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:: '''1.''' Circuitos de tração elétrica: nas estradas de ferro o circuito de retorno para a corrente elétrica é geralmente formado pelos próprios trilhos, soldados entre si ou ligados por curtos  cabos  de  cobre. Nos  sistemas  em  que  se  utiliza  um  terceiro  trilho  para condução  da  corrente  elétrica  (em  lugar  de  uma  linha  aérea),  empregam-se  para  o terceiro trilho aços doces, com resistividade de 7 a 9 vezes a do cobre.
:: '''1.''' ''Circuitos de tração elétrica'': nas estradas de ferro o circuito de retorno para a corrente elétrica é geralmente formado pelos próprios trilhos, soldados entre si ou ligados por curtos  cabos  de  cobre. Nos  sistemas  em  que  se  utiliza  um  terceiro  trilho  para condução  da  corrente  elétrica  (em  lugar  de  uma  linha  aérea),  empregam-se  para  o terceiro trilho aços doces, com resistividade de 7 a 9 vezes a do cobre.
:: '''2.''' Ligas  de  ferro  para  resistências  elétricas:  a  grande  maioria  das  resistências  para aquecimento elétrico, ou para a confecção de reostatos, é manufaturada com ligas de ferro;
:: '''2.''' ''Ligas  de  ferro  para  resistências  elétricas'':  a  grande  maioria  das  resistências  para aquecimento elétrico, ou para a confecção de reostatos, é manufaturada com ligas de ferro;
:: '''3.''' Linhas  aéreas:   nestas  são  utilizados  freqüentemente  tanto  como  condutores (eletrificação  rural,  aço  galvanizado) como  alma  de  cabos  de  alumínio,  para aumentar a resistência mecânica.
:: '''3.''' ''Linhas  aéreas'': nestas  são  utilizados  freqüentemente  tanto  como  condutores (eletrificação  rural,  aço  galvanizado) como  alma  de  cabos  de  alumínio,  para aumentar a resistência mecânica.
:: '''4.''' Motores e geradores elétricos: o ferro suporta o calor, de modo que é possível construir produtos como motores a partir dele e, ao contrário da maioria das substâncias, pode ser magnetizado, tornando-o útil para tais aplicações.
:: '''4.''' ''Motores e geradores elétricos'': o ferro suporta o calor, de modo que é possível construir produtos como motores a partir dele e, ao contrário da maioria das substâncias, pode ser magnetizado, tornando-o útil para tais aplicações.
:: '''5.''' Transformadores: máquinas que possuem um núcleo de ferro.
:: '''5.''' ''Transformadores'': máquinas que possuem um núcleo de ferro.
:: '''6.''' Instrumentos de medida: a exemplo do galvanômetro de ferro móvel, em que a bobina é fixa, envolvendo uma pequena peça de ferro ligada ao ponteiro, e capaz de girar conforme o campo magnético produzido pela bobina. Seu uso não é muito comum pelo fato de ser menos sensível, apesar de ser mais barato, robusto e funcionar tanto em corrente contínua quanto em alternada.
:: '''6.''' ''Instrumentos de medida'': a exemplo do galvanômetro de ferro móvel, em que a bobina é fixa, envolvendo uma pequena peça de ferro ligada ao ponteiro, e capaz de girar conforme o campo magnético produzido pela bobina. Seu uso não é muito comum pelo fato de ser menos sensível, apesar de ser mais barato, robusto e funcionar tanto em corrente contínua quanto em alternada.




Edição atual tal como às 14h41min de 29 de julho de 2014

Ferro (Fe)


INFORMAÇÕES GERAIS
  • Nome, símbolo, número: Ferro, Fe, 26
  • Série química: Metal de transição
  • Grupo, período, bloco: 8 (VIIIB), 4, d
  • Densidade, dureza: 7874 kg/m3, 4


PROPRIEDADES ATÔMICAS
  • Massa atômica: 55,845(2) u
  • Raio atômico (calculado): 140(156) pm
  • Raio covalente: 125 pm
  • Configuração electrônica [Ar]: 3d6 4s2
  • Elétrons (por nível de energia): 2, 8, 14, 2
  • Estado(s) de oxidação: 2, 3, 4, 6 (anfótero)
  • Estrutura cristalina: cúbico de corpo centrado


