Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Aula 03: Escoamento de metais líquidos – Canais de Enchimento
1. Introdução
-
o
o
o
o
Configuração dos Canais de Enchimento – elementos e suas funções.
Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Escoamento de Metais em Canais.
Turbulência e número de Reynolds.
Lei da Continuidade.
Perda de Cargas.
Coeficiente de Perda de Cargas.
2. Elementos dos Sistemas de Canais
Relações de Escalonamento (relações de áreas)
Sistemas Pressurizados e Sistemas Despressurizados.
Bacia de Vazamento.
Canal de Descida.
Canais de Distribuição e Ataque.
Posicionamento dos Ataques com Relação ao Canal de Distribuição.
Sistemas Verticais de Enchimento.
-
3. Projeto dos sistemas de canais de enchimento
Determinação do Tempo de Enchimento da Peça.
Determinação da Velocidade
Método da Seção de Choque.
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Introdução
Elementos de um Sistema de Canais
de Enchimento
Molde com Apartação
Horizontal
 Canal de Descida: Geralmente vertical e
de seção transversal circular, direciona o
metal da bacia de enchimento até o canal de
base.
 Canal Base: Modifica a direção do metal
através de um ângulo reto e envia para o
canal de distribuição;
Peça
Canal de
Base
 Canal de Distribuição: Conduz o metal
através do molde.
Canais de Ataque: determinam a
velocidade de enchimento da cavidade
(peça).
 Existem outros elementos como filtros ou
retentores de escórias que podem ser
instalados entre o canal de distribuição e o
canal de ataque com objetivo de reter drosses
ou inclusões;
1
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Introdução
Disciplina: Fundição
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Introdução
Sistema de canais horizontal composto de: (a) Copo ou funil, (b)
Canal de descida, (c) Canal de distribuição, (d) Canais de Ataque.
2
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Turbulência e Número de Reynolds
Re = (v.d) / 
v = velocidade do fluído
d = diâmetro hidráulico do canal
 = viscosidade cinemática do líquido
=/
cm2. 10-2 / s
C.G.S.
 = viscosidade dinâmica (centipoise)
 = densidade do líquido (g/cm3)
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Valores de Viscosidade Cinemática para alguns Líquidos
Líquido
Viscosidade Cinemática
(cm2 . 10-2/s)
Temperatura
(0C)
Água
1,00
20
Alumínio
1,27
700
F0F0
0,45
1300
F0F0 Branco
0,40
1300
Cobre
0,40
1200
Ferro
0,89
1600
Fe - 0,75%C
1,10
1500
Fe – 3,4% C
1,50
1300
Chumbo
0,22
400
Magnésio
0,80
680
Mercúrio
0,115
20
0,1/1,5
S = 500
Cinzento
Ligas Metálicas
3
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Fluxo Laminar
Re  2000
Fluxo Turbulento
2000 Re  20000
Fluxo Severamente
Turbulento
Re  20000
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Fluxo de Metal na maioria dos
casos Reais em Fundição

Critério no Cálculo de Canais
de Enchimento
Consequência

Prática

Turbulento
Manutenção de
Re < 20.000
Para Re < 20.000 a turbulência é mais
interna ao fluxo, com uma fina camada
junto à parede

Evita-se a quebra da camada de óxido formada na
superfície do líquido e sua introdução no seio do líquido
4
Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Disciplina: Fundição
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Turbulência do metal líquido durante o enchimento de uma peça fundida
Desenho esquemático da formação de filmes de óxidos durante o
escoamento turbulento de uma liga de alumínio
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Lei da Continuidade
Em um canal fechado completamente cheio, a vazão é constante,
independentemente de variações locais da velocidade ou da área
transversal
Q = v 1 . A1 = v2 . A2
v1 e v2 = velocidades no pontos 1 e 2 (cm/s)
A1 e A2 = áreas da seções transversais nos pontos 1 e 2 (cm2)
Q = vazão do líquido em todos os pontos do canal (cm3/s)
5
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Schematic illustrating the application of Bernoulli's theorem to a gating system
Fonte: J.F. Wallace and E.B. Evans, Principles of Gating, Foundry, Vol 87, Oct 1959.
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Perdas de Carga
Em todo o
Sistema Real
Ocorrência de perda por atrito
decorrentes da interação entre as paredes
dos canais e o líquido que possui certa
viscosidade.
Perdas localizadas devido às mudanças
de direção e dimensões dos canais
Perdas adicionais
Em Fluxos

