Buscar

Aula 4A Básico Eletricidade Física Arco

Prévia do material em texto

Conceitos Básicos de 
Eletricidade, Física do Arco 
Elétrico e Máquinas de Solda
Docente: Mário Bittencourt
Conceitos Básicos de 
Eletricidade
Átomo
� É a unidade fundamental da matéria.
� Estrutura eletricamente neutra constituída por 
um NÚCLEO (que contém prótons e nêutrons) 
e uma eletrosfera que contém ELÉTRONS.
O que é eletricidade?
O que é eletricidade?
� Os átomos possuem cargas
elétricas, chamadas elétrons.
� Os elétrons se deslocam,
desde que exista uma ação.
� Eletricidade é todo e qualquer 
movimento de elétrons.
_
+
Corrente elétrica
� É a quantidade de elétrons 
que passam por uma seção 
transversal do condutor (fio) 
em uma unidade de tempo.
� É medida em Ampéres
� Simbolizada pela letra A
Tensão
� Pode ser definida como a 
força que fornece 
movimento aos elétrons 
para criar a corrente 
elétrica.
� É medida em VOLTS
� Simbolizada pela letra V
Movimento dos elétrons
� Os elétrons se deslocam do pólo negativo 
(cátodo) para o polo positivo (anodo).
_ +
Tipos de corrente elétrica
�Alternada
�Continua
+
+ +
_
_
Corrente alternada
� A corrente alternada passa nos cabos, 
alternando o sentido do deslocamento dos 
elétrons.
Peça
Tocha
Deslocamento 
dos elétrons
+
_
+
_
Corrente alternada
� O número de 
vezes que esta 
mudança ocorre 
em um segundo 
é chamado de 
frequência.
Tempo
+
_
_
+
T
e
n
s
ã
o
+
_
Corrente alternada
� A frequência é medida em Hz (Hertz).
� No Brasil a frequência é 60 Hz.
� Isto quer dizer que a polaridade é 
alternada 120 vezes em um segundo.
� Isto significa 60 períodos (ou ciclos) por 
segundo.
Corrente alternada
� A corrente alternada é utilizada em 
iluminação, aparelhos domésticos, e 
SOLDA ELÉTRICA.
� É simbolizada em português pelas letras
CA (corrente alternada) e
� em inglês pelas letras AC (alternating 
current).
Corrente contínua
� É uma corrente 
elétrica, onde os 
elétrons se 
deslocam sempre no 
mesmo sentido. 
Corrente contínua
� A corrente contínua é utilizada em 
baterias de carro, pilhas, e SOLDA 
ELÉTRICA.
� É simbolizada em português pelas letras
CC (corrente contínua) e
� Em inglês pelas letras DC (direct 
current).
Corrente contínua
� Existem materiais que permitem a 
passagem de corrente elétrica apenas 
em um sentido.
� Estes materiais são chamados semi 
condutores.
� A retificação da corrente é realizada 
através destes materiais.
� Ex.: Selênio, Silício, Germânio.
Corrente contínua
� Os elétrons passam 
através dos semi 
condutores em 
apenas um sentido, 
do pólo negativo 
para o positivo.
+
T
e
n
s
ã
o
_
+
Corrente contínua polaridade direta
�CCPD 
Deslocamento 
dos elétrons
Peça
Tocha
+
_
_
+
Corrente contínua polaridade inversa
�CCPI
Peça
Tocha
Deslocamento 
dos elétrons
+
+
_
_
Física do Arco Elétrico
� É a visualização da passagem de uma 
corrente elétrica através de uma atmosfera 
gasosa.
Arco elétrico
ÂNODO 
(peça)
CÁTODO 
(eletrodo)
� Esta corrente elétrica 
é estabelecida entre 
dois eletrodos (ânodo 
e cátodo),
� Temperatura pode variar entre 6000ºC e 
30.000ºC.
� Radiações emitidas:
- Raio X, 
- Ultra Violeta e 
- Infra Vermelho.
Arco elétrico
Arco elétrico
� Os elétrons emitidos no cátodo passam pela 
coluna do arco na forma de íons e elétrons 
livres (PLASMA) e alcançam o ânodo onde 
entregam a sua energia cinética em forma de 
