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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
ANÁLISIS TÉCNICO-ECONÓMICO DE LA FABRICACIÓN Y
UTILIZACIÓN DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE ALUMINIO
AISLADOS HASTA 2000 Voltios
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO
MARÍA FERNANDA JIMÉNEZ CARRERA
DIRECTOR: ING. LUIS TAPIA
Quito, Mayo 2003
DECLARACIÓN
Yo, María Fernanda Jiménez Carrera, declaro bajo juramento que el trabajoaquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada paraningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referenciasbibliográficas que 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.
María Fernanda Jiménez C.
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por la Srta. María FernandaJiménez Carrera, bajo mi supervisión.
Incluís TapiaDIRECTOR DE PROYECTO
ÍNDICE
ÍNDICE
RESUMEN
CAPÍTULO 1. NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE MATERIAS PRIMASY CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE ALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS
1. Introducción 52. Normas 83. Especificaciones técnicas del material conductor 9
3.1. El aluminio 93.2. Tipos de alambrones para conductores eléctricos 173.3. Presentación de la materia prima 34
4. Especificaciones técnicas del material de aislamiento y chaqueta 364.1. Cloruro de Polivinilo 364.2. Polietileno de baja densidad 384.3. Nylon 40
CAPÍTULO 2. PROCESOS DE FABRICACIÓN Y DISEÑO DE CONDUCTORESELÉCTRICOS DE ALUMINIO
2.1. Tipos y cables de aluminio 422.2. Procesos de producción 58
2.2.1. Determinación de dimensiones para fabricación de cables 582.2.2. Determinación de dimensiones para aislamiento y chaqueta 662.2.3. Procesos 73
2.3. Pruebas para conductores eléctricos de aluminio 83
CAPÍTULOS. FRACCIONAMIENTO, EMBALAJE Y TRANSPORTE DE LOSDIFERENTES CONDUCTORES
3.1. Fraccionamiento 923.2. Almacenamiento y empaque 933.3. Tipos de carretes ' 963.4. Radios recomendados para doblar cables 1003.5. Manejo y transporte 1013.6. Precauciones 1023.7. Pedidos 102
CAPÍTULO 4. COMPARACIÓN TÉCNICA DE CONDUCTORES Y CABLES DEALUMINIO Y COBRE
4.1. Características técnicas 1034.2 Aplicaciones practicas 1114.3. Análisis de resultados 115
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS ECONÓMICO DEL USO DEL ALUMINIO PARA LAFABRICACIÓN Y UTILIZACIÓN DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE BAJATENSIÓN
5.1. Costos 1185.2. Beneficios 1255.3. Análisis económico de tasas B/C, VAN, TIR y PR. 1255.4. Análisis de resultados 129
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
6.1 Conclusiones 1316.2 Recomendaciones 132
BIBLIOGRAFÍA 134
ANEXO A.- TABLAS DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 136DE CONDUCTORES
ANEXO B.- PROCESOS DE PRODUCCIÓN Y EQUIPOS DE PRUEBAS 145
ANEXO C.- CÁLCULOS DE MATERIAS PRIMAS Y ANÁLISIS ECONÓMICO 152
RESUMEN
En el Ecuador la utilización del cobre como materia prima para la fabricación de
conductores eléctricos de hasta 2000 V se ha generalizado, sin embargo en otros
países se esta empleando el aluminio para estos fines, por esta razón en el
presente proyecto se analizarán las características físicas, mecánicas, eléctricas y
químicas del Aluminio y sus aleaciones que justifiquen una futura utilización del
mismo para la fabricación de conductores de hasta 2000V.
En el presente proyecto, se analizan ios aspectos técnicos y económicos que
justifican el uso del aluminio como material conductor para la fabricación de
cables y conductores para baja tensión.
Se estudian las especificaciones de las materias primas (material conductor y
materiales de aislamiento y chaqueta); necesarias para la fabricación de los
conductores. Todo este análisis se desarrolla tomando como referencia las
normas nacionales e internacionales: INEN, ASTM, UL, ICEA/NEMA, VDE,
aplicables para e! efecto.
Se consideran las diversas características de los conductores de aluminio
existentes en el mercado internacional, sus aplicaciones, construcción, calibres,
identificación, etc, a continuación se desarrollan las condiciones de diseño para
conductores y cables aislados de aluminio de hasta 2000 V; para proseguir con la
descripción de cada uno de ios procesos de fabricación por los que pasa la
materia prima, finalmente se hace una breve presentación de las pruebas de
control de calidad a las que deben someterse los productos antes de ser
comercializados.
Se citan ciertas prácticas y recomendaciones acerca del fraccionamiento,
embalaje, almacenamiento y transporte de los productos terminados para su
correcta comercialización.
Dentro del marco del análisis técnico se comparan las aplicaciones de los
conductores de aluminio con las aplicaciones actuales de los conductores y
cables de cobre, esto con la finalidad de justificar su aplicación en los diferentes
medios. Se tomará como referencia el Código Eléctrico Americano en lo referente
a consideraciones prácticas y varias normas para aspectos constructivos.
Finalmente se presenta un análisis económico de los costos de fabricación y
utilización del aluminio como material conductor comparándolo con los
conductores de cobre con el fin de estimar la posibilidad de emplear el aluminio
como sustituto dei cobre. Dentro del análisis se realizarán comparaciones de la
tesa beneficio-costo, valor agregado neto (VAN) y la tasa interna de retorno (TIR).
CAPITULO 1.
NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEMATERIAS PRIMAS Y CONDUCTORES ELÉCTRICOS DEALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS.
En el presente capítulo se analizarán todas las especificaciones técnicas de las
materias primas, necesarias para elaborar conductores eléctricos de aluminio,
según se establecen en las normativas ASTM, ANSÍ,
Se procederá inicialmente con el estudio de las propiedades físicas, mecánicas y
químicas del aluminio y sus aleaciones que justifican sus propiedades.
Posteriormente se desarrollará lo concerniente a los materiales para aislamiento
y chaqueta, utilizados en la fabricación de conductores eléctricos de aluminio a
emplearse hasta 2000 Voltios.
1. Introducción
En el año de 1808, en Inglaterra, Humphrey Davy establece la existencia del
aluminio, pero sin poder aislarlo de sus compuestos, este sabio le da un nombre:
alumium, que posteriormente se convierte en aluminium.
En 1825, Oersted obtiene en Copenhague un pequeño glóbulo de aluminio
metálico, todavía muy impuro. Hacia el año de 1829, Woehler, continuando los
trabajos de Oersted, prepara el cloruro de aluminio, por vía química, a partir del
cloro, arcilla y carbón. Este cloruro, tratado con potasio, libera el aluminio en
forma de un polvo que es imposible de compactarlo por calentamiento. Woehler,
más adelante, puede aglomerarlo para tratar de transformarlo por deformación
abriendo así el camino de la metalurgia de polvos de este metal, que no
continuaría luego unos cien años más tarde.
Desde 1854 las propiedades fundamentales del aluminio que permitían prever la
importancia industrial de este nuevo metal, fueron perfectamente descritas por
Ste- Claire Deville; entre otras: ligereza, conductibilidad eléctrica, tenacidad e
inalterabilidad.
Las fuentes de las primeras materias fueron igualmente bien definidas:
- La bauxita, oxido complejo de aluminio, de hierro y titanio, en el que predomina
la lumina, descubierta hacia el año de 1820 por Berthier.
- La criolita, fluoruro doble de aluminio y sodio descubierto en Groenlandia, que
jugará un papel muy importante sobre todo en los procesos electrolíticos, gracias
a su bajo punto de fusión y su aptitud de disolver la alumina.
En el año dé 1854 se abre en Javel una fabrica basada en el procedimiento
químico, que produce algunos kilos de metal. Posteriormente se traslada a
Glaciere y finalmente a Nanterre el año 1857, donde se fabrican 40 a 50 kg
diarios.
Para 1860 la producción aumenta, llegando a ser de 500 kg y así se continua la
explotación química hasta el año 1888, fecha en que reaparece e! procedimiento
electrolítico a escala industrial.
Este procedimiento ha sido la base de todos los procedimientos modernos de
producción del aluminio y continua siendo explotado a escala mundial, no
habiendo sufrido los retoques de orden tecnológico, necesarios sobre todo a nivel
aumento de producción. La industria del aluminio que hasta ese momento había
sido exclusivamente francesa, se desglosaba para desarrollarse paralelamente en
Europa y Estados Unidos, bajando el precio de coste del metal, en un 50% desde
el comienzo del procedimiento electrolítico y continuando se descenso sin cesar.
En 1890, la producción global de los Estados Unidos y Francia era de 120
toneladas / año. Puede decirse que el punto de partida del desarrollo industrial
del aluminio fue 1900, con la producción de 7300 toneladas al año entre cuatro
países
El Aluminio es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno
y el silicio, constituye aproximadamente un 8% de la corteza terrestre. No se
encuentra en la naturaleza ni como metal puro, ni como mineral de donde se
pueda extraer fácilmente, se obtiene a partir de la bauxiía.
Es de gran utilidad en la industria a causa de su reducido peso especifico, lo que
le hace imprescindible en casos en que la ligereza es factor predominante, como
el la construcción de aviones, así como debido a su resistencia a ciertos
compuestos químicos y a su buena conductibilidad eléctrica. También puede ser
sometido a tratamientos mecánicos y térmicos, admitiendo forja en frío y en
caliente a temperaturas que no lleguen al rojo, pudiendo también laminarse y
estirarse, con lo que se consiguen chapas, tubos, alambres, barras y perfiles
varios.
El enfriamiento rápido y los tratamientos mecánicos en frío aumentan la
resistencias a la tracción y la dureza mientras que por el recocido se efectúa
calentando a 350-400°C y dejando enfriar la pieza al aire.
Este metal puede mecanizarse, embutirse, estamparse, etc., y puede también
soldarse por medio de soplete oxiacetilénico con varilla de aluminio o por medio
de la soldadura de arco, no siendo posible soldarlo con aleación de plomo-estaño.
Aluminio y sus aleaciones sólo pesan aproximadamente un tercio de volúmenes
iguales de hierro, acero o cobre. Con temples apropiados, algunas aleaciones de
aluminio igualan o superan la fuerza de algunos aceros. Las aleaciones de
aluminio fuertes pueden ser más resistentes que acero.
En contraste con el acero, titanio y muchos otros materiales que se ponen
quebradizo a bajas temperaturas, el aluminio permanece dúctil e incluso la
aumenta su resistencia con temperaturas reducidas. Esta propiedad hace al
aluminio muy útil en climas fríos.
Las aleaciones de aluminio pueden ser unidas por suelda, conexiones mecánicas,
y adhesivos.
Las aleaciones de aluminio comerciales reflejan más del 80 por ciento de luz
visible y más del 90 por ciento de radiación infrarroja, haciendo que el aluminio y
sus aleaciones reflejen eficazmente o se escuden contra, la luz, ondas de radio-y
calor radiante.
El aluminio no quema y no genera ninguna emisión riesgosa cuando se expone al
calor, convirtiéndolo en un material seguro frente a otros materiales donde el
fuego es un riesgo potencial.
2. NORMAS
Para el análisis de las características de las materias primas a utilizarse se tomará
como referencia las normas nacionales e internacionales vigentes al momento lo
cual asegura la calidad de las mismas.
Las normas mencionadas son las siguientes:
ASTM "American Society for testing and Materials"
UL "Underwriters laboratories Inc."
ICEA/NEMA "Insulated Cable Engineers Association" and
"National Electrical Manufacturers
Association"
1NEN "Instituto Ecuatoriano de Normalización"
Las normas ASTM serán la base para determinar las especificaciones de
materias primas tanto del material conductor como del material para aislamiento y
chaqueta.
Las normas UL e ICEA/NEMA ayudará en la definición de los tipos de
conductores, especificaciones de aislamientos, chaquetas y pruebas de calidad
que debe cumplir el producto terminado.
De acuerdo a esto se definen las normas y especificaciones que serán de utilidad
en el desarrollo de este proyecto.
Materiales o Productos
Alambrón de aluminio
Cloruro de Polivinilo PVC
Polietileno para aislamiento
Nylon
Conductores aislados con PVC
Embalaje
Normas
ASTM
ASTM
ASTM
ASTM
UL
INEN
Especificación
De acuerdo a la aleación
D 1 047, D 22 19-20
D1248
D 4066, D372
83
335
Varias normas
Existen otras normas que bajo circunstancias especiales se pueden utilizar como
son las normas VDE de mayor difusión y utilización en el continente europeo.
3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MATERIALCONDUCTOR
3. 1 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DEL ALUMINIO
Es aluminio es un metal de número atómico: 13 y masa atómica de 26,98
(urnas).
10
Para el aluminio natural, la estructura electrónica es:
Cuadro 1: Estructura atómica del Al. Quito 2003
PERIODO
1 (k)
2 (L)
3 (M)
NUMERO DEELEMENTOS
2SP
SP
2
6
2i
Fuente: Metalurgia especialAutor. Herengel J.
3.1.1 PROPIEDADES FÍSICAS
El aluminio tiene una red cúbica de caras centradas de malla: con aristas de
4,04912 A (para pureza de 99,992%) a 21° C.
Cuadro 2: Propiedades físicas del Al. Quito 2003
PropiedadPunto de fusión °C
Tensión superficial a 700-800°C (dinas/cm)Punto de ebullición °C a 760 mm de mercurio.
Conductividad en relación a 100% del cobreResistividad uílcm2/cm
Valor650520227062%2.84
Fuente: Metalurgia especialAutor. Herengel J.
De estas propiedades se deduce, que el aluminio se comportará bien en las
operaciones de fundición, será poco volátil, será un buen material para
conformación en frío y sus propiedades de resistencias en caliente serán
mediocres.
11
El aluminio es de color blanco, ligeramente azulado. El coeficiente de dilatación
es:
20 IOO°C:24*10~6mwl
f\J f-l
por C
A baja temperatura, la resistencia eléctrica decrece a medida de que la pureza del
metal sea mayor.
3.1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS
3.1.2.1 Resistencia a la tracción
El aluminio recocido puede sufrir importantes deformaciones con trabajo de
deformación (laminar, estirar o trefilar) relativamente pequeños, sin que llegue a
romperse.
El diagrama carga- deformación muestra estas propiedades:
R: 4 a 5 kg/mm2 (según la velocidad de tracción)
A % = 60 a 70.
FigNol. Diagrama tensión - alargamiento durante la tracción
12
El módulo de elasticidad es pequeño, 6500 a 7000 kg/mm2 (tg a de la figura
1); de ello resulta una gran flexibilidad en las construcciones de aluminio a en
aleación de este metal.
- Resistencia mecánica en caliente : es pequeña, pero puede ser mejorada con
adiciones de Ni o Fe.
- Resistencia mecánica bajas temperaturas = R, E y A % aumentan a medida de
que la temperatura se aproxima a -273°C.
3.1.3 PROPIEDADES QUÍMICAS
El aluminio es un metal activo cuyo potencial normal es -1.67 voltios, el calor de
oxidación considerable, 199 kcal por átomo gramo de aluminio, o 133 kcal por
átomo gramo de oxígeno, uno de los más elevados entre los metales, lo que
permite al aluminio, actuar como un potente reductor y justifica las dificultades de
extracción del metal a partir de un óxido. Este elevado valor revela también una
gran reactividad química frente a otros elementos.
Posee una alta resistencia a la corrosión debido a la capa de alúmina
que se genera sobre la superficie al estar en contacto con la atmósfera. La capa
de alúmina se adhiere a la superficie impidiendo el contacto del metal con el
medio. Según el medio y condición de exposición, el espesor de la película está
en el orden de 0,01 mieras sobre el metal recientemente decapado y puede llegar
a 0,2 o 0,4 mieras sobre metal que haya permanecido en un horno de recocido.
Esta capa aisla al metal del medio corrosivo, y hace variar el potencial normal
mencionado anteriormente, es decir que esta película de alumina enmascara, casi
por completo, las propiedades reales del metal, aislándolo eficazmente y dándole
una buena resistencia química frente a un gran número de reactivos.
13
Sin embargo, dicha alumina resulta atacada por las bases y por los ácidos fuertes,
medios en los que no se logra establecer la autoprotección y por tanto se
producirá un deterioro de metal por ser zonas fuertemente anódicas.
3.1.4 OTRAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL ALUMINIO
3.1.4.1 El aluminio y el medio ambiente
El aluminio es metal activo (muy reductor), sin embargo, es estable a la corrosión
porque forma rápidamente una fina capa, densa, dura y translúcida de su óxido
que impide el ataque posterior del oxígeno, es decir para protegerse de la acción
de los agentes atmosféricos, el aluminio se recubre de forma natural de una
delgada película de óxido, esta capa de AI2O3 tiene un espesor más o menos
regular del orden de 0,01 mieras sobre el metal recientemente decapado y puede
llegar a 0,2 o 0,4 mieras sobre metal que haya permanecido en un horno de
recocido.
Se pueden también obtener películas de óxido artificialmente mucho más gruesas
y de características distintas a las de la capa natural, más protectoras, por
procedimientos químicos y electrolíticos. El proceso de anodizado permite formar
capas en las que el espesor puede, a voluntad, ser de algunas mieras más.
El anodizado es un proceso de oxidación basado en la electrólisis que se
desarrolla en el material de aluminio. Se desarrolla mediante la inmersión del
aluminio en un baño de ácido sulfúrico, y pasando una corriente de aprox. 6000
Amperios a 20 Voltios entre el aluminio (el ánodo) y el cátodo.
La capa producida forma parte integrante del aluminio, no siendo una capa
aplicada, esta capa endurece la superficie, la hace más resistente a la abrasión y
mejora la resistencia del metal a la corrosión.
\4
El anodizado no puede ser pelado ni escamado por cuanto la capa forma parte
del metal base y cuando esta película resulta dañada esta misma se auto
regenera.
3.1.4.2 La acción de los halógenos:
El flúor húmedo y las soluciones acuosas de ácido fluorhídrico atacan al aluminio,
pero el flúor gas o seco forma una película de fluoruro como cobertura, lo que
entraña un mecanismo de autoprotección. El espesor del metal atacado no es
muy pronunciado entre los 180° a 200° C, para aluminio o aleaciones AG o A-
UG. Por encima de los 200° C el ataque se acelera.
En soluciones de cloruros, las zonas anódicas concentran los iones Cl que se
descargan dando HCI, que ataca al metal disolviéndolo paulatinamente (formando
picaduras) Esta es la corrosión de tipo electroquímico que solo se puede
combatir impidiendo la formación inicial de las zonas anódicas.
En las soluciones de ácido clorhídrico la resistencia del metal es mejor cuanto
más elevada sea la pureza del mismo, considerando que la adición de hierro
disminuye la resistencia a la corrosión.
Eí bromo ataca intensamente al aluminio, mientras que el Yodo tiene una acción
muy débil y los ácidos bromhídrico y yodhídrico actúan como el ácido clorhídrico.
La resistencia del aluminio a los compuestos orgánicos del tipo Hidrocarburos
sustituidos por halógenos resulta en general satisfactorio a condición de que su
contenido de agua se limite, caso contrario el aluminio cataliza la hidrólisis del
compuesto halogenado y el ácido clorhídrico formado deteriora el metal.
15
3.1.4.3 Acción de los metaloides de la segunda familia
Oxígeno: A temperatura ordinaria, el aire seco (no saturado de vapor de agua)
produce en el transcurso de unos días en el aluminio de 99.98% una película de
oxido de 75 A y en el aluminio de 99.61% una de 150 A aproximadamente, a
temperatura mayor la oxidación es más rápida.
Azufre: En forma de vapor ataca al aluminio; sin embargo a temperatura ordinaria
no tiene acción sobre él.
Hidrógeno sulfurado: No lo ataca, por lo que el aluminio es muy utilizado en
atmósferas que contienen H2S o compuestos sulfurados.
Gas sulfuroso: Ataca mas o menos ai aluminio según el grado de humedad. Sin
embargo en ia practica, el aluminio es uno de los materiales que mejor resisten a
las atmósferas corrosivas de azufre en todas sus formas, su resistencia es muy
superior a la de todos los metales ferreos87 y cuprosos.
El selenio y el teluro tiene acción análoga a la del azufre.
Acción del Nitrógeno, fósforo, arsénico y antimonio.
El nitrógeno no tiene acción sobre el aluminio a temperatura normal se combina a
temperatura elevada para dar el nitruro; estos nitruros a temperatura ordinaria
son neutralizados por el agua.
El fósforo fundido se combina con el aluminio para formar fosfuros. A veces este
elemento se añade a algunas aleaciones para afinar el grano de solidificación.
El arsénico y el antimonio se comportan de forma similar al fósforo.
\6
3.1.4.4 Acción del carbono
El carbono es ¡nsoluble en el metal fundido. La resistencia del aluminio a los
hidrocarburos es satisfactoria, siempre que el nivel de agua sea inferior a un nivel
determinado.
3.1.4.5 Acción del Silicio
Queda en solución, siendo un elemento de aleación.
3.1.4.6 Acción del Boro
Prácticamente no tiene acción sobre el Aluminio.
E! boro si se combina con Titanio o Vanadio da boruros ¡nsolubles en el metal, de
lo que resulta una purificación del mismo (aumenta la conductividad eléctrica.
3.1.4.7 Acción de los ácidos y bases
La mayor parte de los ácidos atacan la alumina producida por acción del agua
sobre el metal, lo que dificulta la autoprotección. Sin embargo, la acción del
ácido nítrico es moderada siempre que su concentración y la pureza del metal
sean elevadas.
Los ácidos sulfúrico, fosfórico... etc., atacan moderadamente al metal a
temperatura normal, y de forma considerable de 80° a 120 °C, pudiendo producir
abrillantamiento de ía superficie.
El ácido bórico tiene una acción muy ligera y a temperatura elevada es reducida.
Los ácidos orgánicos atacan fuertemente al aluminio.
Las bases fuertes atacan violentamente al metal, siendo la alumina difícilmente
disuelta por el hidróxido de sodio e hidróxido de potasio. Solo el hidróxido de
amonio tiene una acción ligera.
