Materiais Elétricos :

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1 1 Materiais Elétricos : Condutores e Semicondutores Grupo 3 Cláudia, Eli Carlos, Jadson e Tarcilio.

2 2 Ligas de Aquecimento Tais ligas precisam ter uma elevada estabilidade térmica,tendo um bom comportamento corrosivo ou químico à temperatura local. Cada liga possui uma temperatura máxima de serviço que não pode ser ultrapassada,possuem muitas vezes uma fina película de óxido protegendo o metal contra a ação do ambiente,a película poderá romper-se,se houver frequentes aquecimentos e resfriamentos (ligações,desligamentos da rede elétrica)reduzindo a durabilidade do componente.

3 3 Ligas para fins de medição Resistores para instrumentos de precisão admitem um coeficiente de temperatura máxima de 2,5x10E-6/ºC uma pequena tensão de contato com relação ao cobre e resistividade praticamente constante.tais ligas sofrem geralmente deformação a frio o que pode a carretear o envelhecimento sensível após algum uso.por essa razão é normal aplicar se um processo de envelhecimento artificial para estabilizar o material.

4 4 Tipos de ligas Resistivas Ligas de Cobre: Usadas para fins de regulação e medição.se usadas para aquecimento,a temperatura máxima seria de 400ºC Exemplos:Liga com Zinco(Cu-Ni-Zn) Composição,54-60 Cu;17-26 Ni;20-23 Zn P 20 = 03 a 0,4 ohm x mm²/m (resistividade elétrica a 20ºC) at = 0,3 x 10-³ºC (coeficiente de temperatura) Quanto mais o teor de Níquel,maior a resistividade.

5 5 Ligas com Níquel(Cu-Ni) Composição de 54% de Cu,45% de Ni e 1% de Mn,esta liga recebe o nome de Konstantan,que é um nome patenteado. Características : P20 = 0,5 ohm mm²/m, valor praticamente constante. At = -0,03 x 10-³ ºC O Konstantan possui uma boa condutividade térmica, mas apenas deve ser usado até 400ºC.Uma vez que a tensão eletrotérmica de contato em relação ao cobre é de 40 microv/ºc.

6 6 Ligas de Cu-Mn Também essas ligas têm elevada estabilidade térmica.porém,como a temperaturas muito elevadas ocorre a evaporação do Mn,essas ligas também são recomendadas para temperaturas até 400ºC.A liga mais usada é o Manganin,com 86 Cu, 12 Mn e 2 Ni, que apresenta um valor de P= 0,43 ohm x mm²/m e um at = 1 x 10E-5/ºC,e assim,bastante próximo de zero.comparado ao Konstantan, a tensão de contato do Manganin com o cobre é pequena, o que o recomenda para resistores de precisão,para fins de medição

7 7 Ligas de Prata Resistores para regulação são frequentemente ligas Mg-Ag-Sn,às vezes com acréscimo de germânio.a resistividade é elevada e o coeficiente de temperatura at,negativo, que justifica seu uso em circuitos de compensação dependentes da temperatura são mais estáveis do que ligas de cobre perante àcidos orgânicos, água salgada e amoníaco. Ilustração: Cabo Rca Taramps-Dupla Blindagem Prata Som Stereo

8 8 Ligas de cromo-ouro Essas ligas apenas são utilizadas em resistores de precisãoeem padrões.o ouro puro possui,a 20ºC,uma resistividade de 0,020 ohm x mm²/m com um coeficiente de temperatura de at = 4 x 10-³/ºC.De particular interesse nessa área de utilização é uma liga com 2,05% de Cr,que,a 20ºC,tem um P = 0,33 ohm x mm²/m.a liga é bastante sensível à ação de esforços mecânicos e à variação da umidade do ambiente em que se encontra.

9 9 Cabo HDMI cromo - ouro Cabo HDMI X HDMI digital com comprimento de 10 metros. Terminais banhados a ouro, não oxidam e garantem ótimo contato.

