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Propriedades dos Materiais Elétricos
- 1. DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA TE337 - Materiais Elétricos Prof. Ewaldo Luiz M. Mehl 4. Propriedades dos Materiais
- 2. 2 Agenda: Perspectiva Histórica Ensaios Modelos Classificação dos Materiais pela Estrutura Classificação para Estudo de Materiais Elétricos Propriedades
- 3. Fabricação artesanal de objetos Avaliação da qualidade do material durante seu próprio uso A qualidade do material era analisada pelo seu comportamento depois de aplicado! Perspectiva Histórica
- 4. 4 unidades construídas navios apresentaram rachaduras em diversas partes dos cascos desastres catastróficos com perdas de vidas 2970 1500 19 Soldas em vez de rebites Construção em módulos Falta de experiência dos operários Baixa temperatura da água do mar Carga excessiva
- 5. 5 Base Naval em San Diego (EUA) fotografada em 1950, mostrando centenas de navios sem uso, remanescentes da Segunda Guerra Diversos acidentes com navios da classe Liberty Ship, em que os cascos se partiram de forma catastrófica
- 6. 6 Primeiro jato comercial Diminuiu à metade o tempo das viagens internacionais Após dois anos de sucesso uma série de desastres começaram a acontecer Detectada fadiga estrutural (Al + Cu) devido à pressurização e despressurização da cabine O formato das janelas favorecia ao aparecimento de trincas Supôs-se também que a falta de feedback nos controles faziam com que os pilotos involuntariamente levasse a estrutura da aeronave a ter elevados estresses mecânicos
- 7. 7 Com sua ampla fuselagem e levando apenas entre 36 a 40 passageiros, as viagens no De Havilland Comet eram muito confortáveis
- 8. Novos Materiais e novos processos Métodos padronizados de produção em todo o mundo Novos processos e métodos de controle de qualidade dos produto Evolução da Indústria Ensaios!
- 9. O que são ENSAIOS? São testes em condições controladas executados em amostra ou modelo O ensaio deve ser reprodutível (se for executado novamente, deve dar resultados semelhantes) O ensaio deve reproduzir alguma situação real
- 10. Porquê realizar ENSAIOS? Ensaios Mecânicos Para saber as características de um novo material (ou produto...) Para saber se os materiais (ou produtos) possuem as características que deveriam possuir Para escolher entre várias alternativas Ensaios Elétricos
- 11. ENSAIOS • Obtidas do material • Obtidas do produto Amostras • Mockup • Protótipo • Modelo em escala Modelo Físico • Modelos em 3D • Modelos matemáticos Modelo Matemático
- 12. Amostras ou Corpos de Prova • Para ensaios mecânicos geralmente são produzidos objetos com forma e dimensões definidas por normas ENSAIOS A medição da deformação do Corpo de Prova é feita usualmente por um equipamento chamado Extensômetro Em equipamentos mais modernos a medição da deformação do Corpo de Prova é feita por equipamento óptico que utiliza laser (Vídeo-Extensômetro ou Extensômetro à Laser) Vantagem: não há contato do equipamento de medição com o Corpo de Prova!
- 13. Amostras ou Corpos de Prova • Para ensaios de tintas e revestimentos geralmente usam-se retângulos metálicos sobre o qual foi aplicado o revestimento • A ação do tempo é feita em condições reais ao tempo ou de forma acelerada em câmeras de envelhecimento (luz UV) ENSAIOS
- 14. Amostras ou Corpos de Prova • Polímeros envelhecem lentamente ao tempo, então são usadas câmeras de envelhecimento acelerado combinando luz UV e umidade (e campo elétrico*) ENSAIOS (*) Ewaldo Luiz de Mattos Mehl and Claude H. de Tourreil, "Multiple stress aging of high voltage polymeric insulation," Conference Record of the 1988 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Boston, 1988, pp. 180-183, doi: 10.1109/ELINSL.1988.13899.
