR MÍNIMO DE AISLAMIENTO
PROMEDIO
mils
45
45
45
60
60
60
60
80
80
80
80
95
110
125
mm
1.14
1.14
1.14
1.52
1.52
1.52
1.52
2.03
2.03
2.03
203
2.41
2.79
3.18
EN UN PUNTO
mils
40
40
40
54
54
54
54
72
72
72
72
86
99
112
mm
1,02
1.02
1.02
137
1.37
1.37
1.37
1.83
1.83
1.83
1.83
2.18
2.51
2.84
* Referencia UL - 83.
119
TABLA 10. RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AGUA A 15.6°C Y 75°C DE
THW*.
CALIBRE
AWG
14
12
10
8
6
4
2
1/0
2/0
3/0
4/0
ÁREA CONDUCTORA
Kcmils
250
300
350
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO MÍNIMA
Corto tiempo
Temperatura 15.6°C
Mil/Km
235
200
170
160
135
115
95
95
85
80
70
80
70
65
Largo tiempo
Temperatura 75°C
Mil/Km
0.155
0.135
0.115
0.105
0.090
0.075
0.060
0.065
0.060
0.055
0.050
0.050
0.050
0.045
TABLA 11. ESPESORES DE AISLAMIENTO DE TTU*.
CALIBRE
RANGO
AWG/Kcmil
8 -2
1/0-4/0
250- 500
600- 1000
ESPESOR MÍNIMO DE AISLAMIENTO
PROMEDIO
mils
55
65
75
90
mm
1.40
1.65
1.90
2.29
EN UN PUNTO
mils
50
59
67
81
mm
1.26
1.49
1.71
2.06
* Referencia UL - 83.
120
TABLA 12. ESPESORES DE CHAQUETA DE TTU*.
CALIBRE
RANGO
AWG/Kcmil
8
6-2
1/0-4/0
250-1000
ESPESOR MÍNIMO DE CHAQUETA
PROMEDIO
mils
15
30
45
65
mm
0.38
0.76
1.14
1.65
EN UN PUNTO
mils
12
24
36
52
mm
0.31
0.61
0.91
1.32
TABLA 13. VOLTAJE DE DETECCIÓN DE FALLAS TTU*.
RANGO DE
CALIBRES
AWG/Kcmíls
8-2
1/0-4/0
250 - 500
550-1000
VOLTAJE
AC
KV
12.5
15.0
17.5
20.0
VOLTAJE
DC
KV
21
24
28.5
34.5
TABLA 14. PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DE TTU
RANGO
CALIBRES
AWG/Kcmils
8-2
1/0-4/0
250 - 500
550-1000
VOLTAJE
AC
KV
7
8
9.5
11.5
VOLTAJE
DC
KV
21
24
28.5
34.5
* Referencia: ICEA NEMA
121
TABLA 15. ESPESORES DE AISLAMIENTO TFF Y GPT*.
CALIBRE DEL
CONDUCTOR
AWG
18
16
14
12
10
ESPESOR MÍNIMO DE AISLAMIENTO
PROMEDIO
mils
30
30
45
45
45
mm
0.76
0.76
1.14
1.14
1.14
EN UN PUNTO
mils
27
27
40
40
40
mm
0.69
0.69
1.02
1.02
1.02
TABLA 16. DIMENSIONES DE CORDONES PARALELOS SPTs*.
TIPO
DE
CORDÓN
SPT1
SPT2
SPTS
SPTS
SPTS
SPTS
CALIBRE
DEL
CONDUCTOR
AWG
20
18
16
14
12
10
ESPESOR MÍNIMO DE AISLAMIENTO
PROMEDIO MÍNIMO
A
mils
30
45
60
80
95
110
mm
0.76
1.14
1.52
2.03
2.41
2.79
MIMINAENUNPUNTO
B
mils
27
40
54
72
86
99
mm
0.69
1.02
1.37
1.83
2.16
2.51
DISTANCIA ENTRE
CORDONES
D
mils
45
80
110
110
110
110
mm
1.14
2.03
2.79
2.79
2.79
2.79
* Referencia: UL - 62
122
TABLA 17. ESPESORES DE AISLAMIENTO DE UNIPOLARES DE ST*.
