1 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Usando Thermo-calc – Balanços Térmicos Simples (Parte 4) Andre Luiz V da Costa e Silva Roberto R Avillez Flavio Beneduce Ake Jansson Julho 2014

2 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva 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 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Trabalho (energia é a capacidade de realizar trabalho) Materiais sujeitos a pressão externa realizam trabalho quando variam de volume. 4140, SEM transformação martensítica!

4 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Consequências importantes da primeira Lei Se todo o trabalho for “P dV ” Para V constante (unusual in steelmaking): Para P constante (steelmaking furnaces are either open or have constant P and not V): Definir ENTALPIA como: Q

5 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Como varia a temperatura quando se esquenta água? Energia (gás queimado, ou tempo) 100 o C Temperatura Aplicações?

6 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Como varia a temperatura quando se gela cerveja no isopor? tempo 0oC0oC Temperatura

7 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Temperatura vs Energia para a Água Energia Temperatura Gelo Água ENTALPIA Temperatura Gelo Água

8 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O mesmo experimento com Fe em um calorímetro!

9 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O “ZERO” das funções de Energia h hmhm

10 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Assim, para o Ferro, por exemplo: Estado de “referência” SER para os elementos puros Dinsdale, A. T “SGTE data for Pure Elements.” CALPHAD 15 (4):

11 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Para as demais fases,

12 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Olhando a entalpia de todas as fases do Fe SER

13 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva E o “zero” para as substancias? (ex: ‘FeO”)

14 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Aplicação da Primeira Lei – Balanço de Energia em aciaria Perdas devem ser incorporadas em “Q”.

15 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Entalpia de Mistura O processo de mistura pode ser exotérmico Alcool Água

16 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Adição de Fe-Ligas Aço 1600 C T=1600T=? FeSi(s)=Fe(bcc)+Si(dia) a K Fe(bcc)  Fe(l)298.15K até 1600 o C (T?) Si(dia)  Si(l)298.15K até 1600 o C Fe(l)  Fe(em solução 1%at.Si) a 1600 o C (T?) Si(l)  Si(em solução 1%at.Si) a 1600 o C

17 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Mistura de Ferro-Ligas- Efeito térmico de Fe-Si Entalpia da corrida de aço a 1600 C sem silício 1000kg Fe T=1600, P=1e5Pa Adicionar Fe-Si 75% para ter 0,3% de Si em 1000kg de aço. Entalpia da quantidade de Fe-Si a 25C a adicionar 4kg Fe-Si %Si=75% T=25C P=1e5Pa + = 1,3488E9J -1139,05E3J 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=? T=1609 C

18 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Calculando a entalpia de 1t de aço (sem Si) a 1600C

19 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Vendo a Entalpia

20 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O resultado “padrão” (saída do TCC e do TCW) SER, preste atenção!! 1,349 E9 J

21 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Calculando a entalpia de 4kg de FeSi 75% a 25C

22 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Entalpia do Fe-Si é -1,139E6J

23 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Balanço de Massa e soma das Entalpias Fe: 1000kg+ 1kg Si: 3kg Entalpia Inicial: 1,349 E9 J -1,139E6J= E 9 Novo equilíbrio, agora, com tudo na panela, com ENTALPIA INICIAL=ENTALPIA FINAL

24 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Equilibrium Calculator, Advanced Mode

25 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Saída do Table Renderer 1609,7C

26 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo de aluminotermia no RH, só se tivermos tempo!

27 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva 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 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Entalpia ANTES de soprar Oxigênio

29 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Aço, Al2O3 e E9 J de entalpia

30 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva 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 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O projeto agora tem um gráfio Qtde O vs Fases

32 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Fases formadas e depois, temperatura

33 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva A Temperatura (e a limpeza…)

34 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva A Temperatura (e a limpeza interna…) Al 2 O 3 O “dispara”

35 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Fim da parte 4 Agradecimentos e apoios Projeto: “Síntese, Processamento, Modelagem e Caracterização de Óxidos Funcionais” – Faperj Processo E-26/ /2010