Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-12T18:50:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-05-04T14:14:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T14:14:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) Previous issue date: 2000-02-28 / Neste trabalho apresentaremos resultados de existência e regularidade das soluções de alguns modelos matemáticos relativamente simples (primeiras aproximações) de condução-convecção do tipo campo de fases que tratam problemas de solidificação de materiais puros ou impuros (ligas). A característica fundamental dos modelos tratados neste trabalho é que o indicador das fases, a fração sólida, dependerá apenas do campo de fases. Para o caso de ligas binárias obtivemos a existência de soluções apenas quando a concentração inicial do soluto é suficientemente pequena (isto é, para materiais dopantes). Estes modelos são governados pela equação do campo de fases, pela equação do calor e/ou a equação da concentração, acopladas com as equações de Navier-Stokes modificadas por um termo fonte que simula a zona mushy (interface líquido/sóli.so) como um meio poroso. Para tratarmos tal sistema, procedemos da seguinte forma: primeiramente o sistema é adequadamente regularizado e uma sequência de soluções aproximadas é obtida aplicando-se o Teorema de ponto fixo de Leray-Schauder. Depois, por um processo de passagem ao limite nas equações regularizadas, obtemos uma solução usando argumentos de compacidade. A seguir, por argumentos de bootstraping, prova-se que a solução é de fato mais regular do que inicialmente considerada. / In this work we present results on existence and regularity of solutions of some conduction-convection models of phase-field type for solidification of either pure or impure (alloy) materiaIs. The essential characteristic of this models is that the solid fraction has a functional relation only with the phase field. For binary alloy solidification we are able to prove the existence of solutions only when the initial solute concentration is sufficiently small (that is, for dopant materiaIs.). The governing equations of the model are the phase field equation, the heat equation and/or solute equation coupled with a modified Navier-Stokes equations whose source term simulates the mushy region as a porous medium. Existence and regularity of the corresponding solutions are obtained as follows: firstly, the problem is adequately regularized and a sequence of regularized solutions is obtained using the Leray-Schauder's fixed point theorem. Then, by using compactness arguments, one proves that this sequence has a limit point which is a solution of the original problem. The corresponding regularity is obtained using bootstraping arguments.

Os processos de fundição que visam à obtenção de produtos fundidos com formatos e propriedades mais próximos dos necessários ao produto final demandam um conhecimento detalhado das relações entre processo e microestrutura e entre microestrutura e propriedades. Não há dúvida de que aspectos microestruturais como o tamanho, a morfologia e o nível de microssegregação da estrutura dendrítica são importantes em definir as suas propriedades. Por outro lado, as variáveis de processo que afetam a transferência de calor no sistema estão entre as mais importantes em definir as características de microestrutura bruta de fundição. O presente trabalho tem como objetivo principal estudar os efeitos de algumas variáveis do processo de fundição na microssegregação de ligas fundidas em moldes metálicos. Para este fim, escolheu-se a liga Cu-8%Sn, que foi obtida na forma de amostras solidificadas unidirecionalmente. Os efeitos de diferentes sistemas de extração de calor, diferentes temperaturas de vazamento e da adição de inoculante foram investigados. Dois tipos de sistema de extração de calor foram empregados, um utilizando uma base de cobre refrigerada a água, outro uma base maciça de cobre revestida superficialmente com uma tinta isolante térmica. As temperaturas de vazamento escolhidas foram \'1110 GRAUS\'C e \'1270 GRAUS\'C e o inoculante adicionado foi a liga Cu-50%Zr. Modelos matemáticos para a transferência de calor e massa no sistema foram desenvolvidos para auxiliarem noentendimento dos fenômenos importantes envolvidos na solidificação das amostras. As temperaturas em diversos pontos do metal foram medidas durante a sua solidificação através de um sistema digital de coleta de dados. Os resultados foram utilizados para o cálculo de diversos parâmetros, como o coeficiente de transferência de calor entre o metal e a base de cobre. O nível de microssegregação das amostras foi calculado a partir de microanálises conduzidas ) através de uma microssonda acoplada a um microscópio eletrônico de varredura. Imagens de microscopia ótica e de varredura auxiliaram