UNIVERSIDADE SALVADOR UNIFACS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E ARQUITETURA DEAR ENGENHARIA CIVIL

JOO PEDRO PASSOS TANAJURA ALFREDO PASSOS HENRIQUE BAPTISTA YURI EBERT ANDERSON BARATTO

Trabalho sobre o Cobre

Salvador 2011

JOO PEDRO PASSOS TANAJURA ALFREDO PASSOS HENRIQUE BAPTISTA YURI EBERT ANDERSON BARATTO

Trabalho sobre o Cobre

Trabalho de Cincias dos Materiais ao Curso de graduao em Engenharia Civil da Universidade Salvador como requisito parcial de avaliao. Professor: Cristiano Romanholo Marques de Jesus

Salvador 2011

SUMRIO1. INTRODUO 2. A HISTRIA DO COBRE 3. CARACTERISTICAS DO COBRE E SUAS PROPRIEDADES 4. PROCESSO DE CONFORMAO DO COBRE 5. LIGAS DE COBRE 6. DIAGRAMA DE FASES 7. VANTAGENS E DESVANTAGENS 8. APLICAES NA ENGENHARIA E NO COTIDIANO 9. REFERNCIA BIBLIOGRFICA 10. ANEXOS Pg. 4 Pg. 4 Pg. 4 Pg. 6 Pg. 8 Pg. 11 Pg. 12 Pg. 14 Pg. 15 Pg. 16

1. INTRODUO

O trabalho de pesquisa sobre o Cobre tem como objetivo informar um pouco mais sobre a histria deste metal, suas diversas caractersticas e propriedades, e por fim suas aplicaes na engenharia ou mesmo no cotidiano com base em pesquisas em diversas fontes. 2. A HISTRIA DO COBRE O Cobre foi o primeiro metal utilizado pelo homem e acredita-se que a descoberta deste tenha ocorrido por volta de 13.000 a.C. O Cobre foi descoberto na superfcie em forma de Cobre nativo, o metal puro em seu estado metlico.Primeiramente o Cobre foi utilizado como substituto da pedra como ferramenta de trabalho, armas e outros utenslios domsticos. Ento, o Cobre tornou-se uma descoberta fundamental na histria da evoluo humano j que utilizado amplamente at os dias de hoje. 3. CARACTERISTICAS DO COBRE E SUAS PROPRIEDADES O cobre um elemento metlico com nmero atmico 29 e peso Atmico 63,57. O seu smbolo qumico Cu, e suas valncias so +1 e +2. No magneto e pode ser utilizado puro ou em ligas com outros metais que lhe conferem excelentes propriedades Qumicas e Fsicas. Densidade: 8,96 g/cm ( 20 C ) Ponto de Fuso:1083 C Ponto de Ebulio: 2595 C Coeficiente de dilatao trmica linear: 0,0000165 cm/cm/C ( 20C ) Resistividade Eltrica: 1.673.000 ohm.cm ( 20 C ) Presso de Vapor: 101 mmHg a ( 20 C ) Condutividade Eltrica: 101 % IACS ( 20 C ) Calor Lactente de Fuso: 50,6 cal/g Calor especfico: 0,0912 cal/g/C ( 20 C ) Forma Cristalina: Cbica de faces centrada

A seguir, um pouco mais sobre os itens em destaque. Densidade do Cobre: Na engenharia, as propriedades dos materiais so estudadas e avaliadas por todo e qualquer engenheiro. A depender do projeto desejado, a densidade um fator que pode determinar se um material adequado ou no. O cobre tem sua densidade temperatura ambiente e presso atmosfrica 1 atm de 8,96 g/cm. Ponto de Fuso e Ponto de Ebulio: O cobre um metal que se funde uma temperatura elevada: 1083 C, e entra em ebulio a temperatura de 2595C, portanto um metal solido a temperatura ambiente. Apesar da alta temperatura de fuso, se comparado com o ferro, seu ponto de fuso considerado baixo. O cobre comeou a ser fundido pelo homem logo aps sua descoberta, assim era possvel obter objetos maiores e de formas mais complexas. Posteriormente o cobre j era fundido para ser misturado com outros metais, formando as ligas metlicas, com o objetivo de obter tipos de metais mais resistentes. Resistividade Eltrica: Resistividade eltrica uma medida de um material ao fluxo de corrente eltrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem de uma corrente eltrica. Perdendo apenas para a prata, o cobre o segundo melhor condutor eltrico, sendo amplamente utilizado na confeco de fios e cabos condutores. A resistividade do cobre 1.673.000 ohm.cm a 20C. A medida que a temperatura aumenta a resistncias dos metais aumentam. Condutividade Eltrica: Inversamente proporcional resistividade, usada para especificar o carter eltrico de um material. a condutividade eltrica que indica se um material tem facilidade de conduzir uma corrente eltrica. Como j foi dito antes, o cobre o 2 melhor condutor de eletricidade, no entanto ele oxida-se mais fcil que o ouro, 3 melhor condutor de eletricidade, portanto alguns cabo condutores de cobre com os plugues de contatos dourados levam vantagem sobre os outros materiais.

