Investigación de los materiales utilizados en la industria ...
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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA
Ingeniería industrial
Propiedades de los materiales
Grupo B
“Investigación de los materiales
utilizados en la industria eléctrica”
EQUIPO 1
Integrantes:
o Andrade Campillo Rodolfo
o Barrón Landeros María Fernanda
o Botello Pérez Pedro Emmanuel
o Aguilar Alemán Karla Estefanía
o Acevedo Martínez Daniela
Profesor: Guerrero Navarrete Ángel
Fecha de entrega: 20 de noviembre de 2019
Introducción
¿Qué son los materiales? Son sustancias de las cuales están hechas o
compuestas las cosas. Los materiales de ingeniería son los materiales utilizados
para construir nuestro mundo material: edificios, puentes, instalaciones para
comunicaciones, dispositivos, sistemas de electricidad, fábricas, mobiliario,
máquinas, cañerías, herramientas, etc. Los materiales han sido fundamentales
para el crecimiento, prosperidad, seguridad y calidad de vida de los seres
humanos. A través de la historia, el desarrollo de las civilizaciones humanas ha
estado fuertemente ligado al de los materiales que fueron producidos y usados por
la sociedad; a tal punto, que en la actualidad los niveles de civilización han sido
llamados de acuerdo a los materiales utilizados en ese momento (edad de piedra,
edad de cobre, edad de hierro, etc.). Científicos e ingenieros han logrado la
capacidad de adaptar los materiales a escala atómica hasta obtener las
propiedades deseadas (paradigma bootom-up). Estamos en presencia de una
nueva era, la de los materiales a medida (o diseñados); se ha utilizado este
término para describir los cambios revolucionarios en los materiales utilizados en
la ciencia y en la ingeniería, y el impacto en nuestra sociedad.
Como antecedentes mencionaremos en México como se desarrollaba la industria
eléctrica ya que en 1960 en México apenas 44% tenía acceso a energía eléctrica.
El resto del país vivía en la penumbra, en medio de velas y quinqués de petróleo.
El 27 de septiembre de 2019 se cumplieron 59 años de la nacionalización de la
industria eléctrica en México. Hecho histórico que, junto con la expropiación
petrolera, transformó radicalmente la economía y la sociedad mexicana.
Para darnos una idea de la trascendencia de la nacionalización-mexicanización
emprendida por el gobierno de Adolfo López Mateos, conviene recordar que en
1960 apenas el 44% de los mexicanos tenían acceso a la electricidad. El resto del
país vivía en la penumbra, en medio de velas y quinqués de petróleo.
Las empresas eléctricas privadas
A las grandes empresas eléctricas extranjeras, la Mexican Light and Power
Company de origen canadiense y capital multinacional y la American and Foreing
Power filial de la Electric Bond and Share no les interesaba el desarrollo industrial,
comercial y agrícola del país. Sus inversiones buscaron siempre la ganancia fácil y
rápida.
Durante más de 55 años fueron las más importantes en México, imponiendo
elevados y arbitrarios precios a la electricidad; afectando lo mismo a la incipiente
industria nacional, a los servicios y al comercio, pero fundamentalmente a los
consumidores domésticos.
En más de una ocasión recurrieron a las presiones diplomáticas de sus
respectivos gobiernos para imponer su política tarifaria.
Para subsanar en parte esta situación el gobierno del
Presidente Lázaro Cárdenas creó la Comisión
Federal de Electricidad el 14 de agosto de 1937, con
el objeto de organizar y dirigir un sistema nacional de
generación, transmisión y distribución de energía
eléctrica, basado en principios técnicos y económicos,
sin propósitos de lucro y con la finalidad de obtener
con un costo mínimo, el mayor rendimiento posible en
beneficio de los intereses generales, tal y como se
leía en su decreto de creación.
