Materiais de Construções Mecânica

Disciplina Materiais de Construção Mecânica Profa Daniele Bruno Nome CursoHorário Questionário Unidade I 1 Responda às seguintes perguntas a Conceitue metalurgia b Quais são as épocas de desenvolvimento da humanidade que são associadas aos metais Por que esta correlação é feita c Descreva de forma sucinta os primeiros desenvolvimentos na direção de obtenção dos metais desde os primórdios das civilizações até a era moderna d Quais as fases de beneficiamento de minérios Descrevaas de forma sucinta e O que é siderurgia f Quais as etapas de um processo siderúrgico g Como se classificam as usinas siderúrgicas h O que é coque e como ele é obtido i Qual a diferença entre coque e carvão mineral j Descreva de forma sucinta sínterização e pelotização do minério de ferro 2 Escreva V para as frases verdadeiras e F para as frases falsas Depois corrija as erradas O coque é obtido a partir da coqueificação do carvão vegetal A mistura para a fabricação do sínter é constituída apenas de finos de minério e coque Os finos de minério que são utilizados no altoforno são apenas como pelotas É característica do fundente reagir com as impurezas dos contidas no minério e no carvão formando o coque O sínter é um material poroso que se apresenta em forma de esfera O gusa é a única matériaprima utilizada na fabricação do aço 3 Responda a Como o gusa se transforma em aço b Como ocorre a redução direta Qual produto obtido c Qual a finalidade do refino secundário do aço d Qual a finalidade da aciaria e Quais os principais equipamentos para refino Quais as características de cada um deles f Diferencie lingotamento convencional do contínuo DE OLHO NO ENADE ENADE 2014 Uma empresa de fundição de sistemas de exaustão de motores de combustão interna está com problemas no seu processo de fundição por gravidade tendo encontrado falhas de preenchimento dos produtos Os engenheiros responsáveis atribuíram o problema ao erro de dimensionamento dos massalotes no processo Dessa forma um trabalho minucioso foi realizado para recalcular a dimensão e a posição corretas desses massalotes dentro dos moldes de fundição Com base na situação descrita avalie as afirmações a seguir I O massalote é um elemento que realimenta as zonas esvaziadas pelas contrações líquidas durante a mudança de fase no processo de fundição II O massalote deve ser posicionado do mesmo lado do canal de descida do material que está sendo vazado III O massalote é moldado por meio de um modelo simples na caixa superior conectandose com o molde caixa inferior É correto o que se afirma em A I apenas B II apenas C I e III apenas D II e III apenas E I II e III ENADE 2008 É sabido que o principal equipamento de uma usina siderúrgica é o altoforno Nesse equipamento um gigantesco reator químico o minério de ferro essencialmente constituído de hematita é alimentado pela parte superior do forno juntamente com carvão coqueificado Na parte inferior do forno perto de sua base é soprado ar quente O ar reage com o carbono oxidandoo O monóxido de carbono produzido reage então com o minério de ferro reduzindoo Considerando essa descrição sucinta do funcionamento de um altoforno assinale a opção correta A O altoforno produz além do ferro gusa retirado pela parte inferior do equipamento um gás que é uma mistura essencialmente de nitrogênio proveniente do ar e dióxido de carbono proveniente da queima do carvão Esse gás é descartado após um procedimento de despoeiramento B O ferro gusa produzido nada mais é do que uma liga de ferro com carbono com teor de carbono em torno de 076 peso Esse é o teor da composição eutética no diagrama FeC sendo portanto o de menor ponto de fusão C O altoforno é um reator em contracorrente pois os gases em ascensão reagem com a carga de minério e carbono que desce lentamente à medida em que o carbono é consumido pela reação e o ferro gusa é retirado na parte inferior D Como o minério de ferro e o coque são alimentados juntos pela parte superior e saem após as reações pela parte inferior do forno na forma de ferro gusa deduzse que o altoforno não é um reator em contracorrente E Para que as reações ocorram e o ferro passe para o estado líquido o que permite sua saída do forno é necessário fornecer calor Isso é feito pela queima de gás natural carvão mineral ou vegetal em equipamentos localizados ao lado do altoforno ENADE 2005 A origem da produção de ferro está descrita nas culturas chinesas e indianas desde os períodos remotos de 2000 aC Mesmo após 4000 anos do início da idade do ferro a produção atual de ferro baseiase no mesmo princípio do processo térmico de redução por carvão carbotérmico Neste início de século a produção global de aço está estimada em 700900 milhões de toneladas por ano A figura a seguir ilustra o altoforno utilizado no processo de fabricação de ferrogusa por redução Utilizando o diagrama mostrado acima identifique os componentes existentes nesse forno e assinale a opção correta A I cadinho com gusa II escóriaIII zona de combustãoIV zona de amolecimento e fusãoV zona seca ou granular B I cadinho com gusa II zona de combustão III escória IV zona seca ou granular V zona de amolecimento e fusão C I cadinho com gusa II escória III zona de amolecimento e fusão IV zona de combustão V zona seca ou granular D I escória II cadinho com gusa III zona de combustão IV zona de amolecimento e fusão V zona seca ou granular E I escória II cadinho com gusa III zona de combustão IV zona seca ou granular V zona de amolecimento e fusão Disciplina Materiais de Construção Mecânica Profa Daniele Bruno Nome CursoHorário Questionário da Unidade II 1 Considerando a geometria de uma célula unitária com comprimentos de arestas a b c e ângulos entre eixos α ßγ o sistema cristalino triclínico é caracterizado pelas seguintes relações entre os parâmetros de rede a a b c e α ß γ 90 b a b c e α ß γ 90 c a b c e α ß 90 γ 120 d a b c e α ß 90 γ 120 e a b c e α ß γ 90 2 Qual é o número de átomos por células unitárias