nas medidas de espaçamento entre braços de dendrita e na interpretação da morfologia dendrítica. A partir dos resultados, observou-se que é possível modelar matematicamente a transferência de calor no sistema sem a consideração detalhada de efeitos macro e microestruturais. Notou-se, também, que há um decréscimo no nível de microssegregação próximo à superfície das amostras, efeito este que só pode ser modelado matematicamente quando as curvas experimentais de temperatura durante a solidificação forem conhecidas. Verificou-se que a estrutura colunar apresentou um menor nível de microssegregação do que a estrutura equiaxial, o que parece estar relacionado com a maior facilidade de homogeneização da estrutura colunar durante a solidificação / Casting processes which aim at products of near-net-shape and near-net-properties need a detailed konwledge of the relationship between processing variables and microstructure, and between microstructure and properties. It is well known that microstructural features, such as dendrite size, morphology and microsegregation severity have a tremendous effect on casting product properties. In addition to it, the processing variables on which heat transfer in the system depends arise as the most important ones ti define the characteristics of as-cast microstructures. The main objective of this work is to study the effects of some processing variables on the microsegregation of permanent mould cast alloys. Directionally solidified samples of a Cu-8%Sn alloy were chosen to be studied, and the effects of inoculation, different heat extraction devices and different pouring temperatures were investigated. The pouring temperatures were 1110 ºC and 1270 ºC, and a CU-50%Zr alloy was added for inoculation. Mathematical models of heat and mass transfer for the system were developed to help understand the important phenomena underlying the solidification of the samples. During solidification, temperatures were measured at some points within the samples by means of thermocouples connected to a data acquisition system. The measured temperatures were used to calculate some parameters, such as the heat transfer coefficient between the alloy and a copper chill. Severity of microsegregation was assessed through microanalysis carried out with the microprobe of a scanning electron microscope. Dendrite arm spacing measurements and the examination of dendrite morphology were on optical and scanning electron microscope images. Results have shown that proper mathematical models of heat transfer does not need to account for detailed effects of macro and microstructural features. Severity of microsegregation was noticed to decrease along samples, towards their surfaces. This trend cannot be modelled unless temperature measurements during solidification are provided. Columnar dendrites have shown less microsegregation than equiaxed ones, which seems likely to be effects of a higher homogenization degree of the columnar structures .

Um modelo matemático multifásico para a solidificação equiaxial de ligas binárias capaz de prever o efeito de taxa de resfriamento e da concentração de soluto no tamanho médio final de grãos foi proposto no presente trabalho. O modelo matemático foi desenvolvido através do conceito de envelope envolvendo os grãos, utilizando as equações de conservação de energia, massa e espécies químicas. O modelo de nucleação utilizado possibilita que novos núcleos possam surgir durante todo o período de resfriamento. As equações diferenciais foram obtidas através de uma média volumétrica das equações de conservação em um volume elementar representativo contendo três \"pseudofases\": sólido, líquido interdendrítico e líquido extradendrítico. O efeito de algumas variáveis de processamento sobre o tamanho médio final de grão foi analisado. Os resultados do modelo proposto foram comparados com resultados de alguns modelos disponíveis na literatura. / A multiphase mathematical model for the equiaxed solidification of binary alloys was proposed in the present work to predict the effects of the cooling rate and the average solute concentration on the final average grain size. The mathematical model was based on the concept of the grain envelope and on the conservation of energy, mass and chemical species. A nucleation model was adopted to consider the nucleation of new grains during the whole solidification time. The differential equations were derived from the volume average of conservation equations within a representative elementary volume that consisted of three pseudophases: solid, interdendritic liquid, and extradendritic liquid. The effect of some processing variables on the final average grain size was studied. The results from the proposed model were compared with those available in the literature from other models.

