APLICACIONES DE DIELÉCTRICOS
APLICACIÓN 1: Este capacitor mide apenas unos pocos centímetros de diámetro y sin embargo tiene una capacitancia de 1F. Cuestiónese ¿Cuál debe ser el área de uno equivalente pero conformado mediante dos placas planas paralelas separadas por 2mm.? ¿Cómo se podrá construir entonces un capacitor como este? APLICACIÓN 2: Al incidir una onda de luz sobre un cristal anisótropo en posición general, sufre una doble o ndas refracción. La primitiva onda incidente se descompone en dos ondas polarizadas que vibran en planos perpendiculares y que podemos imaginarlas que se trasladan en la misma dirección de propagación. Esto es parte de lo que un dieléctrico puede efectuar cuando opera en un sistema óptico.
PRUEBAS EXPERIMENTALES PARA OBSERVAR EL EFECTO DE MATERIALES DIELÉCTRICOS EN CAPACITORES
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Fig. 1. Con la Fuente de Energía desconectada
Fig. 2. Con la Fuente de Energía conectada
Tenemos que poner especial atención en la identificación de la polaridad. Las formas más usuales de indicación por parte de los fabricantes son las mostradas
DEL USO DE MATERIALES NO CONDUCTORES EN EQUIPOS ELÉCTRICOS. El funcionamiento y la duración de un aparato electromecánico en general , depende esencialmente de los aislantes, los cuales constituyen la parte más importante en lo que concierne a daños por efectos térmicos, dieléctricos y mecánicos. Las cualidades fundamentales que debe poseer un aislante para desempeñar bien su servicio son: a) elevada rigidez dieléctrica y estabilidad dimensional b) así como aptitud para conservar esta propiedad en el tiempo. DEFINICIÓN Se denomina Rigidez Dieléctrica de un determinado material, al gradiente eléctrico máximo que puede soportar. Su valor se puede determinar experimentalmente mediante procedimientos e indicaciones establecidos en normas específicas. Cada material tiene su propia rigidez dieléctrica, pero el valor que se le mide depende de las dimensiones de los electrodos de ensayo, de las condiciones ambientales en las cuales se realiza la prueba, y de la duración de aplicación de la tensión. La duración de la prueba, a igualdad de otras condiciones, influye notablemente en la magnitud de la rigidez, disminuye para tiempos crecientes y alcanza valores elevadísimos para tiempos muy breves (sobretensiones de impulso). La frecuencia de la tensión aplicada afecta el valor de rigidez, y para una misma duración se tienen valores de rigidez más altos para frecuencias más bajas y viceversa. EFECTO DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES. A) La humedad reduce fuertemente el valor de rigidez dieléctrica y los aislantes son tanto más eficaces cuanto menos higroscópicos son. B) La temperatura actúa de manera diversa según se trate de aislantes sólidos o líquidos. En los aislante sólidos la rigidez decrece con el aumento de la temperatura, en cambio para los líquidos ocurre generalmente lo contrario. C) Los materiales aislantes inmersos en aceite se comportan mejor que aquellos que se encuentran en aire. Bajo esta situación pueden producirse descargas parciales en el estrato de aire, con transformación de oxígeno en ozono y en compuestos nitrados, que lentamente alterarán las características del aislamiento del conductor, y que pueden conducir a la descarga o falla total del aislamiento. A diferencia de los materiales ferromagnéticos que pueden ser sometidos a elevados valores de inducción sin que se alteren sus características estructurales, en un aislante inmerso en un campo eléctrico, y por efecto del desplazamiento de las órbitas de los electrones periféricos, se producen distorsiones microscópicas que pueden ser soportadas hasta un cierto límite, más allá del cual se verifica el fenómeno de la descarga disruptiva, con pérdida permanente o temporal de las cualidades del aislante. Dicha descarga puede ser autorregenerativa (aislamientos en aire o aceite) o no autorregenerativa, cuando se produce un daño irreversible del aislante. DIELECTRICOS EN SERIE
Para los materiales estratificados, a igualdad espesor, la rigidez aumenta con el número de estratos o capas que conforman el aislamiento propiamente dicho, sin embargo, esta no es proporcional al espesor de los mismos y para aislantes sólidos y aceites varía con un exponente igual a 2/3.
Cuando se utilizan aislantes en serie que tienen distintas constantes dieléctricas, el de mayor cuidado de todos es aquel que tiene la menor constante dieléctrica. Al haber distintas capas de materiales si se supera la rigidez de un aislante, puede ocurrir una descarga, esta situación es más probable en el material con menor constante dieléctrica. La más oportuna disposición de aislantes en serie es aquella para la cual se utilizan materiales que tienen igual valor del producto de su constante dieléctrica por su rigidez dieléctrica (en la práctica valores no muy diferentes). De lo dicho anteriormente, también será necesario eliminar el aire interior de los aislantes, ocupando todos los posibles huecos, para lo cual se utilizan distintos procedimientos de impregnación La impregnación de los devanados se puede realizar por goteo, usando un barniz elegido especialmente para esta finalidad. La impregnación de los devanados se puede realizar por goteo, usando un barniz elegido especialmente para esta finalidad (Es importante que la viscosidad del barniz sea la apropiada para lograr la máxima penetración.) FALLAS EN LOS AISLAMIENTOS DE TIPO CILINDRICOS
Los campos eléctricos que se presentan en las máquinas y en los aparatos eléctricos casi nunca son uniformes, es decir no esquematizables como un capacitor plano, en general no es posible calcular los gradientes en distintos puntos. Muchas veces se esquematizan las superficies conductoras como capacitores plano o cilíndricos, y se aceptan los resultados como suficientemente aproximados. El campo que se establece entre las armaduras de un capacitor cilíndrico es no uniforme pero puede ser fácilmente calculado. El gradiente en cada punto del campo es inversamente proporcional a la distancia del punto al eje de simetría del capacitor y por lo tanto el diagrama responde a una hipérbola equilátera.
Capacitores electrolíticos
Estos capacitores siempre indican la capacidad en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. Dependiendo del fabricante también pueden venir indicados otros parámetros como la temperatura y la máxima frecuencia a la que pueden trabajar. En ellos debemos poner especial atención en la identificación de la polaridad. Dura-Lar™ and are bi-axially oriented polyester films which are available in a
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