Aislamiento

Materiales aislantes y sus propiedades

Los materiales aislantes forman el corazón de una máquina eléctrica. Durante el funcionamiento, estos materiales pueden estar sujetos a tensiones eléctricas, térmicas y mecánicas por lo que deben ser capaces de soportar las mismas y poseer las siguientes propiedades:

Esfuerzos eléctricos:

  • Alto voltaje de ruptura.
  • Buen rendimiento a largo plazo.
  • Descargas parciales bajas (huecos mínimos dentro del aislamiento o en la interfaz entre los sistemas de aislamiento).
  • Corrientes de fuga o fugas muy pequeñas.

Tensiones térmicas:

  • Alto rendimiento a largo plazo.
  • Pequeña deformación después de ciclos de temperatura.
  • Menor delaminación dentro del material aislante.

Esfuerzos mecánicos:

  • Alta resistencia mecánica para soportar las fuerzas debidas a la manipulación y las fuerzas mecánicas en funcionamiento.
  • Reducción mínima de la resistencia mecánica dentro de la temperatura y el voltaje de funcionamiento especificados.

 

Para lograr lo anterior, se puede utilizar el proceso de impregnación para minimizar los huecos dentro de los materiales aislantes. También se puede utilizar una prensa de hierro caliente para minimizar los pequeños huecos creados inadvertidamente al momento de envolver las cintas aislantes en muchas capas en las bobinas.

Algunos materiales aislantes y aglutinantes que se utilizan desde hace años son:

  • Madera, gutapercha, textiles y mica como materiales aislantes.
  • Goma, laca o betún como material aglutinante.
  • Resina sintética como poliéster y resina epoxi.
  • Caucho de silicona como material de alta temperatura.

Los tipos comunes de materiales aislantes que se utilizan para motores eléctricos son E y B para motores pequeños y F para motores medianos y grandes. Sin embargo, la práctica industrial general es limitar la temperatura a los límites de la clase B, incluso si se utiliza un aislamiento de clase F. La clase de aislamiento A,  se ha descontinuado debido a su baja temperatura de trabajo. Las carcasas del motor también se han estandarizado con aislamiento de clase E solo según las recomendaciones de IEC, para armonizar la intercambiabilidad de los motores eléctricos. Esta decisión se tomó porque el aislamiento de clase E ofrece una temperatura de trabajo más alta y una vida útil más larga. Estas carcasas también aseguran la utilización óptima de materiales activos como el cobre y el acero en un tamaño de carcasa particular. La clasificación de los materiales aislantes se basa en su temperatura máxima de trabajo continuo, establecida para 20 años de vida útil. Sin embargo, la temperatura recomendada según IEC 60034-1 es menor que ésta, ya que apunta a asegurar una vida útil aún más larga. En ámbitos donde es probable que la temperatura ambiente sea alta, 60°C aproximadamente durante el funcionamiento, como cerca de un horno, normalmente se utilizan aislamientos de clase F y H, ya que tienen temperaturas de trabajo y resistividad térmica más altas.

Según cada clase de aislamiento, se determinan los materiales aislantes que se pueden utilizar. Los ingredientes reales pueden ser una versión improvisada de estos materiales, en vista de continuas investigaciones y desarrollos en este campo, para buscar materiales aún mejores y más adecuados.

Clase de aislamiento A

Esta clase incluye materiales orgánicos fibrosos sobre una base de celulosa como papel, cartón prensado, algodón, tela de algodón y seda natural, etc., impregnados con lacas o sumergidos en un líquido aislante. La impregnación o inmersión asegura que el contenido de oxígeno del aire no afecte las propiedades aislantes ni mejore el envejecimiento térmico del material aislante. Los materiales típicos de esta clase son telas barnizadas y papel impregnado de aceite.

Clase de aislamiento E

Esta clase incluye esmaltes para alambre sobre una base de resinas de polivinil formal, poliuretano o epoxi, así como plásticos en polvo de moldeo sobre fenol-formaldehído y aglutinantes similares, con cargas de celulosa, plásticos laminados sobre papel y base de tela de algodón, películas de triacetato de celulosa, películas y fibras tereftalato de polietileno.

Clase de aislamiento B

Esta clase incluye materiales inorgánicos como mica, fibra de vidrio y amianto, etc., impregnados o pegados con barnices o composiciones que comprenden sustancias orgánicas ordinarias para resistencia al calor, como resinas sintéticas modificadas con aceite, betún, goma laca y baquelita.

Clase de aislamiento F

Esta clase incluye materiales inorgánicos como fibra de vidrio o poliéster y mica impregnados o pegados con epoxi, poliésterimida (poliamida o poliimida), poliuretano u otras resinas que tengan una estabilidad térmica superior.

Clase de aislamiento H

Se trata de materiales compuestos sobre bases de mica, fibra de vidrio y amianto, impregnados o encolados con resinas de silicona o elastómero de silicona. Estos materiales no deben contener ningún material fibroso orgánico, como papel o tela, que están cubiertos por los sistemas de aislamiento de clase B y F.

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