Material_Prova_III

Prova III
Corrosão
Processo eletroquímico de transferência de elétrons, gerando potenciais elétricos
Oxidação=> cede elétron , por tanto Anodo (positivo)ou reação anódina
Exemplos
Redução => ganha elétron, por tanto catódica(negativo) ou reação catódica
Redução de um metal iônico multivalente a um baixo estado de Valencia
Redução de um metal ionizado a um metal neutro
Exemplos
*Redução de iones de hidrogênio numa solução acida
*Redução numa solução acida contendo oxigênio dissolvido
*Redução numa solução neutra ou básica, contendo oxigênio dissolvido
Potenciais de redução (corrosão galvânica)
Foi considerada o potencial de redução de uma concentração de hidrogênio como sendo a referencia (
potencial nulo)
Consideremos uma reação com a oxidação do metal M1e a redução do metal M2
O potencial total seria:
Influencia da concentração e a temperatura no potencial da celda
Eq 1
Onde :
Eq-2
R=Constante dos gases 8.31[J/molK]
T=temperatura absoluta
n=Numero de elétrons na reação
F=constante de faraday 96500[C/mol] a 25°C
[M1],[M2]= concentração molar
Tipos de corrosão
Corrosão por fendas
Corrosão produzida pela concentração diferente em meio aquoso
Corrosão galvânica
Corrosão produzidas por diferencias de potencial entre os metais
Pitting
Corrosão pontual
Corrosão intragranular
Corrosão que acontece nos limites de grãos
Lixibiação
Lavado do metal, o metal é dissolvido numa solução alterando se assim as concentrações e potenciais
elétricos.
Corrosão por erosão
Exemplo rio=> percurso do fluido=> impulsores de bombas
PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO
Isolantes=> tintas
Proteção catódica
O princípio da proteção catódica se baseia em levar o potencial de corrosão do equipamento a proteger para
valores correspondentes à imunidade do material.
Pode-se optar por um dos seguintes métodos para atingir este objetivo:
- Proteção por ânodos de sacrifício
- Proteção por corrente impressa .
por corrente imposta
Proteção por anodos de sacrifício
PROTEÇÃO CATODICA POR CORRENTE IMPRESSA
Exemplo de projeto de proteção
Fase inicial medir a resistividade da terra
ρ =2 π*a*
𝑉
𝐼
=> Tabelas de resistência
Onde : ” a “ distancia entre eletrodos em cms
Calculo da densidade de corrente [mA/m2]
105.523
D= 13.35log
𝜌
= 73.73 – 13,35log ρ ( formula popularmente utilizada
em formato de gráfico para aço carbono em Ω*cms)
Corrente requerida para a proteção
Normalmente expressa em mA/m2 normalmente variam entre 50 a 440mA/m2
Ex
Plataformas golfo de México 54mA/m2
Plataformas Mar do norte 150mA/m2
Obs: os valores da resistividade estão em Ωm
Calculo da massa requerida por anodo de sacrificio
M=
8760∗𝑡𝑢 ∗𝐼
𝐹∗𝐶
M= Massa de anodo requerida em Kg
tu = vida útil desejada em ano
I = corrente requerida em A
C= capacidade do material do anodo Ah/kg
F= fator de utilização normalmente 0.85
Exemplo navio tanque: M/N Doña Blanca de 75000Ton desplazamento
Considerando um navio que vai operar na costa Oeste de US a corrente media de 100mA/m2 calcula
a proteção por anodo de sacrificio para um navio tanque panamax de 200mts de comprimento entre paralelas
, distancia da coberta ao fundo 12mts.se utilizarão anodos de Zinco com uma capacidade de C= 820(Ah/kg)
para uma troca a cada dois anos. O navio navegara pela costa Oeste de US
a) calculo de superfície
b) calculo de corrente
c) Calculo do Numero de anodos ( cada anodo tem uma massa de 6Kg)
Solução
a) Aproximando o navio a um paralelepípedo
A= 12x200x2 +30x200x1+25x30x2 = 12300m2, Superfície total
b) Corrente
I=
c) M=
100𝑚𝐴
𝑚2
8760∗𝑡𝑢 ∗𝐼
𝐹∗𝐶
x 12300m2 = 1230 A
=
8760∗2∗1230
0.85∗820
= 30917Kg => 31Ton!!