PROPRIEDADES FÍSICAS
  • Estado da matéria: sólido
  • Ponto de fusão: 1811 K
  • Ponto de ebulição: 3134 K
  • Entalpia de fusão: 13,8 kJ/mol
  • Entalpia de vaporização: 349,6 kJ/mol
  • Volume molar: 7,09×10−6 m3/mol
  • Pressão de vapor: 7,05 Pa a 1808 K
  • Classe magnética: Ferromagnético


DIVERSOS
  • Eletronegatividade (Pauling): 1,83
  • Calor específico: 440 J/(kg·K)
  • Condutividade elétrica: 9,93 106 S/m
  • Condutividade térmica: 80,2 W/(m·K)
  • 1º Potencial de ionização : 762,5 kJ/mol
  • 2º Potencial de ionização : 1561,9 kJ/mol
  • 3º Potencial de ionização: 2957 kJ/mol
  • 4º Potencial de ionização: 5290 kJ/mol


  • O metal ferro é utilizado há milhares de anos, pois foram identificados artefatos do mesmo produzidos em torno de 4000 a 3500 a.C., mas só começou a ser obtido em quantidades apreciáveis por volta de 1200 a.C., época que ficou conhecida como "Idade do Ferro" (Chile,1942).


  • É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%), um metal de transição e pertence ao grupo 8 da Tabela Periódica, tendo coloração cinza prateada e sendo maleável e dúctil.


  • O ferro possui número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atômica 56 u. À temperatura ambiente, encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro, o mais comum é a hematita, com o qual é possível se obter várias formas de aço, através do controle do teor de carbono (o carbono ocorre de forma natural no minério de ferro).


  • O processo de obtenção desse material é relativamente simples e pode ser descrito em três etapas:
    • (i) combustão incompleta do carvão na presença de oxigênio molecular, formando monóxido de carbono;
    • (ii) reação do monóxido de carbono com óxido de ferro, por exemplo Fe2O3, originando óxido de ferro (II) (FeO) e dióxido de carbono;
    • (iii) reação do FeO com monóxido de carbono, formando ferro metálico (Fe0) e dióxido de carbono.


  • Sua utilização é vasta em função de ser um metal barato e resistente, além de relativamente fácil de moldar utilizando ferramentas simples. O ferro suporta o calor, de modo que é possível construir produtos como motores a partir dele e, ao contrário da maioria das substâncias, pode ser magnetizado, tornando-o útil para a criação de motores elétricos e geradores.


  • O ferro é um "bom condutor elétrico", se apresenta em seu estado de oxidação +2, mas é facilmente oxidado a ferro +3, o que o torna um forte agente redutor. É também altamente corrosivo quando exposto ao ar.


  • O ferro, ou melhor, o íon ferro (Fe+2), é muito importante para a saúde do homem e manutenção da vida. É esse íon que mantém as hemoglobinas do sangue funcionando e possibilita que consigam extrair oxigênio do ar quando o sangue passa pelos pulmões. O perfeito funcionamento do cérebro também depende do íon ferro. Porém o excesso de ferro pode trazer também problemas de saúde, como o aumento de riscos de câncer, de doenças degenerativas, como o mal de Parkinson, e o comprometimento de algumas funções normais do organismo.


Aplicações



  • O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço, resistência e dureza, especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios.


  • Como visto anteriormente, é também indispensável para a saúde humana e pode ser obtido através da ingestão de carnes vermelhas e brancas, vegetais com coloração verde escura, leguminosas e algumas frutas. Sua deficiência pode causar anemia, fadiga, falta de apetite, entre outros sintomas.


  • Pode ser comercializado sob várias formas embora o aço mereça um significante destaque, pois pode ser trabalhado por meio da forja, laminação e extrusão. Além disso, a dureza do aço(6,5) é maior que a do ferro(4,5), além de apresentar também maior resistência mecânica (tenacidade), quando comparado ao ferro metálico.