4. PROCESSO DE CONFORMAO DO COBRE As minas de cobre so classificadas em duas: minas cujo mineral se encontra prximo a superfcie so chamadas de Minas a Cu Aberto e minas em que o mineral se encontra em profundidade, necessitando de explosivos para sua extrao, so chamadas de Minas Subterrneas. A seguir, passo a passo sobre o processo completo de conformao do Cobre: Da mina sai o minrio contendo de 1% a 2% de cobre. Depois de extrado, britado e modo, o minrio passa por clulas de flotao que separam a sua parte rica em cobre do material inerte e converte-se num concentrado, cujo teor mdio de cobre de 30%. Este concentrado fundido em um forno onde ocorre a oxidao do ferro e do enxofre, chegando-se a um produto intermedirio chamado matte, com 60% de cobre. O matte lquido passa por um conversor e, atravs de um processo de oxidao ( insufla oxignio para a purificao do metal ), transformado em cobre blister, com 98,5% de cobre, que contm ainda impurezas como resduos de enxofre, ferro e metais preciosos. O cobre blister, ainda no estado lquido, passa por processo de refino e, ao seu final, moldado, chegando ao nodo com 99,5% de cobre. Aps resfriados, os nodos so colocados em clulas de eletrlise. So ento intercalados por finas chapas de cobre eletroltico, denominadas chapas de partida. Aplicando-se uma corrente eltrica, o cobre se separa do nodo e viaja atravs do eletrlito at depositar-se nas placas iniciadoras, constituindo-se o catodo de cobre, com pureza superior a 99,99%. Este ctodo moldado em suas diferentes formas comerciais para, posteriormente, ser processado e transformado em fios, barras e perfis, chapas, tiras, tubos e outras aplicaes da indstria. Ver o processo de conformao do Cobre no Anexo 01.

Ao final deste processo, o Cobre (ctodo refinado e vergalho) ento destina-se a industrias de transformao do Cobre.A partir da ele passar por processos de laminao, extruso, forjagem, fundio e metalurgia do p para ento se transformaram finalmente nos produtos que sero destinados ao consumidor. So alguns desses produtos, fios e cabos, chapas, tiras, tubos e barras que sero utilizados principalmente Normalmente, o produto final originrio dos produtores de

cobre (mineiros), so os catodos refinados e os vergalhes de cobre, cuja produo vendida quase que inteiramente para a indstria de transformao do cobre. J esta indstria, processa o catodo ou o vergalho e, atravs de processos de laminao, extruso, forjagem, fundio e metalurgia do p, obtm uma larga variedade de produtos construo civil, eletroeletrnica, automobilstica e outras. Os minerais podem dividir-se em trs grupos, so eles: Primrios, depositados a grande profundidade e de origem gnea. Secundrios, composto por minerais de cobre oxidado resultantes da eroso de sulfuretos de cobre. Ex: cuprite (Cu2O), malaquite (CuCO3.Cu(OH)2), azurite (2CuCO3.Cu(OH)2) e crisocola (CuSiO3.2H2O) Minerais, Resultantes da eroso de sulfuretos de cobre. Ex: calcocite (Cu2S) e covelite (CuS). A calcocite (Cu2s) e a calcopirite (CuFeS2), so os que mais interessam ao comercio, pois possuem 79,8% e 34,5% de cobre suas composies respectivamente. Outros minerais como por exemplo a enargite (Cu3As5S4) ou outros sulfuretos podem at ser economicamente viveis em exploraes a cu aberto. J outros minerais que se encontram em grandes profundidades tornam-se inviveis devido aos altos custos para extrao. Ex: bornite (Cu5FeS4) , calcopirite (CuFeS2), enargite (Cu3As5S4) e outros.