em materiais com estrutura cristalina de cúbica de corpo centrado a 9 b 4 c 6 d 1 e 2 3 As figuras acima representam uma célula cúbica de face centrada CFC e uma célula unitária cúbica de corpo centrado CCC Considerando essas células unitárias julgue o item a seguir e corrija se for necessário Um material amorfo pode apresentar em sua estrutura células unitárias tanto da CFC quanto da CCC 4 Considere um metal de estrutura cristalina Cúbica de Faces Centradas CFC Em uma região sem imperfeições dessa estrutura cristalina é correto afirmar que o número de átomos da célula unitária o fator de empacotamento atômico e o número de vizinhos mais próximo de um determinado átomo são respectivamente a 4 74 12 b 2 68 8 c 1 52 6 d 2 74 8 e 4 68 12 5 O níquel metálico cristaliza numa estrutura do tipo cúbica de faces centradas CFC Na figura são mostradas duas representações para célula unitária CFC a utilizando esferas rígidas e b utilizando esferas reduzidas Fonte CALLISTER WD Ciência de Engenharia de Materiais uma Introdução 5ª edição Rio de Janeiro LTC O número de coordenação do níquel e o número de átomos de níquel por célula unitária são respectivamente a 6 e 4 b 8 e 4 c 8 e 14 d 12 e 4 e 12 e 14 6 Julgue o item seguinte determinando se está correto ou errado relativo a caracterização de materiais Todos os metais possuem estrutura cristalina Por exemplo a estrutura cúbica de corpo centrado é aquela que possui parâmetros geométricos característicos de um cubo ou seja a b c e a β y 90 Nesse caso os átomos estão localizados nos vértices e no centro da célula O parâmetro de rede representado pelo lado do cubo vale 4R3 e o número de átomos por célula unitária é 2 7 A estrutura física e o comportamento macroscópico dos materiais dependem da sua estrutura cristalina Logo variações no arranjo cristalino poderão interferir nas propriedades do material Considerando a estrutura cristalina do material a afirmativa CORRETA é a Alguns materiais apresentam formas alotrópicas distintas quando submetidas a ambientes diferentes não sendo influenciadas pela pressão e temperatura b A transformação polimórfica de um metal puro com reticulado cúbico de corpo centrado para cúbico de face centrada gerará mudanças estruturais no entanto não haverá alteração volumétrica da célula unitária c As propriedades mecânicas do aço variam significativamente conforme as direções cristalográficas o que é denominado anisotropia Quando o material policristalino é tratado termicamente eliminando os defeitos direcionais como as linhas de deformação essa característica se mantém sendo da mesma forma um material anisotrópico d A densidade do material depende da característica do elemento contido nesse material independentemente do tamanho do reticulado cristalino e da quantidade de átomos na célula unitária desse reticulado e Os materiais policristalinos constituem a maioria dos sólidos cristalinos e são compostos por uma grande quantidade de cristais denominados de grãos 8 Julgue o assertiva a seguir em V ou F e corrijaa caso seja necessário O alumínio o cobre e o ferro são metais com uma estrutura cúbica de faces centradas CFC a temperatura ambiente 9 Calcule o raio atômico em cm para os seguintes metais a metal CCC com a 03294 nm b metal CFC com a 40862Å 10 Determine a estrutura cristalina dos seguintes materiais a metal com a 49489Å R 175Å b metal com a 042906 nm e R 01858 nm 11 A massa específica do tório é de 1172 gcm3 sua estrutura cristalina é CFC Sua massa atômica é de 232 gmol Calcule a O parâmetro de rede b O raio atômico do tório 12 Responda as questões a seguir a Quantos átomos por célula unitária existem nas células CFC CCC e CS Justifique b Qual a percentagem do volume de uma célula cristalina CFC ocupada por átomos de Al Compare esse valor de densidade atômica com a de metais cristalizados na estrutura cúbica de corpo centrado CCC c Qual o percentual de vazios nesse célula de Al 13 A densidade do cobre é 893 gcm3 sua massa molecular é 6355 gmol e seu raio atômico é 128 pm É mais provável que o metal seja CFC ou CCC 14 O raio atômico do ferro é 124 pm sua massa molecular é 55845 gmol e sua densidade 787 gcm3 Essa densidade é consistente com uma estrutura CFC ou CCC 15 Explique o princípio da técnica de Difração de RaiosX DRX 16 Usando a Lei de Bragg calcule os ângulos de difração 2 para os três primeiros picos no padrão do alumínio em pó os quais são apresentados na tabela abaixo Dados a 0404 nm e 01542 nm Sabendose que o Al é CFC 2 hkl 2111 111 2200 200 2220 220 17 Para o ferro com estrutura cristalina CCC compute a o espaçamento interplanar e sb o ângulo de difração para o conjunto de planos 220 O parâmetro de rede para o Fe equivale a 02866 nm 2866 Å Ainda admite que uma radiação monocromática com comprimento de onda de 01790 nm 1790Å seja usado e que a ordem da reflexão seja de 1 DE OLHO NO ENADE ENADE 2008 QUESTÃO 24 Banho de luz preciso Dispositivo eletrônico monitora dose de radiação usada no tratamento de icterícia em recém nascidos A icterícia é um problema que atinge entre 60 e 80 dos neonatos no mundo e está relacionada à falta de maturidade do fígado incapaz de metabolizar a bilirrubina um pigmento normal de cor amarelada gerado pelo metabolismo das células vermelhas do sangue A principal terapia em uso para icterícia é a fototerapia com a exposição do recémnascido a uma fonte luminosa equipada com lâmpadas fluorescentes incandescentes halógenas ou LEDs azuis A eficiência do tratamento é diretamente proporcional à quantidade de energia luminosa que incide sobre o bebê e à área de sua superfície corporal exposta a essa radiação Para o controle e o monitoramento dessa luz sobre o recémnascido foi desenvolvido um dosímetro de radiação feito com uma solução de polímeros luminescentes conhecidos como meh ppv O dispositivo funciona a partir da mudança de cor dessa solução em razão do tempo de exposição à radiação O material luminescente é capaz de absorver energia e em seguida reemitir