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TitleDesenvolvimento de cabos de alumínio reforçados com fibras para aplicações em cabos de alta tensão
Other titlesDevelopement of aluminium cables reinforced with fibres for application in high tension cables
Author(s)Mendes, Paulo Alberto Rodrigues
Advisor(s)Silva, Filipe Samuel
Fangueiro, Raúl
Issue date2014
Abstract(s)O constante crescimento no consumo da energia elétrica implica um estudo continuado de novas soluções e otimizações do seu sistema de transporte. Atualmente são utilizados cabos de alta tensão para o transporte de energia elétrica. Neste sentido, a construção de um cabo elétrico de alta tensão possui vários fatores e critérios vitais, necessários para manter os elevados índices de fiabilidade, que permitem que o cabo se comporte eficazmente. A zona fundamental num cabo elétrico é aquela responsável pela condução da energia elétrica, a alma condutora. Sendo que o cobre e o alumínio puro são os metais utilizados nas almas condutoras, pretende-se, ao longo desta dissertação, criar um compósito de matriz metálica que permita fornecer uma maior resistência mecânica à alma condutora de alumínio, sem comprometer em demasia a condutividade elétrica, como acontece com a adição de outras ligas metálicas. Para tal, fez-se o estudo do compósito mais adequado para a obtenção das propriedades desejadas e chegou-se à conclusão de que a fibra de carbono é a mais se ajusta. As propriedades da fibra com o alumínio, tais como a reatividade e a molhabilidade, foram pesquisadas e avaliadas com o intuito de se definir um procedimento a adotar para a sua junção. A vibração ultrassónica, utilizada para melhorar a molhabilidade entre o alumínio e a fibra, foi uma hipótese abordada, tendo sido, no entanto, abandonada após verificação da impossibilidade de utilização da mesma. Foi então projetado e construído um equipamento para a produção de almas condutoras, recorrendo à utilização de vibração mecânica para melhoria da adesão/molhabilidade. Este método revelou-se inadequado uma vez que se obteve maus resultados a nível de adesão e molhabilidade. Após diversas tentativas e alterações de parâmetros, os únicos bons resultados, passíveis de poderem originar um compósito de boa qualidade, surgiram da adição de um revestimento de níquel na fibra de carbono feita previamente à sua junção com o alumínio. Por essa razão, optou-se por otimizar o processo de eletrodeposição de níquel com o objetivo de se obter o melhor revestimento possível. Foram construídos dois equipamentos para garantir uniformidade e otimização do revestimento. As amostras foram posteriormente observados ao microscópio ótico e/ou eletrónico, verificando-se uma melhoria significativa no revestimento. Finalmente, efetuaram-se testes de tração à fibra revestida com níquel. Os resultados mostraram que a fibra revestida quebrou mais facilmente que a fibra normal, mas tal pode ter acontecido por manuseamento indevido das amostras.
The constant growth in consumption of electricity implies a continuing study of new solutions and optimizations of the transportation system. Nowadays the transportation of electricity is made by high voltage cables. Thus, the construction of a high voltage cable has several vital factors and criteria, necessary to maintain high levels of reliability, which allows an effective behaviour of the cable. The fundamental part of an electrical cable is the one that is responsible for conducting electricity, the conductive soul. Since copper and pure aluminium are the metals used in conductive souls, it is intended in this dissertation, create a metal matrix composite that can provide greater mechanical strength to the conductive aluminium soul, without compromising too much electrical conductivity as happens with the addition of other metal alloys. For this purpose, a study was made of the most suitable composite that provides the desired properties and the conclusion was that carbon fiber is the most appropriate. Some properties, such as reactivity and wettability of the fiber with aluminium were searched and evaluated in order to determine a procedure to adopt for their junction. The ultrasonic vibration, mostly used to improve wettability between the aluminium and the fiber, was one possible option to be applied, however, it was abandoned after verification of the impossibility of using it. It was then designed and built an equipment for the production of conductive souls, using mechanical vibration for the improvement of adhesion/wetting. This method has proved to be inadequate since it got bad results in terms of adhesion and wettability. After several attempts and parameter changed, the only good results which may be able to give a good quality composite, appeared adding a nickel coating to the carbon fiber prior to its junction with the aluminium. For this reason, it was defined to optimize the nickel electrodeposition process in order to obtain the best possible coating on the fiber. Two devices were built to ensure standardization and optimization of the coating. The samples were then observed at the optical and/or electronic microscope, where it was verified a significant improvement in the coating. Finally, tensile tests were performed with nickel coated fiber. The results showed that coated fiber broke easier than non-coated fiber, but this may have happened because of inappropriate handling of the samples.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica (área de especialização em Tecnologias da Manufatura)
URIhttp://hdl.handle.net/1822/34440
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado Integrado
DEM - Teses de Doutoramento / PhD Thesis

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