Os compostos semicondutores ternários, dentre eles o Ga1-xInxSb, têm sido objeto de interesse de pesquisadores e da indústria microeletrônica devido à possibilidade de ajuste da constante de rede, assim como a correspondente modificação da banda proibida de energia e do intervalo de emissão e absorção óptica, com a variação da fração molar de x. A flexibilidade destas propriedades estruturais torna este composto apropriado como substratos para epitaxias de outros compostos ternários e quaternários, na formação de mono e heterojunções. A maneira mais econômica para obtenção de substratos de materiais semicondutores é através do crescimento de cristais a partir da fase líquida. Porém, os parâmetros que regem a obtenção de lingotes de Ga1-xInxSb com qualidade comercial, a partir da fase líquida, ainda não estão bem definidos. O índio tende a segregar para o líquido, pois seu coeficiente de segregação é menor que a unidade (k < 1), resultando num perfil composicional variado ao longo do lingote. Como os binários GaSb e InSb apresentam configurações de defeitos intrínsecos que originam condutividades de tipos opostos, tipo p e tipo n, respectivamente, a mudança na composição da liga, durante o crescimento, provavelmente resulta na modificação da concentração de cada um destes defeitos. A dopagem com telúrio consiste numa alternativa para minimizar a segregação do índio e diminuir a densidade dos defeitos pontuais, melhorando a qualidade estrutural de cristais de Ga1-xInxSb obtidos através do método Bridgman convencional. Desta forma foram crescidos cristais ternários Ga1-xInxSb, com e sem agitação do líquido durante a síntese, com fração molar inicial de índio de 10% e 20%, alguns deles dopados com 1020 átomos/cm3 de telúrio, pelo método Bridgman vertical. A caracterização estrutural em termos de formação de defeitos lineares, interfaciais e volumétricos foi realizada através de imagens obtidas por microscopia óptica, eletrônica de varredura e de transmissão. A homogeneidade composicional e distribuição de fases foi avaliada através de medidas de espectroscopia por dispersão de energia. Medidas de resistividade e efeito Hall foram utilizadas para a caracterização elétrica, enquanto que a transmitância óptica e a banda proibida de energia foram avaliadas por espectrometria FTIR. Os padrões de difração obtidos através da microscopia eletrônica de transmissão foram utilizados para avaliar a cristalinidade das amostras e determinar o parâmetro de rede. Os resultados obtidos indicam que o telúrio atua de forma compensatória, minimizando a segregação de índio e contribuindo para a homogeneidade composicional e redução de defeitos, principalmente de discordâncias. Além disso, altera a condutividade do Ga1-xInxSb para tipo n, mesmo em frações molares de In inferiores a x = 0,5, diminuindo o número de cargas positivas na rede atribuídas aos defeitos tipo GaSb e VGaGaSb e, desta forma, aumenta a concentração de portadores de carga e reduz a resistividade. Na condição de alta dopagem, reduz a transmitância óptica no infravermelho e aumenta a banda proibida de energia através do efeito Burstein-Moss. A avaliação de cristais de Ga1-xInxSb, dopados e não dopados, crescidos pelo método Bridgman convencional contribuiu para o entendimento do comportamento de dopantes em compostos semicondutores ternários. / Ternary compound semiconductors, including Ga1-xInxSb, have been subject of interest of researchers and microelectronics industry because of the possibility of adjusting the lattice constant, as well as the corresponding modification in the band gap energy, and in the optical absorption and emission range, by varying the mole fraction x. The flexibility of their structural properties makes this compound suitable as substrates for epitaxy of other ternary and quaternary compounds, in the formation of mono- and heterojunctions. The most economical way to obtain semiconductor substrates is by crystal growth from the liquid phase. However, the parameters governing the outcoming of Ga1-xInxSb ingots with commercial quality, from liquid phase, are not well defined. Indium tends to segregate to the liquid, since its segregation coefficient is less than the unity (k < 1), resulting in a varied compositional profile along the ingot. As the binary GaSb and InSb have intrinsic defects configurations that originate opposite conductivities, type p and type n, respectively, the change in the alloy composition, while growing, probably results in a modification of the concentration on each of these defects. Doping with tellurium is an alternative to minimize the indium segregation and decrease the density of point defects, therefore improving the structural quality of Ga1-xInxSb crystals obtained through the conventional Bridgman method. Thus, ternary Ga1-xInxSb crystals were grown by vertical Bridgman method with and without stirring the melt during the synthesis, with 10% and 20% initial molar fraction of indium and some of them were tellurium-doped at 1020 atoms/cm3. The structural characterization regarding linear, interfacial, and volumetric defects formation was performed by using images obtained through optical, scanning and transmission electron microscopy. The compositional homogeneity and phase distribution was assessed by energy-dispersive spectroscopy measurements. Resistivity and Hall Effect measurements were used for the electrical characterization, while the optical transmittance and the band gap energy were examined by FTIR spectroscopy. Diffraction patterns obtained by transmission electron microscopy were used to evaluate the crystallinity of the samples and determine the lattice parameter. The results indicate that tellurium acts in a compensatory way, minimizing indium segregation and contributing to the compositional homogeneity and defect reduction, especially in dislocations. In addition, it changes the conductivity of Ga1-xInxSb to n-type, even in mole fraction of In lower than x = 0.5, reducing the number of positive charges on the network assigned to GaSb and VGaGaSb defects, thus increasing the concentration of charge carriers and reducing the resistivity. In high doping condition, it reduces the optical transmittance in the infrared region and increases the energy of the band gap by the Burstein-Moss Effect. The evaluation of Ga1-xInxSb crystals, doped and undoped, grown by the conventional Bridgman method contributed to the understanding of dopants behavior in ternary compound semiconductors.

