12.2: Tamaño del conductor

Dos Variedades Básicas de Alambre Eléctrico: Sólido y Trenzado

El cable eléctrico suele ser redondo en sección transversal (aunque hay algunas excepciones únicas a esta regla), y viene en dos variedades básicas: sólido y trenzado. El alambre de cobre sólido es tal como suena: una sola hebra sólida de cobre en toda la longitud del cable. El cable trenzado se compone de hilos más pequeños de alambre de cobre sólido retorcidos juntos para formar un solo conductor más grande. El mayor beneficio del alambre trenzado es su flexibilidad mecánica, siendo capaz de soportar repetidas flexiones y torsiones mucho mejor que el cobre sólido (que tiende a fatigarse y romperse con el tiempo).

El tamaño del cable se puede medir de varias maneras. Podríamos hablar del diámetro de un cable, pero dado que es realmente el área transversal lo que más importa con respecto al flujo de electrones, es mejor que designemos el tamaño del cable en términos de área.

La imagen de la sección transversal del alambre que se muestra arriba, por supuesto, no está dibujada a escala. El diámetro se muestra como 0.1019 pulgadas. Calculando el área de la sección transversal con la fórmula Área = πr ², obtenemos un área de 0.008155 pulgadas cuadradas:

Estos son números bastante pequeños para trabajar, por lo que los tamaños de cable a menudo se expresan en medidas de milésimas de pulgada o milésimas de pulgada. Para el ejemplo ilustrado, diríamos que el diámetro del alambre fue de 101.9 mils (0.1019 pulgadas por 1000). También podríamos, si quisiéramos, expresar el área del cable en la unidad de mils cuadrados, calculando ese valor con la misma fórmula de área de círculo, Área = πr ²:

Cálculo del área de mil circular de un cable

Sin embargo, los electricistas y otras personas frecuentemente preocupadas por el tamaño del cable utilizan otra unidad de medición de área diseñada específicamente para la sección transversal circular del cable. Esta unidad especial se llama el mil circular (a veces abreviado cmil). El único propósito de contar con esta unidad especial de medida es eliminar la necesidad de invocar el factor π (3.1415927..) en la fórmula para calcular el área, más la necesidad de calcular el radio del cable cuando se le ha dado diámetro. La fórmula para calcular el área circular mil de un alambre circular es muy simple:

Debido a que esta es una unidad de medida de área, el poder matemático de 2 sigue vigente (duplicar el ancho de un círculo siempre cuadruplicará su área, sin importar qué unidades se utilicen, o si el ancho de ese círculo se expresa en términos de radio o diámetro). Para ilustrar la diferencia entre las medidas en mils cuadradas y las medidas en mils circulares, compararé un círculo con un cuadrado, mostrando el área de cada forma en ambas medidas unitarias:

Y para otro tamaño de alambre:

Obviamente, el círculo de un diámetro dado tiene menos área de sección transversal que un cuadrado de ancho y alto igual al diámetro del círculo: ambas unidades de medición de área lo reflejan. Sin embargo, debe quedar claro que la unidad de “mil cuadrado” está realmente diseñada para la determinación conveniente del área de un cuadrado, mientras que el “mil circular” está diseñado para la determinación conveniente del área de un círculo: la fórmula respectiva para cada uno es más simple de trabajar. Debe entenderse que ambas unidades son válidas para medir el área de una forma, sin importar qué forma pueda ser. La conversión entre mils circulares y mils cuadradas es una relación simple: hay π (3.1415927.) mils cuadrados por cada 4 mils circulares.

Medición del área de alambre de sección transversal con calibre

Otra medida del área transversal del alambre es el calibre. La escala del calibre se basa en números enteros en lugar de pulgadas fraccionarias o decimales. Cuanto mayor sea el número de calibre, más delgado es el cable; cuanto menor sea el número de calibre, más gordo será el cable. Para aquellos familiarizados con escopetas, esta escala de medición inversamente proporcional debería sonar familiar.

