Debería ser un conocimiento de sentido común que los líquidos fluyen a través de tuberías de gran diámetro más fácilmente que a través de tuberías de pequeño diámetro (si desea una ilustración práctica, intente beber un líquido a través de pajillas de diferentes diámetros). El mismo principio general se aplica al flujo de electrones a través de los conductores : cuanto más amplia es el área de la sección transversal (grosor) del conductor, más espacio para que fluyan los electrones y, en consecuencia, más fácil es el flujo ocurrir (menos resistencia).
Dos variedades básicas de cable eléctrico: sólido y trenzado
El cable eléctrico es generalmente redondo en sección transversal (aunque hay algunas excepciones únicas a esta regla), y viene en dos variedades básicas: sólido y trenzado . Alambre de cobre sólido es tal como suena: una sola hebra sólida de cobre en toda la longitud del cable. Cable trenzado está compuesto de hilos más pequeños de cable de cobre sólido trenzados para formar un solo conductor más grande. El mayor beneficio del cable trenzado es su flexibilidad mecánica, ya que es capaz de resistir la flexión y torsión repetidas 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 de la sección transversal lo que más importa con respecto al flujo de electrones, es mejor designar el tamaño del cable en términos de área.
La imagen de la sección transversal del cable 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 los cables a menudo se expresan en medidas de milésimas de pulgada, o mils . Para el ejemplo ilustrado, diríamos que el diámetro del cable era 101.9 mils (0.1019 pulgadas por 1000). También podríamos, si quisiéramos, expresar el área del cable en la unidad de milésimas cuadradas, calculando ese valor con la misma fórmula de área circular, Área = πr 2 :
Cálculo del área circular-milésima de un cable
Sin embargo, los electricistas y otras personas frecuentemente preocupadas por el tamaño del cable usan otra unidad de medida de área diseñada específicamente para la sección transversal circular del cable. Esta unidad especial se llama mil circular (a veces abreviada cmil ). El único propósito de tener esta unidad de medida especial 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 radio cuando haya dado diámetro . La fórmula para calcular el área circular-milésima de un cable circular es muy simple:
Debido a que esta es una unidad de medida área , el poder matemático de 2 todavía está vigente (duplicando el ancho de un círculo siempre cuadruplicará su área, sin importar qué unidades se usan, o si el ancho de ese círculo se expresa en términos de radio o diámetro). Para ilustrar la diferencia entre las medidas en milésimas cuadradas y las medidas en milésimas circulares, compararé un círculo con un cuadrado, mostrando el área de cada forma en ambas unidades de medida:
Y para otro tamaño de cable:
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 medida de área reflejan eso. Sin embargo, debe quedar claro que la unidad de “milímetro cuadrado” está realmente adaptada para la determinación conveniente del área de un cuadrado, mientras que “mil circular” está diseñada para la determinación conveniente del área de un círculo: la fórmula respectiva para cada uno es más simple trabajar con. Debe entenderse que ambas unidades son válidas para medir el área de una forma, sin importar qué forma pueda ser. La conversión entre milésimas circulares y milésimas cuadradas es una relación simple: hay π (3.1415927…) Milésimas cuadradas por cada 4 milésimas circulares.
Medición del área de cable de sección transversal con indicador
Otra medida del área del cable de sección transversal es el calibre . La escala del indicador se basa en números enteros en lugar de pulgadas fraccionales o decimales. Cuanto mayor es el número de calibre, más delgado es el cable; cuanto menor es el número de calibre, más grueso es el cable. Para aquellos familiarizados con las escopetas, esta escala de medición inversamente proporcional debería sonar familiar.
La tabla al final de esta sección equipara el calibre con el diámetro en pulgadas, milésimas circulares y pulgadas cuadradas para alambre sólido. Los tamaños más grandes de cable alcanzan un extremo de la escala de calibre común (que naturalmente alcanza un valor de 1), y están representados por una serie de ceros. “3/0” es otra forma de representar “000”, y se pronuncia “triple deber”. Una vez más, aquellos familiarizados con las escopetas deberían reconocer la terminología, por extraño que parezca. Para hacer las cosas aún más confusas, hay más de un indicador “estándar” en uso en todo el mundo. Para el dimensionamiento de conductores eléctricos, el American Wire Gauge (AWG), también conocido como Brown and Sharpe (B&S), es el sistema de medición elegido. En Canadá y Gran Bretaña, el British Standard Wire Gauge (SWG) es el sistema de medición legal para conductores eléctricos. Existen otros sistemas de calibre de alambre en el mundo para clasificar el diámetro del alambre, como el Stubs calibre de alambre de acero y el Steel Music Wire Gauge (MWG), pero estos sistemas de medición se aplican a uso de cable eléctrico.
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 del medidor, el área del cable (y el peso por unidad de longitud) se duplica aproximadamente. Esta es una regla útil para recordar al hacer estimaciones aproximadas del tamaño del cable.
Para tamaños de cable muy grandes (más gruesos que 4/0), el sistema de calibre de cable generalmente se abandona para la medición de área de sección transversal en miles de milésimas circulares (MCM), tomando prestado el antiguo número romano ” M “para denotar un múltiplo de” mil “delante de” CM “para” milésimas circulares “. La siguiente tabla de tamaños de cables no muestra tamaños mayores que el calibre 4/0, porque el cable de cobre sólido se vuelve poco práctico de manejar en esos tamaños. La construcción de alambre trenzado es favorecida, en cambio.
