พลังงานต่อหน่วยในการหลอมอลูมิเนียม

 

โดย วัชรา ขนิษฐบุตร

 

            เป็นที่ทราบกันดีว่า มีแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงชิ้นส่วนต่างๆ จากเหล็กหล่อเป็นโลหะผสมของอลูมิเนียม ตัวอย่างเช่น ในปี 2545 รถยนต์1 คัน หนักประมาณ 1,397 กิโลกรัม ใช้ชิ้นส่วนที่เป็นเหล็กหล่อ 12% หรือหนัก 167 กิโลกรัม ชิ้นส่วนที่เป็นโลหะผสมของอลูมิเนียม 7% หรือหนัก 98 กิโลกรัม  แต่ในปี 2553 รถยนต์ 1 คันหนักประมาณ 1,365 กิโลกรัม ใช้ชิ้นส่วนที่เป็นเหล็กหล่อ 9%  หรือหนัก 123 กิโลกรัม ชิ้นส่วนที่เป็นโลหะผสมของอลูมิเนียม 10% หรือหนัก 137 กิโลกรัม

            นอกจากชิ้นสวนยานยนต์แล้ว ยังมีการใช้อลูมิเนียมผสมในชิ้นส่วนอื่น ๆ เช่น ชิ้นส่วนคอมเพรสเซอร์ เป็นต้น ยิ่งแสดงถึงความสำคัญของการหล่อหลอมอลูมิเนียม เพื่อตอบสนองความต้องการดังกล่าว

            ในบทความนี้ท่านจะได้ทราบพื้นฐานของการหล่อหลอมอลูมิเนียม เริ่มจากการใช้พลังงานในการหล่อหลอมต่อหน่วยน้ำหนักของอลูมิเนียม

- 2 -

 

ข้อมูลต่างๆ ของอลูมิเนียม

 

สัญลักษณ์ Al            จุดหลอมตัว 660 ⁰ซ

                                    ความถ่วงจำเพาะ 2.70 กรัม/ ลบ.ซม.

ความร้อนแฝงในการเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว 94.4 kcal/kg

            ความร้อนจำเพาะที่ช่วง  (25-600 ⁰ซ)         0.288 kcal/kg ^oc

            ความร้อนจำเพาะที่ช่วง  (660-1000 ⁰ซ)     0.26   kcal/kg ^oc

 

Basic 1 kg of Al

 

โจทย์  จงหาปริมาณความร้อนที่ใช้ในการทำให้อลูมิเนียม 1 กิโลกรัม จากสภาพที่เป็นของแข็งที่ 25⁰ซ หลอมตัวกลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ 750⁰ซ

 

จากสูตร

                   Q = mcp₁DT + mH + mcp₂DT

 

 

Q       คือปริมาณความร้อน หน่วยเป็น kcal/kg

m      คือ มวลของชิ้นงาน 1 kg

cp      คือ ความร้อนจำเพาะของอลูมิเนียม

            cp₁ (25 – 660 ^oซ)  = 0.288  kcal/kg ^oC

            cp₂ (660 – 1000 ^oซ)  = 0.26  kcal/kg ^oC

DT     ผลต่างของอุณหภูมิเริ่มแรกกับอุณหภูมิสุดท้ายในช่วงที่คำนวณ

H       คือความร้อนแฝงของอลูมิเนียม = 94.4 kcal/kg

 

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ = ปริมาณความร้อนที่ทำให้อลูมิเนียมร้อนจาก 25 ^oซ เป็น 660 ^oซ

+ ปริมาณความร้อนแฝงที่ทำให้อลูมิเนียมของแข็งที่ 660 ^oซ กลายเป็นของเหลวที่ 660 ^oซ

+ ปริมาณความร้อนที่ทำให้อลูมิเนียมที่เป็นของเหลวที่ 660 ^oซ ร้อนขึ้นเป็น 750 ^oซ

- 3 -

 

 

Q       =       1 kg    x    0.288 kcal/kg ^oC    x   (660 – 25 ) ^oC

 

                   + 1  kg   x   94.4  kcal/kg

                  

                   + 1  kg   x   0.26  kcal/kg ^oC   x   (750 - 660) ^oC

 

          =       182.88 + 94.4 + 23.4   kcal

            =       300.68   kcal

 

 

สรุป                 ปริมาณความร้อนที่ทำให้อลูมิเนียมร้อนจาก 25 ^oซ  จนหลอมตัวที่ 660^oซ

                        และมีอุณหภูมิสูงถึง 750 ^oซ คือ 300.68 kcal/kg