Desenvolvimento de sistema de medição de resistividade elétrica em amostras padronizadas de quadro de Epstein

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição de resistividade elétrica em amostras laminares de aço para fins elétricos, utilizadas em ensaios magnéticos no instrumento quadro de Epstein. A medição precisa dessa grandeza é importante no processo de caracterização de materiais, pois está relacionada à composição do material em análise e pode influenciar as perdas magnéticas em núcleos de transformadores, motores e geradores. O sistema foi desenvolvido com base no método de medição a quatro fios, levando em consideração os procedimentos apresentados pela norma brasileira ABNT NBR 5161 e pela norma ASTM A712. A estrutura mecânica da bancada foi confeccionada utilizando uma impressora 3D e uma máquina fresadora disponíveis no Grupo de Concepção e Análise de Dispositivos Eletromagnéticos (GRUCAD). Os ensaios foram realizados em três materiais piloto diferentes e envolveram análises da influência de fatores como a largura da amostra, a corrente aplicada e o sentido da corrente nos valores de resistividade obtidos, possibilitando uma análise da repetibilidade da bancada em condições nas quais se esperavam resultados próximos. Os valores de resistividade medidos para os materiais piloto foram comparados com valores de referência fornecidos pela empresa Aperam South America. Os resultados mostraram que a bancada apresentou boa repetibilidade em função das variáveis estudadas. Entretanto, para um dos aços ensaiados, foi observada uma diferença relativa não desprezível entre os valores medidos pela bancada e os valores fornecidos pela empresa. O estudo também indicou a necessidade de trabalhos futuros focados na análise das incertezas associadas à bancada desenvolvida. As atividades foram realizadas no Grupo de Concepção e Análise de Dispositivos Eletromagnéticos, do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica do Centro Tecnológico da Universidade Federal de Santa Catarina.

This work presents the development of a system for measuring electrical resistivity in laminated electrical steel samples used in magnetic tests with an Epstein frame. The accurate measurement of this quantity is important in the material characterization process, since it is related to the composition of the material under analysis and may influence magnetic losses in transformer, motor, and generator cores. The system was developed based on the four-wire measurement method, taking into account the procedures presented in the Brazilian standard ABNT NBR 5161 and in the ASTM A712 standard. The mechanical structure of the bench was manufactured using a 3D printer and a milling machine available at the Electromagnetic Device Design and Analysis Group (GRUCAD). The tests were performed on three different materials and involved analyses of the influence of factors such as sample width, applied current, and current direction on the measured resistivity values, enabling an evaluation of the repeatability of the bench under conditions in which similar results were expected. The resistivity values measured for the materials were compared with reference values provided by Aperam South America. The results showed that the bench presented good repeatability with respect to the variables studied. However, for one of the tested steels, a significant relative difference was observed between the values measured by the bench and those provided by the company. The study also indicated the need for future work focused on the analysis of the uncertainties associated with the developed bench. The activities were carried out at the Electromagnetic Device Design and Analysis Group, of the Department of Electrical and Electronic Engineering of the Technology Center of the Federal University of Santa Catarina.