10 10 Ligas de níquel-cromo Essas ligas se caracterizam por uma elevada resistividade,elevada resistência mecânica a frio e a quente e estabilidade térmica. São recomendados para a fabricação de fios para aquecimento,até temperaturas elevadas a)ligas sem ferro: A composição média de tais ligas se situa em 80% ni e 20% Cr,ou,por vezes ainda com 1%-2% de Mn.Uma maior porcentagem de Mn reduzirá a durabilidade das ligas.podem ser usados em 1150ºC,apesar de que o preço do cromo atualmente sugere outras soluções.

11 b)ligas com teor de ferro de até 20% :A composição se move em torno de 60 ni, 20 Cr e 20 Fe e, eventualmente,1 a 2% de Mn.O acréscimo de Fe eleva a resistividade e permite reduzir o teor de npiquel,sem alterar sensivelmente as propriedades. Recomendada até 1150ºC e adequados a fornos elétricos. C)Ligas com elevado teor de ferro:nessas ligas,efetua-se uma sensível redução do níquel,o que melhora a estabilidade química da liga perante vapores de enxofre,ocorrendo porém uma reduçãode P(resistividade) e uma elevação de a(coeficiente de temperatura). Recomendado a temperaturas de até 1000ºC 11

12 12 Ligas de cromo-alumínio-ferro Essas ligas são particularmente usadas para fins de aquecimento onde se elimina o uso do níquel.o valor de P varia em torno de 1,40 ohm x mm².a camada de óxido de alumínio que se forma protege a liga contra futuras alterações,em particular a oxidação à temperatura elevada.tais ligas são sensíveis a umidade,ácidos e nitrato,sua temperatura limite oscila em torno de 700ºC acima da qual,se tornam quebradiças.

13 13 MATÉRIAS-PRIMAS PARA PEÇAS DE CONTATO Generalidades: Todos dispositivos possuem sistemas peças de contato fixos/móveis. Podem ser classificados por: Simétricos: ambas as partes constituídas do mesmo material; Assimétricos: materiais de composições diferentes dentro de uma mesma aplicação.

14 Os fenômenos de desgaste desses materiais podem ser: Físicos: resistividade do material, taxa de transferência de eletrons, efeitos do arco voltaico, temperatura e capacidade térmica; Químicos: oxidação, sulfatação, gases corrosivos.

15 Materiais predominantes Cobre; Prata; Ligas entre estes materiais.

16 Fenômenos e Propriedades Superfície aparente e Superfície real: Aparente: visualmente, os contatos estão perfeitamente encaixados, formando assim um único condutor; Real: existem fissuras entre estes materiais, as quais ocorrem mal-contatos, provocando assim perca de energia por dissipação de calor.

17 Durabilidade Depende de diversos fatores, tais como: Sistema mecânico, Dureza do material, Condições de interrupção de corrente, Extinção do arco voltaico, Meio em que envolve as peças de contato, Número de manobras.

18 Tipos de dispositivos Seccionadoras; Interruptores; Disjuntores.

19 Durabilidade Mecânica Resulta na verificação da quantidade de manobras que um dispositivo é capaz de executar sem apresentar defeito. Estes dispositivos podem ser do tipo: Condutores: peças de contato Não-condutores: dispositivos de acionamento

20 Durabilidade dos dispositivos condutores Dependem do tipo de acionamento, que podem ser: Contato por pressão (mais utilizado) Vantagem: não há atrito entre os contatos, aumentando a vida útil dos mesmos Desvantagem: sujeito a mal-contato. Contato por deslizamento Vantagem: elimina pontos de mal-contato; Desvantagem: alto desgaste dos contatos.

21 21 Durabilidade Elétrica Sempre que um circuito pelo qual circula a corrente elétrica é interrompido, forma-se o Arco Voltaico.

22 22 O Ricochete entre as Peças de Contato Não é este ->

23 23 O Ricochete entre as Peças de Contato Depende da velocidade e da pressão de fechamento, o ricochete entre as peças de contato cria condições para um desgaste elétrico mais acentuado. O ricochete tem influencia direta sobre a durabilidade das peças.

24 24 Conclusões Gerais sobre a Durabilidade A durabilidade de um conjunto de peças de contato, em numero de manobras, depende: Da corrente de manobra, Do material empregado, Do numero de ricochetes, Da capacidade térmica, Da dureza do metal, Intermitência de corrente que por elas circula.

