MAPA - CIÊNCIAS DOS MATERIAIS - 54_2026

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28/09/2026, 18:32
	43 9 8486 9985 
	Unicesumar - Ensino a Distância
	MAPA - CIÊNCIAS DOS MATERIAIS - 54_2026
			Período:28/09/2026 08:00 a 29/11/2026 23:59 (Horário de Brasília) 			Status:ABERTO 
Nota máxima:3,50 
	Gabarito:Gabarito não está liberado!
Nota obtida:
1ª QUESTÃO
	
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	MAPA – Material de Avaliação Prática da Aprendizagem
Olá, alunos(as)!
As propriedades apresentadas pelos materiais estão diretamente relacionadas à sua composição e à sua estrutura. Em diversas aplicações de engenharia, é possível modificar essas propriedades por meio de tratamentos capazes de alterar a composição química de determinadas regiões do material.
Nesta atividade, estudaremos a difusão em sólidos aplicada a um importante processo utilizado na indústria metalmecânica: a cementação de componentes de aço.
Nesta atividade M.A.P.A. teremos como objetivos:
- Compreender a aplicação do fenômeno de difusão em materiais sólidos;
- Avaliar a influência da temperatura sobre o coeficiente de difusão;
- Aplicar a Lei de Fick para determinar o fluxo difusivo;
- Relacionar o processo de difusão às propriedades e ao desempenho dos materiais em aplicações de engenharia.
Instruções para realização e entrega da atividade:
Todos os campos deverão ser devidamente preenchidos.
É obrigatória a utilização deste formulário para a realização do MAPA (template).
As imagens de cálculos, diagramas ou outras resoluções deverão ser inseridas diretamente no template. Não serão aceitas imagens enviadas separadamente ou fora da estrutura do modelo.
Esta é uma atividade individual. Trabalhos copiados da internet, de outros estudantes ou elaborados integralmente por ferramentas de inteligência artificial (IA) serão zerados.
O trabalho pode ter quantas páginas você precisar para respondê-lo, desde que siga a sua estrutura.
Preferencialmente, utilizar a formatação: fonte Arial 12, espaçamento entre linhas 1,5 linhas e texto justificado.
Ao utilizar quaisquer materiais de pesquisa, apresente as referências no final do trabalho em ordem alfabética e conforme as normas da ABNT NBR 6023:2018.
Após inteiramente respondido, coloque um nome simples no seu arquivo para não haver confusão no momento do envio. Se o nome tiver caracteres estranhos, principalmente pontos, ou for muito grande, épossível que a equipe de correção não consiga abrir o seu trabalho e ele seja zerado; 
Você irá entregar apenas UM ARQUIVO com suas respostas. O trabalho deve ser enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo doc/docx ou PDF, na forma de anexo no campo de resposta da atividade MAPA. Caso você utilize OPEN OFFICE ou MAC, transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidade.
Ao final do enunciado desta atividade, aqui, no Studeo, há uma caixa de envio de arquivo. Basta clicar e selecionar sua atividade ou arrastar o arquivo até ela.
Antes de clicar em FINALIZAR, certifique-se de que está tudo certo, pois, uma vez finalizado, você não poderá mais modificar o arquivo. Sugerimos que você faça o download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue.
O uso do template é obrigatório. Atividades enviadas fora do modelo disponibilizado serão desconsideradas para fins de avaliação, sendo atribuída nota zero.
Em caso de dúvidas, entre em contato com seu Professor Mediador. Desejamos a você um excelente trabalho!
CONTEXTUALIZAÇÃO
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	No contexto do processamento e tratamento de materiais, diferentes técnicas podem ser empregadas para 43 9 8486 9985 
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modificar propriedades específicas e adequar o desempenho dos componentes às condições de serviço.​Fonte: o autor (2026).
Diante disso, imagine que você é o(a) engenheiro(a) responsável pelo setor de materiais e tratamentos térmicos de uma indústria fabricante de sistemas de transmissão. Durante a fabricação de uma nova engrenagem de aço, verificou-se que o componente deverá operar durante longos períodos submetido ao contato e ao atrito entre os dentes das engrenagens. Por esse motivo, é necessário que sua superfície apresente elevada resistência ao desgaste, sem que seja necessário aumentar a dureza de todo o componente.
Uma das alternativas consideradas pela empresa é a utilização do processo de cementação, no qual átomos de carbono são introduzidos na região superficial do aço por meio do fenômeno de difusão. A cementação pode ser entendida justamente como uma aplicação da difusão utilizada para o endurecimento superficial de peças que rodam ou deslizam, como rodas dentadas e engrenagens.
Durante o desenvolvimento do processo, a engrenagem é mantida em uma atmosfera rica em carbono a uma temperatura de 950 °C.
Para fins de análise, considere os seguintes dados do processo:
- Temperatura do tratamento: T = 950°C
- Densidade do aço: 7.800 kg/m³
- Concentração de carbono na superfície: Cs = 1,00% em massa
- Concentração de carbono a uma profundidade de 1,5 mm: Ci = 0,20% em massa- Profundidade considerada: x = 1,5 mm
- Para a difusão do carbono na austenita (γ-Fe), considere: 
D = 2,3 x 10 0
			-5 m²/s Q = 148 kJ/mol d
- Constante universal dos gases: R = 8,31 J/(mol.K)
- Área superficial da região tratada da engrenagem: 0,025 m²
- Tempo de tratamento: 4 horas
Para o desenvolvimento dos cálculos, considere o gradiente de concentração linear e em regime estacionário na região analisada.
A dependência do coeficiente de difusão com a temperatura pode ser determinada por: D = D e 0 (-Qd/RT)
e o fluxo difusivo pode ser determinado pela Primeira Lei de Fick: J = -D dC/dx
Diante das informações apresentadas, responda:
a) Sabendo que as concentrações de carbono foram fornecidas em percentual de massa e que a densidade do aço é de 7.800 kg/m³, determine a concentração de carbono, em kg/m³, existente na superfície da engrenagem e a 1,5 mm de profundidade.
b) Determine o coeficiente de difusão do carbono no aço, em m²/s, para a temperatura de tratamento de 950 °C. Lembre-se de que a temperatura utilizada na equação deve estar em Kelvin e que a energia de ativação deve ser utilizada em J/mol.
c) Determine o gradiente de concentração de carbono entre a superfície e a região localizada a 1,5 mm de profundidade e, em seguida, utilizando a Primeira Lei de Fick, calcule o fluxo de carbono para o interior da engrenagem. Apresente o resultado do fluxo em kg/(m².s).
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	d) Considerando que o fluxo calculado no item anterior permaneça constante durante as 4 horas de tratamento, determine a massa aproximada de carbono que atravessa uma área superficial de 0,025 m²durante o processo de cementação. Apresente o resultado em quilogramas.
e) Explique por que a cementação é interessante para a fabricação de uma engrenagem. Em sua resposta, relacione o aumento da concentração de carbono na região superficial com a dureza e resistência ao desgaste, explicando também por que pode ser vantajoso manter o interior da peça com propriedades diferentes das apresentadas pela superfície.
ALTERNATIVAS
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