luz visível Revista FAPESP com adaptações Considerando que esse novo dispositivo funcione com luz visível cujo comprimento de onda 8 está entre 04 m e 07 m que a velocidade da luz c 30108 ms e que a constante de Planck h 41 1015 eVs é correto afirmar que o dispositivo funciona com radiação de energia entre a 0 e 018 eV b 018 e 031 eV c 031 e 18 eV d 18 e 31 eV e 18 e 31 eV Gabarito item d QUESTÃO 50 Por dentro da embalagem Empresa desenvolve equipamento de raios X para detectar metais vidros e pedras em alimentos Provavelmente a maioria dos consumidores não sabe mas a trajetória de grande parte dos produtos alimentícios existentes no supermercado passa por uma máquina que detecta metais no local onde são fabricados Isso acontece com o produto já pronto e embalado para se verificar se há pequenos pedaços de peças parafusos ou outros contaminantes metálicos nas matériasprimas Assim um pacote de pão de fôrma de biscoitos de sopa instantânea ou ainda uma caixa de sabão em pó por exemplo são averiguados quanto à presença de indesejáveis ingredientes metálicos Grande parte dessas máquinas no Brasil é fabricada pela mesma empresa que está prestes a lançar um equipamento inovador para esse nicho do mercado industrial brasileiro Ele utiliza raios X para identificar não apenas metais mas também pedras plásticos e vidros ou tudo o que saia da densidade típica como a de um pedacinho de osso num hambúrguer Os materiais inconvenientes do tamanho de até 1 milímetro poderão ser visualizados e o produto retirado de circulação antes de sair da fábrica Revista FAPESP com adaptações Certamente o que a maioria dos produtos alimentícios tem em comum é a sua embalagem polimérica Dessa maneira para otimizar a capacidade de detecção do equipamento de raios X que a empresa desenvolveu a A relação massavolume do material polimérico da embalagem deve ser alta e constante de maneira a não interferir na detecção dos tipos de materiais espúrios mencionados b A relação massavolume do material polimérico da embalagem deve ser a maior possível de maneira a não interferir na detecção dos tipos de materiais espúrios mencionados c A estrutura atômica do material polimérico da embalagem deve ser a mais densa possível de tal maneira que os raios X interajam construtivamente com ela satisfazendo a lei de Bragg d A relação massavolume do material polimérico da embalagem deve ser a menor possível de maneira a não interferir na detecção dos tipos de materiais espúrios mencionados e O material polimérico da embalagem deve ser recristalizado para permitir pela lei de Bragg que os raios X interajam destrutivamente com ele e maximizem portanto a capacidade de detecção do material espúrio na embalagem Se a diferença entre o tamanho dos átomos do soluto e do solvente for maior que 15 o fator tamanho favorece a formação da solução sólida Gabarito item c ENADE 2005 Questão 34 Figura A Figura B Um material desconhecido foi enviado para análise A figura A corresponde ao difratograma de raios X desse material e a figura B a um termograma de análise térmica exploratória ou diferencial DSC desse material A respeito dessa situação assinale a opção incorreta a O material analisado apresenta estrutura semicristalinav b O ponto T1 da figura B corresponde à temperatura de fusão do material analisado c Para a determinação dos parâmetros de rede da célula unitária normalmente são utilizados os picos agudos mostrados no difratograma da figura A d O difratograma de raios X é composto de picos associados à fase cristalina sobrepostos a uma região identificada na figura A pela área sombreada I que corresponde à fase amorfa e A área sombreada II identificada no termograma da figura B é medida direta da entropia de fusão do material analisado Gabarito item e Disciplina Materiais de Construção Mecânica Profa Daniele Bruno Nome Curso Horário Questionário da Unidade II 1 Considerando a geometria de uma célula unitária com comprimentos de arestas a b c e ângulos entre eixos α ßγ o sistema cristalino triclínico é caracterizado pelas seguintes relações entre os parâmetros de rede a a b c e α ß γ 90 b a b c e α ß γ 90 c a b c e α ß 90 γ 120 d a b c e α ß 90 γ 120 e a b c e α ß γ 90 Resposta Essa é uma característica exclusiva do sistema triclínico ou seja em todas as arestas da célula são diferentes bem como os ângulos É o que apresenta menor simetria 2 Qual é o número de átomos por células unitárias em materiais com estrutura cristalina de cúbica de corpo centrado a 9 b 4 c 6 d 1 e 2 Em uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado CCC existem 2 átomos por célula unitária Isso ocorre porque um átomo está no centro do cubo e os outros oito vértices do cubo são compartilhados por oito células unitárias contribuindo com um total de um átomo por célula Portanto a célula unitária de uma estrutura CCC contém 2 átomos no total 3 As figuras acima representam uma célula cúbica de face centrada CFC e uma célula unitária cúbica de corpo centrado CCC Considerando essas células unitárias julgue o item a seguir e corrija se for necessário Um material amorfo pode apresentar em sua estrutura células unitárias tanto da CFC quanto da CCC Não Materiais amorfos como vidros e polímeros não possuem uma estrutura cristalina ordenada de longo alcance Portanto eles não têm células unitárias características de estruturas cristalinas como cúbica de face centrada CFC ou cúbica de corpo centrado CCC Em vez disso os átomos ou moléculas em materiais amorfos estão dispostos de maneira desordenada 4 Considere um metal de estrutura cristalina Cúbica de Faces Centradas CFC Em uma região sem imperfeições dessa estrutura cristalina é correto afirmar que o número de átomos da célula unitária o fator de empacotamento atômico e o número de vizinhos mais próximo de um determinado átomo são respectivamente a 4 74 12 b 2 68 8 c 1 52 6 d 2 74 8 e 4 68 12 Para um metal com estrutura cristalina Cúbica de Faces Centradas CFC o número de átomos por célula unitária é 4 