De ello se aprovecharon los monopolios eléctricos extranjeros, a los cuales les
resultaba más rentable comprarle la energía eléctrica a la CFE, que invertir en la
construcción de nuevas plantas de generación.
De tal manera que en los albores de la nacionalización la CFE aportaba ya el 54%
de los 2,308 MW de la capacidad instalada a nivel nacional, la Mexican Light el
25%, la American and Foreign el 12%, y el resto de pequeñas compañías
eléctricas el 9%.
Desde otro ángulo, de 1949 a 1960 la relación entre el precio de compra a la CFE
y el precio al que vendían las empresas eléctricas extranjeras llegó a ser de 4 a 1,
lo cual explica sus enormes ganancias y el poco interés por invertir en la
generación. Por ejemplo, la Mexlight le compraba a la CFE el KWH a 0.40
centavos canadienses y revendía el KWH a 1.626 dólares canadienses. El negocio
era redondo.
Como consecuencia de esa expoliadora política, típica de la inversión extranjera
directa en países subdesarrollados, la protesta social en contra de las empresas
eléctricas extranjeras fue creciendo en las décadas previas de la nacionalización;
lo mismo en el sector empresarial, pero fundamentalmente entre millones de
consumidores domésticos organizados en las llamadas Ligas de Consumidores
Domésticos quienes desde la década de los años cuarenta demandaban la
nacionalización de la industria eléctrica.
La nacionalización – mexicanización de las empresas eléctricas extranjeras no fue
entonces una llamarada populista, como hoy se califica a quienes proponemos la
renacionalización del petróleo y la electricidad en México, sino una necesidad del
desarrollo capitalista y un reclamo popular.
Ese 27 de septiembre y en los días previos y posteriores, los periódicos
nacionales engalanaban sus primeras planas con grandes titulares festejando el
hecho histórico. “Gran júbilo popular al recibir el gobierno la compañía de luz”,
“Electricidad mexicanizada por y para
el pueblo”, “Plena conciencia popular
sobre la electricidad nacionalizada”,
“La industria eléctrica meta
revolucionaria del pueblo”, se leían lo
mismo en El Universal, El Nacional y
en otros periódicos.
Cabe destacar que salvo el PAN que explícitamente rechazó la nacionalización de
la industria eléctrica, hasta las agrupaciones empresariales expresaron su
beneplácito, contrastando con su desbordado apoyo actual a la privatización
energética consumada por Peña Nieto.
Objetivos:
El objetivo de esta investigación es enfatizar los diferentes materiales que utilizan
las diferentes industrias ya sea para crear y formar componentes necesarios para
la creación de algún producto del ámbito eléctrico.
Al igual que debemos de comprender y localizar las diferentes distribuciones que
tiene el sector de industria eléctrica para generar lo que vienen siendo la
electricidad y así por parte de distintas empresas muestra lo que es un énfasis a
los materiales que se deben utilizar dentro de la industria eléctrica.
También como objetivo primordial se debe reconocer las distintas propiedades que
efectúan cada uno de los tipos de materiales que se necesiten y sean de suma
importancia para el distinguido sector de electricidad y así por medio de los
distintos tipos de áreas que se genere alrededor de la empresa reconocida en
México que sería CFE (Comisión Federal de Electricidad).
Reconocer el uso y la aplicación de cada uno de los factores que se utilizan dentro
de la industria son primordialmente importante el conocimiento para identificar qué
tipo de material y a base de sus propiedades que posee el material así guiarse de
lo que debería ser su componente.
Desarrollo
Los materiales eléctricos son un conjunto de elementos utilizados en la
distribución, transformación, almacenamiento y producción de energía eléctrica. La
resistencia eléctrica es la oposición que presenta un material a la circulación de la
corriente eléctrica a través de él.
Los materiales que tienen poca resistencia eléctrica son llamados conductores y
los que presentan alta resistencia eléctrica son llamados aislantes, como la goma,
el vidrio o la madera seca etc.
