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FACULDADES OPET ENGENHARIA DE PRODUÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS ATIVIDADE DE AVALIAÇÃO Curitiba 2017 REGIANE GALDINO DOS SANTOS CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROCESSOS TERMICAMENTE ATIVADOS ATIVIDADE DE AVALIAÇÃO Trabalho de resolução de exercícios referente a atividade de avaliação solicitada na aula 5, apresentado ao curso de Engenharia de Produção como requisito parcial para obtenção de nota para aprovação da disciplina de Ciência e Tecnologia dos Materiais da Faculdades Opet – Campus Avenida Getúlio Vargas. Professor (a). Orientador (a): Rafael Pires Machado. Curitiba 2017 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ................................................................................................... 4 FORMULÁRIO: .................................................................................................. 5 ATIVIDADE DE AVALIAÇÃO 5 .......................................................................... 6 QUESTÃO 1: ...................................................................................................... 6 QUESTÃO 2: ...................................................................................................... 6 QUESTÃO 3: ...................................................................................................... 7 REFERENCIAS .................................................................................................. 9 4 INTRODUÇÃO O trabalho aqui apresentado contém a resolução dos exercícios referente a atividade de avaliação da aula número 5, Introdução a disciplina, materiais para engenharia, ministrada pelo professor Rafael Pires Machado no decorrer do terceiro semestre do curso de Engenharia de Produção. A seguir com o intuito de esclarecer e entender melhor as aplicações do tema abordado seguem resolução do exercício conforme solicitação do docente. 5 FORMULÁRIO: 𝑡𝑎𝑥𝑎 = 𝐶𝑒 −𝑄 𝑅𝑇 𝑡𝑎𝑥𝑎 = 𝐶𝑒 −𝑞 𝑘𝑇 ln( 𝑡𝑎𝑥𝑎) = ln 𝐶 − 𝑄 𝑅 . 1 𝑇 C é constante pré-exponencial (independente da temperatura) Q é a energia de ativação, q é a energia de ativação por escala atômica 𝑄 𝑁𝑎 R é a constante universal dos gases (8,314 J/mol K) k é a constante de Boltzmann (R/Na) (1,38 x 10-23 J/K) T é a temperatura absoluta. 6 ATIVIDADE DE AVALIAÇÃO 5 QUESTÃO 1: 5.1. Em fornos de fabricação de aço, tijolos de cerâmica resistentes as temperaturas (refratários) são usados como envoltórios para conter o metal fundido. Um subproduto comum do processo de fabricação de aço é um aluminossilicato de cálcio (escória) quimicamente corrosivo aos refratários. Para refratários de alumínio, a taxa de corrosão é de 2,0 x 10-8 m/s a 1.425 ºC e de 8,95 x 10-8 m/s a 1.500 ºC. Calcule a energia de ativação para corrosão destes refratários de alumínio. 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑙𝑛 (𝑡𝑎𝑥𝑎) 𝑇 (º𝐶) 𝑇 (𝐾) 1 𝑇 (𝐾−1) 2, 0 𝑥 10−8 −17,7275 1425 1698,15 5,8888 𝑥 10−4 8,95 𝑥 10−8 −16,2290 1500 1773,15 5,6396 𝑥 10−4 ∆𝑦 = 1,4985 ∆𝑥 = −2,491 𝑥 10−5 𝑎 = − 𝑄 𝑅 ∴ Δ𝑦 Δ𝑥 Δ𝑦 Δ𝑥 = − ( 1,4985 −2,491 𝑥 10−5 ) = 60.156,56 60.156,56 = 𝑄 𝑅 ∴ 60.156,56 = 𝑄 8,314 𝑄 = 500,141 𝐽 𝑚𝑜𝑙 ∴ 𝑄 ≅ 500 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 QUESTÃO 2: 5.3. Os processos de produção das cerâmicas de argila tradicionais normalmente envolvem a retirada da água da hidratação nos minerais de argila. A constante da taxa para a desidratação da caolinita, um mineral de argila comum é 1,0 x 10-4 s-1 a 485º C e de 1,0 x 10-3 s-1 a 525º C. Calcule a energia de ativação para a desidratação da caolinita. 7 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑙𝑛 (𝑡𝑎𝑥𝑎) 𝑇 (º𝐶) 𝑇 (𝐾) 1 𝑇 (𝐾−1) 1, 0 𝑥 10−4 −9,2103 485 758,15 1,3190 𝑥 10−3 1,0 𝑥 10−3 −6,9077 525 798,15 1,2529 𝑥 10−3 ∆𝑦 = 2,3026 ∆𝑥 = −6,61 𝑥 10−5 𝑎 = − 𝑄 𝑅 ∴ Δ𝑦 Δ𝑥 Δ𝑦 Δ𝑥 = − ( 2,3026 −6,61 𝑥 10−5 ) = 34.835,09 34.835,09 = 𝑄 𝑅 ∴ 34.835,09 = 𝑄 8,314 𝑄 = 289,619 𝐽 𝑚𝑜𝑙 ∴ 𝑄 ≅ 290 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 QUESTÃO 3: 5.4. Para o processo termicamente ativado descrito no problema 5.3., calcule a constante de taxa a 600ºC, supondo que esse seja o limite de temperatura especificado para o processo de desidratação. ln( 𝑡𝑎𝑥𝑎) = ln 𝐶 − 𝑄 𝑅 . 1 𝑇 −9,2103 = ln 𝐶 − 34.835,09 . 1 𝑇 −9,2103 = ln 𝐶 − 34.835,09 . 1 1,3190 𝑥 10−3 −9,2103 + 45.9475 = ln 𝐶 ln 𝐶 = 36,7372 8 Taxa a 600ºC = 873,15 K: ln( 𝑡𝑎𝑥𝑎) = ln 𝐶 − 𝑄 𝑅 . 1 𝑇 ln( 𝑡𝑎𝑥𝑎) = 36,7372 − 34.835,09. 1 𝑇 ln( 𝑡𝑎𝑥𝑎) = 36,7372 − 34.835,09. 1 873,15 ln( 𝑡𝑎𝑥𝑎) = −3,1587 𝑡𝑎𝑥𝑎 = 0,0424 𝑘𝑔 𝑚4 𝑠 9 REFERENCIAS Material contendo questões para resolução disponibilizado pelo professor Rafael Pires Machado, através do portal do aluno. Literatura utilizada para consulta: SHACKELFORD, James F. Ciências dos Materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson Education Brasil, 2008. 560 p.
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