Elementos do projeto do sistema de gitagem e alimentação

Previamente ao dimensionamento dos diversos componentes, é necessário que o projetista tome decisões ao nível da conceção do sistema que condicionam posteriormente a fase de dimensionamento.

2.8.1.1 Sistema vertical versus sistema horizontal

A utilização de um sistema vertical ou sistema horizontal passa simplesmente pela escolha da orientação da linha de apartação da moldação. Convencionalmente são utilizados sistemas horizontais, no qual o sistema de enchimento é disposto também horizontalmente ao longo do plano de separação das duas moldações [5].

Os sistemas com plano de apartação vertical, por outro lado, apresentam os componentes de gitagem na posição vertical. Apesar de os sistemas de gitagem estarem orientados de forma diferente, os pressupostos utilizados para o dimensionamento do mesmo são equivalentes [5].

As moldações horizontais permitem vazar maiores quantidades de metal, quando comparadas com as moldações verticais, na medida em que esta disposição confere maior resistência a moldação. Por outro lado, alguns sistemas verticais possuem a capacidade de funcionar sem necessidade de caixas de moldação. Estes sistemas apresentam ainda uma maior cadência de produção, bem como uma maior flexibilidade por permitirem estabelecer dimensões variáveis para as moldações [5], [70].

2.8.1.2 Sistemas pressurizados versus sistemas não pressurizados

Os sistemas de gitagem podem ser englobados em três categorias, de acordo com a localização do área onde ocorre o estrangulamento do fluxo de escoamento, que determinará o caudal de enchimento e consequente tempo de enchimento da peça [5], [25].

Os sistemas podem ser pressurizados, não pressurizados ou mistos. Esta classificação varia mediante a localização da seção crítica que restringe o fluxo de metal. Habitualmente a secção crítica situa-se na base do canal de descida ou no ponto de bifurcação entre o canal de descida com os canais de distribuição horizontais.

Um sistema de gitagem designa-se pressurizado quando é nos ataques que se encontra a seção crítica. Neste tipo de sistema é feita uma redução sucessiva da área dos canais sempre que se efetua uma transição da horizontal e vertical e vice-versa no sentido dos ataques [71].

Num sistema despressurizado a secção crítica encontra-se logo canal de descida, sendo que a área aumenta progressivamente no sentido dos canais de ataque, por forma a assegurar que o metal entra na cavidade a uma velocidade inferior a velocidade crítica [71].

Os sistemas pressurizados possuem a vantagem de ser mais compactos e possuir menos peso, permitindo portanto um maior rendimento entre a quantidade de metal vazado e o metal convertido em fundido. A progressiva redução de áreas conduz o

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metal no sentido da cavidade, tornando o processo mais eficiente, por redução do tempo necessário ao vazamento. Contudo, estes sistemas potenciam a erosão dos machos e das cavidades, estabelecendo a necessidade de prever a localização dos canais por forma a minimizar eventuais danos [5], [70]. Esta desvantagem encontra- se explicitada na Figura 45 (a).

Os sistemas não pressurizados apresentam a vantagem de reduzir a velocidade de escoamento à medida que este se aproxima da entrada da cavidade, favorecendo um escoamento laminar. Assim, este tipo de sistemas é recomendado para ligas com forte tendência a oxidar e a formar escória, como por exemplo as ligas de alumínio [5], [70]. Contudo, os sistemas não pressurizados introduzem na peça grandes quantidades de inclusões gasosas devido ao não preenchimento integral do canal de distribuição durante o vazamento. É possível compreender melhor este efeito pela análise da Figura 45 (b) [37].

Segundo [37] deve-se abandonar o conceito de uma restrição localizada. Deve-se tentar que o metal esteja em permanente contacto com a totalidade das paredes do sistema de gitagem. Assim, o sistema de gitagem deve ser executado no sentido de promover uma espécie de restrição contínua. Desta forma, foram introduzidos novos sistemas apelidados de “naturalmente pressurizado” ou “ ligeiramente pressurizado “ que pretendem ir de encontro ao conceito de uma restrição contínua. A grande desvantagem de este tipo de sistemas centra-se no facto de estes não possuírem qualquer tipo de mecanismo de redução de velocidade do metal, obrigando à utilização de mecanismos externos para esse efeito, como por exemplo [37]:

Utilização de filtros;

Extensões do canal de distribuição especialmente desenhadas para o efeito; Utilização de ataques verticais em forma de leque;

Outros mecanismos de controlo de velocidade.

No caso dos sistemas de baixa pressão, o problema da velocidade é atenuado pela possibilidade de regulação da velocidade de entrada do metal na cavidade.

Figura 45 - Exemplificação das desvantagens de um sistema pressurizado (a) e de um sistema despressurizado (b) [37].

A definição do tipo de sistema utilizado implica a determinação da relação de gitagem, isto é, da relação das áreas transversais do canal de descida, canais de

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distribuição e ataques. A relação de gitagem é geralmente apresentada sob a forma de uma razão numérica, como explicitado na Equação (8):

𝑔𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜: 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖çã𝑜: 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑎𝑞𝑢𝑒 (8)

Na Tabela 19 são apresentados alguns exemplos de relações de gitagem mais utilizadas para os diversos tipos de sistemas adotados, segundo a razão numérica explicitada na Equação (8).

Tabela 19 - Exemplos de relações de gitagem

Sistema Exemplo de razões de gitagem

Pressurizado 1:0,8:0,6 1:1:0,8 Despressurizado 1:2:4 1:4:4 Natural 1:1,2:1,4 Ligeiramente pressurizado 1:1:1 1:1,1:1,2 1:1,2:2

Com filtragem em espuma 1:1:4

Com redução de velocidade 1:1:10

2.8.1.3 Geometria do sistema de gitagem

A geometria dos diversos componentes do sistema de gitagem influencia diretamente a qualidade dos fundidos, uma vez que o fluxo é alterado sempre que exista uma mudança significativa na geometria no canal por onde flui.

A presença de curvaturas com ângulos próximos de 90º pode influenciar negativamente o comportamento do metal líquido. De facto, pela observação da Figura 46 é possível constatar que a mudança subtida de direção do fluído provoca uma zona de baixa pressão na proximidade da curva, provocando turbulência no fluído. Esta maior turbulência promove a retenção de ar no sistema de gitagem e consequentemente provoca problemas de inclusões nas peças [72].

Figura 46 - Exemplificação dos fenómenos que ocorrem na presença de uma curva no sistema de gitagem, adaptado de [72].

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Por forma a minimizar este efeito nefasto é recomendado que sejam utilizadas curvas com uma transição mais progressiva como ilustrado na Figura 46 (c). Esta metodologia deve ser implementada na totalidade do sistema de gitagem, sendo aplicável quer aos canais de distribuição como também aos ataques.

Os sistemas de gitagem incluem ainda secções nas quais ocorre uma redução da secção, que, tal como situação anterior, deve ser o mais progressiva possível evitando desta forma uma erosão acentuada da moldação nesses locais.

A convergência ou divergência dos canais exerce efeitos distintos sobre o fluxo de metal.

Figura 47 - Representação do efeito provocado por divergência (a) e convergência (b), adaptado de [72].

Como se pode comprovar pela análise da Figura 47 (a), o aumento abruto de seção pode originar regiões de baixa pressão que levam a que o metal não contacte com a totalidade da parede do canal. A passagem do fluxo por uma região mais constrita induz fenómenos de vena contracta, como se pode atestar pela análise da Figura 47 (b). Na região de divergência do fluxo devido ao fenómeno de vena contracta existe uma perda de energia e pressão considerável [70], [73].