Questões Aplicadas

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Ministério da Educação 
 Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica 
 INSTITUTO FEDERAL DE SÃO PAULO 
 Campus Itapetininga 
 
1) Uma placa de ferro-α é exposta a uma atmosfera carbonetante por um dos seus lados, e uma atmosfera 
descarbonetante pelo outro lado a uma temperatura de 900oC. Se uma condição de estado estacionário é atingida, 
determine o fluxo de difusão do carbono através da placa, sabendo que as concentrações de carbono nas posições a 
5mm e 10mm a partir da superfície carbonetante são de 1,0 kg/m3 e 0,9 kg/m3. Use Do=6,2.10-7 m2/s e Q=80 000J/molK. 
 
2) Uma determinada liga de ferro-carbono (γ) possui uma concentração homogênea inicial de de 0,30%p. Em 
determinado momento, a liga é submetida a uma atmosfera de 1000oC numa atmosfera corbonetante de forma que, 
instantaneamente, passa a ter a superfície com a concentração de 1,10%p de carbono. Qual deve ser o tempo 
necessário para que obtenha a uma distância de 0,25mm abaixo da superfície, uma concentração de 0,80%p.? Use 
Do= 2,3.10-5m2/s. 
 
3) Numa liga de alumínio e magnésio possui concentração mássica inicial de 3kg/m3 de magnésio. Após 20 horas, 
numa temperatura de 927oC há um aumento da concentração de magnésio para 4kg/m3 num ponto a 0,2mm da 
superfície. Determine: 
a) O coeficiente de difusão do magnésio no alumínio na temperatura especificada no problema. 
(Use Do=1,2.10-4m2/s). 
b) A concentração na superfície da liga. 
c) O tempo necessário para atingir a mesma concentração de magnésio, na mesma profundidade, caso a temperatura 
fosse aumentada para 1227oC. 
 
4) Num suposto estado estacionário, uma fina camada de ferro de 0,02mm está exposta 1m2 a uma atmosfera 
carbonetante e outra atmosfera descarbonetante de concentrações respectivas de 0,5%at e 0,1%at. Nesse escopo, 
considerando um coeficiente de difusão de D=2,4.10-12m2/s, e o tempo de 5000s para atingir a esse estado estacionário, 
determine: 
a) A taxa de difusão. 
b) A variação molar de carbono difundido. 
 
5) A resistência ao desgaste de uma engrenagem de aço deve ser melhorada pelo endurecimento da sua superfície. 
Isso pode ser obtido mediante o aumento do teor de carbono no interior de uma camada superficial externa do aço, 
mediante à difusão do carbono para o interior do aço. Uma determinada peça possui um teor inicial de carbono 
constante de 0,20%p, enquanto a concentração na superfície deve ser mantida a 1,00%p. Para que esse tratamento 
seja efetivo, deve ser estabelecido que que o teor de carbono deva ser de 0,60%p. em uma posição localizada a 
0,75mm abaixo da superfície. Determine a temperatura que deva ser adequada para que o processo seja efetivado em 
19000 segundos. Use coeficiente de carbono difundindo no ferro γ, Do= 2,3.10-5m2/s e a energia de ativação para essa 
difusão de 148000J/molK. 
 
6) A purificação de hidrogênio pode ser feita por difusão do gás através de uma chapa de paládio a 600o C. Calcule a 
quantidade de hidrogênio que passa por hora através de uma chapa de paládio com 6mm de espessura e área de 0,25 
m2 a 600°C. Assumir que o coeficiente de difusão é 1,7×10-8m2/s e que as concentrações de hidrogênio dos dois lados 
da chapa são 2,0 e 0,4 kg/m3 e que o sistema está em regime estacionário. 
 
7) É feita a difusão de boro numa pastilha de silício durante 7h a 1100oC. A pastilha de silício inicialmente é isenta de 
boro. Qual será a profundidade abaixo da superfície na qual a concentração em boro será de 1017 átomos/cm3, se a 
concentração de boro na superfície for mantida constante e igual a 1018 átomos/cm3? Coeficiente de difusão do B no 
Si a 1100oC: 4,0 x 10-13 cm2/s. 
 
8) Deseja-se difundir o metal A numa barra de metal B a partir de um filme de A 
depositado em uma face da barra de B, conforme indicado na figura abaixo. Após 
um tratamento a 1000oC por 700h, a concentração A a uma distância de 3mm a 
partir da interface é de 2,5%. Qual deveria ser a temperatura para que a mesma 
concentração (2,5% A) fosse atingida em uma posição de 2mm a partir da interface, 
supondo o mesmo tempo de tratamento? Considerar as hipóteses e condições de 
contorno apresentadas abaixo. Use: Do= 2,7 x 10-5 m2/s Q = 256 000J/mol.K