Mini-Projecto · Calcular e validar a carga de uma colada de ferro fundido
Contexto
A Fundição São Jorge recebeu uma encomenda de 1500 peças em ferro fundido cinzento, para um cliente que exige o cumprimento estrito de uma norma de material (intervalos de C, Si, Mn, S e P fornecidos pelo cliente). A fundição confiou-te, como técnico/a de laboratório, o cálculo completo da carga metálica para a primeira colada de ensaio, o levantamento dos consumíveis, a previsão de custos e rendimentos, e a validação final por análise química simulada.
Trabalhas individualmente ou a pares, com folha de cálculo como ferramenta principal, e entregas um dossiê técnico completo mais uma apresentação à equipa de produção.
Requisitos
Funcionais
- Selecionar a liga metálica e a tecnologia de fusão adequadas ao pedido do cliente, com justificação.
- Fazer o levantamento de consumíveis: matérias-primas (com certificados fictícios de composição), ferro-ligas, aditivos, fundentes e escorificantes necessários.
- Calcular a carga base (elemento principal, C) pela regra da cruz, para uma massa de carga à escolha (mínimo 800 kg).
- Verificar e ajustar pelo menos dois elementos secundários (por exemplo, Si e Mn) com ferro-ligas, considerando o rendimento de incorporação.
- Calcular o rendimento metálico previsto e o custo por kg de metal líquido.
- Simular um resultado de análise química do banho com um desvio proposital num elemento, e calcular a correção da carga necessária.
- Validar o resultado final face à norma fornecida.
Não-funcionais
- Todos os cálculos devem estar numa folha de cálculo, com fórmulas visíveis (não só valores finais).
- O dossiê deve incluir registos de cada etapa (matéria-prima, massa, composição, resultado).
- Linguagem técnica rigorosa e consistente com a norma escolhida.
- Cumprimento explícito das normas de segurança, gestão de resíduos, proteção ambiental e qualidade ao longo do dossiê.
Fases
Fase 1 · Seleção da liga e da tecnologia (2h) Escolher a norma de material a cumprir (ou adaptar uma fornecida pelo docente), definir a liga alvo e justificar a tecnologia de fusão escolhida.
Fase 2 · Levantamento de consumíveis (2h) Listar matérias-primas disponíveis (com composição e preço fictícios), ferro-ligas, aditivos, fundentes e escorificantes, cada um com certificado de composição química.
Fase 3 · Cálculo da carga base (4h) Aplicar a regra da cruz ao elemento principal (C), definir as massas de gusa e sucata, e montar a folha de cálculo com a fórmula do balanço de massa.
Fase 4 · Ajuste de elementos secundários (4h) Verificar Si e Mn (ou outros, conforme a norma), calcular a adição de ferro-ligas necessárias, com o respetivo rendimento de incorporação.
Fase 5 · Rendimentos e custos (2h) Calcular o rendimento metálico esperado, o custo total da carga e o custo por kg de metal líquido.
Fase 6 · Correção e validação (4h) Simular um resultado de análise química com desvio; calcular a massa de correção necessária; validar o resultado final face à norma.
Fase 7 · Dossiê e apresentação (2h) Compilar o dossiê técnico (registos, folha de cálculo, justificações) e apresentar à turma como se fosse a equipa de produção da fundição.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Seleção da liga e tecnologia, com justificação | 10% |
| Levantamento de consumíveis e certificados | 10% |
| Cálculo da carga base (regra da cruz) correto | 20% |
| Ajuste de elementos secundários com rendimento | 20% |
| Rendimento metálico e custos calculados corretamente | 15% |
| Correção da carga e validação final | 15% |
| Dossiê, registos e apresentação | 10% |
Erros comuns
- Escolher a tecnologia de fusão sem a relacionar com a liga e a precisão exigida pelo cliente.
- Usar sucata ou ferro-liga sem certificado de composição no cálculo.
- Corrigir o elemento principal mexendo na base já calculada, em vez de tratar a correção como uma adição ao banho existente.
- Esquecer o rendimento de incorporação das ferro-ligas, sub-estimando as massas necessárias.
- Calcular custos sem descontar o rendimento metálico, subestimando o custo real por kg.
- Entregar a folha de cálculo só com valores finais, sem as fórmulas visíveis, o que impede verificar o raciocínio.
- Não simular a validação final por análise química, tratando a correção como automaticamente certa.
Bónus (opcional)
- Repetir o cálculo completo para uma liga de alumínio (por exemplo, uma família Al-Si), comparando o método com o do ferro fundido.
- Simular o efeito de um aumento de temperatura de fusão no rendimento das ferro-ligas usadas, e recalcular as massas necessárias.
- Construir um modelo de folha de cálculo reutilizável, com campos de entrada para qualquer par de matérias-primas e qualquer alvo de composição.
Reflexão
No dossiê final, responde: porque é que a correção de um banho já fundido nunca deve ser feita "reajustando" a proporção original de gusa e sucata? E, olhando para o teu cálculo completo, qual foi o elemento (principal ou secundário) que exigiu mais correções e porquê?