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• Norberto Rosas

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA Departamento de Ingeniería Eléctrica.

Tecnológico Nacional de México Campus Instituto Tecnológico de Orizaba

Materia: Pruebas y mantenimiento eléctrico Horario: lunes a viernes de 9-10 horas Maestro: cabrera luna Norberto Práctica: 1.- Prueba de rigidez dieléctrica Presenta: rosas Tejeda Norberto Carrera: Ingeniería Eléctrica

Fecha de realización: 20-09-2019 2019

Manual de prácticas de Pruebas y mantenimiento eléctrico

Fecha a entregar: 27-09-

Ing. Norberto Cabrera Luna.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA Departamento de Ingeniería Eléctrica.

PRÁCTICA NO. 1 PRUEBA DE RIGIDEZ DIELECTRICA DE ALGUNOS MATERIALES AISLANTES. OBJETIVO: El estudiante: 1-. Determinará el voltaje de ruptura de la rigidez dieléctrica del aire y algunos aislantes sólidos. 2.- Interpretará los resultados de los valores de rigidez dieléctrica.

COMPETENCIAS ESPERADAS: a) Investigación y análisis matemático b) Habilidades en el manejo del equipo de medición de rigidez dieléctrica. c) Conocimientos sobre campo eléctrico, rigidez dieléctrica, diferencia de potencial.

MARCO TEÓRICO RIGIDEZ DIELÉCTRICA

Definición: Manual de prácticas de Pruebas y mantenimiento eléctrico

Ing. Norberto Cabrera Luna.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA Departamento de Ingeniería Eléctrica. La rigidez dieléctrica o rigidez electrostática es valor límite de la intensidad del campo eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora y pasa a ser conductor. Los campos eléctricos moderados son los que no arrancan electrones ligados de los átomos. Por tanto, no producen corrientes importantes en los dieléctricos, pues solo mueven los escasos electrones libres que pueda haber en el dieléctrico. Pero si se aumenta el valor del campo, puede llegar a arrancar un gran número de electrones ligados. Entonces la corriente en el dieléctrico crece bruscamente y suele dañar el dieléctrico por elevación de temperatura. El mayor valor del campo eléctrico que no produce este incremento brusco de corriente se llama rigidez dieléctrica. También la definimos como la máxima tensión que puede soportar un aislante sin perforarse. A esta tensión se la denomina tensión de rotura de un dieléctrico. El término rigidez se utiliza cuando la materia transmite energía, vibra en su extensión llevando su mensaje de una molécula a otra. Cuando no vibra, pues está rígida y no transmite nada. Cuanto más rígida es, más aislante resulta. El valor límite de la intensidad del campo eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora, se llama rigidez dieléctrica del material.

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Ing. Norberto Cabrera Luna.

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La rigidez dieléctrica es aquel valor de E para el cual un material dado deja de ser aislante para convertirse en conductor.

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA Departamento de Ingeniería Eléctrica. El espinterómetro es un aparato que sirve para medir la rigidez dieléctrica de un material, la cual se mide por la cantidad de voltios que producen la perforación del material. Para ello se coloca el material en estudio entre las armaduras de un condensador, y se aplica una diferencia de potencial conocida entre ellas. Para ello se utiliza el espinterómetro, que es una máquina productora de altas diferencias de potencial, para lo que suele usarse corriente alterna con un transformador elevador de tensión, con un regulador de dicha tensión. Los extremos terminan cada uno en una bola metálica. Es lo que se denomina como descargador.

Imagen de un Espirómetro

Otro aparato que sirve para medir la rigidez dieléctrica pero del aceite es el llamado Chispómetro que dispone de una vasija con dos electrodos sumergidos en aceite, se va elevando la tensión a velocidad constante hasta que se produce la ruptura, así hasta 6 veces, se tiene en cuenta el valor medio.

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Imagen de un chispometro La rigidez dieléctrica se expresa como cociente entre la tensión de perforación del material y el espesor de la pieza aislante y se mide en kV/mm. En el caso de que la tensión que se aplica al aislante sea alterna hay que especificar si se utiliza su valor eficaz o el de cresta (valor máximo). Usualmente se utiliza el valor de cresta. El valor de la rigidez dieléctrica depende de las condiciones en las que se realiza el ensayo del material: dimensiones y forma de los electrodos, espesor del aislante, duración de la aplicación del voltaje, frecuencia, forma de la onda de tensión, condiciones ambientales, etc. También existe la rigidez dieléctrica superficial cuando la tensión se aplica entre dos puntos de la superficie del aislante. En este caso la rigidez eléctrica es el cociente entre la tensión de perforación y la distancia entre los electrodos. La rigidez dieléctrica superficial también se mide en kV/mm, pero ahora, si la tensión es alterna, se utiliza su valor eficaz. Los materiales aislantes sumergidos en aceite tienen mejor rigidez dieléctrica que los que se encuentran al aire.