o fator de empacotamento atômico é 074 ou 74 se expresso em porcentagem e cada átomo tem 12 vizinhos mais próximos 5 O níquel metálico cristaliza numa estrutura do tipo cúbica de faces centradas CFC Na figura são mostradas duas representações para célula unitária CFC a utilizando esferas rígidas e b utilizando esferas reduzidas Fonte CALLISTER WD Ciência de Engenharia de Materiais uma Introdução 5ª edição Rio de Janeiro LTC O número de coordenação do níquel e o número de átomos de níquel por célula unitária são respectivamente a 6 e 4 b 8 e 4 c 8 e 14 d 12 e 4 e 12 e 14 Para o níquel metálico que cristaliza numa estrutura do tipo cúbica de faces centradas CFC o número de coordenação é 12 e o número de átomos de níquel por célula unitária é 4 Portanto a resposta correta é 12 e 4 respectivamente Isso ocorre porque em uma estrutura CFC cada átomo está no centro de um cubo e tem 12 vizinhos mais próximos Além disso cada célula unitária contém 4 átomos Essas propriedades são independentes do tipo de representação utilizada para a célula unitária esferas rígidas ou esferas reduzidas 6 Julgue o item seguinte determinando se está correto ou errado relativo a caracterização de materiais c o r r e t o Todos os metais possuem estrutura cristalina Por exemplo a estrutura cúbica de corpo centrado é aquela que possui parâmetros geométricos característicos de um cubo ou seja a b c e a β y 90 Nesse caso os átomos estão localizados nos vértices e no centro da célula O parâmetro de rede representado pelo lado do cubo vale 4R3 e o número de átomos por célula unitária é 2 De fato todos os metais possuem estrutura cristalina A estrutura cúbica de corpo centrado é uma dessas estruturas onde os átomos estão localizados nos vértices e no centro da célula 7 A estrutura física e o comportamento macroscópico dos materiais dependem da sua estrutura cristalina Logo variações no arranjo cristalino poderão interferir nas propriedades do material Considerando a estrutura cristalina do material a afirmativa CORRETA é a Alguns materiais apresentam formas alotrópicas distintas quando submetidas a ambientes diferentes não sendo influenciadas pela pressão e temperatura b A transformação polimórfica de um metal puro com reticulado cúbico de corpo centrado para cúbico de face centrada gerará mudanças estruturais no entanto não haverá alteração volumétrica da célula unitária c As propriedades mecânicas do aço variam significativamente conforme as direções cristalográficas o que é denominado anisotropia Quando o material policristalino é tratado termicamente eliminando os defeitos direcionais como as linhas de deformação essa característica se mantém sendo da mesma forma um material anisotrópico d A densidade do material depende da característica do elemento contido nesse material independentemente do tamanho do reticulado cristalino e da quantidade de átomos na célula unitária desse reticulado e Os materiais policristalinos constituem a maioria dos sólidos cristalinos e são compostos por uma grande quantidade de cristais denominados de grãos Os materiais policristalinos realmente constituem a maioria dos sólidos cristalinos e são compostos por uma grande quantidade de cristais que são denominados de grãos Cada grão é um cristal individual e a orientação do arranjo atômico pode variar de grão para grão As propriedades de um material policristalino podem ser influenciadas pelo tamanho e pela distribuição desses grãos 8 Julgue o assertiva a seguir em V ou F e corrijaa caso seja necessário O alumínio o cobre e o ferro são metais com uma estrutura cúbica de faces centradas CFC a temperatura ambiente A assertiva é F Falso O alumínio e o cobre possuem uma estrutura cristalina cúbica de faces centradas CFC à temperatura ambiente No entanto o ferro possui uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado CCC à temperatura ambiente Portanto a assertiva correta seria O alumínio e o cobre são metais com uma estrutura cúbica de faces centradas CFC e o ferro tem uma estrutura cúbica de corpo centrado CCC à temperatura ambiente 9 Calcule o raio atômico em cm para os seguintes metais a metal CCC com a 03294 nm r3 4 a r3 4 03294e7cm14310 8cm b metal CFC com a 40862Å r2 4 a r2 4 40862e8cm144 10 8cm 10 Determine a estrutura cristalina dos seguintes materiais a metal com a 49489Å R 175Å Para o cúbico de corpo centrado CCC a relação é a4 R 3 aCCC4 175 A 3 4 04 A Para o cúbico de face centrada CFC a relação é a22 R aCFC22175 A495 A Para o hexagonal compacto HC a relação é a2R aHC2175 A35 A Comparando esses valores com o parâmetro de rede dado a 49489Å podemos ver que o valor mais próximo é o do cúbico de face centrada CFC Portanto a estrutura cristalina do metal é provavelmente cúbica de face centrada CFC b metal com a 042906 nm e R 01858 nm Para o cúbico de corpo centrado CCC a relação é a4 R 3 aCCC4 01858nm 3 0429nm Para o cúbico de face centrada CFC a relação é a22 R aCFC2201858nm0525nm Para o hexagonal compacto HC a relação é a2R aHC201858nm0372nm Comparando esses valores com o parâmetro de rede dado a 042906 nm podemos ver que o valor mais próximo é o do cúbico de corpo centrado CCC Portanto a estrutura cristalina do metal é provavelmente cúbica de corpo centrado CCC 11 A massa específica do tório é de 1172 gcm3 sua estrutura cristalina é CFC Sua massa atômica é de 232 gmol Calcule a O parâmetro de rede Para uma estrutura cúbica de face centrada CFC o número de átomos por célula unitária é 4 Portanto a fórmula para o parâmetro de rede é a 4232gmol 1172 gcm 3602210 23 mol 1 13 54810 8cm b O raio atômico do tório r a 254810 8cm 2 38710 8cm 12 Responda as questões a seguir a Quantos átomos por célula unitária existem nas células CFC CCC e CS Justifique Cúbica Simples CS A célula unitária da estrutura cúbica simples é constituída por um cubo com 18 de átomo em cada vértice que se repete nas três dimensões formando um corpo sólido macroscópico Como o cubo contém 8 vértices então representativamente a célula unitária