Las propiedades eléctricas de un material describen su comportamiento eléctrico -
que en muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico- y
describen también su comportamiento dieléctrico, que es propio de los materiales
que impiden el flujo de corriente eléctrica y no solo aquellos que proporcionan
aislamiento. Los electrones son aquellos que portan la carga eléctrica (por
deficiencia o exceso de los mismos) e intervienen en todo tipo de material sea este
conductor, semiconductor o aislante. En los compuestos iónicos, sin embargo, son
los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. Adicional a esto la
facilidad de los portadores (electrones o iones) depende de los enlaces atómicos,
las dislocaciones a nivel cristalino, es decir, de su micro-estructura, y de las
velocidades de difusión (compuestos iónicos). Para esto es necesario antes
especificar que el comportamiento eléctrico de cualquier material, el cual se deriva
a partir de propiedades como la conductividad eléctrica. Por eso la conductividad
eléctrica abarca un gran rango dependiente del tipo de material. Los electrones
son precisamente los portadores de la carga en los materiales conductores (como
los metales), semiconductores y muchos aislantes, por ello al observar la tabla
siguiente podemos observar que dependiendo de su tipo y
estructura electrónica la conductividad es alta o baja.
Existe gran variedad de materiales eléctricos utilizados en mecanismos como
contactos, apagadores, fusibles, enchufes, cables, focos, interruptores, cintas
aislantes, bobinas, pilas voltáicas, baterías, medidores, lámparas, extensiones,
multicontactos, portalámparas, terminales, convertidores, conectores, swithches,
tomacorrientes, clavijas, transformadores, entre otros.
Los materiales eléctricos se utilizan por ejemplo para convertir corriente continua a
directa y viceversa; transportar la energía eléctrica de un lado a otro con el fin de
obtener movimiento mecánico, iluminación y calor; crear una reserva de
electricidad como en una batería
y para producir electricidad como
los generadores
electromecánicos. También son
utilizados para aislar la
electricidad que pasa por un
conducto.
Se utilizan en toda instalación que requiere suministro de energía eléctrica como
en la industria de la construcción, de la generación de energía eléctrica como las
termoeléctricas y en la industria manufacturera en general.
Metales como el cobre, la plata y el bronce; y plásticos como el PVC (policloruro
de vinilo).
Clasificación de los materiales eléctricos
Materiales se pueden clasificar en tres grandes tipos según su comportamiento
eléctrico aislantes semiconductores y conductores
Conductores
Son los materiales que puestos en contacto
con un cuerpo cargado de electricidad
transmiten está a todos los puntos de su
superficie los mejores conductores
eléctricos son los metales y sus aleaciones
Los mejores conductores son:
El cobre
Sus propiedades físicas son: En su estado ordinario es sólido su densidad es de
89602 k/M3 su punto de fusión es de 1357,77 k su punto de ebullición es de 3000
k su conductividad eléctrica es de 58.108 x 106 s/m su conductividad térmica es
de 4000 w/(K•m)
Sus propiedades mecánicas son: Tanto el
cobre como sus aleaciones tienen una
buena maquinabilidad es decir son fáciles
de mecanizar el cobre posee muy buena
ductibilidad y maleabilidad lo que permite
conducir láminas e hilos muy delgados y
finos índice de dureza 3 en la escala de mohs 50 en la escala de vickers y su
resistencia a la tracción es de 210 Mapa con un límite elástico de 33,3
Los átomos del cobre cuyo símbolo es q es el elemento químico de número
atómico 29 se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico se
caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad
Ejemplos y usos: Cobre metálico se utiliza tanto como un gran nivel de pureza
cercano al 100% como aliado con otros elementos el cobre puro se emplea
principalmente en la fabricación de cables eléctricos
Electricidad y telecomunicaciones cable eléctrico de cobre el cobre es un metal no
precioso con mejor conductividad eléctrica esto unido a su ductilidad y resistencia
mecánica no han convertido en el material más empleado para fabricar cables
eléctricos tanto de uso Industrial como residencial asimismo se emplean
conductores de cobre en numerosos equipos electrónicos como generadores
motores y transformadores
Los medios de transporte el cobre se emplean
varios componentes de coches y camiones
principalmente los radiadores gracias a su alta
conductividad térmica y resistencia a la corrosión frenos y cojinetes además
naturalmente de los cables y motores eléctricos.
