ARBORESCENCIA EN AISLAMIENTO DE CABLES SUBTERRANEOS

arborecencias en cablesson muchos los mecanismos que pueden provocar el deterioro del sistema de aislamiento de un cable, por ahora analizaremos solo una la de mayor interés en el desarrollo técnico de aislantes de cables de distribución subterránea.
Árborescencias en los cables
Este problema se manifiesta con la formación de canales potenciales de falla que adoptan la forma de un árbol. Con frecuencia las árborescencias aparecen originadas por descargas en las cavidades, por las partículas de impurezas, o por imperfecciones en las capas adyacentes al material aislante; o por la humedad que penetra en el polietileno extruido, siendo causa de la arborescencia. En los dieléctricos orgánicos sólidos, las arborescencias parecen ser el mecanismo más probable de falla eléctrica a largo plazo, en comparación con la falla catastrófica más rápida. Puntualizando, las causas de la aparición de la arborescencia se pueden clasificar como: eléctrica, agua y electroquímica, todos ellos se inician en lugares de altos esfuerzos eléctricos.
Arborescencias de Agua
La causa principal de envejecimiento del aislamiento y subsecuentes fallas en el caso de cables extruidos son las árborescencias de agua, los cuales representan un verdadero cáncer para aislamientos XLPE y EPR. Este tipo de defecto crece y madura debido a un proceso de electroforesis en los cables extruidos. Cuando se desarrolla la arborescencia, se forman canales electro-oxidados de muy poco diámetro que siguen la dirección del campo eléctrico y tratan de puentear el aislamiento.
El establecimiento de un campo eléctrico aumenta la penetración de la humedad en los materiales orgánicos, con resultados nocivos. El polietileno tiene una permeabilidad más baja para la humedad que cualquier otro plástico, excepto el PVC. Para que crezcan las arborescencias de agua, se requiere que existan esfuerzos de agua y de CA. Cuando la concentración de agua aumenta, la tensión que origina las arborescencias de agua disminuye.
Así la degradación por arborescencias de agua, siempre asociadas a la humedad, tendrá crecimiento lento (meses, años), probablemente con vacíos discretos separados por el aislamiento, pero distintivamente, el aislamiento debe estar manchado para verlos.
Esto puede ser resultado de los productos químicos en o alrededor del cable, o bien, puede ser manchado al momento de examinar el cable. Los contaminantes solubles, como las sales, son particularmente dañinos porque propician la oxidación.

EL INVENTO QUE CAMBIO EL MUNDO

el invento que cambio el mundoEl invento que cambió el mundo: el cable eléctrico
¿Te imaginas qué pasaría si un día ya no tuviéramos energía eléctrica? Es posible imaginar un futuro catastrófico, porque en la actualidad la electricidad es el tipo de energía más empleado en la vida cotidiana. Pero qué pensarías si te digo que la importancia de ésta recae en un invento humano que cambió el mundo por completo y es el cable eléctrico.
Quizá nunca hayas pensado en su importancia porque es un invento de uso común, sin embargo, sin él sería imposible llevar la electricidad a las escuelas, las fabricas y los hogares porque a pesar de que la electricidad es un fenómeno físico asociado a cargas eléctricas estáticas o en movimiento y se encuentra en cualquier lugar, necesita un conductor.
A pesar de que los primeros fenómenos de la naturaleza eléctrica fueron observados aproximadamente en el año 600 a.C por el filósofo griego Tales de Mileto, no fue hasta el año 1780 que Alessandro Volta por medio del invento de la pila eléctrica, descubrió que al generarse electricidad se requerían de metales conductores (cobre o hierro) para que al ser puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmitieran ésta a todos los puntos de su superficie.
Al principio se utilizaban placas gruesas de cobre mismas que con el paso del tiempo se redujeron de tamaño hasta llegar a convertirse en el cable eléctrico.
Esta invención logró impulsar el interés por las aplicaciones tecnológicas de la electricidad a mediados del siglo XIX, cuando inventores como Nikola Tesla, Thomas Alva Edison o Samuel Morse crearon aparatos que necesitaban energía eléctrica y con ello impulsaron la llegada de la electricidad a las calles y hogares, lo que sustituyó las lámparas de aceite y las velas.
En el siglo XX, los nuevos inventos y aplicaciones que necesitaban de la electricidad como fuente de energía crearon la revolución de la electricidad y más tarde de la electrónica mismas que no hubieran sido posibles sin los cables eléctricos que llevan la electricidad a todas partes a través de poderosos generadores en las centrales eléctricas.
Actualmente el uso de la energía eléctrica ha contribuido al bienestar del desarrollo humano, no obstante, también ha generado que el sector energético sea decisivo en la economía mundial.

