2^ a 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 25^circ C e com uma vazão de 1 litro por segundo e temperatura de saída de 80^circ C. O cilindro tem dimensões 200 mm de diâmetro por 300 mm de altura. Toda a superfície da coquilha está a 25^circ C. A temperatura do ar encontra-se a 30^circ C e o coeficiente de convecção pode ser assumido como sendo 20
& Dados: rho água =999 kg / m^3 ; cp água =4,18 kJ /(kgK) ; & rho Al =933 kg / m^3 ; cp Al=606 kJ /(kgK) ; hsl Al=291 kJ / kg áá

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.).

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.

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