Por tanto a proteção com anodos de sacrifício deve ser complementada com uma outra técnica para
prevenir a corrosão a baixo custo. Neste caso normalmente pintura (isolamento elétrico).
d) Numero de anodos , normalmente são fabricados de 6Kg com as medidas de 22 x 10 x 37 cms.
10
Assim n° = 30917/6 = 5152 unidades ( normalmente entre 100 a 150)
e) No navio tanque pintado o consumo de anodos em 2 anos é 125 , recalcula a densidade de
corrente
8760∗2∗𝐼
.
0.85∗820
= 125*6 => I = 29.8A
Aproximando a corrente a 30A
30 𝐴
=> d= 12300𝑀2 = 2.4mA/m2 => conceito de eficiência da pintura
Rendimento=
100−2.4
100
∗ 100 =98%
IMPORTANCIA DA CORRO$ÃO:
Navios Tanques
Elertroerosão
Oleodutos e gaseodutos
Galvanoplastia
11
12
Velocidade de corrosão
Taxa de penetração da corrosão
Onde
W= peso do material perdido
t= tempo em perder esse material
A= Área exposta
=densidade do material
K= constante para acertar as unidades, 87.6[mm/ano]
A taxa de corrosão é proporcional à densidade corrente produzida
Onde:
i=densidade de corrente na área da corrosão
n=N° de elétrons
F= constante de faraday para a corrosão 96500[c/mol]
r= taxa de corrosão [mol/m2-seg]
1.-Uma peça de metal corroída plana foi encontrada no navio submergido no oceano, foi estimado que
a área original da placa foi de 800cm2e que aproximadamente 7.6kg tem sido corroído durante o
tempo que fico submergida.
Supondo uma taxa de penetração de corrosão de 4[mm/ano] para esta liga por ano em água de mar, estime o
tempo em anos em que fico submergida. A densidade da liga é 4.5[g/cm3]
13
Predição da taxa de corrosão
Potencial de ativação
Sobre tensão produzida em função à densidade de corrente
Ativação da polarização
Na condição de equilíbrio da reação
14
Potenciais e concentração
Taxa de reação
a) Taxa de corrosão baixa e concentração alta
b) Taxa de corrosão alta e concentração baixa
Quando a taxa de reação é limitada pela difusão na solução
2.-Demostre que
a) O valor de F na Eq 1 é 96500C/mol
b) Em 25/C (298K)
15
3.-Uma eletroquímica celda é composta de cobre puro e eletrodos de Cadmium puro imersa na sua
solução de seus respectivos íons. Para a 6.5 10-2[M] de concentração de Cd2+o, o eletrodo de Cd é
oxidado produzindo um potencial de celda de 0.775V. Calcule a concentração de íons se a
temperatura é 25°C
16
4.- Uma celda eletroquimica é construida tal que a um lado o eletrodo puro esta em contacto com
uma solução contendo Zn2+ ions e uma concentração de 10-2 M. A outra semireação consiste de
eletrodo puro de Pb inmeso numa solução ionica de Pb2+ que tem uma concentração de 10-4M.
Em que temperatura o potencial entre os dois eletrodos podera ser de +0.568V?
5.-Numa experiência de corrosão com níquel numa solução aceda de acordo com a reação:
As taxas das semireações de ambos oxidação e redução são controladas pela ativação de polarização
a) Calcule a taxa de oxidação do níquel (mol/cm2-seg) fornecendo os seguintes dados de polarização:
b) Calcule o potencial de corrosão
c)
17
18
19
Pacificação
Oxidação-( Corrosão seca)
Taxas de oxidação Pilling Bedwork
Ao= Peso do composto oxidado
Am= Peso do metal
20
6.- Para cada um dos metais listados na tabela, calcule o Pilling Bedwork
Também em base a este valor, verifique se poderia esperar a formação de uma capa de oxido
protetora na superfície e justifique sua decisão. A densidade para metais e óxidos são fornecidos na
tabela
Crescimento do filme de oxidação
21
7.-Na tabela os dados de peso ganho no tempo pela oxidação do níquel numa elevada temperatura são
tabelados
a) Determine se a cinética da oxidação obedece uma expressão linear, parabólica ou logarítmica
b) Calcule o peso antes do tempo de 600min
22
Capitulo 18
Condução elétrica
Condutividade
Densidade de corrente
Intensidade de campo elétrico ou a diferencia de voltagem entre dois pontos dividido pela distancia entre
eles
18.5
(a) Using the data in Table 18.1, compute the resistance of an aluminum wire 5 mm (0.20 in.) in diameter
and 5 m (200 in.) long.