INFORME ANUAL 2012

Los duendes de las estadísticas de WordPress.com prepararon un informe sobre el año 2012 de este blog.

Aquí hay un extracto:

4,329 films were submitted to the 2012 Cannes Film Festival. This blog had 22.000 views in 2012. If each view were a film, this blog would power 5 Film Festivals

Haz click para ver el reporte completo.

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DISIPACION DE CALOR MEDIANTE CRISTALES FERROELECTRICOS

cristales ferroelectricosDisipación de calor mediante cristales ferroeléctricos y el efecto electrocalórico
Se ha descubierto un nuevo y eficiente modo de bombear calor utilizando cristales especiales. Estos cristales pueden inyectar o extraer calor, incluso a escala nanométrica, por lo que podrían ser usados en chips de ordenador para evitar el sobrecalentamiento, que es actualmente un obstáculo importante para lograr velocidades más altas en los ordenadores.
El equipo de Ronald Cohen, del Laboratorio Geofísico en el Instituto Carnegie de Ciencia, en Washington, D.C., y Maimon Rose, ahora en la Universidad de Chicago, realizó simulaciones sobre cristales ferroeléctricos, que son materiales que tienen polarización eléctrica en ausencia de un campo eléctrico.
La polarización eléctrica se puede revertir aplicando un campo eléctrico externo.
Los científicos encontraron que la introducción de un campo eléctrico provoca un cambio de temperatura gigantesco en el material, lo cual es un fenómeno conocido como efecto electrocalórico.
El efecto electrocalórico permite así bombear calor por medio de un campo eléctrico aplicado.
Simulación de la dinámica molecular del material utilizado.
Desde la década de 1930, se conoce este efecto, pero no había sido aprovechado porque se venían usando materiales con altas temperaturas de transición.
Los autores del nuevo estudio han comprobado que el efecto es considerablemente mayor si la temperatura ambiente está bien por encima de la temperatura de transición, así que es mejor usar materiales con una temperatura de transición baja.

CORRIENTE ELECTRICA ENTRE DOS METALES DISPARES

Comportamiento de la corrienteEn el punto donde entran en contacto dos cables, cada uno de un metal muy distinto del otro, las cargas eléctricas pueden experimentar cambios importantes de conducta cuando las dimensiones de ese punto de unión son muy pequeñas. Un nuevo estudio revela detalles inesperados sobre ese comportamiento.
El tamaño de las piezas de los circuitos electrónicos disminuye cada año, gracias a la agresiva miniaturización augurada por la Ley de Moore, la cual postuló que la densidad de transistores en los circuitos integrados se duplicaría cada 18 meses aproximadamente.
Este progreso constante ha hecho posible que podamos llevar ordenadores en nuestros bolsillos, pero plantea serios retos. Al disminuir hasta la escala atómica los tamaños de las piezas, la conducta en ellas de las cargas eléctricas deja de estar atada a las leyes del mundo macroscópico y empieza a obedecer cada vez más a las leyes del mundo microscópico, incluyendo las de la mecánica cuántica.
Para construir los chips de ordenador del futuro, los diseñadores necesitarán conocer a fondo cómo se comporta una carga eléctrica cuando se confina a cables metálicos de sólo pocos átomos de diámetro.
El equipo del físico Peter Grütter, de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, en colaboración con especialistas del centro de investigación y desarrollo que la empresa General Motors tiene en Warren, Michigan, Estados Unidos, han mostrado que la corriente eléctrica puede disminuir drásticamente en la unión de cables de dos metales distintos. Los investigadores estudiaron un contacto minúsculo entre oro y tungsteno, dos metales que actualmente se utilizan en combinación para chips de ordenador a fin de conectar distintos componentes funcionales de un dispositivo.
La reducción sorprendentemente marcada de la corriente, que constituye un buen ejemplo de “rareza cuántica”, revela un importante reto que podría influir en las decisiones que se tomen para escoger los materiales y al diseñar dispositivos en el campo emergente de la nanoelectrónica.

