O DIAGRAMA ESQUEMÁTICO PARA O PROCESSO DE OBTENÇÃO DO COBRE METÁLICO

Introdução

De acordo com Machado(2007, p. 1)

Quando uma corrente elétrica alternada flui por um condutor, a densidade de corrente elétrica será distribuída de forma não-uniforme ao longo da secção transversal, sendo que a maior densidade de corrente elétrica é localizada na superfície do condutor. Este fenômeno é denominado efeito pelicular, ou ainda, de maneira amplamente divulgada no meio técnico-cientifico, como efeito skin (que significa pele).

O efeito pelicular tem como características o aumento na resistência elétrica efetiva e a redução na indutância interna. Tais propriedades elétricas são funções da frequência na qual a corrente elétrica flui no condutor, da condutividade elétrica do meio e de suas características geométricas.

  “ A concentração de corrente próxima a superfície do condutor chama-se efeito pelicular ou efeito Kelvin em homenagem a Lord Kelvin,por sua contribuição ao estudo deste efeito em condutores cilíndricos”(ROBERT, 1999,p 285).

De acordo com (wikipedia.org)

                                     Diz-se do efeito pelicular uma deficiência no transporte de energia, pois na tentativa de transmitir a energia a um ponto “x” através de um condutor elétrico, devido ao efeito pelicular mais energia de dissipa ao longo do condutor, devido a maior resistência aparente. Por essa razão, para vencer grandes distâncias, utiliza-se a transmissão de energia em corrente continua, com o intuito de minimizar as perdas de energia. A corrente elétrica transita principalmente pela “pele” do condutor, entre sua superfície e uma distância denominada de profundidade de penetração. A 60 Hz no cobre, a profundidade de penetração é aproximadamente 8.5 mm. Para maiores frequências, a profundidade fica menor, dessa forma, passa tão pouca corrente no interior dos grandes condutores, que esses podem ser substituídos por materiais diferentes para economizar custos e diminuir o peso.

Fundamentos teóricos

O ciclo do cobre e suas ligas O cobre e suas ligas têm sido utilizados em uma ampla variedade de aplicações, desde a antiguidade. O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (Cuprum), classificado como metal de transição, pertencente ao grupo 11 da Tabela Periódica (número atômico 29), sendo sólido à temperatura ambiente. O cobre é um dos metais mais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade [31,32]. Apesar de ser um dos metais menos abundantes da crosta terrestre, 0,12% do mais abundante (alumínio), o cobre é de fácil obtenção, embora laboriosa, devido à pobreza do metal nos minerais. 2.1.1 Processo de obtenção do cobre metálico. Os minérios de cobre recebem alguns tratamentos sucessivos para a obtenção do cobre metálico. Em linhas gerais, a cadeia produtiva consiste em um processo semelhante ao apresentado esquematicamente na Figura 1 [33]. O minério de cobre recebe inicialmente uma adequação para seu refino. As rochas desse material são transformadas mecanicamente em particulados, por meio de britagem e moagem, seguindo do processo de flotação para a primeira separação das impurezas leves e concentração dos produtos sulfurados ricos em cobre.

[pic 1]

FIGURA 1 – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO PARA O PROCESSO DE OBTENÇÃO DO COBRE METÁLICO

 

Os minérios sulfurados são calcinados e oxidados eliminando os elementos voláteis. Após oxidação são tratados num forno no qual o oxigênio do minério é reduzido. Por um processo complexo (Mate e forno conversor), o enxofre e o oxigênio são eliminados, formando escória e um gás sulfuroso, SO2, sendo recuperado para a fabricação de ácido sulfúrico. O cobre é, então, extraído sob uma forma chamada massa cúprica com concentração de 30 a 38%. A massa cúprica obtida apresenta, ainda, uma quantidade elevada de contaminantes químicos, sendo necessário que este passe por processos de refino para obtenção do cobre metálico, na pureza desejada, para as mais diversas aplicações. MACHADO (2007, p. 7).

 

Fios e cabos de cobre

O cobre apresenta largo uso na indústria, sendo mais de 50 % de seu consumo efetuado sob a forma de fios e cabos elétricos. Na Figura 2 é apresentada a distribuição do uso industrial desse material no Brasil.

[pic 2] 

                               Figura 2 -principais setores demandantes de fio de cobre no Brasil.

Uma vez que quase a totalidade dos fios e cabos de cobre são utilizados visando as suas boas características elétricas, as avaliações destas propriedades são fundamentais e estratégicas para o bom uso deste material. O comportamento elétrico é fortemente influenciado pelo tipo de ligação química, arranjo cristalino e microestrutura criada durante a sua conformação [34]. O arranjo cristalino dos fios de cobre utilizados para condução elétrica é cúbico de face centrada (CFC). A produção de fios de cobre é realizada por meio da técnica de conformação, conhecida como trefilação. Neste processo faz-se uma redução da seção de área transversal pela deformação plástica do material. Neste processo, a matéria-prima é estirada por meio de uma ou várias matrizes cônicas em forma de canal convergente, conhecido como fieira ou trefila, a qual aplica uma força de tração do lado de saída da matriz, conforme mostrada na Figura 3. Para se obter diâmetros cada vez menores, o vergalhão de cobre é passado por diversas fieiras de diâmetros decrescentes até se obter o diâmetro desejado. (MACHADO, 2007, p 8).

Efeito pelicular

Na Figura 6 está representada a distribuição da corrente elétrica na secção transversal circular de um condutor. A região escura da Figura 6 (a) representa a região da secção transversal por onde flui uma corrente elétrica contínua em um condutor cilíndrico. Analogamente, na Figura 6 (b), está representada a secção transversal para um fio onde flui uma corrente elétrica alternada de baixa frequência, e na Figura 6 (c), está representada a secção transversal para um fio onde flui uma corrente elétrica alternada de alta frequência, onde a intensidade da corrente elétrica está preferencialmente na superfície do condutor. (MACHADO, 2007, p 17).