CALIBRE DEL
CONDUCTOR
AWG
18
16
14
12
10
8
6
4
2
ESPESOR MÍNIMO DE AISLAMIENTO
PROMEDIO
mils
30
30
45
45
45
60
60
60
60
mm
0.76
0.76
1.14
1.14
1.14
1.52
1.52
1.52
1.52
EN UN PUNTO
mils
27
27
40
40
40
54
54
54
54
mm
0.69
0.69
1.02
1.02
1.02
1.37
1.37
1.37
1.37
TABLA 18. LONGITUD DE PASO DE MULTIPOLARES DE ST*.
NUMERO DE
CONDUCTORESLONGITUD DE PASO DE CABLEADO
2
3
4
5 ó más
30 x diámetro del conductor aislado
35 x diámetro del conductor aislado
40 x diámetro del conductor aislado
15 x diámetro del núcleo
* La dirección de cableado será mano izquierda.
* Referencia: UL - 62
TABLA 19. ESPESORES DE CHAQUETA DE MULTIPOLARES DE ST*.
123
CALIBRE DEL
CONDUCTOR
AWG
18
16
14
12
10
8
8
6
6
4
4
2
2
NÚMERO DE
CONDUCTORES
#
2-4
2-4
2-4
2-4
2 - 4
2-3
4
2-3
4
2-3
4
2-3
4
ESPESOR MÍNIMO DE CHAQUETA
PROMEDIO
mils
60
60
80
95
95
110
125
125
140
140
155
155
170
mm
1.52
1.52
2.03
2.41
2.41
2.79
3.18
3.18
3.56
3.56
3.94
3.94
4.32
EN UN PUNTO
mils
48
48
64
76
76
88
106
106
112
112
124
124
136
mm
1.22
1.22
1.63
1.93
1.93
2.24
2.54
2.54
2.84
2.84
3.15
3.15
3.45
TABLA 20. VOLTAJE DE DETECCIÓN DE FALLAS UNIPOLARES DE ST*.
RANGO
CALIBRE
AWG
18-16
14-10
8-2
VOLTAJE
AC
V
6.0
7.0
10.0
* Referencia: UL - 62.
TABLA 21. DIMENSIONES DE CHAQUETA UF*.
124
CALIBRE
AWG
2 X 1 4
2X12
2 X 1 0
ESPESOR MÍNIMO DE CHAQUETA
PROMEDIO
mils
30
30
30
mm
0.76
0.76
0.76
EN UN PUNTO
mils
27
27
27
mm
0.69
0.69
0.69
DISTANCIA ENTRE
CENTROS
mils
183
192
221
mm
4.67
4.89
5.63
TABLA 22. PROPIEDADES DE MATERIALES CONDUCTORES**.
MATERIAL
Plata
Cobre suave
Cromo
Aluminio
Bronce
Tungsteno
Zinc
Molibdeno
Níquel
Densidad
g/cm3
10.51
8.89
6.93
2,703
8.89
18.86
7.06
9.63
8.83
Resistencia a
la tracción
Kg/cm2
65.10
62.00
—
44.95
116.25
86.80
69.75
99.20
86.80
Resistividad
Eléctrica
^mm2
m
0.016
0.017
0.026
0.028
0.069
0.055
0.057
0.057
0.078
Conductividad
eléctrica
%IACS
105
100
66
61
38
31
30
30
22
Temperatura
Fusión
°C
960
1083
1615
660
1070
3370
420
2620
1455
* Referencia: UL - 62* Referencia: ASTM B 49 - 90 Standard Specificaíion for Hot-Rolled Copper Redraw Rod for ElecíricalPurposes.* Referencia: ASTM B 49 - 90 Standard Specification for Hot-Rolled Copper Redraw Rod for ElectricalPurposes.
125
TABLA 23. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ALAMBRON DE COBRE*.
ELEMENTO QUÍMICO
Cobre mínimo
Teluro máx.
Selenio máx.
Bismuto máx.