(b) What would be the current flow if the potential drop across the ends of the wire is 0.04 V?
(c) What is the current density?
(d) What is the magnitude of the electric field across the ends of the wire?
23
A classificação de materiais sólidos esta em acordo com sua facilidade de conduzir corrente elétrica, neste
esquema de classificação existem 3 grupos:
Condutores :
10M [S/m] , (Ex metais )
Semicondutores :
10-10 [S/m]
Isolantes :
10-20 [S/m]
Eletrônica e condução iônica
Uma corrente elétrica é o resultado de movimento de partículas carregadas eletricamente em
conseqüência de um campo elétrico externo aplicado
Condução eletrônica: fluxo de elétrons
Condução iônica: Movimento de íons carregados numa rede
Estrutura da energia de banda em, sólidos
As várias possíveis estruturas de banda de elétrons em sólidos a 0 K.
(a)
A estrutura de banda de electrões encontrados em metais tais como o cobre, em que não estão
disponíveis elétron estados acima e ao lado de estados cheias, na mesma banda.
b)
A estrutuira eletronica de banda de metais, tais como magnésio, em que há uma sobreposição de
bandas cheias e exteriores vazios.
c)
Estrutura de banda eletronica característica de isoladores; a banda de valência cheia é separada a partir
da banda de condução vazia por um gap ( >2eV) relativamente grande.
d)
A estrutura de banda de elétrons encontrada nos semicondutores, que é o mesmo que para isoladores,
excepto que a lacuna da banda é relativamente estreita (<2 eV).
24
Condução em termos de banda e modelos de ligação atômicas
Mobilidade do elétron
Ao aplicar um campo elétrico produz elétrons livres e todos eles experimentam uma aceleração, baixo tal
circunstância todos os elétrons serão acelerados ao longo do campo elétrico aplicado, sendo assim a corrente
elétrica seria continuamente aumentando com o tempo. Embora se sabe que a corrente atinge um valor
constante no instante que o campo é aplicado , isto é existem forças opostas (fricção)
Estas forças de atrito são o resultantes da dispersão dos electrões por imperfeições na rede cristalina,
incluindo impureza intersticial da estrutura atomica cristalina , deslocamentos de planos , e até mesmo as
vibrações térmicas dos próprios átomos
O fenomeno de espalhamento se manifesta como uma resistencia ao pasagens da corrente eletrica
25
Vários parâmetros são utilizados para descrever o efeito deste espalhamento; estes incluem a velocidade de
deriva ea mobilidade de um elétron.
Velocidade de deriva
A velocidade de deriva do elétron é proporcional ao campo elétrico aplicado e constante de
proporcionalidade μe é chamada de mobilidade do elétron. O qual indica o efeito de espalhamento, sua
Unidade é (m2/V-seg)
Assim a condutividade σ , na maioria dos materiais pode ser expresa:
onde n é o número de electrões livres por unidade de volume (por exemplo, por metro cúbico), e |e| é a
magnitude absoluta da carga eléctrica sobre um elétron
1.6 10-19[C ].Assim, a condutividade eléctrica é
proporcional ao número de elétrons livres e a mobilidade de elétrons.
