exercicios materiais-3-4

8/14/2019 exercicios materiais-3-4

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ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIAINSTITUTO POLITCNICO DE SETBAL

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

DISCIPLINA: MATERIAIS (2008-2009)

PROBLEMAS PROPOSTOS PARA AS AULAS PRTICAS Retirados do livro: Princpios de Cincia e Engenharia dos Materiais, W.F. Smith, McGraw Hill .

1 Aula

Macrografia, Micrografia quantitativa e qualitativa1 Qual a massa em gramas de um tomo de prata?2 Quantos tomos h em 1 g de prata?3 Um fio de nquel tem 0,90 mm de dimetro e 10 cm de comprimento.

Quantos tomos tem? A densidade do nquel 8,90 g/cm 3.4 Uma solda contm 55% pond. de estanho e 45% pond. de chumbo. Quais

so as percentagens atmicas de Sn e Pb na solda?5 Um lato contm 80% pond. Cu e 20% pond. Zn. Quais so as

percentagens atmicas de Cu e Zn na liga?2 Aula

6 Na estrutura cristalina CCC, quantos tomos existem por clula unitria?7 Qual a relao entre o comprimento da aresta a da clula unitria CCC

e o raio dos tomos?8 A 20 C, o tungstnio CCC e o seu raio atmico 0,141 nm. Calcule o

valor do parmetro de rede a , em nanmetros.9 A 20 C, o brio CCC e o parmetro de rede 0,5019 nm. Calcule o valor

do raio de um tomo de brio, em nanmetros.10 Calcule o factor de compacidade atmica da estrutura CCC.11 Na estrutura cristalina CFC, quantos tomos existem por clula unitria?12 O cobre CFC e o parmetro de rede 0,3615 nm. Calcule o valor do raio

de um tomo de cobre, em nanmetros.13 O irdio CFC e o raio atmico 0,135 nm. Calcule o valor do parmetro

de rede a do irdio, em nanmetros.14 Calcule o factor de compacidade atmica da estrutura CFC.


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25 Num metal com estrutura CFC, a distncia interplanar d222 0,11327 nm.(a) Qual o parmetro de rede a ?(b) Qual o raio atmico do metal?(c) Com base no valor do parmetro de rede a , qual poder ser ometal?

26 A 20C, o nibio tem estrutura CCC sendo o parmetro de rede0,33007 nm e a densidade 8,60 g/cm 3. Calcule o valor da massa atmicado nibio.

27 Calcule o valor da densidade, em gramas por centmetro cbico, da pratacuja estrutura CFC com parmetro de rede a = 0,40856 nm, e cujamassa atmica 107,87 g/mol.

28 Calcule a densidade atmica planar, em tomos por milmetro quadradodos seguintes planos cristalogrficos do tungstnio, que tem estruturaCCC, com parmetro de rede 0,31648 nm:

(a) (100) (b) (110) (c) (111)29 Calcule a densidade atmica planar, em tomos por milmetro quadrado,

dos seguintes planos cristalogrficos do nquel, que tem estrutura CFC,com parmetro de rede 0,35236 nm:

(a) (100) (b) (110) (c) (111)30 Calcule a densidade atmica linear, em tomos por milmetro, das

seguintes direces do tntalo, que tem estrutura CCC, com parmetrode rede 0,33026 nm:

(a) [100] (b) [110] (c) [111]31 Calcule a densidade atmica linear, em tomos por milmetro, das

seguintes direces da platina, que tem estrutura CFC, com parmetro derede 0,39239 nm:

(a) [100] (b) [110] (c) [111]

5 Aula32 Uma amostra de um metal CCC foi colocada num difractmetro de raios

X, utilizando raios X de comprimento de onda = 0,1541 nm. A difracopelos planos {310} ocorreu para 2 = 101,502. Calcule o valor doparmetro de rede deste elemento metlico CCC. (Considere difracode primeira ordem, n = 1.)

