Conducción y Aislación Eléctrica

Desde un punto de vista de la electricidad, tenemos dos tipos de cuerpos en los que influyen los efectos electromagnéticos, siendo los cuerpos bueno conductores de la electricidad (Efecto de conducción eléctrica), y los cuerpos malos conductores de la electricidad (Efecto de aislación eléctrica). 

Introducción

Un conductor eléctrico es cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad, la diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica.

El fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a una temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.

Conducción Eléctrica

La conducción eléctrica es un efecto presente en todos los cuerpos que permiten el paso libre de los electrones a través de ellos, no todos los materiales conducen la electricidad de la misma forma. Para diferenciarlos, decimos que algunos presentan mayor “resistencia” que otros al conducir la electricidad, a este efecto de oponerse al paso de los electrones se le denomina resistencia eléctrica y se mide en ohmios, en honor a Georg Simon Ohm, que desarrolló los principios de la ley de Ohm.

Uno de los materiales sólidos con mayor conductividad eléctrica es el oro, pero claro esta que no podemos usar este material en toda la instalación eléctrica, ya que esto elevaría demasiado el costo final, por eso usamos cobre, y la una de las sustancias liquidas con mayor conductividad es el agua. 

En general, el flujo de electricidad a través de un conductor es debido a un transporte de electrones. Según la forma de llevarse a cabo este transporte, los conductores eléctricos pueden ser de dos tipos: conductores metálicos o electrónicos y conductores iónicos o electrolíticos. 

Conducción eléctrica en Metales

Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad presenta una buena conducción eléctrica, Los mejores conductores de electricidad son los metales, como el oro, la plata, el aluminio, el cobre, entre otros. 

Pero no todos los metales son buenos conductores de la electricidad pues existen otros que, por el contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello se emplean como resistencia eléctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se comporta de esa forma es el alambre nicromo (NiCr). Los metales son buenos conductores de la electricidad y del calor porque tienen espacios sin rellenar en la banda de energía de valencia.  

Características:

1. Consiste en un flujo de electrones en el conductor.
2. No se observan cambios en las propiedades químicas del conductor metálico.
3. No se observa una transferencia de materia notable.
4. Se observa un incremento en la resistencia a medida que se aumenta la temperatura del conductor metálico.

Esto podemos observarlo en el comportamiento de cualquier conductor de cobre, plata, oro o bien de aluminio. 

 

Conducción eléctrica en soluciones 

A este segundo tipo pertenecen las disoluciones acuosas. En ellas la conducción de electricidad al aplicar un campo eléctrico se debe al movimiento de los iones en disolución, los cuales transfieren los electrones a la superficie de los electrodos para completar el paso de corriente. 

La conductividad eléctrica (CE) de una disolución puede definirse como la aptitud de ésta para transmitir la corriente eléctrica, y dependerá, además del voltaje aplicado, del tipo, número, carga y movilidad de los iones presentes y de la viscosidad del medio en el que éstos han de moverse. 

 

¿Qué es entonces la conductividad de una solución?  

Es la capacidad de transferencia de carga electrónica por medio de la formación de iones, por lo cual podemos decir que la corriente que se produce en una solución recibe el nombre de CORRIENTE IONICA (que se considera como el producto de la transferencia de aniones y cationes atraídos por el polo negativo y el polo positivo respectivamente al tenerse en cuenta una diferencia de potencial). 

Características

1. Consiste en un movimiento orientado de los iones que se encuentran en la solución
2. Se observan reacciones químicas en los electrodos, pero anteriores a ellas se observan reacciones electroquimicas.
3. Se observa una transferencia de masa.
4. Muestra una menor resistencia a medida que aumenta la temperatura del electrolito, debido a la disminución de la viscosidad y el grado de hidratación de los iones.   

La aislación es el conjunto de elementos aislantes que intervienen en la ejecución de una instalación o construcción de un aparato o equipo, y cuya finalidad es aislar las partes activas entre sí para evitar descargas o cortocircuitos.   

El diseño y operación de equipo y maquinas eléctricas depende mucho en su buen comportamiento de los materiales conductores y aisladores usados, ambos juegan un papel muy importante, las propiedades de estos materiales aisladores son conocidos también como dieléctricos.   

Aislamientos sólidos

Aun cuando la tendencia es cada vez más fuerte hacia el uso de los materiales sintéticos, los materiales aislantes naturales todavía son indispensables en muchas aplicaciones. El algodón continua siendo ampliamente usado en la fabricación de placas aislantes y en cables. El asbesto constituye un material orgánico natural empleado en la fabricación  de alambres que operan a altas temperaturas y como placas resistentes al fuego. La mica representa un aislamiento excelente que actúa como soporte  para elementos a alta temperatura; por ejemplo los tostadores, o bien en los conmutadores para las escobillas de las máquinas de corriente continua.  

La mayoría de los aislamientos sintéticos se obtienen por medio de un proceso químico llamado polimerización, de manera que las sustancias así obtenidas se llaman polímeros; también el hule natural, las resinas, los barnices y la baquelita son polímeros, dependiendo de su composición y de la estructura moléculas, estos se dividen en varias categorías:

1. Polivinilo
2. Polivesterano
3. Poliéster
4. Nylon
5. Dacron
6. Mylar 

Aislamientos líquidos

El aceite natural se usa en los transformadores de potencia de cierta capacidad como aislamiento y como elemento de conducción del calor, producido por las pérdidas en el núcleo y en los devanados, también provee la oxidación de los materiales aislantes, ya que rodea completamente los devanados y no permite el acceso de aire.  

La oxidación es particularmente importante en los transformadores que operan con voltajes muy elevados, también se usa en transformadores pequeños o medianos debido a que por ser mejor dieléctrico que el aire, reduce el tamaño. El aceite tiene la desventaja de ser flamable pues su temperatura de ignición es alrededor de 1500 c .   

Aislantes gaseosos

Uno de los mejores aisladores que se conocen es el aire que nos rodea, sus propiedades térmicas son mejores que las de la porcelana y actúa también como un agente  de enfriamiento, y lo mejor no cuesta nada, sin embargo a temperaturas muy altas el aire se convierte en un buen conductor, llevando al fenómeno de ionización. Por ejemplo, a 2000 0 c   la resistividad el aire es tan alta como la de la porcelana mientras que entre 5000 0 c    y 50,0000 c    su conductividad se aproxima a la del agua salada. El hexafloruro es otro importante gas aislante, sus moléculas tienen la capacidad de absorber electrones libres.   

Aislantes térmicos naturales

Los aislantes térmicos son materiales de construcción que se utilizan para un mejor aislamiento de la temperatura exterior de la casa tanto si es frío como calor. Un buen aislamiento térmico puede frenar hasta un 60 % la pérdida de calor o frío en su hogar, con lo que el ahorro en calefacción o refrigeración puede ser hasta del 40% (en facturas de luz, gas o gasoil). 

El aislamiento térmico natural está fabricado a base de materiales naturales que, además de tener unas buenas características de alta resistencia térmica, no son tóxicos. En España, recientemente, están entrando en el mercado aislamientos térmicos naturales como el corcho, diversas lanas orgánicas, como la lana de oveja y el cáñamo, mientras que la celulosa hace más de 25 años que se utiliza, aunque ya tiene una antigüedad en este campo de al menos un siglo en USA ,donde se empezó a utilizar.  En resumen podemos decir que los aislantes pueden ser orgánicos e inorgánicos.