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MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO: Equipo de rigidez dieléctrica con calibrador. Estopa. Lija fina para agua Pie de rey. Materiales aislantes: aire, papel, papel pescado, cartón, PVC, maylar, madera, vidrio, thinner, gasolina blanca y aceite.

PROCEDIMIENTO: 1. Antes de energizar el equipo de rigidez dieléctrica, visualice sus partes del equipo, para familiarizarse con él. Copa contenedora y electrodos para prueba

Calibrador para electrodos de prueba

Autotransformador, regulador de voltaje, interruptor, voltímetro y sistema de control.

Medición de la rigidez dieléctrica del aire. Manual de prácticas de Pruebas y mantenimiento eléctrico

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2. Limpie los electrodos y la copa con un solvente (gasolina blanca). 3. Limpie la copa y los electrodos con un trapo o pieza de franela o paño limpio. 4. Examinar los electrodos asegurándose que no existan escoriaciones causadas por el arco eléctrico o acumulación de contaminantes. Si las escoriaciones son profundas se deben de pulir con una lija para agua de la más fina, el carbón y la suciedad se deben eliminar. 5. Separe los electrodos a 2.5 mm, con el calibrador. 6. Al iniciar las pruebas se deben asegurar que la tapa de la copa se encuentre colocada. 7. Energiza el equipo y coloque el selector en forma automático. 8. El equipo aumentará el voltaje (kV) de pruebas en forma automática y se detendrá cuando llegue al voltaje de ruptura del material en prueba, tomé la lectura del voltaje que marque el voltímetro del equipo. 9. Anote los resultados en la tabla N° 1.1. 10. Realice la misma prueba separando los electrodos a 1y 2 cm. Anote los resultados en la tabla N° 1.1. Medición de la rigidez dieléctrica de algunos materiales aislantes. 11. Coloque entre los electrodos una muestra de los aislantes sólidos y repita la prueba desde el inciso 6, anote los resultados en la tabla N° 1.1.

Tabla Ni 1.1 Valores de rigidez dieléctrica de materiales aislantes. Material Valor teórico Valor de Distancia de Observaciones en kV. prueba en electrodos en Aire

kV. 12 kv

mm. 2.5 mm

Se observo que el valor en kv varía Aire 13 kv 5 mm debido a la distancia de los electrodos. Papel 12 kv 0. 5 mm La corriente eléctrica 12 kv/mm logro perforar este material Papel 14 kv 0.6 mm La corriente eléctrica pescado logro perforar este 16 kv/mm material, pero el orificio que hizo era más pequeño que el del papel Madera 14 kv/mm 12 kv 5.5 mm La corriente la comprimida atravesó. Maylar 21.81 kv/mm 16.5 kv 0.7 mm La corriente no logro perforar al maylar. Manual de prácticas de Pruebas y mantenimiento eléctrico Ing. Norberto Cabrera Luna.

0.4 - 3.0 kv/mm

Fibra Roja

Fibra Roja Compacta Vidrio

2 Vidrios

Agua Potable Agua Potable

Diésel

INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA Departamento de Ingeniería Eléctrica. 14 kv 2.5 mm La corriente eléctrica logro perforar este material debido al deterioro que tiene. 25 kv 7.2 mm No traspaso el material pero rodeo la superficie. 30 kv 3 mm La corriente eléctrica 25 - 41 se condujo por la kv/mm superficie y se vio que este material es un excelente aislante 25 - 41 37 kv 6 mm La corriente eléctrica kv/mm se condujo por la superficie y se vio que este material es un excelente aislante 30 kv/mm 11 kv 2.5 mm Este material fue atravesado fácilmente 30 kv/mm 11 kv 5 mm Este material fue atravesado fácilmente y no vario en la prueba. 13 kv 2.5 mm Genera burbujas antes de que se manifieste el arco. 11 kv

2.5 mm

12 kv

2.5 mm

32 kv

2.5 mm

Gasolina Blanca Thinner Aceite de Cocina

10 - 15 kv/mm

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Genera pocas burbujas antes de que se manifieste el arco. No se observó burbujeo Se generaron burbujas cuando se generó el arco eléctrico.