As propriedades mecânicas, de corrosão e a condutividade térmica e elétrica, aliadas à relativa facilidade de fundir atribuem grande relevância ao cobre e suas ligas. Algumas destas propriedades podem ser significativamente melhoradas com a diminuição do tamanho de grão da estrutura bruta de solidificação a partir do tratamento de inoculação do banho líquido. Este tratamento aumenta o número de núcleos sólidos, diminuindo assim o tamanho médio de grão. Neste trabalho, foi realizado um estudo do refino de grão da estrutura bruta de solidificação a partir da inoculação com adições de C, P e Zr a ligas do sistema Cu-Zn com teores de até 30% de Zn. Três séries de experimentos principais foram realizadas. Na primeira, o teor de Zr na liga Cu- 30%Zn foi gradativamente aumentado até 0,4% para mostrar o efeito do Zr. Na segunda, o teor de Zr foi mantido constante em 0,08%, enquanto o teor de Zn foi elevado gradativamente até 30% para mostrar o efeito do Zn. Na terceira foram testadas adições isoladas e conjuntas de C, P e Zr para verificar o efeito de cada elemento no refinamento de grãos. As amostras foram caracterizadas e analisadas por diferentes técnicas: (a) observação da macroestrutura de grãos; (b) análise química; (c) análise térmica; (d) microscopia óptica; (e) microscopia eletrônica de varredura; (f) microanálise EDS; g) microanálise WDS e h) difração de raios X. Os resultados mostram que o tamanho médio de grão diminui significativamente nas ligas do sistema Cu-Zn (6% <= Zn <= 30%) quando Zr e P são adicionados simultaneamente. Isoladamente, estes elementos quando adicionados, não reduzem significativamente o tamanho de grão. Nota-se também que o tamanho de grão é cada vez menor à medida que o teor de Zn aumenta de 0 a 30% com a adição de 0,08%Zr, porém não se observa uma correlação entre tamanho de grão e teor de Zn quando Zr não é adicionado. Uma análise da microestrutura dos lingotes utilizando as técnicas mencionadas mostra que a diminuição do tamanho médio de grão a partir de adições de Zr e P coincide com o aparecimento de precipitados facetados ricos em Zr e P. Esta análise indica que um possível mecanismo de inoculação dos latões é a nucleação heterogênea da fase sólida Cu-µ, com estrutura cristalina cúbica de faces centradas, sobre partículas sólidas de ZrP, com estrutura hexagonal compacta, formadas no banho líquido após as adições de Zr e P. / Good mechanical and corrosion properties, large thermal and electrical conductivities, as well as relatively large castability are characteristics that contribute to the importance of copper and copper alloys. Some of these properties are enhanced when the average grain size of the as-cast structure decreases by inoculation of the melt. The inoculation treatment increases the number of solid nuclei, causing a reduction in the average grain size. In the present work, an investigation of the grain refinement by inoculation with Zr and P additions to Cu-Zn melts with contents of Zn up to 30%(mass) was carried out. Three series of experiments were conducted. In one the Zr content of the Cu-30%Zn alloy was gradually increased up to 0.4% to reveal the effects of Zr, while in the second series, the concentration of Zr was constant, equal to 0.08%, but the Zn content was gradually increased to 30% to show the effect of Zn. The third one was to test separate and conjunct addition of C, P and Zr in order to understand each elements effect on grain refinement. The resulting samples were characterized and analyzed by several techniques: (a) visual observation of the grain macrostructure; (b) chemical analysis; (c) thermal analysis; (d) optical microscopy; (e) scanning electron microscopy; (f) EDS microanalysis; (g) WDS microanalysis; and (h) X-Ray diffraction. The results show that the average grain size of the Cu-Zn alloys (6% <= Zn <= 30% mass) decreases significantly when Zr and P are both added to the melt. Nevertheless, average grain size is not reduced significantly when either Zr or P are added separately to the melt. When 0.08%Zr is added, the average grain size decreases as the concentration of Zn increases from 0 to 30%Zn, but without Zr additions, the Zn content and the average grain size are uncorrelated. The microstructural analysis with the techniques listed before show that the decrease in average grain size caused by Zr and P additions coincide with the observation of faceted precipitates rich in Zr and P. This analysis indicates that the inoculation mechanism is probably the heterogeneous nucleation of solid Cu-µ, of face-centered-cubic lattice structure, on solid particles of ZrP, with hexagonal compact structure, formed in the melt after Zr and P additions.

