Apostila Sistema Enchimento Horizontal e Vertical

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  • SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA

    FUNDIO

    SISTEMA DE ENCHIMENTO

    Iber Roberto Duarte

    JOINVILLE JULHO/2011

  • SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA INSTITUTO SUPERIOR TUPY

    2 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    SUMRIO

    1 CONCEITO ............................................................................................................... 4 1.1 FUNES DOS CANAIS ...................................................................................... 4 2 NOES DE MECNICA DOS FLUIDOS .............................................................. 4 2.1 PRINCPIO DE BERNOULLI ................................................................................. 4 2.2 TURBULNCIA E O NMERO DE REYNOLDS ................................................... 5 2.3 LEI DA CONTINUIDADE ....................................................................................... 7 2.3.1 Vazo gravimtrica ............................................................................................. 8 2.3.2 Vazo volumtrica .............................................................................................. 8 3 RELAO DE REAS ............................................................................................ 9 3.1 SISTEMA CONVERGENTE .................................................................................. 9 3.2 SISTEMA DIVERGENTE ....................................................................................... 9 3.3 RELAES DE REAS E AS LIGAS ................................................................... 9 4 CLCULO DA REA DA SEO DE CHOQUE .................................................. 10 4.1 DETERMINAO DO TEMPO DE ENCHIMENTO ............................................. 13 4.2 DETERMINAO DA ALTURA EFETIVA DO SISTEMA DE CANAIS................ 17 5 FUNIL E BACIA DE VAZAMENTO ........................................................................ 19 6 CANAL DE DESCIDA ............................................................................................ 21 7 ORIENTAES GERAIS PARA O DESENHO DOS CANAIS .............................. 23 8 SISTEMA DE CANAIS PARA LIGAS DE ALUMNIO ........................................... 27 9 SISTEMA DE CANAIS PARA FERRO FUNDIDO NODULAR .............................. 31 9.1 LIMPEZA DO METAL .......................................................................................... 31 9.2 PANELAS ............................................................................................................ 31 9.3 TEMPERATURA DE VAZAMENTO .................................................................... 31 9.4 RECOMENDAES PARA OS CANAIS ............................................................ 32 9.5 TEMPO DE ENCHIMENTO ................................................................................. 32 9.6 ALTURA EFETIVA DE VAZAMENTO ................................................................. 33 9.7 REA DA SEO DE CHOQUE ......................................................................... 33 9.8 BACIA DE VAZAMENTO ..................................................................................... 34 9.9 CANAIS DE DISTRIBUIO E ATAQUES ......................................................... 34 10 SISTEMA DE CANAIS PARA AOS FUNDIDOS ............................................... 35 10.1 CONSIDERAES GERAIS ............................................................................. 35 10.2 CANAIS DE DESCIDA ...................................................................................... 36 10.3 CANAIS DE ATAQUE........................................................................................ 37 10.4 CANAIS DE DISTRIBUIO ............................................................................. 38 11 SISTEMA DE CANAIS VERTICAIS PRESSURIZADOS ..................................... 40 11.1 FATOR DE PERDAS ......................................................................................... 41 11.2 CALCULO DA REA DA SEO DE ATAQUE ................................................ 43 11.3 FLUXO DO METAL NO SISTEMA DE CANAIS PRESSURIZADO ................... 44 11.4 SEQNCIA DE ENCHIMENTO DO MOLDE .................................................. 46 11.5 OBSERVANDO A SEQUENCIA DE ENCHIMENTO DA CAVIDADE ................ 46 11.6 NOMOGRAMA PADRO .................................................................................. 48 11.7 PESO DA PEA ................................................................................................ 48

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    11.8 TEMPO DE VAZAMENTO ................................................................................. 49 11.9 ALTURA METALOSTTICA .............................................................................. 50 11.10 EXEMPLO DE UM DIMENSIONAMENTO ...................................................... 50 11.10.1 Distribuio na placa modelo ........................................................................ 50 11.10.2 Dimensionamento dos ataques .................................................................... 53 11.10.3 Dimensionando os canais primrios ............................................................. 54 11.10.4 Copo de vazamento...................................................................................... 57 REFERNCIAS ......................................................................................................... 59

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    1 CONCEITO

    Sistemas de enchimento so dutos ou canais com a finalidade de conduzir o metal lquido at a cavidade do molde correspondente a pea, limpo e na temperatura adequada para produzir uma pea com qualidade. Os sistemas de canais devem evitar a entrada de escrias, produzirem eroses e formao de xidos. O tempo de enchimento uma varivel que controlada pelo sistema de enchimento.

