Análise experimental e numérica do comportamento térmico de lingotes de chumbo visando reduzir o seu tempo de solidificação

Abstract

O presente trabalho apresenta uma análise do comportamento térmico de um lingote de chumbo durante a sua solidificação a partir de duas histórias térmicas: uma pela convecção natural do ar e radiação com o meio, e outro pela convecção forçada da água. Nas duas histórias térmicas são obtidas as curvas de temperatura ao longo do tempo tanto nos ensaios experimentais como na simulação numérica. Este perfil mostrou-se simétrico no lingote em uma pré-análise. O método de incorporar o calor latente de fusão ao calor específico do sólido, para as simulações numéricas, não mostra o comportamento do perfil de temperatura com patamar de troca de fase em relação ao perfil experimental, mas o balanço de energia é satisfeito em grande parte da simulação. Analisando os resultados, experimentais e numéricos, foi possível obter o tempo de solidificação do metal durante o seu resfriamento, e confirmar a intuição de que o resfriamento por água traz vantagens na transferência de calor metal-molde. Desta forma será possível conceber projetos para melhorar e baratear o processo de vazamento.

The present work presents an analysis of the thermal behavior of a lead ingot during its solidification from two thermal histories: one for radiation the natural convection of air and another one for the forced convection on water. In two thermal histories the fields of temperature along the time in such a way in the experimental measurement are detained as well as in the numerical simulation, this profile revealed symmetrical in the ingot in one daily pay-analyzes. The method to incorporate the latent heat of fusing to the specific heat of the solid for the numerical simulations does not show the behavior of the curve of the profile of temperature in satisfactory way in relation to the experimental profile, but the energy balance is satisfied on a large part of simulation. Analyzing the results experimental and numerical it was possible to obtain the time of solidification of the metal during its cooling, thus being, confirming the intuition of that the water cooling brings advantages in the heat transference metal-mold, to conceive optimized and low-cost projects of such processes.