Con excepción de los metales preciosos, el cobre es el mejor conductor de
electricidad y calor. No es de extrañar, entonces, que alrededor de 60% del
consumo total de cobre sea para estas aplicaciones.
El cobre se utiliza en las redes de alta, media y baja tensión, además, es
considerado como el metal estándar con el cual se miden los otros conductores.
La combinación única de resistencia, ductilidad y resistencia a la deformación y la
corrosión establece que este metal no ferroso sea preferido y más seguro para el
cableado en edificios.
También es esencial en motores y
transformadores eficientes y se utiliza en
una variedad de aplicaciones en las
industrias de fabricación, todas las formas
de transporte y en el hogar.
La conductividad del cobre es casi del doble que de la del aluminio, lo que hace
que el cobre sea el material preferido para aplicaciones de alta eficiencia
energética. El alambre de cobre ha sido el material conductor consentido en la
mayoría de los cables utilizados para la energía eléctrica y en telecomunicaciones.
Por tener una alta conductividad, combinada con ductilidad, fácilmente se puede
soldar en uniones económicas y duraderas. Es compatible con todos los
materiales aislantes modernos, pero su buena resistencia a la oxidación significa
que también se puede utilizar sin ningún
tipo de protección de la superficie.
Barras de conexión
Las barras de conexión son conductores
resistentes que funcionan como colectores
para la distribución de energía eléctrica, a partir de una única fuente a múltiples
usuarios. Debido a su buena conductividad, resistencia, conectividad, ductilidad y
resistencia a la oxidación, el cobre es el material especificado para la fabricación
de barras de conexión.
Equipos electrónicos
Aunque este sector es relativamente pequeño en términos de tonelaje, el cobre
juega un papel vital en una serie de pequeñas aplicaciones de alta tecnología. Las
aleaciones de cobre se utilizan en los circuitos impresos y conectores electrónicos.
Se ha utilizado en las telecomunicaciones, y se emplea cada vez más en las
tecnologías de la información, principalmente para la fabricación de microchips y
aplicaciones de semiconductores. Además, los disipadores de calor de cobre
permiten la dispersión del calor de los microprocesadores de alta frecuencia y
dispositivos lógicos.
Puesta a tierra
Los sistemas de puesta a tierra son vitales para la seguridad y la funcionalidad de
las instalaciones eléctricas. Proporciona un camino seguro a las corrientes de fuga
para que puedan funcionar los sistemas de
protección. Establece un camino seguro,
cuando cae un rayo, mientras contiene el
aumento de tensión dentro de un valor
seguro. Asimismo, proporciona una superficie
equipotencial en la que los equipos
electrónicos puedan operar sin interferencias.
Calidad de energía
Problemas de calidad de energía conducen a la inactividad no planificada, el
desperdicio de recursos y los altos costos de la energía, pero pueden ser
fácilmente detectados con anterioridad por la medición y el monitoreo, y se
resuelven mediante la aplicación de técnicas de mitigación adecuadas. Lo mejor
de todo es que los efectos se pueden evitar a través de buenas prácticas de
diseño de proyecto y en la elección del equipo adecuado.
Otros usos en ingeniería eléctrica
El cobre también se utiliza para la fabricación de conmutadores, electrodos de
soldadura, contactos, resortes de contacto y otros dispositivos electrónicos.
