Trabalho sobre Fusíveis - Versão final

Trabalho sobre Fusíveis - Versão final

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As propriedades químicas determinam uma maior ou menor capacidade dos materiais de reagirem entre si quando postos em contato. A reatividade de um material indica a sua habilidade de participar de uma reação química. Uma reação química é caracterizada como qualquer modificação que altera as propriedades de uma substância ou forma outra substância.

2.2.2.1. Corrosão

A corrosão é definida como a modificação estrutural de um material provocada pela ação química espontânea de agentes do meio ambiente. Os agentes mais ativos são o oxigênio e a umidade do ar. A corrosão é um processo de deterioração do material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, etc. O problema da corrosão apresenta uma significativa importância uma vez que aproximadamente 5% do Produto Interno Bruto das nações são despendidos com a manutenção e prevenção da corrosão ou pela substituição de produtos perdidos ou contaminados pelas reações corrosivas. É essencial que o engenheiro entenda os mecanismos de corrosão para poder selecionar os materiais mais apropriados ao meio e às condições de trabalho e protegê-los adequadamente contra a sua ação destruidora.

2.2.2.2. Dissolução Química

É o tipo de deterioração mais simples que pode ser ilustrado através do exemplo do açúcar na água. No entanto, os materiais de engenharia não são fabricados com esses componentes tão simples. Exemplos práticos podem ser observados na deterioração de uma mangueira de borracha que escoa gasolina. Ela sofre um processo de deterioração por dissolução quando em contato com os hidrocarbonetos solventes da gasolina.

Generalizações das dissoluções químicas:

- A solubilização ocorre mais facilmente quando o soluto (material) e o solvente têm estruturas semelhantes. Ex: materiais orgânicos são mais solúveis em solventes orgânicos.

- Moléculas e íons pequenos se dissolvem mais facilmente.

- A velocidade de dissolução aumenta com a temperatura.

2.2.2.3. Oxidação Eletroquímica dos Metais

Nos metais o processo de corrosão é eletroquímico, ou seja, é uma reação química onde ocorrem trocas de elétrons de um espécime químico para outro. Exemplo: 1ª equação para oxidação do ferro em íons ferrosos e a 2ª equação para oxidação de íons ferrosos em férricos.

Quando um elemento (metal) combina-se com o oxigênio (oxidação) o metal perde elétrons. Diz-se que o metal oxidou-se (perdeu elétrons) e o oxigênio reduziu-se (ganhou elétrons).

A oxidação dos metais pode ocorrer a qualquer temperatura, porém é mais acentuada em temperaturas elevadas.

2.2.2.4. Corrosão Galvânica

É o processo corrosivo resultante do contato elétrico de materiais diferentes ou dissimilares. Este tipo de corrosão será tão mais intensa quanto mais distante forem os materiais na tabela de potenciais eletroquímicos, ou seja, em termos de nobreza no meio considerado.

A corrosão galvânica ocorre através dos processos de oxidação e dissolução. Para que ocorra uma corrosão galvânica são necessários os seguintes requisitos:

- Existência de dois metais dissimilares.

- Um eletrólito no qual os metais estejam imersos.

- Ligação elétrica entre os dois metais.

Efeitos danosos da corrosão:

- Efeitos químicos com a formação de óxidos e sais.

- Efeitos físicos com a diminuição de peso e mudança de aspecto do material (cor).

- Efeitos mecânicos com a redução de resistência mecânica.

- Efeitos elétricos com o aumento da resistência elétrica.

- Efeitos econômicos com o aumento das despesas de manutenção.

2.2.2.5. Prevenção da Corrosão

Para aumentar a vida útil de um produto podemos prevenir sua corrosão com um dos métodos mais antigos para tal, é o revestimento protetor. Uma superfície pintada isola o metal da ação corrosiva, porém apresenta limitações. Os revestimentos orgânicos (tintas) causam problemas se usados em temperaturas elevadas, podendo danificar o produto, além disso, precisam de um constante recobrimento da superfície devido à degradação da camada com o tempo.

No entanto, não existe somente o revestimento protetor orgânico. Pode-se usar estanho como película protetora do aço (estanhagem). As superfícies podem ainda receber revestimento de prata, níquel ou cobre, metais que resistem à corrosão.

O Tabela 3 mostra algumas vantagens e desvantagens de algumas camadas protetoras.

Tabela 3.

