Análise do processo de acabamento e recobrimento de condutores elétricos

Resumo

Sabe-se que o condutor elétrico é um produto metálico que possui uma determinada seção transversal normalmente circular e de comprimento bastante elevado. Nesse contexto, este trabalho discorre sobre esse material tendo como objetivo principal analisar o processo de acabamento e recobrimento de condutores elétricos. O estudo foi desenvolvido por intermédio de um levantamento bibliográfico, sendo: pesquisas e consultas em artigos, revistas, internet, dentre outras. Entre os principais autores utilizados no decorrer do estudo foram: Angelo Fernando Padilha, Walfredo Schmidt. O estudo baseou-se no processo de fabricação desses fios: trefilamento e extrusão. O primeiro processo na fabricação do condutor é o trefilamento, que consiste em reduzir o diâmetro do fio de cobre, de maneira progressiva, até ao diâmetro final, para aumentar a sua maleabilidade e condutividade. Foi possível verificar no presente estudo que os materiais elétricos é um objeto importante para a sociedade, para o mercado industrial e, principalmente, para a área elétrica. Constatou-se, assim, que a forma correta de sua fabricação é um processo relevante, visto que, a natureza exige cuidados para não haver poluição durante o processo.

Introdução

O objetivo de estudar os Materiais Elétricos é aprimorar o conhecimento nos tipos de materiais que constitui as instalações elétricas, máquinas elétricas, eletrônica analógica e digital e outras. O engenheiro em algum momento de sua carreira se depara com alguns problemas em projetos que envolva a escolha de materiais. Sabe-se que não existe um procedimento padrão para seguir na hora de escolher os materiais corretos em determinada aplicação. Cada situação é diferente requerendo um conhecimento sobre os materiais e sobre as condições envolvidas no projeto. Entretanto existem alguns pontos gerais que fornecem um ponto de partida, como: o material selecionado precisa possuir propriedades consistentes com as condições de serviço. (Tavares, 2009) Francisco Jeandson Rodrigues da Silva É necessário considerar que para selecionar um material apropriado, primeiro deve-se listar os materiais possíveis e então segue eliminando alguns em função das características não adequadas em relação às propriedades, ou ainda, devido à falta de segurança ou o custo. Se os materiais restantes na lista não preencherem os requisitos há ainda algumas opções, tais como tratar os materiais de maneira apropriada, mudar o ambiente de serviço, produzir uma liga que tenha os efeitos específicos desejados, etc. (Tavares, 2009) Dessa forma, verifica-se a importância de estudar sobre os materiais elétricos, pois habilita aos estudantes, principalmente, de Engenharia Elétrica a distinguir e recomendar os diversos materiais utilizados em equipamentos e componentes elétricos e magnéticos. A partir disso pode-se fazer uma correlação das propriedades dos metais, ligas, materiais cerâmicos, semicondutores, plásticos e outros tipos de polimerizados com suas propriedades estruturais, além disso, faz com que eles conheçam as tendências atuais e as perspectivas futuras no campo da ciência dos materiais, pois ainda há desafios tecnológicos, inclusive considerações sobre o impacto ambiental da produção dos materiais. (Tavares, 2009)

2 Considerações iniciais sobre condutores

Sabe-se que quando um corpo se encontra eletrizado, houve nele um desequilíbrio entre o número de prótons e de elétrons dos átomos do referente corpo. Por isso, a quantidade de carga depende de quantos elétrons foram retirados ou então colocados nele. Segundo Tavares (2009, p. 24) existem vários exemplos de bons condutores:  Metais (como o cobre, alumínio, ferro, etc.) usados para enrolamentos de máquinas elétricas e transformadores, etc.  Ligas metálicas usadas para fabricação de resistências, aparelhos de calefação, filamentos para lâmpadas incandescentes, etc.  Grafite  Soluções aquosas (de sulfato de cobre, de ácido sulfúrico. etc.).  Água da torneira, água salgada, água ionizada (como, por exemplo, as das piscinas);  Corpo humano;  Ar úmido. No caso dos metais (ferro, ouro, platina, cobre e outros) seus átomos são chamados de elétrons livres quando, na sua última órbita eletrônica, perde um elétron mais facilmente. A condução desses elétrons livres ou a circulação da corrente elétrica é evidente tanto em sólidos quanto nos líquidos, como também, em condições favoráveis pode-se ocorrer nos gasosos. Porém, é visível que, de um modo mais prático, os materiais condutores são sólidos, e dentro desse grupo verifica-se os metais que facilitam no fornecimento de elétrons livres e, esses, são utilizados para a fabricação, especialmente, de fios para cabos e aparelhos elétricos. Ainda para Tavares (2009, p. 27): Fio elétrico: produto metálico maciço e flexível, com seção transversal invariável, que pode ou não possuir isolação e/ou proteção mecânica; e Cabo elétrico: produto metálico composto de fios elétricos justapostos, que pode ou não possuir isolação e/ou proteção mecânica. Portanto, o condutor elétrico é um produto metálico que possui uma determinada secção transversal - normalmente circular - e com um comprimento bem elevado. Esse pode ser formado por apenas um único maciço fio metálico ou então por vários fios torcidos. Sabe-se que um condutor elétrico tem como principal função o transporte de energia elétrica ou transmitir sinais elétricos. Comumente pode ser composto apenas de condutor e isolação, conhecido como condutores isolados; porém, existem também os condutores unipolares ou multipolares que possuem adicionalmente uma cobertura sobre a isolação, vale ressaltar que isso depende do número de condutores presente nesse fio (veias).

