2.5.4 aislantes likidos
Los aislantes líquidos son materiales que permanecen como tales en las aplicaciones eléctricas (maquinas, 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, como por ejemplo en: transformadores, cables, capacitores, aisladores pasantes, interruptores y otros aparatos.
Su presencia incrementa la rigidez dieléctrica entre partes pudiéndose observar aislantes sólidos impregnados y aparatos sumergidos en líquido aislante.
Las propiedades físicas de los dieléctricos líquidos como por ejemplo: peso específico, conductibilidad térmica, calor específico, constante dieléctrica, viscosidad, dependen de su naturaleza, es decir de la composición química, pero su rigidez dieléctrica, ademas esta ligada a factores externos como por ejemplo: impureza en suspensión, en solución, humedad, etc., que, generalmente, reducen su valor, degradando la característica importante.

Las propiedades físicas de los dieléctricos líquidos como por ejemplo: peso específico, conductibilidad térmica, calor específico, constante dieléctrica, viscosidad, dependen de su naturaleza, es decir de la composición química, pero su rigidez dieléctrica, ademas esta ligada a factores externos como por ejemplo: impureza en suspensión, en solución, humedad, etc., que, generalmente, reducen su valor, degradando la característica importante.
• Los fluidos o líquidos dieléctricos cumplen la doblefunción de aislar los bobinados en los transformadores y disipar el calor al interior de estos equipos.
• El líquido dieléctrico mas empleado es el aceite mineral. El problema es que es altamente inflamable.
• Entre los nuevos líquidos sintéticos destacan las siliconas y los poly-alfa-olefines. Tienen un alto costo, eso dificulta su masificación.
2.5.5 silicones
Las siliconas se usan para muchas cosas. They can be elastomers and lubricating oils. Pueden ser elastómeros y aceites lubricantes. The caulking in your bathroom is probably made of a silicone. El calafateo en su cuarto de baño es, probablemente, hecho de una silicona. Silicones are also used to make the heat resistant tiles on the bottom of the space shuttle. Las siliconas son también usadas para hacer los azulejos resistentes al calor en la parte inferior del transbordador espacial. Take a look at the picture on the right and you'll see how good silicones can be at deflecting heat. Echa un vistazo a la imagen de la derecha y veras cómo las siliconas bien puede estar en desviar el calor. Back on earth, silicones are used to make hair conditioners that don't cause buildup. De vuelta en la tierra, las siliconas se usan para hacer acondicionadores para el cabello que no causan acumulación.
Las siliconas son polímeros inorganicos , es decir, no hay atomos de carbono en su cadena principal. The backbone is a chain of alternating silicon and oxygen atoms. La columna vertebral es una cadena de alterna atomos de silicio y oxígeno. Each silicone has two groups attached to it, and these can be any organicgroups. Cada silicona tiene dos grupos unidos a él, y estos pueden ser cualquier grupo organico. The picture at the top of this page shows methyl groups attached to the silicon atoms. La imagen en la parte superior de esta pagina se muestran los grupos metilo unidos a los atomos de silicio. This polymer is called polydimethylsiloxane. Este polímero es llamado polidimetilsiloxano. It is the most common silicone. Es la silicona mas comunes.
Siliconas hacen buenos elastómeros porque la cadena principal es muy flexible. The bonds between a silicon atom and the two oxygen atoms attached to it are very flexible. Los enlaces entre un atomo de silicio y los dos atomos de oxígeno unidos a él son muy flexibles. The angle formed by these bonds can open and close like a scissors without much trouble. El angulo formado por estos bonos puede abrir y cerrar como una tijera sin muchos problemas. This makes the whole backbone chain flexible. Esto hace que la cadena principal conjunto flexible.
2.5.6 plastico
Los plasticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los acidos, alcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que estan compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plastico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplasticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).
Conceptos
¿Qué son los polímeros?
La materia esta formada por moléculas que puedenser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.
Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas mas diferentes. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, otras, globos, etc. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.
La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.
Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecanicas. En general, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecanica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases. Las mas comunes, denominadas Fuerzas de Van der Waals, se detallan a continuación
Fuerzas de Van der Waals
También llamadas fuerzas de dispersión, estan en las moléculas de muy baja polaridad, generalmente en los hidrocarburos. Estas fuerzas provienen de dipolos transitorios: como resultado de los movimientos de electrones, en cierto instante una porción de la molécula se vuelve ligeramente negativa, mientras que en otra región aparece una carga positiva equivalente. Así se forman dipolos no-permanentes. Estos dipolos producen atracciones electrostaticas muy débiles en las moléculas de tamaño normal, pero en los polímeros, formados por miles de estas pequeñas moléculas, las fuerzas deatracción se multiplican y llegan a ser enormes.
Fuerzas de Atracción dipolo-dipolo.
Debidas a dipolos permanentes, como en el caso de los poliésteres. Estas atracciones son mucho mas potentes y a ellas se debe la gran resistencia tensil de las fibras de los poliésteres.
Enlaces de Hidrógeno
Como en las poliamidas (nylon), estas interacciones son tan fuertes, que una fibra obtenida con estas poliamidas tiene resistencia tensil mayor que la de una fibra de acero de igual masa.
Otros polímeros
Hay atracciones de tipo iónico que son las mas intensas.
Se llaman ionómeros y se usan, por ejemplo, para hacer películas transparentes de alta resistencia.
Tipo de enlace | Kcal / mol |
Van der Waals en CH4 | 2 |
Dipolos permanentes | 3 a 5 |
Enlaces hidrógeno | 5 a 12 |
Iónicos | mayores a 100 |
Energía Requerida Para Romper Cada Enlace
La fuerza total de atracción entre las moléculas del polímero, dependería del número de las interacciones. Como maximo, sería igual a la energía de enlace según la tabla, multiplicada por el número de atomos de carbono en el caso del polietileno o por el número de carbonílicos C = O en los poliésteres, etc. Rara vez se alcanza este valor maximo, porque las cadenas de los polímeros no pueden, por lo general, acomodarse con la perfección que sería requerida.
Concepto de Tacticidad
El término tacticidad se refiere al ordenamiento espacial de las unidades estructurales.
El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes de 1955 no tenía ninguna utilidad. En ese año, Giulio Natta en Milan, utilizó para hacer polipropileno, loscatalizadores que Karl Ziegler había desarrollado para el polietileno. Esos catalizadores, hechos a base de cloruro de titanio y tri-alquil-aluminio, acomodan a los monómeros de tal manera que todos los grupos metilos quedan colocados del mismo lado en la cadena.
En esta forma, Natta creó el polipropileno isotactico, que tiene excelentes propiedades mecanicas. Hasta ese momento, con los procedimientos convencionales, sólo se había podido hacer polímeros atacticos, sin regularidad estructural.
El polipropileno atactico es un material ceroso, con pésimas propiedades mecanicas.
Otros catalizadores permiten colocar los grupos alternadamente, formando polímeros que se llaman sindiotacticos, los cuales, como los isotacticos, tienen muy buenas propiedades.
8. Homopolímeros y Copolímeros
Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno, y otros que contienen una sola unidad estructural, se llaman homopolímeros. Los homopolímeros, ademas, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones.
Por otro lado los copolímeros contienen varias unidades estructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el estireno.
Estas combinaciones de monómeros se realizan para modificar las propiedades de los polímeros y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se busca es que cada monómero imparta una de sus propiedades al material final; así, por ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia química, el butadieno su flexibilidad y el estireno imparte al material la rigidez que requiera la aplicaciónparticular.
Evidentemente al variar las proporciones de los monómeros, las propiedades de los copolímeros van variando también, de manera que el proceso de copolimerización permite hasta cierto punto fabricar polímeros a la medida.
No solo cambian las propiedades al variar las proporciones de los monómeros, sino también al variar su posición dentro de las cadenas.
Las mezclas físicas de polímeros, que no llevan uniones permanentes entre ellos, también constituyen a la enorme versatilidad de los materiales poliméricos. Son el equivalente a las aleaciones metalicas.