33 Raios X de comprimento de onda desconhecido foram difractados poruma amostra de nquel. Para os planos {220}, o ngulo 2 medido foi102,072. Qual o comprimento de onda dos raios X utilizados?(Parmetro de rede do nquel = 0,352236 nm; considere difraco deprimeira ordem, n = 1.)


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34 Um espectro de difraco de um elemento com estrutura cristalina CCCou CFC apresenta picos de difraco para os seguintes valores do ngulo2 : 38,184, 44,392, 64,576 e 77,547 (O comprimento de onda daradiao incidente foi 0,154056 nm).

(a) Determine a estrutura cristalina do elemento.(b) Determine o parmetro de rede do elemento.(c) Identifique o elemento.

35 Um espectro de difraco de um elemento com estrutura cristalina CCCou CFC apresenta picos de difraco para os seguintes valores do ngulo2 : 38,116,44,277, 64,426 e 77,472. (O comprimento de onda daradiao incidente foi 0,154056 nm).

(a) Determine a estrutura cristalina do elemento.(b) Determine o parmetro de rede do elemento.(c) Identifique o elemento.

36 Um espectro de difraco de um elemento com estrutura cristalina CCCou CFC apresenta picos de difraco para os seguintes valores do ngulo2 : 40,113, 46,659, 68,080 e 82,090. (O comprimento de onda da

radiao incidente foi 0,154056 nm).(a) Determine a estrutura cristalina do elemento.(b) Determine o parmetro de rede do elemento.(c) Identifique o elemento.

6 Aula37 Considere a cementao de uma roda dentada de um ao 1020

(0,20% pond.), a 927 C. Calcule o tempo necessrio para aumentar oteor de carbono, distncia de 0,50 mm abaixo da superfcie, para

0,40% pond. Considere que o teor de carbono superfcie 1,10% pond.e que antes da cementao, o teor nominal de carbono na roda de aoera 0,20% pond. D (C no ferro ) a 927 C = 1,28 x 10-11 m2/s.

38 Pretende-se cementar, a 927 C, a superfcie de uma roda dentada deao 1022 (0,22% pond.). Calcule o tempo necessrio para aumentar oteor de carbono, distncia de 0,90 mm abaixo da superfcie, para0,35% pond. Considere que o teor de carbono superfcie 1,20% pond.D (C no ferro ) a 927 C = 1,28 x 10-11 m2/s.

39 Pretende-se cementar, a 927 C, uma roda dentada feita de ao 1022

(0,22% pond.). Calcule o teor de carbono distncia de 1,00 mm abaixo


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da superfcie, aps 3 h de tratamento. Considere que o teor de carbono superfcie da roda 1,00% D (C no ferro ) a 927 C = 1,28 x 10-11 m2/s.

40 Pretende-se cementar, a 927 C, uma roda dentada feita de ao 1022(0,22% pond.). Calcule o teor de carbono distncia de 1,30 mm abaixoda superfcie, aps 8h de tratamento.Considere que o teor de carbono superfcie da roda 1,20% pond.D (C no ferro ) a 927 C = 1,28 x 10-11 m2/s.

41 Pretende-se cementar, a 927 C, a superfcie de uma roda dentada deao 1018 (0,18% pond.). Calcule o tempo de tratamento necessrio paraaumentar o teor de carbono distncia de 0,95 mm abaixo da superfcie,para 0,40% pond. Considere que o teor de carbono superfcie da roda 1,10% pond. D (C no ferro ) a 927 C = 1,28 x 10-11 m2/s.

42 Pretende-se cementar, a 927 C, a superfcie de uma roda dentada deao 1020 (0,20% pond.). Calcule o teor de carbono distncia de 1,10mm abaixo da superfcie, aps 7 h de tratamento. Considere que o teorde carbono superfcie da roda 1,10% pond. D (C no ferro ) a 927 C =1,28 x 10-11 m2/s.

43 Pretende-se cementar, a 927 C, uma roda dentada de ao 1022(0,22% pond.). Ao fim de 6 h de tratamento, qual ser a profundidade, emmm, qual o teor de carbono 0,35% pond.? Considere que o teor decarbono superfcie da roda 1,15% pond. D (C no ferro ) a 927 C =1,28 x 10-11 m2/s.

