Questão (3,5 pontos) Estime o tempo necessário para a solidificação completa de uma peça cilíndrica de Alumínio fundida em uma coquilha de Aço refrigerada com água a
e com uma vazão de 1 litro por segundo e temperatura de saída de
. O cilindro tem dimensões 200 mm de diâmetro por 300 mm de altura. Toda a superfície da coquilha está a
. A temperatura do ar encontra-se a
e o coeficiente de convecção pode ser assumido como sendo 20
Passo 1
O enunciado pede para estimar o tempo de solidificação completa de um cilindro de alumínio fundido, de diâmetro 200 mm e altura 300 mm, mantido em uma coquilha de aço à temperatura constante de 25 °C, com resfriamento por água (1 L/s, saída a 80 °C) e considerando que a face exposta ao ar (30 °C) tem coeficiente de convecção h=20 W/m²·K.
Passo 2
Para quantificar o tempo de solidificação precisamos computar o calor total a ser removido do alumínio fundido até que toda a peça solidifique. Isso inclui calor sensível desde a temperatura de vazão do metal até a temperatura de fusão e então o calor latente de solidificação. Entretanto, o enunciado não fornece a temperatura de vazão do alumínio fundido nem a sua temperatura de solidificação efetiva.
Além disso, para determinar o tempo, também seria preciso conhecer o coeficiente global de transferência de calor da peça para o fluido de ar/moldes/água. O enunciado fornece apenas h=20 W/m²·K para convecção com o ar, mas não diz qual o valor de h aplicável entre o alumínio e a moldura de aço nem como combinar isso com o sistema de resfriamento por água (caixa, espessura da parede do molde etc.).
Além disso, para determinar o tempo, também seria preciso conhecer o coeficiente global de transferência de calor da peça para o fluido de ar/moldes/água. O enunciado fornece apenas h=20 W/m²·K para convecção com o ar, mas não diz qual o valor de h aplicável entre o alumínio e a moldura de aço nem como combinar isso com o sistema de resfriamento por água (caixa, espessura da parede do molde etc.).
Passo 3
Sem a temperatura de despejo do metal fundido nem o coeficiente de troca entre o alumínio e o molde, não é possível calcular nem o calor total nem a resistência térmica do caminho de calor. Portanto falta informação essencial.
Passo 4
Diante desses pontos, concluímos que as informações dadas são insuficientes para estimar de modo quantitativo o tempo de solidificação da peça.
Resposta
Não é possível estimar o tempo de solidificação por falta de dados essenciais: a temperatura inicial do alumínio fundido e o coeficiente de troca térmica entre o metal e o molde.