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FACULDADE ANHANGUERA DE PIRACICABA

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MATERIAIS ELETROELETRÔNICOS

ENGENHARIA ELÉTRICA – 5º Semestre

Prof. Antônio José Albiero

João Ricardo de Lion Siervo RA: 686.854.240.7 - ELÉTRICA

Lucio Benedito da Silva RA: 703.853.376.1 - ELÉTRICA

Wellington Cardeal dos Santos RA: 684.945.319.3 - ELÉTRICA

Matheus Gimenes RA: 645.729.224.8 - ELÉTRICA

Bruno André de Oliveira RA: 681.401.537.8 - ELÉTRICA

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Piracicaba, 2015

INDÍCE

Etapa 1 página 3Passo 1 página 3Passo 2 página 3Passo 3 página 3Passo 4 página 3Croqui de um transformador página 4Croqui e principais itens de um transformador página 5Isolador de alta tensão página 5Bobinas primárias e secundárias

página 6Núcleo (circuito magnético) página 6Tanque página 6Óleo página 7Principais ligas metálicas, formas de obtenção e preço médio

página 7Aço Silício página 7Ferro-Níquel página 7Ligas de Cobalto página 8Molibdênio em pó página 8Materiais amorfos página 8Porcelana página 9Esmaltes e Vernizes página 9Resistividade dos materiais página 9Fluxograma

página 10Conclusão página 11Bibliografia página 11

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Etapa 1

Aula-tema: Materiais Condutores

Esta atividade é importante para que você e sua equipe possam compreender sobre os

materiais condutores utilizados na transmissão elétrica nos transformadores de tensão.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS

Passo 1 (Equipe

Representar por um desenho manuscrito os principais itens de um transformador

elétrico, indicando suas diversas funções e propriedades.

Passo 2 (Equipe)

Pesquisar sobre as principais ligas metálicas utilizadas em transformadores elétricos,

indicando as formas de obtenção e preços médios encontrados.

Passo 3 (Equipe)

Elencar valores de resistividade para a temperatura ambiente para cada liga pesquisada

do item anterior.

Passo 4 (Equipe)

Organizar as informações num fluxograma indicando qual seria a melhor liga

para ser utilizada em transformadores elétricos (em termos de resistividade), e indicar

qual seria de menor custo, e qual delas pondera-se melhor em custo benefício,

observando fatores como preço, reatividade, dissipação de energia, etc.

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Croquis de um transformado

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Croqui e principais itens de um transformador

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Principais itens de um transformador

Isolador de alta tensão (buchas primárias)

A função básica das buchas ou isoladores nos equipamentos elétricos é proporcionar

um isolamento elétrico entre o condutor energizado e a carcaça do equipamento

(interligação entre equipamento e cabos isolados). Os materiais mais empregados na

sua construção são dielétrico de cerâmica (porcelana) ou vidro recozido. O isolador de

vidro recozido possui na rosca uma bucha de polietileno de alta densidade.

Bobinas primárias e secundárias

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São responsáveis pelo aumento ou diminuição de tensão em um transformador. Ao

redor do núcleo do transformador, que fica localizado dentro do tanque, existem duas

bobinas, uma denominada primária e a outra secundária. Em uma dessas bobinas é

aplicada a tensão que se deseja transformar, ou seja, aumentar ou diminuir. Essa bobina

é chamada de bobina primária ou enrolamento primário. Depois de transformada, a

tensão é estabelecida nos terminais de outra bobina, que é denominada bobina

secundária ou enrolamento secundário. O enrolamento primário está sempre conectado

a fonte de energia, já o enrolamento secundário é sempre conectado a carga e sua fonte

de energia é induzida do primário. Necessariamente os fios utilizados no enrolamento

de bobinas devem ter uma capa isolante. O esmalte é bom isolante para evitar curto

circuito entre as espiras que se tocam, sendo mais do que suficiente para isolar espiras

contíguas. 

Em bobinas de alta tensão, com diversas camadas de espiras, pode acontecer que o

isolamento entre duas camadas necessite ser maior do que aquele propiciado pelo

esmalte. É comum em bobinas de alta tensão separar uma camada da outra por um fina

flexível lâmina de algum material com alta rigidez dielétrica, evitando assim o curto

circuito entre duas camadas de espiras contíguas. 