RECOMENDACIONES SOBRE ELECTRICIDAD ESTATICA

La electricidad estática esta presente en la carga de combustibles
Las descargas electrostáticas pueden y de hecho llegan a causar graves accidentes en la zona de surtidores de las estaciones de servicio. Sin embargo, la concienciación sobre estos riesgos sigue siendo baja en el sector
El sector de las estaciones de servicio presenta un entorno en el que la formación de atmósferas explosivas es bastante frecuente y que cualquier chispa –por mínima que sea- puede encender. También el trasvase de combustible a través de recipientes de plástico aislante puede producir una acumulación de electricidad estática y la posibilidad de descargas electrostáticas con energía suficiente para causar la ignición.
Por esta razón, es importante recordar algunas recomendaciones a tener en cuenta para evitar que alguna de estas situaciones se produzca en nuestra estación de servicio:
La provisión de gasolina deberá realizarse con el vehículo apagado, debiendo además detener el funcionamiento del calefactor o cualquier otro elemento eléctrico además de la prohibición de fumar.
La carga estática suele producirse cuando un pasajero fricciona sus ropas contra el tapizado de los asientos, al entrar o salir del vehículo. Para evitarlo, es recomendable que nadie entre o salga del vehículo mientras se está realizando la carga. Solamente deben hacerlo antes de comenzar, o cuando la carga ya está terminada y colocado el tapón de tanque de combustible.
Extreme las precauciones: si la gasolina se ha derramado o salpicado en el piso. Inmediatamente se generan vapores altamente inflamables, que pueden encenderse por chispas de electricidad estática, por encendido de equipos electrónicos (teléfonos móviles, controles remotos, mandos a distancia, etc.) o por el encendido del mismo vehículo. Antes de poner en marcha el motor, el combustible derramado debe ser recogido o neutralizado por el personal de la estación de servicio.
Acostúmbrese a que el automovilista cierre la puerta del coche al salir o ingresar así se descargará de electricidad estática al tocar algo metálico.
Luego de cerrar la puerta toque la parte metálica de la carrocería, antes de tocar el pico del surtidor. De esta manera la electricidad estática del cuerpo se descargará en el metal y no en el surtidor.
¡proteje tu vida!
Nos vemos en el siguiente post.

¿QUÉ ES LA RESISTENCIA ELÉCTRICA?