J7
3.2 TIPOS DE ALAMBRONES PARA CONDUCTORESELÉCTRICOS
Desde el punto de vista metalúrgico, es importante hacer notar de que forma se
has desarrollado las aleaciones de aluminio. Respecto ai metal mismo son un
complemento de la mas alta importancia industrial, permitiendo aplicaciones muy
variadas y tan especializadas como exige o impone su utilización.
Una de las aplicaciones industriales del Aluminio mas importantes en sus
comienzos, fue la fabricación de las aleaciones Cu -Al al 10% aproximadamente
utilizadas en orfebrería. Los incidentes aparecidos durante el uso del aluminio
atraen la atención sobre la influencia de las impurezas en la resistencia a la
corrosión.
A partir del año 1890, se trata de elevar las propiedades mecánicas del aluminio
mediante adiciones un poco incoherentes: Cobre, estaño etc., tentativas que
actualmente parecen ilógicas. Con bastante rapidez se comprobó que estas
adiciones comprometían de forma grave la inalterabilidad del metal.
Fue necesario llegar al año de 1910 para que el estudio de las aleaciones fuera
abordado en forma lógica por parte de Wilm. Este al estudiar sistemáticamente
las propiedades de las aleaciones AI-Mg de 1 a 2% de Mg laminados,
preparadas con un aluminio que contenía cantidades considerables de Silicio, y al
medir las propiedades mecánicas, después de un recocido y después de dos días
de reposo, encontró bastantes diferencias.
El mismo fenómeno se encontró en las aleaciones AI-Cu al 4%
aproximadamente, conteniendo siempre una notable cantidad de silicio y creo de
esta forma la primera aleación de aluminio verdaderamente industrial. De estas
investigaciones vendría también la familia de aleaciones AI-Mg.-Si. Sin embargo,
las impurezas del Al base y las improcedentes adiciones simultáneas de Cobre,
Estaño, Antimonio etc., hicieron insoluble el problema de su transformación
18
industrial, destruyendo su resistencia a la corrosión y será solo después de 1920
cuando se acometerá en forma intensiva y racional el estudio cada vez mas
completo de las aleaciones del Aluminio.
Las propiedades del aluminio dependen de un conjunto de factores, de estos, el
más importante es la existencia de aleantes. Con la excepción del aluminio
purísimo ( 99,99 % de pureza ), técnicamente se utilizan sólo materiales de
aluminio que contienen otros elementos. Aún en el aluminio purísimo, las
impurezas ( Fe y Si) determinan, en gran medida, sus propiedades como:
• Resistencia mecánica
• Ductilidad
• Conductividad eléctrica
• Resistencia a la corrosión
• Bajo peso.
Naturalmente en una aleación no pueden combinarse las propiedades óptimas
para cada aplicación, siendo necesario conocer las ventajas y limitaciones de
cada aleación para poder hacer la mejor selección.
Estas aleaciones industriales se obtendrán por adición de metales que tengan un
amplio dominio de solución sólida. Gracias al sistema cristalino y la red del
aluminio, los metales de esta forma ofrecen grandes posibilidades.
Las aleaciones industriales tienen composiciones más o menos complejas,
comprendiendo generalmente:
Una adición principal, cuyo porcentaje fija a la vez el nivel de las propiedades de
resistencia que se pueden obtener y el grado de dificultad en la transformación y
operaciones de conformación. Así: Los elementos aleantes principales del
aluminio son: cobre, silicio, magnesio, zinc y manganeso.
19
Las adiciones secundarias, generalmente con porcentaje mucho más bajos,
que tiene una acción especifica para conseguir que facilidad en la elaboración,
transformación, las técnicas de utilización o para que mejoren las propiedades de
aplicación. Así: En menores cantidades existen, frecuentemente, como impurezas
o aditivos: hierro, cromo y titanio. Para aleaciones especiales se adiciona: níquel,
cobalto, plata, litio, vanadio, circonio, estaño, plomo, cadmio y bismuto.
De las consideraciones anteriores resultan formulas o composiciones de
aleaciones industriales, generalmente de 5 o 6 elementos, que, junto con sus
propiedades mecánicas, vienen definidas bajo normas. Los fabricantes respetan
las composiciones con tolerancias más estrechas aún, según las diferentes
formas de los productos, sus condiciones particulares de transformación, sus
dimensiones y sus aplicaciones particulares.
Por consiguiente, el control muy preciso de estas composiciones es una cuestión
muy importante; se lleva a cabo en la fundición, donde se controlan las coladas y
a la vez se ajustan frecuentemente en el mismo horno mediante adiciones
posteriores a los análisis, que deben ser muy rápidos.
Dentro del grupo de aleaciones de aluminio usadas para la fabricación de
conductores eléctricos están las de tipo forjado divididas a la vez en las tratables
térmicamente y las no tratables térmicamente. Las no tratables térmicamente solo
pueden ser trabajadas en frío con el fin de aumentar su resistencia.
Conviene señalar que, dentro de las aleaciones para forja, los grupos principales
de las no tratables térmicamente son : 1xxx, 3xxx y 5xxx. Dentro de las tratables
térmicamente los grupos principales son: 2xxx, 6xxx y 7xxx.
3.2.1 DESIGNACIÓN
De acuerdo a la norma ANSÍ H35.1 (M) - 1997, el aluminio forjado y sus
aleaciones cumple con una designación numérica de 4 dígitos. El primer dígito
indica el grupo de ¡a aleación, representado por el elemento que se halla en
20
mayor porcentaje considerando la composición química. Así: el grupo 1XXX indica
que el mínimo porcentaje de aluminio presente en la aleación en del 99.00%. Las
aleaciones designadas desde el 2XXX hasta el 8XXX se identifican por e!
elemento mas abundante en la aleación.
Cuadro 3. Grupos de aleaciones. Quito 2003
Elemento principalAluminio 99 % o mas
CobreManganeso
SilicioMagnesio
Magnesio y silicioZinc
Otros elementos
DesignaciónIxxx2xxx3 xxx4xxx5xxx6 xxx7xxx8xxx
Fuente: Norma ANSÍAño: 1997
La primera cifra, establecerá ei grupo a que pertenece la aleación.
La segunda cifra designa modificaciones que se han efectuado a las aleaciones
ya establecidas. Cuando es O corresponde a la aleación original.
Las dos ultimas cifras servirán para numerar las aleaciones, haciéndose notar
que no pertenecen al orden cronológico de su establecimiento.
Designación básica de temples
Basado en la norma ANSÍ H35.1 (M) - 1997.
Los alambrones usados para la fabricación de conductores eléctricos pueden
presentarse como:
O (recocido, homogeneizado)
H (endurecido por tensión)
T (Tratado térmicamente)
F (No templado)
21
3.2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS TIPOS DE ALAMBRONES
3.2.2.1 Alambren EC-1350 o aleación de aluminio de alta pureza
Fabricados según normas ASTM con especificación: B-233-85 B609-90 y B609-
91.
• Especificaciones técnicas:
Densidad
Cuadro 4. Densidad del Alambren 1350. Quito 2003.
TIPODEALAMBRON
1350
DENSIDAD (g/cm3)A20°C
2.705Fuente: Normas ASTMAño: 1992
Composición química
Cuadro 5. Composición química del Alambren EC-1350. Quito 2003.
Elemento
AluminioHierroSilicioCobre
ManganesoCromoZincBoro
GalalioVanadio +T¡tanioOtros elementos
Porcentaje%
99.500.400.1
0.050.010.010.050.050.030.020.10
Fuente: Normas ASTMAño: 1992
22
Este tipo de materia prima puede ser previamente sometido a un recocido (O) o a
un endurecimiento por tensión (H1X o H2X) variando únicamente los grados de
dureza del alambren
Alambren 1350-O (recocido), 1350-H12 o H22 (1/4 duro), 1350-H14 o H24 (1/2
duro), 1350-H16 o H26 (3/4 duro) y 1350-H142 o H242 (1/2 duro).
Limites de tensión
Hay tomar en consideración la tensión que se aplica a posibles uniones que
puedan presentarse, estas no deben ser menores a 8000 psi (59 MPa) para e!
1350-O y 11000 psi (76 MPa) para los otros.
Cuadro 6. Limites de tensión a los que deben ser sometidos los distintosalambrones Quito 2003.
Alambren
1350-O1350-HI2yH221350-H14yH241350-H16yH261350-H142yH242
Limites de tensiónksi
8.5-14.012.0-17.015.0-20.017.0-22.015.0-22.0
MPa59-9783-117103-138117-150103-152
Fuente: Normas ASTMAño: 1992
Resistividad y conductividad
Cuadro 7. Resistividad del Alambrón EC-1350 a 20°C y su conductividad. Quito2002.
Alambrón
1350-O1350-Hl2yH221350-H14yH241350-Hl6yH26
ResistividadQ.mm2/mm
0.0278990.0280350.0280800.028 126
Conductividad*(%)
61. 861.561.461.3
Fuente: Normas ASTMAño: 1992
*Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.
Diámetros
Cuadro 8. Diámetros comerciales del Alambren EC-1350. Quito 2003.
23
Diámetro(in)
0.375-0.5000.50M.OO
Tolerancia en mas o en menosDesviación promedio
(in)0.0200.025
Desviación en un puntocualquiera (in)
0.0300.035
Fuente: Normas ASTMAño: 1992
El material no debe presentar rajaduras, puntas salientes, terceduras y debe
estar completamente limpio para evitar limitaciones en su comercialización y uso.
3.2.2.1.1 Alambren 1350 - H19 (extra duro)
Fabricado según normas ASTM con especificación: B-230-89.
• Especificaciones técnicas
Resistividad y conductividad
Cuadro 9. Resistividad del Alambrón 1350-H19 a 20°C y su conductividad.Quito 2002.
Alambrón
!350-Hl9(A)1350-H19(B)
ResistividadQ.mm2/mm
0.0281720.028265
Conductividad*(%)61.261.0
Fuente: Normas ASTMAño: 1992
"Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.
24
Limites de tensión
Hay tomar en consideración la tensión que se aplica a posibles uniones que
puedan presentarse, estas no deben ser menores a 11000 psi (59 MPa) cuando
estas han sido con suelda eléctrica y 21000 psi (76 MPa) para suelda a presión.
Cuadro 10.. Limites de tensión y elongación mínima porcentual en 10 pulgadas.Quito 2003.
Diámetros (in)
0.0105-0.05000.0501-0.06000.0601-0.07000.0701-0.08000.0801-0.09000.0901-0.10000.1001-0.11000.1101-0.12000.1201-0.14000.1401-0.15000.1501-0.18000.1801-0.21000.2101-0.2600
Limite de tensión min(ksi)
A1
25.029.028.528.027.527.026.025.525.024.524.024.023.5
B2
23.027.027.026.526.025.524.524.023.523.523.023.022.5
Elongación min(%)
A1
-1.41.51.61.61.61.61.71.819.2.02.12.3
B2
-1.21.31.41.51.51.51.61.71.81.92.02.2
Fuente: Normas ASTMAño: 1992
Diámetros
Cuadro 11. Diámetro comerciales del Alambrón 1350-H19. Quito 2003.
Diámetro enpulgadas (in)0.0105-0.03590.0360-0.09990.1000-0.2600
Tolerancia en mas oen menos
Desviación (in)0.00050.00101.0%
Fuente: Normas ASTMAño: 1992
1 A Producción superior a 30000 Ib. de masa2 B Producción menor a 30000 Ib. de masa
25
El material no debe presentar rajaduras, puntas salientes, terceduras y debe
estar completamente limpio y libre de toda traza de óxidos o materias extrañas
que limite su comercialización.
3.2.2.2 Aleación 5005
Fabricados según normas ASTM con especificación: B531-90
* Especificaciones técnicas
Densidad
Cuadro 12. Densidad del Alambren 5005. Quito 2003.
ALAMBRÓN
5005
DENSIDAD (g/cm3)A20°C
2.700Fuente: Normas ASTMAño:1992
Composición química
Cuadro 13. Composición química del Alambrón 5005. Quito 2003
Elemento
SilicioHierroCobre
ManganesoMagnesio
CromoZinc
Otros elementosAluminio
Porcentaje%
0.400.700.200.20
0.50-1.10.100.250.15
RestoFuente: Normas ASTMAño 1992
Este tipo de materia prima puede ser previamente sometido a un recocido (O) o a
un endurecimiento por tensión (H1X o H2X) variando únicamente los grados de
dureza del Alambrón
26
Limites de tensión
La tensión que se aplica a posibles uniones que puedan presentarse, estas no
deben ser menores a 15000 psi (59 MPa) para e! 5005-O y 14000 psi (76 MPa)
para los otros.
Cuadro 14. Limites de tensión a los que deben ser sometidos los distintosalambrones 5005. Quito 2002
Alambren
5005-O5005-Hl2yH225005-Hl4yH245005-Hl6yH26
Limites de tensiónksi
14-2017-2320-2624-30
MPa97-138117-159138-179165-207
Fuente: Normas ASTMAño 1992
Resistividad y conductividad
Cuadro 15. Resistividad del alambren 5005 a 20°C y conductividad. Quito 2002
Alambren
5005-O5005-H12yH225005~Hl4yH245005-Hl6yH26
ResistividadQ.mm2/mm
0.03 1 7520.03 i 9280.0319880.032047
Conductividad* (%)
54.354.953.953.8
Fuente: Normas ASTMAño 1992
^Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.
Diámetro
De acuerdo a la norma el diámetro estándar es 0.375 in (9.52 mm). La variación
que puede presentar en este valor ya sea en máximo o en mínimo es de 0.020 in
(0.51 mm).
27
3.2.2.2.1 Alambren 5005 - H19 (extra duro)
Fabricado según normas ASTM con especificación: B-396-87
• Especificaciones técnicas:
Limites de tensión
La tensión que se aplica a posibles uniones que puedan presentarse, estas no
deben ser menores a 15000 psi (103 MPa) cuando estas han sido con suelda
eléctrica y no menor al 90% del vaior mínimo especificado en la tabla anterior
cuando la unión a sido solo a presión o en frío.
Cuadro 16. Limites de tensión y elongación mínima porcentual en 10 pulgadas delalambren 5005-H19. Quito 2002.
Diámetros (in)
0.2600-0.21010.2100-0.16010.1600-0.15010.1500-0.14010.1400-0.12010.1200-0.11010.1100-0.10010.1000-0.09010.0900-0.08010.0800-0.07010.0700-0.0601
Limite detensión min (ksi)
A1
33.034.036.036.537.037.538.038.539.039.540.0
B^31.532.534.535.035.035.536.036.537.037.538.0
Elongación% en 10 in
B*2.22.01.91.81.71.61.51.51.51.41.3
Fuente: Normas ASTMAño 1992
1 A Producción superior a 30000 Ib de masa2 B Producción menor a 30000 Ib de masa
Resistividad y conductividad
Cuadro 17. Resistividad del alambren 5005-H19 a 20°C y conductividad. Quito2002.
Alambren
5005-HÍ9
ResistividadQ.mm2/mm
0.032227
Conductividad* (%)
53.5Fuente: Normas ASTM.Año 1992
28
'Comparado con el 100% de conductividad que presenta el cobre.
Diámetros
Cuadro 18. Diámetros comerciales del Alambren 5005-H19. Quito 2002
Diámetro en pulgadas(in)
0.2600-0.1000Menores a 0.1 000-0.060 i
Tolerancia en mas oen menos
Variación (in)1%
0.0010Fuente: Normas ASTMAño 1992
3.2.2.3.Aleación 6201-T81
Las líneas de transmisión han utilizado ampliamente el Al 1350 o Al EC (electric
conductor) a partir del comienzo del siglo XX. Esta aleación presenta una buena
conductividad arriba del 60% IACS (International Annealed Copper Standard)
justificando su gran uso. Su resistencia mecánica apenas regular determinó la
necesidad del desarrollo de otras aleaciones más resistentes, con mayor carga en
la tensión de ruptura.
Por esta causa se desarrolló la Aleación 6201 (Aleación de Magnesio y Silicio)
que en determinadas situaciones puede eliminar los alambres de acero como
refuerzo mecánico de los cables de aluminio con alma de acero, acarreando un
costo menor en los proyectos de líneas de transmisión y distribución.
Básicamente se fabrican dos tipos de conductores con la Aleación 6201: el AAAC
(All Aluminum Alloy-Conductor) que se trata de un conductor homogéneo formado
por alambres de aluminio aleación 6201 en forma de cuerda concéntrica y el
ACAR (Aluminum Conductor Alloy-Reinforced) que está formado por alambres de
Aluminio 1350 en forma de cuerda sobre un alma de alambres de Aluminio
aleación 6201.
29
• Características y propiedades de ta aleación de aluminio 6201-T81
Fabricados según normas ASTM con especificación: B398-90
• Especificaciones técnicas
Densidad
Cuadro 19. Densidad del alambren 6201-T81. Quito 2003
TIPODEALAMBRON
6201- T81
DENSIDAD (g/cm3) a 20°C
2.690Fuente; Normas ASTM
Año 1992
Composición química
Cuadro 20. Composición química del alambren 6201-T81. Quito 2003
Elemento
SilicioHierroCobre
ManganesoMagnesio
CromoBoroZinc
Otros elementosAluminio
Porcentaje%
0.50-0.90.500.100.03
0.6-0.90.030.060.100.10
RestoFuente: Normas ASTM
Año 1992
Este tipo de materia prima puede ser previamente tratado térmicamente,
trabajado en frío y envejecido artificialmente (T81).
Limites de tensión
La tensión que se aplica a posibles uniones que puedan presentarse, estas no
deben ser menores a 15000 psi (103 MPa) cuando estas han sido con suelda
30
eléctrica y no menor a 42000 psi (290 MPa) cuando la unión a sido solo a
presión o en frío.
Cuadro 21. Limites de tensión y elongación mínima porcentual en 10 pulgadas alas que debe ser sometido el Alambren 6201-T81. Quito 2003.
Diámetros (in)
0.1878-0.13280.1327-0.0612
Limite detensión min
(ksi)A1
46.048.0
B2
44.046.0
Elongación%en 10 in
B2
3.03.0
Fuente: Normas ASTMAño 1992
1 A Producción superior a 30000 Ib de masa2 B Producción menor a 30000 Ib de masa
Resistividad a 20°C y conductividad
La conductividad de la aleación de Al 6201-T81 es menor que la del Al 1350, con
alrededor de 52,5% IACS. Esta desventaja se puede revertir cuando se compara
el conductor completo. Ya que no necesita de alma de acero, ios conductores con
aleación de Al 6201-T81 pueden ser hasta 25% más livianos, permitiendo ei uso
de las mismas flechas que los ACSR, con una tensión mecánica más baja,
resultando por lo tanto en una fluencia menor a lo largo de los años.
Cuadro 22 Resistividad del Alambrón 6201-T81 a 20°C y la conductividad. Quito2003.
Alambrón
6201-T81
ResistividadG.mm2/mm
0.032841
Conductividad* {%)
52.5Fuente: Normas ASTMAño 1992
'Comparado respecto al 100% de conductividad que presenta el cobre.
31
Diámetros
Cuadro 23. Diámetros comerciales del alambren 6201-T81. Quito 2003
Diámetro en pulgadas(in)
0.1878-0.1000Menores a 0.1 000-0.06 12
Tolerancia en mas oen menos
Variación (in)1%
0.0010Fuente: Normas ASTMAño 1992
Resistencia a la corrosión
Su principal diferencia con relación a las otras aleaciones alternativas es el
método de tratamiento térmico de volverla soluble antes del trefilado, que confiere
al material un importante aumento de resistencia a la corrosión intergranular.
Esta característica permite la instalación de conductores en regiones de
atmósfera agresiva de alta polución y/o salinidad marítima severa con resultados
más eficaces.
Dureza superficial
La dureza superficial mayor de la aleación 6201-T81, el doble del Al 1350 H-19,
confiere a los conductores una resistencia superior a la abrasión con respecto a
otras aleaciones. Esta ventaja no es importante en líneas de baja o media tensión,
pero es de suma importancia en las líneas de alta y extra alta tensión, donde los
daños superficiales sucedidos durante el tendido o manejo, causan aumento de
pérdidas por corona y radio interferencia.
3.2.2.4 Aleaciones serie 8000
Este tipo de aleación tiene como ventajas:
Alta estabilidad térmica en las terminaciones.
Alta retención del apriete en las terminaciones.
32
Están fabricadas según normas ASTM con especificación: B800-88
• Especificaciones técnicas
Densidad
Cuadro 24. Densidad de alambrones serie 8000. Quito 2003
T1PODEALAMBRON
Serie 8000
DENSIDAD (g/cm3)A20°C
2.710Fuente: Normas ASTMAño 1992
Composición química
Cuadro 25. Composición química de los alambrones serie 8000. Quito 2002
Aleación
801780308076813081768177
Composición porcentual
Silicio
0.100.100.100.15°0.03-0.150.10
Hierro
0.55-0.80.30-0.80.6-0.90.40-1.0"0.40-1.00.25-0.45
Cobre
0.10-0.200.15-0.300.040.05-0.15-0.04
Mg
0.01-0.050.050.08-0.22--0.04-0.12
Zinc
0.050.050.050.100.100.05
Boro
0.040.001-0.040.04--0.04
Otroselementos
total0.100.100.100.100.150.10
Al
RestoRestoRestoRestoRestoResto
Fuente: Normas ASTMAño 1992
A 0.003 Máximo de litio8 1.0 Máximo de silicio y hierroc 0.03 Máximo de Galio
Este tipo de materia prima puede ser previamente sometido a recocido (O) o a
endurecimiento por tensión (H1X o H2X) variando únicamente los grados de
dureza del alambren
Limites de tensión
La tensión que se aplica a posibles uniones que puedan presentarse, estas no
deben ser menores a 8.5 ksi (59 MPa) para el 8XXX-O y 11 ksi (76 MPa) para los
8XXX-H1XoH2X.
33
Cuadro 26. Limites de tensión a los que deben ser sometidos los alambrones serie8000. Quito 2003.