Antimonio máx.
Arsénico máx.
Estaño máx.
Plomo máx.
Hierro máx.
Níquel máx.
Azufre máx.
Plata máx.
Oxígeno máx.
Mercurio máx.
Cadmio máx.
Fósforo máx.
Zinc máx.
Manganeso máx.
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
Ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
CONTENIDO
Alambren Tough Pitch
99.9%
2
2
1
4
5
5
8
10
10
15
25
100-650
Alambren libre de oxígeno
99.99%
2
3
1
4
5
2
5
10
10
15
25
5
1
1
3
1
0.5
TABLA 24. DIÁMETRO Y VARIACIÓN.
Diámetro Nominal
mm
6.4
6.4-19.0
19.0-25.0
25.0-35.0
Variación Permisible
mm
+ 0.51 -0.25
±0.38
±0.51
±0.76
* Referencia: ASTM B 49 - 90 Standard Specification for Hot-Rolled Copper Redraw Rod for ElectricalPurposes.
TABLA 25. PROPIEDADES DE TERMOPLÁSTICOS.
126
PROPIEDADES
Peso Específico g/cmj
Resistencia a la tracción final psi
Elongación Final %
Temperatura Max. operación °C
Temperatura Mín. operación °C
Resistividad volumétrica D - cm
Constante dieléctrica a IKHz
Factor de disipación a IKHz
TIPO DE MATERIALES
Cloruro de
polivinilo
1.35
3000
200
60 - 105
-40
8x l0 1 5
5.0
0.10
Polietileno
Baja Densidad
0.92
2200
625
75
-65
I x l O 1 7
2.25
0.0002
Alta Densidad
0.947
3400
250
—
-65
I x i O 1 7
2.32
0.0002
Polipropileno
0.902
5000
200
—
10
I x l O 1 7
2.22
0.0003
TABLA 26. PROPIEDADES MECÁNICAS DE PVC*.
PROPIEDAD
Resistencia a la tracción mínima
Elongación a la ruptura mínima
UNIDAD
psi
%
60 °C
1500
100
75 °C
2000
150
TABLA 27. PROPIEDADES MECÁNICAS DE POLIETILENO*.
PROPIEDAD
Resistencia a la tracción mínima
Elongación a la ruptura mínima
UNIDAD
psi
%
VALOR
1400
350
* Referencia: ASTM D 2219 - 93 and D 2220 - 93.* Referencia: ASTM D 1351 - 90.
127
TABLA 28. PROPIEDADES DE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD.
PROPIEDADTemperatura de ExtrusiónDensidadRigidez dieléctricaFactor de disipaciónConstante DieléctricaResistencia a la tracciónElongaciónRigidez a la torsión
25°Co°c
-25°C-50°C
Deformación a 100°C
UNIDAD°C
g/cni3
Volts/mil
psi%psipsipsipsipsi%
VALOR1800.92550
0.00022.282200600
2300043000120000245000
20
TABLA 29. RESISTIVIDAD ELÉCTRICA A 20 °C Y 100% DE CONDUCTIVIDAD
UNIDADESQlb
milla2
ngm2
Qcmil
pie
Q/w/w2
muQ * pu Ig
uQ*cw
VALOR875.20
0.15328
10.371
0.017241
0.67879
1.7241
128
/»
ANEXO B
CÁLCULO DE DIÁMETROS Y ÁREASDE CONDUCTORES SÓLIDOS
129
DIÁMETRO Y ÁREA DE SECCIONAL TRANSVERSAL
NOMINALES ESTANDARIZADOS PARA CALIBRE AWG DE
ALMBRES SÓLIDOS.
ALCANCE.-
Este Anexo define la forma como se obtienen los valores nominales de
diámetro y área de sección transversal estandarizados por la norma o sistema de
calibración AWG.