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OBSERVACIONES A lo largo de la practica me pude percatar de que cuando se rompía la rigidez dieléctrica de los materiales estos tenían distintos comportamientos, en algunos materiales líquidos, cuando estaban apuntó de generar el arco eléctrico se dispersaban alrededor de ellos unas cuantas burbujas tal es el caso del aceite vegetal, el aceite mineral y el disel y en algunos no se pudo percibir alguna manifestación. En el caso de los materiales solidos se observó que en algunos se les hacía un pequeño orificio, observando este pequeño orificio se da uno cuenta de que la corriente eléctrica perforó el material esto se pudo observar en el cartón, el papel, la cinta de aislar, el triplay, y el maylar. En otros materiales se podía apreciar la manifestación del arco eléctrico como en el caso del vidrio. Se tomaron ciertas precauciones para el recipiente en el cual se retenían los materiales para realizar las pruebas correspondientes, como cada vez que se tenía que poner otro material en el recipiente, este era limpiado lo mejor posible para que se eliminaran los residuos del material anterior para que así no afectará al siguiente material a la hora de hacer la prueba de rigidez dieléctrica, en algunos materiales que su consistencia es muy espesa y se adhiere al recipiente como el aceite vegetal y el aceite mineral se optó por enjuagar el recipiente con gasolina blanca.

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CONCLUSIONES Después de haber terminado la prueba de rigidez dieléctrica a los materiales aislantes que se habían propuesto se determina que todos utilizados tienen una residencia eléctrica muy alta, la rigidez dieléctrica de una material aislante es la capacidad que tiene un material para oponerse al paso de la corriente eléctrica y este capacidad depende de diferentes factores, dependen de las características del material, ya que cada material tiene diferentes características, por lo que algunos materiales poseen mayor rigidez eléctrica que otros. Se pensó que aumentado el volumen del dieléctrico la rigidez aumentaría proporcionalmente, pero se pudo verificar con el vidrio que al aumentar del volumen el material, no aumenta proporcional, si no que aumenta solo un porcentaje muy bajo. A los materiales que se les hizo la prueba de rigidez dieléctrica, en la mayoría de los casos los materiales tenían un alto valor de rigidez dieléctrica dieléctrica tal es el caso del diésel, las gasolinas, thinner, el aceite vegeta, pero aunque tengan un alto valor de rigidez, no todos pueden servir cómo un aislante para las máquinas eléctricas, el motivo por el cual estos dieléctricos no se utilizaban como aislantes es porque tienen otras características que no los hacen ser inadecuados para su implementación, por ejemplo se los combustibles no se utilizaban por qué estos se gasifican y son inflamables (hay riesgo de incendio), por este motivo no se puede realizar su implementación y si se llegara a implementar se desgastarían fácilmente y se tendría que dar un mayor mantenimiento. Como se sabe un aislante tiene resistencia volumétrica y resistencia superficial, ala hora de hacer esta prueba se reafirma que dependiendo de cada material se rompe alguna de las dos por ejemplo en el papel se presentó la ruptura de la rigidez volumétrica a diferencia del vidrio que se presento la ruptura de la rigidez superficial, en cada material se presenta alguna de las dos dependiendo de las características del material. Gracias a esta práctica nos podemos dar cuenta qué hay materiales qué tienen una rigidez muy alta pero que a veces no sólo se busca estas características si no que se toman en cuenta algunas otras ya que para elegir material dieléctrico se necesita que este sea el más adecuado Y sus características requeridas. En la prueba de rigidez que se le realizo al aceite del transformador, se obtuvieron valores muy bajos a los que se requieren para que un transformador pueda funcionar correctamente, por lo que la implementación del transformador no puede ser. Cave mencionar que con una inspección visual se resaltó el mal estado en que se encontraba el aceite. La rigidez dieléctrica es muy importante para poder valorar la calidad un aislamiento y gracias a eso se puede tomar la decisión de darle mantenimiento correcto al dieléctrica y así evitar un accidente, mal funcionamiento, pérdidas económicas, paros en la producción, dañar a la máquina etc.

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BIBLIOGRAFÍA Ciencia de los materiales. Escrito por Wenceslao González Viñas, Héctor L. Mancini. http://personales.upv.es/jquiles/prffi/conductores/ayuda/hlpkdielectrica.htm https://es.wikipedia.org/wiki/Rigidez_diel%C3%A9ctrica https://www.coursehero.com/file/p51svi7/Material-Constante-diel%C3%A9ctrica-Rigidezdiel%C3%A9ctrica-MVm-Vacio-10-20-40-Aire/ https://www.electricistas.cl/PDF%20electricistas/dielctrico.pdf https://www.monografias.com/trabajos64/fisica-electrica/fisica-electrica3.shtml http://www.ridao.es/files/03AISLANTESFLEXIBLES3PRESSPHANMYLAR.pdf https://sites.google.com/site/fisicacbtis162/services/2-4-2-rigidez-dielectrica

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