Materiales Aislantes Maquinas I clasificación en solidos , liquidos y gaseosos PDF

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clasificación de materiales aislantes eléctricos solidos y líquidos y gaseosos y a su vez en orgánicos e inorgánicos características eléctricas de los aislantes eléctricos y aplicación en transformadores...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

MAQUINAS ELECTRICAS I MATERIALES AISLADORES Docente: Ing. Mario Gonzales Vargas Presentado por: QUISPE QUISPE MICHEIL HUMPIRE PAZO TANIA LIMA CHACON VIRMA ALINA CHALLCO TTITO JAVIER HUAMAN VARGAS ALCIDES EFRAIN Cusco-2021

174760 184077 184078 184073 143646

2 DEDICATORIA

A DIOS Y A USTED QUERIDO DOCENTE POR DARNOS LA OPORTUNIDAD DE AMPLIAR NUESTROS CONOCIMIENTOS

3 AGRADECIMIENTO

AGRADECIDOS PRIMORDIALMENTE A NUESTRO DIOS TODOPODEROSO POR TODO. QUEREMOS EXPRESAR NUESTRO MAS SINCERO AGRADECIMIENTO AL ING. MARIO GONZALES POR HABER CONFIADO EN NUESTRO GRUPO PARA LA ELABORACION DE ESTE INFORME SOBRE “MATERIALES AISLANTES” AGRADECIDO A TODOS MIS COMPAÑEROS POR EL BUEN TRABAJO COMUNITARIO.

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1.

INDICE 1. AISLANTES............................................................................................................... 8 1.1.

Principio de funcionamiento...................................................................................... 8

1.2.

Propiedades eléctricas de los materiales aislantes ..................................................... 9

1.3.

Clasificación de los materiales aisladores ............................................................... 10

1.3.1.

Aislantes inorgánicos ....................................................................................... 10

1.3.2.

Aislantes orgánicos........................................................................................... 11

1.4.

1.4.1.

Aisladores líquidos ........................................................................................... 12

1.4.2.

Propiedades físicas ........................................................................................... 12

1.4.3.

Propiedades eléctricas de los aisladores líquidos ............................................. 13

1.5.

ACEITES AISLANTES .......................................................................................... 14

1.5.1.

Aceites aislantes ............................................................................................... 14

1.5.2.

Aceites secantes (aceite de linaza y otros) ....................................................... 14

1.6.

2.

Clasificación de los materiales aisladores según estados de la materia ................... 12

Otros materiales aislantes ........................................................................................ 14

1.6.1.

Ventajas ............................................................................................................ 15

1.6.2.

Desventajas....................................................................................................... 15

Materiales aislantes sólidos. ........................................................................................... 16 2.1.

Aislantes inorgánicos ............................................................................................... 16

2.1.1.

Cerámica (Porcelana) ....................................................................................... 16

2.1.2.

Vidrio ............................................................................................................... 18

2.1.3.

Mica.................................................................................................................. 18

5 2.1.4.

Oxido de Magnesio .......................................................................................... 19

2.1.5.

Cristales de grado eléctrico .............................................................................. 19

2.1.6.

Alúmina (Al2O3) ............................................................................................. 19

2.1.7.

Titanio de Bario (BaTiO3) ............................................................................... 19

2.2.

Aisladores orgánicos................................................................................................ 19

2.2.1.

Celulosas (Papeles) .......................................................................................... 19

2.2.2.

Goma de silicona .............................................................................................. 20

2.2.3.

Resinas epoxi.................................................................................................... 20

2.2.4.

Madera.............................................................................................................. 21

2.2.5.

Polipropileno .................................................................................................... 21

2.2.6.

Politetrafluoroetileno ........................................................................................ 21

2.2.7.

Nylon ................................................................................................................ 21

2.2.8.

Policarbonatos .................................................................................................. 22

2.2.9.

PVC .................................................................................................................. 22

2.3.

Material aislante gaseoso ......................................................................................... 22

2.3.1. 3.

Propiedades ...................................................................................................... 23

Aplicación uso de los materiales aisladores en los transformadores .............................. 23 3.1.

Aisladores líquidos .................................................................................................. 23

3.2.