contém um átomo completo por cubo 8 x 18 1 Cúbica de Corpo Centrado CCC A célula unitária da estrutura cúbica de corpo centrado possui um átomo no centro do cubo além dos átomos nos vértices Portanto temos 1 átomo no centro e mais 1 átomo equivalente nos vértices 8 x 18 1 totalizando 2 átomos por célula unitária Cúbica de Face Centrada CFC A célula unitária da estrutura cúbica de face centrada possui átomos nos vértices e no centro de cada face do cubo Portanto temos 1 átomo equivalente nos vértices 8 x 18 1 e mais 3 átomos equivalentes nas faces 6 x 12 3 totalizando 4 átomos por célula unitária b Qual a percentagem do volume de uma célula cristalina CFC ocupada por átomos de Al Compare esse valor de densidade atômica com a de metais cristalizados na estrutura cúbica de corpo centrado CCC A estrutura cúbica de face centrada CFC tem um fator de empacotamento atômico de aproximadamente 74 Isso significa que 74 do volume da célula unitária é ocupado por átomos Por outro lado a estrutura cúbica de corpo centrado CCC tem um fator de empacotamento atômico de aproximadamente 68 Isso significa que 68 do volume da célula unitária é ocupado por átomos Portanto a densidade atômica na estrutura CFC é maior do que na estrutura CCC Isso significa que há mais átomos por unidade de volume na estrutura CFC do que na estrutura CCC c Qual o percentual de vazios nesse célula de Al Como mencionado anteriormente a estrutura cúbica de face centrada CFC tem um fator de empacotamento atômico de aproximadamente 74 Isso significa que 74 do volume da célula unitária é ocupado por átomos Portanto o percentual de vazios ou espaço não ocupado por átomos na célula unitária seria de 100 74 26 13 A densidade do cobre é 893 gcm3 sua massa molecular é 6355 gmol e seu raio atômico é 128 pm É mais provável que o metal seja CFC ou CCC ρ n A V c N A Para uma estrutura cúbica de face centrada CFC temos n4 átomos por célula unitária Para uma estrutura cúbica de corpo centrado CCC temos n2 átomos por célula unitária volume da célula unitária pode ser calculado a partir do raio atômico r e da aresta da célula a usando a relação a22r para CFC e a4r3 para CCC Substituindo a na fórmula do volume do cubo Vc a3 obtemos as expressões para Vc em função de r Substituindo os valores conhecidos na fórmula da densidade podemos verificar qual estrutura cristalina CFC ou CCC resulta em uma densidade mais próxima da densidade experimental do cobre 893 gcm³ 14 O raio atômico do ferro é 124 pm sua massa molecular é 55845 gmol e sua densidade 787 gcm3 Essa densidade é consistente com uma estrutura CFC ou CCC r124pm12410 12 cm V c ρCFC 455845gmol 101310 23 cm 3602210 23 mol 1878 gcm 3 ρCCC 255845gmol 101310 23 cm 3602210 23 mol 14 39 gcm 3 Comparando esses valores com a densidade dada de 787 gcm3 podemos ver que a densidade do ferro é mais próxima da densidade teórica para a estrutura CCC Portanto é mais provável que o ferro tenha uma estrutura CCC 15 Explique o princípio da técnica de Difração de RaiosX DRX A Difração de RaiosX DRX é uma técnica que utiliza a interação de raiosX com a estrutura cristalina de um material para determinar sua estrutura atômica Os raiosX produzidos colidem com o cristal e são difratados pelos átomos criando um padrão de difração Este padrão que é característico da estrutura cristalina do material permite determinar o espaçamento entre os planos de átomos e a disposição dos átomos dentro do cristal 16 Usando a Lei de Bragg calcule os ângulos de difração 2 para os três primeiros picos no padrão do alumínio em pó os quais são apresentados na tabela abaixo Dados a 0404 nm e 01542 nm Sabendose que o Al é CFC 2 hkl 2111 111 2200 200 2220 220 nλ2d sinθ dhkl a h 2k 2l 2 θ111arcsin 101542 20233520 d2000404 4 0202 θ20065 d2200145 θ22095 17 Para o ferro com estrutura cristalina CCC compute a o espaçamento interplanar e sb o ângulo de difração para o conjunto de planos 220 O parâmetro de rede para o Fe equivale a 02866 nm 2866 Å Ainda admite que uma radiação monocromática com comprimento de onda de 01790 nm 1790Å seja usado e que a ordem da reflexão seja de 1 18 O espaçamento interplanar d para o conjunto de planos hkl em uma estrutura cristalina CCC é dado por d a h 2k 2l 2 onde a é o parâmetro de rede e h k l são os índices de Miller do plano Para o plano 220 temos h2 k2 l0 e a02866 nm Substituindo esses valores na fórmula obtemos d220 02866 2 22 20 201016 nm O ângulo de difração θ pode ser calculado pela lei de Bragg nλ2d sin θ θarcsin nλ 2d θarcsin 101790 201016605 Portanto o espaçamento interplanar para o conjunto de planos 220 é de aproximadamente 01016 nm e o ângulo de difração é de aproximadamente 605 DE OLHO NO ENADE ENADE 2008 QUESTÃO 24 Banho de luz preciso Dispositivo eletrônico monitora dose de radiação usada no tratamento de icterícia em recém nascidos A icterícia é um problema que atinge entre 60 e 80 dos neonatos no mundo e está relacionada à falta de maturidade do fígado incapaz de metabolizar a bilirrubina um pigmento normal de cor amarelada gerado pelo metabolismo das células vermelhas do sangue A principal terapia em uso para icterícia é a fototerapia com a exposição do recémnascido a uma fonte luminosa equipada com lâmpadas fluorescentes incandescentes halógenas ou LEDs azuis A eficiência do tratamento é diretamente proporcional à quantidade de energia luminosa que incide sobre o bebê e à área de sua superfície corporal exposta a essa radiação Para o controle e o monitoramento dessa luz sobre o recémnascido foi desenvolvido um dosímetro de radiação feito com uma solução de polímeros luminescentes conhecidos como meh ppv O dispositivo funciona a partir da mudança de cor dessa solução em razão do tempo de exposição à radiação O material luminescente é capaz de absorver energia e em seguida reemitir luz visível Revista FAPESP com adaptações Considerando que esse novo dispositivo funcione com luz visível cujo comprimento de onda 8 está entre 04 m e 07 m que a velocidade da luz c 