*18.10
a) Calcule a velocidade de arrasto no silício a temperatura ambiente quando se aplica um campo
elétrico de 500V/m
b) Baixo estas circunstancias, quanto tempo leva ao elétron atravessar os 25mm do cristal
Condutividae eletrica dos metais
26
27
Fatores que afetam a Resistividade

Influencia da Temperatura
Eq 18.10
T= o+ i => a resistividade total vai depender do seu valor inicial e a parcela afetada pelas
concentrações

Influencia das impurezas
Eq 18.11
* 18.14
a) Utilizando os dados da figura 18.8, determine os valores de o e de a “a” da equação 18.10 para o
cobre puro, a temperatura é em °C
b) Determine o valor de A na eq.18.11 para o nikel como uma impureza de cobre, usando os dados da
figura 18.8
c) Usando estes resultados, estime a resistividade elétrica do cobre contendo 2.5at% de Ni a 120°C
28
Resistividade em função da concentração de impurezas
Onde Vα e Vβ são os volumem com sua respectiva resistividade
*18.16
Uma fita de bronze tem uma composição de 89% em peso de Cu e 11% em peso de Sn, e consiste de
duas fases a temperatura ambiente: na fase α a qual é cobre contem uma quantidade muito pequena
de uma solução solida e na fase , a qual contem aproximadamente 37% em peso de Sn.
Calcule a condutividade a temperatura ambiente desta liga dados os seguintes dados

d= Influencia na resistividade em função das deformações aplicadas (normalmente não
considerada por ser muito menor que o efeito da T° e das concentrações de impurezas)
Regra de Marthiessen
A resistividade total, seria a soma de todas estas resistividades parciais
29
Semicondutividade
Condutividade Intrínseca
n= p= ni = Numero de elétrons = numero de vagas (buracos)
30
18.11
A temperatura ambiente a condutividade elétrica e a mobilidade do alumínio são 3.8E7[1/Ω m] e 0.0012
[m2/vseg] respectivamente
a) Calcule o numero de elétrons livres por metro cúbico para o alumínio a temperatura ambiente
b) Qual é o numero de elétrons livres por átomo de alumínio d=2.7gr/cm3
Semicondução extrínseca tipo n
31
Semicondução Extrinseca tipo P
32
Dependência da temperatura com a concentração de portadores Intrinsecos
*18.18
a) Usando os dados apresentados na figura 18.16, determine o numero de elétrons livres por átomo
para germânio intrínseco e silício na temperatura ambiente (298). As densidades para o Ge e o Si são
5.32 e 2.33 g/cm3 respectivamente.
33
Fatores que afetam a mobilidade do portador
*Influencia da quantidade de dopante
*Influencia da temperatura
34
Mobilidade de elétrons e buracos para temperatura ambiente
35
36
37
18.29
a) A temperatura ambiente a condutividade de uma amostra de silício é 500[1/Ωm] , a concentração de
buracos é conhecida sendo de 2.0x1022[1/m3]. Utilizando as movilidades para os elétrons e buracos da
problema 18.3, calcule a concentração de elétrons
b)Em base a estes resultados que tipo de material é a amostra N ou P?
*18.31
As seguintes características elétricas tem sido determinadas para ambos intrínseco extrínseco tipo P
da liga Antimonio Galio a temperatura ambiente, calcule as mobilidades dos elétrons e dos buracos
*18.33
Perto da temperatura ambiente a dependência da condutividade com a temperatura para o Ge
intrínseco , tem por expressão
Onde C é a constante dependência da temperatura e T esta em Kelvins. Utilizando esta equação,
calcule a condutividade elétrica do Ge intrinseco a 175°C (Veja tabela 18.3)
k=8.62x10-5[eV/K] ( constante de Planck)
38
39
*18.41
Um novo material tem uma resistividade elétrica de 3.3x10-8[Ωm ] , Através de este metal de 5mm de
espessura é aplicada uma corrente de 25 [A]; quando o campo magnético de 0.95[T] é
simultaneamente imposto na direção perpendicular à corrente, O voltagem Hall medido é de
-
2.4x10-7[V], Calcule:
a) A mobilidade dos elétrons para este metal
b) O numero de elétrons livres para este material por [m3]
Dispositivos semicondutores
40
41
Condução elétrica em Cerâmicas iônicas e Polímeros
Condução em materiais Ionicos
Onde DI e Ni , representam o coeficiente de difusão e o numero de íons da reação
42
*18.48
Na temperatura de 540°C e 727°C a energia de ativação para o coeficiente de difusão do Na+ em NaCl
são 17300[J/mol] e
Lembrando que no tema da difusão:
D Na   Do e ( Qd / RT )
k=8.62E-5[eV/K]= 1.38E-23[J/atomK]
R=8.31[J/mol]
Propriedades elétricas de polímeros
Polímeros condutores
Comportamento Dielétrico
Capacitancia
43
44
Vetores de campo e polarização
45
46
47
48
Dependência da freqüência na constante dielétrica
49
Outras características dos materiais
Ferroeletricidade , análogo ao processo de imantação só que com campo elétrico
Piezeletricidade: geração de tensão por criação mecânica de dipolos (deformação de um cristal)
50
Há realmente duas maneiras em que esta propriedade pode ser medida, de acordo com
Às condições ambientais que acompanham a transferência de calor.
