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.

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EL MATERIAL QUE NO PODIA EXISTIR

el material que no podia existirEl grafeno es uno de esos materiales que hace sólo unos pocos años “no podían existir”; pero que ahora se ha convertido en uno de los temas más candentes en la investigación de nuevos materiales, con centenares de laboratorios y universidades volcados en dilucidar y aprovechar sus sorprendentes propiedades.

El grafeno es, simplemente, una capa cristalina de carbono de sólo un átomo de espesor. Se la ha comparado con una reja de gallinero molecular, en la que cada átomo de carbono se une a tres átomos contiguos formando una pauta de hexágonos, parecida a un panal de abeja.
Hace ya muchos años una estructura semejante aparecía hasta en los libros elementales de física para ilustrar la diferencia entre el diamante y el grafito. En el primero, los átomos de carbono están apilados simétricamente en forma de pequeñas pirámides: La unión entre ellos es muy fuerte en cualquier dirección y de ahí la enorme dureza de esa piedra; en cambio, en el grafito la estructura es planar: Cada capa de átomos mantiene enlaces muy fuertes con los átomos contiguos, pero débiles con las otras capas. Por eso el grafito se exfolia con tanta facilidad.
El grafeno no es más que una simple capa de grafito inconcebiblemente fina. Pero precisamente por estar en el límite de lo imaginable, no puede estudiarse con las técnicas convencionales que se aplican a otros materiales, como el hierro o el cemento. Su comportamiento responde a las leyes de la física atómica, incluidos efectos cuánticos y relativistas. Hay que manejar conceptos exóticos como bandas de energía, fermiones de Dirac, constantes de estructura fina, o efecto Hall anómalo…
En el grafeno aparecen también electrones y “huecos” libres como portadores de carga eléctrica, un concepto familiar para quienes hace cincuenta años estudiaban el comportamiento íntimo de los primeros semiconductores. Eso apunta a la posibilidad de utilizar este material como base para nuevos dispositivos electrónicos. De hecho, sobre grafeno se han fabricado ya transistores de efecto de campo, unos dispositivos electrónicos capaces de conmutar a gran velocidad, y algunos prototipos simples de circuitos integrados. Es sólo cuestión de tiempo que aparezcan los primeros procesadores de grafeno.
Se conoce ya casi una docena de métodos de producción de este material. El más antiguo consiste simplemente en escribir con un lápiz blando: Al rozar sobre el papel, la mina se descama y desprende diminutos fragmentos de grafeno. El que le valió el Nobel de 2010 a André Geim (compartido con Konstantin Novoselov) se basa en arrancar delgadas capas de grafito mediante cinta adhesiva y luego disolver ésta para recuperar las delgadas capas de átomos.
Otros métodos industriales se basan en depósito epitaxial (ir depositando átomos de carbono sobre un sustrato de silicio o metal, como se hace en la fabricación de ciertos semiconductores) o tratamientos químicos a partir de compuestos de sodio, celulosa o la combustión de magnesio sobre hielo carbónico.
La promesa del grafeno se apoya en sus sorprendentes propiedades en muchos campos. De entrada, estas diminutas cadenas constituyen uno de los materiales más resistentes, cientos de veces más que el propio acero. Se han fabricado muestras de “papel de grafeno”, más flexibles, ligeras y duras que el metal. De hecho, éste es uno de los materiales-milagro que ahora investiga la industria aeronáutica.
El grafeno presenta sorprendentes propiedades ópticas. Una capa monoatómica absorbe exactamente el 2,3% de la luz blanca que lo atraviesa. Esta cifra es justo “pi” veces la constante de estructura fina, una de las constantes básicas de la física atómica. Lo cual implica que puede utilizarse como patrón de definición universal de esa cantidad. Además, la aplicación de un campo eléctrico altera sus propiedades ópticas, lo que permitrá aplicaciones que van desde lásers de estado sólido hasta conmutadores optoelectrónicos de gran velocidad.
“La estructura única y la propiedades del grafeno le dan el potencial para impactar en numerosos sectores industriales”, declaró en cierta ocasión Tomas Palacios, primer director del CG, centro de investigación de grafeno del Masasuchets Institute of Technology (MIT).
Sus aplicaciones van de lo más tech a lo más común, del internet ultrarrápido a las plantillas desodorantes para el calzado. Otras posibles aplicaciones son la fabricación de pantallas táctiles (aprovechando su transparencia y alta conductividad eléctrica), sensores de diversos tipos (el grafeno ofrece una gran superficie con espesor casi nulo), células solares flexibles (que quizás podrían “imprimirse” directamente sobre el dispositivo a alimentar), secuenciadores de ADN y condensadores eléctricos de gran capacidad (otras consecuencias de la gran superficie que ofrece el grafeno por unidad de peso). Incluso se ha observado cierto poder bactericida. Quizá en el futuro la envoltura de los tomates del super en lugar de plástico será de grafeno.