Habría que pensar mucho para encontrar cualquier producto que fuera de última generación hace más de un siglo y que todavía se considere ampliamente como la tecnología líder en la actualidad. Los aisladores de porcelana vidriada son un producto de este tipo. Sin embargo, aunque se parecen mucho a los que se fabricaban a mano hace décadas, los aisladores de porcelana de hoy en día tienen poco en común con sus ancestros comparativamente toscos. Debido a los continuos refinamientos en la composición, el procesamiento y las pruebas, la porcelana eléctrica moderna se ha mantenido como la tecnología de aisladores más utilizada en las subestaciones de todo el mundo, a pesar de los crecientes avances de tecnologías alternativas avanzadas.

La porcelana eléctrica tiene una historia que se remonta a 150 años, cuando las empresas de cerámica a pequeña escala comenzaron a fabricar aisladores para telégrafos. Se trataba de piezas en bruto producidas en menor volumen que las alternativas hechas de vidrio, que eran más baratas. A medida que la distribución eléctrica comenzó a desarrollarse en la década de 1880, se necesitaban aisladores de mejor calidad para transportar los voltajes de las líneas eléctricas aéreas. Los pioneros de la industria comenzaron a experimentar con mezclas de arcilla que producirían aisladores con las propiedades eléctricas y mecánicas deseadas. Pronto, la porcelana comenzó a reemplazar al vidrio en la mayoría de las aplicaciones de distribución eléctrica debido a la percepción de una mayor calidad y resistencia del aislamiento.

A medida que los voltajes continuaron aumentando y se hicieron necesarios aisladores de mayor dimensión, los atributos requeridos de las arcillas se volvieron cada vez más exigentes. Se prestó mayor atención a la resistencia, así como a la alta plasticidad y al buen comportamiento de secado, con una presencia mínima de materia orgánica. Otros parámetros clave incluyeron el tamaño de grano fino y el bajo contenido de residuos. Ambos permiten que la porcelana se moldee en piezas grandes sin deformación y también se cocine sin liberar gases que puedan provocar una porosidad no deseada dentro del cuerpo.

Hoy en día, los cuerpos cerámicos de los aisladores de porcelana se preparan según recetas precisas que implican compromisos en las proporciones relativas de los diferentes ingredientes. Los objetivos finales incluyen una larga vida útil, facilidad de producción y alguna combinación optimizada de costo y rendimiento. Por ejemplo, una formulación típica para la masa de porcelana contiene proporciones variables de arcilla esférica, caolín (para resistencia y plasticidad), feldespato (un fundente que ayuda a la sinterización en el horno) y rellenos como cuarzo, alúmina o bauxita calcinada (destinados a impartir fuerza mecánica). También se utiliza una variedad de materiales secundarios para facilitar el procesamiento, incluidos agua y aditivos, como aglutinantes, que se queman en el horno durante la cocción a temperaturas de hasta 1300 °C. Estos diversos minerales se extraen de sitios en todo el mundo y, dado que no hay dos las ubicaciones son similares en todos los aspectos, se puede esperar alguna variación en la calidad de la materia prima. Esto debe tenerse en cuenta y controlarse durante el proceso de producción para garantizar una calidad uniforme del producto final. En particular, se ha prestado una atención creciente a la microestructura de estas materias primas para evitar el desarrollo de interfases indeseables a nivel microscópico. Por ejemplo, los expertos creen que los cristalitos de cuarzo que se encuentran en algunos agregados cerámicos pueden presentar partículas sobredimensionadas que se modifican y encogen durante la cocción. Las microfisuras resultantes pueden luego propagarse y convertirse en áreas de debilidad inherente en el cuerpo de porcelana durante la carga mecánica dinámica o incluso bajo cambios constantes en las temperaturas ambientales de servicio. Cuanto más grandes son estos cristales de cuarzo, mayor es el riesgo de que se agrieten y antes corre el riesgo de fallar el aislador. De hecho, la investigación ha demostrado que los aisladores de porcelana perforada suelen tener algunos o todos los siguientes microdefectos:

• aglomeraciones de cristales de corindón;

• microfisuras de larga duración;

• grandes cristales de cuarzo; y

• numerosos aglomerados de poros.

Por el contrario, los aisladores de porcelana que tienen relativamente pocos poros y están bien dispersos tienen muchas menos probabilidades de fallar mecánicamente.

