Breve descripción de algunos materiales eléctricos

1. Universidad Veracruzana.
Facultad de Ingeniería Eléctrica y
Electrónica.
Materiales Electrotécnicos.
Proyecto final.
Jorge Armando Diaz Salazar
Matricula: S19002588
Ingeniería Eléctrica
12/Dic/2022

2. Materiales electrotécnicos
Materiales aislantes
Características principales
No todos los materiales permiten el paso de la corriente eléctrica. Hay materiales
por los que los electrones no pueden circular y otros por los que los electrones
fluyen con mucha facilidad. Un material aislante es aquel que tiene la capacidad
de resistir la influencia de corriente eléctrica, provocando una nula o escasa
reacción a dicha fuerza. Sus características principales son:
Resistentes al agua: Una de las características principales de los materiales
aislantes es la capacidad de resistir el agua y trabajar en función a las condiciones
externas ambientales.
Soportan temperaturas extremas: Otro de los aspectos que caracterizan a los
materiales aislantes es que pueden soportar temperaturas bajas y muy altas, lo
cual, les permite reducir la conducción térmica. Por su parte, los componentes de
estos materiales se adaptan a las condiciones climáticas y realizan funciones de
alta resistencia y aislamiento.
Son permeables: Por otro lado, poseen una capacidad de permeabilización frente
a la corriente de aire y a la fuerza del viento. En consecuencia, evitan el paso de la
humedad o del agua, además, de la corrosión de los líquidos, al mantener la
permeabilidad de su estructura.
Gracias a sus propiedades, pueden servir en el revestimiento o cubierta de cables
eléctricos, de esta manera, evita la aparición de cortocircuitos o fallas en la
instalación.
No son inflamables: Es fundamental, que estos materiales no tengan ningún
componente que favorezcan la reacción química o en el peor de los casos, que
sean inflamables.
Sin embargo, los aislantes térmicos y eléctricos debido a su nula respuesta a la
actividad calórica, evita la propagación del calor y por ende, del fuego en cuestión
Altas condiciones para impedir evitar el contacto de la energía eléctrica o de
temperaturas con objetos o cuerpos, óptimos índices de resistencia

3. Polímeros
Los polímeros son grandes moléculas - macromoléculas - compuestas por la unión
de moléculas más pequeñas denominadas “monómeros”. unidas entre sí
mediante enlaces covalentes.
Los polímeros están muy presentes en nuestro día a día, ya que la mayoría de los
objetos que utilizamos están formados por algún tipo de polímero. Los
parachoques o las ruedas del coche, los vasos desechables, las ventanas,
algunos tipos de suelos para exterior o las prendas con las que nos abrigamos son
solo algunos de los ejemplos de la aplicación de los materiales poliméricos.
Una molécula es un grupo eléctricamente neutro de dos o más átomos unidos por
enlaces. Las moléculas se distinguen de los iones por su falta de carga eléctrica.
Los átomos más comunes formando resinas plásticas son 3: carbono, cuyo
símbolo químico es C con 4 enlaces, Hidrógeno, cuyo símbolo químico es H y
tiene un enlace y Oxígeno, cuyo símbolo químico es O con 2 enlaces. Existen
otros átomos menos comunes como el cloro (Cl) que es un elemento importante
en la molécula del PVC. El carbono es posiblemente el átomo más importante en
la formación de las resinas plásticas ya que forma lo que viene siendo la columna
vertebral tomando 2 enlaces para unirse un carbón con otro y dejando 2 enlaces
para unirse a otros átomos.
Podemos ver la molécula del etileno (CH2=CH2), estas moléculas al ser
sometidas a presión y temperatura dentro de un reactor, se unirán formando el
polímero de polietileno, a este proceso se le conoce como polimerización.
Existen varias clases de polímeros como los plásticos, hules y fibras.
El polímero aislante eléctrico es un material resistente al flujo de electrones debido
a la baja cantidad de partículas subatómicas. Esto hace que las cargas eléctricas
tengan dificultades para transitar por el cuerpo.
En un polímero conductor de electricidad, los electrones de valencia se unen a los
átomos, mientras que la rigidez dieléctrica que se encuentra en la formación se
une en un elemento aislante. En la práctica, podemos decir que los aislantes
eléctricos son básicamente lo opuesto a los conductores eléctricos.
Estos polímeros eléctricos son ampliamente utilizados en los sectores eléctrico y
electrónico como elementos para aislar la electricidad en equipos de protección
para seres vivos o en circuitos eléctricos.

