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EFECTO PIEL Y EFECTO DE CAPACIDAD DE CONDUCIÓN

DOCENTE: ING. EVA GRACIELA ESCOBAR Y SANTILLAN ALUMNO: JOSÉ CARLOS HERNÁNDEZ VÁZQUEZ

EFECTO PIEL Efecto de piel es la tendencia de una corriente eléctrica alterna (AC) para ser distribuidos en un conductor tal que el densidad de corriente es más grande cerca de la superficie del conductor y disminuye con mayor profundidad en el conductor. Los flujos de corriente eléctricos principalmente en la "piel" del conductor, entre la superficie externa y un nivel llaman el profundidad de la piel. El efecto de la piel causa la efectiva resistencia del conductor para aumentar en mayor frecuencias. Cuando la profundidad de la piel es menor, reduciendo la sección efectiva del conductor. El efecto de piel es debido a la oposición corrientes de Foucault inducidos por el cambio magnético campo resultante de la corriente alterna. A los 60 años Hz en el cobre, la profundidad de la piel es aproximadamente 8,5 mm. A altas frecuencias la profundidad de la piel llega a ser mucho menor. Mayor resistencia AC debido al efecto de piel puede ser mitigada mediante el uso de tejido especialmente alambre litz. Porque el interior de un gran conductor lleva tan poco de los conductores de corriente, tubulares como pipa puede utilizarse para ahorrar peso y costo.

CAUSA Los conductores, típicamente en la forma de los cables, pueden utilizarse para transmitir la energía eléctrica o señales usando un corriente alterna fluye a través de ese conductor. Los portadores de carga que constituyen esa corriente, generalmente electrones, son conducidos por un campo eléctrico debido a la fuente de energía eléctrica. Una fuente de corriente en un conductor produce un campo magnético alterno en y alrededor del conductor. Cuando la intensidad de corriente en un conductor cambia, también cambia el campo magnético. El cambio en el campo magnético, a su vez, crea un campo eléctrico que se opone al cambio de intensidad de corriente. Este campo eléctrico opuesto se llama “fuerza contra electromotriz"(EMF trasero). La EMF es más fuerte en el centro del conductor y obliga a los electrones de conducción hacia el exterior del conductor, como se muestra en el diagrama a la derecha. También puede ser una fuente de corriente inducida por en un conductor debido a un campo magnético alterno según la ley de inducción. Un onda electromagnética inciden en un conductor por lo tanto generalmente producirá tal corriente; Esto explica la reflexión de ondas electromagnéticas de los metales. Independientemente de la conducción de la fuerza, la densidad de corriente se encuentra a ser más grande en superficie del Director, con una magnitud reducida más profunda en el conductor. Esa disminución en la densidad de corriente se conoce como el efecto de piel y el profundidad de la piel es una medida de la profundidad a la que la densidad de corriente cae a 1/e de su valor cerca de la superficie. Sobre 98% de la corriente fluirá dentro de una capa 4 veces la piel profundidad desde la superficie. Este comportamiento es distinto de corriente directa que generalmente se distribuirá uniformemente sobre la sección transversal del cable.

El efecto primero fue descrito en un documento presentado por Horace Lamb en 1883 por el caso de los conductores esféricos y fue generalizado a los conductores de cualquier forma por Oliver Heaviside en 1885. El efecto de piel tiene consecuencias prácticas en el análisis y diseño de radio-frecuencia y microondas circuitos, transmisiones líneas (o guías de onda) y las antenas. También es importante incluso en las frecuencias de la red (50 – 60 Hz) en corriente alterna distribución y transmisión de energía eléctrica sistemas. Aunque el término "efecto piel" más a menudo se asocia con las aplicaciones que implican la transmisión de las corrientes eléctricas, la profundidad de la piel también describe el decaimiento exponencial de los campos eléctricos y magnéticos, así como la densidad de corrientes inducidas, dentro de un material a granel cuando una onda plana afecta sobre todo a incidencia normal.