Teniendo en cuenta lo anterior, han surgido métodos que permiten a los productores de aisladores, así como a los usuarios, controlar la microestructura de la masa de porcelana para garantizar la ausencia de tales cristalitos formados durante la producción. Además de las pruebas para medir atributos físicos como la densidad y la resistencia mecánica, el análisis estructural se realiza mediante un difractómetro de rayos X que permite medir y comparar el contenido de cuarzo de diferentes porcelanas de alúmina.

Si bien muchos en la industria de alto voltaje han llegado a considerar la porcelana eléctrica como un producto básico, hay una gama de diferentes calidades disponibles en el mercado, la mayoría de las cuales aún logran pasar los estándares de prueba requeridos. Eso significa que los usuarios pueden necesitar sus propios criterios para evaluar y calificar qué fabricantes deben estar en una "lista corta" entre numerosos proveedores potenciales en todo el mundo. Comprar solo por el precio rara vez es la opción más realista. En aplicaciones tales como líneas de distribución o postes de estación con voltajes de transmisión bajos, los defectos superficiales o las imperfecciones del vidriado pueden tener poco impacto en el desempeño a largo plazo. Sin embargo, para aplicaciones exigentes de alto voltaje, como casquillos de pared o carcasas de interruptores, incluso los defectos superficiales menores son una fuente potencial de problemas y se consideran inaceptables. Los proveedores deben ser cuidadosamente evaluados y monitoreados regularmente para garantizar el cumplimiento de los rigurosos procedimientos de control de calidad.

Las tecnologías básicas de fabricación de aisladores de porcelana han cambiado poco en décadas, a pesar de que los equipos de producción, como molinos de bolas, extrusoras, tornos, secadores y hornos, se han mejorado progresivamente para lograr una mayor productividad, una mayor automatización y una reducción de los desechos y el consumo de energía. El proceso húmedo clásico es, con mucho, el proceso de fabricación más común y ve la masa de porcelana comprimida y moldeada mientras tiene un contenido de humedad relativamente alto. La principal ventaja es un menor costo de inversión y que el entorno de producción tiene menos polvo que el que genera el torneado de cilindros en seco. La desventaja son los tiempos de producción más prolongados, dictados por una serie de pasos intensivos en mano de obra necesarios para eliminar progresivamente la humedad una vez que el cuerpo cerámico se ha mezclado en una suspensión homogénea.

Para reducir los largos plazos de producción mediante el proceso húmedo, hace décadas se desarrolló el prensado isostático. Aquí, las mezclas de ingredientes para el cuerpo cerámico se homogeneizan dentro de los secadores por aspersión antes de canalizarse y comprimirse en cilindros a una presión extremadamente alta, listos para girar inmediatamente. El alto costo de inversión, la tecnología especializada y los controles ambientales necesarios para limitar la exposición de los trabajadores al polvo mantienen este proceso limitado a solo un pequeño porcentaje de todos los proveedores de aisladores de porcelana. tornos. Una vez moldeados, se secan en cámaras especiales de clima controlado antes de estar listos para el glaseado, que se realiza por inmersión en un baño o por pulverización.

La cocción es quizás el paso de producción más crítico, no solo porque consume mucha energía, sino también porque requiere una gran habilidad para cargar de manera óptima el carro del horno. También se necesita instrumentación especial para monitorear y controlar la cocción, así como las temperaturas en diferentes lugares dentro del horno para garantizar que todas las piezas pasen por el mismo ciclo. Se han construido hornos especiales que permiten la cocción de aisladores de una sola pieza inusualmente altos para aplicaciones UHV.

Los accesorios y bridas de metal se cementan sobre el cuerpo de porcelana, con sutiles diferencias en la composición del cemento que utilizan los fabricantes. Algunos usan cemento Portland puro, mientras que otros emplean una mezcla de mortero (cemento Portland más relleno de sílice). Los estándares existentes son suficientes para especificar los requisitos mínimos; sin embargo, pueden ser deseables especificaciones más estrictas para garantizar una alta confiabilidad y una larga vida útil de los aisladores de porcelana, especialmente para aplicaciones EHV y UHV.

Hoy en día, un número cada vez mayor de fabricantes de aisladores de porcelana ofrecen piezas ya recubiertas con material de silicona RTV en la fábrica. Estos están destinados a su aplicación en entornos de servicio con contaminación moderada a alta.

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