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Eletrotécnica para Engenharia de Produção – (TE160)
Aula 09 – Materiais elétricos
PROF. DR . SEBA ST IÃO R I BE I RO JÚN I OR
Polímeros
As substancias através das quais o campo elétrico pode manifestar-se são
denominadas dielétricas.
Outras existem capazes de impedir a manifestação do campo elétrico, são as substancias não - dielétricas (materiais condutores).
Todas as substancias dielétricas possuem características isolantes, as não dielétricas são condutoras de eletricidade.
As substancias dielétricas ou, simplesmente, dielétricos, não se comportam do mesmo modo quando sujeitas a diferenças de potencial.
Dielétricos
ENCHIMENTO CENTRAL
ENCHIMENTO INTERNO
ENCHIMENTO AJUSTÁVEL
SUPERFÍCIE SEMICONDUTORA
CUNHA
AÇO SILÍCIO
LÂMINA SEMICONDUTORA
ISOLAMENTO EPOXI - MICA
Dielétricos
Dielétricos
Dielétricos
Dielétricos
Dielétricos
H2 H2 H2 H2 H2
H2 H2 H2 H2 H2
Representação do polietileno (PE)
Visão espacial da estrutura do PE
Polímeros poli = muitas; meros = partes
n(CH2=CH2) → (...-CH2-CH2-..)netileno PE (polietileno)monômero polímero
n pode variar de 2000 a 100000
Ex. (-CH2-CH2-)n polietileno
(-CH2-CH-)n PVC (policloreto de vinila)Cl
Polímeros
Polímeros termoplásticos
Quando aquecidos permitem que sejam moldados
Ex.: PVC, PE e PP
Polímeros termofixo
Apresentam rede tridimensional, que não permite o reprocessamento.
Ex.: XLPE, resina epóxi e borrachas vulcanizadas
Classificação dos Polímeros
Homopolímeros A-A-A-A-A
A-A-A-A-A-A-A-A-A
AAAA
AAAA
A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯
A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A
A A A
AA
A
AA
A
AA
A
AA
A
A
Ramificado
Linear
Entrecruzado
Classificação pela estrutura
Copolímeros
Taticidade
Industrialmente se classificam como:
• Elastômeros – propriedades elásticas acentuadas
• Plásticos – sólidos mais ou menos rígidos
• Fibras – grande resistência a tração mecânica, permitindo a fabricação de fios, ex.: nylon
• Plásticos compósitos ou reforçados • Plásticos expandidos• Polímeros condutores
Classificação dos Polímeros
Esquema do modelo de cadeias aleatoriamente emaranhadas
Modelo lamelar de cadeias
Amorfos Cristalinos
Morfologia
Diagrama ilustrando a estrutura tipo micela em franja de polímeros
semicristalino
Semicristalinos
Morfologia
LDPE
HDPE
LLDPE
XLPE
Tipos de polietileno
Morfologia
Extrusão
Injeção
Processamento
Vista do corte de espaçador mostrando material polimérico com pontos com ausências de carga e outros com excesso Imagem de espaçador onde
podem ser observados vazios no interior da peça
Processamento
Representação de uma linha básica de
recobrimento de cabos por extrusão.
Processamento
Processamento
Aditivos
Pigmentos
Pastificantes
Cargas
Antioxidantes
Estabilizadores da
radiação UV solar
Processamento
HDPE - Polietileno de alta densidade
XLPE - Polietileno entrecruzado
LDPE - Polietileno de baixa densidade
EPR - Borracha de etileno propileno
Resina epoxi
EVA -
Silicone
Polipropileno e outros
Materiais poliméricos mais usados no setor elétrico
Isolador
Espaçador Protetor de bucha
Dispositivos elétricos
Características dos cabos protegidos em uso na rede compacta
Camada de XLPE
Camada de HDPE
Material de bloqueio
Condutores em alumínio
Dispositivos elétricos
Características dos cabos isolados
Dispositivos elétricos
Comportamento de tensão-deformaçãopara material polimérico:
• Frágil curva A,
• Plástico curva B e
• Elastomérico curva C.
Propriedades mecânicas
Curva de tensão-deformação mostrando os alguns estágios da deformação do corpo-de-prova.
Propriedades mecânicas
Influencia da temperatura sobre a tensão-deformação característico do polimetilmetacrilato.
Propriedades mecânicas
Elongação à Ruptura
Tensão Máxima
Ten
são
Deformação
Ensaio Tração à ruptura Tensão máxima
Elongação à ruptura
Representação do corpo-
de-prova tipo gravataIlustração de uma curva tensão-
deformação (curvas x ) que pode ser
obtida nos ensaios de tração de polímeros.
Propriedades mecânicas
Propriedades mecânicas
Propriedades mecânicas
b
b
a a
(b)
(a)
Estágio inicial de um polímero semicristalino
orientado pelo processamento (extrusão).
a) Deformação longitudinal das cadeias de um polímero
semicristalino. Orientação de segmentos de blocos e
cadeias emaranhadas com uma tensão axial no estágio
de deformação final.
b) Deformação transversal das cadeias de um polímero
semicristalino. Neste estágio a deformação está limitada
pelo emaranhamento das cadeias.