calor. 
Plasma
� A região central entre os dois eletrodos é 
denominada PLASMA.
� Plasma é o gás no estado dissociado e 
ionizado.
� Ocorre quando um gás se dissocia e se ioniza 
livremente entre um ânodo e um cátodo.
� Nesta condição, o gás é um condutor elétrico, 
contendo portadores de cargas livres.
Plasma
ÂNODOCÁTODO
ATMOSFERA GASOSA
� É chamado de o quarto
estado da matéria
Plasma
� É chamado de o quarto
estado da matéria.
SÓLIDO
LIQUIDO
GASOSO
PLASMA
Plasma
� O plasma e suas funções 
são influenciados pelas 
propriedades físicas do 
gás de proteção, tais 
como:
- energia de dissociação
- energia de ionização
- condutibilidade elétrica
Ionização
� É a decomposição do átomo ou moléculas 
em íons e elétrons (portadores de carga 
positiva ou negativa)
� Para que ocorra esta decomposição é 
necessária uma energia que é retirada do 
arco elétrico
Ar Ar+ + e-
He He+ + e-
ESTADO 
MOLECULAR IONIZAÇÃO
Potencial de ionização
� É a tensão necessária 
para remover um elétron 
da camada de um átomo.
� A proximidade do 
elétron com o núcleo do 
átomo, determina se o 
potencial de ionização é 
ALTO ou BAIXO.
Potencial de Ionização BAIXO
Potencial de Ionização ALTO
ARGÔNIO
HÉLIO
Potencial de ionização
BAIXO
� O gás de proteção conduz melhor a energia 
elétrica, a abertura do arco elétrico é mais 
fácil e a estabilização é melhor.
ALTO
� A tensão do arco é mais alta para uma 
determinada corrente e comprimento de 
arco, e a energia produzida é, em parte, 
devida ao gás de proteção.
Dissociação
� É a decomposição de gases multiatômicos 
(moleculares) em seus componentes 
atômicos.
Ex.: CO2 – O2 – N2 – H2
� Dependendo do gás e da temperatura do 
arco, parte de seus componentes será 
depois ionizado.
Dissociação
� A energia necessária para manter o 
processo é fornecida pelo arco elétrico.
N2 2 N 2N+ + 2e-
ESTADO 
MOLECULAR
DISSOCIAÇÃO IONIZAÇÃO
O2 2 O 2O+ + 2e-
Física do arco
HIDROGÊNIO H2
RECOMBINAÇÃO
PRODUÇÃO DE 
ENERGIA
H H
H2
DISSOCIAÇÃO
IONIZAÇÃO
-
-
H
H
H+ H+
e
ABSORÇÃO DE 
ENERGIA
-
e
H2
Gas Dissociation energy Ionisation energy
eV eV
Ar -- 15,7
He -- 24,5
CO2 6,3 14,4
O2 8,05 12,5
N2 9,76 15,8
H2 4,48 15,4
Energia de dissociação e ionização
Arco elétrico
� Assim, quando um gás, dissociado e/ou 
ionizado atinge a peça, se arrefece e se 
recompõe, fazendo que o plasma volte ao 
estado de gás.
� Desta forma a energia de dissociação e ou 
ionização se transfere para a peça em forma 
de calor.
Condutibilidade elétrica do gás plasma
5 10 20 30
He
N2
Ar
100
10
1
temperature
P=1 b
10 °K 3
H2 He
Energia de soldagem ou Heat Input
� Quando o arco elétrico for a fonte de energia 
de um processo de soldagem, introduz-se o 
conceito de ENERGIA DE SOLDAGEM ou 
HEAT INPUT.
� Energia de soldagem ou 
heat input é a quantidade 
de calor produzido pelo 
arco elétrico e transferido 
para a peça.
� O valor nominal da Energia de Soldagem 
pode ser determinado pela fórmula:
EN (J/mm) = V (volts) X I (ampéres)
Vsoldagem (mm/s)
Energia de soldagem ou Heat Input
� Na prática cada processo de soldagem a 
arco elétrico possui uma eficiência de 
transferência de calor (f), que geralmente é 
maior do que 0,8 e frequentemente próximo 
a 1,0.
� Desta forma a Energia de Soldagem, ES, é 
dada por:
ES = f EN
Energia de soldagem ou Heat Input
� O heat input influi na:
- taxa de resfriamento da junta soldada,