Aisladores gaseosos ................................................................................................. 24

3.3.

Aisladores solidos .................................................................................................... 24

3.3.1.

Orgánicos (dentro del transformador) .............................................................. 24

3.3.2.

Inorgánicos (fuera del transformador) .............................................................. 26

6 4.

Conclusiones .................................................................................................................. 27

5.

Bibliografía..................................................................................................................... 28

7

INTRODUCCIÓN Existen diferentes variedades de aislantes y todos cumplen una misma función, existen aislantes térmicos, aislantes eléctricos, aislantes acústicos y otros tipos de aislantes. En los diferentes aislantes nombrados tienen la característica de estar hechos de un tipo de material que impide la transmisión algo, ya sea de sonido, calor, electricidad, etc.

En este tema veremos el estudio sobre los aislantes eléctricos los cuales no permiten el paso de corriente eléctrica es decir los electrones no tiene libre tránsito por lo tanto los hace ideales como aislantes.

El objetivo de la aislación en un conductor es prevenir de alguna forma esta energía, entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean éstos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación.

8

MATER ERIIALES AISLANT NTES ES 1.

1. AISLANTES

Se denomina aislante eléctrico a toda sustancia de tan baja conductividad eléctrica que al paso de la corriente a través de ella puede ser despreciado. La pequeña corriente que pasa que pasa a través del aislante se denomina corriente de fuga y la intensidad de esta que puede ser tolerada, determina l a clase de material que puede utilizarse como aislante. Los materiales aislantes se llaman también dieléctricos para indicar que se oponen al paso de la corriente eléctrica. Por otra parte, un medio dieléctrico es un cuerpo en el que puede existir, en estado estático, un campo eléctrico. Por tanto, un dieléctrico no conduce la corriente eléctrica, pero en su interior puede existir un campo eléctrico que no sea nulo.

✓ Los materiales aislantes o dieléctricos tienen gran importancia, ya que cumplen dos misiones fundamentales: ✓ Permiten aislar eléctricamente los conductores entre sí y estos mismos respecto a tierra o a una masa metálica. ✓ Modifican, en gran proporción, el campo eléctrico que los atraviesa 1.1.

Principio de funcionamiento La aislación en un conductor es prevenir de alguna forma esta energía,

entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean éstos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación la perdida de aislamiento puede causar daños severos. Casi todos los no metales son apropiados para ello, pues tienen resistividades relativamente grandes.

9 Todo aislador además de la cualidad fundamental de ser mal de conductor de la electricidad debe resumir para su desempeño practico otras condiciones “agrupado en un conjunto de propiedades características” las cuales deben ser evaluadas mediante ensayos regidos por varias normas. De esta manera la elección de los materiales aislantes para cada necesidad específica se hace de acuerdo con el conocimiento cuantitativo de sus propiedades. En efecto un aislante pueden emplearse en dispositivos que alcancen temperaturas elevadas, como los hornos eléctricos; pueden estar sometidos a grandes esfuerzos mecánicos, como en el caso de los aisladores de suspensión de las líneas aéreas y en el de las barras de distribución; puede quedar expuesto a la acción de sustancias particularmente activas, como en el caso de las factorías de la industria química, donde deben resistir la acción de los ácidos, álcalis, vapores de varias clases, humos calientes, aceites y grasas.

1.2. Propiedades eléctricas de los materiales aislantes

Resistividad de paso Rigidez dieléctrica Permisividad relativa

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1.3. Clasificación de los materiales aisladores

Figura 1. clasificació n de lo s material es aislantes en orgánicos e inorgánicos

1.3.1. Aislantes inorgánicos

En los comienzos de la electrotécnica los materiales aislantes inorgánicos desempeñaron un papel importantísimo. Mientras antiguamente se utilizaron todo tipo de materiales naturales, actualmente sólo se emplean materiales sintéticos. Por ejemplo, el mármol, antaño tan utilizado, casi no se aplica actualmente. Sin embargo, en algunos campos de la técnica moderna son insustituibles los aislantes inorgánicos. Aislantes inorgánicos: el cuarzo, la mica, el amianto, los óxidos de aluminio, el vidrio, las cerámicas, y la porcelana. Salvo excepciones, los aislantes inorgánicos son siempre rígidos y encuentran aplicaciones en el sostenimiento de líneas aéreas, como aisladores pasantes en transformadores e interruptores, en columnas de seccionadores y descargadores como protectores para cartuchos fusibles, para lo que generalmente se emplea le porcelana, o bien, cuando se trata

11 de aislar las delgas de los colectores de máquinas de corriente continua, se emplea exclusivamente mica de buena calidad.