Turbulentos  devidos às características
do fluxo
Efeitos de atrito
internos à massa
líquida
6
Disciplina: Fundição
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Situações de Perda Localizada
por Variação de Seção

Ocorrência de Desligamento
entre o fluxo e as paredes

Zonas com
Desligamento
de Fluxo
Aparecimento de regiões de
“baixa pressão”

Conseqüência Prática: aspiração de ar
e gases resultando em defeitos.
Disciplina: Fundição
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Aumento de seção
Redução de seção
Representação esquemática mostrando a formação de áreas de ¨baixa
pressão¨ devido a variações abruptas na seção transversal de um conduto
7
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Situações de Perda Localizada
por Mudança de Direção

Ocorrência de Desligamento
entre o fluxo e as paredes

Aparecimento de regiões de
“baixa pressão”
Zonas com
Desligamento
de Fluxo
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
(a) Turbulência devido a
presença de canto vivo

Conseqüência Prática: aspiração de ar
e gases resultando em defeitos.
Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
(b) Aspiração de ar devido a
presença de canto vivo
(c) Uso de arredondamentos
minimizando a turbulência e
a aspiração de ar.
Esquema mostrando o fluxo de um fluído com mudança na
direção do fluxo.
8
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Considerando-se as perdas por atrito, o cálculo da
velocidade em algumas seções de área A, no sistema fica:
v =  2. g. h . 1/ ( 1 + Kn (A / An)2
 = coeficiente
Kn = coeficiente tabelado
A = área do ponto onde ser quer a velocidade
global de perdas
An = áreas de perda
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
h
Effect of pressure head and change in gate design on the velocity of metal flow. A, 90°
bend; B, r/d = 1; C, r/d = 6; D, multiple 90° bends. The variables r and d are the radius of
curvature and the diameter of the runner, respectively. J.G. Fonte: J. G. Sylvia, Cast Metals
Technology, Addison-Wesley, 1972.
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Coeficientes de Perda sugeridos por Wallace e Evans
Tipo de Perda
Entrada da Bacia para o
Canal de Descida
Coeficiente
Sem Concordância
0,75
Com Concordância
0,20
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Coeficientes de Perda sugeridos por Wallace e Evans
Tipo de Perda
Junção Descida/Distribuição
Coeficiente
Sem Concordância -
2,0
Com Concordância -
1,5
Sem Concordância -
1,5
Com Concordância -
1,0
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Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Coeficientes de Perda sugeridos por Wallace e Evans
Tipo de Perda
Coeficiente
Junção em I
2,0
Junção Distribuição/Ataque
Sem Concordância
2,0
Com Concordância
0,5
Disciplina: Fundição
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Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
Coeficientes de Perda sugeridos por Wallace e Evans
Perdas por Fricção
Coeficiente
Canais Redondos -
0,02 L/D
Canais Quadrados -
0,06 L/Dh
Canais Retangulares -
0,07 L/Dh
L = Comprimento
D = Diâmetro
11
Noções de Mecânica dos Fluídos Aplicadas ao Fluxo de Metais em Canais
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Coeficientes Globais de Perda sugeridos por Wallace e
Evans para Sistemas Despressurizados
Tipos
de
Sistemas
Canal de Canal de Descida
Descida
Reto e
Afunilad Estrangulamento
o
na Distribuição
0,90
0,73
01 Canal de Distribuição
02 Canais de Distribuição,
com vários ataques, sem
mudança de direção no canal
02 Canais de Distribuição,
com vários ataques, mudanças
de direção de 900 no canal
0,90
0,73
0,85
0,70
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ELEMENTOS DOS SISTEMAS DE CANAIS
Relações de Áreas ou Escalonamento
Sistemas Pressurizados 
Sistemas
Despressurizados
Idéia
Básica


A seção menor
corresponde aos Ataques
A seção menor
corresponde ao
Canal de Descida
Aumentar ou diminuir a velocidade
do fluxo a partir da diminuição ou
aumento das áreas
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Disciplina: Fundição
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Elementos dos Sistemas de Canais
Sistema Pressurizado
Sistema Despressurizado
Razão 1:0,75:0,5
Razão 1:3:3
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Elementos dos Sistemas de Canais
Relação de Áreas (Escalonamento)
• Indica a proporção de área dos três componentes
básicos do sistema

Área Descida
Área Descida
1

A1

Área Distribuição
Área Descida
A2

Área Ataque
Área Descida
Sistemas

Pressurizados
Sistemas
Despressurizados

A2 < 1
A2 > 1
13
Elementos dos Sistemas de Canais
Disciplina: Fundição
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Vantagens dos
Sistemas
Pressurizados
• Sistemas Mais Leves
• Sistemas é forçado a
trabalhar cheio


Maior Rendimento
Metálico
Favorece fluxo
uniforme e separação
de inclusões de
escórias e areias
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Elementos dos Sistemas de Canais
Desvantagens dos Sistemas Pressurizados
 Perigo de erosão do molde
Aumento da
Velocidade do
Fluxo
Provoca forte turbulência na
entrada do jato de metal na
cavidade da peça.