7 Aula44 Considere uma liga com 70% pond. Ni e 30% pond. Cu (ver diagrama Cu-

Ni).(a) Faa a anlise das fases presentes em equilbrio temperaturade 1350 C. Na anlise das fases inclua:

(i) Quais so as fases presentes?(ii) Qual a composio qumica de cada uma das fases?(iii) Qual a proporo de cada uma das fases?

(b) Faa uma anlise semelhante para a temperatura de 1500 C.(c) Esboce as microestruturas que a liga apresenta a cada uma dastemperaturas acima referidas, usando um campo circular deobservao no microscpio.


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45 Considere o diagrama de fases binrio eutctico cobre - prata. Faa aanlise das fases presentes na liga com a composio 75% pond. Cu -25% pond. Ag, s seguintes temperaturas:

(a) 1000 C, (b) 800 C, (c) 780C + T e (d) 780C - T.Na anlise das fases inclua:

(i) As fases presentes.(ii) As composies qumicas das fases.

(iii) As propores de cada uma das fases.(iv) Esboos das microestruturas, usando campos circulares com 2cm de dimetro.


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46 Se 750 g de uma liga com 80% pond. Ag - 20% pond. Cu for arrefecidalentamente desde 1000 C at uma temperatura imediatamente inferior a780 C (ver diagrama de fases Ag-Cu):

(a) Quantos gramas de lquido e beta pr-eutctico esto presentesa 800 C?(b) Quantos gramas de lquido e beta pr-eutctico esto presentesa 780 C + T?(c) Quantos gramas de alfa esto presentes na estrutura eutctica a780 C - T?(d) Quantos gramas de beta esto presentes na estrutura eutcticaa 780 C - T?


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8 Aula47 temperatura de 183 C - T, uma liga chumbo-estanho (Pb - Sn)

constituda por 75% pond. de pr-eutctico e 25% pond. da misturaeutctica ( + ). Calcule a composio mdia desta liga.

48 temperatura de 50 C, uma liga Pb - Sn constituda por 30% pond. de e 70% pond. de . Qual a composio mdia de Pb e de Sn nesta

liga?


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49 Uma Iiga com 75% pond. Pb e 25% pond. Sn arrefecida lentamentedesde 250 C at 27 C.

(a) A liga hipoeutctica ou hipereutctica?(b) Qual a composio qumica do primeiro slido a formar-se?(c) Quais so as composies e propores de cada uma das fasespresentes na liga temperatura de 183 C + T?(d) Quais so as composies e propores de cada uma das fasespresentes na liga temperatura de 183 C - T?(e) Quais so as propores de cada uma das fases presentes naliga temperatura ambiente?

50 Considere uma liga Fe - Ni com 5,2% pond. Ni, que arrefecidalentamente desde 1550 C at 1450 C. Qual a percentagem em pesoda liga que solidifica atravs da reaco peritctica?


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51 Determine a percentagem em peso e as composies (percentagensponderais) de cada uma das fases presentes na liga Fe - Ni com 4,1%pond. Ni, a 1517 C

52 Considere o diagrama de fases Cu Zn:(a) Qual a solubilidade mxima, em percentagem em peso, de Znem Cu na soluo slida terminal ?(b) Identifique as fases intermdias presentes no diagrama de fasesCu - Zn.(c) Identifique trs reaces trifsicas invariantes no diagrama Cu - Zn.(d) Determine as coordenadas de composio e temperatura dasreaces invariantes.(e) Escreva as equaes das reaces invariantes.(f) Indique os nomes das reaces invariantes.


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53 Considere o diagrama de fases alumnio-nquel (Al - Ni). Em relao aeste diagrama de fases:

(a) Determine as coordenadas de composio e temperatura dasreaces invariantes.(b) Escreva as equaes das reaces trifsicas invariantes eindique os respectivos nomes.(c) Assinale as regies bifsicas deste diagrama de fases.