  • Na realidade, enquanto elemento isolado (Fe metálico), tem muito menos aplicações, isso por conta da facilidade com que sofre oxidação em contato com o oxigênio atmosférico ou dissolvido, propriedade que o torna praticamente inútil em muitas utilizações comuns.


  • Em relação às aplicações relacionadas ao aço, destacam-se:
  • Utilidades domésticas: empregado nos restaurantes, cozinhas industriais, hospitais, laboratórios, empresas em geral e nas casas das pessoas, tem a resistência necessária para os mais variados usos em forma de utensílios domésticos. Tem características que evitam o acúmulo de resíduos, composição química que o impede descascar, longa durabilidade e baixo custo de manutenção.

  • Transporte: está presente nos carros, caminhões, ônibus, trens, metrôs, navios, bicicletas e motocicletas. Transporta a população, interliga cidades e conduz as cargas.

  • Construção Civil: largamente usado nessa área, pode estar presente como parte das obras ou como material principal, a exemplo do concreto armado, que é o concreto com estruturas em aço. O sistema construtivo em aço permite liberdade no projeto de arquitetura, maior área útil, flexibilidade, compatibilidade com outros materiais, menor prazo de execução, alívio de carga nas fundações, garantia de qualidade, maior organização nos canteiros de obras e precisão construtiva.

  • Embalagens e recipientes: as embalagens de aço são usadas pela indústria em geral, sendo importantes na conservação e transporte de alimentos, produtos químicos, agrícolas, tintas, gases de cozinha e industriais. Especialmente em relação aos alimentos, o aço evita a contaminação, assegurando a sua qualidade. Além disso, é 100% reciclável.

  • Energia: é usado em hidrelétricas, termelétricas e nucleares, torres de transmissão, transformadores, cabos elétricos, plataformas, tubulações, equipamentos de prospecção e extração de petróleo, assim como em perfuratrizes, esteiras e caçambas das minas de carvão. É, portanto, fundamental na produção e distribuição de energia no mundo.

  • Agricultura: a eficiência do setor agrícola está diretamente ligada ao consumo de aço. A terra é preparada com arados, semeada e cercada usando equipamentos que levam aço. Na hora da colheita, com as ceifadeiras e colheitadeiras, assim na armazenagem em silos e graneleiros, o aço também está presente, permitindo que os alimentos cheguem ao mercado.


Engenharia Elétrica


  • Como visto anteriormente, uma das principais propriedades do ferro é que pode ser magnetizado permanentemente. Sua magnetização, chamada “histerese”, a qual retém um campo magnético residual quando a fonte é desligada, denominado campo magnético “remanente”, produzindo o que denominamos de imã permanente. Devido essa característica, o ferro pode ser usado em algumas aplicações ligadas à Engenharia Elétrica.
    • O imã permanente é muito utilizado nos dias de hoje nos motores e geradores elétricos. Estes imãs são artificiais, isto é, são produzidos utilizando-se de ligas de materiais derivados da magnetita e de outras substâncias excitadas por altas correntes produzidas por geradores elétricos.
    • Os eletroímãs são dispositivos compostos de enrolamento sobre um núcleo de ferro que podem ser comandados à distância como por exemplo, solenóides, campanhias e relès.
    • Transformadores, máquinas que servem para transformar um determinado valor de tensão em um valor mais alto ou mais baixo, possuem um núcleo de ferro.
    • Outro tipo de aplicação do ferro é no galvanômetro de ferro móvel, em que a bobina é fixa, envolvendo uma pequena peça de ferro ligada ao ponteiro, e capaz de girar conforme o campo magnético produzido pela bobina. O galvanômetro de ferro móvel é pouco usado, por ser menos sensível que o de bobina móvel, mas possui as vantagens de ser mais barato, mais robusto, e funcionar tanto com corrente contínua como com corrente alternada.
    • A magnetização cessa acima de certa temperatura, chamada temperatura de Curie, que no caso do ferro é de 775º C.

Ligas



  • As ligas chamadas Ligas Ferrosas são aquelas onde o ferro é constituinte principal. Essas ligas são importantes como materiais de construção em engenharia. As ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido em que elas podem ser adaptadas para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas. A desvantagem delas é que elas são muito suscetíveis à corrosão.