30108 ms e que a constante de Planck h 41 1015 eVs é correto afirmar que o dispositivo funciona com radiação de energia entre a 0 e 018 eV b 018 e 031 eV c 031 e 18 eV d 18 e 31 eV e 18 e 31 eV A energia de um fóton é dada pela equação de PlanckEinstein Ehc λ Substituindo os valores de h e c e os limites para λ 04 μm e 07 μm podemos calcular a faixa de energia para a luz visível Para λ04 μm Para λ07 μm Portanto a alternativa correta é a d 18 e 31 eV O dispositivo funciona com radiação de energia entre 18 e 31 eV QUESTÃO 50 Por dentro da embalagem Empresa desenvolve equipamento de raios X para detectar metais vidros e pedras em alimentos Provavelmente a maioria dos consumidores não sabe mas a trajetória de grande parte dos produtos alimentícios existentes no supermercado passa por uma máquina que detecta metais no local onde são fabricados Isso acontece com o produto já pronto e embalado para se verificar se há pequenos pedaços de peças parafusos ou outros contaminantes metálicos nas matériasprimas Assim um pacote de pão de fôrma de biscoitos de sopa instantânea ou ainda uma caixa de sabão em pó por exemplo são averiguados quanto à presença de indesejáveis ingredientes metálicos Grande parte dessas máquinas no Brasil é fabricada pela mesma empresa que está prestes a lançar um equipamento inovador para esse nicho do mercado industrial brasileiro Ele utiliza raios X para identificar não apenas metais mas também pedras plásticos e vidros ou tudo o que saia da densidade típica como a de um pedacinho de osso num hambúrguer Os materiais inconvenientes do tamanho de até 1 milímetro poderão ser visualizados e o produto retirado de circulação antes de sair da fábrica Revista FAPESP com adaptações Certamente o que a maioria dos produtos alimentícios tem em comum é a sua embalagem polimérica Dessa maneira para otimizar a capacidade de detecção do equipamento de raios X que a empresa desenvolveu a A relação massavolume do material polimérico da embalagem deve ser alta e constante de maneira a não interferir na detecção dos tipos de materiais espúrios mencionados b A relação massavolume do material polimérico da embalagem deve ser a maior possível de maneira a não interferir na detecção dos tipos de materiais espúrios mencionados c A estrutura atômica do material polimérico da embalagem deve ser a mais densa possível de tal maneira que os raios X interajam construtivamente com ela satisfazendo a lei de Bragg d A relação massavolume do material polimérico da embalagem deve ser a menor possível de maneira a não interferir na detecção dos tipos de materiais espúrios mencionados e O material polimérico da embalagem deve ser recristalizado para permitir pela lei de Bragg que os raios X interajam destrutivamente com ele e maximizem portanto a capacidade de detecção do material espúrio na embalagem Se a diferença entre o tamanho dos átomos do soluto e do solvente for maior que 15 o fator tamanho favorece a formação da solução sólida Gabarito item c A alternativa correta é a letra c porque se baseia na Lei de Bragg e na interação dos raios X com a matéria A Lei de Bragg está relacionada ao espalhamento de ondas que incidem em um cristal e fornece uma explicação para os efeitos difrativos observados nesta interação Esses padrões são explicados relacionando os vetores de onda do feixe incidente e espalhado em uma rede cristalina No caso de ondas de raios X ao atingirem um átomo o campo elétrico da radiação provoca uma força na nuvem eletrônica acelerando as cargas livres do material elétrons O movimento dessas cargas reirradia ondas que têm aproximadamente a mesma frequência As ondas emergentes interferem entre si construtiva e destrutivamente dependendo da diferença de fase entre elas que é determinada pela estrutura atômica do material Portanto se a estrutura atômica do material polimérico da embalagem for densa os raios X interagirão construtivamente com ela satisfazendo a lei de Bragg Isso otimiza a capacidade de detecção do equipamento de raios X permitindo uma melhor diferenciação entre a embalagem e os materiais espúrios Isso é essencial para garantir a segurança e a qualidade dos produtos alimentícios ENADE 2005 Questão 34 Figura A Figura B Um material desconhecido foi enviado para análise A figura A corresponde ao difratograma de raios X desse material e a figura B a um termograma de análise térmica exploratória ou diferencial DSC desse material A respeito dessa situação assinale a opção incorreta a O material analisado apresenta estrutura semicristalinav b O ponto T1 da figura B corresponde à temperatura de fusão do material analisado c Para a determinação dos parâmetros de rede da célula unitária normalmente são utilizados os picos agudos mostrados no difratograma da figura A d O difratograma de raios X é composto de picos associados à fase cristalina sobrepostos a uma região identificada na figura A pela área sombreada I que corresponde à fase amorfa e A área sombreada II identificada no termograma da figura B é medida direta da entropia de fusão do material analisado Gabarito item e A opção e é incorreta porque a área sombreada II na Figura B que é um termograma DSC geralmente representa o fluxo de calor associado a uma transição de fase como a fusão e não uma medida direta da entropia de fusão A entropia de fusão é uma medida da desordem introduzida quando uma substância passa do estado sólido para o líquido Embora esteja relacionada à quantidade de calor envolvida na transição de fase ela não pode ser medida diretamente a partir da área sob a curva em um termograma DSC Em vez disso a entropia de fusão é normalmente calculada a partir do calor de fusão a integral da curva no pico de fusão dividido pela temperatura de fusão em termodinâmica Portanto a afirmação e é incorreta Disciplina Materiais de Construção Mecânica Profa Daniele Bruno Nome Curso Horário Questionário Unidade I 1 Responda às seguintes perguntas a Conceitue metalurgia b Quais são as épocas de desenvolvimento