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Electrónica Online

¿Qué es un Dieléctrico y Para que Sirve?

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Los materiales utilizados en la industria electrónica se clasifican en función de la conducción de la electricidad. Son de tres tipos: conductores, semiconductores y aislantes.

La finalidad de los materiales dieléctricos es impedir la conducción de electricidad. Se asemejan a la funcionalidad de los aislantes.

La aplicación más famosa del material dieléctrico se observa en los condensadores. Porque las placas conductoras están separadas por un medio no conductor conocido como material aislante. Según el tipo de material aislante elegido se clasifican varios tipos de condensadores.

¿Qué es un Material Dieléctrico?

Un material dieléctrico se define como el material no metálico con alta resistividad, coeficiente de temperatura de resistencia negativa y con gran resistencia de aislamiento. La otra forma de definir el material dieléctrico es que es un material no conductor que almacena cargas eléctricas.

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Cuando un dieléctrico se coloca en un campo eléctrico, las cargas eléctricas no fluyen a través del material, las cargas eléctricas se desplazan ligeramente de sus posiciones medias de equilibrio, causando la polarización dieléctrica.

La polarización dieléctrica hace que las cargas positivas fluyan en la dirección del campo y las negativas se desplacen en la dirección opuesta al campo. Este fenómeno produce un campo eléctrico interno, que a su vez reduce el campo eléctrico global dentro del material dieléctrico.

La susceptibilidad eléctrica otorga la medida con la que un material dieléctrico puede polarizarse cuando se coloca en un campo eléctrico.

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Los materiales dieléctricos son mayoritariamente sólidos. Algunos de los dieléctricos están compuestos por moléculas débilmente enlazadas. En estos casos, además de la polarización, podemos observar que las moléculas se reorientan para alinear sus ejes de simetría con el campo.

Propiedades del Material Dieléctrico

A la hora de seleccionar la solución de aislamiento adecuada para una aplicación eléctrica, es importante conocer las capacidades y propiedades dieléctricas del material o materiales utilizados.

Un material dieléctrico es un mal conductor de la electricidad, pero puede soportar campos electrostáticos. Esto significa que si el material se expone a un campo eléctrico externo, la sustancia se polariza. Esto le permite almacenar carga eléctrica, por lo que es un mal conductor, pero un buen medio de almacenamiento.

Otra propiedad importante de los dieléctricos es su capacidad para soportar un campo electrostático que disipa un mínimo de energía térmica: cuanto menor sea la pérdida dieléctrica (la cantidad de calor disipada cuando se carga), más eficaz será el material como dieléctrico. Además, una propiedad importante es la constante dieléctrica, a veces conocida como permitividad relativa. Se trata de la relación entre la cantidad de energía eléctrica almacenada en un material por una tensión aplicada, en relación con la almacenada en el vacío.

Una constante dieléctrica más baja tiende a ser deseable porque las sustancias con constantes dieléctricas altas tienen tendencia a romperse más fácilmente cuando se someten a campos eléctricos intensos, de ahí que los materiales con constantes eléctricas bajas y moderadas se utilicen normalmente en aplicaciones de alta tensión.

A continuación se muestran las propiedades de los materiales dieléctricos:

  • La brecha de energía en los materiales dieléctricos es muy grande.
  • El coeficiente de temperatura de la resistencia es negativo y la resistencia de aislamiento es alta.
  • Los materiales dieléctricos tienen una alta resistividad.
  • La atracción entre los electrones y el núcleo madre es muy fuerte.
  • La conductividad eléctrica de estos materiales es muy baja, ya que no hay electrones libres para transportar la corriente.

¿Cuáles son las Propiedades Dieléctricas del Aislamiento?

A continuación se describen las propiedades dieléctricas del aislamiento:

  • Tensión de ruptura
  • Parámetros dieléctricos como:
    • Conductividad
    • Factor de potencia
    • Ángulo de pérdida
    • Permitividad

¿Cuáles son las Propiedades Dieléctricas de los Sólidos?

A continuación se muestran las propiedades dieléctricas de los sólidos:

  • Piezoelectricidad
  • Piroelectricidad
  • Ferroelectricidad
  • Anti ferroelectricidad

¿Cuáles son las Propiedades Dieléctricas de los Alimentos?

A continuación, las propiedades dieléctricas que influyen en los alimentos:

  • Frecuencia de las microondas o de las radiofrecuencias
  • Cantidad de agua presente en los alimentos
  • La temperatura
  • La densidad del material
  • Composición y estructura del material

Tipos de Materiales Dieléctricos

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Los materiales dieléctricos se dividen en tipos según su estado: sólido, líquido o gaseoso. Cada tipo tiene diferentes propiedades dieléctricas y, debido a su estado, diferentes aplicaciones.