9 Aula54 Escreva as reaces correspondentes s trs reaces invariantes que

ocorrem no diagrama de fases Fe-Fe 3C


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55 Um ao-carbono hipoeutectide com 0,5 %C arrefecido lentamentedesde aproximadamente 950 C at uma temperatura ligeiramentesuperior a 723 C. Calcule a proporo em peso de austenite e de ferritepr-eutectide no ao.


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56 Um ao-carbono hipoeutectide com 0,5 %C arrefecido lentamentedesde aproximadamente 950 C at uma temperatura ligeiramenteinferior a 723 C.

(a) Calcule a proporo em peso de ferrite pr-eutectide do ao.(b) Calcule a proporo em peso de ferrite eutectide e a proporoem peso de cementite eutectide no ao.

57 Um ao-carbono contm 92 % pond. de ferrite e 8 % pond. de Fe 3C. Qualo teor ponderal mdio de carbono deste ao?

58 Um ao-carbono contm 6,6 % pond. de ferrite eutectide. Qual o teorponderal mdio de carbono deste ao?

10 Aula59 Um ao carbono hipereutectide com 1,05 %C arrefecido lentamente

desde aproximadamente 900 C at uma temperatura ligeiramentesuperior a 723 C. Calcule a proporo em peso de cementite pr-eutectide e a proporo em peso de austenite presentes no ao.


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60 Um ao-carbono hipereutectide com 1,05 %C arrefecido lentamentedesde aproximadamente 900 C at uma temperatura ligeiramenteinferior a 723C.

(a) Calcule a proporo em peso de cementite pr-eutectidepresente no ao.(b) Calcule a proporo em peso de cementite eutectide e aproporo em peso de ferrite eutectide presentes no ao.

61 Se um ao-carbono hipereutectide contiver 4,7 % pond. de cementitepr-eutectoide, qual o seu teor mdio de carbono?62 Um ao hipoeutectide contm 42,0 % pond. de ferrite eutectide. Qual oseu teor mdio de carbono?

63 Um ao-carbono hipereutectide com 0,9 %C arrefecido lentamentedesde aproximadamente 900 C at uma temperatura ligeiramenteinferior a 723 C.(a) Calcule a percentagem ponderai de cementite pr-eutectidepresentes no ao.(b) Calcule a percentagem ponderal de cementite eutectide e a

percentagem ponderai de ferrite eutectide presente no ao.

11 Aula64 Calcule a tenso nominal, em unidades SI, num varo com 2,40 cm de

dimetro submetido carga de 1 450 kg.65 Calcule a tenso nominal, em unidades do SI, numa barra com 12 cm de

comprimento e com uma seco recta com 4,00 mm x 8,50 mmsubmetida carga de 4500 kg.

66 Um provete de traco de uma chapa de lato para cartuchos tem umaseco recta com 12,7 mm x 0,4 mm e 50,8 mm de comprimento dereferncia. Calcule a extenso nominal no instante em que a distnciaentre as marcas de referncia de 62,2 mm.

67 Um varo de uma liga de alumnio com 1,28 cm de dimetro traccionado at fractura. Se o dimetro final do varo na superfcie defractura for de 1,10 cm, qual a percentagem de reduo de rea sofridapela amostra durante o ensaio?


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68 Os valores seguintes de tenso nominal-extenso nominal foram obtidoscom um ao-carbono com 0,2 %C.

(a) Trace a curva de tenso nominal-extenso nominal.(b) Determine a tenso de ruptura da liga.(c) Determine a extenso at fractura.

TensoNominal

MPa

ExtensoNominal

Mm/mm0 0

207 0,001379 0,002413 0,005469 0,01496 0,02510 0,04517 0,06524 0,08517 0,10503 0,12475 0,14448 0,16386 0,18351 0,19 (fractura)


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69 Os valores seguintes de tenso nominal-extenso nominal foram obtidosno incio de um ensaio de traco de um ao-carbono com 0,2 %C.

(a) Trace a curva de tenso nominal-extenso norninalcorrespondente a estes valores.(b) Determine a tenso de prova a 0,2% deste ao.(c) Determine o mdulo de elasticidade deste ao. (Note queestes valores se referem apenas parte inicial da curva detenso-extenso).

