Termodinâmica Metalúrgica

Balanços de energia, soluções e equilíbrio químico em sistemas metalúrgicos

Carlos Antônio da Silva , Itavahn Alves da Silva , Luiz Fernando Andrade de Castro

Todos os Autores

Carlos Antônio da Silva, Itavahn Alves da Silva, Luiz Fernando Andrade de Castro, Roberto Parreiras Tavares, Varadarajan Seshadri

2018 — 1ª edição
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Sobre o Livro

ISBN: 9788521213314
Páginas: 720
Formato: 17x24 cm
Ano de Publicação: 2018
Peso: 1.155 kg

Conteúdo

INTRODUÇÃO

CAPÍTULO 1 – PREÂMBULO

Referências

CAPÍTULO 2 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS

2.1 O Mol

2.2 Reações químicas

2.3 A Lei do Gás Ideal

2.4 As origens da termodinâmica e a metalurgia

2.5 Conceitos básicos gerais

2.6 Princípio Zero ou Lei Zero da Termodinâmica

2.7 Primeira Lei da Termodinâmica

2.7.1 Formas mais comuns de entalpia

2.7.1.1 Entalpia de transformação de fase será feito no final da diagramação

2.7.1.2 Entalpia de aquecimento

2.7.1.3 Entalpia de reações químicas

2.7.1.4 Entalpia de dissolução

2.8 Segunda Lei da Termodinâmica

2.9 Terceira Lei da Termodinâmica

2.10 Critérios de espontaneidade

2.11 Comentários finais

Referências

CAPÍTULO 3 – BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA

3.1 Conceito estatístico de medida e erro

3.2 Balanços de massa

3.3 Balanço de energia

3.5 Exercícios propostos

Referências

CAPÍTULO 4 – TEORIA DAS SOLUÇÕES

4.1 Generalidades

4.2 Grandezas parciais molares

4.3 Relações entre grandezas parciais molares

4.4 Relação entre ' Ye i n

4.5 Significado de ΔY

4.6 Métodos gráficos de determinação de i Y

4.7 Equação de Gibbs-Duhem

4.8 Equação de Gibbs-Margulles

4.9 Potencial químico

4.10 Condições gerais de equilíbrio

4.10.1 Equilíbrio térmico

4.10.2 Equilíbrio de pressões ou equilíbrio mecânico

4.10.3 Equilíbrio de distribuição

4.11 Tendência ao escape

4.11.1 Fugacidade como medida da tendência ao escape

4.11.2 Fugacidade de um gás ideal

4.11.3 Fugacidade de um gás real (Método de Cálculo)

4.11.4 Fugacidade de uma fase condensada pura

4.11.5 Fugacidade de uma espécie que participa de uma solução sólida ou líquida

4.11.6 Influência da pressão sobre a fugacidade de uma fase condensada

4.12 Atividade de uma espécie química

4.13 Soluções ideais

4.13.1 Lei de Raoult

4.13.2 Caracterização da solução ideal

4.13.3 Variação de energia livre de Gibbs de formação da solução ideal

4.13.4 Variação de entalpia de formação da solução ideal

4.13.5 Variação de volume de formação da solução ideal

4.13.6 Variação de entropia de formação da solução ideal

4.14 Soluções reais

4.14.1 As Leis de Raoult e de Henry em soluções reais

4.14.2 Validade simultânea das leis de Raoult e de Henry

4.14.3 Gráficos de pressão e atividade para a solução real

4.14.4 Aplicação da equação de Gibbs-Duhem para o cálculo de atividades através do coeficiente de atividade

4.14.5 Forma da função coeficiente de atividade, ln R i

4.14.6 Funções termodinâmicas em excesso

4.15 Função de Darken ou Função α

4.15.1 Integração com auxílio da função de Darken

4.16. Excessos molares

4.16.1 Variação de volume de formação da solução real

4.16.2 Variação de entalpia de formação da solução real

4.16.3 Variação de entropia de formação da solução real

4.17 Soluções regulares

4.17.1 Forma da função de Darken para soluções regulares

4.17.2 A variação de entalpia de formação de soluções regulares

4.18 Modelo quase químico de soluções

4.19 Mudança de estado de referência

4.19.1 Referência Raoultiana

4.19.2 Referência Henryana

4.19.3 Referência 1% em peso

4.19.4 Referência p.p.m

4.19.5 Referência estado físico diverso

4.20 Soluções de vários solutos – parâmetros de interação

4.20.1 Aplicação aos casos das referências Raoultiana e Henryana

4.20.2 Aplicação ao caso da referência 1% em peso

4.21 Exercícios propostos

Referências

CAPÍTULO 5 – EQUILÍBRIO QUÍMICO

5.1 Importância do estudo de equilíbrio químico na metalurgia

5.2 Lei da ação das massas

5.3 Influência da pressão e da tTemperatura sobre o equilíbrio −Princípio de Le Chatelier

5.4 Equilíbrio dependente

