Uso de telhas feitas com ligas metálicas como sistema de captores naturais – Parte 2

jan, 2020

*por Hélio Eiji Sueta

Para os diferentes tipos de amostras foram aplicados impulsos de 100kA, 150kA e 200kA. Nestas aplicações, foram registrados e calculados o valor de pico da corrente (kA), a carga (C), a Energia (kJ/Ω) e o estado da amostra (deformou ou perfurou).

Após os testes, as amostras de Nº 7 (Galvalume); 18 (Liga IEE); 24 (Alumínio); 31 (Zinco 0,5mm) e 40 (Zinco 0,65mm) foram analisadas no LCT – Laboratório de Caracterização Tecnológica da Escola Politécnica da USP para a verificação da composição destas amostras.

Foram utilizadas duas técnicas diferentes para a caracterização das amostras, sendo que, para um tipo de amostra, uma foi mais representativa e, para as outras, a outra técnica forneceu resultados mais coerentes.

Na amostra chamada  de “galvalume”, os teores apresentados foram determinados por análise quantitativa em  amostras  preparadas por digestão com água régia e dosados em espectrômetro de emissão óptica  (ICP OES), marca Horiba, modelo Ultima Expert. Esta amostra, chamada de galvalume, foi obtida na amostra Nº 07, apresentando: 3,57% de alumínio; 93,1% de ferro; 0,221% de manganês;  2,34% de zinco, 0,0036% de cálcio; 0,01% de fosforo; 0,0068% de enxofre e  0,026% de silício.

Nas demais amostras, os teores apresentados foram dosados em  amostra prensada, na calibração STD-1 (Standardless), relativa à análise sem padrões dos elementos químicos compreendidos entre o flúor e o urânio, em   espectrômetro   de   fluorescência de raios X, marca Malvern Panalytical, modelo Zetium. Os valores foram normalizados a 100%. A Perda ao Fogo (PF) foi realizada a 1.020°C por 2h.

A amostra chamada de “Liga IEE” mostrou uma quantidade  de  alumínio  de 42,6%; de zinco de 38,3%; de ferro  de 17,2%; silício de 0,98% e fósforo (0,17%); enxofre  (0,35%), cloro (0,07%), potássio (0,04%), cálcio (0,02%),  titânio (0,02%),     crômio     (0,06%),     manganês (0,02%), níquel (0,01%).

A amostra chamada de alumínio mostrou uma quantidade de 98,3% de alumínio, mas é composta também por pequenas quantidades (<< 1%) de sódio, manganês, silício, fósforo,  enxofre, cloro, potássio, cálcio, titânio, vanádio, manganês, ferro, níquel, gálio, zircônio e chumbo.

As  amostras  chamadas  de  “zinco  1 (0,5mm)” e “zinco 2 (0,65mm)”, mostraram uma quantidade de alumínio (40,9% na Zn 1 e 43,4% na Zn 2); de ferro (16,7% na Zn 1  e  13,4% na Zn 2),  zinco (38,1% na Zn 1  e  38,6 na Zn 2) e  silício (0,57 % na Zn 1 e 1,03% na Zn 2). Foi encontrada também a presença de vários materiais em pequenas quantidades (<< 1%) de fósforo, enxofre, cloro, potássio, cálcio (somente na Zn 2), titânio, crômio, manganês e níquel (somente na Zn 2).

Resumidamente, os resultados dos ensaios de simulação de corrente de continuidade mostraram que todas as amostras  foram  perfuradas  e,   como  se esperava, as perfurações possuem aspecto arredondado com o diâmetro da perfuração aumentando com o aumento da carga. A Figura 4 mostra algumas perfurações em telhas tipo Galvalume.

Figura 4: Perfurações após os ensaios de corrente de continuidade em telhas tipo galvalume.

Em relação ao ensaio com impulsos de corrente com forma de onda 10/350μs, a não ser para a amostra chamada de alumínio, as outras amostras não furaram para as correntes impulsivas de 100kA (ver  Figura  5).

Figura 5: Telha galvalume – 100kA.

Com  150kA, as amostras Zinco 1 e Zinco 2 também não furaram e a amostra chamada de Galvalume apresentou um pequeno furo irregular. Com 200kA, todas as amostras apresentaram perfurações e deformações mecânicas na chapa. Todas as amostras de alumínio apresentaram perfurações em todos os níveis de corrente impulsiva (ver Figura 6).

Figura 6: Telha de alumínio com 200kA.

Para se ter conclusões mais concretas, outras verificações devem ser realizadas, como por exemplo, um estudo mais aprofundado de desgaste de  materiais por arcos elétricos, o comportamento de emendas e superposições destes tipos  de telhas com a passagem de correntes de descargas atmosféricas, e  também um estudo aprofundado de fusões de materiais pela passagem destas correntes. O que podemos concluir deste estudo é que as chapas metálicas utilizadas como cobertura de estruturas não  são  feitas  de materiais puros; todas são compostas por diversos materiais, sendo muitas, compostas por um material principal, geralmente  aço,  recobertas  por  uma liga metálica composta, geralmente, por alumínio e zinco e outros materiais em pequena quantidade.

Um motivo bastante plausível para as definições  das   espessuras   mínimas das chapas metálicas, seria a questão mecânica que não tem nenhuma relação aos efeitos das descargas atmosféricas nas telhas metálicas, mas sim, na suportabilidade a esforços mecânicos nas superfícies das mesmas ou nas fixações, devido a pesos excessivos nas telhas ou esforços devidos a ventos ou chuva.

Alguns pontos muito importantes para o uso destas telhas como parte integrante do subsistema de captores para proteção contra descargas atmosféricas são: verificação do conteúdo  da  estrutura, não podendo esta possuir elementos explosivos ou prontamente combustíveis em contato ou próximos das chapas metálicas; verificação se, no caso da chapa perfurar devido a uma descarga atmosférica, o  material  fundido  devido  a esta perfuração não irá tocar em materiais explosivos e/ou prontamente combustíveis; verificar se nas emendas, junções e conexões deste sistema metálico, não   haverá   centelhamento   perigoso. O uso de mini captores corretamente fixados nestas telhas é uma ação muito boa, pois, se estiverem adequadamente posicionados e dimensionados, serão pontos preferenciais para as descargas atmosféricas evitando, assim, perfurações e gerações de pontos quentes ou fusão de materiais.

 


 

*Hélio Eiji Sueta é chefe adjunto da Divisão Científica de Planejamento, Análise e Desenvolvimento Energético do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo.

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