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El empleo de resinas fluorocarbónicas para el aislamiento y vainas para cables y conductores eléctricos se difunde cada vez más cuando las condiciones particulares hacen que sea desaconsejable o realmente imposible la utilización de materiales convencionales.
Las resinas fluorocarbónicas FEP y PTFE presentan las siguientes características destacadas:
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· Alta resistencia térmica: utilizables en servicio continuo hasta 200 ºC y para el tipo FEP y 150 ºC para el tipo PTFE.
· Propiedades aislantes excepcionales: excelente rigidez dieléctrica y propiedades eléctricas constantes.
· Inercia química: resistencia al ataque de casi todos los productos químicos y ninguna absorción de humedad.
· Resistencia excelente a la intemperie: insensibilidad al efecto de la oxidación, de la exposición al sol, de la humedad, de las variaciones de la temperatura y, en general, a todas las influencias externas.
· Inflamabilidad: no arden en las condiciones en que otros aislantes orgánicos se inflaman.
· Buenas propiedades mecánicas: tenacidad y flexibilidad incluso a temperaturas muy bajas, ausencias de fenómenos de fragilización, de agrietamiento, de desgaste.
· Bajo coeficiente de fricción: son los sólidos más deslizantes hasta ahora conocidos.
· Resistencia a las radiaciones: de hecho se emplean muchísimo en el campo aeroespacial.
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| Las resinas fluorocarbónicas presentan además la ventaja de poder ser extruidas en grandes longitudes y no comportan necesariamente el empleo de conductores de cobre plateado o niquelado. |
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| PROPIEDAD |
MÉTODO DE
ENSAYO ASTM |
PTFE |
FEP |
| PESO ESPECIFICO |
D 792 |
2,14-2,24 |
2,12-2,17 |
VOLUMEN ESPECÍFICO, dm /kg |
D 792 |
0,459-0,481 |
0,466-0,474 |
| ÍNDICE DE REFRACCIÓN |
D 542 |
1,35 |
1,338 |
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN, kg/ cm |
D 638, D 651 |
175-280 |
190-218 |
| ALARGAMIENTO, % |
D 638 |
225-600 |
250-330 |
MÓDULO DE TRACCIÓN, 10 kg/cm |
D 747 |
0,041 |
0,035 |
| RESISTENCIA A LA COMPRENSIÓN, kg/cm |
D 659 |
120 |
- |
| RESISTENCIA, cm-kg POR cm DE ENTALLA (PROBETA CON ENTALLAS DE 12 x 12 mm, ENSAYO IZOD) 23 ºC |
D 256 |
136 |
No se rompe |
| DUREZA DE DURÓMETRO |
D 785 |
50D-65D |
55D |
CONDUCTIBILIDAD TÉRMICA 10 Cal/s/cm/C/cm |
C 177 |
6 |
6 |
| CALOR ESPECÍFICO, Cal/ºC/g |
- |
0,25 |
0,28 |
DILATACIÓN TÉRMICA 10 x ºC |
D 695 |
9,9 |
9,9 |
| RESISTENCIA TÉRMICA, ºC (CONTINUA) |
- |
260 |
205 |
| TEMPERATURA DE DISTORSIÓN AL CALOR, ºC |
D 648 |
121 (4,6 kg/cm) |
- |
| RESISTIVIDAD EN VOLUMEN, Ohmios-cm (U.R. del 50 %) 23 ºC |
D 257 |
>10 |
>10 |
| RIGIDEZ DIELÉCTRICA (CORTA DURAC. , 3,17 mm, kV/mm) |
D 149 |
24 |
24 |
| RIGIDEZ DIELÉCTRICA (POR GRADOS, 3,17 mm, kV/mm) |
D 149 |
17,2 |
- |
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| CONSTANTE DIELÉCTRICA, 60 CICLOS POR SEGUNDO |
D 150 |
2,1 |
2,1 |
| CONSTANTE DIELÉCTRICA, 10 CICLOS POR SEGUNDO |
D 150 |
2,1 |
2,1 |
CONSTANTE DIELÉCTRICA, 10 CICLOS POR SEGUNDO |
D 150 |
2,1 |
2,1 |
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| FACTOR DE DISIPACIÓN, 60 CICLOS POR SEGUNDO |
D 150 |
< 0,0002 |
< 0,0003 |
| FACTOR DE DISIPACIÓN, 10 CICLOS POR SEGUNDO |
D 150 |
< 0,0002 |
< 0,0003 |
| FACTOR DE DISIPACIÓN, 10 CICLOS POR SEGUNDO |
D 150 |
< 0,0002 |
0,0007 |
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| RESISTENCIA AL ARCO, SEGUNDOS |
D 495 |
> 300 |
> 300 |
| ABSORCIÓN DE AGUA, 24 H. 3,17 mm DE ESPESOR, % |
D 570 |
< 0,01 |
< 0,01 |
| VELOCIDAD DE COMBUSTIÓN |
D 635 |
Nula |
Nula |
| ACCIÓN DE LA LUZ SOLAR |
- |
Nula |
Nula |
| ACCIÓN DE LOS ÁCIDOS DÉBILES |
D 543 |
Nula |
Nula |
| ACCIÓN DE LOS ÁCIDOS FUERTES |
D 543 |
Nula |
Nula |
| ACCIÓN DE LOS ÁLCALIS DÉBILES |
D 543 |
Nula |
Nula |
| ACCIÓN DE LOS ÁLCALIS FUERTES |
D 543 |
Nula |
Nula |
| ACCIÓN DE LOS DISOLVENTES ORGÁNICOS |
D 543 |
Nula |
Nula |
| MAQUINABILIDAD |
- |
Excelente |
Excelente |
| TRANSPARENCIA |
- |
Opaca |
De transparente
a translúcida |
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Comparación de los datos de temperatura/corriente/peso característico de los poliolefinas, PVC y resinas de teflón PTFE y FEP.
