Bimetais

Bimetais

• A lâmina bi metálica foi provavelmente inventada no século XVIII por John Harrison, para compensar o erro de relógios, que funcionavam a partir de um pendulo, causado por variações térmicas. A primeira lâmina foi feita de dois metais fixados por rebites. Harrison também descobriu uma técnica de fundir diretamente latão em um substrato de aço. Em 1940 o engenheiro inglês Erick Taylor uso lâminas bimetálica para um mecanismo utilizado na força aérea real, mais tarde Taylor criou a companhia Otter controls, que se baseava na tecnologia bimetal.

• As lâminas bimetálicas são bastante utilizadas em vários tipos de circuitos elétricos e eletrônicos, desempenhando várias funções, como controle de temperatura, sinalização e proteção de circuitos. Elas são construídas pela junção de dois materiais metálicos condutores com dilatações térmicas diferentes, que quando submetida a variações de temperatura apresentam deformação curvilínea, pois os materiais, apesar de unidos, têm dilatação diferente.

• O funcionamento básico deste dispositivo se deve aos diferentes coeficientes de expansão linear dos metais envolvidos. Quando um material é aquecido, sua energia interna aumenta, com isso os átomos podem se movimentar um pouco mais que o usual, ocorrendo a expansão do material. O metal que possui o maior coeficiente de expansão irá se expandir mais do que o outro metal, resultando na curvatura da lâmina para um determinado lado, quando resfriado o metal que possui o maior coeficiente de expansão linear irá se contrair mais do que o outro, com isso o par irá se curvar para o lado oposto ao do primeiro caso.

• Vários metais podem ser utilizados na confecção de par bi metálico, os mais utilizados são o latão, aço e o invar, material feito a partir de uma liga de níquel e

ferro, que apresenta a propriedade de um baixo coeficiente de dilatação térmica. O invar é uma liga que apresenta de 30% a 36% de níquel e o restante de ferro com grupo espacial cúbico de face centrada, podendo também possuir outros elementos. O invar mais utilizado apresenta cerca de 36% de Ni e 64% de Fe, possuindo um coeficiente de dilatação térmica de cerca de 1,6.10-6/0C à temperatura ambiente. Sua maior aplicação é na construção de lâminas bi metálicas para termostato eletromecânico. O latão é uma liga metálica de cobre e zinco com porcentagem deste ultimo elemento variando de 3 a 45%. O latão possui um coeficiente de expansão térmica de 19.10-6 0C, cerca de 12 vezes o do invar. Já o aço é uma liga de ferro e carbono, de 0,008% até 2,1% deste ultimo elemento,formado por difusão intersticial de átomos de carbono no ferro e possui um coeficiente de expansão térmica de cerca de 11.10-6 0C, em torne de 7 vezes a do invar.

Aplicações

• Disjuntores termomagnéticos são dispositivos de segurança conectados em um circuito elétrico e tem a função de estabelecer, conduzir ou

interromper a corrente que passa pelo circuito em condições normais de operação e intervir em condições anormais de operação. Possuem um sistema térmico baseado em um par bi metálico para a proteção de correntes pouco acima da corrente nominal, e um sistema magnético para a proteção contra sobre correntes elevadas. As três funções do disjuntor termomagnético:
• Manobra (abertura ou fechamento voluntário do circuito)
• Proteção contra sobrecarga
• Proteção contra curto circuito- é executado por um atuador magnético, um solenóide, que efetuará a abertura do circuito devido com o aumento instantâneo da corrente.
A Proteção contra sobrecarga, correntes acima da nominal do disjuntor, é efetuada por um par bi metálico. O par pode ser considerado como um resistor de baixa resistência que dissipa energia fornecida pelo circuito em energia térmica, com isso, essa energia irá fazer com que o par bi metálico se aqueça e sofra uma expansão linear. Se a corrente for superior à corrente nominal do disjuntor, depois de certo instante de tempo, o par irá desativar o circuito. Este desativamento ocorre porque um metal irá se expandir mais do que o outro, fazendo uma curvatura do par e, conseqüentemente, a abertura do circuito
FIGURA 1- interior de um disjuntor, o elemento representado pelo número 5 é o bimetal.
Disjuntores realizam basicamente a mesma operação que um fusível, porém com uma grande vantagem, quando o disjuntor parar de conduzir devido a uma sobrecarga, para o reativá-lo basta que se ligue sua chave novamente. No fusível ele para de conduzir porque não existe mais contato elétrico, sendo necessária a sua troca por um novo.

• Relés de Sobrecarga bimetálicos ou relé térmico é um dispositivo de proteção de sobrecarga elétrica aplicado a motores elétricos. Este dispositivo de proteção visa evitar o sobre-aquecimento dos enrolamentos do motor quando ocorre uma circulação de corrente elétrica acima da tolerada nos seus enrolamentos. Este aquecimento é prejudicial ao motor, uma vez que acarreta a redução da vida útil do mesmo, por desgastar o isolamento dos enrolamentos modificando sua rigidez dielétrica. Sua função é atuar desligando o motor antes que o limite de deterioração seja atingido. O relé térmico é uma réplica do motor, pois é criado com base em um modelo térmico do mesmo. Sua fabricação se dá, a partir da laminação de dois metais de coeficientes de dilatação diferentes unindo-os por meio de um enrolamento por onde passa a corrente que vai para o motor. Recomenda-se a instalação de um relé térmico para cada fase do motor, pois a instalação em uma ou duas fases, no caso do motor elétrico motor trifásico, pode não ser o bastante para proteger o mesmo. Como o enrolamento do relé térmico é ligado em série com a fase, caso haja aquecimento, o par Placa bimetal bimetálico se deforma, promovendo uma curvatura devido à diferença de dilatação entre os metais, o que leva a libertação do dispositivo de trava contido num invólucro isolante de alta resistência térmica abrindo os contatos do relé e a consequente abertura do circuito do motor. A temperatura ambiente também pode provocar a dilatação das lâminas bimetálicas, caso seja superior ao limite de ajuste, situação passível de ocorrer em quadros de distribuição por exemplo. Para evitar tal fato, altera-se a conformação das lâminas bimetálicas ou utiliza-se uma lâmina bimetálica auxiliar influenciada apenas pela temperatura ambiente

FIGURA 1-Hastes bimetálicas de um relé