O processo de reaproveitamento dos Resíduos de Construção e Demolição (RCD) na cidade de Londrina, Estado do Paraná, foi pesquisado. O objeto da investigação foi analisar a política sobre a reciclagem dos resíduos da construção na cidade. Constatou-se que o município tem observado as legislações atuais e que tem organizado e disciplinado a atuação dos grandes e pequenos gerdores. Também foram analisados os procedimentos adotados por uma empresa ambientalmente licenciada, identificando seu processo de produção do material reciclado e caracterizando o produto a ser reutilizado. O material reciclado é o resultado da rebritagem do resíduo da construção, que se transforma em pedras e areia resultantes da trituração de concreto puro ou da trituração conjunta de concreto, argamassa, pisos, revestimentos e tijolos cerâmicos. Foi analisado esse processo para verificar a existência de procedimentos de identificação de contaminação na empresa para a utilização dos resíduos na reciclagem e, principalmente, verificar a existência de contaminação no produto. Nos agregados produzidos foram identificados alumínio e cádmio em excesso e, para que possam ser utilizados livres destes contaminantes, foi proposta a técnica de estabilização por solidificação. No entanto, os resultados não foram os esperados, uma vez que observou-se aumento dos teores destes contaminantes após o encapsulamento usando a técnica à base de cimento Portland. Concluiu-se que, provavelmente, como já foi observado em pesquisas anteriores, a causa principal desse aumento é a contaminação do cimento, único material adicionado aos resíduos para a fabricação dos corpos de prova. Uma proposta de protocolo para a reutilização de resíduos de construção e demolição com resíduos industriais incorporados foi também apresentada, bem como recomendações para a produção e utilização de agregados reciclados. Como a contaminação do cimento parece ser recorrente, sugere-se que estudos sobre as possíveis causas da contaminação e desvios das normas técnicas sejam mais profundamente pesquisados. / The recycling process of construction and demolition residues (RCD) in the city of Londrina, Parana State, was searched. The object of the research was to analyze the policy on recycling of construction residues in the city. It was found that the city has noted the current legislation and has organized and disciplined the performance of large and small generators. Were also analyzed the procedures adopted by an environmentally licensed company, identifying its production process of recycled material and featuring the product to be reused. The recycled material is the result of rebritagem the residue of the construction, which turns into gravels and sand resulting from pure concrete grinding or joint grinding of concrete, mortar, floors, tiles and bricks. This process was analyzed to check for contamination identification procedures in the company for the use of residue recycling and especially check for contamination in the product. In produced clusters identified excess aluminum and cadmium, that can be used free of such contaminants, it has been proposed for stabilization/solidification technique. However, the results were not expected given that there was increase in levels of these contaminants after encapsulation technique using Portland cement-based. It was concluded that, probably, as has been observed in previous research, the main cause of this increase is contamination of the cement, only material added to the residue for the manufacture of test specimens. A proposed protocol for the reuse of construction and demolition residue with embedded industrial residue was also presented, as well as recommendations for the production and use of recycled aggregates. As cement contamination seems to be recurring, it is suggested that studies on the possible causes of contamination and technical norms deviations are more thoroughly researched.