- na microestrutura,
- nas propriedades mecânicas,
- na taxa de deposição e 
- na diluição.
metal de
base
metal de solda ZTA
Energia de soldagem ou Heat Input
Máquinas de Solda
Máquinas de solda
�Transformadores
� Retificadores
Transformadores
Tensão baixa (80V)
Corrente regulável
Corrente alternada
Subestação
Tensão alta (13800V)
Corrente fixa
Corrente alternada
Retificadores
Tensão baixa (80V)
Correnteregulável
Corrente contínua
Subestação
Tensão alta (13800V)
Corrente fixa
Corrente alternada
Características elétricas máquina solda
�Ciclo de trabalho
�Grau de proteção
�Classe de isolamento
Ciclo de trabalho da máquina de solda
�É o percentual de tempo (10 minutos) 
que a máquina sustenta uma 
determinada corrente de soldagem.
Ciclo de trabalho da máquina de solda
Como igualar ciclos de trabalho?
�Qual a corrente que a Millermatic 
fornece para um ciclo de 35%?
I35% = 150A2 x 40% = 160 A
35%
Ciclo da Powertec 250C: 250A a 35%
Ciclo da Millermatic DVI2: 150A a 40%
Grau de proteção
� Os invólucros dos 
equipamentos elétricos 
devem oferecer um 
determinado grau de 
proteção aos seus 
componentes.
� Esta proteção varia 
conforme as 
características do local 
em que serão instalados 
e de sua acessibilidade. 
Grau de proteção
� Por exemplo, o 
gabinete da máquina 
deve suportar jatos 
de água, para 
valores de pressão e 
ângulo de incidência, 
sem que haja 
penetração de água.
Grau de proteção
Grau de proteção
Grau de
proteção
Proteção contra contato Proteção contra corpos
estranhos
Proteção contra água
• IP 00
• IP 02
• não tem
• não tem
• não tem
• não tem
• não tem
• pingos de água até uma
inclinação de 15º com a
vertical
• IP 11
• IP 12
• IP 13
• toque acidental com a
mão
• corpos estranhos sólidos
de dimensões acima de
50 mm
• pingos de água na vertical
• pingos de água até uma
inclinação de 15º com a
vertical.
• água de chuva até uma
inclinação de 60º com a
vertical.
• IP 21
• IP 22
• IP 23
• toque com os dedos • corpos estranhos sólidos
de dimensões acima de
12 mm
• pingos de água na vertical.
• pingos de água até uma
inclinação de 15º com a
vertical.
• água de chuva até uma
inclinação de 60º com a
vertical
• IP 44 • toque com ferramentas • corpos estranhos sólidos
acima de 1 mm.
• respingos de todas as
direções
• IP 54
• IP 55
• proteção completa contra
toques
• proteção contra acúmulo
de poerias nocivas.
• respingos de todas as
direções.
• jatos de água de todas as
direções.
Classe de isolamento
�Os materiais isolantes e os sistemas de 
isolamento são agrupados em 
CLASSES DE ISOLAMENTO.
�Cada classe é definida pela maior 
temperatura que o material pode 
suportar continuamente sem que seja 
afetada sua vida útil.
Classe de isolamento
�A experiência mostra que a isolamento 
tem uma duração praticamente 
ilimitada, se a sua temperatura for 
mantida abaixo de um certo limite.
�O limite de temperatura depende do 
tipo de material empregado. 
Classe de isolamento
Classe de isolamento
Classe de
isolamento
A E B F H
Temperatura do
ponto mais quente
105ºC 120ºC 130ºC 155ºC 180ºC
Bibliografia
� MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. 
Q., “Fontes de Energia para Soldgem a Arco. ”. In: 
Soldagem fundamentos e tecnologia, 3 ed., capítulo 5, 
Belo Horizonte, MG, Editora UFMG, 2009.

Outros materiais

Materiais relacionados

Perguntas relacionadas

Perguntas Recentes