1.3.2. Aislantes orgánicos 1.3.2.1. Aislantes orgánicos naturales Vamos a tratar ahora algunos materiales que son sustancias naturales más o menos elaborados y de origen orgánico. Aunque no son, pues, materias primas se las denomina aún materiales naturales Materiales aislantes importantes son: El alquitrán, aceites, clofeno, el algodón, el papel, la seda, la goma, la madera, y varios plásticos tales como la baquelita, el nylon, el teflón, la ebonita, etc.

1.3.2.2.

Aislantes orgánicos sintéticos

Son sustancias orgánicas de elevado peso molecular que pueden ser moldeados, estos han logrado un enorme desarrollo y son uno de los materiales más difundidos en el hogar y la industria.

Se distinguen tres tipos de plásticos:

Los que se obtienen de la celulosa Los que se obtienen de la proteína Los que se obtienen de productos artificiales o resinas sintéticas.

Las más utilizadas como aislantes eléctricos son:

Resina urea formaldehi do, resinas vinílicas o PVC, resinas de poli estireno.

12 1.4. Clasificación de los materiales aisladores según estados de la materia

1.4.1. Aisladores líquidos Los aislantes líquidos son materiales que permanecen como tales en las aplicaciones eléctricas (máquinas, aparatos, componentes en general) y que cuando se encuentran en servicio no experimentan ninguna transformación física o química importante.

Se emplean para llenar espacios con dieléctrico homogéneo, para disipar el calor y para apagar arcos, por ejemplo, en: transformadores, cables, capacitores, aisladores pasantes, interruptores y otros aparatos. 1.4.2.

Propiedades físicas Depende de su naturaleza, Es decir de la composición química. Peso

específico, conductibilidad térmica, calor especifico, constante dieléctrica, viscosidad.

Pero su rigidez dieléctrica, está ligada a factores externos como, por ejemplo:

Impureza en suspensión.

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Impurezas en solución

Humedad, etc. 1.4.3. Propiedades eléctricas de los aisladores líquidos 1.4.3.1.

Conductividad dieléctrica

La conductividad eléctrica en corriente continua de los dieléctricos líquidos, es de naturaleza

iónica y tiene alto coeficiente de temperatura (es decir, que

cuanto más eleva la temperatura más conductora se hace el material considerado) el cambio de conductividad en función de la temperatura 1.4.3.2. Rigidez dielectrica La perforación en líquidos puros se produce probablemente, por un proceso de ionización similar de los gases. Los cambios de presión no ejercen prácticamente ningún efecto, pero el aumento de temperatura disminuye la resistencia a la perforación.

En los líquidos impuros, la perforación se produce con tensiones mucho menores, la más importante de ellas es la presencia de fibras u otras partículas sólidas en suspensión, que absorben las impurezas, provocando puentes o canales si su constante dieléctrica es mayor que la del líquido. 1.4.3.3. Viscosidad Es la resistencia de los líquidos a fluir. Es proporcional a la superficie S de la lamina Es proporcional a la velocidad de traslación v. Es inversamente proporcional al espesor h de la lámina.

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1.5. ACEIT ES AISLANTES 1.5.1. Aceites aislantes se emplean de diversas maneras, en los transformadores y en los interruptores por inmersión de estos aparatos; en la impregnación de materiales fibrosos y otros materiales. 1.5.2. Aceites secantes (aceite de linaza y otros)

se emplea en la fabricación de barnices aislantes como recubrimiento de papeles y materiales textiles. Como dieléctricos de condensadores.

Aceites que se emplean como materiales aislantes deben tener las siguientes características. Tendencia a la sedimentación Perdidas por evaporación Viscosidad a diferentes temperaturas Absorción de humedad Resistividad eléctrica Rigidez dieléctrica Peso específico y coeficiente de dilatación

1.6.