Mantendo constante o volume do material, Cv
Mantendo cosntante a pressão externa, que é CP.
A magnitude de Cp é quase sempre maior que Cv, no entanto, esta diferença é muito leve para a maioria dos
materiais a baixo da temperatura ambiente .
51
52
Propriedades térmicas





Transmissão de calor (coeficiente de convexão e condução)
Coeficiente global de transmissão de calor U
Especificação de dissipadores
Resistência térmica
Potencia dissipada em semicondutores
Transmissão de calor
Na condição de condução
Fluxo de calor
Q≈ A
𝛥𝑇
𝛥𝐿
Definição Fluxo de calor: Energia trocada por unidade de tempo e por unidade de área
Suas unidades [
𝑤
𝑚2
]
Aproximando o processo a uma reta
Q= - K A
𝑑𝑇
𝑑𝐿
( o sinal negativo se deve à derivada)
Onde K = condutividade térmica dado em [w/mK]
Na condição do convecção
Lei de newton Q = Qfilm = hA(T1-Ta)
Onde: h= coeficiente de convecção troca de calor Suas unidades: [w/m2K]
53
Troca na condição condução e convecção
Q = Qfilm = h1A(T1-Ta) = h2A(Tb-T2) =
𝐾𝐴
𝐿
(Ta - Tb)
Isolando a Tº
Q = h1A(T1-Ta) => (T1-Ta) =
Q=
𝑄
𝐴ℎ1
𝐾𝐴
𝑄
(Ta - Tb) => (Ta - Tb) = 𝐾
𝐿
𝐴
𝐿
Q = h2A(Tb-T2) => (Tb-T2) =
Somando
(T1-T2) =
𝑄
𝐴ℎ2
𝑄
𝑄
+
𝐴ℎ1 𝐾𝐴
+
𝐿
𝐴
𝑄
(T1-T2) =
1
ℎ1
+
1
𝐾
𝐿
𝑄
𝐴ℎ2
+
/ A/Q
1
ℎ2
Coeficiente global de troca de calor (transferência de calor)
No caso que se tem médios diferentes é possível determinar o coeficiente global que abrange todos os
materiais pelos quais o calor esta fluindo.
(T1 –T2) =
𝑄
ℎ1 𝐴
1
U= 1 𝐿 1
+ +
ℎ1 𝐾 ℎ2
+
LQ
+
𝑄
KA 𝐴 ℎ2
=> Q = UA(T1 –T2)
, como se trata de um fluxo de calor suas unidades : [w/m2K°]
Onde se usa?