Núcleo (Circuito Magnético)

O núcleo magnético de um transformador é fundamental em sua construção, pois é o

elemento que proporciona o caminho para passagem dos fluxos magnéticos gerados

pelas correntes que percorrem os enrolamentos. O núcleo é formado por lâminas de

ferro, e as duas principais características para seu dimensionamento é o tipo de material

e sua geometria.

Tanque

O tanque é um sistema de armazenamento e preservação do óleo. É através do tanque

que o calor transferido do núcleo e do enrolamento, através do óleo isolante, é liberado.

Os tanques são confeccionados em chapas de ferro reforçados, já que sua função

também é de sustentação da parte ativa do transformador.

Os radiadores são fixados na parte externa do tanque e tem como finalidade ajudar na

refrigeração do óleo isolante, transferindo o calor para fora do tanque. São

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confeccionados em chapas, com paletas abertas em suas extremidades, o que possibilita

o movimento do óleo em seu interior, recebendo o óleo com temperatura mais elevada

na parte superior e retornando o óleo com temperatura menor pela parte inferior.

Óleo

Em geral os transformadores de média e alta tensão são imersos em óleo isolante, que

tem a finalidade de proporcionar um meio isolante entre as partes energizadas, e como

transferência de calor do núcleo para o exterior do tanque. Os principais líquidos usados

como meio isolante são: o ascarel (hoje proibido seu uso, devido à agressão que o

mesmo provoca ao meio ambiente), o silicone e o óleo isolante mineral (derivado do

petróleo).

Principais ligas metálicas, suas formas de obtenção e preço médio

Aço-silício

Laminação a frio e um recozimento intermediário, acrescido de um recozimento final a

alta temperatura, produz-se chapas com melhores propriedades magnéticas na direção

de laminação, em relação às chapas com laminação a quente. Esta melhora é devido a

uma textura magneticamente favorável, produzida por um recristalização secundária,

durante o recozimento a alta temperatura. O percentual de silício varia de

aproximadamente 1,05 a 3,25% para as ligas não orientadas e 3,25% para as ligas

orientadas, e o percentual de carbono varia 0,03% (não orientado) a 0,01% (orientado).

As chapas são feitas por laminação a quente até aproximadamente à espessura final; a

seguir é realizada uma decapagem para retirar a película de óxido, e após laminado a

frio para a espessura final, melhorando as características mecânicas, e ao final, um

recozimento a baixa temperatura. Sua principal característica é apresentar excelentes

propriedades magnéticas na direção de laminação. Preço médio varia entre U$ 750 à U$

1.500 à tonelada.

Ferro-Níquel

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O níquel é um material com maior permeabilidade magnética e menor perda quando

comparado ao aço-silício, sendo normalmente utilizado em combinação com o ferro.

Quando seu processo de fabricação combina 50% de ferro e 50% de níquel, o seu nível

de saturação da liga resultante fica em torno de 15 quilo Gauss; já para uma combinação

de 20% de níquel e 80% de ferro, o nível de saturação fica em torno de 8 quilo Gauss.

Para uma mesma potência nominal, um transformador de ferro-níquel será fisicamente

maior que um transformador de aço-silício, devido ao seu baixo nível de saturação;

porém, para frequências mais elevadas, o transformador de ferro-níquel é preferido ao

aço-silício. O ferro-níquel devido a sua elevada permeabilidade e perdas reduzidas, é

preferido ao aço-silício em aplicações de alta fidelidade, mesmo a frequências mais

baixas – em que o aço-silício seria, teoricamente, mais adequado. Preço médio do

Níquel varia entre U$ 13.800 à U$ 14.068 mil dólares/Tonelada.

Ligas de Cobalto

O Cobalto tem alta solubilidade em ferro alfa e gama mas uma fraca tendência a formar

carbeto. Ele reduz a temperabilidade mas mantém a dureza durante o revenimento. Ele é

usado em aços para turbinas e como ligante em metais duros. Ele também intensifica a

influência de elementos mais importantes em aços especiais. Preço médio do Cobalto

em base de importação (Cobalto em formas bruta) U$ 27.974 mil dólares/tonelada.