Alambren
8XXX-O8XXX~HlXoH2X
Limites de tensiónksi
8.5-16.0 _15.0-22.0
MPa59-111103-152
Fuente: Normas ASTMAño 1992
Resistividad y conductividad
Cuadro 27. Resistividad de los alambrones serie 8000 a 20°C y conductividad. Quito2003
No debe exceder de:
Alambren
8XXX
Resistividad Q.mm2/mmA
0.028264B
0.028450
Conductividad* (%)A
61.0B
60.6Fuente: Normas ASTMAño 1992
"Comparado con el 100% de conductividad que presenta el cobre.
Diámetros
Cuadro 28. Diámetros comerciales para los alambrones serie 8000. Quito 2003.
Diámetro en pulgadas (in)
0.0100 hasta menores a 0.03600.0360 hasta menores a 0.10000.1000-0.7071
Tolerancia en mas oen menos
Variación (in)0.00050.0010
1%Fuente: Normas ASTMAño 1992
34
3.3. PRESENTACIÓN DE LA MATERIA PRIMA
3.3.1 EMBALAJE
Los alambrones de aleación de aluminio se suministran en carretes de hasta 1 Tn.
Están montados sobre una tarima metálica de 1100 x 1100 mm a la que se
encuentran atados con 2 ó 3 cintas de acero, que rigidizan e! conjunto y lo hace
apto para las condiciones de transporte más exigentes. Ei sistema de embalaje
hace que los rollos sean fácilmente manipulables con grúas o auto elevador.
3.3.2 BOBINAS DE MADERA
El material está identificado dentro de la bobina con etiqueta fija al disco próximo
a la punta del cable.
Toda bobina se identifica por fuera mediante un número de control y por su tipo
de los dos lados. Los datos referentes al producto embalado, cliente, destino, etc.,
se graban en etiquetas en forma de polímero fijas en los dos lados de la bobina.
Cuadro 29. Tipos y dimensiones de bobinas de madera estándar utilizadas para elembalaje del alambren de aluminio. Quito 2002.
Tipo debobina
65/2565/4580/45103/60125/70125/100154/80170/80
170/100190/100210/100
Dimensiones aproximadas (mm)
A
70070085010501300132615761726177619762126
B
65065080010001250125015081708170019062106
C
35035035050060060070080080010001200
E
2504504506007001000800800100010001000
F
3505505507268261126926952115211521142
G
5050506363636376767676
Diámetrointerno de
buje D
80.780.780.780.780.780.780.780.780.780.780.7
Peso delembalaje
(kg)
354565130195250290290390530846
Volumendel
embalaje(m3)0.170.270.400.801.401.982.303.03.684.505.45
Fuente: InternetAño: 2002
35
I\
Figura 2. Dimensiones de bobinas de madera estándar utilizadas para el embalaje del alambrónde aluminio
n n ' •n" nCI.M.S.AJ
Figura 3. Forma de embalaje del alambrón de aluminio para su comercialización y transporte.
36
4. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MATERIALPARA AISLAMIENTO Y CHAQUETA
4.1 CLORURO DE POLIVINILO (PVC)
El cloruro de polivinilo es un polímero clorinado mas comúnmente utilizado debido
a sus bajos costos de producción, facilidad de aplicación e instalación y las
excelentes propiedades mecánicas y resistencia al manejo de fluidos, como su
gran resistencia a soluciones químicas agresivas diluidas en agua.
4.1.1 PROPIEDADES GENERALES
Entre sus propiedades más sobresalientes se destacan las siguientes: 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, y puede ser utilizado en sistemas de temperatura por
arriba de los 140°F.-60°C.
Este plástico presenta un alto nivel de resistencia a los cambios bruscos de
presión, químicamente el PVC es generalmente resistente e inerte a la mayoría
de los ácidos minerales, sales e hidrocarburos.
Posee una densidad de 1.35 g/cm3.
Para el aislamiento y chaqueta de conductores eléctricos, este tipo de material
debe cumplir con ciertos requerimientos como:
37
Cuadro No 30. Propiedades del cloruro de polivinilo para 60°C, 75°C y 90°C. Quito2003.
Propiedad 60°C 75°C 90°CMaterial Normal
Mínima resistencia a la tracción (psi)Elongación a ¡a ruptura mínima enporcentaje
1500100
2000150
2000150
Material después de someterse a 5 días a 100°C±1°C en horno de circulaciónforzada
Mínima resistencia a la tracción (psi)Elongación a la ruptura mínima enporcentaje
127560
160075
Material después de someterse a 4 horas en aceite a 70°C±1°CMínima resistencia a la tracción (psi)Elongación a la ruptura mínima enporcentajeMáxima distorsión a una temperatura de121°C±1°C en porcentaje
120060
50
170085
25
130065
170085
25
Propiedades eléctricasPermitividad después de 24 h, 60 Hz. y50°±1°C, maxConstante dieléctrica máx. (1 MHz)
Factor de disipación máx. (1 MHz)
Resistividad volumétrica £2/cm
10.0
5.0
0.10
8*1015
Norma IPCEA S-66-524. NEMA WCAÑO 1971
4.1.2 RESISTENCIA A LA LLAMA
El compuesto de PVC ai ser aplicado llama, ésta se debe extinguir en máximo 15
segundos.
4.1.3. 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.
38
4.1.4 REQUERIMIENTO PARA PROVEEDORES
El material debe venir en palets 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.
4.1.5 REQUERIMIENTOS DE TEMPERATURA DE OPERACIÓN
La extrusión de este producto se realiza con un perfil de temperatura de entre
140°C-170°C.
4. 2 POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD.
Este tipo de polímero sirve también para recubrimiento de cables y alambres con
voltajes de operación máxima de 2000 V, 75°C de temperatura en el conductor.
4.2.1 PROPIEDADES GENERALES
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..
El comportamiento de este tipo de material a baja temperatura es excelente,
presenta gran resistencia a la absorción de agua y a agentes abrasivos.
Pero al contrario del PVC no es muy flexible, no presenta buena resistencia al
calor, es decir (a capacidad de extinguir el fuego es lenta y no tiene resistencia a
productos como gasolina, aceite, grasas... etc. Por esto a cables aislados con
polietileno es necesario protegerlos con una chaqueta de material resistente a la
llama.
Densidad: 0.92 g/cm3.
39
Cuadro No 31. Propiedades del polietileno de baja densidad. Quito 2003.
Propiedad ValorMaterial Normal
Mínima resistencia a la fracción(psi)Elongación a la ruptura mínimaen porcentaje
1400
350
Material después de someterse a 48 horas100°C±1°C en horno de circulación forzada
Mínima resistencia a la tracción(psi)Elongación a la ruptura mínimaen porcentaje
Máxima distorsión a unatemperatura de 90°C±1°C enporcentaje
1050
75
25
Propiedades eléctricasRigidez dieléctrica V/milConstante dieléctrica máx.(IMHz)Factor de disipación máx.(IMHz)Resistividad volumétrica íí/cm
500
2.25
0.00021*10"
Norma IPCEA S-66-524. NEMA WCAÑO 1971
4.2.2 AGRIETAMIENTO AMBIENTAL
El aislamiento no debe dañarse.
4.2.3. REQUERIMIENTO PARA PROVEEDORES
El material de importación viene en paletas con dimensiones uniformes y
empacado en fundas de polietileno con 25 kg. de peso o en recipientes de 1000
kg.
4.2.4. REQUERIMIENTOS DE TEMPERATURA DE OPERACIÓN
Este material debe ser extruido con un perfil comprendido entre 170°C - 200°C.
40
4.3 NYLON (PA6 )
A estos materiales, aplicando diferentes cargas y aditivos, se modifican
positivamente las características mecánicas, térmicas y eléctricas, consiguiendo
rendimientos óptimos y necesarios hoy día, para la adecuación a las nuevas
exigencias tecnológicas.
4.3.1 PROPIEDADES GENERALES
El nylon es una poliamida (termoplástico) dura y tenaz, alto coeficiente de
dilatación, elevada resistencia al choque y a las bajas temperaturas, buena
resistencia al desgaste, resistencias químicas buenas, excepto para los ácidos,
óptimo comportamiento frente a los agentes atmosféricos pero una mala
absorción al agua, dando dimensiones inestables y con tolerancias no muy
estrictas
Densidad: 1.12-1.14 g/cm3.
Cuadro No 32. Propiedades del nylon 6. Quito 2003.
Propiedades físicasResistencia a la tracción (kg/cm^)Elongación a la ruptura mínima en porcentaje
Resistencia a la flexión (kg/cm^)Resistencia a la compresión (kg/cm )Resistencia al choque izod (kg.cm /cm )Absorción de agua en 24 h en porcentaje
Punto de función °CTemperatura min. de operación
700
180
6506507.5
2.6218
-20°CPropiedades eléctricas
Resistencia de aislamiento min. En MQ
Rigidez dieléctrica kV/mmConstante dieléctrica máx. (1 MHz)
Factor de disipación máx. (I MHz)
Resistividad volumétrica QJcm
5 * 106
14.8
4
0.1110"
Fuente InternetAÑO 2003
41
4.3.2 REQUERIMIENTOS DE TEMPERATURA DE OPERACIÓN
Este material debe ser extruido con un perfil comprendido entre 200°C - 250°C.
4.3.3 REQUERIMIENTO PARA PROVEEDORES
El material de importación viene en palets con dimensiones uniformes y
empacado en fundas de polietileno con 25 kg. de peso o en recipientes de 1000
kg.
42
CAPITULO 2
PR9CESOS DE FABRICACIÓN DE CONDUCTORESELÉCTRICOS DE ALUMINIO
En la actualidad en el Ecuador no se fabrican cables de aluminio para baja
tensión, aunque existen especificaciones y normas para su fabricación. En el
presente capitulo se mencionan los requerimientos técnicos como: nivel de
tensión, aplicaciones, calibres, etc, para diversos cables de aluminio los cuales
podrían ser producidos en nuestro medio. Cabe señalar que algunos tipos de
cables no pueden ser fabricados por la dificultad en la adquisición de ciertas
materia primas necesarias para su elaboración.
Por otro lado se desarrollaran criterios de diseño y cálculo de dimensiones para
los diferentes tipos de conductores y cables, aislamiento y chaqueta. También se
describirán todos los procesos de fabricación a los que es sometida la materia
prima para obtener un conductor aislado terminado.
Finalmente se mencionan algunas pruebas de control a las que deberían
someterse los diferentes cables de aluminio antes de ser comercializados que
demuestren su calidad y buena operación.
2.1 TIPOS DE CABLES DE ALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS
2.1.1 TIPOS DE CONDUCTORES
Debido a que la presentación del alambrón del aluminio difiere por el tipo de
tratamiento al que ha sido sometido y por la construcción misma del conductor o
cable, existen varias clases de conductores:
Clase A: Conductores para ser aislados con materiales resistentes a la humedad.
43
Clase B: Conductores para ser aislados con materiales como, caucho, pape!,
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.
2.1.2 CONDUCTORES TIPO TW (THERMOPLASTIC WIRE)
• Características generales.
Tensión máxima de operación : 600V AC.
Temperatura máxima en el conductor : 60°C en ambientes secos o húmedos
Aplicación
Conductor de aplicación general en el alambrado eléctrico de edificaciones y de
redes interiores secundarias industriales, residenciales y comerciales.
Instalación
En ductos, tuberías o canalizaciones metálicas.
• Requerimientos de construcción
Conductores
Conductor en alambre o cable clase B de aluminio.
Colores:
Negro, blanco, rojo, azul, verde, amarillo
Calibres:
Rango de calibre Tipo y temple de conductor
12AWGal8AWG Sólido.
8 AWG al 2000 kcmil Cableado.
44
• Aislamiento
Material
Compuesto de cloruro de polivinilo (PVC) retardante a la llama, para 60°C de
temperatura máxima en el conductor
Espesores
El espesor mínimo del aislamiento en estos conductores se tiene en el anexo A.
• Requerimientos eléctricos
Este tipo de productos deben someterse a las siguientes pruebas:
Voltaje de detección de fallas
Resistencia de aislamiento en agua medida a 15.6 °C y 60 °C
Continuidad
Absorción de agua
Inductancia y capacitancia especifica
Resistencia al aceite y a la gasolina
Resistencia a reactivos.
Rigidez dieléctrica (opcional)
• Requerimientos de identificación
En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante, Tipo
"TW"; Calibre "AWG ó kcmils" y Tensión de operación "600V.
2.1.3 CONDUCTORES TIPO THWN (THERMOPLASTIC HEATNYLON WIRE)
• Características generales.
Tensión máxima de operación : 600V AC.
Temperatura máxima en el conductor : 75°C en ambientes húmedos
45
Aplicación
Generalmente alambrado eléctrico en edificaciones, conexiones de tableros,
centrales, motores. La capa de nylon de gran resistencias mecánica y bajo
coeficiente de fricción, hace que pueden halarse por ductos difíciles y usarse en
zonas abrasivas o contaminadas con aceite, gasolina y otras sustancias química:
ideal en acerías, plantas de proceso, etc.
Instalación
En ductos, tuberías o canalizaciones metálicas y por tener un diámetro menor
que el THW, pueden llevarse más conductores por la misma ducteria o
emplearse ductos más pequeños.
* Requerimientos de construcción
Conductores
Conductor de alambre o cable clase B, de aluminio
Colores:
Calibres:
Negro, blanco, rojo, azul, verde.
Rango de calibre Tipo y temple de conductor
12 AWG al 6 AWG Sólido
6 AWG al 2000 kcmil Cableado.
• Aislamiento
Material de aislamiento
Aislado con polivinilo de cloruro (PVC) retardante a la llama para 75°C de
temperatura máxima en el conductor.
Chaqueta
Protección externa de nyion transparente.
46
Espesores
El espesor mínimo del aislamiento en estos conductores se presenta en el anexo
A.
• Requerimientos eléctricos
Este tipo de conductores deben someterse a las siguientes pruebas:
Voltaje de detección de fallas
Resistencia de aislamiento en agua medida a 15.6 °C y 60 °C
Resistencia de aislamiento en aire medida a 97°C.
Continuidad
Absorción de agua
Inductancia y capacitancia especifica
Resistencia al aceite y a la gasolina
Rigidez dieléctrica (opcional).
• Requerimientos de identificación
En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante " ";
Tipo "THWN"; Calibre "AWG ó kcmils" y Tensión de operación "600V".
2.1.4 CONDUCTORES TIPO THW (Thermoplastic Heat Wire)
• Características generales.
Voltaje máximo de operación : 600V AC.
Temperatura máxima en el conductor: 75 °C en ambientes seco y húmedo
Aplicación
Generalmente en alambrado eléctrico en edificaciones, conexiones de tableros,
centrales, etc.
47
Para interconexiones de motores donde las condiciones de operación sean
rigurosas y se requiera máxima segundad.
• Instalación
En ductos, cárcamos, tuberías o canalizaciones metálicas.
• Requerimientos de construcción
Conductores
Conductor de alambre o cable clase B, de aluminio
• Colores: Negro, blanco, rojo, azul, verde, amarillo
Calibres:
Rango de calibre Tipo y temple de conductor
12AWGal6AWG Sólido
6 AWG al 2000 kcmil Cableado.
• Aislamiento
Material de aislamiento
Aislado con polivinilo de cloruro (PVC) retardante a la llama para 75°C de
temperatura máxima en el conductor y resistente a la humedad.
Espesor
El espesor mínimo del aislamiento en estos conductores se presenta en el anexo
A.
• Requerimientos eléctricos
Este tipo de conductores deben someterse a las siguientes pruebas:
Voltaje de detección de fallas
Resistencia de aislamiento en agua medida a 15.6 °C y 60 °C
48
Continuidad
Absorción de agua
Inductancia y capacitancia especifica
Resistencia al aceite
Rigidez dieléctrica(opcional)
• Requerimientos de identificación
En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante, Tipo
"THW"; Calibre "AWG ó kcmils" y Tensión de operación "600V".
2.1.5 CONDUCTORES TIPO THHN (THERMOPLASTIC HIGHHEAT NYLON)
* Características generales.
Tensión máxima de operación : 600V AC.
Temperatura máxima en el conductor : 90°C en ambiente seco
Aplicación
Generalmente alambrado eléctrico en edificaciones y conexiones de tableros La
capa de nylon de gran resistencias mecánica y bajo coeficiente de fricción, hace
que pueden halarse por ductos difíciles y usarse en zonas abrasivas o
contaminadas con aceite, gasolina y otras sustancias química: ideal en acerías,
plantas de proceso, etc.
Instalación
En ductos, tuberías o canalizaciones metálicas.
49
• Requerimientos de construcción
Conductores
Conductor de alambre o cable ciase B, de aluminio
Calibres:
Rango de calibre Tipo y temple de conductor12AWGal6AWG Sólido
6 AWG al 2000 kcmil Cableado.
• Aislamiento
Material de aislamiento
Aislado con polivinllo de cloruro (PVC) retardante a la llama para 90°C de
temperatura máxima en el conductor y resistente al calor.
Chaqueta
Protección externa de nylon transparente.
Espesores
El espesor mínimo del aislamiento en estos conductores se presenta en el anexo
A.
• Requerimientos eléctricos
Este tipo de conductores deben someterse a las siguientes pruebas:
Voltaje de detección de fallas
Resistencia de aislamiento en agua medida a 15.6 °C y 60 °C
Resistencia de aislamiento en aire medida a 97°C.
Continuidad
Resistencia al aceite
Rigidez dieléctrica (opcional)
50
• Requerimientos de identificación
En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante, Tipo
"THHN"; Calibre y Tensión de operación "600V".
2.1.6 CONDUCTORES TIPO CABLES UF-NMC (UNDERGROUNDFEEDER- NON-METALLIC SHEATHED CABLE )
• Características generales.
Voltaje máximo de operación : 600V AC
Temperatura máxima del conductor : 60 °C
Aplicación
Los conductores paralelos de tipo UF- NMC son utilizados para circuitos de fuerza
y alumbrado en edificaciones industriales, comerciales y residenciales, son útiles
además para ser enterrados directamente, en instalaciones cubiertas y expuesta,
se usan en viviendas uni o multifamiliares de lado interior y exterior de las
paredes, tal como se especifica en el National Electrical Code. Este tipo de
conductor puede ser usado en lugares secos y húmedos y son resistentes a
corrosión y a los hongos.
Colores disponibles
Para todos los calibres (conductores internos): Blanco, azul y rojo
Para la chaqueta exterior: Gris
• Requerimientos de construcción
Conductores
Conductor de alambre o cable ciase B, de aluminio.
51
Calibres:Rango de calibre Tipo y temple de conductor
12 AWG al 6 AWG Sólido o cableado
Material de aislamiento y chaqueta
Están aislados con una capa uniforme de material termoplástico Cloruro de
Polivinilo (PVC) para 60 °C de temperatura máxima de! conductor y resistente a la
humedad, posteriormente los conductores son dispuestos paralelamente y sobre
ellos se aplica una chaqueta también de Cloruro de Polivinilo (PVC) color gris.
Los espesores de aislamiento se tienen en el anexo A.
• Requerimientos eléctricos
Este tipo de conductores deben someterse a las siguientes pruebas:
Voltaje de detección de fallas
Resistencia de aislamiento en agua medida a 15.6 °C y 60 °C
Resistencia de aislamiento en aire medida a 97°C.
Continuidad
Absorción de agua
Inductancia y capacitancia especifica
Rigidez dieléctrica (opcional)
• Requerimientos de identificación.-
En la superficie del aislamiento y cada 610 mm se debe marcar: Fabricante,
Número de conductores "2"; Calibre " AWG"; Tipo de conductor: "UF" y Tensión
de operación "600 V".
52
• Otros conductores
Se hará mención de otros tipos de productos existentes en el mercado pero que
por razones de materias primas inexistentes en nuestro medio no pueden ser
fabricados.
2.1.7 CONDUCTORES TIPO: DÚPLEX, TRIPLEX, CUADRUPLEX
• Características generales.
Tensión máxima de operación: 600V AC fase - fase
• Dúplex
Utilizado para suministrar servicio eléctrico aéreo (120 voltios) temporal en
lugares de construcción e iluminación de calles y lugares abiertos, para una
temperatura del conductor que no exceda de 75° C a 600 voltios.
• CONSTRUCCIÓN:
Conductor de aluminio 1350-H19, trenzado o trenzado comprimido, con
aislamiento de polietileno vulcanizado, con un cable neutro mensajero de aluminio
6201, 5005 o AAC trenzado.
• Triplex:
Utilizado para suministro eléctrico desde la compañía de distribución hasta el
tablero del consumidor final.
53
• Quadrupiex
Utilizado para suministro aéreo trifásico desde la compañía de distribución
eléctrica hasta el tablero del consumidor final o suplir potencia desde los
transformadores al usuario, a una temperatura del conductor que no exceda de
90° C a 600 voltios
Especificaciones:
Los cables cuádruples cumpien con las especificaciones aplicables ICEA S-66-
524.
- CONSTRUCCIÓN:
Tres conductores de aluminio 1350 H19 trenzado o trenzado comprimido con
aislamiento de polietileno vulcanizado, trenzados con un cable mensajero de
aluminio 6201, 5005 o AAC trenzado y desnudo. Fases identificadas con una, dos
o tres nervaduras.
2.1.8 CONDUCTOR TIPO XHHW (CROSS (X)-LINKEDPOLYETHYLENE HIGH HEAT WIRE)
NORMA: UL44
Aplicación
Distribución aérea de energía en baja tensión, aplicación general en edificaciones,
conexiones de tableros, controles, motores., etc. Para cuando las condiciones de
operación sean rigurosas y se requiera un máximo de seguridad.
Temperatura
En el conductor 90°C sitios secos, 75°C sitios húmedos. Especialmente
diseñados para usos en instalaciones petroleras y en general donde se requiera
resistencia a agentes externos.
54
Construcción:
Conductor de aluminio duro clase B compactado. Aislamiento de polietileno
reticulado antillama color negro.
Instalación
En ductos, tuberías, canalizaciones metálicas o para de distribución y acometidas
aéreas.
2.1.9 CONDUCTOR TIPO XLPE (CROSS (X)-LINKEDPOLYETHYLENE)
NORMA: ICEA S-66-524
Aplicación:
Distribución de energía en baja tensión, aplicación general en edificaciones,
conexiones de tableros, controles, motores, etc. Para cuando las condiciones de
operación sean rigurosas y se requiera un máximo de seguridad.