LA IMPORTANCIA ECONÓMICA DEL AISLAMIENTO
A menudo, la propiedad que determina las dimensiones mínimas de un cable es la resistencia mecánica del conductor, más que sus características eléctricas o térmicas. Por consiguiente, las nuevas aleaciones de alta resistencia para los conductores han abierto el camino al empleo de diámetros menores sinperjuicio de la resistencia mecánica.
No obstante, empleando conductores de diámetro reducido, se alcanzan, especialmente en caso de sobrecarga, temperaturas muy altas que pueden ser soportadas solamente con un aislamiento realizado con un material de alta resistencia térmica; de ello se deduce que un aislamiento de este género permite una mayor flexibilidad de proyecto y ofrece posibilidades superiores de ahorro por el hecho de los pesos y dimensiones. Es ésta una de las consideraciones de mayor peso en el caso de las resinas "Teflón", ya que éstas pueden ser empleadas en servicio continuo a temperaturas de 260 ºC (PTFE) y de 200 ºC (FEP). El cloruro de polivinilo no resiste, en cambio, a temperaturas superiores a 105 ºC y también los polialquenos modificados por irradiación, poliolefinas son sometidos a degradación cuando la temperatura pasa de 125 ºC. Por lo tanto, los puntos más calientes del conductor no pueden tener valores superiores a los anteriormente expuestos.
En estos últimos, los fabricantes de cables y conductores eléctricos se han esforzado por poner a punto nuevos materiales con los cuales reducir los pesos y diámetros sin perjudicar la seguridad de funcionamiento: el resusltado ha sido una clara mejora de los cables de conexión.
Tales perfeccinamientos han sido impuestos no solamente por las exigencias de la industria aeroespacial sino también por la necesidad de mantener los costes dentro de límites razonables. Las dimensiones de un conductor abren a menudo el camino a proyectos más económicos y más razonables permitiendo al mismo tiempo la realización de equipos de mejor funcionamiento.
RELACIÓN TEMPERATURA/CORRIENTE
Las corrientes más altas admisibles en régimen estacionario para un conductor de diámetro máximo y temperatura máxima determinada pueden ser calculadas en función de la temperatura ambiente. Para tal fin se emplean los datos industriales existentes. La tabla 1 indica las condiciones en que están basados estos cálculos.
Fueron estudiados dos aislamientos de espesor diferente (10 y 15 milésimas) en una gama de temperatura de 0 ºC a 260 ºC variando la temperatura del conductor de 105 ºC a 260 ºC; los diámetros de los conductores fueron del orden de 2,05 a 2,06 mm. inclusive (AWG n. 12-N.30).
Los resultados teóricos para ambos aislamientos que indican las corrientes máximas admisibles con diferentes  T (diferencia entre la temperatura de servicio y la temperatura ambiente) se indican en los diagramas 1 y 2.
Como para numerosos aislantes escasean los datos acerca de su conductividad térmica a alta temperatura, hemos tomado como base para nuestros cálculos en valor de 1,45 miliwatios/cm/ºC como se sugiere en la norma EIA RS-214. Por otra parte, variaciones grandes de la conductividad térmica influyen en medida relativamente modesta en el cálculo de las corrientes.
