Conductores y Aislantes Eléctricos

Básicamente un mal conductor de la electricidad no permitirá el paso libre de los electrones a través de él, mientras que un buen conductor de la electricidad permitirá el transito libre de los electrones, este paso libre de la corriente eléctrica depende de la resistencia que opone el material a dicho flujo de electrones.

Introducción

Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro, la plata y el aluminio, también lo son líquidos como el agua, incluso nuestro cuerpo es buen conductor de la electricidad, los malos conductores son la cerámica, la madera, el plástico y el aislante usado para el recubrimiento de los cables conductores.

Por lo tanto, podemos decir que la función de un conductor es llevar corriente eléctrica entre dos puntos en un circuito eléctrico, estos conductores eléctricos pueden ser sólidos o líquidos, mientras que la función de mal conductor es impedir el paso de la corriente y pueden ser usados como aisladores de la electricidad.

Conductores Eléctricos

Para que un cuerpo tenga la propiedad de conducir corriente, este debe permitir el flujo libre de electrones a través de él, en el caso de las instalaciones eléctricas residenciales el conductor mas conocido y el mas usado es el cable conductor que por lo general es de cobre, pero los materiales como el zinc, la plata, el hierro y el oro también conducen la corriente eléctrica.

La función de un cable eléctrico es la de crear el camino para guiar o conducir una determinada corriente eléctrica partiendo desde el punto A, que suele ser una fuente de voltaje hasta el punto B, que puede ser un consumidor como una bombilla, o un controlador de corriente como un interruptor el cual después hace llegar el cable electrificado a la bombilla.

Los cables conductores están hechos de cobre, y aunque tengamos mejores conductores eléctricos, por razones de conveniencia económica se ha fijado usar este material, pero en algunos contactos de los componentes eléctricos como los contactos de los dispositivos de interrupción se puede encontrar materiales como la plata.

Como lo acabamos de mencionar el cobre es el material más comúnmente usado, ya que es un buen conductor y con costos relativamente bajos, sin embargo, en las líneas de transmisión de potencia eléctrica se prefiere el uso del aluminio, debido a sus propiedades mecánicas, o bien el aluminio reforzado con acero, para una longitud de línea y peso, la resistencia eléctrica del aluminio es cercana a la mitad del cobre, es 30 por ciento mas liviano y mas económico.

Desde el punto de vista de estándares de trabajo, los cables conductores se identifican con un número, que corresponde al grosor del calibre, cada grosor puede soportar distinto amperaje, por lo tanto cada cable conductor tiene diferentes aplicaciones y usos, quedando estos grosores de la siguiente manera, 4/0 que es el mas grueso pasando a 3/0, 2/0, 1/0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, y número 20, que es el mas delgado.

En las instalaciones eléctricas residenciales usamos cable 14 para los circuitos de iluminación, cable numero 12 para los circuitos de tomacorriente y cable numero 10 u 8 para los tomacorrientes especiales, en la acometida se puede usar 8, 6 incluso 4, pero esto dependerá del resultado final del gasto de amperaje consumido en la instalación.

Los cables conductores pueden ser usados para diferentes tipos de aplicaciones, como e instalaciones que tenga altas temperatura, o que por alguna razón queden a la intemperie o en lugares húmedos, por esas razones los recubrimientos protectores suelen tener diferentes formas de ser empleados y es acá en donde entran en juego los aisladores.

La función de un conductor es llevar corriente entre dos puntos en un circuito en un circuito  eléctrico, estos conductores eléctricos pueden ser sólidos o líquidos, en general la palabra conductor se usa con un sentido distinto al de alambre, ya que por lo general un alambre es de sección circular , mientras que un conductor puede tener otras formas, por ejemplo barras rectangulares o circulares, sin embargo, es común que a los alambres se les designe como conductores, por lo que en caso de mencionar algún conductor de forma o característica  distintas a los alambres o cables, se designaran específicamente con el nombre que se le conozca.  

Se le llama cable conductor a un hilo o combinación de hilos de cobre o aluminio capaz de conducir la corriente eléctrica de las fuentes de producción a los centros de consumo, este tipo de conductor es el que mas se conoce y el mas usado. La mayor parte de los conductores usados en las instalaciones eléctricas son de cobre o de aluminio, debido a su buena conductividad y que comercialmente no tienen un costo alto ya que hay otros materiales de mejor conductividad pero con costos demasiados altos. 