Temperaturas
En el conductor 90°C sitios secos, 75°C sitios húmedos.
Construcción
Conductor de cobre suave o aluminio duro Clase B compactado Y con aislamiento
de polietileno reticulado antillama color negro.
Instalación
En ductos, tuberías, cárcamos o canalizaciones metálicas a para distribución y
acometidas aéreas.
55
2.1.10 CONDUCTOR TIPO TTU- XLPE o TTU-XLP
• Características generales.
Tensión máxima de operación: 600 AC entre fases.
Temperatura máxima del conductor: 90 °C
Rango de calibres : 8 - 1000 kcmils.
Aplicaciones
Sistemas de distribución e iluminación y para sistemas sin conexión a tierra
(alimentación en tableros de distribución en industrias y edificios. Pueden usarse
en sitios secos o húmedos.
Instalación
En ductos, tubería, canalizaciones, bandejas o enterramiento directo.
Construcción
Conductores de aluminio duro o aluminio compactados con aislamiento de
polietileno reticulado (que puede ser negro antillama o natural normal) para 90°C.
Chaquetas con color distinto al negro únicamente para usos sin exposición a la
luz solar.
Estos son cables concéntricos de aluminio recubiertos con un aislamiento
primario y sobre éste aplicada una chaqueta de material resistente a la humedad
y retardante a la llama.
O cable formado por un conductor de aluminio, aislado con polietiieno reticulado
XLP para 90°C y cubierta de PVC, generalmente en color negro. Este cable es
fabricado de acuerdo a los requerimientos de la norma ICEA S 95-658.
56
2.1.11 CONDUCTORES TIPO TA (THERMOPLASTIC ASBESTOS)
* Características generales.
Tensión máxima de operación : 600 V
Temperatura máxima en el conductor: 90°C ambiente seco
Aplicaciones
Cable para alambrado de tableros
• Construcción
Conductor aluminio, sólido o cableado de calibres 12-4/0 AWG.
Aislamiento
Aislamiento termoplástico impregnado de asbesto y trenza de algodón retardante
a la llama.
2.1.12 CONDUCTORES TIPO NM-B (NM O NMC CONAISLAMIENTO DE THHN)
• Características generales.
Tensión máxima de operación : 600 V
Temperatura máxima en el conductor: 90°C ambiente seco
Aplicaciones
Uso general en instalaciones visibles, en locales con ambiente seco o húmedo,
para alimentar motores monofásicos con protección a tierra y trifásicos, tales
como acondicionadores de aire, frigoríficos residenciales o industriales.
* Construcción
Conductor aluminio, sólido o cableado de calibres 12-1 AWG.
57
Aislamiento
Cables multipolares compuestos por conductores tipo THHN.
2.1.13 CONDUCTORES TIPO ACT (AMORED THERMOPLASTICCABLE)
• Características generales.
Tensión máxima de operación : 600 V
Temperatura máxima en el conductor: 60°C ambiente seco
• Construcción
Conductor aluminio, sólido o cableado de calibres 12-1 AWG.
Aislamiento
Cables provistos de una armadura metálica flexible. Compuestos por conductores
tipo TW y cubiertos con una chaqueta de PVC con impregnaciones de asbesto.
2.1.14 CONDUCTORES TIPO ACT - B
» Características generales.
Tensión máxima de operación : 600 V
Temperatura máxima en el conductor: 90°C ambiente seco
• Construcción
Conductor aluminio, sólido o cableado de calibres 12-1 AWG.
58
Aislamiento
Similares a ios conductores tipo ACT pero compuestos por conductores tipo
THHN cubiertos con una chaqueta de PVC con impregnaciones de asbesto.
2.1.15 CONDUCTORES TIPO ACTH
• Características generales.
Tensión máxima de operación : 600 V
Temperatura máxima en el conductor: 75°C ambiente seco
• Construcción
Conductor aluminio, sólido o cableado de calibres 12-1 AWG.
Aislamiento
Similares a los conductores tipo ACT pero compuestos por conductores tipo THW
cubiertos con una chaqueta de PVC con impregnaciones de asbesto.
2.2 PROCESOS DE PRODUCCIÓN
2.2.1 DETERMINACIÓN DE DIMENSIONES Y FACTORES EN PROCESOS DEFABRICACIÓN DE CABLES
• Designación
Según la norma regida por el sistema de calibración AWG (American Wire Gage),
los calibres de conductores obedecen a un sistema de designación inversa, o sea
que la mayor designación corresponde a diámetros menores.
59
2.2.1.1 Calculo de diámetros nominales estándar en general
Para calibres comprendidos entre, 4/0 y 36 AWG se utiliza una progresión
geométrica donde la relación entre dos calibres adyacentes es 1/r si tomamos
como referencia ei diámetro en mils del calibre 4/0 AWG o r si la referencia es el
diámetro en mils del calibre 36AWG.
Así, si formamos la serie descendente con el diámetro en mils del calibre 4/0
AWG tenemos:
Calibre AWGDiámetro(mils)
4/0460
3/0460/r
2/0460/r2
1/0460/r3
1460/r4
33460/r36
34460/r37
35460/r38
36460/r39
Norma ASTMAño 1992
El valor de r39 viene definido por la relación entre diámetros en mils de los calibres
4/0 y 36 AWG.
=1.1229322
2.2.1.2 Calculo del área nominal de sección transversal:
Obedece a la expresión:
Ac=(T (2.1)
Donde:
Ac: área de la sección transversal del conductor [cmil]
d: diámetro del conductor [mil]
60
2.2.1.3 Cables monopolares
2.2.1.3.1 Cálculo de diámetros
El diámetro de un conductor de aluminio debe cumplir con valores
predeterminados, y definidos por:
(2.2)*^ J1000
Donde:
d: diámetro del alambre [mm]
Dn: diámetro nominal del alambre [mils]
f : Factor 1 para diámetros nominales;
0.99 para diámetros mínimos.
2.2, 1.3.2 Calculo del peso por unidad de longitud
El peso del aluminio por unidad de longitud del alambre se lo calcula con:
(2.3)*
Donde:
P = Peso por unidad de longitud del alambre [kg. / km.]
d = Diámetro dedalambre [mm]
<> = Densidad del Aluminio [gr/cm3]
2.2.1.3.3. Calculo del área conductora
El área de la sección transversal de un alambre cumple con la siguiente
expresión:
Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
6!
1000
2
*.n
Donde:
Amm = Área del alambre [mm2]
A = Área del alambre [cmils]
ft = Factor de tolerancia
2.2.1.3.4 Calculo de la resistencia eléctrica CD a 20 °C
Se la calcula mediante:
« = ̂ P (2-5)^mm
Donde:
P= Resistividad eléctrica CD a 20°C [Omm2 / m]
L = Longitud del alambre [m]
Amm = Área transversal del alambre [mm2]
2.2.1.4 Cables concéntricos
2.2.1.4.1 Calculo de la eficiencia mecánica de un conductor concéntrico
La eficiencia mecánica de un conductor concéntrico se calcula mediante la
siguiente formula:
*ioo%(2.6)
Donde:
r)%: Eficiencia mecánica del conductor [%]
oJ: Esfuerzo mecánico del conductor [MPa]
aH: Esfuerzo mecánico del hilo que forma el conductor [MPa]
62
2.2.1.4.2 Calculo del diámetro de los hilos componentes de un conductor concéntrico:
Para que un cable cumpla con ei valor del área estandarizada, el diámetro de los
hilos que componen dicho cable están definidos por:
dh =Nh
1000'25.4
(2.7)*
Donde:
dh: Diámetro del hilo componente [mm]
A: Área transversal nominal del cable [cmils]
Nh: Número de hilos componentes
F: Factor de tolerancia de área permitida 1 para área nominal
0.98 para área mínima
2.2.1.4.2 Calculo del diámetro del cable
El diámetro del cable se calcula mediante:
= Fd*dh (2.8)
Donde:
De: Diámetro del cable [mm]
dh: Diámetro del hilo componente [mm]
Fd: Factor de diámetro
E! factor de diámetro es un valor predeterminado y varía según el número de hilos
que conforman el cable.
Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
63
Tabla N° 2.1: Factores de diámetro. Quito 2003
NUMERODE HILOS
719376191127
FACTOR DEDIÁMETRO
35791113
2.2.1.4.3 Calculo del peso por unidad de longitud
El peso del aluminio en un cable concéntrico es una función de los pesos de ios
hilos componentes que forman el cable y cumple con:
(2.9)*
Donde:
Pe: Peso del aluminio en un cable concéntrico [kg/km]
dh : Diámetro del hilo componente [mm]
Fe: Factor de cableado
Nh: Número de hilos
<?: Densidad del aluminio [gr/cm3]
El factor de cableado es ei promedio de los factores de paso de todos los hilos
que forman el cable.
Fc =N,
(2.10)
Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
64
Donde:
Fe: Factor de cableado
Fpn : Factor de paso de la capa n.
Nhn : Número de hilos de la capa n.
Nt: Número de hilos total del cable.
Para el cálculo del factor de paso tenemos que este está definido por.
Donde:
(2.11)*
Fp: Factor de paso.
n: Relación de longitud de paso y diámetro de la ruta helicoidal.
Lp_Dr
(2.12)
Donde:
Lp: Longitud de paso.
Dr: Diámetro de ruta helicoidal de la capa.
El diámetro de la ruta helicoidal es la distancia entre hilos componentes
diameíralmente opuestos de una capa. Y viene dada por:
(2.13)
Donde:
Dr = Diámetro de ruta helicoidal de la capa,
dh = Diámetro del hilo.
Fd = Factor de diámetro.
Tng. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
65
La longitud de paso de acuerdo a especificaciones debe estar entre 8 y 16 veces
el diámetro de la capa.
(2.14)
Si consideramos que las industrias se adaptan a utilizar como longitud de paso 16
veces e! diámetro de la capa se obtiene por ejemplo:
Capa 1:6 hilos.
= \6DcDr
= \6*Fd*dh = 16*3!~ dh(Fd~\) "(3-l)( = 24 (2.15)
Aplicando el mismo procedimiento para todas las capas que constituyen el cable
tenemos que el valor de n y factores de paso respectivamente son:
Tabla No 2.2: Valores de n y factores de paso. Quito 2003
Capa
12t
4567
Número dehilos
161218243036
n
12420
18.66718
17.617.33
Factor depaso
fp1
|_ 1.008531.012261.014061.015121.015810.01629
Una vez obtenidos los factores de paso de todos los que forman los pasos
tenemos que los factores de cableado son:
Tabla No 2.3 Factores de cableado. Quito 2003
66
Númerode hilos
719376191127
Factor de cableado FeNumérico
1.00731.01041.01221.0133
1.014161.0227
Porcentaje0.731.041.221.331.4162.27
2.2.1.4.4 Calculo de la 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 (2.16)*
Donde:
Rcc: Resistencia eléctrica del cable concéntrico [O/km]
Rs: Resistencia del alambre equivalente al cable concéntrico.
[O/km]
Fe: Factor de cableado
2.2.2 DETERMINACIÓN DE DIMENSIONES Y FACTORES EN PROCESOS DEAISLAMIENTO Y CHAQUETA
2.2.2.1 Alambres y cables de aluminio
2.2.2.1.1 Calculo del peso de aislamiento de conductores.
La siguiente expresión permite determinar la cantidad de material dieléctrico a ser
aplicado sobre el conductor.
Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
67
(2.17)
Donde:
Pa: Peso del material dieléctrico [kg/km]
Da: Diámetro conductor cableado [mm]
De: Diámetro del conductor [mm]
5a.: Densidad del material aislante, [gr/cm3]
Fl: Factor de llenado. 1: para conductores sólidos
Valor: para conductores concéntricos
2.2.2.1.2 Calculo del diámetro del conductor aislado
Cumple con:
Ea (2.18)
Donde:
Da: diámetro del conductor aislado [mm]
De: diámetro del conductor [mm]
Ea: Espesor de aislamiento [mm]
• Factor de llenado.
Debido a la irregularidad de la superficie de la sección transversal que presenta
un cable concéntrico, existirá un incremento de material al utilizarse; razón por la
cual dicho espacio libre debe ser llenados.
Para esto se inicia con el cálculo de área libre que queda entre los hilos de la
interna capa del cable, denominada área de relleno.
68
De donde:
Ai = Ac-A^A2 (2.19)
Ai: Área intersticial.
Ac: Área exterior del cable
A1: Área del hexágono
A2: Área de los sectores restantes de los hilos.
Área exterior
Definida por el área de una circunferencia
71= -*Dc2 (2.20)
Donde:
Ac: Área exterior del cable
De: Diámetro del cable
dh: Diámetro del hilo componente.
Área del polígono regular
Para 7 hilos o hexágono:
(2.21)
69
Para 19 hilos o polígono de 12 lados.
i = — x*dh2-l2-JÍ5*dh2 (2.22)100
• Factor de área
Se define como la relación del área intersticial y el área total del cable.
Para 7 hilos:
Fa = ̂ L^Ü (2.23)
Para 19 hilos:
_ 481?r-1200Vl5 «.«Fa = (/.Z4)
• Factor de llenado
Cumple con:
F^Q-Fa + Fp) (2.25)*
Donde:
F(: Factor de llenado
Fa: Factor de área
Fp: Factor de paso de la última capa.
Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
70
2.2.2.2 Cables muitipolares
2.2.2.2.1 Calculo del diámetro del núcleo
EL diámetro del núcleo se calcula mediante:
(2.26)*
Donde:
Dn: Diámetro de núcleo [mm]
Da: Diámetro del conductor aislado [mm]
Fd : Factor de diámetro.
TABLA No 2.4: Factores de diámetro para cables muitipolares. Quito 2003
Número deunipolares
234
Factor DeDiámetro*
Fd2.00002.15472.4142
Datos tomados de fabricantes
2.2.2.2.2 Calculo del peso total del aluminio
PAL=PA*Nu*Fc (2.27)
Donde:
PAL: Peso total de aluminio, [kg/km]
PA: Peso de aluminio del unipolar, [kg/km]
Nú : Número de unipolares.
Fe: Factor de cableado para conductores unipolares (1.02)
2.2.2.2.3 Calculo del peso de aislamiento
P,,, = Pa*Nu*Fc (2.28)
Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
71
Donde:
Pa(: Peso total de aislamiento, [kg/km]
Pa: Peso de aislamiento unipolar, [kg/km]
Nú; Número de unipolares.
Fe: Factor de cableado para conductores multipolares (1.02)
2.2.2.2.4 Calculo para relleno y chaqueta
Para multiconductores de calibres mayores a 10 AWG, sobre el núcleo se aplica
un relleno con un espesor de 0.50 mm.
• Calculo de diámetros sobre relleno
Definido por.
Donde:
Dr: Diámetro sobre relleno, [mm]
Dn: Diámetro del núcleo [mm]
• Calculo de peso de relleno
Pr=-(Dr2 ~F, *D«2*¿ (2.30)
Donde:
Pr: Peso de relleno [kg/km]
Dr: Diámetro de relleno, [mm]
FI: Factor de llenado.
Dn: Diámetro del núcleo, [mm]
6 : Densidad de material dieléctrico [gr/cm
72
TABLA No 2.5: Factores de llenado para cables multipolares. Quito 2003
Número deunipolares
2i
4
Factor dellenado*
FI0.50000.65720.7332
Datos tomados de fabricantes
2.2.2.2.5 Cálculo de diámetro sobre chaqueta
Se calcula mediante:
(2.31)
Donde:
Dj: Diámetro sobre chaqueta, [mm]
Dr: Diámetro sobre relleno, [mm]
Ej: Espesor de chaqueta [mm]
• Calculo del Peso de chaqueta sobre relleno
El peso de la chaqueta se calcula con la fórmula siguiente:
5 (2.32)*
Donde:
Pj: Peso de chaqueta, [kg/km]
DJ : Diámetro sobre chaqueta, [mm]
Dr: Diámetro bajo relleno, [mm]
5 = Densidad de material dieléctrico [gr/cm3]
• Calculo del peso de chaqueta sobre núcleo
Para calibres menores a 10 AWG la chaqueta es aplicada directamente sobre el
núcleo ensamblado y su peso se calcula mediante:
Ing. Jiménez Carlos. Tesis EPN. Experiencias en la fabricación de conductores eléctricos hasta 2000 V.
73
(2.33)
Donde:
Pch: Peso de chaqueta, [kg/km]
DJ : Diámetro sobre chaqueta, [mm]
FI : Factor de llenado.
Dn : Diámetro del núcleo, [mm]
6 : Densidad de material dieléctrico [gr/cm3]
2.2.3 PROCESOS
Los procesos a los que es sometido el material conductor para obtenerse un
conductor aislado terminado son: trefilación, recocido, cableado, extrusión,
reunido, chaqueta y fraccionamiento, cada una de los cuales tiene su respectiva:
líneas de producción, equipos y suministros.
2.2.3.1 Trefilación
DADO
. BAflRAOTUflOAHUSíÜO
,̂ CABE2AD€ ESTRADO
SOSTÉN «LOADO
\a 11.12BtncodeestírMkipi»Ur^u«i6oenfifíod«bMt«oíubí.:
Figura 2.1: Trefilación.
Se encarga de disminuir el diámetro del alambre a través de dados sin que se
produzca desperdicios. El paso forzado del alambre por el dado se realiza
mediante la tensión se proporciona una polea giratoria (capstan o anillos de
cerámica.
74
Debido a que no se presentan desperdicios el volumen de material a ingresar en
la trefiladora debe ser igual al volumen de material presente al finalizar este
proceso. Pero la longitud de salida va a ser mayor y está definida por un % de
elongación:
(2.34)Le )
Donde: E: porcentaje de elongación
Le: longitud de entrada
Ls: longitud de salida
De esta relación se puede obtener, también las dimensiones de áreas así:
Donde:
De2-Ds2
De2100 (2.35)
v A: Porcentaje de reducción del área.
De: diámetro de entrada.
Ds: diámetro de salida.
La velocidad de entrada del alambre es función de la velocidad de salida y del %
de elongación.
Donde:
1 + Jl_I, 100
Ve: Volumen de entrada
Vs: Volumen de salida
E: Porcentaje de elongación.
(2.36)
75
2.2.3.1.1 Línea de trefilación
La trefilación se la hace siguiendo una línea de producción compuesta por:
- Desembobinador
- Trefiladora
- Embobinador
Desembobinador:
Se encarga de alimentar al alambre hasta la trefiladora.
Trefiladora:
Es la encargada de la reducción del diámetro del alambre. Estas pueden ser de
uno o más pasos de trefilación, cada una de estas un capstan independiente las
mismas que pueden estar distribuidas en la línea (cada uno controlado por un
eje) o distribuidos cónicamente donde más de un capsían es montado en un
mismo eje.
Las trefiladoras de aluminio están diseñadas para una reducción de áreas del
26% por cada paso.
Embobinador:
Se encarga de recoger el alambre trefilado cuya velocidad está en coordinación
con la trefiladora.
• Otros elementos:
Dados de trefilación:
La reducción del diámetro de los alambres de aluminio se la realiza en los dados
de trefilación los cuales están compuestos por un incesto de carburo de tungsteno
y presentan una geometría que es función de: ángulo de entrada, aproximación,
reducción, cilindro, entre otros.
76
Los dados de trefilación deben presentar un elevado grado de dureza, casi como
un coeficiente de fricción bajo.
CAQSURO
Figura No. 2.2. Dado de trefilación
Lubricante de trefilación:
Para evitar el desgaste y calentamiento de las diversas partes de la trefilación
como dados, capstans, portadados se utiliza un lubricante denominado "cindol",
dicha sustancia no es soluble el agua.
Esta solución es inyectada a la trefiladora por medio de bombas de succión y
debe someterse a control de pH, temperatura de operación, concentración, entre
otras.
2.2.3.1.2 Control
En el proceso de trefilación se deben realizar medidas de diámetros y elongación
para verificar que cumplan con las tolerancias permitidas dadas en el capitulo 1.
2.2.3.2 Recocido
Una vez realizado el proceso de trefilación el alambre de aluminio es duro, para
esto y hacerlo más dúctil y maleable se lo debe someter al proceso de recocido.
El recocido se io realiza dentro de un pote herméticamente sellado y en el interior
con una atmósfera sin aire (vacío), a temperaturas de entre 200° - 250°C y el
77
tiempo en el que el aluminio debe permanecer en estos hornos varía de acuerdo
al calibre y al tipo de empaque del alambre.
Una vez cumplido este tiempo al pote atraído del horno se lo deja reposar hasta
que alcance una temperatura ambiente para poder extraer el material a ser
utilizado en los siguientes procesos, el alambre recocido debe estar libre de
impurezas, oxidación, carbón, etc. y se le realizan las pruebas requeridas, para
alambres suaves especialmente elongación.
2.2.3.3 Cableado
Es el proceso en el cual se elaboran los cables desnudos concéntricos.
2.2.3.3.1 Línea de cableado
Está compuesta por:
- Desembobinador simple
- Cableadora con desembobinadores interiores
- Capstan de doble polea
- Embobinador simple
Desembobinador simple
Es de tipo portacarrete un freno para central de la tensión del alambre.
Cableadora con desembobinadores interiores
Existen varios tipos de cableadoras tubulares, rígidas y planetarias.
Cableadoras tubulares
Trabajan a altas velocidades (600-1200 RPM), y son usadas para la producción
de cables de 7 hilos y 19 hilos en uno o dos pasos respectivamente.
78
Cableadoras rígidas y planetarias
Trabajan a velocidades bajas (200 RPM) por poseer mayor capacidad de carga y
están diseñadas para producir cables de 37 o más hilos de un solo paso.
La función de ambos tipos de cableadoras es igual variando únicamente en el
diseño mecánico de las mismas.
Las cableadoras están provistas también de unos elementos encargados de unir
los alambres denominados "dados formadores".
- Capstan de polea doble
Se encarga de dar movimiento lineal al cable formado en el dado. Esta constituido
por dos poleas ranuradas la una gira libremente y la otra esta controlada por el
giro del motor principal de la línea de cableado y mediante engranajes se coordina
sus velocidades a fin de obtener la longitud de paso deseado.