No calculo de dissipadores para semicondutores

No calculo de trocadores de calor para transformadores

No calculo de trocadores para motores e geradores
54
Coeficientes de convecção (troca ar e água)
Valores Representativos para "h"
Situação Física
W / m2 K
Convecção Natural, ar
6 - 35
Convecção Forçada, ar
28 - 850
Convecção Natural, água
170 - 1140
Convecção Forçada, água
570 - 22700
Água em Ebulição
5700-85000
Vapor em Condensação
5700 - 17000
Convecção Forçada, sódio
Material
113000 - 227000
Condutividade
térmica
[J/s/(m·K)]ou
[W/(m.K)]
Prata
426
Cobre
398
Alumínio
237
Tungstênio
178
Ferro
80,3
Vidro
0,72 - 0,86
Água
0,61
Tijolo
0,4 - 0,8
Madeira (pinho)
0,11 - 0,14
Óleo para transformadores
0,15
Espuma de poliestireno
0,033
Ar
0,026
Espuma de poliuretano
0,020
55
Construção civil ( para o calculo de carga térmica ar condicionado)
Exemplo I Potencia dissipada num transformador
Exemplo do transformador de 100KVA
Calcule a potencia dissipada pelo transformador (considere só as aletas de dissipação)
Considere a convecção natural -ar de h1 = 6[w/m2K]
Convecção natural óleo h2 = 170[w/m2K]
Considere as paredes de 2mm de espessura e uma T exterior de 40C° e interior de 180C°
Condutividade térmica do aço é de 80 [w/mK]
56
Tamanho placa dissipadora 65x85
a) Calculo do coeficiente troca de calor global “U”
1
1
U= 1 𝐿 1 = 1 0.002 1
+
+
+ +
170
80
6
ℎ1 𝐾 ℎ2
= 5.8[w/m2K]
b) Calcula da área das aletas dissipadoras
4x[0.65x0.85] x3 x2=> 6.63x2*= 13.26
Área total 13.26m2
c) Calculo de potencia
P= UA(T1 –T2) = 5.8 x 13.26 x 140 = 10767w
*Considerando que a dissipação é realmente dupla o qual não é certo
Exemplo II Projeto de forno para artesanato cerâmico de 1100°C
Considerando a Manta B4 ( 300$R/m2)
57
Forno artesanato trifásico em 380V para 1100C°- 50° de parede externa aço de 2mm e , espessura
parede isolante com manta térmica 15cms e para espessura de manta de 18cms
Medidas forno 1m de largura , 1m profundidade e 1.5 de altura
a) Calculo do coeficiente global de transferência de calor
1
1
U= 1 𝐿 1 =
+ +
ℎ1 𝐾 ℎ2
2
0.15 1 = 2 [w/m K]
0+
+
0.45 6
b) Calcula da área
Lateral 4x0.85x1.35 = 5.59
Fundo
2x0.85x0.85 = 1.45
Área total 6.0 m2
c) P= UA(T1 –T2) = 2x 6.0.x (1100-50) = 13800w = 12600w
d) Para uma espessura de 18cms
P= UA(T1 –T2) = 1.76 x 6.8x (1100-50) = 12566w
e) Calculo do banco para o forno de 12.6Kw
As resistências na configuração delta temos ;
V= 380, a potencia total dissipada por o banco é 12.6Kw , por tanto por resistência a potencia
dissipada é (aprox) 4200W
P=
𝑉2
𝑅
=> R =
380 2
= 35Ω
4200
f) Calculo do banco em configuração Y
De forma análoga ao banco delta a potencia por resistência seria
58
P=
220 2
12.6 Kw
= 4200W => R =
= 11.52Ω
3
4200
g) Calculo de corrente efetiva
P = √3𝑥 𝑉𝐿 𝑥𝐼𝐿 => IL =
12600
3 380
= 20A
(aprox)
Calculando a corrente media do diodo e efetiva para entrar nos catálogos
I Dmed  0,45 * I rms  0.45 * 20.  9 A
I Drms  0,707 * I rms  0,707 * 20  14.1A
Do catalogo de tiristores em base isolada, temos O SKKT 15 que corresponde a 13.A de corrente
media e 21A de corrente efetiva (o valor mais próximo a esses valores de base isolada)
Dos catálogos se obtém:
Rjc = 1.35oC/W (Rthjc)
V(TO) = 1V
Rcd = 0.2oC/W (Rthch)
Rt = 16mΩ
Tj = 125oC (Tvj)
Seja Ta = 50oC (Ta = temperatura ambiente)
Material de isolamento térmico Materiais isoladores térmicos
59
Dados semicondutor
Estabelecendo uma analogia entre a corrente e o fluxo de calor
Para o cálculo térmico será empregado o circuito equivalente representado na figura 1.23.
R jc
Tj
R cd
Tc
P
R da
Td
Ta
Fig. 1.23 - Circuito térmico equivalente de um componente.
60
As grandezas representadas na figura 1.23 são definidas do seguinte modo:
Tj - temperatura da junção (oC).
Tc - temperatura da cápsula (oC).
Td - temperatura do dissipador (oC).