Propriedades mecânicas
As propriedades e as características térmicas dos polímeros são tão importantes quanto as suas propriedades mecânicas.
Os polímeros são extremamente sensíveis às mudanças de temperatura.
As propriedades mecânicas, elétricas, químicas ou gerais dos polímeros não podem ser observadas sem o conhecimento da temperatura na qual tais valores foram obtidos.
Comportamento térmico
Análise Sigla Propriedade avaliada
Análise temogravimétrica TG Variação de massa em função da
temperatura.
Análise térmica
diferencial
DTA Mudança na quantidade de calor liberado ou
absorvido.
Calorimetria diferencial
de varredura
DSC Medida quantitativa das mudanças de
entalpia em função da temperatura e do
tempo.
Análise dinâmico
mecânica
DMA Variação do módulo dinâmico e/ou
amortecimento de uma substância sob uma
carga oscilatória em função da temperatura e
freqüência.
Técnicas de análise térmica.
Comportamento térmico
Comportamento térmico
Comportamento térmico
Tempo de indução oxidativa (OIT)
Comportamento térmico
Temperatura de fusão e oxidação
Curva calorimétrica mostrando a
temperatura de início de oxidação
(temperatura de oxidação)
Comportamento térmico
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
212
214
216
218
220
222
224
226
228
230
Te
mp
era
tura
de
oxid
açã
o (
oC
)
Profundidade (m)
Temperatura de
oxidação pelo
profundidade a partir
da superfície do laço.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
200
210
220
230
240
250
260
cabo A
cabo B
Te
mp
era
tura
de
oxid
ação
(oC
)
m
Perfil da degradação de
cabos, profundidade
observada a partir da
superfície dos cabos
Comportamento térmico
Interna
Externa
Amostragem
Corte longitudinal
Representação esquemática do corte das
amostras para avaliação do perfil de degradação
Comportamento térmico
100 200 300 400 500 600 700 800
0
20
40
60
80
100
Material
Orgânico
Atmosfera OxidanteAtmosfera Inerte
(Nitrogênio)
Teor de
negro de carbono
Pe
rda
de
Ma
ssa
(%
)
Temperatura (oC)
Teor de negro de carbono e cinzas
Comportamento térmico
R1 R2 R1 .
+ R2
.
.R + O2 O2R
.
RO2 + RH ROOH + R..
ROOH RO + HO..
(a)
(b)
(c)
(d)
(a) formação dos radicais livres, (b) reação do radical livre com O2, (c) formação do hidroperóxido
(d) decomposição do hidroperóxido.
CH2-CH2
n1
R1 =
e n2
CH2-CH2R2 =Onde:
Iniciadores da reação
•Radiação ultravioleta
•Temperatura
•Física (processamento)
•Outros
Reação de degradação
Espaçadores em Polipropileno
Reação de degradação
Grampo de ancoragem
Reação de degradação
Reação de degradação
Espaçador em HDPE
Reação de degradação
Cabo da rede protegida
Reação de degradação
• peso molecular;• ramificações e ligações cruzadas;• cristalinidade, incluindo morfologia cristalina;• copolimerização, incluindo tipo de copolímero;• blendas poliméricas;• orientação molecular;• reforços, cargas, plastificantes e outros aditivos.
Reação de degradação
Princípios básicos da conexão elétrica.
• Área de contato elétrico.
• Oxidação
• Corrosão
• Expansão térmica
• Desgaste por fricção – Fretting
• Formação de intermetálicos
Conexão elétrica
• Área de contato elétrico.
área de contato esperada
área de contato obtido
contato de carregamento mecânico
contato quase metálico
contato elétrico
Conexão elétrica
Conexão elétrica
• Área de contato elétrico.
Área de contato – antes de curto circuito Área de contato – após curto circuito
Conexão elétrica
• Área de contato elétrico.
Conexão elétrica
• Área de contato elétrico.
Esquema da formação dos spots em superfícies metálicas lisas e rugosas.
Conexão elétrica
• Área de contato elétrico.
Efeito da rugosidade na resistência de constricção
Conexão elétrica
• Área de contato elétrico.
• Fretting
Esquema do início de espalhamento do fretting em contatos elétricos
Conexão elétrica
• Fretting
Exemplos do efeito dofretting na resistência decontato de um condutor dealumínio com diferentesmateriais de contato.
•Expansão térmica
Conexão elétrica
•Expansão térmica
Conexão elétrica
• Expansão térmica.
Efeito do thermoplastic ratcheting na integridade mecânica das conexões de alumínio
Conexão elétrica
Corrosão
Conexão elétrica
Formação de intermetálicos
Conexão elétrica
Conexão elétrica
Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.
• Material (liga) inadequado
• Material contendo defeitos de fabricação
• Corrosão
• Conexões com diferentes materiais/formas de fixação
Conexão elétrica
Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.
Material contendo defeitos de fabricação
Aumento: 50x
Conexão elétrica
Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.
Material (liga) inadequado
Aumento: 500x
Conexão elétrica
Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.
Corrosão (galvânica)
Conexão elétrica
Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.
Conexões com diferentes materiais/formas de fixação
Conexão elétrica
REVISÃOM AT ER I A IS POL I M ÉR ICOS
PR I N CÍ P IOS BÁ S I COS DA CON EXÃO ELÉT R I CA
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