Características de los materiales conductores

No todos los conductores transportan la corriente eléctrica en forma igual; mientras menos conducción posea el material, mayor debe ser la sección del alambre para conducir una determinada corriente eléctrica. (Fig.1)

Por lo expuesto en la imagen se explica porque hoy en día el cobre es usado en las instalaciones eléctricas ya que es más flexible que el hierro y en una sección menor transporta mayor corriente eléctrica en un circuito. Pero un mismo material y en diferentes secciones, tampoco conduce la forma de igual manera. Los más gruesos ofrecen menor resistencia al paso de la corriente.  

Los conductores con igual sección y material pero con diferente longitud, tendrán diferentes resistencias, a mayor longitud mayor resistencia, ósea que la resistencia aumenta o disminuye en proporción con la longitud (fig.2)

Un aislador es un cuerpo que tiene la propiedad o escasa capacidad de conducción de la electricidad, ya que no permite el flujo libre de los electrones a través de él, en las instalaciones eléctricas residenciales, la cinta aislante y el recubrimiento de los cables conductores, son los cuerpos aisladores más conocidos y usados.

Básicamente la función de un cuerpo aislador consiste en separar los conductores, y puntos de contacto entre sí, para evitar cortocircuitos, también mantiene al usuario alejado de determinadas partes del sistema eléctrico, que de tocarse pueden sufrir descargas de corriente, los materiales mas usados suelen ser el plástico y la cerámica.

Los aislantes pueden ser orgánicos e inorgánicos, entre los aislantes inorgánicos tenemos, el asbesto, vidrio, porcelana y mica que pueden funcionar con temperaturas que eventualmente exceden los 1,000⁰ C, entre los aislantes orgánicos tenemos el algodón, seda, hule, plástico, papel, y madera. Este tipo de aislamiento tienen la característica de que se deterioran rápidamente cuando la temperatura excede a valores alrededor de 150⁰ C.

Podemos tener varias clases de sistemas de aislamientos según la temperatura que estos puedan soportar, teniendo los siguientes:

1. Clase A = son los que soportan 105⁰ C, en estos tenemos materiales como el algodón, seda y papel.
2. Clase B = son los que soportan 130⁰ C, en estos tenemos materiales como mica, asbestos.
3. Clase F = son los que soportan 155⁰ C, en estos tenemos materiales la fibra de vidrio
4. Clase H = son los que soportan 180⁰ C, en estos tenemos materiales como silicón y la resina.
5. Clase N = son los que soportan 200⁰ C, en estos tenemos materiales como la fibra de vidrio siliconada y cinta de cerámica
6. Clase R = son los que soportan 220⁰ C en estos tenemos materiales como la Tela de Fibra de Vidrio con Acrílico
7. Clase S = son los que soportan 240⁰ C en estos tenemos materiales como el Recubrimiento de teflón
8. Clase C = son los que soportan + 240⁰ C como el cuarzo, tela de fibra de vidrio y porcelana.

Tenemos que mencionar que, desde el punto de vista del comportamiento de los materiales aislantes, aun en los mejores de estos hay algunos electrones libres entre los átomos, por lo que una corriente pequeña puede circular a través del aislador Por lo cual, cualquier tipo de aislamiento se vuelve conductor cuando se le aplica una tensión lo suficientemente alta como para que provoque el movimiento de electrones entre los átomos, a esto lo conocemos como tensión de ruptura de un aislador.

El aislante tiene la función de separar el conductor de otros conductores o partes metálicas dentro de la instalación  eléctrica para evitar un corto circuito, al igual que igual que los conductores, ay distintos tipos de aislantes y esto se debe a muchos factores como ser la cantidad de frió o calor que debe soportar la instalación, también ay que tomar en cuenta las altas cargas eléctricas que debe proteger y los constantes cambios climáticos si partes de la instalación queda a la intemperie, para un mejor estudio hemos creado la siguiente tabla: 

El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2.5 × 10²⁴ veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran número de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los núcleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un número limitado de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia básica de los transistores.