Favorecimento à oxidação
e formação de drosses.
Aspiração de gases e ar em
mudanças de seção e de direção
14
Disciplina: Fundição
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Elementos dos Sistemas de Canais
Sistemas
Despressurizados
• Indicados para ligas
muito oxidáveis
Desvantagens dos Sistemas Despressurizados
• Possibilidade de aspiração de ar nos alargamentos de seção.
• Possibilidade de preenchimento incompleto dos canais.
• Menor Rendimento Metálico
Disciplina: Fundição
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Elementos dos Sistemas de Canais
Copo ou Funil de Vazamento
• Utilizados para moldes de pequeno porte
15
Disciplina: Fundição
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Elementos dos Sistemas de Canais
Bacias de Vazamento
Vantagens da utilização de bacias de vazamento:
• Estabelece um fluxo mais regular, menos dependente do
vazador.
• Favorece a retenção de inclusões.
• Dificulta a entrada de ar junto com o fluxo de metal.
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Elementos dos Sistemas de Canais
Seção longitudinal “Ideal” para uma
Bacia de Vazamento
16
Disciplina: Fundição
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Elementos dos Sistemas de Canais
Canal de Descida
V =
2.g.h . 1/ 
Velocidade adquirida por
um fluxo de metal em um
canal de descida.
h = distância a partir do nível do metal na bacia de vazamento

Quanto mais o fluxo desce, maior será a sua velocidade,
como a vazão ao longo do canal é constante.

Necessidade de redução progressiva na área
da seção transversal
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Elementos dos Sistemas de Canais
Conicidade
Ideal do Canal
de Descida
Ax =
(
h/x
) . An
Ah
h
x
Ax
Caso não se altere a área da seção transversal, tem-se
turbulência e aspiração de ar
17
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Elementos dos Sistemas de Canais
Depressão
e aspiração
de ar
(b)
(a)
(c)
Representação esquemática mostrando, (a) Fluxo natural de um
fluído livre, (b) Aspiração de ar induzida pelo fluxo de líquido em
um conduto com paredes retas, (c) fluxo de líquido em um conduto
cônico.
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Elementos dos Sistemas de Canais
Recursos a serem utilizados quando não é
possível reduzir a seção do canal de descida
Uso de macho
estrangulador
Estreitamento no início
do canal de distribuição
18
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Elementos dos Sistemas de Canais
Canal de Descida
Seção Transversal

Seções quadradas ou retangulares
são melhores do que seções
circulares no sentido de evitar a
formação de vórtices.
Sistemas
Pressurizados
As  Ac .
H/h
h
As
Ac
H
Ac = Área dos Ataques
As = Área da Descida
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Elementos dos Sistemas de Canais
Posicionamento dos Ataques em Relação ao Canal
de Distribuição
Localização dos Ataques na Parte
Inferior do Canal de Distribuição 
Sistemas Pressurizados
Localização dos Ataques na Parte
Superior do Canal de Distribuição 
Sistemas Despressurizados
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Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Utilização de
filtros cerâmicos
Gating system designs for optimizing the effectiveness of ceramic filters in
horizontally parted molds having sprue:filter:runner:ingate cross-sectional area
ratios of 1:3-6:1.1:1.2 (a) and 1.2:3-6:1.0:1.1 (b).
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Utilização de
filtros cerâmicos
Filtros de espuma cerâmica
Filtro posicionado junto ao
canal de descida
Filtro cerâmico tipo tela
20
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Several common filtration and flow modification devices
(from left to right): strainer core, extruded ceramic filter,
ceramic foam filter, mica screen, and woven fabric screen.
The two types of ceramic filters are by far the most widely
used.
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Sistemas Verticais de Canais de Enchimento
Sistema Simples
Má distribuição de Fluxo
Maior parte do metal passa pelo
canal inferior.
21
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Sistemas Verticais de Canais de Enchimento
Sistema com Angulo
Diminui a Energia
Cinética
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Sistemas Verticais de Canais de Enchimento
Sistema com Canal de
Distribuição Invertido
Equalização do fluxo através
dos canais de ataque
22
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Sistemas Verticais de Canais de Enchimento
Ataque de baixo para cima, permitindo um preenchimento mais
brando da cavidade da peça (com mínima turbulência)
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Dimensionamento do Sistema de Canais
Todo o cálculo de dimensões dos sistemas de canais baseiase nas equações:
VAZÃO = VOLUME
TEMPO
e
VOLUME =
MASSA R
DENSIDADE
VAZÃO = VELOCIDADE X ÁREA
Portanto:
ÁREA = MASSA /(DENSIDADE X VELOCIDADE X TEMPO)
(Equação 01)
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Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Variáveis importantes para projetos de Canais de Enchimento:
Para obtenção de um bom projeto de canais de
enchimento deve-se considerar:
A orientação e a posição dos canais de descida; de
distribuição e de ataque;