La AWG (American Wire Gage) es un sistema de calibración utilizado, casi
tota/mente, en Estados Unidos; para designación de conductores eléctricos. Este
sistema es de designación inversa de los calibres, es decir que numéricamente a
mayor designación corresponde un diámetro menor. La temperatura de referencia
para todos los cálculos se toma a 20 °C.
a) Diámetros nominales estándar. -
El cálculo de los diámetros de estos alambres se basa en la ley matemática
convencional de la American Wire Gage, que utiliza una progresión
geométrica, donde la relación entre dos calibres adyacentes es r. Este
sistema de calibración toma como referencia los diámetros de dos
conductores cuyos calibres son 4/0 y 36 AWG, existiendo entre éstos 38
calibres intermedios. Tomando como base el calibre 36 AWG, cuyo
diámetro es 5 mils formamos una progresión geométrica ascendente.
Al contrario tomamos como referencia el diámetro del calibre 4/0 AWG para
formar la serie descendente donde la relación entre dos calibres
adyacentes es 1/r.
Paso 1 2 3 4 5 n 4 0
Calibre AWG 4/0 3/0 2/0 1/0 2 36
460 460 460 460 460 460Diámetro 460 -r- —r- —¡-
r r r r r r
130
Con cualquiera de estas dos series encontramos los diámetros de los
diámetros 1/0 calibres AWG, incluidos los dos extremos. Para encontrar los
diámetros de calibres mayores a 36 AWG igualmente se utiliza la misma
serie descendente tomando como inicio el calibre 36 AWG.
Paso 1 3 4 5 6 7 8 9 1 0 .
Calibre AWG 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45.
Diámetro 5Í3 3 4 5 6 7 g o _ i
mj|s r r r r r r r r r r
Donde:
n = Número de paso
r= 1.1229322
1/r = 0.89052571
b) Área de sección transversal a 20 °C.- El área de la sección transversal de
un conductor se puede calcular de acuerdo con ías siguientes fórmulas:
Ac = d2 [cmils]
Donde:
Ac = Área de la sección transversal del conductor [cmils]
d = Diámetro del conductor [mils]
Utilizando lo anterior se desarrolla el siguiente cuadro:
131
DIÁMETRO Y ÁREA NOMINAL ESTÁNDARES DE CONDUCTORES SÓLIDOS
PASO
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940
CALIBRE
AWG
4/0
3/02/01/0
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536
DIÁMETRO
ni ils
460,0409,6364,8324,9289,3257,6229.4204,3181,9162.0144.3128,5114,4101,990.780.X72,064,157,150,845,340,335,932,028,525,322,620,117.915.914,212,611.310.08,98,0
7,16,35,65,0
mm
11,68410,4059.2668.2517,3486,5445,8275,1894,6214,1153,6653,2642,9062,5882,3052,0531,8281,6281,4501,2911,1501,0240,9120,8120,7230.6440,5730,5110,4550,4050,3610,3210,2860,2550,2270,2020,1800,1600.1430.127
ÁREA SECCIÓN
TRANSVERSAL 20 °Ccmil
211600167806133077105534836936637152635417413310226251208181651013093103838234653051784107325725832048162412881022810642509404320254202160127101806350403225
mm2
107,2285,0367.4353.4842,4133,6326,6721,1516.7713,3010.558,376,635,264,173,312,622,081,651.311,040.820.650,520,410,330.260.200,160,130,100,080,060.050.040,030,030,020,020,01
132
ANEXO C
FIGURAS DE CONDUCTORES YLÍNEAS DE PRODUCCIÓN
ANEXO C
133
Figura 1. Conductor Tipo SPT.
Figura 2. Conductor Tipo UF.
134
Capstan Alambre
Figura 3. Principio de trefilación.
Figura 4. Línea de trefilación.
135
Figura 5. Distribución en línea de capstans.
•200
Motor
30,-rz, r_'—j-.
[ 3 2 1 93 UQ 75 132 j 93
1 3 ¿ j
40
Figura 6. Distribución cónica de capstans.
136
Aproximación \n
Figura 7. Geometría del dado de trefilación.
137
Figura 8. Línea de cableado.
138
Figura 9. Cableadora rígida.
r
139
Figura 10. Línea de extrusión.
Figura 11. Tornillo de extrusión.
'40
Figura 12. Extrusión a presión.
Figura 13. Extrusión tubular.