Usando Thermo- calc – Balanços Térmicos Simples (Parte 4)

1. Usando Thermo-calc – BalançosTérmicos Simples (Parte 4) Andre Luiz V da Costa e Silva Roberto R Avillez Flavio Beneduce AkeJansson Julho 2014

2. Primeira Lei da Termodinâmica CONSERVAÇÃO DA ENERGIA Quais são as manifestações da energia: calor, energia mecânica, energia química, elétrica…. A energia interna (U) é uma FUNÇÃO DE ESTADO

3. Trabalho (energia é a capacidade de realizar trabalho) 4140, SEM transformação martensítica! Materiais sujeitos a pressão externa realizam trabalho quando variam de volume.

4. Consequênciasimportantes da primeira Lei Para P constante (steelmaking furnaces are either open or have constant P and not V): Q Definir ENTALPIA como: Se todo o trabalho for “P dV ” Para V constante (unusual in steelmaking):

5. Como varia a temperatura quando se esquenta água? 100oC Aplicações? Temperatura Energia (gás queimado, ou tempo)

6. Como varia a temperaturaquando se gelacerveja no isopor? 0oC Temperatura tempo

7. Temperatura vs Energia para a Água Temperatura Temperatura Água Água Gelo Gelo Energia ENTALPIA

8. O mesmo experimento com Fe em um calorímetro!

9. O “ZERO” das funções de Energia hm h

10. Estado de “referência” SER para oselementospuros Assim, para o Ferro, por exemplo: Dinsdale, A. T. 1991. “SGTE data for Pure Elements.” CALPHAD 15 (4): 317-425.

11. Para as demaisfases,

12. Olhando a entalpia de todas as fases do Fe SER

13. E o “zero” para as substancias? (ex: ‘FeO”)

14. Aplicação da Primeira Lei – Balanço de Energiaemaciaria Perdas devem ser incorporadas em “Q”.

15. Entalpia de Mistura Alcool Água O processo de mistura pode ser exotérmico

16. FeSi(s)=Fe(bcc)+Si(dia) a 298.15K • Fe(bcc)Fe(l) 298.15K até 1600 oC (T?) • Si(dia)Si(l) 298.15K até 1600 oC • Fe(l)Fe(em solução 1%at.Si) a 1600 oC (T?) • Si(l)Si(em solução 1%at.Si) a 1600 oC Adição de Fe-Ligas Aço 1600 C T=1600 T=?

17. Mistura de Ferro-Ligas- Efeito térmico de Fe-Si 1,3488E9J = + Entalpia da quantidade de Fe-Si a 25C a adicionar 4kg Fe-Si %Si=75% T=25C P=1e5Pa -1139,05E3J T=1609 C Adicionar Fe-Si 75% para ter 0,3% de Si em1000kg de aço. Entalpia da corrida de aço a 1600 C semsilício 1000kg Fe T=1600, P=1e5Pa Entalpia da corrida de aço a 1600 C com Silicio Peso total 1004kg %Si= 0,3% H=1,3488E9-1139,05E3J= 1,34766E9 P=1e5Pa T=?

18. Calculando a entalpia de 1t de aço (sem Si) a 1600C

19. Vendo a Entalpia

20. O resultado “padrão” (saída do TCC e do TCW) 1,349 E9 J SER, preste atenção!!

21. Calculando a entalpia de 4kg de FeSi 75% a 25C

22. Entalpia do Fe-Si é -1,139E6J

23. Balanço de Massa e soma das Entalpias • Fe: 1000kg+ 1kg • Si: 3kg • Entalpia Inicial: 1,349 E9 J -1,139E6J= 1.348 E 9 • Novo equilíbrio, agora, com tudo na panela, com ENTALPIA INICIAL=ENTALPIA FINAL

24. Equilibrium Calculator, Advanced Mode

25. Saída do Table Renderer 1609,7C

26. Exemplo de aluminotermia no RH, só se tivermos tempo!

27. Exemplo: Aquecendo com Al no RH • Definir o Material: Fe-Al-O • Escolher um banco de dados: SLAG3 • Eliminar fases indesejadas (gas) • Calculo da entalpia do Aço antes de adicional oxigênio • 1000kg aço 0,8kg Al , 0,02kg O (20ppm) T=1600C, P=1e5Pa ou P=1atm • Obter H do sistema (não é H em J/mol!!) • Estabelecer a condição H constante e não T constante • Variar a quantidade de O no sistem B(O) entre 0 e 1,5kg/t O soprado • Avaliar • Temperatura • Oxigênio do aço • Fases formadas no processo Exemplo proposto pelo Eng Barão, CST

28. Entalpia ANTES de soprar Oxigênio

29. Aço, Al2O3 e 1.3493E9 J de entalpia

30. Entalpia do sistema é condição, variar a Quantidade de O no sistema Criar um gráfico para ver o efeito da variação de Amount of O

31. O projeto agora tem um gráfio Qtde O vs Fases

32. Fases formadas e depois, temperatura

33. A Temperatura (e a limpeza…)

34. A Temperatura (e a limpezainterna…) O “dispara” Al2O3

35. Fim da parte 4 Agradecimentos e apoios Projeto: “Síntese, Processamento, Modelagem e Caracterização de Óxidos Funcionais” – Faperj Processo E-26/110.558/2010