La resistencia eléctrica es la medición de la propiedad de los cuerpos de conducir y oponerse al paso de la corriente eléctrica.
El campo de interacción de un átomo está relacionado directamente con la cantidad de energía que éste tiene, limitado por un nivel de energía fijo. Cuando estos niveles o campos de energía están muy juntos, se les llama “banda de energía”, las más importantes son la “banda de valencia” y la “banda de conducción” (generalmente la banda de valencia está por debajo de la banda de conducción). En la banda de conducción es donde los electrones se mueven libremente en el material cuando existe un campo eléctrico que afecta al material. En materiales como aislantes y semiconductores, existe una “banda de energía prohibida” entre las “banda de valencia” y la “banda de conducción” que los electrones no pueden ocupar si no tienen suficiente energía para saltar de la banda de valencia hacia la banda de conducción. Esta “banda de energía prohibida”, influida por el campo eléctrico de las partículas y de las vibraciones causadas en ellas por la temperatura, es la que da la característica de “resistividad” al átomo, mientras mayor es esta banda, mayor es la resistencia.
La resistencia de un material macroscópico también dependerá de su geometría. Si es muy largo, requerirá mayor número de colisiones para transportarse generando mayor resistencia, y si es muy delgado, habrá menores electrones disponibles para transportar la energía, generando mayor resistencia. La unidad de resistencia puede medirse matemáticamente, su unidad es el ohm, que se define como la resistencia que se opone al paso de electrones. La resistencia disipa la energía en forma de “fonones” o vibraciones de calor generando entropía.
La electricidad se conduce mejor en algunos materiales que en otros. De acuerdo a su resistencia, los materiales se clasifican en conductores (poca oposición al intercambio de electrones), aislantes (no permiten el paso de electrones), semiconductores (bajo ciertas condiciones son conductores, y cuando no se dan, como aislantes).
Los mejores conductores eléctricos son en su mayoría metales como la plata (15.9 ohm), cobre (17.1), oro (22.1 ohm), aluminio (26.5 ohm), berilio (altamente tóxico y costoso), tungsteno (52.8 ohm) y zinc (59 ohm) y no metales como el calcio (casi no es usado debido a su alta reactividad con oxígeno y agua).
Los mejores aislantes eléctricos son el teflón, el PET, el cuarzo, la parafina, el aire, el azufre, el hule, el carbono en forma de diamante, el vidrio y el agua sin iones.
Como semiconductores eléctricos pudieran usarse el agua de mar, el silicón o el agua compuesto de galio y arsénico. En general la resistividad de los semiconductores disminuye cuando aumenta la temperatura, pues los electrones adquieren acceso a la banda de conducción gracias a la energía térmica.
A medida que la temperatura del conductor desciende, la resistencia desciende. En un superconductor, la resistencia cae abruptamente a cero cuando el material es enfriado por debajo de su temperatura crítica.

LINEAS ELECTRICAS RESISTENTES A HELADAS Y TEMPORALES DE NIEVE

Victor Petrenko, profesor de ingeniería en el Dartmouth College, ha desarrollado una tecnología que evita la formación de hielo en las líneas eléctricas. De este modo se garantiza el suministro eléctrico, así como, la reducción de reparaciones a causa de los siniestros comunes que suelen ocurrir durante los temporales de nieve en las estaciones de otoño e invierno. Hasta ahora, no ha existido una solución real a este problema, y eso repercute gravemente en el abastecimiento eléctrico de la población, de hecho, el pasado año, una tormenta de nieve dejó a 1,25 millones de personas sin luz en Pensilvania, Nueva Inglaterra y Nueva York, debido a la caída de los postes y cables de la red eléctrica.
Esta nueva tecnología consiste en aumentar la resistencia eléctrica en los cables, algo que los ingenieros usualmente evitan porque causa pérdida de energía como calor en las líneas. El dispositivo desarrollado, se adjunta en ambos extremos de una línea, orientando la configuración de los cables de un diseño paralelo estándar a uno en circuito de serie. En condiciones normales, el cable funciona como una línea de alimentación estándar, pero cuando se enfrenta a las heladas incrementa la resistencia de serie, propiciando que los cables generen el calor suficiente como para eliminar el hielo. El proceso tarda entre 30 segundos y 3 minutos, perdiendo sólo menos del 1 por ciento de la electricidad que transporta las líneas. Esta solución, según el profesor Petrenko, costaría menos dinero que las reparaciones de los daños producidos por el hielo.
Este verano se puso a prueba esta tecnología entre dos torres de transmisión cerca de Orenburg, Rusia, con un éxito rotundo. Ahora, China está considerando usar estos dispositivos para proteger su inversión de 120 mil millones de euros en la expansión de su red de suministro de energía. Este otoño, Petrenko pondrá a prueba una versión modificada de la tecnología en un Audi A8, para eliminar el hielo de sus parabrisas en un tiempo dado entre dos y cuatro segundos. Próximamente, se espera aplicar esta tecnología a las alas de los aviones, lo que podría reducir los retrasos y accidentes. Como nos comentaba el profesor de Petrenko, “con este método un avión podría deshacerse del hielo en segundos, sería una manera mucho más segura de volar”.