5. LIGAS DE COBRE O cobre normalmente usado em sua forma pura, mas tambm pode ser combinado com outros metais para produzir uma enorme variedade de ligas(CARDOSO ,p.2 , 2009). Cada elemento adicionado ao cobre permite obter ligas com diferentes caractersticas tais como: maior dureza, resistncia a corroso, resistncia mecnica, usinabilidade ou at para obter uma cor especial para combinar com certas aplicaes. Ligas de cobre: o cobre, quando no se encontra na forma de ligas, to mole e dctil que muito difcil de ser usinado. As ligas de cobre mais comuns so os lates, onde o zinco, na forma de uma impureza substitucional. Cobre comercialmente puro e cobre ligado. Para ser considerado como cobre, e no liga de cobre, o metal deve conter 99,3% ou mais do elemento cobre, incluindo-se nesse total o teor de prata, geralmente proveniente do minrio, ao qual no se adiciona nenhum outro tipo de elemento, exceto o que tenha sido adicionado para fins de desoxidao(SANTOS, p.3, 2009).Cobre ligado a denominao que se aplica s ligas de cobre com baixo teor de liga, ou seja, aquelas nas quais os teores de todos os elementos de liga somados no ultrapassem a 1%. A funo desses elementos , como o cdmio e o cromo, aumentar a resistncia mecnica do cobre sem reduzir muito sua condutividade eltrica. Lato binrio (cobre-zinco). Os lates binrios so ligas cobre-zinco nas quais os demais elementos somente esto presentes em teores muito baixos, sendo considerados como impurezas. So ligas que apresentam razovel resistncia corroso e boa conformabilidade, porem simultaneamente possuem resistncia mecnica e dureza bem mais elevadas do que a dos cobres comercialmente puros e cobre ligados. Possui tambm o Lato com chumbo (Cu-Zn-Pb) que so ligas cobre-zinco-chumbo nas quais o chumbo

adicionado com o propsito principal de aumentar a usinabilidade e o Lato com estanho (Cu-Zn-Sn). O objetivo da utilizao do estanho neste tipo de lato melhorar a resistncia corroso em ambientes particularmente agressivos, como gua do mar e ambientes contendo cloretos em geral. Cupronquel e alpaca. So resistentes a corroso e apresentam propriedades de resistncia a altas temperaturas as quais so similares a aquelas obtidas com aos inoxidveis. Pequenas adies de da mangans e de ferro aumentam a resistncia corroso. Ligas cupro-niquel so tipicamente utilizadas para tubos, resistncias ou fabricao de moedas. Bronzes (ligas de Cu-Sn): Esta liga formada por cobre e estanho. Os bronzes de estanho tm maior resistncia mecnica que o lato. E melhor resistncia corroso. Entretanto, tm preo mais elevado que as ligas CuZn. utilizada em tubos flexveis, torneiras, varetas de soldagem, vlvulas, buchas e engrenagens, entre outras aplicaes. Ligas de Cobre-alumnio: Esta liga normalmente contm mais de 10% de alumnio. utilizada em peas para embarcaes, trocadores de calor, evaporadores, solues cidas ou salinas etc. Ligas de Cobre-nquel-zinco: As ligas que contm predominantemente o cobre depois o nquel e o resto de zinco recebem o nome de alpacas. Por sua colorao, estas ligas so facilmente confundidas com a prata. So utilizados em chaves, equipamentos de telecomunicaes, decorao, relojoaria e componentes de aparelhos ticos e fotogrficos, entre outras aplicaes. As ligas mais importantes do cobre so os bronzes (cobre e estanho), lates (cobre e zinco), metal monel (cobre e nquel). O estanho duro e resistente. Essas ligas podem ser trabalhadas a frio e o uso de 0,2% a 0,4% de fsforo melhora muito a resistncia, principalmente de bronze trabalhado a frio. O zinco proporciona uma ductibilidade alta, at um determinado teor (5% a 37%); alm disso, aparece uma nova fase mais frgil que torna o lato menos trabalhvel. Os lates so semelhantes aos bronzes quanto ao comportamento, mas a resistncia menor. Os lates com um pouco de estanho ou alumnio so mais resistentes corroso por gua do mar.

Ligas de metal monel tm resistncia mecnica elevada e boa resistncia corroso.

6. DIAGRAMA DE FASES

Um diagrama de fases mostra as fases e suas composies para qualquer combinao de temperatura e composio da liga. Quando na liga s esto presentes dois elementos, pode-se elaborar um diagrama de fases binrio. Encontram-se diagramas de fases binrios isomorfos em vrios sistemas metlicos e cermicos. Nos sistemas isomorfos, s se forma uma fase slida; os dois componentes do sistema apresentam solubilidade slida ilimitada. A figura abaixo mostra o sistema isomorfo formado por Cu e Ni.

- Diagrama de fases do sistema isomorfo Cu-Ni.

7. VANTAGENS E DESVANTAGENS

I.