  • Ligas de aço: são ligas ferro-carbono que podem conter outros elementos e possuem suas propriedades mecânicas diretamente relacionadas ao teor de carbono, que é normalmente inferior a 1%. Podem ser divididas em:
    • Aços com baixo teor de carbono: essas ligas contem geralmente menos que 0,25% de C. como conseqüência essas ligas são moles e fracas, porém possuem uma ductibilidade e uma tenacidade excepcionais; além disso, são usináveis soldáveis e, dentre todos os tipos de aço, são os mais baratos de serem produzidos. Aplicações típicas para este tipo de liga incluem os componentes de carcaças de automóveis e chapas usadas em tubulações, edificações e latas estanhadas.
    • Aços com médio teor de carbono: esses aços possuem concentrações de carbono aproximadamente de 0,25 e 0,60%p de carbono. As maiores aplicações destas ligas se encontram em rodas de trens, engrenagens, virabrequins e outras peças de alta resistência que exigem uma combinação de elevada resistência, resistência à abrasão e tenacidade.
    • Aços com alto teor de carbono: esses aços apresentam em média uma concentração de carbono e 0,60 a 1,4%p. são mais duros, mais resistentes e, porem, os menos dúcteis dentre todos os aços de carbono. Esses aços são usados geralmente como ferramentas de corte, bem como para a fabricação de facas, laminas de serras para metais, molas e arames com alta resistência.


  • Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2,1% em peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4,5% de carbono em peso. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras.


  • A partir do aço comum se produzem materiais como o aço inoxidável, que contém níquel, manganês e cromo, e os aços especiais, com maiores concentrações desses e de outros elementos, de acordo com a aplicação a que se destinem.
    • Ligas de ferro-cromo: são utilizadas na produção de aços resistentes à corrosão, aços de alta liga e aços inoxidáveis. Os aços inoxidáveis são utilizados nas indústrias químicas, automobilística, celulose, petróleo de alimentos.
    • Ligas de ferro-manganês: são as ferro ligas mais utilizadas na fabricação de aço, praticamente todos os tipos de aços têm manganês em sua composição.
    • Ligas de ferro-nióbio: são utilizadas na fabricação de aços micro ligados, com aplicações na indústria automobilística, construção civil, indústria mecânica, aeroespacial e naval. Além disso, a tendência da informática moderna para as próximas décadas está na produção dos novos computadores quânticos, que deverão utilizar o nióbio como supercondutor.
    • Ligas de ferro-níquel: essas ligas são formadas por quarenta a cinqüenta por cento de níquel, e se caracterizam pelo coeficiente de dilatação muito baixo. A exemplo de uma delas temos a liga Alnico, que é formada por ferro, alumínio, níquel e cobalto e é largamente utilizada na produção de ímãs. Os ímãs de Alnico têm grande estabilidade térmica e são resistentes à oxidação. Suas principais aplicações são alto-falantes, motores elétricos e geradores de pequeno porte, captadores de guitarra elétrica etc. Foram também muito usados em instrumentos de medidas, como velocímetros, tacógrafos, medidores de energia elétrica, etc. Outra liga de ferro e níquel é o Nitinol, que se caracteriza pela sua memória de formato, que permite que a liga recupere seu formato original ao ser aquecida.

Curiosidades


  • A Vila do Aço, realizada pelo Instituto Aço Brasil, é um evento que apresenta as aplicações do uso do aço no dia a dia, na indústria, nos transportes, na infraestrutura e no campo, além de oferecer novas alternativas para a construção civil. Demonstra ainda as diversas formas de uso de coprodutos do processo siderúrgico na indústria da construção civil, pavimentação, cerâmica, agricultura e fabricação de cimento. O uso de coprodutos transforma um potencial passivo em ativo ambiental e reduz o consumo de recursos naturais não-renováveis. Os visitantes podem visualizar como o aço transforma cidades e colabora com a melhoria dos espaços urbanos e rurais com a apresentação de réplicas em tamanho real.

https://www.youtube.com/watch?v=pbqgs_iTXHg


  • Um outro aspecto interessante é entender como são produzidos os cabos de aço, como pode ser visto no link a seguir.

https://www.youtube.com/watch?v=OZQFQOql5aY

Resumo


  • O ferro se conhece à tempos remotos, havendo dado o nome a toda uma época pré- histórica, denominada Idade do Ferro. A princípio crê-se que o ferro utilizado na fabricação de utensílios, era obtido de meteoritos que a 50.000 anos devem ter caído com mais freqüência na superfície terrestre.