La mesa al final de esta sección equipara calibre con pulgadas de diámetro, milésimas circulares y pulgadas cuadradas para alambre sólido. Los tamaños más grandes de alambre alcanzan un extremo de la escala de calibre común (que naturalmente termina con un valor de 1), y están representados por una serie de ceros. “3/0” es otra forma de representar “000”, y se pronuncia “triple debería”. Nuevamente, los familiarizados con las escopetas deben reconocer la terminología, por extraño que parezca. Para hacer las cosas aún más confusas, hay más de un calibre “estándar” en uso en todo el mundo. Para el dimensionamiento de conductores eléctricos, el American Wire Gauge (AWG), también conocido como el calibre Brown y Sharpe (B&S), es el sistema de medición de elección. En Canadá y Gran Bretaña, el British Standard Wire Gauge (SWG) es el sistema legal de medición para conductores eléctricos. Otros sistemas de calibre de alambre existen en el mundo para clasificar el diámetro del cable, como el calibre de alambre de acero Stubs y el Steel Music Wire Gauge (MWG), pero estos sistemas de medición se aplican al uso de cables no eléctricos.

El sistema de medición American Wire Gauge (AWG), a pesar de sus rarezas, fue diseñado con un propósito: por cada tres pasos en la escala de calibre, el área del cable (y el peso por unidad de longitud) se duplica aproximadamente. ¡Esta es una regla útil para recordar al hacer estimaciones de tamaño aproximado de alambre!

Para tamaños de alambre muy grandes (más gordos que 4/0), el sistema de calibre de alambre generalmente se abandona para la medición de área de sección transversal en miles de mils circulares (MCM), tomando prestado el antiguo número romano “M” para denotar un múltiplo de “mil” frente a “CM” para “mils circulares”. La siguiente tabla de tamaños de alambre no muestra ningún tamaño mayor que el calibre 4/0, porque el alambre de cobre sólido se vuelve poco práctico de manejar en esos tamaños. En su lugar, se favorece la construcción de alambre trenzado.

Para algunas aplicaciones de alta corriente, se requieren tamaños de conductor más allá del límite práctico de tamaño del cable redondo. En estos casos, se utilizan como conductores barras gruesas de metal sólido llamadas barras colectoras. Las barras colectoras generalmente están hechas de cobre o aluminio, y la mayoría de las veces no están aisladas. Están físicamente apoyados lejos de cualquier marco o estructura que los sostengan mediante montajes separadores aislantes. Aunque una sección transversal cuadrada o rectangular es muy común para la forma de barra colectora, también se utilizan otras formas. El área de la sección transversal de las barras colectoras se clasifica típicamente en términos de mils circulares (¡incluso para barras cuadradas y rectangulares!) , muy probablemente por la conveniencia de poder equiparar directamente el tamaño de la barra colectora con el alambre redondo.

REVISIÓN:

• Los electrones fluyen a través de cables de gran diámetro más fácil que los cables de diámetro pequeño, debido a la mayor área de sección transversal que tienen en la que moverse.
• En lugar de medir pequeños tamaños de alambre en pulgadas, a menudo se emplea la unidad de “mil” (1/1000 de pulgada).
• El área de la sección transversal de un alambre se puede expresar en términos de unidades cuadradas (pulgadas cuadradas o milésimas cuadradas), milésimas circulares o escala de “calibre”.
• El cálculo del área de cable de unidad cuadrada para un cable circular implica la fórmula de área circular:
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• Calcular el área de alambre circular mil para un cable circular es mucho más sencillo, debido a que la unidad de “mil circular” fue dimensionada solo para este propósito: eliminar los factores “pi” y d/2 (radio) en la fórmula.
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• Hay π (3.1416) milésimas cuadradas por cada 4 milésimas circulares.
• El sistema de calibre de dimensionamiento de cables se basa en números enteros, números más grandes que representan cables de menor área y viceversa. Los alambres más gruesos que 1 calibre están representados por ceros: 0, 00, 000 y 0000 (hablado “una sola debería”, “doble debería”, “triple debería” y “cuádruple debería”.
• Los tamaños de alambre muy grandes están clasificados en miles de mils circulares (MCM), típicos para barras colectoras y tamaños de alambre superiores a 4/0.
• Las barras colectoras son barras sólidas de cobre o aluminio utilizadas en la construcción de circuitos de alta corriente. Las conexiones hechas a las barras colectoras generalmente están soldadas o atornilladas, y las barras colectoras a menudo están desnudas (sin aislar), apoyadas lejos de los marcos metálicos mediante el uso de separadores aislantes.