MATERIASI ELETROELETRONICOS

Modelo: representação dos aspectos essenciais de um sistema tal que ele apresente conhecimento do sistema em uma forma utilizável (Sinha).

Modelo Matemático: Conjunto de equações que descrevem o sistema. Sendo a preocupação principal com as relações matemáticas que governam o sistema linear ao invés dos detalhes de sua estrutura física. É frequentemente adequado representar o sistema esquematicamente por meio de uma caixa contendo os terminais de entrada e saída.

Entrada(s): São as causas ou excitações ou controles aplicados aos terminais de entrada.

Saída(s): São os efeitos ou respostas, ao sinal de entrada, observados nos terminais de saída.

Objetivos deste capítulo

Finalizado o capítulo, o aluno será capaz de:

• explicar os mecanismos de deterioração em metais, polímeros e cerâmica;

• identificar as diferenças entre corrosão e oxidação em metais;

• distinguir as formas de corrosão em metais e as principais técnicas de

proteção;

• descrever os mecanismos de deterioração de concreto;

• descrever as formas de degradação em polímeros.

9.1 Introdução

A maioria dos materiais em contato com o meio ambiente forma um sistema

termodinamicamente instável. Com a única exceção dos metais nobres (ouro, prata

e platina), todos os demais metais em contato com o ar devem reagir e

transformarem-se em óxidos, hidróxidos ou outras formas semelhantes. Para alguns

metais tais como alumínio, magnésio, cromo, etc., tal transformação implica numa

grande redução da energia livre. Assim, de acordo com a termodinâmica, os metais

não poderiam ser utilizados numa atmosfera como a atmosfera terrestre. Entretanto,

apesar da termodinâmica indicar a possibilidade de uma reação, não diz nada a

respeito da velocidade com que esta reação ocorre. E é precisamente devido ao fato

de que certas velocidades de reação são lentas que se pode utilizar os metais no

cotidiano. Como citado por Gentil (2003), os problemas de deterioração aparecem

nas mais variadas atividades da vida econômica de uma nação, sendo conhecidos

diversos casos na indústria petroquímica, naval, química, construção civil,

automobilística, nos meios de transporte, em todas as etapas do sistema elétrico,

em telecomunicações, em odontologia, obras de arte, monumentos históricos, etc.

Na Tabela 9.1 é apresentado um quadro geral dessas formas de deterioração.

Tabela 9.1 - Formas de deterioração de materiais.

Material Tipo Exemplos

METAIS

eletroquímica (corrosão)

química (oxidação)

Nos países industrializados,

5% do PNB é usado em

prevenção, manutenção e

substituição.

CERÂMICAS

dissolução química (deterioração)

biodeterioração

Mármore e concreto por

ação do H2S e H2SO4,

refratários em fornos (altas

temperaturas e ambientes

severos).

POLÍMEROS

degradação físico-química (radiação)

dissolução por solventes

A perda de elasticidade da

borracha devida à oxidação

por ozônio.

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Problemas de corrosão encontrados em subestações elétricas:

• equipamentos: transformadores (vazamento e conseqüente desligamento por

baixo nível de óleo), disjuntores (contaminação de meio ambiente e

explosão), banco de capacitores, etc;

• estruturas metálicas de sustentação ou proteção de equipamentos (caixas de

controle);

• estruturas de concreto.

• Na primeira avaliação técnica da situação das estruturas metálicas e

equipamentos na Itaipu Binacional (1992-1993) foi detectada uma área de

74.000m

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sujeita à corrosão.

A Usina Itaipu Binacional possui 18 hidrogeradores com potencial nominal de

715MW. Cada hidrogerador possui 37 trocadores de calor, sendo 16 ar/água

do núcleo estator. A primeira evidência de vazamento de água foi em 1992, na

máquina 4, seguido de outro vazamento em 1993, na máquina 15, deixando de

ser o problema considerado um caso isolado. Em 1994, as hipóteses dos

mecanismos de falha eram: a) ações eletroquímicas – aeração diferencial

(diferença de concentração de oxigênio); b) ação bacteriana; c) diminuição da

velocidade do fluido; d) ação química – presença de H2S na água que ataca o

cobre e suas ligas.

Com exceção de alguns metais nobres, como o ouro que pode ocorrer na

natureza no estado elementar, os metais são geralmente encontrados na natureza

na forma de compostos – óxidos e sulfeto metálicos. Assim os compostos por

possuírem um conteúdo energético inferior ao dos metais são relativamente

estáveis. Como esquematizado na Figura 9.1 os metais puros são obtidos via

processo metalúrgico e portanto absorvem uma quantidade considerável de energia

permanecendo assim em estado metaestavel e portanto ao contato com o ambiente

liberam energia:

Figura 9.1 - Esquema simplificado dos processos de refino e corrosão de metais.

Pode-se admitir a corrosão, então, como sendo o inverso do processo

metalúrgico. A seguir são apresentados exemplos de consumo energético na

obtenção de alguns metais:

1) redução térmica do ferro com coque para alcançar uma temperatura

aproximada de 1600ºC:

Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2