3. Ligas Metálicas

Ligas metálicas são substâncias resultantes da mistura de dois ou mais elementos, entre os quais pelo menos um é metal. Na maior parte das vezes recorre-se às ligas metálicas para dar aos metais determinadas propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, magnéticas ou anticorrosivas.

Os metais utilizados pela indústria raramente apresentam todas as características desejadas para uma aplicação específica. Caso seja muito quebradiço, ou muito mole, ou pouco resistente à oxidação, busca-se obter uma liga com outro elemento que resulte num material de maior resistência mecânica, duração ou outra qualidade desejável. Por apresentarem propriedades e características físicas mais satisfatórias que as de seus componentes, as ligas metálicas têm importância primordial na indústria metalúrgica.

O procedimento mais frequente na preparação de ligas metálicas consiste em fundir, em primeiro lugar, o metal cujo ponto de fusão é mais elevado, acrescentando-se em seguida os demais componentes. Também é possível inverter a ordem ou fundir os componentes simultaneamente. O método de fusão mais simples é o do cadinho, utilizado em pequenas fundições. Quando é necessário obter grandes quantidades de liga, usam-se fornos elétricos de diferentes tipos, como os de arco e de indução de baixa ou alta frequência.

A preparação de algumas ligas metálicas consiste no próprio processo de obtenção do metal, já que alguns minérios já contêm os elementos necessários à liga que se deseja obter. Um exemplo disso é o bronze (liga de cobre e estanho), primeira liga utilizada pelo homem, há mais de cinco milênios. Os homens primitivos fabricavam bronze pela simples fundição do minério de cobre, que já continha estanho.

3.1. Classificação das Ligas Metálicas

Ao planejar a combinação de metais, entre si ou com outros elementos, considera-se com especial cuidado a variação das proporções, fator que influi decisivamente nas propriedades do material final. Certas misturas formam uma rede cristalina perfeita, com os átomos de diversos materiais dispostos em posições perfeitamente determinadas. Em outros casos, os átomos se distribuem aleatoriamente.

No estudo das características de uma liga metálica são empregados gráficos ilustrativos da relação entre tempo e temperatura. Outro recurso útil à análise é o diagrama de fases, em que se apresentam a porcentagem dos componentes e a temperatura. A partir desses diagramas, que exibem as diversas fases ou formas de cristalização a que estão sujeitos os materiais, é possível classificar cinco tipos genéricos de ligas.

Tipo I: ligas com solução sólida. As ligas metálicas do tipo I são miscíveis tanto no estado sólido quanto no líquido. Na elaboração das combinações de solução sólida, formam-se cristais que contêm todos os metais componentes da liga.

Tipo II: ligas eutéticas. Chamam-se eutéticas as ligas que, em estado sólido, apresentam proporções inalteráveis e ponto de fusão constante e característico, também chamado eutético. Por manter constantes os pontos de fusão e solidificação, a liga eutética se comporta como um metal puro.

Tipo III: No grupo III os metais são totalmente miscíveis em estado líquido, mas em estado sólido só se misturam parcialmente.

Tipo IV: O grupo IV inclui as ligas de metais não miscíveis em estado líquido.

Tipo V: ligas que formam compostos. Os metais do tipo V combinam-se para formar compostos denominados intermetálicos, principais endurecedores das ligas industriais. Alguns, como os carbonetos de boro e de tungstênio, estão entre os materiais mais duros e resistentes que se conhecem.

3.2. Principais ligas metálicas

As ligas dividem-se em dois grandes grupos: ferrosas e não-ferrosas. Entre as primeiras, mais importantes sob o ponto de vista do volume de produção e da diversidade de propriedades, figuram os diversos tipos de aço, enquanto as não-ferrosas se caracterizam por suas propriedades específicas, como leveza ou resistência à corrosão.

Ligas à base de ferro: O aço comum é constituído de ferro e uma proporção de carbono, em geral inferior a 1,8%. A partir do aço comum se produzem materiais como o aço inoxidável, que contém níquel, titânio e cromo, e os aços especiais, com maiores concentrações desses e de outros elementos, de acordo com a aplicação a que se destinam. Outro tipo de ligas metálicas de ferro são as de ferro-níquel, com quarenta a cinquenta por cento de níquel, que se caracterizam pelo coeficiente de dilatação muito baixo.

Ligas à base de cobre: Entre as ligas de cobre se incluem algumas de uso muito frequente, como o latão, formado de cobre e zinco, e o bronze, de cobre com um máximo de dez por cento de estanho. As ligas não-ferrosas à base de cobre ocupam o segundo lugar em volume de produção, depois das ligas de ferro.