TensoNominal

MPa

ExtensoNominalMm/mm

0 0103 0,0005207 0,001276 0,0015345 0,0020413 0,0035455 0,004482 0,006496 0,008

70 Um provete de uma liga de alumnio com 1,28 cm de dimetro submetido carga de 110 000 N. Se, no instante em que est aplicadaesta carga, o dimetro do provete for 1,24 cm, determine:

(a) a tenso e extenso nominais(b) a tenso e extenso reais.

71 Um provete de uma liga de alumnio com 1,28 cm de dimetro submetido carga de 9 525 kg. Se, no instante em que est aplicadaessa carga, o dimetro do provete for 11,4 mm, determine:

(a) a tenso e extenso nominais(b) a tenso e extenso reais.


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12 Aula72 Num diagrama de transformao isotrmica trace curvas de

arrefecimento temperatura-tempo de um ao 1080, que conduzam sseguintes microestruturas (considere que o ao est inicialmente noestado austentico, ou seja, t=0 e 850 C).

(a) 100% martensite,(b) 50% martensite e 50% perlite grosseira,(c) 100% perlite fina,(d) 50% martensite e 50% bainite superior,(e) 100% bainite superior,(f) 100% bainite inferior.

73 Amostras finas de uma banda de 0,3 mm de espessura de um ao 1080laminado a quente foram tratadas termicamente do modo indicado emseguida. Baseando-se no diagrama TI da figura que se segue, determinea microestrutura de amostras do ao aps cada tratamento trmico.

(a) Aquecimento durante 1 h a 860 C; tmpera em gua.(b) Aquecimento durante 1 h a 860 C; tmpera em gua;reaquecimento durante 1 h a 350 C. Qual o nome deste tratamentotrmico?(c) Aquecimento durante 1 h a 860 C; tmpera num banho de saisfundidos a 700 C e manuteno de 2 h; tmpera em gua.(d) Aquecimento durante 1 h a 860 C; tmpera num banho de saisfundidos a 260 C e manuteno de 1 min; arrefecimento ao ar.Qual o nome deste tratamento trmico?(e) Aquecimento durante 1 h a 860 C; tmpera num banho de saisfundidos a 350 C e manuteno de 1 h; arrefecimento ao ar. Qual onome deste tratamento trmico?(f) Aquecimento durante 1 h a 860 C; tmpera em gua;reaquecimento durante 1 h a 700 C.


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13 Aula74 Considere uma pilha galvnica magnsio-ferro formada por um elctrodo

de magnsio imerso numa soluo 1 M de MgSO4 e por um elctrodo deferro numa soluo 1 M de FeSO4. Os elctrodos e o respectivoelectrlito esto separados por uma parede porosa, e toda a clulaelectroltica est a 25 C. Os dois elctrodos esto ligados exteriormentepor um fio de cobre.

(a) Qual dos elctrodos o nodo?(b) Qual dos elctrodos corrodo?(c) Em que direco flem os electres?(d) Em que direco se movem os anies presentes nas solues?(e) Em que direco se movem os caties presentes nas solues?(f) Escreva a equao da reaco de meia-pilha que ocorre nonodo.(g) Escreva a equao da reaco de meia-pilha que ocorre noctodo.

75 Uma pilha galvnica do tipo padro formada por elctrodos de zinco e

de estanho. Qual dos elctrodos o nodo? Qual dos elctrodos corrodo? Qual a f.e.m. da pilha?76 Uma pilha galvnica do tipo padro formada por elctrodos de ferro e

de chumbo. Qual dos elctrodos o nodo? Qual dos elctrodos corrodo? Qual a f.e.m. da pilha?

77 A f.e.m. de uma pilha galvnica Ni - Cd do tipo padro -0, 1 53 V. Se af.e.m. padro para a reaco de meia-pilha de oxidao do Ni for de -0,250 V e o cdmio for o nodo, qual a f.e.m. padro da reaco demeia-pilha do cdmio?