Embobinador
Recoge el cable en carretes, esta equipado de un sistema de guiado para
distribuir el cable uniformemente.
El embobinador está controlado por un motor eléctrico de velocidad variable.
2.2.3.3.2 Control
E! cableado debe estar sometido también a un proceso de control de los
diámetros y de construcción como se muestran en las tablas No 5,6,7,8,9 del
anexo A.
2.2.3.4 Extrusión
En este proceso se funde material aislante para mediante aplicación directa a la
superficie del conductor de aluminio, obtener un conductor aislado.
79
Figura No. 2.3 Extrusión
2.2.3.4.1 Línea de aislado
Está provista de:
- Desembobinador simple o doble
- Extrusora
- Tina de enfriamiento
- Capstan
- Embobinador
Desembobinador
Se encarga de dar una alimentación continua de conductor a la extrusora,
equipados con frenos mecánicos que ayudan a mantener la tensión adecuada
durante el proceso y detener la alimentación cuando la línea se para.
El material conductor se presenta en carretes razón por la cual se utilizan porta
carretes.
Extrusora
Se encarga de aplicar el material dieléctrico sobre el conductor para aislarlo.
Para la fabricación de conductores eléctricos se utiliza actualmente extrusoras
monotornillos con una relación entre la longitud y diámetro interior del barril de
24: 1.
80
La extrusora a la vez está conformada por: barril, tornillo, cabezal, de extrusión,
etc.
Barril
Hecho de un material de resistente a la corrosión.
Se deposita el material dieléctrico en una tolva cónica, ubicada en la parte
superior de la extrusora, esta deja caer dicho material a un cilindro hueco (barril)
en el cual se realiza la fundición del material dieléctrico pues está provisto de
resistencias eléctricas para su calentamiento. Hay que tomar en consideración un
estricto control de temperatura.
Tornillo
Se encarga de llevar el material desde la una alimentación hasta !a salida del
barril, es de acero duro, recubierto por una capa de aleaciones de cobalto, cromo
y tungsteno.
Los tornillos son diseñados de acuerdo al material a ser extruido (PVC, polietileno,
nylon, polipropileno, etc.)
Cabezal de extrusión
Se encarga de enviar el material que sale del tornillo hacia el conductor desnudo.
• Elementos de aplicación
Para colocar el material aislante sobre el conductor se hace uso de:
Guía de extrusión
Pieza de material resistente a la corrosión y al calor de bajo coeficiente de fricción
por medio del cual se conduce el conductor a ser aislado.
Dado de extrusión
Es el molde que permite dar firma y dimensión al material dieléctrico que sale
desde la extrusión hacia el conductor.
81
Tina de enfriamiento
Se encarga de bajar la temperatura del conductor ya aislado hasta la temperatura
ambiente. El enfriamiento se lo hace con agua y esta debe tener igual dirección
que el motor del conductor. En !a segunda fase de enfriamiento se consigue la
temperatura ambiente.
Caps tan
Se encarga de dar movimiento y velocidad al conductor aislado. Los capstans
están en coordinación con la velocidad de la extrusora.
Embobinador
Recoge en carretes el conductor aislado.
Dentro de la línea de extrusión para aislado se tiene además otros equipos que
facilitan ciertos controles, así tenemos:
- Marcador
- Secadora de cable
- Detector de fallas
- Medidor de diámetro
2.2.3.5 Reunido
Se encarga de cablear conductores aislados que luego puedan ser cubiertos con
un relleno y/o chaqueta, el reunido se lo hace con cableadoras como las
mencionadas.
2.2.3.5.7 Control
En el reunido se debe hacer un control de:
Los unipolares y sus colores correspondan al núcleo a formarse.
La longitud de paso y la dirección de cableado
Diámetro y uniformidad de la sección transversal.
82
2.2.3.6 Chaqueta
Es el proceso de aplicar una chaqueta o cubierta de material dieléctrico sobre el
conductor o conductores aislados.
2.2.3.6.1 Línea de producción
La línea de producción es la misma que la línea de extrusión, solo cambia el
tamaño de sus componentes.
2.2.3.6.2 Control
En este proceso se debe además hacer un control de:
- Material y espesor de la chaqueta que corresponda a los especificados en
norma,
- Apariencia superficial liza, brillante y libre de imperfecciones.
- Marca de identificación acorde a especificaciones.
- Dimensiones externas y longitudes producidas
2.2.3.7 Fraccionamiento
Las longitudes con que se entregan los conductores hacia el consumidor se
llaman fraccionamiento.
2.2.3.7.1 Línea de fraccionamiento
Está constituida por:
- Desembobinador
- Contador de metros
- Embobinador
Desembobinador
Entrega el producto al contador de metros y es similar al de los anteriores
procesos.
Contador de metros
Es un equipo automático de contar cierta longitud fijada para cada rollo.
83
Embobinador
Recoge en conductor o cable y permite la extracción del mismo sin necesidad de
ningún desmontaje.
2.2.3.7.2 Control
En este proceso también se realiza un control de:
- La longitud del conductor sea la requerida.
- El voltaje de detección de fallas corresponda al tipo de conductor.
2.3 PRUEBAS PARA CONDUCTORES ELÉCTRICOS DEALUMINIO DE HASTA 2000 VOLTIOS
2.3.1 PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA
Se lo hará al conductor acabado, al mismo que se le sumergirá en agua a
50°±1°C, 75°±1°C o 90°±1°C dependiendo del tipo de aislamiento por un periodo
de 14 días, después de los 14 días al conductor se lo sumerge en agua a 20° o
30°C por una hora.
Luego de este periodo el conductor será capaz de resistir 60 segundos la
aplicación de un voltaje AC en pasos de 500 V/s hasta que ocurra la descarga, e!
cable no deberá sufrir averías, esta prueba se la realizará con el conductor
sumergido.
84
Tabla No 2.6 Voltaje AC para pruebas de rigidez dieléctricas de conductores detipos TW, THW, THHN, ACT, ACTH, UF, ACT-B, NM-B, NMC. Quito 2003.
Calibre del conductor14-9 A WG
8-21-4/0
250- 500 kcmii550- 1000
1100-2000
Voltaje (V)1500a
20002500300035004000
a 1500 V para conductores TW, simples y 2000 V para los otros.Norma UL 83Año 1991
Tabla No 2.7 Voltaje AC para pruebas de rigidez dieléctrica de conductores detipos TA. Quito 2003.
Calibre del conductor14-7 A WG
6-21-4/0
Voltaje (V)300040005000
Norma UL 83Año 1991
2.3.2 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AGUA DE CORTOPERIODO
Esta prueba de la realizará después de la prueba de rigidez dieléctrica y para
conductores que no tengan chaqueta de nylon.
Se hará uso de una fuente de voltaje de 100 a 500 voltios, se tomaran muestras
de 4.6.0 metros cada 1524 metros de longitud producida. El conductor se
conectará al terminal negativo del equipo de prueba.
Antes de esta prueba el conductor se sumergirá en agua a temperatura de
15.6° C por un periodo de tiempo superior a 6 horas tomando en consideración
que el rollo o los rollos serán conectados a tierra y completamente descargados
antes de que se realice la prueba de resistencia de aislamiento.
85
La medida se la hará con la ayuda de un megaohmetro y se la tomará una vez
aplicado en voltaje y con el conductor sumergido y su dimensión estará en
megohmios por mil pies de conductor o por kilómetro de conductor como se
muestra a continuación:
Tabla No 2.8 Mínima resistencia de aislamiento para conductores tipo TW, THW,THWN, THHN, ACT-B, ACTH, UF, ACT, NM-B , NMC a 15.6 °C, enmegohmios por mil pies de conductor. Quito 2003.
Calibre delconductor
14AWG121086421
1/02/03/04/0
250 kcmil300350400450500
Tipo TW ycable ACT
14012210010510590758575706055605550504545
Tipo THW y cableACTH
765650550520435360295340310280250225245225210200190180
Tipo THHN,THWN y cablesACT-B, NM-B,
NMC, UF.665560580595495505615455415370330300330300285255255240
Norma UL 83Año 1991
2.3.3 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AGUA DE LARGOPERIODO.
Adicional a esta prueba se realizara la prueba de resistencia de aislamiento en
agua a 60°C o 75°C que es igual a la prueba de resistencia de aislamiento en
agua de corto periodo variando únicamente el valor de temperatura al que se halla
sumergido el cable.
86
El periodo de inmersión del conductor será de 12 semanas o más si la resistencia
de aislamiento a lo largo de las ultimas 6 semanas del periodo es mas alto que 10
megohmios basados en 1000 pies de conductor. El periodo de inmersión será de
24 a 36 semanas sé la resistencia de aislamiento es menos a 10 megohmios.
Tabla No 2.9 Mínima resistencia de aislamiento para conductores tipo TW, THW,THWN, UF, en megohmios por mil pies de conductor. Quito 2003.
Calibre delconductor
14AWG13121110987654•3
21
1/02/03/04/0
250 kcmil300350400450500
TipoTWYUF60°C0.0950.0850.0800.0700.0650.0600.0700.0600.0700.0650.0600.0500.0500.0550.0500.0450.0400.0350.0400.0350.0350.0300.0300.030
Tipo THW75°C0.5050.4700.4300.3950.3650.3350.3450.3150.2850.2600.2400.2150.1950.2250.2050.1850.1650.1500.1600.1500.1400.1300.1250.115
Tipo THWN75°C0.1150.1050.0950.0850.1000.0900.1000.0950.0850.0750.0850.0800.0700.0750.0700.0650.0550.0500.0550.0500.0500.0450.0450.040
Norma UL 83Año 1991
2.3.4 PRUEBA DE DOBLADO
El aislamiento de los conductores de tipo TA en los calibres del conductor numero
14-7 AWG deberán soportar 60 segundos de un voltaje alterno de 5000 V,
después el conductor será doblado. El aislamiento no sufrirá avería.
87
2.3.5 PRUEBA DE VOLTAJE DE DETECCIÓN DE FALLAS
Esta prueba se realizara al 100 % de la producción.
La prueba se la hará con un potencial alterno salido de un transformador o un
generador con capacidad no menor a 5 kVA. La onda de voltaje será lo más
cercana a sinusoidal a un rango de frecuencia de entre 50 y 60 Hz. El voltaje
aplicado al conductor no será mayor a lo especificado en la siguiente tabla.
Una vez aplicado el voltaje, no se deben producir fallas en el aislamiento del
cable.
TABLA No 2.10 Voltaje de detección de fallas. Quito 2003
CALIBRE
AWG/kcmils14-98-76-2
1-4/0250-500550-10001100-2000
Voltaje rms para conductorestipo TW THW, THHN, THWN,TBS, UF, NM-B, ACT-B, ACT Y
ACTHkV7.510.010.012.515.017.520.0
Norma UL - 83Año 1991
2.3.6 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN AIRE A 97.0° C
A esta prueba se someten los conductores tipo THHN, ACT-B, NM-B Y UF.
El conductor deberá permanecer dentro de un horno de aire circulante por un
periodo de 12 semanas o más si la resistencia de aislamiento a lo largo de las
ultimas 6 semanas del periodo es más alto que 10 megohmios basados en 1000
pies de conductor o el periodo de inmersión será de 24 a 36 semanas sé la
resistencia de aislamiento es menos a 10 megohmios. Durante esta prueba al
aislamiento se le aplicara un voltaje de 600 V AC a 48 - 62 hz. inclusive al
momento en que se tome las mediciones correspondientes. Hay que tomar en
consideración que los conductores deben estar sin la chaqueta de nylon.
Tabla No 2.11 Mínima resistencia de aislamiento para conductores tipo THHN,ACT- B, NM-B Y UF, en megohmios por mil pies de conductor a 97°C. Quito 2003.
Calibre delconductor
14AWG1312111086421
1/02/03/04/0
250 kcmil4005006008009001000
Megohmiosbasados en 1000
pies de conductor0.2600.2400.2200.1950.2300.2350.1950.2000.1600.1800.1600.1450.1300.1150.1300.1000.0950.1000.0900.0800.075
Norma UL 83Año 1991
2.3.7 PRUEBA DE ABSORCIÓN DE AGUA
Los conductores terminados tipo TW, THW, THWN Y UF deberán ser limpiados
en su totalidad de cualquier impureza presente en su superficie, posteriormente
serán secados por un periodo de 48 horas en una atmósfera de vacío a 5 mmHg,
luego pesar el espécimen.
Cuando se tengan la medida anterior, sumergir el conductor en agua caliente a
70°±1°C o 80°±1°C por un periodo de tiempo de 168 horas., realizar un secado
similar al anterior y pesar en conductor.
Al final de la prueba los cables no deberán haber absorbido más de 25 miligramos
de agua por pulgada cuadrada de superficie sumergida.
89
2.3.8 PRUEBA DE CAPACITANCIA E INDUCTANCIA CAPACITIVAESPECIFICA
En e! aislamiento de los conductores tipo TW, THW, THWN Y UF la capacitancia
e inductancia capacitiva especifica debe ser:
Para una inmersión de 24 h no debe ser más de 8 para el tipo TW y UF y 10 para
los conductores tipo THW y THWN.
2.3.9 DEFORMACIÓN
El espesor del aislamiento del termoplástico no disminuirá mas del 50% en los
conductores tipo TW, ACT-B, UF, NM-B y NMC, 30% para los tipo THW y THWN
y 25% para los tipo THHN cuando se los somete a una carga según se indica a
continuación a una temperatura de 136°C para los conductores tipo THHN y
121°C para los otros.
Para los conductores con chaqueta de nylon, la medición se la realiza encima del
nylon.
Tabla No 2.12 Carga a ejercer por pie de conductor para conductores tipo TW,THW, THHN, ACT-B, NM-B, NMC Y UF, en newton. Quito 2003.
Calibre del conductor12-7AWG
6-1i /O -4/0
250-2000 kcmil
Carga a ejercer (N)4.907.369.8119.61
Norma UL 83Año 1991
2.3.10 PRUEBA DE RESISTENCIA AL ACEITE
1) Los especímenes se sumergirán por 96h en aceite a 100°C±1°C, al final de
este tiempo se quitara el exceso de aceite al conductor y se lo dejara reposar
hasta que alcance la temperatura ambiente para luego someterse a un esfuerzo
de tensión y alargamiento en la cual:
90
Ei conductor aislado por termopiástico es considerado resistente al aceite a 60°C
si al someterse a una tensión el alargamiento del aislamiento es menor al 50%
después de una inmersión
2) Los especímenes se sumergirán por 60 días en aceite a 75°C±1°C, al final
de este tiempo se quitara el exceso de aceite al conductor y se lo dejara reposar
hasta que alcance la temperatura ambiente para luego someterse a un esfuerzo
de tensión y alargamiento en la cual:
E! conductor aislado por termopiástico es considerado resistente al aceite a 75°C
si al someterse a una tensión el alargamiento del aislamiento es menor al 65%
después de una inmersión.
La chaqueta de nylon de los conductores tipo THWN Y THHN deberá permanecer
intacta durante la inmersión y deberá ser retirada previamente a la aplicación de
la tensión.
2.3.11 PRUEBA DE RESISTENCIA A LA GASOLINA
Para conductores tipo TW o THWN de calibres 12 AWG - 1000 kcmil son
considerados resistentes al aceite y a la gasolina sí:
El conductor TW cumple con todos los requerimiento eléctricos pero su
capacitancia e inductancia capacitiva especifica puede ser 8 pero no más de 10.
Para el conductor tipo THWN este debe cumplir con todos los requerimientos de
este tipo de conductor y debe someterse a un envejecimiento en aceite.
2.3.12 PRUEBA DE RESISTENCIA A REACTIVOS.
Los conductores tipo TW de calibres 12-4/0 AWG son considerado aceptables
para ser usados una vez que son expuestos a ambientes ácidos y alcalinos si
estos obedecen a:
91
- Todos los requerimiento de un conductor TW.
- El aislamiento es resistente al aceite.
Las propiedades físicas del aislamiento antes y después de ia inmersión en
reactivos para periodos de 30, 90 y 180 días a 30°C± 1.0°C y la resistencia
eléctrica y rigidez dieléctrica, después de la inmersión es los reactivos
especificados para periodos de 20 h y 30, 90 y 180 días a una temperatura de
30°C±1.0°Cson:
EstadoNormal
'A Normal:/2 Normal.
ReactivosAcido sulfúrico
Acido acético y ácido nítricoHidróxido de sodio
2.3.13 PRUEBA DE RESISTENCIA AL GOTEO
La superficie de los conductores tipo TA y TBS terminados deben exponerse por
un periodo de 18 h a un ambiente saturado de humedad a una temperatura de 23°
±1.0°C. La resistencia no debe ser menor a 1 megohmio.
92
CAPITULO 3
FRACCIONAMIENTO, EMBALAJE Y TRANSPORTE DELOS DIFERENTES CONDUCTORES.
En el presente capítulo se dará a conocer algunas generalidades y condiciones
que deberán presentar los diversos productos terminados para el embalaje, así
como consideraciones y precauciones que estas deben tener antes de ser
entregados al consumidor.
También se hará una breve mención de tipos de carretes, dimensiones de estos
usos adecuados dentro del proceso de almacenamiento, embalaje y transporte.
3.1 FRACCIONAMIENTO
Consiste en cortar el producto en las longitudes requerida por el consumidor o de
acuerdo a lo presentado por las normas.
El fraccionamiento se lo hace en longitudes de 100 m para conductores tanto de
cobre como de aluminio, para esto se hace uso de la máquina fraccionadora con
un cortador automático de metraje una vez obtenida la longitud del conductor o
cable requerida se procede a cortarlo.
Mientras se realiza en conteo de la longitud el conductor con la ayuda del un
embobinador se recoge en conductor o cable y se procede a la extracción del
mismo sin necesidad de ningún desmontaje.
93
Fig 3.1 Maquina fraccionadora (vista posterior)
Fig 3.2 Maquina fraccionadora (vista frontal)
3.2 ALMACENAMIENTO Y EMPAQUE.
Para conductores desnudo o cables de calibres altos el almacenamiento o
empaquetado se lo hace su carrete de 1000, 1500 o 500 m.
94
Cada carrete contiene el producto y a la vez este debe presentar la siguiente
información:
País de origen
Nombre y marca registrada del fabricante
Identificación del producto conforme a:
Área de la sección transversal nominal en milímetros cuadrados y designación del
conductor en AWG o kCM.
Tipo de conductor
Contenido en metros o kilogramos netos,
Se recomienda especificar la longitud de conductor o cable que contiene el
carrete. Hay que destacar que los alambres o cables desnudos sean de cobre o
aluminio no llevan leyenda de información sobre el producto.
' \ i ' \' "• - Si» '' ' •' ,. >
Fig. 3.3 Almacenamiento
2) Para el caso de cables, el producto se lo almacena de la manera como será
entregado al consumidor final; generalmente se lo hace en rollos de 100 m dentro
de cajas de cartones o envueltos y protegidos con una capa de polipropileno o
polietileno termoencogible o stretch film presoencogible.
95
Adicionalmente de la información que presenta su aislamiento o cubierta
protectora el empaque debe presentar la siguiente información.
País de origen
Nombre o marca registrada del fabricante.
Identificación del producto
Área de la sección transversal nominal en milímetros cuadrados y designación del
producto en AWC o kCM.
Tensión de operación máxima.
Contenido en metros.
La leyenda "Hecho en " o la designación del país o origen.
Para ambos casos la leyenda de identificación es colocada en un extremo del
conductor dentro del paquete.
Hay casos en el que el comprador hace un pedido en el cual las longitudes del
producto son otras diferentes a las mencionadas; entonces el empaquetado debe
presentar la misma información antes dicha poniendo énfasis en el tamaño y tipo
(bobinas o rollos) del paquete.
Siempre se anexará el orden de compra, así como las marcas del envío
requeridas por el comprador aparecerán por fuera de cada paquete.
Fig. 3.4 Almacenamiento
96
3.3 TIPOS DE CARRETES
Existen varios tipos de carretes para almacenamiento o entrega de productos,
estos a la vez pueden ser metálicos o de madera y su capacidad está acorde a
sus dimensiones.
3.3.1 DESIGNACIÓN DE CARRETES
De acuerdo a norma ASTM B524 y B232:
Tabla N° 3.1: Designación de carretes. Quito 2003
PrefijoNRRM
RMT
SignificadoCarretes de madera no retornables
Carretes metálicos de maderaCarretes metálicos con mango neumático
Norma ASTMAño 1992.
3.3.2 DIMENSIONES
Las dimensiones estandarizadas de carretes son:
Tabla No 3.2: Dimensiones estándares de carretes. Quito 2003
DESIGNACIÓN
NR 30.22NR 36.22NR 42.28NR 48.28RM 66.32RM 68.38RMT 84.45RMT 90.45RMT 96.60
CAPACIDAD(m3)
0,1820,2750,4770,6231,2601,627
2,05023,0644,893
DIMENSIONES DEL CARRETE
DIÁMETRO DEBRIDA (m)
0,760,911,071,221,681,731,982,132,29
DIÁMETRODEL
TAMBOR
0,410,460,530,610,910,911,071,071,07
ANCHO (m)INTERNO
0,560,560,710,710,810,971,141,141,52
EXTERNO
0,640,640,830,830,971,121,321,321,70
DIÁMETRO DELAGUJERO
DEL CARRETE(mm)
76 a 8376 a 8376 a 8376 a 8376 a 8376 a 83
127a 133127a 133127a 133
Norma ASTMAño 1992.
97
Los carretes RM 66.32 y RM 68,38 presentan su borde liso.
Los carretes RMT 84.45 y RMT 90.43 tienen 3 pulgadas de separación entre
radios.
A continuación se presenta ejemplos de carretes que actualmente se utilizan en
las industrias ecuatorianas.
Fig 3.5. Carretes metálicos
•-•' :
Fig, 3.6 Carrete de madera no retornable
Por otro lado para los diferentes calibres de conductores concéntricos clase A y
AA, según la Norma ASTM 231 el empaque recomendado es:
98
Tabla 3.3. : Tamaño de empaque recomendado, Quito 2003.