da humanidade que são associadas aos metais Por que esta correlação é feita c Descreva de forma sucinta os primeiros desenvolvimentos na direção de obtenção dos metais desde os primórdios das civilizações até a era moderna d Quais as fases de beneficiamento de minérios Descrevaas de forma sucinta e O que é siderurgia f Quais as etapas de um processo siderúrgico g Como se classificam as usinas siderúrgicas h O que é coque e como ele é obtido i Qual a diferença entre coque e carvão mineral j Descreva de forma sucinta sínterização e pelotização do minério de ferro a Metalurgia é a ciência que estuda a extração transformação e aplicação de materiais metálicos como o ferro Fe o ouro Au a prata Ag e o bronze CuSn b As épocas de desenvolvimento da humanidade associadas aos metais são a Idade do Cobre a Idade do Bronze e a Idade do Ferro Essa correlação é feita porque o desenvolvimento e uso de metais foram fundamentais para o avanço das civilizações c Os primeiros desenvolvimentos na obtenção de metais remontam à préhistória quando os humanos começaram a descobrir metais como o cobre e o ouro Com o tempo eles aprenderam a combinar metais para formar ligas como o bronze A habilidade de fundir e moldar metais levou ao desenvolvimento de ferramentas armas e eventualmente à invenção da escrita e da roda d As fases de beneficiamento de minérios incluem cominuição trituração e moagem classificação por tamanho concentração separação dos minerais de interesse e aglomeração preparação para o processo metalúrgico e Siderurgia é o ramo da metalurgia que se dedica à fabricação e tratamento do aço f As etapas de um processo siderúrgico incluem a preparação da matériaprima a redução do minério de ferro a ferro metálico a refinação do ferro metálico a aço e a laminação do aço g As usinas siderúrgicas podem ser classificadas em integradas e semiintegradas As usinas integradas produzem aço a partir do minério de ferro as semiintegradas produzem aço principalmente a partir de sucata metálica h Coque é um tipo de combustível derivado da carbonização aquecimento na ausência de ar do carvão mineral i A diferença entre coque e carvão mineral é que o coque é produzido a partir do carvão mineral e tem um teor de carbono mais alto o que o torna um combustível mais eficiente j Sinterização e pelotização são processos de aglomeração de minério de ferro A sinterização é o processo de aquecimento do minério de ferro para formar um material poroso chamado sínter A pelotização é o processo de formação de pelotas a partir do minério de ferro e outros aditivos 2 Escreva V para as frases verdadeiras e F para as frases falsas Depois corrija as erradas V O coque é obtido a partir da coqueificação do carvão vegetal F A mistura para a fabricação do sínter é constituída apenas de finos de minério e coque A mistura para a fabricação do sínter não é constituída apenas de finos de minério e coque Ela também inclui produtos de fabricação de ferro reciclado e agentes formadores de escória F Os finos de minério que são utilizados no altoforno são apenas como pelotas Os finos de minério que são utilizados no altoforno não são apenas como pelotas Eles também podem ser usados na forma de sínter F É característica do fundente reagir com as impurezas dos contidas no minério e no carvão formando o coque Não é característica do fundente reagir com as impurezas contidas no minério e no carvão formando o coque O fundente reage com a ganga impurezas para transformála em material mais facilmente separável do metal F O sínter é um material poroso que se apresenta em forma de esfera O sínter não se apresenta necessariamente em forma de esfera Ele é um material poroso mas sua forma pode variar F O gusa é a única matériaprima utilizada na fabricação do aço O gusa não é a única matériaprima utilizada na fabricação do aço Além do gusa outros materiais como sucata de aço ferroligas e fundentes também são utilizados 3 Responda a Como o gusa se transforma em aço b Como ocorre a redução direta Qual produto obtido c Qual a finalidade do refino secundário do aço d Qual a finalidade da aciaria e Quais os principais equipamentos para refino Quais as características de cada um deles f Diferencie lingotamento convencional do contínuo a O ferro gusa é transformado em aço na aciaria ainda em estado líquido mediante queima de impurezas e adições O refino do aço é feito em fornos a oxigênio ou elétricos b A redução direta é um processo em que a redução do minério de ferro a ferro metálico é efetuada sem que ocorra a fusão da carga do reator O produto metálico obtido na fase sólida é chamado de ferroesponja DRI em inglês iniciais de Direct Reduced Iron Ele pode ser briquetado a quente obtendose o briquete HBI O ferroesponja é usado em fornos elétricos para obtenção de aço c O refino secundário do aço inclui a homogeneização térmica e química do aço modificação de sua composição química modificação de sua temperatura e operações à vácuo O objetivo é ajustar a composição do aço de maneira que após o lingotamento contínuo suas propriedades atendam às necessidades do mercado d A aciaria é a unidade de uma usina siderúrgica onde existem máquinas e equipamentos voltados para o processo de transformar o ferro gusa em diferentes tipos de aço O principal destes equipamentos é o convertedor que é um tipo de forno revestido com tijolos refratários e que transforma o ferro gusa e a sucata em aço e Os principais equipamentos para refino variam dependendo do tipo de refino No refino do petróleo por exemplo os processos físicos e químicos mais utilizados são destilação fracionada destilação a vácuo craqueamento térmico ou catalítico e reforma catalítica f No lingotamento convencional o material fundido é vazado diretamente no molde metálico A lingoteira normalmente apresenta formato cônico ou tronco de pirâmide onde a alimentação ocorre diretamente na parte superior da lingoteira preenchendo desde a base em formato quadrado até o topo da lingoteira Já no