4. Cerámicos y compuestos
Un cerámico es un compuesto inorgánico que consiste en un metal y uno o más
no metales. Los compuestos cerámicos se caracterizan por tener enlaces iónicos y
covalentes, lo que les ayuda a dar alta dureza, rigidez y temperatura de fusión. Las
composiciones químicas de los materiales cerámicos varían considerablemente,
desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases complejas enlazadas.
Las propiedades de los materiales cerámicos también varían mucho debido a
diferencias en los enlaces. En general, los materiales cerámicos son duros y
frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Se comportan como buenos aislantes
eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores.
Normalmente presenta temperaturas de fusión altas y una resistencia alta en la
mayoría de medios agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces.
Teniendo en cuenta estas propiedades los materiales cerámicos son
indispensables para muchos de los diseños en ingeniería.
Los materiales cerámicos usados en aplicaciones de ingeniería pueden
clasificarse en dos grupos:
• Materiales cerámicos tradicionales o convencionales de uso especifico en
ingeniería: están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice y
feldespato (ladrillos, tejas, porcelanas eléctricas, etc).
• Materiales cerámicos avanzados o de alta tecnología: están constituidas
por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio (Al2O3),
carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4), etc.

5. Materiales piezoeléctricos
Efecto piezoeléctrico
En ciertos cristales que contienen moléculas polares como el cuarzo, la turmalina
y el topacio, las tensiones mecánicas aplicadas al cristal producen polarización de
las moléculas, es lo que se conoce como efecto piezoeléctrico.
La polarización del cristal cuando se le somete a una tensión, causa una
diferencia de potencial a través del cristal que puede utilizarse para producir una
corriente eléctrica. Los cristales piezoeléctricos se utilizan en transductores como
micrófonos, receptores de fonógrafos y dispositivos sensibles a las vibraciones
para convertir tensiones mecánicas en señales eléctricas.
El efecto piezoeléctrico inverso consiste en que un voltaje aplicado a un cristal
induce una tensión mecánica, deformación; se utiliza en auriculares y otros
dispositivos.
La frecuencia natural del cuarzo está en las radiofrecuencias y su curva de
resonancia es muy aguda se usa para estabilizar osciladores de radiofrecuencia y
construir relojes de gran precisión. Los materiales piezoeléctricos son cristales
naturales o sintéticos que carecen de centro de simetría. Una compresión o
un cizallamiento provocan disociación de los centros de gravedad de las cargas
eléctricas, tanto positivas como negativas. Como consecuencia, en la masa
aparecen dipolos elementales y, por influencia, en las superficies enfrentadas
surgen cargas de signo opuesto.
Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que carecen
de centro de simetría. Una compresión o un cizallamiento provocan disociación de
los centros de gravedad de las cargas eléctricas, tanto positivas como negativas.
Como consecuencia, en la masa aparecen dipolos elementales y, por influencia,
en las superficies enfrentadas surgen cargas de signo opuesto.

