Reflexão UFCD 23 – Instalações elétricas – generalidades

Reflexão UFCD 23 – Instalações elétricas – generalidades _________________________________________________________________________________ Objetivos:  Propriedades dos materiais;  Materiais ferrosos e não ferrosos;  Desenho esquemático; _________________________________________________________________________________ Propriedades dos Materiais Vivemos na era da eletrónica. Contactamos com o mundo através de um pequeno aparelho de telefone móvel, ou da Internet, viajamos de avião à velocidade do som, gravamos as imagens preferidas através de máquinas com gravação digital. Todos os objetos que estamos a habituados a utilizar fundamentam o seu funcionamento nas características dos materiais de que são construídos. Escrevemos normalmente com uma esferográfica feita de matéria plástica e metal, cuja tinta é uma mistura de substâncias artificiais, sobre uma folha de papel fabricado com matérias vegetais, em cima de uma mesa de madeira, iluminado pela luz que atravessa o vidro das janelas, por sua vez construídas em alumínio. Matéria plástica, metais, madeira, papel, cerâmica (argila) e pedra são exemplos de materiais comuns. Os materiais distinguem-se uns dos outros pelas propriedades que os caracteriza e distingue quando pretendemos construir um objeto. Os materiais têm origem em diferentes matérias-primas: minerais, vegetais, e outras artificiais ou sintéticas. Acerca deste tema, podemos tirar mais informações, na minha reflexão da UFCD 20, onde está mais desenvolvido. Materiais ferrosos e não ferrosos Os metais ferrosos mais comuns são o aço, o ferro fundido e o ferro laminado. Esses metais são ligas de ferro e carbono, que podem ainda apresentar na sua composição elementos como fósforo, manganês, silício, cobre, enxofre, entre outros. Possuem uma percentagem de ferro superior a 90%, daí a denominação de metais ferrosos, uma percentagem máxima de carbono de 5%, com os demais elementos aparecendo em percentagens relativamente reduzidas. O aço possui teor de carbono de até 1,7%. Sua resistência à rutura por tração pode variar, dependendo da qualidade, de 200 MPa a valores superiores a 1200 MPa. A resistência ao esmagamento por compressão é igual à resistência à rutura por tração. O ferro fundido apresenta teor de carbono variando entre 1,8% e 4,5%, portanto superior ao do aço. Sua resistência à tração é considerada baixa, alcançando no máximo 400 MPa, mas a resistência à compressão é boa, situando-se entre duas e quatro vezes a resistência à tração. O ferro laminado é quase um aço com baixo teor de carbono (inferior a 0,12%), distinguindo-se deste apenas por possuir cerca de 3% de escória. Essa escória, caracterizada por pequenas partículas misturadas à massa do metal, se apresenta na forma de fibras, devido às operações de laminação. O ferro laminado possui uma resistência à tração que atinge no máximo 350 MPa na direção das fibras e 320 MPa na direção perpendicular às fibras e uma resistência à compressão que, assim como o ferro fundido, se situa entre duas e quatro vezes a resistência à tração. Atualmente, na engenharia estrutural, o único metal ferroso utilizado é o aço, mas com teor de carbono limitado a 0,29%; isto porque, embora o carbono seja o principal elemento responsável pelo aumento de resistência do aço, teores mais elevados podem causar redução de ductilidade e soldabilidade. O ferro fundido e o ferro laminado deixaram de ser empregados já há muitos anos devido à capacidade limitada de resistir à tração e, no caso do ferro fundido, também por possuir baixas ductilidade e soldabilidade, em razão do alto teor de carbono. Denominam-se metais não ferrosos, os metais em que não haja ferro ou em que o ferro está presente em pequenas quantidades, como elemento de liga. Os metais não ferrosos são mais caros e apresentam maior resistência à corrosão, menor resistência mecânica, pior resistência a temperaturas elevadas e melhor resistência em baixas temperaturas que o aço carbono. Os principais serviços com metais não ferrosos são os serviços de corrosão e de não contaminação pelo produto da corrosão, como em situações extremas de temperaturas baixas e altas. São usualmente utilizados cerca de 50 tipos de cobre e ligas em equipamento de processos, os quais podem ser classificados como: cobre comercial, latões, bronzes e cobre-níquel. O cobre comercial apresenta pelo menos 95% de cobre. A principal fraqueza desse material é a resistência mecânica. Em temperaturas elevadas, permitem o uso do cobre comercial até a temperatura de 200ºC. A temperatura máxima de utilização e seu elevado custo restringem a utilização deste material. Devido sua estrutura CFC, o cobre não apresenta transição dúctil-frágil e pode ser utilizado sem teste de impacto até a temperatura de – 200ºC. A resistência do cobre comercial à corrosão assim como as ligas de cobre é consequência