Materiais Condutores Industriais- ligas resistivas e de contatos elétricos

Prof. Kenaz Cristian

Considerações Iniciais

• Os materiais, no aspecto elétrico, podem ser classificados como condutores, semi-condutores, supercondutores e isolantes.

• O nosso trabalho se destina aos condutores, em especifico, as ligas resistivas e de contatos elétricos.

Continuação...

• O material é condutor, quando permite um fluxo de elétrons, em seu meio, compatível com a ddp aplicada aos terminais.

• Os metais são os materiais que melhor apresentam características condutoras.

• Cada material puro tem sua propriedades físicas, elétricas e magnéticas que norteiam suas aplicações.

Continuação...

• Mas devido à necessidade de outras aplicações, se pensou em juntar materiais, em busca de propriedades diversas dos materiais puro. Daí onde surgem as ligas metálicas.

• Segundo o prof. Dercy Barbosa, as ligas metálicas são: “Substâncias constituídas à base de um processo de difusão atômica envolvendo dois ou mais elementos químicos, dos quais pelo menos um é metal” (MATERIAIS ELÉTRICOS. Ed. Guanabara Dois, Rio de Janeiro,1983, pag.44)

Ligas Resistivas

• Essas ligas possuem resistividade elétrica variável entre 0,2 e 1,5 Ω.mm²/m

• O que favorece para essa alta resistividade?

• As ligas resistivas podem ser classificadas quanto à sua aplicação:

1. Ligas para fins de aquecimento2. Ligas par fins de medição3. Ligas para fins de regulação

Ligas para fins de aquecimento

• Precisam de alta estabilidade térmica• Pouca influência corrosiva e química à temperatura

ambiente• Geralmente são cobertas por uma fina película de óxido• Deverá ser analisada a capacidade de dilatação térmica e

de irradiação• Deve-se ter dados da variação da resistência entre a

temperatura ambiente e a de aplicação• Exemplos: Nicrome V, Cromax, Cromore, etc.• São aplicadas nos fornos em geral, ferro de Solda e passar,

estufas, fogões elétricos, eletrodomésticos

Ligas par fins de medição

• Essas ligas admitem coeficiente de dilatação de temperatura máxima 2,5. 10-6 °C-1.

• A resistividade praticamente constante.• Porém essas ligas sofrem deformação a frio,

podem ocasionar “envelhecimento”, devido às tensões internas criadas. Qual a saída?

• Envelhecimento artificial• Usadas em guias de medidas em aparelhos de

precisão.

Ligas para fins de regulação

• Nessas ligas, a faixa de temperatura varia entre 100 e 200°C

Usos Industriais das Ligas Resistivas

• Reostato de campo para máquinas elétricas• Reostato para partida e controle de velocidade

de motores• Reostato para carga de bateria• Resistência de fios para laboratórios e aparelhos

de precisão• Resistências para aquecimento: estufas, fornos,

etc.• Resistores de alta dissipação

Algumas Ligas Resistivas

• Ligas de Níquel-Cromo → resistividade alta, grande resistência à oxidação em altas temperaturas, geralmente empregadas em fornos. Exemplos: Nicromo (80%Ni + 20%Cr); Cromax (30%Ni +20%Cr + 50%Fe); Nicromo 65/15; Chromel(90 Ni + 10 Cr)

Algumas Ligas Resistivas

• Ligas de Níquel e Cobre → termoestável, aplicável aos pares termoelétricos, resistência de precisão e em máquinas de precisão.

Exemplos: Constantan(40% Ni + 60 Cu); Manganina( 84%Cu + 12% Mn + 4% Ni); Prata alemã(18% Ni + 64%Cu + 18% Zn)- usada material de contato para chaves e contatores; Cuprothal(44%Ni + 55%Cu+ Mn)- usadas em resistores de fio, com limites de até 400°C

Algumas Ligas Resistivas

• Ligas de Níquel → Exemplos: Invar(36%Ni +63,5% Fe + 0,35%Mn) – possui baixa dilatação e é utilizadas em guias de medidas em aparelhos de precisãoAlumel (94Ni + 3Mn + 2Al + Si) - usada em fio resistivo

• Ligas de Cromo e Ferro → ótimas para utilização de aquecimento elétrico em geral. Composição: Cr + Al + Co + Fe

Algumas Ligas Resistivas

• Ligas de Alumínio → Exemplos:Duralumínio(Cu+Al+Mg+Mn) → aplicada em fios

cabos, tubos, barras e chapas condutorasAlumoweld- fio ou cabo de alumínio tendo

como eixo dorsal fio de aço.Liga para cabos leves utilizados em linha aérea.

Composição(0,3 a 0,5 Mg + 0,4 a 0,7Si + 0,2 a 0,3Fe + Al)

Algumas Ligas Resistivas

• Ligas de Estanho e Chumbo → Utilizada para revestimento de fios e malhas de cobre ou latão, melhorando a soldabilidade e atuando como protetora da corrosão.Utilizada na produção de fusíveis e fios de solda. Composição(62%Sn + 38%Pb)

Ligas de Contatos Elétricos

Considerações iniciais

• Todos os dispositivos de comando, controle e regulação, necessitam de um sistema de peças de contato, composto por um os mais contatos fixos ou móveis.

• Esse sistema pode ser simétrico ou assimétrico

• Neste sistema temos fenômenos físicos e químicos, vamos destacar os mais importantes.

• Os materiais escolhidos na fabricação das peças de contatos devem ser analisados as suas propriedades, como também a possibilidade de influências de condições do ambiente.

• O cobre e a prata são os principais metais utilizados, porém hoje é bastante comum o uso de ligas desses dois com outros.

Fenômenos e Propriedades

• Superfície real e aparente dos contatosHá vários formatos de contatos: esféricos,

planos, cilíndricos, cônicos, de superfícies arredondadas

• Os planos parecem ter maiores condições favoráveis

• Mas não olhar mais preciso isso não é verdade.

• Assim a área geométrica é apenas uma área aparente de contato

• A pressão aplicada sobre uma peça de contato é subdividida em pressões nos pontos de contato.

• E a corrente como fica?• A área de contato é função da pressão

aplicada e da dureza do material.• Qual a relação dessa pressão e a resistência

elétrica do contato?• Outro aspecto importante é a durabilidade,

que pode ser vista como mecânica e elétrica.• A mecânica está relacionada ao número de

acionamento e a elétrica, ao suportar o arco voltaico.

Durabilidade das peças

Resistência de contato

• Como vimos, a existem apenas alguns pontos de contatos, isto faz com que a corrente de condução deixe de ser uniforme, e passando apenas pelos pontos de contato, causando aumento da temperatura. Esse calor representa a resistência do contato.

• A resistência do contato é o somatório da corrente da camada de óxido ou sulfato e a resistência da área reduzida.

Cálculos da Resistências de Contatos

Método mais usado:

Análise gráfica de Rc para alguns Materiais

Características do materiais aplicados aos contatos

• Elevada condutividade e adequado comportamento perante o arco voltaico

• Pouca tendência a oxidação• Razoável resistência mecânica e dureza.• Com essas características poderão até ser

usados em algumas aplicações os metais não-nobre(cobre, latão e bronze) e ligas

• Como na prática alguns metais são caros, usa-se as ligas com características adequadas para as aplicações.

Conclusão

• Os metais nobres são bastante usados, se observa a aplicação da cobre e prata

• Em várias aplicações, as ligas resistivas e de contatos elétricos são muito usadas devido a acessibilidade, economia, propriedades desejadas.

• Para cada aplicação específica é necessário fazer o levantamento do que se necessita.