Propriedades e Aplicações

Apresentação em tema: "Propriedades e Aplicações"— Transcrição da apresentação:

1 Propriedades e Aplicações
Universidade Salvador DEAR – Departamento de Engenharia e Arquitetura Coordenação de Engenharia Elétrica Cobre Propriedades e Aplicações Salvador/2010

2 Introdução Histórico Primeiro metal a ser usado pelo homem
descoberto há mais de anos! usado em armas, utensílios e decoração

3 Introdução É encontrado sob forma dos minerais: CuFeS2 (Calcopirita);
Cu2S (Calcocita); Cu3FeS3 (Bornita); Cu2O e; (Cuprita) CuCO3 ∙ Cu(OH)2 (Azurita) O principal minério de cobre é o CuFeS2, vindo a seguir o Cu2S, o Cu3FeS3, o Cu2O e o CuCO3 . Cu(OH)2. A porcentagem de cobre nesses minérios varia de 3,5 a 0,5%. As principais jazidas se localizam no Congo, Rodésia do Norte, Estados Unidos, Austrália, Espanha, Suécia, Noruega e Chile.

4 2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 (I) 2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2 (II)
Introdução Obtenção Processo seco Por via úmida 2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 (I) 2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2 (II) Os processos de obtenção se classificam em processo seco e por via úmida. Processo seco: Após a eliminação parcial do enxofre, efetua-se uma redução em fornos de fusão, através de carvão e aditivos ácidos que irão absorver grande parte do ferro. Obtém-se, assim, dois líquidos de peso específico diferente, ficando, na parte superior, com menor densidade, um concentrado ferroso e, na parte de baixo, um composto de cobre, contendo cerca de 45% desse metal. A reação química que aí se processa é a seguinte: 2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2 Por via úmida: Minérios pobres em cobre são industrializados por um processo úmido. Aplicando-se ao minério uma solução de enxofre, obtém-se uma solução de sulfato de cobre, da qual o cobre é deslocado pela ação do ferro. Esse é basicamente o processo eletrolítico de se obter o cobre, representado por mais de 90% de todo o cobre obtido mundialmente.

5 Introdução Purificação Influência de impurezas na condução
Processo de eletrólise A pureza do cobre para fins elétricos deve atingir valores de 99,99%. Como o cobre resultante dos processos mencionados nem sempre atinge esses valores, há necessidade de purificação. Assim o cobre de pureza de 94 a 97% é fundido com certos aditivos, com o que a purezza se eleva a 99%. Esse cobre é transformado em placas anódicas e inserido num processo eletrolítico. O catodo é formado de chapas de cobre ultrapuras e o eletrólito de uma solução de sulfato de cobre com acidificação por enxofre. Durante o processo eletrolítico, todo o cobre do anodo se transfere ao catodo, ficando as impurezas, como Fe, Ni, Co e Zn, retidas no eletrólito. Havendo , entre as impurezas, metais nobres como Ag, Au e Pt, estes se depositam no fundo da cuba eletrolítica, fazendo parte da chamada “lama do anodo”. O cobre eletrolítico assim obtido não pode ser laminado, havendo, portanto, necessidade de sua fusão, daí resultando os lingotes, próprios para a industrialização.

6 Estrutura Atômica Número atômico (Z): 29 Configuração eletrônica
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 Nuvem eletrônica Ligação metálica Isótopos O Cobre é um metal de transição de número atômico 29. Possui um elétron de valência, o que promove a tendencia à formação de ligações metálicas e surgimento de uma nuvem eletrônica. Na natureza existem vários isótopos.

7 Isótopos Isótopo Abundância Natural Meia-vida Modo de decaimento
Energia de decaimento Produto de decaimento 63Cu 69,17% Cu é isótopo estável com 34 nêutrons 64Cu 12 h 42 min captura eletrônica 1,675 64Ni emissão beta 0,579 64Zn 65Cu 30,83% Cu é estável com 36 nêutrons

8 Estrutura Cristalina Cúbica de face centrada

9 Propriedades dos materiais
Mecânica Térmica Óptica Elétrica Magnética Detereorativa

10 Propriedade Mecânica Cobre encruado ou duro: Cobre recozido ou mole:
Elevada dureza e resistência à tração - Aplicações: Redes elétricas aéreas, peças de contato, fios telefônicos, etc. Cobre recozido ou mole: Baixa dureza e resistência à tração - Aplicações: Cabos isolados, barramentos e enrolamentos, etc. Dependendo do tratamento térmico do cobre, ele pode apresentar-se como duro ou mole, alterando suas características mecânicas.

11 Propriedade Térmica Condutividade térmica a 27 ºC Temperatura de fusão
398 W/m· K Temperatura de fusão 1083 ºC Coeficiente de dilatação longitudinal 1,65mm/m para cada 100 ºC Alta condutividade térmica, perde apenas para a Prata

12 Propriedade Óptica Assim como todos os metais o cobre é brilhante;
Apresenta coloração avermelhada Isotrópico

13 Propriedade Elétrica Baixa resistividade (alta condutividade)
R = ρ L/A Coeficiente de temperatura positivo (PTC) Grande quantidade de portadores de cargas (elétrons livres) Alta condutividade, perdendo apenas para a Prata. Assim como todos os metais, possui coeficiente de temperatura positivo (PTC), onde sua resistividade aumenta com a temperatura. Por ser um metal, há facilidade de encontrarmos eletrons livres, ou seja, há uma grande concentração de portatores de cargas.

14 Propriedade Magnética
Não magnético Diamagnético

15 Propriedade Detereorativa
Resistente à corrosão; Resistente a ação de água, fumaças, sulfatos, carbonatos; Reação com o Oxigênio, Ácidos, Sais e Amoniacos.

16 O Cobre para Projetos Elétricos
Condutividade elétrica Resistência mecânica Flexibilidade Resistência à corrosão Custo x Benefício O Cobre possui algumas características que o fazem ser muito utilizado em sistemas elétricos: Possui baixa resistividade, o que evita perda de energia por efeito Joule Elevada resistência mecânica É flexivel, podendo formas cabos e fios É resistente a corrosão E sobretudo, tem baixo custo. Além disso é reciclável.

17 Importância Econômica e Sustentável
Conservação de recursos; Redução de resíduos; Diminuição dos efeitos sobre mudanças climáticas; Reciclagem; Aumento do ciclo de vida de vários produtos; Outra importante característica do cobre é seu reaproveitamento (reciclagem), o que reduz custos na produção, aumenta o ciclo de vida útil de vários produtos e, sobretudo, colobora, de certo modo, para a diminuição dos impactos ambientais.

18 Aplicações Gerais do Cobre

19 Algumas ligas metálicas

20 Aplicações gerais

21 Aplicações do Cobre na Engenharia

22 Aplicações do Cobre Geradores transformadores motores fios e cabos;
hastes; placas; conectores; etc.

23 Aplicações

24 Aplicações

25 Aplicações

26 Referências SCHMIDT, Walfredo. Materiais Elétricos: Condutores e Semicondutores. Vol. 1. Segunda Edição. Editora Edgard Blucher LTDA. São Paulo – SP. Callister Jr., William D. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. 7ª Ed. Editora LTC. São Paulo – SP.