MITIGACIÓN Un tipo de cable llamado alambre litz (desde el alemán Litzendrahttrenzado de alambre) se utiliza para mitigar el efecto de piel para las frecuencias de unos kilociclos a unos megahercios. Consiste en una serie de filamentos de alambre aislado entretejidos en un patrón diseñado cuidadosamente, para que el campo magnético general actúa igualmente sobre todos los cables y provoca el total actual para ser distribuido igualmente entre ellos. Con el efecto de piel tener poco efecto en cada uno de los filamentos finos, el paquete no sufra el mismo aumento en resistencia AC que un conductor sólido de la misma área transversal debido al efecto de la piel. Alambre litz se utiliza a menudo en los bobinados de alta frecuencia transformadores para aumentar su eficiencia reduciendo tanto efecto de piel y efecto de proximidad. Transformadores de gran potencia son entorchados con conductores trenzados de construcción similar al alambre litz, pero empleando una sección más grande correspondiente a la profundidad de la piel mayor en las frecuencias de la red. Compuesta por hilos conductores nanotubos de carbono se han demostrado como conductores para antenas de onda media a frecuencias de microondas. A diferencia de los conductores de antena estándar, los nanotubos son mucho más pequeños que la profundidad de la piel, permitiendo la utilización completa de sección transversal del hilo lo que resulta en una antena extremadamente ligera. Alto voltaje, de alta corriente líneas de alimentación aéreas utilizan a menudo cable de aluminio con un núcleo de refuerzo de acero; la mayor resistencia de la base de acero es sin importancia ya que se encuentra muy por debajo de la profundidad de la piel donde esencialmente no fluye corriente AC. En otras aplicaciones donde fluyen corrientes elevadas (hasta varios miles de amperios), conductores sólidos generalmente son sustituidos por los tubos, prescindir totalmente la parte interna del conductor donde fluye poca corriente. Esto no afecta la resistencia AC, pero reduce considerablemente el peso del conductor. La alta fuerza, pero bajo peso de los tubos aumenta considerablemente la capacidad palmo. Por lo tanto, los conductores tubulares son típicos a estaciones de energía eléctrica donde la distancia entre aisladores de apoyo puede ser de varios metros. Palmos largos generalmente exhiben holgura física, pero esto no afecta al funcionamiento eléctrico. Sin embargo, para evitar las pérdidas, la conductividad del material del tubo debe ser alta.

En altas situaciones actuales, donde los conductores (barra redonda o plana) pueden ser de entre 5 y 50 mm de espesor, el efecto de piel también ocurre en curvas donde el metal se comprime dentro de la curva y se extendía fuera de la curva. El camino más corto en la superficie interna se traduce en una menor resistencia, que causa la mayoría de la corriente para estar concentrados cerca de la superficie interior de la curva. Esto causará un aumento en la subida de la temperatura en esa región en comparación con la zona recta (desplegada) del conductor del mismo. Un efecto de piel similar ocurre en las esquinas de los conductores rectangulares (vista en sección transversal), donde el campo magnético está más concentrado en las esquinas de los lados. Esto resulta en un rendimiento superior (es decir, mayor corriente con menor aumento de la temperatura) de los conductores ancho finos - por ejemplo "la cinta" los conductores, donde se elimina eficazmente los efectos de las esquinas. Se deduce que un transformador con un núcleo redondo será más eficiente que una VA equivalente nominal transformador tiene una base cuadrada o rectangular del mismo material. También pueden ser conductores sólidos o tubulares plata-plateado para aprovechar la mayor conductividad de plata. Esta técnica se utiliza especialmente en VHF Para microondas frecuencias donde la profundidad de la piel pequeña requiere solamente una fina capa de plata, haciendo la mejora en la conductividad muy rentable. Galjanoplastia de plata se utiliza igualmente en la superficie de guías de onda usado para la transmisión de microondas. Esto reduce la atenuación de la onda de propagación debido a las pérdidas resistivas que afectan a las corrientes de Foucault acompañamiento; el efecto de piel limita tales corrientes de Foucault a una fina capa superficial de la estructura de la guía de onda. El efecto de piel sí mismo en realidad no es combatido en estos casos, pero la distribución de las corrientes cerca de la superficie del conductor hace práctico el uso de metales preciosos (teniendo una resistencia más baja). Aunque tiene una menor conductividad que el cobre y plata, chapado en oro también se utiliza, porque a diferencia de cobre y plata, no se corroe. Corroído una delgada capa de cobre o plata tendría una baja conductividad y así causaría pérdidas de gran potencia como la mayoría de la corriente seguiría el flujo a través de esta capa. Nota: El calor dependiente fabricación proceso para obtener resultados de alambre en la oxidación de la superficie en el producto acabado. Por lo tanto, la conductividad de la piel es significativamente menor que el metal base oxidado subyacente. Es de esperarse que, si no se retira el material superficial oxidado, se producirá cierta pérdida de rendimiento del modelo teórico.