Ta - temperatura ambiente (oC).
P - potência térmica produzida pela corrente que circula no componente e sendo transferida ao meio
ambiente (W).
Rjc - resistência térmica entre a junção e cápsula (oC/W).
Rcd - resistência térmica entre o componente e dissipador (oC/W).
Rda - resistência térmica entre o dissipador e o ambiente (oC/W).
Rja - resistência térmica entre a junção e o ambiente (oC/W).
R ja  R jc  R cd  R da
(1.12)
A equação empregada para o cálculo térmico de um componente é a seguinte:
Tj  Ta  R ja P
(1.13)
Existe uma analogia com um circuito elétrico resistivo, representado na figura 1.24.
R
V1
V2
I
Fig. 1.24 - Circuito elétrico análogo.
O objetivo do cálculo térmico é evitar que a temperatura máxima da junção alcance valores próxima da
máxima temperatura permitida.
É adotado o seguinte procedimento:
a) P - é calculado a partir das características do componente e da corrente que por ele circula.
b) Tj - fornecida pelo fabricante do componente.
c) Ta - valor adotado pelo projetista normalmente 50Cº.
d) com a expressão (1.14) determina-se a resistência térmica total.
61
R ja 
Tj  Ta
(1.14)
P
e) com a expressão (1.15) determina-se a resistência térmica do dissipador.
As resistências térmicas Rjc e Rcd são fornecidas pelo fabricante do componente (diodo ou tiristor).
R da  R ja  R jc  R cd
(1.15)
Com um catálogo de dissipadores pode-se escolher o mais conveniente. Caso o valor encontrado não seja
comercial, deve ser escolhido o valor menor mais próximo.
Potencia dissipada nos semicondutores
Potencia instantânea = P(wt) = V(wt) * I(wt)
Onde
I (t )  2I RMS * Sent
V (t )  2I RMS * Sent * R f  Vto
Calculando a corrente media do diodo e efetiva para entrar nos catálogos
I (t )  2I RMS * Sent
IDmed =
1
2
2

2 I rms * sentdt
IDrms =
0
1
2

2

2
2 I rms Sent dt
0
Potencia ativa = valor media da potencia instantânea =
Pmed =
1
2
2
 I (t ) *V (t )dt
0
2
Pmed
1

[ 2 I rms * sent ] * [ 2 I rms * Sent * R f  Vto ]dwt
2 0
Resolvendo a integral
Pmed = Imed*Vmed + Irms2Rf
Cálculo da potência dissipada
Potencia dissipada corresponde ao valor médio da potencia instantânea
62
Pmed =
1
2
2
 I (t ) *V (t )dt
0
2
Pmed  V(TO ) I Dmed  R f I efetivo
=>
P  1* 9  0,016 *14,12 = P  12,18W
A potencia total corresponde à suma de ambas potencias tiristor 1 e tiristor 2
P = 24.36w
Calculo do dissipador
R ja 
T j  Ta
P
R ja 
125  50
24.36
Rja= 3.1 C°/W
R da  R ja  R jc  R cd
Rda =(3.1 – 1.35 – 0.2)C°/w =1.55C°/W
Rac = Rda + Rcd
Rca = 1.33 +0.2 = 1.53 C°/w
Da tabela de dissipadores (Rda + Rcd)
SKN20, SKR20
K9 - M4
8,5oC/W
SKN26, SKR26
K5 - M6
4,7oC/W
SKNa20
K3 - M6
2,8oC/W
K1,1 - M6
1,2oC/W
.
63
64
Proteção fusível ultra-rápidos SILIZED
Tensão Nominal 500VCA/ 500VCC
Capacidade de interrupção: 50 KA até 500VCA
8KA até 500 VCC
Catalogo de Dissipadores
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Prova III Materiais térmicos
Questão 1
Projete um forno para Lab de MEL capaz de atingir 1000°C, a espessura das paredes deve ser de 15cms,
avalie o uso de manta térmica classe B4 e B12, a potencia é monofásica
Questão 2
Dimensione as proteções e dissipadores, especifique os tiristores (semikron)
Questão 3
Dimensione um equipo condicionador de Ar para a sala de aula K201
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