Ligas à base de alumínio: Também comuns, as ligas de alumínio podem ser usadas em fundição, caso das que contêm silício. Entre as ligas forjadas de alumínio, que contêm cerca de quatro por cento de cobre e 0,6% de magnésio, ou um por cento de silício e um por cento de magnésio, se inclui o duralumínio, liga endurecível por envelhecimento.

Ligas de chumbo e estanho: A solda é a mais conhecida das ligas à base de estanho e contém quarenta a cinquenta por cento desse metal. O chumbo duro, liga de chumbo com 10 a 13% de antimônio, se usa na fabricação de placas de bateria.

Ligas de manganês: Chamam-se ligas de manganês aquelas que combinam esse metal com cobre e níquel e apresentam coeficiente de dilatação térmica inusitadamente alto.

Ligas de metais preciosos: Entre as muitas ligas de metais preciosos que constituem o material básico da joalheria, podem-se mencionar a alpaca, de prata, cobre, níquel e zinco; a prata de lei, combinada com cobre; e as ligas de ouro, com diversos metais, que conferem ao metal resistência ao desgaste. O ouro puro tem 24 quilates, e as ligas, valores proporcionalmente inferiores.

3.3. Aplicações

De aplicação em quase todos os campos, as ligas metálicas podem também ser classificadas em função de seu uso. Assim, as de antifricção destinam-se a suavizar o atrito entre peças de maquinaria, e as fusíveis que contêm proporções variáveis de bismuto, chumbo, estanho e cádmio - são empregadas como elementos térmicos de segurança. As ligas resistentes à corrosão e à oxidação são fundamentais para a construção naval, em que se usa muito a liga Monel, de níquel com pequena percentagem de cobre e ferro.

As ligas magnéticas, como o permalói e o ticonal, constituídos de ferro, níquel, cobalto e titânio, mantêm suas propriedades permanentemente e representaram um grande avanço na comunicação por cabo submarino. Finalmente, as ligas refratárias, de grande resistência à corrosão, ao calor e a radiações, são utilizadas como material de construção em usinas nucleares e na indústria aeroespacial.

4. Fusíveis

4.1. História

A palavra “fusível” tem a sua origem no termo latim fusus (“fundido”). Em 1847 o físico francês Breguet recomendou a utilização de condutores de diâmetro reduzido de maneira a proteger as estações de telégrafo contra relâmpagos: Ao derreterem, os fios mais finos poderiam assim proteger os aparelhos e respectivos fios dentro do edifício. Desde 1864 que começou a ser usada uma grande variedade de materiais fundíveis para fios com esta finalidade. Um fusível foi por fim patenteado pelo inventor e empresário norte-americano Thomas Edison em 1890 como parte do seu sistema de distribuição de energia elétrica.

4.2. Definição

Fusíveis são dispositivos conectados ao circuito elétrico que tem como função principal a proteção do circuito contra as sobrecargas da corrente elétrica (interrompendo a passagem de corrente elétrica no circuito, quando esta ultrapassar o limite permitido pelo fusível), evitando possíveis danos ao sistema elétrico, tais como a queima do circuito, explosões e eletrocutamento. Os fusíveis são bastante usados nos eletrodomésticos.

Basicamente um fusível funciona como o “elo mais fraco de uma corrente” arrebentando quando a corrente elétrica no circuito ultrapassa certo limite, como foi citado anteriormente. Os fusíveis em síntese, são compostos por um pedaço de fio mais fino e/ou de menor ponto de fusão que o restante do circuito sendo ligados em série com o mesmo, como pode ser observado na Figura 3.

Figura 3.

4.3. Funcionamento

O funcionamento do fusível baseia-se no princípio segundo o qual uma corrente que passa por um condutor gera calor proporcional ao quadrado de sua intensidade. Este princípio é denominado Lei de Joule (ou efeito Joule) que é definida pela seguinte fórmula:

Onde:

  • Q é o calor gerado por uma corrente constante, esta que percorre uma determinada resistência elétrica por um determinado período de tempo.

  • I é a corrente elétrica que percorre o condutor.

  • R é a resistência elétrica do condutor.

  • t é o espaço de tempo em que a corrente elétrica percorreu o condutor.

Quando a corrente ultrapassa a intensidade máxima tolerável pelo fusível, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, derretendo um componente e interrompendo o circuito.

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