En frecuencias más altas la profundidad de la piel para los buenos conductores se convierte en pequeña. Por ejemplo, las profundidades de la piel de algunos metales comunes con una frecuencia de 10 GHz (región de microondas) son menos de un micrómetro:

REDUCCIÓN DEL EFECTO DE PIEL DE LA AUTO INDUCTANCIA DE UN CONDUCTOR Puesto que el efecto de la piel causa una corriente a altas frecuencias que fluyen principalmente en la superficie de un conductor, se puede ver que esto reducirá el campo magnético interior el cable, es decir, debajo de la profundidad a la que la mayor parte de los flujos de corriente. La inductancia de una bobina está dominada por la inductancia mutua entre las vueltas de la bobina que aumenta su inductancia según el cuadrado de la cantidad de vueltas. Sin embargo, cuando sea solamente un solo cable, entonces además de la "inductancia externa" que implican campos magnéticos fuera del alambre (debido a la corriente total en el cable) como se ve en la región blanca de la figura de abajo, hay un componente de "la inductancia interna" mucho menor debido al campo magnético dentro del alambre, la región verde Figura B. En un solo cable la inductancia interna se convierte de poca importancia cuando el cable es mucho más largo que su diámetro. La presencia de un segundo conductor en el caso de una línea de transmisión requiere un tratamiento diferente, como se analiza más adelante. Debido al efecto de la piel, a altas frecuencias la inductancia interna de un alambre se desvanece, como puede verse en el caso de un teléfono de par trenzado, por debajo de. En casos normales, el efecto de la inductancia interna se omite en el diseño de las bobinas o calcular las propiedades de microstrips.

CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN DE CORRIENTE EN CONDUCTORES DE USO PRACTICO ¿QUÉ ES UN CABLE ELECTRICO? Un cable eléctrico es un elemento fabricado y pensado para conducir electricidad. El material principal con el que están fabricados es con cobre (por su alto grado de conductividad) aunque también se utiliza el aluminio que, aunque su grado de conductividad es menor también resulta más económico que el cobre. PARTES DE UN CABLE ELÉCTRICO Los cables eléctricos están compuestos por el conductor, el aislamiento, una capa de relleno y una cubierta. Cada uno de estos elementos que componen un cable eléctrico cumplen con un propósito que vamos a conocer a continuación:  

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Conductor eléctrico: Es la parte del cable que transporta la electricidad y puede estar constituido por uno o más hilos de cobre o aluminio. Aislamiento: Este componente es la parte que recubre el conductor, se encarga de que la corriente eléctrica no se escape del cable y sea transportada de principio a fin por el conductor. Capa de relleno: La capa de relleno se encuentra entre el aislamiento y el conductor, se encarga de que el cable conserve un aspecto circular ya que en muchas ocasiones los conductores no son redondos o tienen más de un hilo. Con la capa de relleno se logra un aspecto redondo y homogéneo. Cubierta: La cubierta es el material que protege al cable de la intemperie y elementos externos.

TIPOS DE CONDUCTORES ELECTRICOS COMUNES

Conductor de alambre desnudo

Es un solo alambre en estado sólido, no es flexible y no tiene recubrimiento, un ejemplo de uso este tipo de conductores es la utilización para la conexión a tierra en conjunto con las picas de tierra.

Conductor de alambre aislado

Es exactamente lo mismo que el conductor de alambre desnudo con tan solo una diferencia, en este caso el conductor va recubierto de una capa de aislante de material plástico para que el conductor no entre en contacto con ningún otro elemento como otros conductores, personas u objetos metálicos. El alambre aislado se utiliza mucho más que el cobre desnudo tanto en viviendas como oficinas. Conductor de cable flexible

El cable eléctrico flexible es el más comercializado y el más aplicado, está compuesto por multitud de finos alambres recubiertos por materia plástica. Son tan flexibles porque al ser muchos alambres finos en vez de un alambre conductor gordo se consigue que se puedan doblar con facilidad, son muy maleables. Conductor de cordón

Están formados por más de un cable o alambre, se juntan todos y se envuelven de manera conjunta por segunda vez, es decir, tienen el propio aislamiento de cada conductor más uno que los reúne a todos en un conjunto único.