Tamaño deconductor mm2
500
400
200
100
20
ClaseA
AA
A
AA
A
AAAAAA
Designación decarrete
RMT 90.45RM 668.38RMT 84.45RM 66.32NR 48.28RMT 90.45RM 668.38RMT 84.45RM 66.32NR 48.28RM 66.32
NR 48.28
NR 42.28NR 42.28NR 36.22NR 42.28NR 36.22
Longitud deconductor (m)
3210160524301215610
4010200530401520760
3125
1560
1040
23051160
114855785
Masa deconductor (kg)
4425221533551680840
44252215335516808401725
860
575635320635320
Norma ASTMAño 1992
3.3.2.1 Diámetro del tambor para carretes como un múltiplo del diámetro externo delcable.
Esta manera de determinar las dimensiones aproximadas de carretes está acorde
con la norma: ICEA publicación N° A- 9- 428 (Segunda Edición), NEMA
Publicación N° WC 6-1975 (R 1980) en la cual se acota:
- Cuando los cables con una cubierta metálica tienen una chaqueta de
termoplástico, el diámetro externo, es el diámetro por encima de la cubierta
metálica. Para todos los otros cables el diámetro externo es el diámetro total del
cable.
- Para conductores gemelos (donde el cable se pone con el lado llano contra el
tambor), el menor diámetro cte uno de los dos conductores será e! que sirva para
determinar el diámetro del tambor.
99
E! factor de multiplicación del literal E se refieren al diámetro externo del tubo.
TABLA N° 3.4.Diámetros de tambores de bobinas para alambres y cables. Quito2003.
TIPO DE CABLE DIÁMETROA. Cables simples y múltiplos con cubierta no metálica.
Cables no cubierto y cubierto, incluido cables con alambresconcéntricos.a) 0-2000 Voltios 10
b) 2000 Voltios o más
b.l) Cables concéntricos sin chaqueta.
b.2) Todos los otros.
Cables cubiertos con cinta
14
1214
B. Cables simples y múltiples con cubierta metálica
a) Envoltura tubular metálica de:a.l) Plomo 14a.2) Aluminio
Diámetro externo 1,750" o menosDiámetro externo 1,750" o más.
b) Alambres armadosc) Cinta armada lisad) Cobertura metálica arrugada
2530161614
C. Cables reunidos sin cubierta común, el factor ya sea del lateral A oB debe ser multiplicado por un factor de reducción de 0, 75.
D. Combinaciones entre los tipos de descritos enA,ByC se usará elfactor más alto de cualquiera de los componentes.
E. Cables simples o múltiples enrollables en tubos no metálicos.
Diámetro externo de los tubos (in)0.0 -0.500.50-1.001.01 -1.251.26-1.501.50 o más
2624222120
Norma ICEA N° A-9-428, NEMA N° WC 6-1975
100
3.4 RADIOS RECOMENDADOS PARA DOBLAR CABLES.
Un conductor ya aislado al momento del empaque o instalación esta sometido a
dobleces que para casos muy extremos pueden ser causa de fracturas en el
conductor o mal formaciones en las superficies internas del cable produciendo
daños en el mismo.
A fin de evitar esto, se ha normalizado las curvaturas o radios mínimos a las que
pueden someterse los cables. De acuerdo a la norma ICEA 5 - 66- 524 NEMA
WC7 apéndice 1 tenemos que para:
3.4.1 CABLES DE POTENCIA SIN BLINDAJE METÁLICO
Los radios de curvatura mínimos a los que pueden ser sometidos este tipo de
conductores, se muestran en la tabla No 3.4.
3.4.2 CABLES DE POTENCIA ARMADO Y CON CUBIERTA METÁLICA.
3.4.2.1 Cables blindados con uniones.
El radio mínimo de curvatura no debe ser menos de 7 veces el diámetro total
del cable.
3.4.2.2 Cables con cinta para blindaje.
El radio de curvatura mínimo tanto para la cinta y el cable blindado es 12 veces el
diámetro total del cable.
3.4.3 CABLES PORTÁTILES.
El radio de curvatura mínimo para los cables portátiles para embalaje, instalación
o manejo es 6 veces el diámetro total del cable cuando el rango de voltaje esta
entre O V y 8000 V y 8 veces el diámetro total del cable cuando el voltaje de
operación supera los 5000 V.
101
Para cables gemelos el diámetro a considerarse para calcular el radio de
curvatura es e! de menor valor.
Tabla N° 3.5: Cuando resumen de factores a multiplicar para hallar el radio decurvatura mínimo para cables. Quito 2003.
Espesor deaislamiento (mm)
3,94 o menos4,32 -7,878,26 o más
Diámetro total del cable (mm)25,4 o menos
45-
25,4 a 50,8567
50,8 a mas678
Norma ICEA 5-66-524 NEMA WC-7Año 1982.
3.5 MANEJO Y TRANSPORTE
Para levantar los carretes con grúas o aparejos, puede hacerse con un eje
extendido (o barra) que se coloca a través de las dos tapas.
Para transportar ios carretes con montacargas el eje debe quedar paralelo a la
dirección en que se avanza.
Los carretes deben bajarse del camión utilizando una rampa o grúa. Nunca
arrojarse o dejarse caer de la plataforma.
Tener especial cuidado en no permitir que las uñas del montacargas toquen la
superficie del conductor o la cubierta del carrete, pues el conductor puede sufrir
daños.
Antes de comenzar a desenrollar el conductor o cable, cerciorarse que las
superficies interiores de los lados del carrete no tengan clavos que ocasiones
daños en los conductores o en los aislamientos de los mismos.
102
3.6 PRECAUCIONES
Para los conductores desnudos el almacenamiento se lo puede hacer al aire libre
sin que los conductores presenten alteraciones en sus propiedades físicas.
Para los cables el almacenamiento se lo hace preferentemente bajo techo,
empacados y forrados con materiales tipo stretch. No es recomendable el
almacenamiento al aire libre pues los rayos ultravioleta o la contaminación
podrían disminuir el tiempo de vida útil del aislamiento o chaqueta.
En sitios húmedos se recomienda dejar por lo menos 75 mm entre carrete y
carrete para permitir !a circulación de aire.
En caso de almacenamiento por largo tiempo, los carretes deben cubrirse para
evitar que queden expuesto directamente a las variaciones del clima.
3.7 PEDIDOS
El comparador puede indicar en su orden de compra los siguientes datos:
Longitud por unidad de embalaje
Identificación del producto
Área de la sección transversal nominal en milímetros cuadrados y designación del
producto en AWC o kCM.
Marca de embalaje especiales, cuando sean requeridos.
Si se requieren ensayos mecánicos y eléctricos de alambres de cable terminado
Lugar y plazo de inspección.
Cualquier indicación adicional que se considere necesaria.
En el posible caso de que un lote sea rechazado, el fabricante tiene derecho a
ensayar cada uno de los carretes o bobinas que lo componen y, suprimiendo los
defectuosos, recomponer un nuevo lote, que será inspeccionado aplicando el
criterio de aceptación o rechazo establecido bajo normas.
103
CAPITULO 4
COMPARACIÓN TÉCNICA DECABLES DE ALUMINIO Y COBRE
CONDUCTORES Y
En el presente capitulo se hará una comparación de características técnicas y
varios campos de aplicación entre conductores y cables de aluminio y cobre. Se
tomará como referencia varias normas y el Código Eléctrico Americano (NEC)
será una guía en lo que se refiere a las consideraciones prácticas.
4.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
• ELÉCTRICAS
4.1.1 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA
Con una conductividad del 100% para conductores de cobre el aluminio presenta
una mayor resistividad para la conducción de energía eléctrica. Los valores se
muestran a continuación. Sin embargo, si consideramos las conductividades del
cobre y el aluminio y si queremos obtener la misma conductancia entre ambos se
obtiene que para la misma longitud la sección del conductor de aluminio deberá
ser 1.6 veces mayor que la del cobre, por tanto el volumen también será 1.6
veces mayor. Sin embargo la densidad del aluminio es solo aproximadamente 1/3
de la densidad del cobre. Por lo tanto, la masa necesaria del aluminio será
aproximadamente la mitad que la del cobre si queremos obtener la misma
conductancia.
Tabla No 4.1: Resistencia eléctrica en O.g/m2 para cobre y aluminio. Quito 2003.
ConductorCobre
Resistividad (Q.g/m2)0.15327
Aluminio1350500562018000
0.0754670.085890.0888350.077974
Norma ASTM
104
4.1.2
Cuando existen variaciones de temperatura la resistencia DC tanto del cobre
como del aluminio sufre cambios. Los factores que nos permiten realizar las
correcciones para obtener la resistencia DC a 20°C y 25°C que son los
comúnmente utilizados y referidos en normas, se pueden obtener mediante las
siguientes formulas:
(4.1)
R,R2
Donde el coeficiente térmico de la resistencia aO es.
«^^=0.00439
Bocobre ^0.00427
De lo antes mencionado podemos deducir que :
Para el cobre de 100% de conductividad:
254'5 (4.2)234.5 + r
234.5 + 71,(4-3)
Para el aluminio de 61% de conductividad:
"MO
(4.4)
105
253
228 + T7(4-5)
Donde: R1 Resistencia a 20°C.
R2 Resistencia a una temperatura T2
R3 Resistencia a 25°C.
Tabla No 4.2 Factores de corrección para calculo de resistencia DC enconductores de cobre y aluminio. Quito 2003.
Temperatura °C
051015202530354045505560657075808590
Aluminio20°C.
1.0851.0631.0411.0201.00
0.8910.9620.9440.9270.9110.8950.8790.8640.8500.8360.8220.8090.7970.784
255C.
1.1071.0841.0611.0401.0201.0000.9810.9630.9450.9280.9120.8960.8810.8660.8520.8380.8250.8120.800
Cobre20°C.
1.0881.064i. 0421.0201.0000.9800.9610.9430.9250.9080.8920.8760,8610.8460.8320.8180.8050.7920.780
25°C.
1.1101.0851.0631.0411.0201.0000.9810.9620.9440.9270.9100.8940.8780.8630.8490.8350.8210.8080.796
Norma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982
4.1.3 CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN DE CORRIENTE
La capacidad de conducción del aluminio es del 61% en relación al 100% de
conducción que presenta el cobre, razón por la cual, si se desea encontrar el
equivalente que permita la misma conducción de corriente, los conductores deben
sobredimensionarse dos calibres arriba, como se muestra a continuación:
106
Hay que tomar en consideración que; para encontrar las capacidades de
conducción de corriente deben consultarse las tablas que aparecen en las
diferentes normas aplicadas a cada condición de uso o de tipo de aislamiento.
Tabla N°4.3 Equivalencia entre conductores de cobre y aluminio. Y capacidad deconducción. Quito 2003.
Tamaño del conductor AWG o kCMILCobre
14121086421
1/02/03/04/0250300350400500
Aluminio12108642
1/02/03/04/0250300350400450500
Capacidad deconducción (A)
35456892100130175190235275320340410460510555630
Norma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982
• MECÁNICAS
4.1.4 RESISTENCIA A LA TENSIÓN Y DENSIDAD
El cobre y el aluminio presentan una densidad y una resistencia a ia tensión, los
rangos de dichas variables se muestra a continuación:
Tabla No4.4: Resistencia a la tensión y densidad del cobre y del aluminio. Quito2003.
Metal
AluminioCobre
Resistencia a la tensión(psi)
13000-4500035000 - 50000
Densidad (g/cm3)
2.7058.89
Norma ASTMAño 1992
107
4.1.5 PESOS APROXIMADOS DE CONDUCTORES Y CABLES
El aluminio es más liviano que el cobre. Una comparación entre los pesos
aproximados de los conductores y cables de cobre y aluminio se muestran a
continuación:
4.1.5.1 Conductores
Tabla N°4.5: Pesos aproximados de tos diferentes conductores sólidosconcéntricos de cobre y aluminio. Quito 2003.
Tamaño delconductor
AWG o kCMIL
222019181716151413121110987654-NJ
21
1/02/03/04/0250300400500
Conductores sólidosConductoresconcéntricos
Peso aproximado (g/m)Aluminio
8.9411.314.2217.9222.6228.5235.9445.3257.1772.0890.89114.6144.6182.3229.8289.8342.4410.9547.9648.8
Cobre2.884.615.817.329.2411.614.718.523.429.437.1
46.7758.9574.3893.80118.2149.2188.0237.1298.9377.0475.5599.5755.8953.2
Aluminio
9.1211.514.518.323.129.136.746.258.373.592.7117147186234296349419559699
Cobre2.944.705.927.469.4311.8614.9818.8823.8230.0037.8047.7160.1475.995.71211521922423053854856117719721150138018402300
Norma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982
108
4.1.5.2 Cables
El peso total considerado es del producto terminado.
Tabla No 4.6 Pesos totales de cables tipo TW - 600 V. Quito 2003
Calibre AWG
1412108
Peso total kg/100mCobre
2.804.005.909.80
Aluminio....
1.902.64.5
Norma UL 83Año 1985
Tabla No 4.7 Pesos totales de cables tipo THWN - 600 V. Quito 2003
Calibre AWG
14121086421
1/02/03/04/0
Peso total kg/kmCobre
233657
_ 911382372604505857048751086
Aluminio....15243964103148101227279338412
Norma UL 83Año 1985
109
Tabla No 4.8 Pesos totales de cables tipo THW - 600 V. Quito 2003
Calibre AWG
14121086421
1/02/03/04/0
Peso total kg/kmCobre
3447671091592523824856057559211159
Aluminio....27335777118170217271306380474
Norma UL 83Año 1985
Tabla No 4.9: Pesos totales de cables tipo XHHW aislado con polietilenoreticulado para 600 V. Quito 2003
Calibre AWG
86421
1/02/03/04/02505001000
Peso total kg/kmCobre
931422173384256336648291037123424154787
Aluminio4168841321692052392923614338141597
Norma UL 44Año 1985
110
Tabla No 4.10: Pesos totales de cables tipo XLPE aislado con polietilenoreticulado para 600 V. Quito 2003
Calibre AWG
86421
3/02/03/04/02505001000
Peso total kg/kmCobre
1011512283484515596928801070125824734868
Aluminio4867941361832212673233944778121078
Norma UL 44Año 1985
11
4.2 APLICACIONES PRACTICAS.
4.2.1 CABLES
La utilización de todo tipo de cable esta acorde al tipo de aislamiento que cubre el
conductor, siendo dicho aislamiento el que se encarga de definir las condiciones
de temperatura y ambiente en las cuales se obtienen un trabajo óptimo del cable,
independientemente del material conductor.
Por esta razón el cobre o el aluminio como material conductor no es el que define
la aplicación de tal o cual tipo de cable. El conductor en si es el que da la
capacidad de conducción del cable; así, el cobre por tener mayor conductividad
que el aluminio conduce cierto amperaje con conductores de calibres mas
pequeños comparados con los calibres respectivos en aluminio para la misma
capacidad de conducción.
4.2.2 NIVELES DEL VOLTAJE
Dependiendo del nivel de voltaje al que va a trabajar el sistema o instalación
eléctrica, el mínimo calibre de conductor a utilizarse es:
Tabla No4.11 Tamaño de conductores según nivel de voltaje de! circuito. Quito2003.
Rango de voltajes(Voltios)
0-20002001-80008001-1500015001-2800028001-35000
Tamaño mínimo deconductores (AWG)
Cobre14821
I/O
Aluminio1282i
1/0
Código NECAño 1999
4.2.3 CONEXIONES
Las deficiencias del aluminio son su baja resistencia a la tracción y su blandura.
En el aire, el Aluminio se recubre rápidamente de una fina capa de óxido (AI2O3)
que lo protege de posteriores corrosiones. Esta capa de óxido posee considerable
112
resistencia eléctrica, por tanto, en los puntos de unión de los conductores de
Aluminio puede formarse una alta resistencia de contacto.
Ai humedecerse los puntos de contacto del Aluminio con conductores de otros
metales (Cobre, Hierro) puede formarse un par galvánico bastante alto (del orden
de 1.0V). Por esta razón, para conexiones eléctricas éstas no se realizarán entre
materiales diferentes como cobre y aluminio, cobre y aluminio - cobre o
aluminio y cobre-aluminio pues las diferencias entre sus propiedades químicas,
físicas y mecánicas son considerables y se conseguiría un deterioro de las
superficies (oxidación) y por lo tanto fallas en circuitos.
Al momento de realizar una instalación de conectores y uniones soldadas se
recomienda hacer una correcta señalización del tipo de material utilizado con el
fin de conseguir un correcto uso de las mismas en posteriores instalaciones.
4.2.4 DUCTOS Y CANALIZACIONES
El número y tamaño de los conductores en cualquier canalización no debe ser
mayor de lo que permita la disipación de calor, facilidad de instalación o
desmontaje sencillo de los conductores sin perjudicar a otros conductores o su
aislamiento.
Y debido a que el aluminio es más liviano que el cobre con lo referente a
instalación, los ductos y tuberías serían más livianos o podrían llevar más
cantidad de conductores de aluminio que en el caso del cobre y debido a que el
aluminio presenta un calor especifico de casi el doble que el del cobre, estos
conductores serian capaces de conducir a la misma intensidad de corriente
siendo el calentamiento total de los mismos la mitad del que se presentaría en
los conductores de cobre.
Soporte de los conductores en canalizaciones verticales
Los conductores en canalizaciones verticales se deben sujetar considerando
además los soportes sucesivos son necesarios para que la longitud de los tramos
113
del conductor permanezcan fijos, dichos soportes no deben superar las distancias
establecidas por la tabla No 4.12.
Tabla No 4.12: Distancia en metros entre los soportes de los conductores paracanalizaciones verticales. Quito 2003
Calibre delconductor AWG o
kCMIL18-86-1/0
2/0-4/0250-350400-500550-750
800 o más
Distancia entre conductores (m)Aluminio
30605541362926
Cobre
30302418151211
Código NECAño 1992
4.2.5 INSTALACIÓN DE CONDUCTORES Y CABLE DE COBRE O ALUMINIO
Durante la instalación, los conductores están sujetos a inevitables dobleces y
abuso mecánico. Ante esta situación, los conductores de cobre son más fuertes y
tienen mayor resistencia que los conductores de aluminio. Esta es una verdadera
ventaja tanto en las cajas de distribución como en las cajas de terminales, donde
los conductores de cobre pueden doblarse adicionalmente, enroscarse más
ajustadamente y jalarse con mayor fuerza sin estirarse ni romperse.
Por el contrario, el aluminio es más blando y tiene un coeficiente de elasticidad
más bajo que el cobre, por lo que se estira en la zona solicitada al ser instalado
bajo gran tensión mecánica.
4.2.6 CONSTRUCCIÓN DE CONDUCTORES SOLIDOS Y CONCÉNTRICOSDESNUDOS
Para el caso del aluminio no se realiza la construcción de conductores
bunchados o flexibles pues el mínimo calibre a obtenerse después de un
proceso de trefilación según normas es el N°12 AWG.
114
En la construcción de conductores concéntricos el mínimo numero de hilos que
constituyen el conductor para la fabricación de cables es:
Tabla No4.13: Mínimo número de hilos para construcción de conductoresconcéntricos de cobre. Quito 2003
Tamaño delconductor AWG o
kCMIL4-2
11/02/03/0 .4/02503505007501000
Numero mínimo de hilos de cobre14 AWG
679111418
21*
12 AWG
6*6*7*9'rr1318
26"
...
10 AWG
6*6'7*9*12*17
25*...
9 AWG
6*6*7"9*13'20*26*
8 AWG
. . .
...10*1520
* Construcción alternativaNorma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982
Tabla No4.14 Mínimo número de hilos para construcción de conductoresconcéntricos de aluminio. Quito 2003
Tamaño del conductorAWG o kCMIL
4-1/02/03/04/02503003505007501000
Numero mínimo de hilos de aluminio14 AWG
67911131518
25*
12 AWG
6'6*7*8*10*11*1624'
10 AWG
6'6*6*7*10*15
20*
9 AWG
6*6*6'?12*16
8 AWG
12*
* Construcción alternativaNorma ICEA S-66-524 NEMA WC 7629Año 1982
115
4.2.7 CONDUCTORES PARA PUESTAS A TIERRA
El tamaño mínimo del conductor para puestas a tierra en sistemas eléctricos que
trabajan con rangos de voltaje de O a 2000 Voltios se muestran a continuación:
Tabla No4.15: Conductores para puestas a tierra. Quito 2003.
Tamaño del conductor aplicado en elsistema eléctrico (AWG o MCM)Cobre
1412
10-86-4
3-2/03/0-400
500-1000
Aluminio12108-64-2
1-4/0
250-700750-1000
Tamaño mínimo del conductorpara puesta a tierra (AWG)
Cobre14121086i
31
Aluminio121086411
2/0Norma 1CEA S-66-524 NEMA WC 7Año 1982
4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS
• Del presente estudio se observa que para determinar las aplicaciones de los
cables y conductores de aluminio aislados de hasta 2000 V, en cualquier
medio y para distancias cortas, se considera siempre su capacidad de
conducción
• Teniendo presente que el aluminio conduce un 61% respecto al 100% que
conduce el cobre los conductores de aluminio deberán ser
sobredimensionados dos calibres arriba que su homólogo de cobre.
Comparando e! aluminio con el cobre se concluye que el primero necesita
mayor cuidado en cuanto a trabajo y manejo por poseer menor resistencia a la
tracción y por consiguiente a cualquier tipo de esfuerzo mecánico excesivo.
16
Por otro lado el aluminio presenta una variación porcentual de resistencia
eléctrica muy pequeña respecto al cobre para un aumento similar de
temperatura.
El aluminio respecto al cobre posee la ventaja de que en una exposición al
aire el aluminio se recubre de una delgada capa que lo protege de posibles
corrosiones ambientales.
El peso de un conductor de cobre es de 2 veces mayor que uno de aluminio
de las mismas características eléctricas por lo tanto para ser transportados a
distancias prolongadas se requieren de ductos y canalizaciones más pesados.
Para el caso de conexiones se recomienda que éstas se realicen entre
materiales de características químicas similares, de lo contrario se podrían
producir oxidación y fallas en ios circuitos.