Um modelo matemático para a transferência de calor no processo de refusão por eletroescória (ESR - \"electroslag remelting\") foi implementado a partir da equação diferencial de condução de calor transiente em coordenadas cilíndricas. A resolução numérica da equação diferencial foi facilitada através de uma mudança de variável que possibilitou fixar-se o tamanho do domínio de cálculo durante o período de crescimento do lingote. Duas análises foram conduzidas. Na primeira, uma análise paramétrica foi feita e na segunda um caso industrial foi analisado. Na primeira analise, a equação diferencial foi escrita na forma adimensional, indicando os parâmetros adimensionais importantes para o processo. Realizou-se um estudo paramétrico do modelo examinando-se o efeito de algumas variáveis de processo na geometria da poça de fusão, no tempo local de solidificação (LST) e no comprimento do lingote necessário para o sistema atingir um regime quase-estacionário. As variáveis de processo escolhidas para o estudo foram: (1) a taxa de refusão; (2) o tipo de material refundido e (3) as condições de extração de calor pelo molde. Os resultados mostraram que não é possível definir, para todas as condições industriais, uma única razão entre o comprimento e o raio do lingote no momento em que a poça de fusão atinge estado quase-estacionário. Observou-se ainda que o número de Stefan, que define o tipo de material, tem efeito desprezível na profundidade da poça de fusão e no tempo local de solidificação quando atinge valores maiores do que 0,5. Na segunda análise (caso industrial), o modelo foi usado para simular a refusão industrial de um lingote da liga ASTM F138. O perfil da poça de fusão e o fluxo de calor na interface metal-lingoteira foram medidos e apresentaram uma excelente aderência aos resultados do modelo. Os resultados apresentados permitem ainda a determinação (sob o ponto de vista microestrutural) do valor ótimo da taxa de refusão e do momento em que o processo atinge o estado quase-estacionário para uma ampla faixa de materiais, diâmetros de lingote e condições de transferência de calor adotadas industrialmente. / A mathematical model for heat transfer in the electroslag remelting process (ESR) was implemented using the transient heat conduction equation in cylindrical coordinates. The solution of the equations was facilitated by using a change of the axial coordinate, also known as the Landau transformation, which fixed the calculation domain size during the ingot growth period. Two analyses were carried out. In the first, a parametric study of the model was done, while in the second, the solidification of an industrial ingot was modeled. In the first analysis, the differential equation in dimensionless form indicated the important processing parameters, namely, the melting rate, the type of solidifying material, and the heat extraction to the mold. The effects of these parameters were examined on the pool profile geometry, local solidification time (LST) and length of ingot to reach quasi-steady state. The results showed that it is not possible to define, for all industrial conditions, a unique ratio of ingot length to ingot radius when the metal pool reaches the quasi-steady state. It was also observed that the Stefan number (Ste), which defines the type of solidifying material, had a negligible effect on the pool depth and on the LST for Ste > 0.5. In the second analysis, the model was used to simulate the solidification in the ESR process of an ingot made of the ASTM 138 steel. The geometric profile of the metal pool and the heat flux at the metal-mold interface were measured, showing reasonable agreement with the model results. Finally, the results given in the present work allow the definition (from a microstructural standpoint) of the optimum melting rate and the time to reach quasi steady-state for a wide range of industrial materials, ingot diameters and heat transfer conditions.

A produção de fundidos com baixo nível de defeitos e com propriedades mecânicas adequadas é facilmente alcançada com a previsão do comportamento do metal durante a solidificação. A transferência de calor entre o metal-líquido e o molde, nos primeiros instantes de contato, compromete definitivamente as propriedades mecânicas e a qualidade do produto final. O comportamento da transferência de calor entre o metal e o molde foi explorado através da análise térmica experimental e confrontado com o Modelo de Schwarz Modificado (MSM). Para comprovar experimentalmente os fenômenos previstos no MSM tais como: superesfriamento aparente, posição das interfaces líquido-superaquecido/líquido- superesfriado e da sólido/líquido durante a solidificação foram realizados experimentos com alumínio puro, gálio puro e estanho. Para a análise térmica foram utilizados dois sistemas de solidificação vertical descendente (Griffiths et al., 1993; Jinho et al., 1996; Jamgotchian et al., 1987). O sistema A e o sistema B, sendo que o sistema B também permitia a solidificação vertical ascendente. Em ambos os casos, o fluxo de calor foi direcionado através de uma barra de alumínio (na temperatura ambiente) que foi inserida verticalmente no banho (técnica do “dedo frio”). A barra extrai calor do líquido em função da diferença de temperatura entre a massa líquida e a massa sólida e simula o choque térmico do metal líquido com as paredes de um molde. Os resultados experimentais e os obtidos pela simulação foram confrontados. Apresenta-se a