- 15. Modelo Físico Mockup É um objeto semelhante ao que será fabricado (ou pelo menos espera-se eu seja fabricado) mas que não funciona • Avaliação por futuros usuários • Aprovação superior • Fotos publicitárias ENSAIOS
- 17. Modelo Físico Protótipo É um objeto semelhante ao que será fabricado, mas funcional em pelo menos um aspecto • Ao contrário do Mockup, é possível realizar ensaios com o Protótipo • Os ensaios são realizados em condições muito parecidas com as que serão enfrentadas pelo produto definitivo • Os ensaios podem ser • Não destrutivos • Destrutivos ENSAIOS
- 18. Modelo Físico Modelo em escala reduzida É um objeto semelhante ao que será fabricado ou construído, mas de tamanho menor • Geralmente adotado porquê o objeto real é muito grande! • Permitem a realização de testes que seriam impossíveis no objeto real Nem sempre as grandezas físicas são escalonáveis! • Pode levar e erros de interpretação dos resultados! ENSAIOS Mercedes- Benz 300, 1939 Centro de Hidráulica e Hidrologia Prof. Parigot de Souza, UFPR
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- 21. Representação em escala reduzida de um objeto, sistema ou estrutura de engenharia ou arquitetura mas que não funciona • É uma ferramenta publicitária (marketing) • Visualização por futuros compradores ou usuários • Útil para aprovação superior • Permite fotos publicitárias • Não serve para Ensaios! MAQUETE
- 22. 22 Modelo em escala reduzida (para ensaios em túnel de vento) Reduced scale model Maquete Model MODELO EM ESCALA REDUZIDA OU MAQUETE? Usado em Ensaios Baixa precisão Decorativo Alta precisão Alto Custo
- 23. Modelo Matemático Modelagem 3D Simulação puramente matemática • Microeletrônica • Eletrônica de Potência • Eletrônica Digital • Sistemas Embarcados • etc. ENSAIOS • Requerem computadores e software caros! • Cuidado na interpretação dos resultados (modelos matemáticos excessivamente idealizados!)
- 24. 24 Modelagem 3D
- 25. 25 Clássicos Não-clássicos Polímeros Sintéticos Materiais de Engenharia Cristais Sintéticos Si Ge GaAs
- 26. 26 METÁLICOS São tenazes, resistentes, pesados e, de modo geral suficientemente rígidos. Recicláveis. POLÍMEROS São leves, de fácil processamento, mas não são resistentes, geralmente não rígidos e não são estáveis com a temperatura. Alguns são recicláveis. CERÂMICAS e VIDROS São duros, rígidos mas também frágeis. Vidros são recicláveis, cerâmicas não são. COMPÓSITOS São materiais que consistem de pelo menos, dois componentes: a matriz e o agente de reforço. O principal objetivo é o de melhorar determinadas propriedades da matriz com características complementares. A reciclagem é difícil e as vezes impossível, pela necessidade de separação dos componentes. CRISTAIS SINTÉTICOS São materiais produzidos pela Engenharia Avançada de Materiais, principalmente Semicondutores. São recicláveis mas geralmente não são reciclados pela dificuldade de extrai-los dos invólucros.
- 27. Materiais Condutores: São materiais que permitem a passagem livre de corrente elétrica. Exemplos: Cobre, Alumínio, Bronze, Estanho etc. Materiais Dielétricos ou Isolantes: São materiais capazes de prover a separação entre diferentes elementos condutores apresentando grande oposição a passagem de corrente elétrica em seu interior. Exemplos: Borracha, Porcelana, PVC, Papel etc. Materiais Semicondutores: São materiais que possuem condutividade intermediária entre condutores e isolantes e também modificação da condutividade pela adição de elementos dopantes ao cristal . Exemplos: Germânio, Silício, GaAs, InGaAsP Materiais Magnéticos: São materiais que interagem com grande intensidade com campos magnéticos. Exemplos: Aço Silício, Alnico, Ferrites cerâmicas. E B
- 28. 28 Props. FÍSICAS Props. QUÍMICAS Props. FÍSICO-QUÍMICAS Props Mecânicas Props. Térmicas Props. Elétricas Props. Óticas Outras Props. Res. à tração Alongamento na ruptura Módulo de elasticidade Res. à compressão Res. a flexão Res. à fadiga Res. ao impacto Atrito Dureza Res. à abrasão Res. à oxidação/hidrólise Res. à degradação térmica Res. à ácidos Res. à bases Res. à solventes/reagentes Inflamabilidade Condutividade Calor específico Temperatura de fusão Expansão térmica Rigidez dielétrica Resistividade volumétrica Constante dielétrica Permeabilidade à gases Coeficiente de difusão Hidrofobicidade Transparência Opacidade Densidade Estabilidade dimensional CUSTO
- 29. 29 4. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS ASSISTIR OS VÍDEOS! 5. PROPRIEDADES ELÉTRICAS DOS MATERIAIS PRÓXIMAS AULAS © Ewaldo Luiz de Mattos Mehl, 2023