25 25 A Resistência de contato e a Influência da Temperatura O Calor é consequência do aumento da resistência. As Resistências conduzem a uma elevação de temperatura das peças de contato, pela lei de Joule. Ex. Rápida oxidação Cobre 35 C -Prata 70 C

26 26 MATÉRIAS-PRIMAS PARA PEÇAS DE CONTATO Como foi demostrado anteriormente os conjuntos de contatos podem ser Simétricos e Assimétricos e ainda ocorrem fenômenos que podem ser físicos ou químicos. São dois os materiais que predominam como básicos para peças de contato: o cobre e a prata

27 27 Conclusão geral de aplicação Ainda que para o vasto setor de aplicação de dispositivo de comando para fins industriais, ou telecomunicações, os contatos de prata e suas ligas levam nítidas vantagens sobre o cobre.

28 O uso da prata tem-se difundido, por esse motivo em todos os produtos de qualidades, garantindo segurança de manobra, elevado o número de operações e pequenas manutenções. Em outros casos, que a capacidade térmica necessária exigiu a substituição de peças de prata tem-se preferido a peça de cobre recoberta com uma camada de prata de espessura variável. 28

29 Pode-se dessa maneira reunir a proteção contra a oxidação da prata e a consequente baixa resistência de baixa resistência de contato, com a de um material também bom condutor, porém com o dobro da capacidade térmica. Em ouros casos, em vez de um recobrimento, tem-se aplicado ligas de prata, com ótimos resultados. 29

30 30 Quadro comparativo de algumas das propriedades do cobre e da prata, como os principais materiais empregados em peças de contato.

31 31 Matérias-primas Uma matéria-prima que ao ser usada em peças de contato, deve ter algumas propriedades especiais, além de uma elevada condutividade e um adequado comportamento perante o arco- voltaico. Deve ter também reduzida tendência a oxidação. Em relação ao arco-voltaico o material deve ter elevado ponto de fusão, pequena tendência a soldagem, elevada resistência a queima e pequena tendência à volatização.

32 Caso contrário, poderá haver transferência de material de um contato para outro, prejudicando a passagem da corrente. Para aplicações elétricas, com potências mais elevadas, o arco-voltaico pode ser o fator crítico que vai definir a durabilidade das peças e a qualidade da operação das peças. Durante um arco, poções de matérias podem ser transferidas de uma peça para outra. A potência máxima que pode ser comandada sem arco depende do material em uso e da corrente elétrica no circuito. 32

33 33 ESCOLHA CORRETA DE MATERIAS Diante das exigências das condições elétricas bastante rígidas e rigorosas, impostas pela utilização eletrotécnica em particular sua durabilidade e resistência de contato, os materiais utilizados em sua construção devem ser especiais. Como o tungstênio que por sua vez tem-se uma certa dificuldade na moldagem ou metais nobres e suas ligas ambas de preço elevado.

34 34 PEÇAS DE CONTATO COM PASTILHAS Este por sua é o mais simples, soldada sobre uma base. É o mais usual nas aplicações eletrotécnica, onde a potencia a ser comandada é relativamente elevada e onde os metais utilizados permitem uma moldagem ou deformação fáceis: é o casa da utilização da prata, o paládio, o ouro e a platina.

35 35 CONTATOS COM SOLDAGEM POR PONTO A solda por ponto é um processo que requer menos calorias do que a soladegem convencional de pastilhas, reduzindo assim o risco de uma modificação dos metais envolvidos. O uso desse processo fica restrito a pequenas peças de contato de liga de prata ou paládio

36 36 UTLIZAÇÃO DO CARVÃO PARA FINS ELETRICO A matéria prima básica costuma ser a grafita - natural ou o antracito, que é reduzido a pó e prensado na forma desejada. As peças compactadas são em seguidas tratadas termicamente; As peças de carvão são utilizadas eletricamente em: peças de contatos e escovas coletoras. As escovas coletoras se distinguem em: escovas de carvão-grafita, escovas de grafita, escovas eletrografitadas, escovas cobre-grafita e bronzegrafita.