Enunciado

O processo de revestimento por pulverização de plasma do Problema 5.25 pode ser usado para produzir revestimentos cerâmicos nanoestruturados. Tais revestimentos são caracterizados por baixas condutividades térmicas, que são desejáveis em aplicações nas quais o revestimento serve para proteger o substrato contra gases quentes, como nos motores de turbina a gás. Um método para produzir revestimentos nanoestruturados envolve a pulverização de partículas esféricas, cada uma delas composta de grânulos em nanoescala de A l 2 O 3 aglomerado. Para formar o revestimento, partículas com diâmetro D p = 50   μ m têm que ser parcialmente fundidas quando elas batem na superfície, com o A l 2 O 3 líquido propiciando um meio para a aderência do material cerâmico à superfície e o   A l 2 O 3 não fundido fornecendo as muitas fronteiras entre grãos que conferem ao revestimento sua baixa condutividade térmica. As fronteiras entre grânulos individuais espalham os fônons e reduzem a condutividade térmica da partícula cerâmica para k p = 5   W / ( m   ·   K ) . A densidade das partículas porosas é reduzida para ρ   =   3800   kg/m3. Todas as outras propriedades e condições estão especificadas no Problema 5.25.

(a) Determine o tempo de voo correspondente a 30 % da fusão da massa da partícula sendo fundida.

(b) Determine o tempo de voo correspondente a 70 % da fusão da partícula.

(c) Se a particular viajar a uma velocidade V   =   35   m / s , determine a distância entre o ejetor e o substrato associada com suas respostas nas partes (a) e (b).

Passo 1

Vamo lá galera! (a) Para determinar se a suposição de capacidade por blocos é apropriada, o número Biot é calculado como:

Desde Bi

Etapa 1: Aquecimento à temperatura de fusão. O tempo de vôo para a primeira etapa é encontrado a partir da Equação 5.5.

Passo 2

Fase 2: Derretimento até 30% líquido. A segunda etapa envolve a transferência de calor para a partícula que é isotérmica no seu ponto de fusão. Daí

Portanto, o tempo de vôo necessário é

Passo 3

Vamo lá! (b) O cálculo para a segunda etapa pode ser repetido para 70% líquido, produzindo

Portanto, o tempo de vôo necessário é

Por fim, (c) As distâncias de imobilização necessárias são

Resposta

a ) t = 0.00053   s

b ) t t o t = 0.00072   s

c ) L S T D = 19   m m

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