En ocasiones se mezclan para mejorar alguna propiedad, aunque generalmente a expensas de otra. Por ejemplo, el óxido de polifenilo tiene excelente resistencia térmica pero es muy difícil procesarlo. El poliestireno tiene justamente las propiedades contrarias, de manera que al mezclarlos se gana en facilidad de procedimiento, aunque resulte un material que no resistira temperaturas muy altas. Sin embargo en este caso hay un efecto sinergístico, en el sentido en que la resistencia mecanica es mejor en algunos aspectos que a la de cualquiera de los dos polímeros. Esto no es frecuente, porque puede ocurrir únicamente cuando existe perfecta compatibilidad ente los dos polímeros y por regla general no la hay, así que en la mayoría de los casos debe agregarse un tercer ingrediente para compatibilizar la mezcla. Lo que se emplea casi siempre es un copolímero injertado, o uno de bloque que contenga unidades estructurales de los dos polímeros. Otras veces, se mezcla simplemente para reducir el costo de material.
Enotros casos, pequeñas cantidades de un polímero de alta calidad puede mejorar la del otro, al grado de permitir una nueva aplicación.
9. Copolímeros y Terpolímeros
A continuación se citaran los copolímeros y terpolímeros de mayor aplicación en la industria: SAN
Copolímero de estireno-acrilonitrilo en los que el contenido de estireno varía entre un 65 y 80%. Estos materiales tienen buena resistencia a los aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas.
Asimismo, tiene mejores propiedades de impacto, tensión y flexión, que los homopolímeros del estireno. Los copolímeros son transparentes, pero con un ligero color amarillo que se vuelve mas oscuro a medida que aumenta el contenido en acrilonitrilo. Al mismo tiempo mejora la resistencia química, la resistencia al agrietamiento ambiental y la resistencia térmica al aumentar el porcentaje en acrilonitrilo.
El SAN se usa cuando se requieren partes rígidas, con buena estabilidad dimensional y buena resistencia térmica, por ejemplo, en partes de las maquinas lavaplatos y en piezas para radios o televisores.
Se lo emplea en grandes cantidades en la industria alimenticia. los copolímeros con 30% estireno y 70% acrilonitrilo, son excelentes barreras contra el oxígeno, el CO2 y la humedad.
ABS
Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son materiales heterogéneos formados por una fase homogénea rígida y una elastomérica.
Originalmente se mezclaban emulsiones de los dos polímeros de SAN y polibutadieno. La mezcla era coagulada para obtener ABS
Hoy en día se prefiere polimerizar estireno y acrilonitrilo en presenciade polibutadieno. De esa manera, una parte del estireno y del acrilonitrilo se copolimerizan formando SAN y otra porción se injerta sobre las moléculas de polibutadieno.
El ABS se originó por la necesidad de mejorar algunas propiedades del poliestireno de alto impacto. Este material tiene tres desventajas importantes
1.
2. Baja temperatura de ablandamiento.
3. Baja resistencia ambiental.
4. Baja resistencia a los agentes químicos.
La incorporación del acrilonitrilo en la fase continua, imparte mayor temperatura de ablandamiento y mejora considerablemente la resistencia química. Sin embargo, la resistencia ambiental se vuelve todavía menor, pero este problema se resuelve empleando aditivos. Las propiedades del ABS son suficientemente buenas para varias aplicaciones:
* Artículos moldeados
* Artículos extruidos, etc
10. Copolímeros estireno-butadieno
Éstos son los hules sintéticos que han sustituido practicamente en su totalidad al natural, en algunas aplicaciones como las llantas para automóviles.
Los hules sintéticos contienen un 25% de estireno y un 75% de butadieno; sus aplicaciones incluyen en orden de importancia:
* Llantas
* Espumas
* Empaques
* Suelas para zapatos
* Aislamiento de alambres y cables eléctricos
* Mangueras
Los copolímeros de estireno-butadieno con mayor contenido de butadieno, hasta de 60%, se usan para hacer pinturas y recubrimientos ahulados. Para mejorar la adhesividad, en ocasiones se incorpora el acido acrílico o los ésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los copolímeros.