  • Na verdade, a época que marcou a utilização do ferro foram os anos de 1800, quando houve uma grande explosão industrial, que foi beneficiada com o surgimento dos processos de obtenção do ferro de melhores qualidades.


  • As causas desta explosão foram:
    • abundância de ferro na superfície terrestre;
    • alto teor de ferro nos minérios;
    • baixo custo;
    • bom condutor de calor e eletricidade;
    • dúctil e maleável;
    • magnetizável;
    • boas propriedades mecânicas, por seu mais leve e resistente que muitos outros materiais;
    • podemos alterar suas propriedades através de tratamentos térmicos ou químicos;
    • forma lixos de excelentes características.


  • A resistividade do ferro ou do aço é 6 a 7 vezes a do cobre, ou mesmo mais. Além de terem aplicação como materiais estruturais e magnéticos, o ferro e o aço são também largamente empregados como condutores elétricos, estando algumas aplicações listadas a seguir.


1. Circuitos de tração elétrica: nas estradas de ferro o circuito de retorno para a corrente elétrica é geralmente formado pelos próprios trilhos, soldados entre si ou ligados por curtos cabos de cobre. Nos sistemas em que se utiliza um terceiro trilho para condução da corrente elétrica (em lugar de uma linha aérea), empregam-se para o terceiro trilho aços doces, com resistividade de 7 a 9 vezes a do cobre.
2. Ligas de ferro para resistências elétricas: a grande maioria das resistências para aquecimento elétrico, ou para a confecção de reostatos, é manufaturada com ligas de ferro;
3. Linhas aéreas: nestas são utilizados freqüentemente tanto como condutores (eletrificação rural, aço galvanizado) como alma de cabos de alumínio, para aumentar a resistência mecânica.
4. Motores e geradores elétricos: o ferro suporta o calor, de modo que é possível construir produtos como motores a partir dele e, ao contrário da maioria das substâncias, pode ser magnetizado, tornando-o útil para tais aplicações.
5. Transformadores: máquinas que possuem um núcleo de ferro.
6. Instrumentos de medida: a exemplo do galvanômetro de ferro móvel, em que a bobina é fixa, envolvendo uma pequena peça de ferro ligada ao ponteiro, e capaz de girar conforme o campo magnético produzido pela bobina. Seu uso não é muito comum pelo fato de ser menos sensível, apesar de ser mais barato, robusto e funcionar tanto em corrente contínua quanto em alternada.


  • Além das aplicações ligadas à Engenharia Elétrica, o ferro e o aço podem ser utilizados na construção civil, na indústria de embalagens, recipientes e utensílios domésticos, além de ser largamente aplicado à materiais voltados para a agricultura.


  • O íon ferro (Fe+2), é muito importante para a saúde do homem e manutenção da vida, pois mantém as hemoglobinas do sangue funcionando e possibilita que consigam extrair oxigênio do ar quando o sangue passa pelos pulmões, porém seu excesso pode causar o aumento de riscos de câncer, de doenças degenerativas.


  • O maior problema do ferro, e que limita suas aplicações enquanto ferro metálico puro, é a facilidade com que sofre oxidação em contato com o oxigênio atmosférico ou dissolvido.


Referência bibliográfica











  • José Roberto Cardoso. Uma Breve História da Engenharia Elétrica. Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Campus Foz do Iguaçu, Centro de Engenharias e Ciências Exatas, LAMAT - Laboratório de Materiais, 2010.




  • Apostila de Eletromagnetismo. Eletricidade. Engenharia de Produção da UEMG. Março 2008.


  • Geraldo Teles de Souza. Máquinas e Comandos Elétricos. Escola Técnica Estadual Pedro Ferreira Alves. Julho 2004.



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