6. Resonadores piezoeléctricos
Un oscilador de cristal es un circuito oscilador electrónico que utiliza la resonancia
mecánica de un cristal vibratorio de material piezoeléctrico para crear una señal
eléctrica con una frecuencia precisa.123 Esta frecuencia se utiliza comúnmente
para controlar el tiempo, como en los relojes de cuarzo, para proporcionar una
señal de reloj estable para circuitos integrados digitales y para estabilizar las
frecuencias de los transmisores y receptores de radio. El tipo más común de
resonador piezoeléctrico utilizado es el cristal de cuarzo, por lo que los circuitos
osciladores que los incorporan se conocieron como osciladores de cristal,1 pero
existen otros materiales piezoeléctricos como las cerámicas policristalinas que se
utilizan en circuitos similares.
Un oscilador de cristal, en particular uno que utiliza un cristal de cuarzo, funciona
distorsionando el cristal con un campo eléctrico, cuando se aplica voltaje a
un electrodo cerca o sobre el cristal; una propiedad conocida
como electrostricción o piezoelectricidad inversa. Cuando se elimina el campo
eléctrico, el cuarzo -que oscila a una frecuencia precisa- genera un campo
eléctrico al volver a su forma anterior, y esto puede generar un voltaje. El resultado
es que un cristal de cuarzo se comporta como un circuito RLC, pero con
un Q mucho más alto.
Los cristales de cuarzo se fabrican para frecuencias desde unas pocas decenas
de kilohercios hasta cientos de megahercios.
El oscilador de cristal se caracteriza por su estabilidad de frecuencia y pureza de
fase, dada por el resonador. La frecuencia es estable frente a variaciones de la
tensión de alimentación. La dependencia con la temperatura depende del
resonador, pero un valor típico para cristales de cuarzo es de 0' 005% del valor a
25 °C, en el margen de 0 a 70 °C.
Estos osciladores admiten un pequeño ajuste de frecuencia, con un condensador
en serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de este, de la resonancia
serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los VCO para modular su
salida.

7. Respuesta en frecuencia
La respuesta en frecuencia describe la respuesta en estado estacionario de un
sistema a las entradas sinusoidales de frecuencias variables y permite a los
ingenieros de sistemas de control analizar y diseñar sistemas de control en el
dominio de la frecuencia.
El análisis de respuesta en frecuencia es un método gráfico empleado para
diseñar, predecir y ajustar el comportamiento de los sistemas de control. Se
emplea también para determinar experimentalmente la función de transferencia de
sistemas complicados sin necesidad de conocer las relaciones que lo describen.
La respuesta en frecuencia de un sistema se define como la respuesta en estado
de régimen permanente para una entrada senoidal de amplitud fija pero con
frecuencia variable en un cierto rango.
El análisis de respuesta en frecuencia presenta varias ventajas: a) Es fácil obtener
la respuesta en frecuencia de un sistema en forma experimental, pues solo se
requiere de generadores de señales sinusoidales y equipos de medición precisos.
b) El comportamiento del régimen sinusoidal permanente del sistema puede
deducirse a partir de la función de transferencia, simplemente sustituyendo al
operador de Laplace (s) por (jw), por lo tanto, la función de transferencia sinusoidal
es una función compleja de variables complejas y en general puede representarse
por un módulo y un argumento. c) Es posible deducir una función de transferencia
a partir de cierto comportamiento experimental de una respuesta en frecuencia.
Una desventaja de utilizar el método de respuesta en frecuencia es que la
respuesta transitoria solo puede estimarse en forma indirecta, excepto en el caso
de sistemas de segundo orden.

8. Ficha bibliográfica
S, H. S. (2019). Polimeros. concepto. https://concepto.de/polimeros/
D,M.S. (2022) Todo en Polimeros
https://todoenpolimeros.com/que-son-los-polimeros/
A.N.S (2010) Fbermejo.
https://fbermejo.files.wordpress.com/2010/02/materiales-ceramicos-y-compuestos.
S.G.S (2016) fpeingenieriaelectrica
http://fpeingenieriaelectrica.blogspot.com/2016/05/materiales-ceramicos-y-compue
stos.html
Z.H.S (2020) zschimmer-schwarz
https://www.zschimmer-schwarz.es/noticias/propiedades-fisicas-y-quimicas-de-la-c
eramica/#:~:text=En%20la%20composici%C3%B3n%20qu%C3%ADmica%20de,e
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https://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_04_05/io2/public_h
tml/3Ultrasonidos_piezoelectrico.htm
N.S.S. (2014) Nisenet
https://www.nisenet.org/sites/default/files/catalog/uploads/spanish/12194/electricsq
ueeze_images_13nov13_sp.com
M.T.B. (2015) Eduxunta
https://www.edu.xunta.gal/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/146494784
3/contido/15_materiales_conductores_aislantes_y_semiconductores.html#:~:text=
Los%20aislantes%20son%20materiales%20donde,no%20conducen%20la%20corr
iente%20el%C3%A9ctrica.
G.S.S. (2022) Industria GSL
https://industriasgsl.com/blogs/automatizacion/materiales-aislantes