(4) A teoría das tres hipóteses no cálculo das seccións dos condutores eléctricos.

 

Resumo do exposto.

Falabamos na terceira destas entregas, que a pouco que me deixedes van a ter máis que as de Ama Rosa, aquel serial radiofónico de finais dos cincuenta, que o illamento dos cabos, polímeros nos máis dos casos, tiñan o malo costume de perder rapidamente ás súas propiedades en canto superabamos unha certa temperatura, aspecto este que noutras configuracións da canalización eléctrica, como por exemplo no dunha liña aérea espida, eran irrelevantes.

Será importante, pois, dar á sección eléctrica das canalizacións a magnitude axeitada á intensidade permanente[1] máxima que teñamos previsto que pode circular por ela, en función das cargas eléctricas que vaian ser alimentadas ao seu través, avaliadas consonte os criterios de cálculo explicados en entregas anteriores, para que a temperatura máxima alcanzada no condutor non provoque no illamento efectos irreversibles nas súas propiedades físicas, mecánicas nin eléctricas, ou a diminución importante na súa vida media.

A este aspecto do cálculo e a súas consideracións o coñecemos como:

1ª hipóteses: equilibrio térmico.

Partamos do feito de que cando un cabo dunha canalización eléctrica non está percorrido por corrente ningunha a súa temperatura será practicamente igual á do ambiente que o rodea. No momento en que por este cabo comece a circular unha corrente eléctrica, a temperatura do condutor comezará a elevarse por riba da temperatura ambiente. A razón non é outra que, por moi bo que sexa o material condutor, por moi grande que sexa a súa sección, a súa resistencia eléctrica será maior que cero; val dicir haberá unha certa perda de enerxía en forma de calor, enerxía que será tanto maior canto meirande sexa a resistencia, e moito maior coa medra da intensidade da corrente; en relación co seu cadrado para ser exactos.

Será e magnitude desta enerxía calorífica o que teremos que limitar, xa que este dato será, establecido todo os resto deles que comentaremos máis adiante, o que determinará o valor desta temperatura que, consonte o comentado, no deberá superar un valor que é maior ou menor en función do material illante concreto empregado.

Esta medra da temperatura do cabo fará que, conforme ás leis da termodinámica, se estableza un fluxo de calor do corpo con maior temperatura, a canalización eléctrica, cara ao de menor temperatura, o ambiente que rodea a canalización. Esta circulación de calor será tanto maior canto máis diferente sexan as temperaturas dun e outro, e tanto menor canto maiores sexan as resistencias térmicas dos materiais interpostos entre o punto de maior e o de menor temperatura. A semellanza entre os parámetros que modulan a circulación da calor, cos da corrente eléctrica, levou a denominar a ecuación que expresa esta proporcionalidade como “Lei de Ohm térmica”.

A circulación de calor na procura de restablecer novamente o equilibrio entre ámbalas dúas temperaturas, é un proceso dinámico e complexo, xa que os elementos que producen o quecemento ou arrefriado do cabo ou do medio poden ter, na práctica, diversas orixes. No cálculo da sección dos condutores por equilibrio térmico consideramos, para simplificar o modelo, que a calor proporcionada ao sistema ten a súa orixe exclusiva nas perdas do cabo, e que a corrente que circula polo condutor é constante, ou máis exactamente permanente. Neste modelo podemos considerar que pasado un certo tempo a calor gañada, orixinada pola circulación da corrente eléctrica, e a calor perdida, evacuada cara ao ambiente, iguálase; situación esta que determina unha nova temperatura de equilibrio, que é función das variables consideradas.

Resumindo:

1.      A calor ganada é función directa da resistencia eléctrica que presenta a canalización á circulación da corrente eléctrica, e do cadrado da intensidade desta corrente.

2.      A calor perdida, transferida ao medio, é función directa do salto térmico, a diferenza entre a temperatura do cabo e a do medio ambiente, e inversa da resistencia térmica que presentan os distintos materiais interpostos nos circuítos de circulación da calor dende o punto máis quente, o condutor, ata o medio ambiente.

Quero supoñer que chegados a este punto o lector atento comezará a sospeitar que antes de proceder ao cálculo da sección do condutor dunha canalización eléctrica temos un traballo previo importante de deseño. Doutro xeito sería imposible determinar os circuítos de circulación da calor e ás súas resistividades térmicas. Tamén teremos que saber cal vai a ser a temperatura ambiente máxima do medio, e escollido o tipo de illante do cabo que imos empregar, aspecto este que determinará a súa temperatura máxima admisible.

Posto que o valor da intensidade da corrente é un valor establecido previamente no deseño da canalización polos elementos que a ela van a ser conectados, será a resistencia do condutor o que teremos que calcular para determinar a canalización eléctrica en cuestión. Cómpre recordar que a resistencia total da canalización é función directa do número de condutores, da súa lonxitude e dunha característica do material chamada condutividade, e inversa da súa sección. Ao escoller o material do condutor establecemos a condutividade, a lonxitude da canalización está determinada polas posicións relativas do punto de partida, o punto final e a traza, polo que queda claro que o obxecto do noso cálculo é a determinación da sección axeitada ao noso propósito, dentro das fabricadas e establecidas como normalizadas no documento correspondente.

(continuará …)

Bibliografía recomendada: Cabos illados para o transporte e distribución de enerxía eléctrica (2ª Edición)/Servizo de Publicacións da Universidade de Vigo. 2007 . Rústica con lapelas. 528 p; 24 cm. En idioma galego

---

[1] Lembremos o concepto de intensidade permanente explicado no artigo anterior.