2.1 Materiais mais utilizados como condutores

Quando se trata dos materiais mais utilizados para a fabricação dos condutores elétricos, verifica-se que esses são: o cobre e o alumínio. Análise do processo de acabamento e recobrimento de condutores elétricos 2.1.1 O Cobre Sobre esse assunto, o Group Prysmian (2012, p.3) de cabos energia - construção e dimensionamento - explica que: O cobre, que é o material tradicional, deve ser eletrolítico, ou seja, refinado por eletrólise, de pureza mínima 99,9% (considerando a prata como cobre), recozido (têmpera mole), de condutibilidade 100% IACS (Internacional Annealed Copper Standard). Somente em aplicações especiais, torna-se necessária a utilização de cobre de têmperas meio-dura e dura. O alumínio, normalmente obtido por laminação contínua, vem sendo amplamente empregado como condutor elétrico em virtude principalmente de sua boa trabalhabilidade, menor peso específico e conveniência econômica. Ainda referente ao cobre Tavares (2009, p. 27) especifica que há vantagens que esse elemento se destaca dentre os outros metais condutores, como:  Pequena resistividade. Somente a prata tem valor inferior, porém o seu elevado preço não permite seu uso em quantidades grandes;  Características mecânicas favoráveis;  Baixa oxidação para a maioria das aplicações. O cobre oxida bem mais lentamente, perante elevada umidade, que diversos outros metais; esta oxidação, entretanto, é bastante rápida quando o metal sofre elevação de temperatura;  Fácil deformação a frio e a quente: é relativamente fácil reduzir a seção transversal do cobre, mesmo para fios com frações de milímetros de diâmetro. O cobre possui uma cor avermelhada que se distingue dos demais metais que, exceto o ouro, são na maioria das vezes cinzentos. Quanto a sua condutividade, ou seja, seu grau de pureza percebe-se que ela é muito influenciada quando há impurezas mesmo em pouca quantidade. Sua resistividade a 20°C é de: ρcu = 1,7241μ_cm2/cm e seu coeficiente de termoresistividade vale: α = 0.00393/ºC. Dentre outros características têm-se a sua resistência a ação da água, de asfaltos, de fumaças, mas pode ser atacado diretamente pelo oxigênio do ar presente quando reagido com alguns ácidos - sulfatos, carbonatos -, sais e amoníacos podem corroer o cobre. 2.1.2 Alumínio O alumínio, segundo metal mais utilizado na eletricidade, tornou-se nos últimos anos uma preocupação sobre a substituição do cobre por ele devido ser mais barato. Por isso tem-se elevado sua preferência, porém, mesmo com esse ponto positivo, existem alguns que lhes prejudicam, como: sua fragilidade mecânica e sua rápida oxidação. Dentre as características desse elemento o seu pequeno peso específico para Tavares (2009, p. 32) torna-o mais utilizado, principalmente:  em equipamento portátil, uma redução de peso;  em partes de equipamento elétrico em movimento, redução de massa, da energia cinética e do desgaste por atrito;  de peças sujeitas a transporte, maior facilidade nesse transporte, extensiva à montagem dos mesmos;  em estruturas de suporte de materiais elétricos (cabos, por exemplo) redução do peso e consequente estrutura mais leve;  em locais de elevada corrosão, o uso particular de ligas com manganês. Portanto, o uso do alumínio adquiriu, por essas razões, uma importância especial nas instalações elétricas. Outro aspecto evidente é a sua oxidação, como já foi mencionada acima. Ele apresenta uma oxidação extremamente rápida, formando uma fina película de óxido de alumínio que tem a propriedade de evitar que a oxidação se amplie, tornando, assim, apenas superficial. Porém, esta película apresenta uma resistência elétrica elevada com uma tensão de ruptura de 100 a 300V, o que dificulta a soldagem do alumínio, que por essa razão exige pastas especiais. (Tavares, 2009) Francisco Jeandson Rodrigues da Silva

3 Principais características relevante dos condutores elétricos

Na visão de Padilha (2000, p. 13): Os materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos. Eles apresentam um grande número de elétrons livres, isto é, elétrons que não estão presos a um único átomo. Muitas das propriedades dos metais são atribuídas a estes elétrons. Por exemplo, os metais são excelentes condutores de eletricidade e calor e não são transparentes à luz. A superfície dos metais, quando polida, reflete eficientemente a luz. Eles são resistentes, mas deformáveis. Por isto são muito utilizados em aplicações estruturais. Os materiais condutores são caracterizados por diversas grandezas, dentre as quais se destacam: condutividade ou resistividade elétrica,

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