Molibdênio em pó

O molibdênio pode formar carbonetos complexos no ferro alfa e no ferro gama como

(FeMo)6C, Fe21Mo2C6, e Mo2C na presença de carbono. O efeito do molibdênio na

forma da curva TTT é similar ao do cromo. O Molibdênio aumenta a temperabilidade e

reduz as temperaturas de têmpera. Também ajuda a aumentar a dureza ao rubro e a

resistência ao desgaste. O molibdênio é um dos constituintes de alguns aços rápidos,

aços resistentes a corrosão e altas temperaturas. Preço médio concentrado-EUA U$

34,90/kilo.

Materiais amorfos

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É a designação dada à estrutura que não têm ordenação espacial a longa distância (em

termos atómicos), como os sólidos regulares. É geralmente aceito como o oposto

de estrutura cristalina. As substâncias amorfas não possuem estrutura atômica definida.

Algumas substâncias comuns no dia-a-dia são amorfas, como o vidro, o poliestireno e

até mesmo o algodão-doce. O preço dos materiais amorfos variam de acordo com o

material.

Porcelana

A porcelana é uma cerâmica feita com uma massa branca composta principalmente de

caulim (um tipo de argila branca e forte), combinada com argila comum e com os

minerais chamados quartzo e feldspato. É revestida por uma camada de esmalte

transparente (podendo ser brilhante ou sem brilho), e vai ao forno a 1.450°C, tornando-

se vitrificada. A porcelana se destaca por ser impermeável e semitransparente. Preço

médio varia entre U$ 10 à U$ 100/unidade.

Esmaltes/Vernizes

Os vernizes de esmaltação possuem excelente estabilidade química e alta flexibilidade,

bem como ótima resistência mecânica, podendo ser aplicado como isolante em fios de

cobre e alumínio, para todos os diâmetros de fios. São adaptáveis a todas as máquinas

convencionais e de recirculação, verticais e horizontais. Os vernizes e resinas de

impregnação WEG são produtos à base de poliéster que oferecem excelentes

propriedades dielétricas, flexibilidade, dureza, resistência química, aderência e

compatibilidade. São ideais para aplicação nos mais diversos segmentos como elétrico,

eletrônico, eletrodomésticos, indústria de transformadores, motores, entre outros. Classe

Térmica B, F e H para Motores elétricos, Transformadores e Geradores de baixa e alta

tensão de todas as potências. Preço médio varia entre U$ 3,72 à U$ 5,45/Quilograma.

Resistividade do materiais

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Material (metais, ligas

metálicas, semicondutores,

isolante)

Símbolo

químico

Número

Atômico

Peso específico em

grama por cm³

Ponto de fusão

em Cº

Resistividade em ohms x

mm² / m a 20ºC

Alumínio (99,9%) Al 13 2,580 657 0,0284

Cobalto Co 27 8,900 1495 0,0600

Cobre recozido

normal

- - 8,890 1085 0,0173

Material (metais, ligas

metálicas, semicondutores,

isolante)

Símbolo

químico

Número

Atômico

Peso específico em

grama por cm³

Ponto de fusão

em Cº

Resistividade em ohms x

mm² / m a 20ºC

Ferro-níquel - - 8,100 1500 0,8126

Molibdênio Mo 42 10,28 2623 0,0500

Silício Si 14 2,330 1414 64 x 10⁷

Vidro - - - - 10¹⁶ a 10²⁰

FLUXOGRAMA

Principais ligas utilizadas em um transformador –qual liga tem menor custo e melhor

custo benefício

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Conclusão

Nesta etapa das atividades práticas supervisionadas (ATPS), pudemos ter um

conhecimento de como é um transformador elétrico no interior. Também pudemos

conhecer quais principais ligas metálicas e suas formas de obtenção.

Como futuros Engenheiros em Elétrica, compreendemos o quão é importante ter o

conhecimento sobre os materiais na área elétrica, assim teremos uma base maior de

conhecimento quando formados para execução de projetos e/ou orçamento em uma

empresa em que viermos à trabalhar.

Referências bibliográficas

http://portuguese.alibaba.com/goods/silicon-steel-sheet-of-transformer.html

http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6362-elementos-quimicos-presentes-e-sua-influencia#.VQ8Qn_nF8uo

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http://www.lume.ufrgs.br/

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