78 Uma pilha galvnica, a 25 C, constituda por um elctrodo de zinconuma soluo 0,03 M de ZnSO4 e por um elctrodo de cobre numasoluo 0,06 M de CuSO4. Qual a f.e.m. da pilha?

79 Um elctrodo de nquel est imerso numa soluo de NiSO4 a 25 C. Dequanto deve ser a molaridade da soluo para que o elctrodo apresenteum potencial de -0,2842 V em relao ao elctrodo padro dehidrognio?

80 Um elctrodo de cobre est imerso numa soluo de CuSO 4 a 25 C. Dequanto deve ser a molaridade da soluo para que o elctrodo tenha umpotencial de +0,2985 V em relao ao elctrodo padro de hidrognio?


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81 Uma das extremidades de um fio de zinco est imersa num electrlito0,07 M de ies Zn2+ e a outra extremidade est imersa num electrlito0,002 M de ies Zn2+, estando os dois electrlitos separados por umaparede porosa.

(a) Qual das extremidades do fio corroda?(b) Qual ser a diferena de potencial entre as duas extremidadesdo fio, logo que ele imerso nos electrlitos?

14 Aula82 Num determinado processo de revestimento electroltico, utiliza-se uma

corrente de 15 A para dissolver um nodo de cobre. Qual a velocidadede corroso do nodo em gramas por hora?

83 Num processo para deposio electroqumica de cdmio, utiliza-se umacorrente de 10 A para dissolver o nodo de cdmio. Qual o temponecessrio para corroer 8,2 g do nodo de cdmio?

84 Um tanque em ao macio, com 60 cm de altura e com uma basequadrada de 30 cm x 30 cm, contm gua arejada at uma altura de 45

cm e sofreu uma perda de peso por corroso de 350 g ao fim de umperodo de 4 semanas. Calcule:(a) a intensidade da corrente de corroso(b) a respectiva densidade de corrente de corroso. Considere quea corroso uniforme em todas as superfcies e que o ao macio corrodo da mesma maneira que o ferro puro.

85 Um tanque cilndrico em ao est revestido interiormente com umacamada espessa de zinco. O tanque tem 50 cm de dimetro e 70 cm dealtura, e est cheio com gua arejada at 45 cm de altura. Se a correntede corroso for 5,8 x 10-5 A/cm2, qual ser a velocidade de corroso dozinco em gramas por minuto?

86 Um tanque em ao macio contendo gua quente corrodo a umavelocidade de 90 mdd. Se a corroso for uniforme, quanto tempo sernecessrio para que a espessura da parede do tanque sofra umadiminuio de 0,40 mm?

87 Um tanque em ao macio contendo uma soluo de nitrato de amnio corrodo a uma velocidade de 6000 mdd. Se a corroso for uniforme emtoda a superfcie interior, quanto tempo ser necessrio para que aespessura da parede do tanque sofra uma diminuio de 1,05 mm?


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88 Se uma superfcie de zinco for corroda com uma densidade de correntede 3,45 x 10-7 A/cm2, qual a espessura de metal corroda ao fim de 210dias?

89 Um recipiente novo de alumnio apresenta, ao fim de 350 dias, picadas decorroso que atravessam completamente as suas paredes. Se as picadastiverem um dimetro mdio de 0,170 mm e a espessura da parede dorecipiente for de 1,00 mm, qual o valor mdio de intensidade de correnteque est associado formao de uma picada? Considerando a rea deuma picada, qual o valor da densidade de corrente? Considere que aspicadas tm uma forma cilndrica.

90 Um recipiente novo de alumnio desenvolve picadas de corroso queatravessam completamente as suas paredes, com uma densidade decorrente mdia de 1,30 x 10 -4 A/cm2. Se as picadas tiverem um dimetromdio de 0,70 mm e a espessura do alumnio for de 0,90 mm, quantosdias sero necessrios para que uma picada atravesse completamente aparede do recipiente? Assuma que a picada tem uma forma cilndrica eque a corrente de corroso actua uniformemente sobre a superfcie da

picada.

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