Tabla de cables para conductores de cobre sólidos y redondos
Tamaño | Diámetro | Área de sección transversal | Peso | |
---|---|---|---|---|
AWG | Pulgadas | cir. milésimas de pulgada | pulgadas cuadradas | lb / 1000 pies |
4/0 | 0,4600 | 211,600 | 0,1662 | 640,5 |
3/0 | 0,4096 | 167,800 | 0,1318 | 507,9 |
2/0 | 0,3648 | 133,100 | 0,1045 | 402,8 |
1/0 | 0,3249 | 105,500 | 0,08289 | 319,5 |
1 | 0.2893 | 83,690 | 0,06573 | 253,5 |
2 | 0.2576 | 66,370 | 0,05213 | 200,9 |
3 | 0.2294 | 52,630 | 0,04134 | 159,3 |
4 | 0,2043 | 41,740 | 0,03278 | 126,4 |
5 | 0,1819 | 33,100 | 0,02600 | 100,2 |
6 | 0,1620 | 26,250 | 0,02062 | 79,46 |
7 | 0.1443 | 20,820 | 0,01635 | 63.02 |
8 | 0,1285 | 16,510 | 0,01297 | 49,97 |
9 | 0.1144 | 13,090 | 0,01028 | 39,63 |
10 | 0,1019 | 10,380 | 0,008155 | 31,43 |
11 | 0,09074 | 8,234 | 0,006467 | 24,92 |
12 | 0,08081 | 6,530 | 0,005129 | 19,77 |
13 | 0,07196 | 5,178 | 0,004067 | 15,68 |
14 | 0,06408 | 4,107 | 0,003225 | 12.43 |
15 | 0,05707 | 3,257 | 0,002558 | 9.858 |
16 | 0,05082 | 2,583 | 0.002028 | 7.818 |
17 | 0,04526 | 2,048 | 0,001609 | 6.200 |
18 | 0,04030 | 1,624 | 0,001276 | 4.917 |
19 | 0,03589 | 1,288 | 0,001012 | 3.899 |
20 | 0,03196 | 1,022 | 0.0008023 | 3.092 |
21 | 0,02846 | 810,1 | 0,0006363 | 2.452 |
22 | 0,02535 | 642,5 | 0.0005046 | 1.945 |
23 | 0,02257 | 509,5 | 0.0004001 | 1.542 |
24 | 0,02010 | 404,0 | 0,0003173 | 1.233 |
25 | 0,01790 | 320,4 | 0.0002517 | 0,9699 |
26 | 0,01594 | 254,1 | 0.0001996 | 0,7692 |
27 | 0,01420 | 201,5 | 0.0001583 | 0,6100 |
28 | 0,01264 | 159,8 | 0.0001255 | 0,4837 |
29 | 0,01126 | 126,7 | 0.00009954 | 0,3836 |
30 | 0,01003 | 100,5 | 0.00007894 | 0,3042 |
31 | 0,008928 | 79,70 | 0.00006260 | 0.2413 |
32 | 0,007950 | 63,21 | 0.00004964 | 0,1913 |
33 | 0,007080 | 50,13 | 0.00003937 | 0,1517 |
34 | 0,006305 | 39,75 | 0.00003122 | 0.1203 |
35 | 0,005615 | 31,52 | 0.00002476 | 0,09542 |
36 | 0,005000 | 25,00 | 0.00001963 | 0,07567 |
37 | 0,004453 | 19,83 | 0.00001557 | 0,06001 |
38 | 0,003965 | 15,72 | 0.00001235 | 0,04759 |
39 | 0,003531 | 12.47 | 0,000009793 | 0,03774 |
40 | 0,003145 | 9.888 | 0,000007766 | 0,02993 |
41 | 0,002800 | 7.842 | 0,000006159 | 0,02374 |
42 | 0,002494 | 6.219 | 0,000004884 | 0,01882 |
43 | 0,002221 | 4.932 | 0,000003873 | 0,01493 |
Para algunas aplicaciones de alta corriente, se requieren tamaños de conductores más allá del límite de tamaño práctico 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 con mayor frecuencia no están aisladas. Están apoyados físicamente lejos de cualquier marco o estructura que los sostenga mediante montajes de aislamiento. Aunque una sección transversal cuadrada o rectangular es muy común para la forma de la barra colectora, también se utilizan otras formas. El área de la sección transversal de las barras colectoras generalmente se clasifica en términos de milésimas circulares (¡incluso para barras cuadradas y rectangulares!), Muy probablemente por la conveniencia de poder equiparar directamente el tamaño de la barra colectora con un alambre redondo.
REVISIÓN:
- La corriente fluye a través de cables de gran diámetro más fácilmente que los cables de pequeño diámetro, debido a la mayor área de sección transversal que tienen para moverse.
- En lugar de medir tamaños de cable pequeños en pulgadas, a menudo se emplea la unidad de “mil” (1/1000 de pulgada).
- El área de la sección transversal de un cable 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 del área del círculo:
- A = πr 2 (unidades cuadradas)
- Calcular el área de alambre de milésimas circulares para un alambre circular es mucho más simple, debido al hecho de que la unidad de “milésimas circulares” se dimensionó solo para este propósito: eliminar el “pi” y el d / 2 (radio) factores en la fórmula.
- A = d 2 (unidades circulares)
- Hay π (3.1416) milésimas cuadradas por cada 4 milésimas circulares.
- El sistema calibre de dimensionamiento de cables se basa en números enteros, números más grandes que representan cables de área más pequeña y viceversa. Los alambres más gruesos que 1 calibre están representados por ceros: 0, 00, 000 y 0000 (“solo-deber”, “doble-deber”, “triple-deber” y “cuádruple-deber”
- Los tamaños de cable muy grandes se clasifican en miles de milésimas circulares (MCM), típicos para barras colectoras y tamaños de cable más allá de 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 marcos metálicos mediante el uso de separadores aislantes.
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