TABLA 1 - HIPÓTESIS DEL CÁLCULO
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1. |
El conductor de sección circular y en posición horizontal en aire en calma. El cambio de calor tiene lugar por convección y por irradiación. |
2. |
El coeficiente de cambio por convección natural, tomado de la norma RS 214 EIA, se refiere a la temperatura ambiente de 20 ºC a presión atmosférica (nivel del mar) se emplea sin correcciones para todas las temperaturas ambiente consideradas. |
3. |
El cálculo es válido para corriente continua y para corriente alterna de baja frecuencia. |
4. |
Se ha supuesto 0,9 como coeficiente de emisión de la superficie de aislamiento. |
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CORRIENTES DE MAYOR INTENSIDAD CON T MÁS ALTO
Los diagramas 1 y 2 indican que mayores diferencias de temperatura permiten el paso de corriente de mayor intensidad, poniendo así en relieve la versatilidad de las resinas "Teflón", que pueden ser empleadas bajo cargas normales a temperaturas de ambiente más altas o con corrientes de mayor intensidad a temperaturas inferiores. La mayor parte de los otros materiales de aislamiento no poseen esta característica.
Estos diagramas sirven también para otro objetivo, que es el determinar las corrientes admisibles para cualquier tipo de conductor a temperaturas de ambiente hasta de 260 ºC. Ejemplo: se desea calcular la corriente máxima a la que se pueden emplear los conductores MIL-W-16878 Tipo "B" (de 105 ºC) y Tipo "E" de (260 ºC).
El gráfico 1 indica que ambos tipos, en el módulo AGW n.22, tienen un aislamiento de 10 milésimas. Si la temperatura ambiente es de 50 ºC la capacidad máxima del tipo "B" es entonces de 10A, mientras que la del tipo "E", a la misma temperatura, es de 20A, es decir, el doble. Igualmente, en el caso de que la temperatura ambiente sea de 75 ºC para el tipo "B" se tiene un límite de 7A en comparación con los 18A del tipo "E".
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| CONVERSIÓN DE NÚMEROS AWG A MM |
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AWG
N. |
DIÁMETRO
(mm) |
| 10 |
2,588 |
| 12 |
2,053 |
| 14 |
1,628 |
| 16 |
1,291 |
| 18 |
1,024 |
| 20 |
0,812 |
| 22 |
0,644 |
| 24 |
0,511 |
| 26 |
0,405 |
| 28 |
0,321 |
| 30 |
0,255 |
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DIAGRAMA Nº 1 - Corriente máxima en función de la diferencia de temperatura
(10 milésimas de pulgada (0,25 mm) de cualquier aislamiento)
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DIAGRAMA Nº 2 - Corriente máxima en función de la diferencia de temperatura
(15 milésimas de pulgada (0,335 mm) de cualquier aislamiento)
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LA IMPORTACIA ECONÓMICA DEL AISLAMIENTO
A menudo, la propiedad que determina las dimensiones mínimas de un cable es la resistencia mecánica del conductor, más que sus características eléctricas o térmicas. Por consiguiente, las nuevas aleaciones de alta resistencia para los conductores han abierto el camino al empleo de diámetros menores sinperjuicio de la resistencia mecánica.
No obstante, empleando conductores de diámetro reducido, se alcanzan, especialmente en caso de sobrecarga, temperaturas muy altas que pueden ser soportadas solamente con un aislamiento realizado con un material de alta resistencia térmica; de ello se deduce que un aislamiento de este género permite una mayor flexibilidad de proyecto y ofrece posibilidades superiores de ahorro por el hecho de los pesos y dimensiones. Es ésta una de las consideraciones de mayor peso en el caso de las resinas fluoradas, ya que éstas pueden ser empleadas en servicio continuo a temperaturas de 200 ºC (FEP) y de 150 ºC (TEZEL). El cloruro de polivinilo no resiste, en cambio, a temperaturas superiores a 105 ºC y también los polialquenos modificados por irradiación, poliolefinas son sometidos a degradación cuando la temperatura pasa de 125 ºC. Por lo tanto, los puntos más calientes del conductor no pueden tener valores superiores a los anteriormente expuestos.
En estos últimos años, los fabricantes de cables y conductores eléctricos se han esforzado por poner a punto nuevos materiales con los cuales reducir los pesos y diámetros sin perjudicar la seguridad de funcionamiento: el resusltado ha sido una clara mejora de los cables de conexión.
Tales perfeccinamientos han sido impuestos por la necesidad de mantener los costes dentro de límites razonables. Las dimensiones de un conductor abren a menudo el camino a proyectos más económicos y más razonables, permitiendo al mismo tiempo la realización de equipos de mejor funcionamiento.
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