Dieléctricos Sólidos

En la práctica, la mayoría de los materiales dieléctricos tienden a ser sólidos. Se utilizan como aislamiento en condensadores, transformadores e interruptores de alta tensión, líneas aéreas y cableado. Los dieléctricos sólidos tienen una constante dieléctrica moderada.

Algunos ejemplos de materiales dieléctricos sólidos son:

  • Materiales inorgánicos como la cerámica y el vidrio
  • Plástico (por ejemplo, Kapton)
  • Resinas, barnices y siliconas
  • Cintas adhesivas vulcanizadas
  • Mica
  • Textiles y fibras (por ejemplo, Nomex)
  • Elastómeros y materiales similares al caucho (por ejemplo, PVC, MDPE, XLPE)

Cada tipo de material dieléctrico sólido tiene sus propias propiedades físicas, eléctricas y térmicas que lo hacen adecuado para un tipo de aplicación diferente. Algunos son obviamente más flexibles, duraderos, absorben más o menos humedad y tienen diferentes propiedades de aislamiento térmico.

Dieléctricos Líquidos

Uno de los usos más comunes de los dieléctricos líquidos es el aislamiento y la refrigeración de transformadores, reactores, condensadores y reóstatos (resistencias variables utilizadas para controlar las corrientes). Los dieléctricos en forma líquida se utilizan para prevenir o ralentizar las descargas eléctricas. La principal desventaja de muchos dieléctricos líquidos es que son altamente inflamables. Si bien se han probado alternativas al aceite mineral, como los bifenilos policlorados (PCB), estos son altamente tóxicos y se prohibieron en la década de 1970. Otros dieléctricos líquidos, como los aceites de silicona y fluorocarbono, son muy caros.

Los ejemplos de materiales dieléctricos líquidos son:

  • Hidrocarburos de aceite mineral
  • Fluidos de silicona
  • Ésteres sintéticos

Dieléctricos de Gas

Los dieléctricos de gas se usan comúnmente en transformadores sellados, interruptores de voltaje, disyuntores y transformadores con aislamiento de gas (GIT). El gas aislante más común, el hexafluoruro de azufre, tiene un alto contenido de flúor, que es excelente para apagar la descarga y tiene buenas propiedades de enfriamiento. Sin embargo, la descomposición puede producir decafluoruro de disulfuro, que es altamente tóxico.

Algunos dieléctricos de gas son:

  • Hexafloruro de azufre
  • Nitrógeno
  • Aire seco
  • Dióxido de carbono
  • Hidrógeno

Diferencia entre Dieléctrico y Aislante

Los dieléctricos se confunden a menudo con los aislantes, aunque hay diferencias entre estos tipos de materiales. Por ejemplo, todos los dieléctricos son aislantes, pero no todos los aislantes son dieléctricos.

El aislante suele implicar una baja conductividad eléctrica. Sin embargo, el término dieléctrico se suele utilizar para designar el material con una polarizabilidad superior. Se expresa numéricamente mediante la permitividad relativa.

El aislante indica la obstrucción eléctrica, mientras que el dieléctrico indica la capacidad de un material para almacenar energía (por medio de la polarización).

En la siguiente tabla se destacan algunas diferencias entre los dieléctricos y aislantes:

DieléctricosAislantes
Pueden desarrollar un campo eléctrico interno, que anula la tensión aplicada externamente.No desarrollan un campo eléctrico interno.
Los dieléctricos se polarizan fácilmente y pueden almacenar cargas.Los aislantes obstruyen activamente la electricidad.
Contienen enlaces relativamente débiles dentro de los átomos.Contienen enlaces covalentes fuertes.
Su aplicación se encuentra en los cables de alimentación, condensadores y másSe utilizan en sistemas de alta tensión y en los cables conductores

¿Dónde se Utilizan los Materiales Dieléctricos?

Los materiales dieléctricos se utilizan en numerosas aplicaciones:

  • Por su capacidad de almacenar cargas, se utilizan sobre todo para el almacenamiento de energía en condensadores y para construir líneas de transmisión de radiofrecuencia.
  • Los materiales dieléctricos de alta permeabilidad se utilizan a menudo para mejorar el rendimiento de los semiconductores. En transformadores, reóstatos, reactores en derivación y reactores de tierra, los materiales dieléctricos, como los aceites minerales, actúan como agentes refrigerantes y aislantes.
  • Los dieléctricos también se utilizan en pantallas de cristal líquido, osciladores de resonancia y dispositivos de microondas sintonizables.
  • En algunas aplicaciones, los dieléctricos especialmente tratados sirven como equivalente electrostático de los imanes.

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