O número de Canais de Ataque;

Tempo e Velocidade ideais para o enchimento
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Regras para Definir a posição dos Canais de Enchimento
 Os canais devem ser de tal modo que o metal ao passar no seu interior deve ter
a máxima velocidade sem que atinja a turbulência, proporcionando um
enchimento contínuo do molde.
 Os canais devem permitir que o metal ao penetrar no molde não encontre
resistência de gases, facilitando a saída dos gases para o exterior ;
 Os canais devem ser posicionados de tal modo que não ataquem diretamente
as partes frágeis ou mais aquecidas do molde ou machos, evitando desgaste
destas partes.
 Caso o tempo de vazamento seja longo , ocorrerá um superaquecimento no
local do ataque, devendo-se realizar uma prevenção contra rechupe.
 O sistema de canais devem ser de tal modo que dificultem a entrada de areia e
escória na peça.
24
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
• Regras para Definir o Tempo e a Velocidade de
Enchimento
• Deve-se considerar que um preenchimento lento pode levar a
formação de zonas frias , ou sem preenchimento enquanto um
enchimento rápido pode levar a inclusões de partículas sólidos e
gasosas.
 A velocidade de transporte do metal fundido também tem papel
crucial para decidir o melhor momento de enchimento. A velocidade
geralmente varia dentro dos canais de enchimento e da cavidade do
molde, e depende principalmente da pressão metalostática
(pressão devido a altura de coluna de liquido do próprio metal)
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Determinação do Tempo de Enchimento da Peça
Wallace e Evans 
AFS 
t = Kf ( 1,4 + 0,7144 . e ) .
t = tempo (s)
e = espessura (cm)
m = massa (g)
Ferros Fundidos Cinzentos
m x 10-3
Kf = F / 40
(Equação 02)
F = Fluidez (cm)

Tabelada em função da composição
e do grau de superaquecimento
Obs. : para peças acima de 450 Kg recomenda-se substituir
m x 10-3 por 3 m x 10-3 na equação 2.
25
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Determinação da Velocidade
Conforme visto anteriormente:
• Como a altura efetiva em cada momento
do preenchimento é diferente, pois o
v = 2 . g . h . 1/ líquido acima do plano de distribuição e
ataque exerce uma contrapressão, usa-se a
velocidade média a partir do nível do
ataque:
Vm =
2.g
2
.( 1+
1 – ho / h1 )
h1 = altura total disponível no
sistema
.
h1
(Equação 03)
h0 = altura da peça acima do
nível do ataque
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
h0 = 0
Sistemas de Canais
h1
h0
h1
ho
400
0
0,2 h1
0,4 h1
0,6 h1
0,8 h1
Velocidade de enchimento
(cm/s)
500
300
200
100
0
0
200
400
600
h0
h1
Velocidade da
menor seção do
sistema em função
da altura disponível
(h1) e da altura da
peça acima do nível
dos ataques (h0)
800
Altura de vazamento (mm)
26
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Sistemas de Canais
Método da Seção de Choque
Elementos que precisam ser
discriminados:
1- altura do canal de entrada (ou de descida)  H (cm)
2- altura da peça  C (cm)
3- altura da peça acima da seção de choque  B (cm)
4- peso da peça+massalotes  P (Kg)
- Inicialmente determina-se a altura
efetiva (Hef)
Hef = H - b2/ 2c
P = Peso de todo o sistema a ser enchido
(peça+masalotes)
- Calcula-se então a Sc (seção de
choque)
Ferro Fundido  4,86
Hef = altura efetiva
K = constante do material
( cm5/2 / Kg1/2)
Aços  10,6
Bronzes  5,34
Sc K
P
H ef
Alumínio  8,25
27