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NANOFIBRAS DE PLASTICO CONDUCEN ELECTRICIDAD COMO EL COBRE

Nanofibras de plástico que se autoensamblan y conducen electricidad casi tan bien como el cobre.
Se ha conseguido fabricar con éxito fibras de plástico altamente conductoras que tienen sólo varios nanómetros de espesor. Además, estos nanohilos se autoensamblan en un proceso que es activado por un destello de luz.
Baratas y fáciles de manejar, a diferencia de los nanotubos carbono, las nuevas nanofibras de plástico combinan las ventajas de dos clases de materiales capaces de conducir la corriente eléctrica: los tradicionales metales y los innovadores plásticos de polímeros orgánicos. De hecho, sus notables propiedades eléctricas son muy similares a las que presentan los metales.
Además, son ligeras y flexibles como muchos de los plásticos convencionales, lo que abre la posibilidad de superar uno de los desafíos más importantes de la electrónica del siglo XXI: la miniaturización de los componentes en la escala nanométrica.
Estos asombrosos nanohilos de plástico son obra de científicos del Centro Nacional francés para la Investigación Científica (CNRS, por sus siglas en francés) y la Universidad de Estrasburgo, en Francia.
Estas fibras reúnen por tanto lo mejor de cada clase de materiales. Son muy ligeras y flexibles, y al mismo tiempo capaces de transportar densidades de corriente extraordinarias, casi tanto como las que soporta el cobre.
El próximo paso del equipo de investigación, dirigido por Nicolas Giuseppone y Bernard Doudin, es demostrar que estas fibras pueden ser usadas a escala industrial para fabricar dispositivos electrónicos miniaturizados, como por ejemplo pantallas flexibles, células solares, transistores y nanocircuitos impresos.

CREAN UN CABLE DE 4 ÁTOMOS DE ANCHO Y 1 DE ALTO

La miniaturización de los cables eléctricos ha alcanzado una cota que hasta hace no muchos años era exclusiva de la ciencia-ficción. En un nuevo y asombroso avance, se ha conseguido crear un cable tan delgado que hay que medirlo por átomos: mide 4 átomos de ancho y 1 de alto. Se trata del cable con silicio más minúsculo fabricado hasta la fecha. Y es 20 veces más delgado que los cables de cobre más pequeños disponibles ahora en los microprocesadores.

El cable ha sido fabricado mediante la estrategia de ubicar con la debida precisión cadenas de átomos de fósforo dentro de un cristal de silicio.
Se ha demostrado que este singular cable tiene la misma capacidad de conducir la corriente eléctrica que los cables de cobre. A pesar de su diámetro increíblemente diminuto (10.000 veces más fino que un cabello humano), los cables de esta clase tienen propiedades eléctricas excepcionalmente buenas, lo que hace suponer que servirán para conectar componentes de tamaño atómico en las computadoras cuánticas del mañana.
La hazaña tecnológica es obra de un equipo encabezado por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, la de Melbourne, y la de Purdue, las dos primeras en Australia y la tercera en Estados Unidos.
El desarrollo de este cable podría proporcionar a los ingenieros electrónicos una hoja de ruta para el desarrollo definitivo de los primeros dispositivos computacionales de dimensiones nanométricas, cuyos tamaños estarían al final de lo determinado por la Ley de Moore. La teoría muestra que una sola fila densa de átomos de fósforo insertados en silicio marcará el límite definitivo de la miniaturización en la electrónica.
Un cable de tamaño atómico. (Foto: Purdue University/Sunhee Lee, Hoon Ryu y Gerhard Klimeck)
Para el ámbito de la física, el desarrollo de este cable y su comportamiento demuestran que la Ley de Ohm, que establece la relación entre la corriente eléctrica, la resistencia y el voltaje, sigue siendo válida en tamaños progresivamente más pequeños hasta incluir también un cable de dimensiones atómicas.