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Fundición

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Análisis del calentamiento del metal

H = ρ V [ Cs (Tm – To) + Hf + Cl (Tp – Tm) ]

Donde:

H = Calor requerido para llevar un volumen V de metal a la

temperatura de colada

ρ = Densidad del material

Cs = Calor específico del metal en estado sólido

Tm = Temperatura de fusión

To = Temperatura ambiente

Hf = Calor de fusión

Cl = Calor específico del metal en estado líquido

Tp = Temperatura de colada

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Análisis de la colada de metal fundido

Aplicando Bernoulli al problema de la

colada, tenemos que:

h1 = h; h2 = 0

p1 = p2 = 1 atm

v1 = 0; v2 = v

F1 = F2 = 0 (despreciamos las pérdidas)

En estas condiciones:

Bernoulli

Continiudad

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Análisis de la física de la colada (cont.)

Es conveniente que el flujo no sea turbulento.

Para ello, el Número de Reynolds

Re = v D ρ / μ ≤ 5x104

Tomando valores típicos para D, ρ y μ, tenemos que:

v ≤ 1.5 m/s

Tiempo de llenado del molde:

donde:

V = volumen de la cavidad del molde

Q = caudal (puede calcularse como Q = vA, donde A es

la sección de la compuerta )

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Solidificación de metales puros

Curva de enfriamiento

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Solidificación de metales puros

Estructura granular

Estructura granular típica de metales puros con granos de tamaño

pequeño orientados al azar cerca de la pared del molde y granos

grandes columnares orientados hacia el centro en el interior.

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Solidificación de aleaciones

Diagrama de fase y curva de enfriamiento

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Solidificación de aleaciones

Estructura granular

Estructura granular típica de aleaciones donde se aprecia la

segregación de los componentes de aleación en el centro.

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Molde en forma de espiral para medir fluidez

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Tiempo de solidificación

Regla de Chvorinov

TST = Cm (V/A)n

Donde:

Tst = Tiempo de solidificación total

Cm = Constante de molde

V = Volumen de la fundición

A = Superficie de la pieza

n = exponente normalmente igual a 2

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Contracción

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Contracción

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Diseño de aportadores usando la regla de Chvorinov

Buscamos dimensionar un aportador de tal forma que su Tst sea un

20% mayor que el de la pieza. Para ello hacemos:

Tst Aportador = 1,2 Tst Pieza (1)

TstAportador = Cm (VAportador /AAportador)2 (2)

TstPieza = Cm (VPieza /APieza)2 (3)

Para un aportador cilíndrico tenemos:

AAportador = π/4 D2 + π D H (4)

VAportador = π/4 D2 H (5)

r = H/D (6)

Reemplazar (6) en (4) y (5),

luego (4) y (5) en (3) y

finalmente (2) y (3) en (1).

Despejar D

Nota: VPieza , Apieza y r son dato

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Fundición en arena verde