relação experimental entre o superesfriamento e a taxa de solidificação. Discute-se o redimensionamento da Ti (temperatura de interface) na solução de Schwarz e a comprovação experimental da solução do MSM. / The production of casting with low level of defects and adjusted mechanical properties can be obtained with the previous knowledge of the metal solidification behavior. The transference of heat between the metal-liquid and the mold, in the first instants of the contact, compromises definitively the mechanical properties and the final product quality. The behavior of the transference of heat between the metal and the mold was carried out through the experimental thermal analysis and the results were compared with the Modified Schwarz Model (MSM). To experimentally prove, the cooled phenomena in the MSM such as: apparent supercooling, liquid superheated/liquid supercooled interfaces position and of the liquid/solid during the solidification experiments had been carried out with pure aluminum, pure gallium and tins. Two systems A and B, one of descending vertical solidification and another one of descending and ascending solidification, had been used for the thermal analysis. In both systems, the heat flow was directed through a bar of aluminum (in the ambient temperature) that was inserted vertically in the bath (“cold finger” technique). The bar extracts heat of the liquid, had the difference of temperature between the liquid mass and the solid mass, and simulates the thermal shock of the metal with the mold walls. The experimental results were compared with simulated data. In this work are presented experimental relation between the supercooling and the rate of solidification. The new dimension of the Ti (temperature of interface) in the Schwarz equation and the experimental evidence of MSM solution, are considered.

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Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-08T16:56:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_DeterminacaoCalorEspecifico.pdf: 1676095 bytes, checksum: ec0d6ff4052bfabee150a0dec5d6cf00 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-18T16:34:14Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_DeterminacaoCalorEspecifico.pdf: 1676095 bytes, checksum: ec0d6ff4052bfabee150a0dec5d6cf00 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-18T16:34:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_DeterminacaoCalorEspecifico.pdf: 1676095 bytes, checksum: ec0d6ff4052bfabee150a0dec5d6cf00 (MD5) Previous issue date: 2008 / O conhecimento das propriedades termofísicas é de fundamental importância para o estudo de ligas metálicas obtidas por solidificação,uma vez que esta se relaciona de forma direta com o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde. Assim, o Grupo de Pesquisa em Metalurgia e de Meio Ambiente – GAPEMM da Universidade Federal do Pará desenvolve uma linha de pesquisa que propõe um conjunto de técnicas e procedimentos que visa determiná-las. Por outro lado, sabe-se que existe uma correlação significativa entre processo, estrutura e propriedades de um material obtido por solidificação, visto que a distribuição de soluto em uma liga metálica ocorre de maneira não uniforme. A maneira como ocorre solidificação e a quantificação das variáveis envolvidas no processo têm influência fundamental nas propriedades do material. O presente trabalho utilizou ligas Al-Cu (Al-2%Cu, Al-5%Cu e Al-8%Cu) obtidas por solidificação unidirecional vertical ascendente, realizado através de um dispositivo projetado, construído e aferido pelo GAPEMM. Através destas, pretende-se fazer um estudo do calor específico à medida que a frente de solidificação se afasta da chapa molde bem como com o aumento do teor de soluto. Para isso, foi utilizada uma técnica conhecida na literatura como Lei de Resfriamento de Newton, a qual possibilita através das curvas de temperatura x tempo determinar as temperaturas necessárias para o cálculo do calor específico. / The knowledge of the properties of the thermophysics is extremely important to the study of the metallic alloys obtained from the solidification, once this one it is directly related to the heat transfer coefficient at the metal / mold interface. Thus, the researchers group of metallurgy and environment – GAPEMM of Federal University of Pará develops a line of research that proposes to develop techniques and procedures which has as main objective to determine them. On the other side, it is known that there is a significant correlation among process, structure, and properties obtained from a material during solidification. Since the distribution of solute in a metallic alloy occurs in a heterogeneous way. The way the solidification happens and the quantification of the varieties involved in the process has fundamental influence in the properties of the material. The present study used alloys Al-Cu (Al-2%Cu, Al-5%Cu e Al-8%Cu) obtained from a process upward directional solidification, made through one dispositive planned, constructed and calibrated by gapemm. Through these researches, there’s the intention to study the specific heat as it gets away the plate mold as well as the raise of the solute content. To do this, it was used a technique known in the literature as the Newton´s law cooling, which makes it possible through the curves of temperature x time to determine the necessary temperatures that will allow the calculation of the specific heat.