El hierro
Este es un metal maleable de color gris plateado y presenta propiedades
magnéticas es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica es
extremadamente duro y denso
Las propiedades del hierro: Las propiedades físicas en estado ordinario es sólido
su densidad es de 7874 kg/M3 su punto de fusión es de 1808 k el punto de
ebullición es de 3023 k estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo calor
específico de 440 J/(K•kg) la conductividad eléctrica es de 9,93•106 S/m la
conductividad térmica es de 80,2 W//(K•m)
El átomo del hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el
grupo 8 período 4 de la tabla periódica de los elementos su símbolo es p y tiene
una masa atómica de 56 ,6.
Ejemplos y usos: El hierro puro no tiene demasiadas aplicaciones salvo
excepciones para utilizar su potencial magnético el hierro tiene su gran aplicación
para formar los productos siderurgicos utilizados este como elemento matriz para
alojar otros elementos aleantes tanto
metálicos como no metálicos que
confieren distintas propiedades al
material se considera de una aleación
del hierro es aceros Y contiene menos
de 2.1% de carbono si el porcentaje
mayor precio nombre de fundición del acero es indispensable debido a su bajo
precio y tenacidad especialmente en automóviles barcos y componentes
estructurales de edificios
El aluminio
Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se
encuentran presentes en la mayoría de las rocas de la vegetación y de los
animales Es buen conductor de la electricidad y del calor se mecaniza con
facilidad y es muy barato
Sus propiedades físicas en estado ordinario es sólido su densidad es de 2698.4 k
su punto de fusión es de 933 puntos 47 su punto de ebullición es de 2792 k su
estructura cristalina es cúbica centrada en las caras tu calor específico es de 900
J/(K•m) conductividad eléctrica es de 37.7 x 106 S/m su conductividad térmica es
de 237 W/(K•m)
El átomo es un elemento químico de símbolo al y número atómico 13 se trata de
un metal no ferromagnético
Ejemplos y usos: la utilización Industrial por sus propiedades eléctricas es un buen
conductor capaz de competir en costes y prestaciones con el cobre tradicional
dado que al igual longitud y masa el conductor de
aluminio tiene poco menos conductividad resulta
un componente útil para utilidades donde el
exceso de peso es importante
El aluminio es como un almacén de energía (15
kWh/Kg), por ello tiene un gran valor que no
puede desperdiciarse y su reciclado se traduce en
recuperación de energía. Las propiedades que
hacen del aluminio un metal tan provechoso son: su ligereza (sobre un tercio del
peso del cobre y el acero), resistencia a la corrosión (característica muy útil para
aquellos productos que requieren de protección y conservación), resistencia, es un
buen conductor de electricidad y calor, no es magnético, no es tóxico y es muy
dúctil.
Solamente presenta un 63 % de la conductividad eléctrica del cobre para alambres
de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de
conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue
siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la
transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia y actualmente se usan
conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más. Por
otra parte el aluminio también está presente en las antenas para televisores y
satélites.
Semiconductores
Es un elemento que se comporta como un
conductor o como un aislante dependiendo de
diversos factores Como por ejemplo el campo
eléctrico o magnético la presión la radiación
que le dice a la temperatura del ambiente en el
que se encuentre
Semiconductores intrínsecos
Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraedrica similar a la
del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos cuando el cristal se
encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía
necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco
en la banda de valencia las energías requeridas a temperatura ambiente y son de
1.12 eV y 0.67 eV para el silicio y el germanio específicamente
Semiconductores extrínsecos
Si un semiconductor Inc intrínseco como en la anterior se le añade un pequeño
porcentaje de impurezas es decir elementos trivalentes o pentavalentes el
semiconductor se denomina extrínseco y se dice que está dopado
Semiconductores tipo n
Cuando señala el material dopante aporta sus electrones más débilmente
vinculados a los átomos del semiconductor este tipo de agente dopante es
también conocido como material dopante Ya que en algunos de sus electrones
Semiconductor tipo p
Cuando señala el material dopante libera los electrones más débilmente
vinculados de los átomos del semiconductor esta gente dopante es también
conocido como material aceptado y los átomos del semiconductor que han perdido
un electrón son conocidos Como huecos
Aislantes
Un aislante eléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la
electricidad utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito
y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas
eléctricos que de tocarse accidentalmente se encuentran en tensión pueden
producir una descarga.