TIPOS DE AISLAMIENTO Se puede identificar el tipo de aislamiento que tiene un cable en las inscripciones que aparecen sobre él, son abreviaciones del inglés. Los cables que se utilizan para instalaciones en viviendas y oficinas son: THN, THW, THHW y THWN. El significado de estas abreviaturas es el siguiente: 1 - T (Thermoplastic): Aislamiento termoplástico (este lo tienen todos los cables. 2 - H (Heat resistant): Resistente al calor hasta 75° centígrados (167° F). 3 - HH (Heat resistant): Resistente al calor hasta 90° centígrados (194° F). 4 - W (Water resistant): Resistente al agua y a la humedad. 5 - LS (Low smoke): Este cable tiene baja emisión de humos y bajo contenido de gases contaminantes. 6 - SPT (Service paralell thermoplastic): Esta nomenclatura se usa para identificar un cordón que se compone de dos cables flexibles y paralelos con aislamiento de plástico y que están unidos entre sí. También se denomina cordón dúplex.

DE QUE ESTA COMPUESTO EL AISLAMIENTO DEL CABLE En los aislamientos de los cables eléctricos encontramos dos tipos de aislantes, los aislamientos termoplásticos y los aislamientos termoestables. Aislamiento termoplástico   

PVC: Policloruro de vinilo PE: Polietileno PCP: Policloropreno, neopreno o plástico Aislamiento termoestable

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XLPE: Polietileno reticulado EPR: Etileno-propileno MICC: Cobre revestido, mineral aislado

TENSIONES DE LOS CABLES ELÉCTRICOS Dependiendo de la tensión para la que están preparados para funcionar los cables se categorizan en grupos de tensiones que van por rangos de voltios.     

Cables de muy baja tensión (Hasta 50V) Cables de baja tensión (Hasta 1000V) Cables de media tensión (Hasta 30kV) Cables de alta tensión (Hasta 66kV) Cables de muy alta tensión (Por encima de los 770kV)

MEDIDAS DE LOS CABLES ELÉCTRICOS Las medidas de los cables y alambres eléctricos se suelen categorizar en calibres si se habla del sistema AWG (American Wire Gauge), sin embargo, es más común conocerlos dependiendo del diámetro del cable en el sistema métrico decimal y categorizarlos en milímetros cuadrados dependiendo del diámetro de la sección. La siguiente tabla también es muy útil para saber las equivalencias de calibre en milímetros.

AMPERAJE QUE SOPORTAN LOS CABLES

COLORES Y SIGNIFICADO DE LOS CABLES Los cables eléctricos tienen un aislamiento de alguno de los siguientes colores normalmente: Azul, bicolor (verde y amarillo), marrón, gris o negro. Cable verde y amarillo Es el cable de toma a tierra. Antiguamente se utilizaba cables de color gris o blanco, pero, para evitar confusiones, se comenzó a utilizar este cable bicolor, más llamativo. Cable azul Es el cable neutro. Hasta 1970 se utilizaba el cable de color rojo, revisa los cables de este color antes de utilizarlo. Cable marrón Es el cable de fase, aunque también puede ser negro o gris, según la estética del aparato que lo luzca. Anteriormente se utilizaba el color verde, por lo que, si hallas un cable verde, será mejor que lo revises antes de usarlo, ya que puede estar reseco o roto. Cable negro Es un cable de fase, también, y está visible en la gran mayoría de las instalaciones y cables. Al igual que el blanco, puede responder a motivos estéticos.

Cable blanco Los cables blancos son tus cables neutrales. Éstos también son tomas de tierra, pero sólo se conectan al transformador para así llevar la energía de vuelta. Cables de colores con rayas Los cables de colores con una raya (también llamada "guía" son cables tan neutrales como los blancos. Estos tipos de cables se usan para identificar cuál cable neutral va con cuál cable de color. Cables de colores Todos los cables de colores (excepto aquellos que tienen una raya) son cables de corriente (o de carga). El de uso más común es el rojo. Cuando hay muchos cables, es más fácil identificar dónde va cada cable si usas los de colores.

BIBLIOGRÁFIAS https://copro.com.ar/Efecto_de_piel.html http://www.ensayostube.com/ingenieria/electronica/EFECTO-SKIN-ENCONDUCTORES72.php Hayt, William (1981), Ingeniería electromagnetismo (4ª ed.), McGraw-Hill, ISBN0-07027395-2 Skilling, Hugh H. (1951), Líneas de transmisión eléctricaMcGraw-Hill Hayt, William Hart. Ingeniería electromagnetismo séptima edición. Nueva York: McGraw Hill, 2006. ISBN 0-07-310463-9. https://masvoltaje.com/blog/tipos-de-cables-electricos-que-existen-n12