5.5 Regra das Fases de Gibbs

5.6 Determinando o equilíbrio via Minimização de Energia Livre de Gibbs ou via Constantes de Equilíbrio

5.7 Multiplicadores de Lagrange

5.8 A importância das suposições corretas

5.9 Solubilidade de gases em metais

5.10 Diagramas de estabilidade [sub1]

5.11 Diagrama de Ellingham e a estabilidade dos óxidos e dos sulfetos

5.11.1 Pressão de oxigênio no equilíbrio metal-óxido-oxigênio

5.11.2 Equilíbrio metal-óxido-oxigênio-hidrogênio e vapor d’água

5.11.3 Equilíbrio metal-óxido-oxigênio-monóxido e dióxido de carbono

5.12 Estabilidade dos sulfetos

5.13 Métodos de medição de atividade

5.13.1 A determinação das pressões de vapor

5.13.2 Método do equilíbrio químico

5.13.3 Método da distribuição entre soluções

5.13.4 Método eletroquímico

5.14 Exercícios propostos

5.15 Referências

5.15.1 Referências específicas para valores de DG0 de reações químicas

CAPÍTULO 6 – TERMODINÂMICA DE ESCÓRIAS METALÚRGICAS

6.1 Introdução

6.2 Escórias de altos-fornos e aciaria

6.3 Escórias de processos metalúrgicos de não ferrosos

6.4 Aspectos estruturais das escórias

6.4.1 Basicidade de uma escória

6.4.2 Basicidade ótica de uma escória

6.5 Modelos para o cálculo de atividades dos componentes de escórias

6.5.1 Modelo de Schenck – Teoria Molecular das Escórias

6.5.2 Modelo de Herasymenko e Speith

6.5.3 Modelo de Temkin [sub2]

6.5.4 Modelo de Temkin modificado: soluções regulares

6.5.5 Modelo de Toop e Samis

6.5.6 Modelo de Masson

6.6 Capacidade sulfídica de uma escória

6.6.1 Capacidade sulfídica e sulfática de uma escória

6.6.1.1 Mecanismos de dissolução de íons de enxofre em escórias

6.6.2 Capacidade sulfídica

6.6.3 Coeficiente de partição de enxofre entre escória e metal

6.7 Capacidade fosfídica e fosfática de uma escória

6.7.1 Mecanismos de dissolução do fósforo em escórias

6.7.2 Capacidade fosfática de escórias

6.7.3 Coeficiente de partição de fósforo entre a escória e metal

6.8 Capacidade hidroxílica de escórias

6.8.1 Mecanismo de dissolução do hidrogênio e hidroxila

6.8.2 Capacidade hidroxílica de escórias

6.9 Capacidade nítrica e cianídrica de escórias

6.9.1 Capacidade nítrica de escórias

6.9.2 Capacidade cianídrica de escórias

6.9.3 Coeficiente de partição do nitrogênio entre escória e metal

6.10 Capacidade magnesiana de escórias

6.11 Capacidades sódica e potássica de escórias

6.11.1 Capacidade potássica de escórias

6.11.2 Capacidade sódica de escórias

6.12 Capacidade carbonática e carbídica de escórias

6.12.1 Mecanismos de dissolução do carbono em escórias

6.12.2 Conceito de capacidade carbonática de escórias

6.12.3 Conceito de capacidade carbídica de escórias

6.13 Referências

CAPÍTULO 7 – TERMODINÂMICA COMPUTACIONAL (TC)

7.1 Método dos Multiplicadores de Lagrange

7.2 Algumas aplicações em Thermo-Calc®

7.3 Alguns exemplos em HSC®

7.4 Referências

Sinopse

Destinado a estudantes de Engenharia de Materiais, Mecânica e Metalúrgica, este livro trata da aplicação dos princípios da termodinâmica com o objetivo de se alcançar um melhor entendimento de processos de fabricação de metais e suas ligas. É baseado na ampla experiência de seus autores, que há décadas conduzem pesquisa e lecionam em áreas correlatas. Como o texto se concentra na aplicação de princípios, os autores pressupõem que o leitor já teve contato com o conteúdo da disciplina Termodinâmica.

Processos metalúrgicos são naturalmente complexos e envolvem aspectos energéticos, de comportamento de substâncias em soluções de natureza física diversa e de afinidade química de seus constituintes. Tratar desses aspectos simultaneamente pode ser um trabalho árduo, dessa forma, as aplicações foram segmentadas nos seguintes capítulos: “Balanços de massa e energia”, “Teoria das soluções”, “Equilíbrio químico”, “Termodinâmica de escórias metalúrgicas” e “Termodinâmica computacional (TC)”.

Além de explicações aprofundadas sobre os temas em questão, o livro conta com listas de exercícios (com as respostas disponíveis no site da editora) e extensa bibliografia para consulta.

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