lingotamento contínuo o metal líquido é solidificado em um produto semiacabado no formato de tarugo bloco beam blank ou placa O lingotamento é executado para o interior de um molde de extremidades abertas DE OLHO NO ENADE ENADE 2014 Uma empresa de fundição de sistemas de exaustão de motores de combustão interna está com problemas no seu processo de fundição por gravidade tendo encontrado falhas de preenchimento dos produtos Os engenheiros responsáveis atribuíram o problema ao erro de dimensionamento dos massalotes no processo Dessa forma um trabalho minucioso foi realizado para recalcular a dimensão e a posição corretas desses massalotes dentro dos moldes de fundição Com base na situação descrita avalie as afirmações a seguir I O massalote é um elemento que realimenta as zonas esvaziadas pelas contrações líquidas durante a mudança de fase no processo de fundição II O massalote deve ser posicionado do mesmo lado do canal de descida do material que está sendo vazado III O massalote é moldado por meio de um modelo simples na caixa superior conectandose com o molde caixa inferior É correto o que se afirma em A I apenas B II apenas C I e III apenas D II e III apenas E I II e III I O massalote é um elemento que realimenta as zonas esvaziadas pelas contrações líquidas durante a mudança de fase no processo de fundição Isso é verdade pois o massalote serve para compensar a contração do metal durante a solidificação e resfriamento evitando a formação de porosidades e cavidades no interior da peça II O massalote deve ser posicionado do mesmo lado do canal de descida do material que está sendo vazado Isso não é necessariamente verdade A posição do massalote depende do design da peça e do molde Em muitos casos o massalote é posicionado no ponto mais alto do molde para permitir que o metal fundido flua para baixo preenchendo completamente o molde III O massalote é moldado por meio de um modelo simples na caixa superior conectandose com o molde caixa inferior Isso é verdade O massalote é geralmente formado na parte superior do molde e se conecta ao resto do molde através de canais Portanto a resposta correta é a opção C I e III apenas ENADE 2018 É sabido que o principal equipamento de uma usina siderúrgica é o altoforno Nesse equipamento um gigantesco reator químico o minério de ferro essencialmente constituído de hematita é alimentado pela parte superior do forno juntamente com carvão coqueificado Na parte inferior do forno perto de sua base é soprado ar quente O ar reage com o carbono oxidandoo O monóxido de carbono produzido reage então com o minério de ferro reduzindoo Considerando essa descrição sucinta do funcionamento de um altoforno assinale a opção correta A O altoforno produz além do ferro gusa retirado pela parte inferior do equipamento um gás que é uma mistura essencialmente de nitrogênio proveniente do ar e dióxido de carbono proveniente da queima do carvão Esse gás é descartado após um procedimento de despoeiramento B O ferro gusa produzido nada mais é do que uma liga de ferro com carbono com teor de carbono em torno de 076 peso Esse é o teor da composição eutética no diagrama FeC sendo portanto o de menor ponto de fusão C O altoforno é um reator em contracorrente pois os gases em ascensão reagem com a carga de minério e carbono que desce lentamente à medida em que o carbono é consumido pela reação e o ferro gusa é retirado na parte inferior D Como o minério de ferro e o coque são alimentados juntos pela parte superior e saem após as reações pela parte inferior do forno na forma de ferro gusa deduzse que o altoforno não é um reator em contracorrente E Para que as reações ocorram e o ferro passe para o estado líquido o que permite sua saída do forno é necessário fornecer calor Isso é feito pela queima de gás natural carvão mineral ou vegetal em equipamentos localizados ao lado do altoforno A opção correta é a C O altoforno é um reator em contracorrente pois os gases em ascensão reagem com a carga de minério e carbono que desce lentamente à medida em que o carbono é consumido pela reação e o ferro gusa é retirado na parte inferior Isso ocorre porque o ar quente soprado na parte inferior do forno reage com o carbono para formar monóxido de carbono que então sobe e reage com o minério de ferro que está descendo reduzindoo a ferro Portanto o fluxo de gases e a carga são em direções opostas caracterizando um reator em contracorrente ENADE 2005 A origem da produção de ferro está descrita nas culturas chinesas e indianas desde os períodos remotos de 2000 aC Mesmo após 4000 anos do início da idade do ferro a produção atual de ferro baseiase no mesmo princípio do processo térmico de redução por carvão carbotérmico Neste início de século a produção global de aço está estimada em 700900 milhões de toneladas por ano A figura a seguir ilustra o altoforno utilizado no processo de fabricação de ferrogusa por redução Utilizando o diagrama mostrado acima identifique os componentes existentes nesse forno e assinale a opção correta A I cadinho com gusa II escóriaIII zona de combustãoIV zona de amolecimento e fusãoV zona seca ou granular B I cadinho com gusa II zona de combustão III escória IV zona seca ou granular V zona de amolecimento e fusão C I cadinho com gusa II escória III zona de amolecimento e fusão IV zona de combustão V zona seca ou granular D I escória II cadinho com gusa III zona de combustão IV zona de amolecimento e fusão V zona seca ou granular E I escória II cadinho com gusa III zona de combustão IV zona seca ou granular V zona de amolecimento e fusão Com base na descrição da imagem os componentes do altoforno são identificados da seguinte forma I Cadinho com gusa II Zona de coque estagnante escória III Zona de coque ativa zona de combustão IV Zona de coque ativa zona de amolecimento e fusão V Zona de coque zona seca ou granular Portanto a opção correta é a C I cadinho com gusa II escória III zona de amolecimento e fusão IV zona de combustão V zona seca ou granular