En los aislantes la capacidad para transportar energía es prácticamente nula.
Entre los aislantes tenemos al Fósforo, Azufre y Cloro estos elementos se
caracterizan por tener átomos con cinco o más electrones de valencia ligados
fuertemente.
Los materiales aislantes no conducen la corriente eléctrica debido a que los
electrones de valencia están fuertemente ligados a los átomos por esta razón
existen muy pocos electrones libres dentro de un aislante.
La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que
presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los
conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad.
De acuerdo con la teoría moderna de la
materia (comprobada por resultados
experimentales), los átomos de la
materia están constituidos por
un núcleo cargado positiva-mente,
alrededor del cual giran a gran
velocidad cargas eléctricas negativas.
Estas cargas negativas, los electrones,
son indivisibles e idénticas para toda la
materia.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden
pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial
(o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.
Asbesto
Este es también llamado amianto es un grupo de
minerales metamorficos fibrosos están compuestos
de silicatos de cadena doble los minerales de
asbesto tienen fibras largas y resistentes que se
pueden separar y son suficientemente flexibles
como para ser entrelazadas y también resisten altas
temperaturas
Hoy en día nuestra tecnología es mucho más avanzada a comparación de la
tecnología de hace 50 años y es en esta época en la debemos aprovechar al
máximo todos nuestros conocimientos y experiencias, de eso se trata la
tecnología aplicarla a un cierto material mediante procesos claros, exactos y
lógicos siguiendo las normas técnicas para poder obtener un buen resultado.
Conclusión
Como conclusión, nos damos cuenta que los materiales en la industria eléctrica
son de suma importancia.
El sector eléctrico es muy importante y tiene un fuerte impacto en la competitividad
del país. La reforma al sector eléctrico mexicano abre oportunidades para que el
estado y la iniciativa privada colaboren entre ellos.
La reestructura del sector eléctrico estimula la inversión en el desarrollo de la
infraestructura de gasoductos, la modernización del parque de generación, dando
prioridad a las energías limpias y la expansión de las redes eléctricas.
Las propiedades eléctricas de los materiales son las que determinan el
comportamiento de un determinado material al pasar por él la corriente eléctrica.
En líneas generales, la Conductividad es la propiedad que tienen los materiales
para transmitir la corriente eléctrica, y la Resistividad es la resistencia que ofrecen
al paso de dicha corriente.
La resistencia eléctrica de cada material depende de la presencia de e- móviles en
los átomos y del grado de movilidad de los mismos, entre otros factores. Esta
propiedad, la Resistividad específica de cada material, se define como la
resistencia que ofrece al paso de la corriente un elemento de 1m de longitud y de
1m² de sección del material.
Los metales son buenos conductores eléctricos en general, ya que su estructura
interna es ordenada y los electrones no se encuentran sujetos a un átomo
determinado. Sin embargo la madera o los materiales cerámicos, por ejemplo, son
malos conductores eléctricos, es decir, tienen altas resistividades. Esto es debido
a que los electrones de sus átomos no tienen apenas movilidad.
Las propiedades eléctricas de un material condicionan en muchos casos su
destino.
Referencias
• https://www.cosmos.com.mx/wiki/materiales-electricos-b7p8.html
• http://www.almexa.com.mx/aplicaciones-del-aluminio/electricidad/
• http://www1.frm.utn.edu.ar/tecnologiae/apuntes/materiales_electricos.pdf
• http://electricidad901.blogspot.com/
• http://programacasasegura.org/mx/cobre-metal-esencial-para-la-
electricidad/