VANTAGENS:

No sofre queima na soldagem. No sofre contaminao em contato com outros materiais. No h necessidade de refazer a pintura anualmente. No h necessidade de substituir nodo de sacrifcio. No h necessidade de aplicar qualquer tipo de resina para no sofrer corroso. No provoca odor ou contaminao na gua. - Pesquisas indicam que a tubulao de cobre promove a pureza e limpeza da gua, eliminando e inibindo o crescimento de micrbios que se desenvolvem nesse meio, como fungos, parasitas e bactrias. o melhor material para condutibilidade trmica. o material mais utilizado na fabricao dos coletores solares. o material utilizado nas serpentinas dos aquecedores de passagem. um dos materiais mais confiveis e utilizados na conduo de gua quente na rea de construo civil.- Sua qualidade de metal no poroso e resistente corroso, faz com que as tubulaes protejam a gua encanada de agentes contaminantes como petroqumicos, agrotxicos e inseticidas. Instalaes hidrulicas em cobre tambm tem um longo ciclo de vida e alcanam muitos anos em perfeito estado, valorizando o

imvel e facilitando a sua comercializao. 100% reciclvel - O cobre 100% reciclvel e calcula-se que mais de 38% deste metal usado hoje originrio de processos de reciclagem. um material que pode ser reutilizado vrias vezes sem qualquer perda de qualidade. II. DESVANTAGENS:

Sua resistncia e mdulo de deformao so menores do que o dos aos. Custo. comparando o custo do cobre em tubulaes com qualquer outro material plstico, percebemos que h uma variao de 20% a 30% para cima. Entretanto este custo deve ser discutido se de fato mesmo uma desvantagem, visto que o investimento no cobre em tubulaes n foge de 2% e seu retorno extremamente eficaz. O grupo que mais investe em tubulaes com cobre so os de maior renda uma vez possurem condies de fechar um negcio sem se preocupar com um leve aumento no valor da transao. Muitas vezes o consumidor se esquece que o valor do investimento pode ser abatido tempos depois, tendo em vista a maior durabilidade e confiabilidade do cobre, afinal, sempre importante manter o olhar atento para o velho ditado do barato que sai caro.

Como o cobre tem um nvel de soldagem complexo, necessita-se de uma mo de obra especializada.

8. APLICAES NA ENGENHARIA E NO COTIDIANO I. EMPREGOS DO COBRE largamente empregado em instalaes eltricas como condutor; em instalaes de gua, esgotos, gs, pluviais, coberturas, forraes, ornatos, etc.

Recomenda-se sempre que as canalizaes de gs liquefeito sejam feitas de cobre, porque resistem melhor quimicamente e so mais fceis de soldar que as de ferro galvanizado. Pela mesma razo usado em redes de esgoto e pluviais. As caixas e ralos de cobre so muito mais resistentes que as de chumbo. As calhas de cobre so superiores s de zinco ou galvanizado. Em coberturas pode ser usado para impermeabilizaes de terraos ou na forma de telhas. tambm utilizado em paredes divisrias, como elemento vedante, altamente decorativo e na manufatura de ornatos diversos. Os tubos de cobre apresentam as seguintes caractersticas: boa resistncia qumica, mecnica e a corroso, fcil manuseio, pouca tendncia incrustao. So encontrados em trs classes de acordo com a espessura da parede e disponveis nas bitolas de 15mm (") a 104mm (4"). Ver imagem de II. FIOS E CABOS ELTRICOS

Na transmisso de energia eltrica, so usados fios e cabos de alumnio ou de cobre. Na instalao domiciliar quase s usado o cobre, por ser este o mais flexvel. O cobre eletroltico, utilizado nos condutores, no absolutamente puro. Ao material so adicionadas substncias diversas, com o fim de diminuir a formao do xido cuproso, o qual, diminuindo a seo, reduziria a condutibilidade. Essas substncias no ultrapassam 1% do total. Se forem em maior quantidade, reduziriam bruscamente a condutibilidade eltrica. Geralmente nos fios e cabos, o cobre capeado por uma camada delgada de estanho, para evitar a oxidao. Observao: FIOS: So condutores de um s elemento CABOS: So formados por diversos fios enrolados entre si.

9. REFERNCIA BIBLIOGRFICA Geologia de Minas, Lavras e Tratamento de Minrio. Disponvel em: Acesso em 27 nov. 2011.

CANATA Jr., Csar Luiz. O Cobre e suas ligas. Disponvel em: Acesso em: 27 nov. 2011. Wikipdia. O Cobre. Disponvel em: < http://pt.wikipedia.org/wiki/Cobre> Acesso em: 27 nov. 2011.

10. ANEXOS

Anexo 01

Anexo 02

Anexo 03

Anexo 04