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LOS AISLADORES POLIMÉRICOS: VENTAJAS EN SU USO

los aisladores poliméricos

Los aisladores poliméricos son un tipo de aislador empleado tanto en líneas eléctricas de transmisión y distribución, como en subestaciones, y que se caracterizan por estar constituidos por un núcleo central de material sólido, usualmente fibra de vidrio, y una cubierta exterior aislante de material polimérico, que además se caracteriza por ser flexible. Esto diferencia los aisladores poliméricos de otro tipo de aisladores empleados más tradicionalmente en líneas y subestaciones eléctricas, que son de porcelana, vidrio o cerámica.

Ventajas de los aisladores poliméricos

Las principales ventajas de los aisladores poliméricos son su resistencia mecánica frente a golpes derivada de su flexibilidad y mejor comportamiento ante la contaminación derivada de las características del material polimérico. Por ello han ido progresivamente reemplazando a los aisladores de cerámica o porcelana. En este tipo de aplicaciones, una cadena de aisladores de disco es ahora reemplazada por un único aislador polimérico, lo que además simplifica su instalación o reemplazo.

Los aisladores poliméricos son muy utilizados actualmente.

Materiales poliméricos

La característica principal de estos materiales, que establece la diferencia con los materiales cerámicos y con los materiales metálicos, es que están constituidos por macromoléculas.  Al igual que cualquier molécula, los materiales poliméricos están formados (en su mayor parte) por átomos de elementos no metálicos unidos entre sí por enlaces covalentes y se les ha denominado con el nombre genérico de polímeros (o macromoléculas) debido a que son gigantescas moléculas constituidas por unidades repetitivas.  Existen casos en los que el polímero está formado por átomos de elementos no metálicos y semi metálicos.

A continuación, se proporciona de manera resumida, la información que corresponde a los materiales poliméricos.

Estructura a escala atómica de los materiales poliméricos

Están constituidos, en su mayor parte, por átomos de elementos no metálicos.

El enlace covalente explica cómo se unen los átomos para formar las moléculas de los materiales poliméricos.

Las Fuerzas de van der Waals explican las débiles uniones que existen entre las moléculas de los materiales poliméricos.

Esta estructura a escala atómica explica la razón por la que estos materiales tienen las propiedades que los caracterizan.

Propiedades de los Materiales poliméricos

Los materiales poliméricos son flexibles y son aislantes del calor y de la electricidad.

Los electrones de valencia de los átomos que constituyen este tipo de materiales, se encuentran formando enlaces covalentes que unen cada átomo con sus vecinos constituyendo moléculas.  Estos electrones se mueven en el espacio asignado a los orbitales moleculares, el cual está restringido estrictamente a su tamaño, y no tienen libertad de desplazarse a otras zonas, por lo que los materiales poliméricos no conducen el calor ni la electricidad, son aislantes.

Por otro lado, los enlaces covalentes sencillos tienen la capacidad de rotar sobre sí mismos, lo cual permite que una parte de la molécula pueda cambiar su posición respecto a otras, dándole flexibilidad a las moléculas.

Schaffer y otros mencionan que los materiales poliméricos tienen baja resistencia debido a su peculiar estructura de poseer enlaces débiles entre una cadena de polímero y otra.

“Los polímeros consisten en moléculas de cadena larga con grupos repetitivos, que principalmente tienen enlaces covalentes. […]  Los enlaces entre la columna vertebral son todos covalentes, por lo que las cadenas moleculares son extremadamente fuertes.  Sin embargo, las cadenas se unen entre sí mediante enlaces secundarios comparativamente débiles.  Esto significa que, por lo general, es fácil que se deslicen entre sí cuando se les aplican fuerzas y, en consecuencia, la resistencia del material es relativamente baja.  Además, muchos polímeros tienden a reblandecerse a temperaturas moderadas, con lo que, por lo general, no son útiles en aplicaciones de alta temperatura.”

Acerca del comportamiento de los polímeros, O’Brien menciona:

“El comportamiento de los polímeros es fundamentalmente diferente de las cerámicas y los metales.  Para entender esta diferencia, es útil considerar el módulo de elasticidad y la resistencia de los polímeros a un nivel molecular.

Módulo de elasticidad.  Cuando cadenas de polietileno se alinean en forma paralela unas de otras y se someten a un esfuerzo de tensión a lo largo de su eje longitudinal como se muestra en la figura a, el esfuerzo requerido para alejar unos átomos de otros en las cadenas, se encontró que es sorpresivamente alto.  En efecto, el módulo de elasticidad del polietileno cuando se mide de esta manera es 30 millones de libras por pulgada cuadrada, aproximadamente el mismo que el acero!  Sin embargo, si el esfuerzo aplicado es perpendicular al eje longitudinal de las cadenas, como se muestra en la figura b, el módulo de elasticidad es solamente cerca de 0.5 millones de libras por pulgada cuadrada.

El alto módulo de elasticidad (30 millones de libras por pulgada cuadrada) en el primer caso resulta de los fuertes enlaces entre los átomos dentro de las cadenas del polímero.  El bajo módulo de elasticidad (0.5 millones de libras por pulgada cuadrada) en el segundo caso resulta de los débiles enlaces entre átomos de cadenas adyacentes”.

Otro punto importante que es necesario considerar, es que las propiedades químicas de los polímeros dependen de los grupos funcionales que presentan.  Desde este punto de vista son muy semejantes a las moléculas de bajo peso molecular.  Por ejemplo, un polímero que tenga grupos carboxilo  -COOH, reaccionará con un alcohol  R-OH para generar ésteres  -COO-R.

En cambio, existe una gran diferencia entre el comportamiento físico de las moléculas de bajo peso molecular y las macromoléculas, pues éste depende del tamaño de las partículas.  Atendiendo a su comportamiento físico, los polímeros se clasifican en termoplásticos y termoestables dependiendo de su capacidad para moldearse bajo la acción del calor.  El comportamiento físico que presenta cada uno de ellos depende mucho de su estructura.

Los polímeros termoplásticos están formados por cadenas sencillas o ramificadas, que pueden deslizarse unas sobre otras cuando se calientan, por lo que se ablandan, se funden, pueden ser inyectadas en moldes para obtener piezas de la forma deseada y posteriormente pueden volver a fundirse para ser utilizados nuevamente.

Los polímeros termoestables o de termo fraguado están constituidos por cadenas unidas entre sí por gran cantidad de enlaces entre cruzados, constituyendo una red tridimensional que se extiende por toda la pieza del material, que le dan gran rigidez a la estructura.

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