117
CAPITULO 5
ANÁLISIS ECONÓMICO DEL USO DE ALUMINIO PARALA FABRICACIÓN Y UTILIZACIÓN DE CONDUCTORESELÉCTRICOS DE BAJA TENSIÓN.
En el presente capitulo se hará un análisis y comparación económica de la
fabricación de conductores y cables de cobre y aluminio, cabe señalar que lo
antes mencionado se lo hará para conductores con capacidad de conducción
equivalente
Para esto se hará uso del análisis costo- beneficio al igual que la tasa interna de
retorno con e! fin de obtener la mejor rentabilidad, todo esto con el propósito
justificar la fabricación de estos conductores para bajo voltaje con los equipos y
herramientas actualmente instalados ya en plantas de fabricación de conductores
eléctricos y utilizando materias primas fácilmente accesibles en nuestro medio.
Por otro lado de acuerdo a las propiedades que presenta el aluminio 1350 y bajo
normas vigentes en el Ecuador, este será el material conductor considerado para
la fabricación de nuestros conductores y cables de aluminio.
Por otro lado en el país existen varias empresas dedicadas a la producción de
conductores eléctricos, Fabricables posee un volumen de producción mensual de
50 toneladas de cobre, mientras que Cablee procesaba 230 toneladas de cobre y
200 de aluminio mensualmente, por otro lado Electrocables consume unas 200
toneladas mensuales.
En el presente análisis se considerara la producción unitaria (1 tonelada) y para la
ejecución del proyecto se deberán tener en consideración los volúmenes de
materia prima consumida por empresas nacionales para de esta manera ingresar
al mercado con cantidades adecuadas que permitan competir con las empresas
actualmente consolidadas.
118
5.1 COSTOS
5.1.1 COSTOS DE MATERIAS PRIMAS
5.1.1.1 Cálculos de materias primas
Hay que acotar que los prototipos de cobre escogidos no tienen particularidad
alguna son simplemente tipos de conductores que se hallan en el mercado.
Para que la comparación sea equivalente se tomo en consideración la capacidad
de conducción de los cables tanto de cobre como de aluminio.
Todos los cálculos se presentan en el anexo C.
Cuadro N° 5.1. Materias primas totales necesarias para fabricar 1000 metros deconductor tipo TW N° 12 AWG de cobre y 1000 metros deconductor tipo TW N° 10 AWG de aluminio.
Material Peso [kg]Materias primas para conductor tipo TW N° 12 AWG de cobvQ
CobrePVC
29.349.05
Materias primas para conductor tipo TWAluminio
PVC
N° 10 AWG de aluminio14.2510.79
Cuadro No 5.2 Materias primas totales necesarias para fabricar 1000 metros deconductor tipo UF No 2x14 AWG de cobre y 1000 metros deconductor tipo UF No 2x12 AWG de aluminio.
Material Peso [kg]Materias primas para conductor tipo UF N° 2x14 A WG de co6re
CobrePVC
37.1051.83
Materias primas para conductor tipoAluminio
PVC
UF N° 2x12 AWG de aluminio18.2158.66
119
Debido a que las materias primas tanto de material conductor como de material
de aislamiento y chaqueta estos tienen una presentación definida ya sea en kg o
toneladas. Para este análisis se tomara una base de un lote unitario (2000 kg.)
de alambren de cobre y otro de aluminio y bolsas de 25 kg de PVC.
De acuerdo con los requerimientos de materias primas indicaremos los precios
totales de estos materiales objeto de importación o de compra local, según los
proveedores los precios actuales incluyendo impuestos son:
5.1.1.2 Costos totales de materia prima
Cuadro No 5.3 Precios de materias primas.
Materia primaCobre
AluminioPVC
Precio USD/kg2.001.651.40
Cuadro No 5.4 Costos totales de materia primas para conductor tipo TW No 12AWG de cobre (1000m)
Materia primaCobrePVC
Cantidad kg29.349.05
Precio unitario USD2.001.40
Total USD
Precio total USD58.6812.6771.35
Cuadro No 5.5 Costos totales de materia primas para, conductor tipo TW No 10AWG de aluminio (1000m)
Materia primaAluminio
PVC
Cantidad kg14.2510.79
Precio unitario USD1.651.40
Total USD
Precio total USD35.6215.11
50.731
120
Cuadro No 5.6 Costos totales de materia primas para Conductor tipo UF No 2x14AWG de cobre (1000m)
Materia primaCobrePVC
Cantidad kg37.1051.83
Precio unitario USD2.001.40
Total USD
Precio total USD74.272.56146.76
Cuadro No 5.7 Costos totales de materia primas para Conductor tipo UF No 2x12AWG de aluminio (1000m).
Materia primaAluminio
PVC
Cantidad kg18.2158.66
Precio unitario USD1.651.40
Total USD
Precio total USD30.0482.12112.71
A continuación se presentara un ejemplo de calculo de los costos de producción
para 1000 m de conductor tipo TW N° 12 AWG de cobre, para esto se realizo el
respectivo análisis de la mano de obra directa y costos variables de fabricación en
cada uno de los procesos a los que se somete la materia prima antes de ser
entregado al consumidor final.
Por costos de mano de obra directa tenemos los costos mínimos a considerarse
por mano de obra de operadores y personal de apoyo.
Los costos variables de fabricación abarcan los costos de operación y
mantenimiento, servicios, impuestos, ...etc en los que incurre la empresa para la
fabricación de tal o cual producto.
5.1.2 COSTOS DE PRODUCCIÓN PARA CONDUCTOR TW N° 12 AWG
Se tomará en consideración las tasas estándar aproximadas de costeo
planteadas ya por el departamento de Costos de algunas empresas productoras
de cables eléctricos. Esto servirá para ratificar el 13% aproximado del total de
121
costos de materas primas que dichas empresas actualmente se toman por costos
de producción totales.
Cuadro No 5.8 Tasas estándar de producción. Quito 2003
Proceso
TrefilaciónExtrusiónRecocidoCableado
Por Mano de obra directa(USD/hora)
2.945.350.401.25
Por Costos Variables deFabricación (USD/hora)
13.7630.81
14.68
Datos de fabricantes
5.1.2.1 Calculo de costos estándar de producción
Las cantidades de materias primas utilizadas en los cálculos siguientes son antes
presentados (tabla 5.1).
5.1.2.1.1 Costos de trefilación
Maquina Niehoff M85
Capacidad de trefilación: 1201.4 kg/hora
Hora maquina estándar (HMS)
HMS=29 34/v-^
Mano de obra directa (CMOD)
CMODG = Q.Q2_horas* 2,94 _USDI hora
CMOD = 0.06 USD
Costos variables de fabricación (CVF)
CVF = Qm_homs * \3.76_USD/hora
0.28 USD
122
Cosío estándar de trefilación (CST)
CST = 0.06 + 0.28
0.33 USD
5.1.2.1.2 Costos de extrusión
Maquina Negri Bossi 80 + D.S 31/4"
Capacidad de extrusión: 190 kg/hora
Hora maquina estándar (HMS)
\9Q_kglh=0.05 h
Mano de obra directa (CMOD)
CMODQ = 0.05_/wras * 5.35 JJSDI'hora
CMOD = 0.27 USD
Costos variables de fabricación (CVF)
CVF = Q.Q5_horas* 30.81 _USD/hora
CVF = 1.54 USD
Costo estándar de extrusión (CSE)
CSE = 0.48 + 2.74
= 1.81 USD
5.1.2.1.3 Costos de recocido
Horas a recocer: 3 horas para calibres 12-8 AWG de cobre
Mano de obra directa (CMOD)
CA/ODO = 3 _ horas * 0.40 _ USD/ hora
CMOD = \.20 USD
123
Costos variables de fabricación (CVF)
= 3_horas*\_USDIhoraCVF = 3 USD
Costo estándar de recocido (CSR)
= 1.20 + 3CSR = 4.20 USD
5.1.2.1.4 Costos por fraccionar y empacar
Por fraccionar y empacar 1 00 rollos : 2.50 USD
El total de costos de producción es la suma de los costos de todos los procesos al
que se somete el conductor
Total de costos = 8.84 USD
Para el caso en el que se necesite realizar un cableado el costo estándar
aproximado se lo puede calcular mediante:
5.1.2.1.5 Costos por cableado
Maquina Watson 12+1
Velocidad de cableado: 1958.45 m/hora
Hora maquina estándar (HMS)
HMS= - = 0.5 H\958A5_m/h
Mano de obra directa (CMOD)
CMODO = Q.5_horas*\.25_USD/hora
CMOD = 0.625 USD
Costos variables de fabricación (CVF)
CVF - Q.5_horas *4.6$_USD/hora
CVF = 2.34 USD
Costo estándar de cableado (CSC)
124
CSC = 0.625+ 2.34
CSC = 2.96 USD
5.1.2.2. Resumen de costos totales de producción
Cuadro No 5.9 Costos totales de producción para conductor TW No 12 AWG decobre (1000m)
CostosCosíos de materia primaCostos de producciónCostos totales
Total USD71.359.2780.62
Cuadro No 5.10 Costos totales de producción para conductor TW No 10 AWG dealuminio. (1000m)
CostosCostos de materia primaCostos de producciónCostos totales
Total USD50.736.5953.32
Cuadro No 5.11 Costos totales de producción para conductor UF No 2x14 AWGde cobre (1000m)
CostosCostos de materia primaCostos de producciónCostos totales
Total USD146.7619.08
165.84
125
Cuadro No 5.12 Costos totales de producción para conductor UF No 2x12 AWGde aluminio (1000m)
CostosCostos de materia primaCostos de producciónCostos totales
Total USD112.1714.58
126.75
5.2 BENEFICIOS
En el calculo de ingresos totales que se perciben se considera una utilidad del
23% anual, este es el costo de oportunidad promedio de algunas empresas
fabricantes de conductores eléctricos; dentro de este valor ya se incluye la tasa
de interés bancaria a la que se halla sometida la inversión (18% anual).
5.3 ANÁLISIS ECONÓMICO DE TASAS: BENEFICIO / COSTO(B/C), VALOR AGREGADO NETO (VAN), TASA INTERNA DERETORNO (TIR) Y PERIODO DE RECUPERACIÓN DEINVERSIONES (PR)
5.3.1 VARIABLES DE CALCULO
5.3.1.1 Factores de descuento (FD):
Para el calculo de valores presentes se tomara un interés mensual del 1.5%
vigente actualmente en los bancos. El factor de descuento que permite este
calculo se lo obtiene mediante:
FD =
i = interés 1.5% de interés mensual en bancos
n = número de periodo
126
5.3.1.2 Tasa Costo Beneficio (B/C)
Se la calcula con !a relación de valores actualizados o presentes de costos y
beneficios.
Costoaclua¡
5.3.1.3 Valor Agregado Neto (VAN)
Representa la ganancia neta que obtuvimos extra del porcentaje que se tiene por
descuentos.
VAN- flujosactualizaiicios
5.3.1.4 Tasa Interna De Retorno (TIR)
Permite el cálculo del límite porcentual máximo al cual mi proyecto puedesoportar. La TIR se la calculara en función de flujos netos.
fluJ°actualizado %r
flu]<> actualizada % min ~ fl^J O actualizado °/0r,
5.3,1.5 Periodo De Recuperación (PR):
Es la relación entre la inversión inicial y la rentabilidad promedio y nos permite
obtener el o los periodos de tiempo en los cuales se recupera dicha inversión.
127
inversiónrK =
utilidades promdio
5.3.2 EJEMPLO DE CALCULO DE INVERSIÓN INICIAL PARA CONDUCTOR
TIPO TWN° 12 AWG
a) Longitud del conductor total con un lote de 2000 kg de alambren
2000/29,34 = 67 km.
b) Cantidad de PVC total para aislar los 68.166 km de conductor
PVC = 68.166 * 9.05 = 616.90 kg
PVC aproximadamente 625 kg.
5.3.2.1 Inversión tota! inicial
200kg * 2 USD/ kg + 625 kg * 1.4 USD/ kg = 4875 USD
5.3.2.2 Mano de obra
139.05 USD por periodo con producción de 15000 metros.
Ingresos mensuales para conductor tipo TWN° 12 AWG
Considerando un 23 % de utilidad
Ingresos mensuales: 80.62 * 1.23 * 15 = 1487.44 USD por periodo de con un
producción de 15000 metros.
128
Con lo antes mencionado y con la ayuda de una hoja electrónica se procede a
hacer los cálculos respectivos y necesarios para determinar la tasa B/C, VAN, T1R
y PR, de los tipos de conductores sometidos a análisis. Ver parte 2 del anexo c.
A continuación se presentan los resultados finales del cálculo, si se consideran
periodos mensuales:
Cuadro N° 5.13 Resultados finales de B/C, VAN, TIRyPR para conductores decobre.
Tipo de conductorTW deCuN°12AWGUFdeCuN°2xl4AWG
Inversión Inicial48757920 ^
B/C1.171.43
VAN906.32
3971.79
TIR8.1918.81
PR3.672.90
Cuadro N° 5.14 Resultados finales de B/C, VAN, TIR y PR para conductores dealuminio.
Tipo de conductorTWdeAINMO AWGUFdeAÍN°2xl2AWG
Inversión Inicial513513030
B/C1.571.39
L VAN3423.935895.07
TIR22.615.82
PR2.602.98
Por otro lado en las empresas generalmente se considera una recuperación de
inversiones anual, a continuación se presentan los resultados finales del cálculo,
si se considera por periodo de recuperación un año. Para el calculo de
inversiones iniciales se realiza el mismo procedimiento antes mencionado.
Los cálculos de B/C, VAN, TIR y periodo de recuperación se hallan en la parte 3
del anexo C.
Cuadro N°5.15 Resultados finales de B/C, VAN, TIR y PR para conductores decobre.
Tipo de conductorTW deCuN0 12 AWGUFdeCuN°2x l4 AWG
Inversión Inicial48757920
B/C1.0421.29
VAN229.07
2578.74
TIR23.5565.01
PR0.730.58
129
Cuadro N°5.16 Resultados finales de B/C, VAN, TIR y PR para conductores dealuminio.
Tipo de conductorTWdeAIN0 10 AWG
UFdeAlN°2xl2AWG
Inversión Inicial513513030
B/C1.411.25
VAN2447.963737.08
TIR74.9351.98
PR0.520.60
5.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS
• El precio del aluminio es más bajo que el del cobre, lo que permite abaratar
ios costos por materia prima, reduciéndose por lo tanto los costos totales de
fabricación que evidentemente se hallan en función de dicho valor.
• Se debe mencionar que para todos los análisis se consideró la misma
cantidad de material conductor (2000 kg.).
• Se observa que la tasa beneficio / costo para conductores equivalentes de
cobre y aluminio es mayor que 1, independiente del periodo de tiempo
considerado, lo que indica que cualquiera de los dos productos son rentables.
• Debe señalarse que los calibres de los conductores empleados en este
análisis son diferentes, ya que se compararon conductores que son
equivalentes en su capacidad de conducción.
• Luego de realizado el análisis del Valor Agregado Neto (VAN) se observan
valores positivos para todos los casos, lo cual indica que los conductores tanto
de aluminio como de cobre generan utilidades aceptables, considerando un
interés bancario de 18% anual.
Cabe señalar que los conductores de aluminio generaron un mayor VAN.
130
• En el caso de los conductores TW se obtiene mayor rentabilidad.
• Igualmente los conductores tipo UF de aluminio, pese a utilizar una mayor
cantidad de PVC en la chaqueta, mostraron también un mayor VAN que sus
equivalentes de cobre.
• En cuanto al análisis de las Tasas Internas de Retorno se observan valores
elevados para ambos tipos de conductores,
• Para el caso de los conductores TW de aluminio se establece una mayor TIR
que los de cobre incluso es mayor que la tasa de interés mensual vigente.
• En los conductores tipo UF las TIR de ambos conductores son similares
siendo ligeramente mayor las del cobre; pero en todo caso ambas también
llegan a ser bastante superiores a la tasa de interés bancario.
• Por último con la inversión y utilidades que se han presentado para el análisis,
los periodos de recuperación de capital son bajos, lo que determina una
recuperación de capital rápida y en el resto del tiempo considerado en el
proyecto se percibirán ganancias considerables.
CAPITULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
Del análisis técnico-económico de la fabricación y utilización de conductores
eléctricos de aluminio aislados hasta 2000 voltios se puede concluir que el
aluminio es un gran sustituto como material conductor en reemplazo de! cobre
por las características que presenta, además que la fabricación de dichos
conductores representaría un negocio rentable.
Se determina que las aleaciones del tipo 1350 y serie 8000 son las que presentan
mejores propiedades conductivas y por tanto son las más idóneas para la
fabricación de conductores de eléctricos de aluminio de hasta 2000 voltios.
El tratamiento (diseño, procesos y pruebas) que se le da al materia! conductor
(aluminio), hasta la terminación de conductores y cables, es similar a ío que se
hace para el cobre, diferenciándose únicamente en vanantes de herramientas que
se hallan dentro del proceso, así como dados y solución de trefilación.
Según se establecen en las respectivas normas, no se puede fabricar
conductores bunchados de aluminio ni de calibres inferiores a! N° 12 AWG.
Las empresas dedicadas a la fabricación de conductores eléctricos de cobre,
requerirán de bajas inversiones adicionales para dedicarse a la fabricación de
conductores de aluminio.
Los posibles precios que se fijen en el mercado para el caso de los conductores
de aluminio podrían ser más bajos que los precios actuales de los conductores de
cobre lo cual es una ventaja competitiva en el mercado.
(32
A pesar de que las tasas de intereses vigentes están e! orden de 14 al 18%, la
producción y comercialización de conductores eléctricos es un buen negocio,
pues en ambos casos se presentan tasas internas de retorno altas.
Para los conductores de aluminio las TIR son más elevadas que para los de cobre
en el caso de conductores con un solo cable o alambre, pues para conductores
multipolares dicha diferencia es inversa. Este cambio se debe ai aumento en la
utilización de materia prima en la chaqueta que se requiere para cubrir el
conductor de calibre mayor considerado en el estudio.
6.2 RECOMENDACIONES
La aplicación de ios conductores de aluminio en instalaciones eléctricas
interiores, hay que tomar especial cuidado en las conexiones que se realicen,
pues se deberían utilizar piezas de igual material para evitar corrosiones y
posibles fallas en circuitos.
El manejo de cables de aluminio deber ser efectuado obedeciendo a lo
establecido en las respectivas normas, en io que se relaciona a radios de
curvatura.
El uso del aluminio a nivel de fabricación es muy rentable no solo por el
tratamiento similar al del cobre sino que, para el caso del embalaje,
almacenamiento y transporte, su bajo peso permite tener ahorros en cuanto a
tamaño de carretes y capacidad de las máquinas transportadoras (montacargas).
Se recomienda realizar un estudio de mercado a nivel nacional para poder
ofrecer a los productores una propuesta concreta a fin de que puedan
implementar el proyecto con todas las herramientas de decisión necesarias.
133
Se recomienda que en futuro se realice un estudio de factibilidad de adquisición
de las materias primas para aislamiento y chaqueta que no se comercializan en
nuestro país.
134
BIBLIOGRAFÍA
• ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARDS, Volumen . 02. 03T Nonferrous
metal producís, 1998,
• ICEA/NEMA, Thermoplastic - Insulated Wire and Cable forTransmission
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, Underwnters Laboratories Inc., 1991, UL-62.
• NEC, National Electrical Code, 1999 Edition, National Fire Protection
Association, Inc., 2000.
• JIMÉNEZ, Carlos., Experiencias en la fabricación de conductores
eléctricos de hasta 2000 V. EPN. Quito - Ecuador, 2002.
• INEN , Instituto Ecuatoriano de normalización, Normas para conductores
de aluminio 1978.
• HERENGEL, J. Metalurgia especial, Segunda edición 1980
• LELAND, Blank, Ingeniería económica, Me. Graw Hill, cuarta edición
2000.
• CABLEC. Catalogo de conductores eléctricos 2001.
• PROCABLES. Información técnica de conductores eléctricos 2000.
• WESTINGHOUSE ELECTRICAL & MANUFACTURING COMPANY.
Electrical transmission and distribution reference book. First edition 1942.
135
LOTHAR, Heinhold. Power cables an íheir appiication. Parte I. tercera
edición 1990.
RAMÍREZ V, José. Instalaciones de baja tensión. Quinta edición 1985.
ANEXO ATABLAS DE ESPECIFICACIONESTÉCNICAS DE CONDUCTORES
137
ANEXO A
Espesor de aislamiento
Un alambre o cable se lo aislará en toda su longitud. El aislamientos se io
aplicará en toda la superficie de conductor y no tendrá ningún efecto visible. Para
los conductores THHN y THWN estos tendrán además una chaqueta de nylon
aplicada directamente a la superficie de aislamiento de PVC; los conductores tipo
TA tendrán una capa de asbesto impregnado sobre el aislamiento de PVC.
En el caso que se de una reparación o juntura en el aislamiento estas deberán
someterse a las mismas pruebas eléctricas como el resto del aislamiento.
Los valores medios de espesor de aislamiento y espesor mínimo en cualquier
punto del aislamiento deberán obedecer a lo valores de las siguientes tablas
Tabla N. 1 Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo TW, ACT-B,UF, ACT, NM-B. Quito 2003.
Tipo deconductor
Tipo TW,conductores
aislados para el tipoACT y ACT- B.
cables para uso enconductores tipo UF
(12-6AWG)yNM-B
TW
Calibre delconductor
14-9 AWG
8-7
6-54-2
1
4/0
250-500 kcmil550- 10001100-2000
Promedio(mm)
0.76
1.14
1.521.52
2.03
2.03
2.412.793.18
En un puntocualquiera
(mm)0.69
1.02
1.371.37
1.83
1.83
2.182.512.84
En la chaqueta denylon (resistente a lagasolina y al aceiteen tipo TW ) (mm)
0.10
0.13
0.130.15
0.18
0.18
0.200.23
-Norma UL 62Año 1991
138
Tabla N.2: Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo THW, Quito2003.