Otros materiales aislantes Barnices Resinas

15 Aceite derivado del petróleo La silicon 1.6.1. Ventajas De todos los aceites aislantes es su propiedad de autogenerarse después de una perforación dieléctrica o una descarga destructiva. 1.6.2. Desventajas Los aceites aislantes es que son inflamables y pueden provocarse acciones químicas por arcos eléctricos o por descarga estática.

16 2.

Materiales aislantes sólidos.

Los aislantes sólidos, tienen la gran característica de poder proveer un soporte rígido o flexible a equipos o conductores eléctricos. Se clasifican en dos principales categorías orgánicos e inorgánicos. 2.1.

Aislantes inorgánicos En los comienzos de la electrotécnica los materiales aislantes inorgánicos

desempeñaron un papel importantísimo.

El aislante más barato, es el aire el cual tenía mayor uso antes, sin embargo, aún no ha perdido toda su importancia (por ejemplo, en las líneas aéreas y en las instalaciones de comunicación). 2.1.1. Cerámica (Porcelana) La porcelana se utiliza en la fabricación de aisladores y Bushings (pasa tapas) ya que posee una capacidad de resistir grandes esfuerzos mecánicos.

La cerámica se constituye por un 40 a 50% de arcilla, de 30 a 20 % de óxido de aluminio y 30% de feldespato (mineral del tipo aluminios ilicatos, presentes en el 60% de la corteza terrestre). Las cerámicas con mayor resistencias mecánica y menor cantidad de perdidas dieléctricas también contienen esteatitas y talco. las porcelanas también tienen compuestos de bario (BaOAl2O),2SiO2). 2.1.1.1. Ventaja La resistencia a ser rota en comparación a otros materiales es baja, pero no es afectada por la temperatura.

17 2.1.1.2. Desventajas Las piezas son pesadas por lo que a menudo se requieren grúas. La manipulación, el transporte y la construcción es complicada. Bajo condiciones de contaminación no se desempeña bien, el agua disuelve la polución reduciendo su resistencia superficial.

Tabla de cerámicos

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2.1.2. Vidrio

El vidrio soporta el deterioro químico y no sufre deformación ante temperaturas de operación. Su mayor constituyente es el dióxido de silicio. Para el uso de aislantes de requiere de vidrio no alcalinos o que tenga un porcentaje de alcalinidad menor a 0.8%. El vidrio eléctrico tiene un bajo coeficiente de perdidas dieléctricas 2.1.2.1. Ventajas Mayor rigidez dieléctrica que la porcelana Muy alta resistividad Bajo coeficiente de expansión térmica No sufre calentamiento por la radiación solar Larga vida de servicio 2.1.2.2. Desventajas

La humedad se puede condensar fácilmente en la superficie del vidrio provocando un camino a la corriente de fuga del sistema Es frágil

2.1.3. Mica Dieléctrico de tipo laminado. Su carácter laminado prevé la formaci ón de caminos conductores a través de la mica, ofreciendo una gran resistencia. Tiene una gran estabilidad

19 resistente a descargas parciales. Es usado en motores y transformadores en forma de hojas, laminas y cintas. 2.1.4. Oxido de Magnesio Posee una alta conductividad térmica y esta se usa como aislamiento para cualquier dispositivo de calentamiento en hornos. La resistencia de calentamiento se coloca dentro de los tubos de acero inoxidable para dar asilamiento. 2.1.5. Cristales de grado eléctrico Estos cristales tienen tendencia a tener pérdidas a altas temperaturas, sin embrago a bajas temperaturas se puede utilizar como aislante de líneas de alta tensión y en transformadores, condensadores y circuitos pasa cables con interruptor. A alta temperatura su principal aplicación se encuentra en lámparas incandescentes y fluorescentes, así como recubrimiento de tubos rayos catódicos. 2.1.6. Alúmina (Al2O3) Es usado como relleno para aislamiento cerámico. También como substrato dieléctrico en microcircuitos. 2.1.7. Titanio de Bario (BaTiO3) Es un dieléctrico que está por debajo de los 120°C y su comportamiento es ferro eléctri...