Page 50 - Revista Fundição & Matérias-Primas

CADERNO TÉCNICO 2DERNO TÉCNICO 2
CA

A Figura 2 descreve os tipos de fluxos de líquidos em função do Número de
Reynolds.

Fig. 3 – Balanço entre a força inercial e a tensão superficial do metal líquido na formação de um respingo (a). Valores de We > 1 são considerados turbulentos (b).

V = velocidade do fluxo óxidos formados pelo contato do A figura 3 mostra o equilíbrio entre

D = diâmetro hidráulico (4 x área metal com o ar. as forças inerciais (velocidade) e a
Figura 2 – Tipo de fluxo dos líquidos em função do Número de Reynolds – fluxo laminar
H
com Re<2.000, fluxo turbulento com Re entre 2.000 e 20.000 e fluxo extremamente
do canal/perímetro do canal) Nas últimas décadas, o conceito de tensão superficial do metal líquido
turbulento com Re>20.000.
(adaptado de Campbell 2011).
ν = viscosidade cinemática do lí- turbulência para fluxos de metal lí-

quido passou a ser definido pelo Quando as forças inerciais ul-
quido Os fluxos extremamente turbulentos (Re>20.000) devem ser evitados devido à
Número de Weber , que conside-
trapassam a tensão superficial, o
[3]
possibilidade de incorporação no fluxo de metal líquido dos óxidos formados devido
ra turbulentos os fluxos em que as número de Weber fica maior do
ao contato do metal líquido com o ar.
A figura 2 descreve os tipos de flu- forças inerciais são capazes de rom- que 1, tornando o fluxo turbu-
Nas últimas décadas, o conceito de turbulência para fluxos de metal líquido
xos de líquidos em função do Nú- per a tensão superficial do metal, lento (com perturbações instá-
passou a ser definido pelo Número de Weber (Campbell 2011), que considera
mero de Reynolds. formando gotas separadas do fluxo veis e incorporando inclusões de
turbulentos os fluxos em que as forças inerciais são capazes de romper a tensão
superficial do metal, formando gotas separadas do fluxo principal, como descrito
principal, como descrito abaixo:
óxidos – figura 3b). Isso ocorre
Os fluxos extremamente turbu-
abaixo:
lentos (Re>20.000) devem ser evi- para velocidades acima da velo-
tados, devido à possibilidade de cidade crítica, com a formação
incorporação no metal líquido de de turbulência superficial, como
descreve a equação a seguir, de-
Quando as forças inerciais ultrapassarem a tensão superficial, o número de
corrente da definição de turbu-
Onde: Weber será maior do que 1 e o fluxo será turbulento (criando perturbações instáveis
Em que: e incorporando inclusões de óxidos – Figura 3b). Isto ocorre para velocidades acima
• V = velocidade crítica do fluxo (m/s) lência de Weber.
da velocidade crítica, com a formação de turbulência superficial, como descreve a
V = velocidade crítica
•  = densidade (g/cm3) equação abaixo, decorrente da definição de turbulência de Weber:
•  = Tensão superficial (N/cm)
do fluxo (m/s)
• r = raio de curvatura da superfície (metade da espessura do
3
r = densidade (g/cm )
respingo de metal sobre o molde) (cm)

A Figura 3 mostra o equilíbrio entre as forças inerciais (velocidade) e a tensão
γ = tensão superficial
Onde:
superficial do metal líquido (adaptado de Campbell 2011).
Em que:
(N/cm) • Vcrit = velocidade crítica do fluxo (m/s)
•  = densidade (g/cm3)
r = raio de curvatura V = velocidade crítica do fluxo (m/s)
•  = Tensão superficial (N/cm)
crit
da superfície (meta- • r = raio de curvatura da superfície (metade da espessura do
r = densidade (g/cm )
3
respingo de metal sobre o molde) (cm)
de da espessura do

Fig. 4 – Representação esquemática do fluxo de entrada de metal em γ = tensão superficial (N/cm)
A velocidade crítica para a grande maioria das ligas fundidas é considerada
uma cavidade com velocidade abaixo da crítica (sem turbulência – centro) respingo de metal
como sendo 0,5 m/s (Campbell 2011). A Figura 4 ilustra esquematicamente o
e acima da velocidade limite de 0,5 m/s (turbulento – direita) . sobre o molde, cm) r = raio de curvatura da superfície (cm)
[3]
preenchimento de uma cavidade por baixo nas condições não turbulenta (V<Vcrítica)
e turbulenta (V>Vcrítica), segundo este conceito:
50 FMP, NOVEMBRO 2020

Figura 3 – Balanço entre a força inercial e a tensão superficial do metal líquido na
formação de um respingo (a). Valores de We > 1 são considerados turbulentos (b).
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Figura 4 – Representação esquemática do fluxo de entrada de metal em uma cavidade
com velocidade abaixo da crítica (sem turbulência – centro) e com velocidade acima da
velocidade limite de 0,5 m/s (turbulento – direita) (Campbell 2011).

É importante destacar que a velocidade crítica de 0,5 m/s é alcançada com
uma queda livre de apenas 1,25 cm. Isto significa que a totalidade das peças
fundidas por gravidade, com quedas de 20 cm a vários metros, certamente impõe ao
metal líquido velocidades muito acima deste valor limite, ou seja, no regime de
preenchimento turbulento.
Considerando-se esta limitação, há aqui duas opções bastante claras para
projetos de vazamento de peças fundidas:
1. Utilizar sistemas de vazamento que não dependam da gravidade (sistemas de
vazamento por baixa pressão ou basculantes);
2. Utilizar sistemas de canais por gravidade projetados para minimizar o
contato do metal líquido com o ar durante os períodos em que o metal estiver
com velocidade acima da velocidade limite de 0,5 m/s;

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