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Método das diferenças finitas aplicado na descrição do resfriamento de um componente metálico
Bianca Rodrigues de Castro, Juliane Donadel, Lisiane Trevisan

Última alteração: 13-10-2016

Resumo


A verificação de valores de temperatura permite a determinação de parâmetros de solidificação em processos como siderurgia, soldagem, fundição e principalmente tratamento térmico, devido à importância do conhecimento do processo de resfriamento de componentes metálicos para a indústria metal-mecânica. As curvas de resfriamento permitem a adequação dos parâmetros utilizados industrialmente, otimizando as propriedades dos componentes produzidos e suas características frente aos esforços mecânicos. O objetivo deste trabalho é implementar o Método de Diferenças Finitas (MDF) para solução de equações diferenciais parciais, para então aplicá-lo no processo de resfriamento de componentes metálicos para o monitoramento das curvas de resfriamento. O MDF é aplicado a sistemas de regime estacionários pela Equação de Laplace, levando-se em consideração as distribuições em dimensões espaciais, e a sistemas de regime transitório pela Equação Geral de Condução de Calor, que utiliza-se das distribuições tanto nas dimensões espaciais quanto na dimensão temporal. Através do método proposto é realizada a simulação numérica no software Matlab, para estimar as curvas de resfriamento e compará-las com dados experimentais obtidos através da instrumentação dos lingotes de aço SAE 8620 e SAE 1141 em formato quadrado, com termopares do tipo k. Observou-se com os resultados obtidos através da simulação numérica, que em regimes estacionários as curvas de resfriamento independem do tipo de material, tornando-se ineficiente para as aplicações desejadas. Já para sistemas de regime transitório, é necessário a inclusão das propriedade físicas dos materiais estudados, o que garante uma abordagem específica para cada material, tornando-o mais próximo do comportamento real. Os resultados obtidos demostram a distribuição da temperatura em pontos interiores da placa, onde é difícil obter valores medidos devido à indisponibilidade de instrumentos para medição de altas temperaturas. Para abordagens futuras, pretende-se realizar as simulações para diferentes tipos de materiais e diferentes geometrias.


Palavras-chave


Curvas de resfriamento; Simulação numérica; Método de Diferenças Finitas