    1.1 FUNES DOS CANAIS

    Segundo Mariotto, Albertin e Fuoco (1987) o sistema de enchimento para peas na fundio em geral apresentam as seguintes funes:

    a) Reduzir turbulncia. b) No aspirar gases ou ar. c) No gerar eroso. d) Controlar o tempo de enchimento adequado a pea. e) Gerar gradiente trmico favorvel alimentao. f) Eliminar aspectos subjetivos da prtica do vazamento.

    Entretanto alguns fatores condicionam a aplicao dos canais, que so:

    a) Rendimento metlico. b) Espao na placa. c) Geometria da pea. d) Altura da caixa.

    2 NOES DE MECNICA DOS FLUIDOS

    2.1 PRINCPIO DE BERNOULLI

    Um pesquisador suo chamado Daniel Bernoulli (17001782), descreve sobre a lei da conservao de energia. Esta lei define que a energia ao longo de um sistema de canais no criada nem destruda, mas sempre convertida em alguma outra forma de energia (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

    As principais formas de energia so:

    a) Energia de posio(Ep), devido a gravidade e a altura:

    Ep=m.g.h

    m=massa, peso g=acelerao da gravidade h=altura

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    b) Energia cintica(Ec), devido ao movimento do fludo:

    Ec=mv2 / 2

    v=velocidade do fludo

    c) Energia de presso(Epr), corresponde ou trabalho a ser realizado pela presso do fludo:

    Epr = p/

    p=presso metalosttica por volume unitrio. =densidade do fludo.

    2.2 TURBULNCIA E O NMERO DE REYNOLDS

    Osbourne Reynolds (1842-1912) estudou o comportamento do fluxo de lquidos atravs de dutos, conforme a Figura 2.1. Este pesquisador verificou que para baixas velocidades do fluxo o lquido colorido que sai do tubo D no se misturava com o liquido no tubo C, permanecendo uma linha reta de liquido colorido no meio do tubo C. Entretanto, para altas velocidades do lquido no tubo C, o liquido colorido que sai do tubo D se misturava ao logo do tubo C, desta forma Reynolds constatou a existncia de dois tipos bsicos de fluxo, laminar e o turbulento. O mais importante deste estudo que ele nos ajuda a entender como ocorre o fluxo turbulento ou severamente turbulento e que devemos limitar a velocidade do liquido atravs do dimensionamento das seces transversais dos canais a fim de evita-los (WEBSTER, 1980).

    Figura 2.1: Representao do mtodo para estudar turbulncia em sistema de canais (WEBSTER, 1980).

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    Aps este estudo Reynolds definiu trs tipos bsicos de fluxos, conforme mostra a Figura 2.2.

    a)Fluxo laminar

    Nr(nmero de Reynolds) 20.000 Gera eroso e incluses de xidos, escrias.

    Figura 2.2: Tipos de fluxos de acordo com Reynolds.

    O nmero de Reynolds pode ser calculado com a expresso descrita abaixo e a Tabela 2.1 mostra valores para a viscosidade cinemtica.

    Nr = V. d

    V = velocidade do fluxo(cm/s). d = dimetro hidralico do canal(cm). = viscosidade cinemtica do lquido(cm2/s), Tabela I.

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    Se a seo do canal no formato redondo o dimetro hidrulico corresponde ao valor do dimetro do canal, entretanto se a seo transversal do canal no no formato redondo utiliza-se a expresso abaixo para calcular o dimetro hidrulico.

    d = 4 . rea da seo tranversal do canal permetro da seo do canal

    Tabela 2.1 Viscosidade cinemtica de alguns lquidos

    LQUIDO VISCOSIDADE CINEMTICA (cm2.10-2/s)

    TEMPERATURA (OC)

    gua 1,00 20 Alumnio 1,27 700 Ferro fundido 0,45 1300 Ferro fundido branco 0,40 1300 Cobre 0,40 1200 Ao 0,75%C 1,1 1500 Ferro 3,4%