da formação de uma camada passiva de vários compostos de cobre, diferindo da camada passiva de óxidos dos aços. Deve-se lembrar que o cobre e suas ligas são altamente catódicos em relação ao aço carbono, a união cobre aço carbono, causará uma intensa corrosão galvânica na presença de meios eletrolíticos. O cobre comercial apresenta excelente resistência à corrosão atmosférica húmida e poluída, e também às águas salobras e salgada, aos meios não oxidantes, aos compostos orgânicos (álcoois, acetonas, hidrocarbonetos, ácidos…). Apresenta baixa resistência à corrosão em meios ácidos oxidantes fortes (nítrico, sulfúrico, crômico, entre outros). Tanto o cobre como suas ligas apresentam corrosão sob tensão em meios onde houver a presença de amônia, aminas, sais amoniacais, cianetos entre outros compostos nitrogenados. Não se pode utilizar o cobre e suas ligas em serviços com o acetileno, pois há a formação de um produto explosivo. Os latões são ligas de cobre com até 40% de zinco e pequenas concentrações de outros elementos. O aumento da quantidade de zinco na solução sólida diminui o custo do material e também diminui a resistência à corrosão. Os latões são usados, principalmente para tubos e espelhos de troca de calor, bem como para válvulas de pequeno diâmetro, sempre que o serviço for realizado em baixas pressões, devido à pequena resistência mecânica dos latões. Os bronzes são ligas de cobre criadas com o intuito de melhorar a resistência à temperatura e à resistência mecânica. Os elementos de liga associados ao cobre (85-95%) são: Sb, Al, P, Si. Como sabemos os elementos Si e Al são desoxidantes sendo o Al mais utilizado em equipamentos de processos. Os bronzes industriais podem ser utilizados entre as temperaturas de -200ºC a 370ºC. As resistências dos bronzes são similares a do cobre comercial e também estão sujeitos a corrosão sob tensão em presença de amônia, aminas, sais amoniacais, e mercúrio. São empregados para a construção de válvulas pequenas e para o mecanismo interno de válvulas grandes e paras os espelhos de permutadores de calor. O níquel e o cobre possuem tamanhos atómicos próximos, assim a liga cobre níquel forma soluções sólidas substanciais praticamente em qualquer proporção. O cobre níquel possui melhor resistência à corrosão e a temperaturas elevadas, mas também eleva o preço do material. A resistência mecânica do cobre-níquel é semelhante à do bronze e sua resistência à corrosão, é semelhante a do cobre comercial. O alumínio é um metal de baixa densidade e alta condutividade térmica e baixa resistência mecânica. Com uma estrutura cúbica de face centrada, o alumínio pode ser utilizado para serviços até próximo do zero absoluto, pois não apresenta a transição dúctil-frágil, sua resistência mecânica (LR e LE especificamente) aumenta com a diminuição da temperatura. Para temperaturas elevadas a resistência mecânica do alumínio decai, tornando seu uso impróprio para temperaturas acima de 150ºC. O alumínio forma uma fina camada passiva de óxido muito estável e tenaz, sendo praticamente inerte à atmosfera e apresentando uma boa corrosão às águas salinas, alcalinas e acidas. Graças ao seu excelente desempenho em baixas temperaturas o Alumínio é usado para serviços criogênicos com gases liquefeitos e serviços a baixa temperatura em que as condições de corrosão e segurança o permitam. Tanto o níquel, quanto suas ligas apresentam excelente resistência a corrosão e resistência mecânica em temperaturas elevadas e baixas. O custo elevado das ligas de níquel fazem com que estas matérias sejam poucos usados a baixa temperatura, onde se prefere usar materiais mais baratos como o alumínio e os aços. Normalmente emprega-se o níquel em ambientes corrosivos severos de cáusticos sendo o níquel 201 o mais empregado para esses serviços em temperaturas de 300ºC. De todas as ligas de metal o níquel é o mais utilizado em equipamentos de processos, sendo usados para tubulações e válvulas de pequeno diâmetro, para tubulações de trocadores de calor e como material de revestimento anticorrosivo. Desenho esquemático Quanto a esta matéria, fizemos a iniciação ao executar alguns esquemas unifilares e multifilares em papel milimétrico de uma comutação de lustre, de uma comutação de escada, de uma comutação de escada com inversor e de um automático de escada, (pode-se ver o meu trabalho em anexo no portefólio), mas deixo aqui algumas imagens como exemplo, dos esquemas por mim executados. Esquema unifilar de comutação escada Esquema multifilar de comutação escada Esquema unifilar de comutação lustre Esquema multifilar de comutação lustre Esq. unifilar comutação escada inversor Esq. multifilar comutação escada inversor Esquema unifilar automático escada Esquema multifilar automático escada Curso técnico de instalações elétricas – EFA – NS Formador: Maia Miguel Formando: Fernando Miguel Costa Silva Nº 11 27 de junho de 2013