Calibre delconductor14-9 A WG
8-21-4/0
250 - 500 kcmil550-10001100-2000
Promedio (mm)
1.141.522.032.412.793.18
En un puntocualquiera (mm)
1.021 1.37
1.832.182.512.84
Norma UL 62Año 1991
Tabla N. 3 Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo THWN, THHN,Quito 2003.
Calibre delconductor
14- 11 AWG10- 9
8-54-2
1-4/0250- 500 kcmil
550-1000
Aislamiento de PVC
Promedio (mm)
0.380.510.761.021.271.521.78
En un puntocualquiera (mm)
0.330.460.690.911.141.371.60
Espesor en lachaqueta de nylon
(mm)0.100.100.130.150.180.200.23
Norma UL 62Año 1991
Tabla N. 4 Espesores mínimos de aislamiento para conductores tipo TA. Quito2003.
Calibre delconductor
14-7 AWG6-2
1-4/0
Aislamiento de PVCPromedio
(mm)
0.510.761.02
En un puntocualquiera (mm)
0.460.690.91
Aislamiento de asbestoPromedio
(mm)
0.510.640.76
En un puntocualquiera
(mm)0.460.530.66
Norma UL 62Año 1991
139
Tabla No. 5 Características de construcción para cables concéntricos con serie6201-181 .Quito 2003
Tamaño delconductorkcmil/AWG
10009008007006005004003002504/03/02/01/0246
Requerimiento de construcción
Número dehilos
3737373737191919197777777
Diámetro de loshilos (mm)
4.183.963.733.493.234.123.693.192.914.423.933.503.122.471.961.55
ClaseAAAAAAAAAA,A.AAAA,AAA
AA,AAA,AAA,AAA,AAA,A
AA
Norma ASTMAño 1992
140
Tabla No.6 Características de construcción para cables concéntricos de Aluminio5005-H19. Quito 2003
Tamaño delconductorkcmil/AWG
10009008007006005004003002504/03/02/01/0246
Requerimiento de construcción
Número dehilos
3737373737191919197777777
Diámetro de loshilos mm
4.183.963.733.493.234.123.693.192.914.423.933.503.122.471.961.55
ClaseAAAAAAAAAA,A .AAAA,AAA
AA,AAA,AAA,AAA,AAA,A
AA
Norma ASTMAño 1992
141
Tabla No. 7 Características de construcción para cables concéntricos con aluminioserie 8000. Quito 2003
Tamaño delconductorkcmil/AWG
1000
800
700
600
500
400
300
250
4/0
3/0
2/0
1/0
123468
Requerimiento de construcción
Número dehilos
12791611279161127916112791613791613791613791613761371937197371971971971977777
Diámetrodel
conductor(mm)
29.3
26.2
24.5
22.7
20.7
18.5
16.0
14.6
13.4
12.0
10.6
9.468.437.426.615.884.663.70
Clase
DC
B,ADC
B,ADC
B,ADCBADC
B,ADC
B,ACBACBACBACBABABAB
B,AB,AB,AB,AB,A
Norma ASTMAño 1992
801
142
Tabla No 8. Características de construcción para cables concéntricos de aluminio1350. Quito 2003
Tamaño delconductorkcmil/AWG
1000900700
600500
300250
4/03/02/01/0246
Requerimiento de construcción
Número dehilos
916137613719
37197
19777777
7
Diámetro de loshilos (mm)
3.743.093.492.723.234.122.953.194.802.914.423.933.503.122.471.961.56
ClaseAA
AAA
AA,AAAAA
AAA
AA,AAA,AAA,AAA,AAA,A
AA
Norma ASTMAño 1992
143
Tabla No 9. Características de construcción para cables concéntricos de aluminio1350 clase B, C, D. Quito 2003
Tamaño delconductorkcmíl/AWG
1000
500
300
250
4/0
3/0
2/0
i /O
2
4
6
8
10
12
Requerimiento de construcción
Número dehilos
127916191613791613791613761371961371961371961371937197
37197
37197
37197
37197
37197
Diámetro de loshilos (mm)
0.252.663.251.882.292.951.461.682.281.331.632.091.491.922.681.331.712.391.191.522.131.061.361.891.081.502.470.851.191.960.680.941.550.540.751.230.420.590.980.340.470.77
ClaseBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCDBCD
Norma ASTMAño 1992
144
Tabla No 10, Diámetros y área nominales de conductores sólidos a 20° C. Quito2003
Calibre
kcmil/AWG
5004003002504/03/02/01/0123456789101112131415161718192021222324252627282930
Diámetro
(mm)
17.9616.0713.9112.7
11,68410,4059,2668,2517,3486,5445,8275,1894,6214,1153,6653,2642,9062,5882,3052,0531,8281,6281,4501,2911,1501,0240,9120,8120,7230,6440,5730,5110,4550,4050,3610,3210,2860,255
Área sección
transversal
(mm2)253.3202.7152.0126.7107,2285,0367,4353,4842,4133,6326,6721,1516,7713,3010,558,376,635,264,173,312,622,081,651,311,040,820,650,520,410,330,260,200,160,130,100,080,060,05
Norma ASTM 609Año 1992
ANEXO BPROCESOS DE PRODUCCIÓN Y
EQUIPOS DE PRUEBAS
ANEXO B
Fig 1. Equipo para detección de fallas
Fig 2. Horno para ensayos de control de calidad
Fig 3. Equipo para pruebas de elongación
Fig 4. Marcador de identificación en cables
Fig 5. Trefiladora
Fig 6. Solución de trefilación
Fig 6. Hornos de recocido
Fig 7. Cableado
Fig 8. Maquina cableadora
Fig 9. Extrusora
Fig 10. Maquina embobinadora
ANEXO CCÁLCULOS DE MATERIAS PRIMAS
Y ANÁLISIS ECONÓMICO
153
ANEXO C
PARTE 1
CALCULO DE MATERIAS PRIMAS
Las formulas y datos que se utilizaran para los cálculos siguientes son las que ya
se presentaron en el capitulo 3 del presente proyecto en la sección de diseño de
conductores y cables eléctricos de aluminio.
CONDUCTOR TIPO TW N° 12 AWG SÓLIDO DE COBRE (lOOOm)
Datos:
Densidad del cobre 8.89 g/cm3
Diámetro del conductor 2.05 mm
Espesor de aislamiento 0.76 mm
Densidad del PVC 1.35 g/cm3
Peso total del conductor
= -*2.052*8.894
P = 24.34 \/,-\ km
Peso total de aislamiento
154
Pa = ~4
P =-Í2.05*0.76 + 0.76' J*1.350a 4 V
= 905y-UD
CONDUCTOR TIPO TW N° 10 AWG SÓLIDO DE ALUMINIO (lOOOm)
Datos:
Densidad del aluminio 2.705 g/cm3
Diámetro del conductor 2.59 mm
Espesor de aislamiento 0.76 mm
Densidad del PVC 1.35 g/cm3
Peso total del conductor
= -*2.592*2.7Q54
P = 14.25 m
Peso total de aislamiento
p = —a 4
Pa --4
/•„= 10.79
155
CONDUCTO TIPO UF N° 2X14 AWG SÓLIDO DE COBRE (lOOOm)
Datos:
Densidad del cobre 8.89 g/cm3
Diámetro de cada hilo del conductor 1.63mm
Espesor de aislamiento 0.76 mm
Densidad del PVC 1.35 g/cm3
Peso total del conductor
4
Pe = 37.10 j-\ km
Peso total de aislamiento
Pa = -(Da2-Fi*Dc2)*S*Nh*Fc
Pn = -((l.63 + 2*0.76)2-l*1.632)*1.35*2*1.02
-i Ám\o del núcleo
Diámetro de rellenoDr =
156
Dr = 3(1.63 + 2*0.76)+!
Dr = 10.45 mm
Diámetro del conductor con chaqueta
Dj = Dr + 2Ej
Dj = \5 + 2*0.76
Dj = 11.97 _mm
Peso total de chaqueta
= ~(ll.972-10.452)*1.354 \
-36.13 7- /km
CONDUCTO TIPO UF N° 2X12 AWG SÓLIDO DE ALUMINIO (lOOOm)
Datos:
Densidad del aluminio 2.705 g/cm3
Diámetro de cada hilo del conductor 2.05 mm
Espesor de aislamiento 0.76 mm
Densidad del PVC 1.35 g/cm3
Peso tota! del conductor
, ..-*2.052* 2.705V _Pe = * 2 * 1
4 J
A: = 18.21 km
Peso total de aislamiento
Pa = -((2.05 + 2*0.76)2 -1*2.052)*I.35*2*1.02
Pa =18.47a -\
Peso total de chaqueta
Dr = 3(2.05 + 2*0.76)+!
Dr* \\.7l_mm
Dj = Dr + 2Ej
Dj = 11.71 + 2*0.76
Dj = l3.23_mm
p. = -D -Dr¿}*S
-40.19 ks
157
Parte 2
Conductor tipo TW N 12 AWG de cobre
Tasa Beneficio / Costo
158
CobreLong. Total (m)
2000 68166 PVCCantidad total (kg)
616.91 625
Materia primaínteres
48750.015
Periodo012345
Costos4875
139.05139.05139.05139.0564.89
Ingresos0
1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382
FD
1.00000.98520.97070.95630.94221.0000
Costo actual4875.00
137.00134.97132.98131.0164.89
5475.84
Beneficio actual0.00
1465.461443.801422.461401.44694.14
6427.30
Tasa B/C (%) = 1.174
Materia primaínteres
48750.015
Valor agregado neto
Periodo012345
Costos4875
139.05139.05139.05139.0564.89
Ingresos0
1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382
FD
1.0000.9850.9710.9560.9420.928
Flujo-4875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248
Flujo actual^875.0001328.4621308.8301289.4871270.431584.106906.316
VAN (USD) = 906.316
159
Materia primaínteres
48750.04
Tasa interna de retorno TIR
Periodo01234
5
Costos4875
139.05139.05139.05139.0564.89
Ingresos0
1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382
FD
1.0000.9620.9250.8890.8550.822
Flujo-4875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248
Flujo actual-4875.0001296.5281246.6611198.7131152.609517.196536.707
Materia primaínteres
48750.065
Periodo012345
Costos4875
139.05139.05139.05139.0564.89
Ingresos0
1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382
FD
1.0000.9390.8820.8280.7770.730
Flujo-4875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248
Flujo actual-4875.0001266.0931188.8201116.2631048.134459.276203.585
Materia primaínteres
48750.09
Periodo012345
Costos4875
139.05139.05139.05139.0564.89
Ingresos0
1487.4391487.4391487.4391487.439694.1382
FD
1.0000.9170.8420.7720.7080.650
Flujo^875.0001348.3891348.3891348.3891348.389629.248
Flujo actual-4875.0001237.0541134.9121041.204955.233408.968-97.629
8.19
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR (meses) = 3.67
160
Conductor tipo TW N 10 AWG de aluminio
Tasa Beneficio / Costo
AluminioLong. Total (m)
2000 140351 PVCCantidad total (kg)
1514.39 1525
Materia primaínteres
51350.015
Periodo012345
Costos5135
184.52184.52184.52184.52184.52
Ingresos0.00
1974.101974.101974.101974.101974.10
FD
1.000.990.970.960.940.93
Costo actual5135.00181.79179.11176.46173.85171.28
6017.49
Beneficio actual0.00
1944.931916.181887.871859.971832.48
9441.42
Tasa B/C = 1.57
Materia primaínteres
51350.015
Valor agregado neto
Periodo012345
Costos5135
184.52184.52184.52184.52184.52
Ingresos0
1974.10081974.10081974.10081974.10081974.1008
FD
1.0000.9850.9710.9560.9420.928
Flujo-5135.0001789.5811789.5811789.5811789.5811789.581
Flujo actual-5135.0001763.1341737.0781711.4071686.1151661.1973423.930
VAN (USD) = 3423.930
161
Materia primaínteres
51350.09
Tasa interna de retomo TIR
Periodo012345
Costos5135
184.52184.52184.52184.52184.52
Ingresos0
1974.101974.101974.101974.101974.10
FD
1.0001.000.840.770.710.65
Flujo-5135.000
1789.581789.581789.581789.581789.58
Flujo actual-5135.0001789.581506.251381.881267.781163.10
1973.609
ínteres 0.165
Periodo012345
Costos5135
184.52184.52184.52184.52184.52
Ingresos0
1974.10081974.10081974.10081974.10081974.1008
FD
1.0000.8580.7370:5320.5430.466
Flujo-5135.0001789.5811789.5811789.5811789.5811789.581
Flujo actual-5135.0001536.1211318.5591131.810971.511833.915656.915
ínteres 0.24
Periodo012345
Costos5135
184.52184.52184.52184.52184.52
Ingresos0
1974.101974.101974.101974.101974.10
FD
1.0000.810.650.520.420.34
Flujo-5135.001789.581789.581789.581789.581789.58
Flujo actual-5135.001443.211163.88938.61756.95610.44
-221.913
22.106
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR (meses); 2.60
162
Conductor tipo UF N 2x14 AWG de cobre
Tasa Beneficio / Costo
CobreLong. Total (m)
2000 53908 PVCCantidad total (kg)
2794.07 2800
Materia primaínteres
79200.015
Periodo012345
Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56
Ingresos0
3059.7483059.7483059.7483059.7481427.8824
FD
1,00000,98520,97070.95630,94220,9283
Costo actual7920.00281.97277.80273.70269.65123.98
9147.10
Beneficio actual0.00
3014.532969.982926.092882.851325.45
13118.89
Tasa B/C = 1.43
Materia primaínteres
79200.015
Valor agregado neto
Periodo012345
Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56
Ingresos0
3059.753059.753059.753059.751427.88
FD
1.0000.990.970.960.940.93
Flujo-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32
Flujo actual-7920.002732.562692.182652.392613.191201.473971.79
VAN (USD) = 3971.79
Tasa interna de retorno TIR
163
ínteres 0.08
Periodo012345
Costos7920
286.20286.20286.20286.20133.56
Ingresos0
3059.753059.753059.753059.751427.88
FD
1.0000.930.860.790.740.68
Flujo-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32
Flujo actual-7920.002568.102377.872201.732038.64880.892147,24
ínteres 0.145
Periodo012345
Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56
Ingresos0
3059.753059.753059.753059.751427.88
FD
1.000.870.760.670.580.51
Flujo-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32
Flujo actual-7920.002422.312115.561847.651613.67657.68736.86
ínteres 0.21
Periodo012345
Costos7920286.2286.2286.2286.2133.56
Ingresos0
3059.753059.753059.753059.751427.88
FD
1.000.830.680.560.470.39
Flujo
-7920.002773.552773.552773.552773.551294.32
Flujo actual-7920.002292.191894.371565.601293.88499.02
-374,95
TIR (%) = 18,81
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR (meses) 2.90
164
Conductor tipo UF N 2x12 AWG de aluminio
Tasa Beneficio / Costo
CobreLong. Total (m)
2000 109830 PVCCantidad total (kg)
6442.61 6450
Materia primaínteres
130300.015
Periodo012345
Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24
Ingresos0
4365.274365.274365.274365.274365.27
FD1.000.990.970.960.940.93
Costo actual13030.00402.21396.26390.41384.64378.9514982.47
Beneficio actual0.00
4300.764237.204174.584112.894052.11
20877.54
Tasa B/C = 1.39
Valor agregado neto
Materia primaínteres
130300.015
Periodo012345
Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24
Ingresos0
4365.274365.274365.274365.274365.27
FD1.000.990.970.960.940.93
Flujo-13030.003957.033957.033957.033957.033957.03
Fiujo actual-13030.003898.553840.943784.183728.253673.155895.07
VAN = 5895.070
165
Tasa interna de retorno TIR
Materia primaínteres
130300.065
Periodo012345
Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24
Ingresos0
4365.274365.274365.274365.274365.27
FD1.0000.9390.8820.8280.7770.730
Flujo-13030.0003957.0303957.0303957.0303957.0303957.030
Flujo actúa!-13030.0003715.5213488.7523275.8243075.8912888.1603414.148
ínteres 0.115
Periodo012345
Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24
Ingresos0
4365.274365.274365.274365.274365.27
FD1.0000.8970.8040.7210.6470.580
Flujo-13030.0003957.0303957.0303957.0303957.0303957.030
Flujo actual-13030.0003548.9063182.8752854.5972560.1762296.1221412.676
ínteres 0.165
Periodo012345
Costos13030408.24408.24408.24408.24408.24
Ingresos0
4365.274365.274365.274365.274365.27
FD1.000.860.740.630.540.47
Flujo-13030.003957.033957.033957.033957.033957.03
Flujo actual-13030.003396.592915.532502.602148.161843.91-223.21
TIR(%)= 15.82
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR (meses) = 2.98
166
PARTE 3
Conductor tipo TW N 12 AWG de cobre
Tasa Beneficio / Costo
CobreLong. Total (m)
2000 68166 PVCCantidad total (kg)
616.91 625
Materia primaínteres
48750.18
Periodo01
Costos4875
621.09
Ingresos0
6643.89
FD1.000.85
Costo actual4875.00526.355401.35
Beneficio actual0.00
5630.425630.42
Tasa B/C = 1.04
Valor agregado neto
Materia primaínteres
48750.18
Periodo01
Costos4875
621.09
Ingresos0
6643.89
FD
1.000.85
Flujo
-4875.006022.80
Flujo actual-4875.005104,07229.07
VAN (USD) = 229.071
167
Tasa interna de retorno T1R
Materia primaínteres
48750.2
Periodo01
Costos4875,00621.09
Ingresos0.00
6643.89
FD
1.000.83
Flujo-4875.006022.80
Flujo actual-4875.005019.00144.00
ínteres 0.22
Periodo01
Costos4875
621.09
Ingresos0
6643.89
FD1.000.82
Flujo-4875.006022.80
Flujo actual-4875.004936.7261.725
ínteres 0.24
Periodo01
Costos4875
621.09
Ingresos0
6643.89
FD
1.000.81
Flujo-4875.006022.80
Flujo actual-4875.004857.10-17.90
23.55
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR (meses) 0.73
168
Conductor tipo TW N 10 AWG de aluminio
Tasa Beneficio / Costo
AluminioLong. Total (m)
2000 140351 PVCCantidad total (kg)
1514.39 1525
Materia primaínteres
51350.18
Periodo01
Costos5135
922.60
Ingresos
09870.50
FD
1.000.85
Costo actual5135.00781.86
5916.86
Beneficio actual0.00
8364.838364.83
Tasa B/C 1.41
Valor agregado neto
Materia primaínteres
51350.18
Periodo01
Costos5135
922.60
Ingresos0
9870.50
FD.
1.000.85
Flujo
-5135.008947.90
Flujo actual-5135.007582.972447.97
VAN = 2447.969
169
Tasa interna de retorno TIR
Materia primaínteres
51350.4
Periodo01
Costos5135
922.60
Ingresos0
9870.50
FD
1.000.71
Flujo-5135.008947.90
Flujo actual-5135.006391.361256.36
ínteres 0.62
Periodo01
Costos
5135922.60
Ingresos0
9870.50
FD
1.000.62
Flujo
-5135.008947.90
Flujo actual-5135.005523.40388.40
ínteres 0.84
Periodo01
Costos5135
922.60
Ingresos0
9870.50
FD
1.000.54
Flujo
-5135.008947.90
Flujo actual-5135.004862.99-272.01
TIR (%) = 74.939
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR = 0.52
170
Conductor tipo UF N 2x14 AWG de cobre
Tasa Beneficio / Costo
CobreLong. Total (m)
2000 53908Cantidad total (kg)
PVC 2794.07 2800
Materia primaínteres
79200.18
Periodo01
Costos7920
1278.36
Ingresos0
13666.87
FD1.00000.8475
Costo actual7920.001083.369003.36
Beneficio actual0.00
11582.1011582.10
Tasa B/C = 1.29
Valor agregado neto
Materia primaínteres
79200.18
Periodo01
Costos7920
1278.36
Ingresos0
13666.87
FD
1.00
0.85
Flujo-7920.0012388.51
Flujo actual-7920.0010498.742578.74
VAN (USD) = 2578,74
171
Tasa interna de retorno TIR
Materia primaínteres
79200.38
Periodo01
Costos7920
1278.36
Ingresos0
13666.87
FD1.000.72
Flujo
-7920.0012388.51
Flujo actual-7920.008977.181057.18
ínteres 0.48
Periodo01
Costos7920
1278.36
Ingresos0
13666.87
FD
1.000.68
Flujo
-7920.0012388.51
Flujo actual-7920.008370.62450.62
ínteres 0.58
Periodo01
Costos7920
1278.36
Ingresos0
13666.87
FD1.000.63
Flujo-7920.0012388.51
Flujo actual-7920.007840.83-79.17
TIR (%) = 65.01
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR (meses) 0.58
172
Conductor tipo UF N 2x12 AWG de aluminio
Tasa Beneficio / Costo
CobreLong. Total (m)
2000 109830 PVCCantidad total (kg)
6442.61 6450
Materia primaínteres
130300.18
Periodo01
Costos130302041 .2
Ingresos0
21826.35
FD1.00000.8475
Costo actual13030.001729.83
14759.83
Beneficio actual0.00
18496.9118496.91
Tasa B/C = 1.25
Valor agregado neto
Materia primaínteres
130300.18
Periodo01
Costos130302041 .2
Ingresos0
21826.35
FD1.000.85
Flujo-13030.0019785.15
Flujo actual-13030.0016767.083737.08
VAN (USD) 3737.076
173
Materia primaínteres
130300.3
Tasa interna de retorno TIR
Periodo01
Costos130302041 .2
Ingresos0
21826.35
FD1.000.77
Flujo-13030.0019785.15
Flujo actual-13030.0015219.352189.35
ínteres 0.42
Periodo01
Costos130302041 .2
Ingresos0
21826.35
FD1.000.70
Flujo-13030.0019785.15
Flujo actual-13030.0013933.20903.20
ínteres 0.54
Periodo01
Costos130302041.2
Ingresos0
21826.35
FD1.000.65
Flujo-13030.0019785.15
Flujo actual-13030.0012847.50-182.50
Periodo de recuperación
PR = inversión/ rentabilidad promedio
PR (meses) 0.60