INGENIERA QUMICA METALRGICA

Laboratorio de FundicinFacultad de QumicaProfesor: Adrin Manuel Amaro VilledaSemestre: 2014 2 Fecha: 16 de Mayo 2014 Ciudad Universitaria, Mxico DF. C

PRESENTADO POR:Edgar Leyva Daz

Reporte de Prctica 4: Sistema de colada y alimentadores

PRCTICA 4 Sistema de Colada y Alimentadores

Objetivos: El alumno comprender la importancia de colocar alimentadores en las piezas hechas por fundicin para disminuir defectos en las piezas hechas por fundicin.El alumno ocupara el mtodo de Chvorinov y de Adams Taylor para conocer las dimensiones de los alimentadores para una pieza de hierro nodular. Discutir las diferencias que observe. El alumno describir lo que es un sistema de colada y calcular las dimensiones apropiadas de acuerdo a la pieza a fabricar. Con los resultados obtenidos, decidir si los alimentadores y sistemas de colada diseados para la prctica fueron los correctos.

Introduccin: Un alimentador es un recipiente (reservorio) de metal lquido cuya funcin es evitar que se efectue el rechupe o contraccin en la pieza.Tal rechupe se traslada al alimentador, quedando de esta forma la pieza sin rechupe. El rechupe no se puede evitar o suprimir, solamente se traslada al alimentador, en otras palabras el alimentador tiene dos rechupes: el de la pieza y el del alimentadorSe consideran tres condiciones bsicas para el funcionamiento de un alimentador:Figura 1. Ejemplo de alimentador superior

Abierto a la atmsfera Altura superior del alimentador mayor a la altura superior de la pieza Tiempo de solidificacin del alimentador mayor al tiempo de solidificacin de la piezaDistancia de alimentacinEs la distancia a la cual el alimentador manda metal lquido para subsanar los rechupes. Depende del tipo de solidificacin que presente una aleacin. La distancia de alimentacin es mayor para las aleaciones de corto rango de solidificacin debido a que su solidificacin presenta frentes planos. En cambios las aleacines de rango largo de solidificacin presentan, en su solidifcacin, frentes rugosos que impiden el flujo fcil. Para aumentar las distancias de alimentacin se pueden utilizar los enfriadores externos Mdulo de solidificacinEs de gran utilidad para el clculo de alimentadores. Es una relacin entre el rea de transferencia de calor (de la pieza o alimentador) y el volumen de la pieza o alimentador. Los alimentadores se colocarn donde se encuentre un valor mayor de Ms. Mtodos para el clculo de alimentadoresa) Chvorinov: Considera que tsA = 1.25 tsP, cumpliendo con una de las tres reglas para alimentadores: tsA > tsP

La ecuacin anterior proviende de igualar la expresin que relaciona el espesor solidificado de una pieza con distintas propiedades termo-fsicas de la pieza y el medio de moldeo. b) Adams Taylor Adams & Taylor modificaron el criterio de Chvorinov, considerando que el tiempo total de solidificacin de la pieza es igual al tiempo de solidificacin del alimentador o sea tsP = tsA. Esto siempre y cuando se considere a un nuevo parmetro VFA (volumen final del alimentador).VAVFAaaba = contraccin debida a la piezab = contraccin debida al alimentadora + b = contraccin total

Figura 1. Concepto de volumen final de alimentador.

La ecuacin que ser de gran utilidad para calcular las dimensiones de los alimentadores de acuerdo con este modelo es:

Sistema de colada Es un conjunto de ductos cuya funcin es conducir al metal lquido desde el exterior hasta la impresin del molde (pieza), bajo condiciones controladas de velocidad, presin y gasto.El metal lquido recorre primero la bajada, despus el corredor y por ltimo se conduce a travs de las entradas para desembocar en la pieza o impresin del moldeEl objetivo de clculo para sistema de coladas consiste en determinar el rea transversal total de las bajadas (A), el rea transversal total de los corredores (B) y el rea transversal total de las entradas (C). Las relaciones utilizadas para este clculo son las siguientes:

Sistema no presurizado: Para aleacin lquidas con alta reactividad con el oxgeno del aire.Por ejemplo: aleaciones lquidas base cobre, aleaciones lquidas base alumnio, aleaciones lquidas base magnesioSistema Presurizado: Para aleacin lquidas con baja reactividad con el oxgeno del aire.Por ejemplo: aceros lquidos

Clculos y resultados:Se muestra el esquema de la pieza que se fabric, se realiz la divisin de la pieza en siete zonas de acuerdo al volumen y a las reas de transferencias:

Zona 1 Zona 2Zona 3Zona 4Zona 5Zona 6Zona 7Zona 8

Figura 4. Esquema de la pieza fabricada de hierro nodular Se muestran los volmenes y reas de transferencia de cada zona, as como los mdulos de solidificacin. ZonaDimetroAlturarea de transferenciaVolumenMdulo de solidificacin

15,52,160,0449,890,83

27,44133,7172,031,23

33,85,262,0758,970,95

45,73,868,0496,971,43

53,82,732,2330,620,95

67,43,7133,7160,031,2

73,8335,8134,020,95

87,41,878,8277,420,98

Tabla 1. Diferentes dimensiones de las piezas. Se elegir colocar los alimentadores en las zonas donde existe un mayor mdulo de solidificacin, en este caso las zona 1 y 8, que presentan valores similares de mdulos de solidificacin.

Clculo de alimentadores segn Chvorinov:

Debido a que la forma del alimentador es cilndrica: Se usar la relacin H/D= 1.

Dimensiones para el cuello de un alimentador superior:

Ln= Altura del cuelloSe recomienda que, por lo tanto:

Dn= dimetro del cuello

Dn= 4.37 Clculo de alimentadores segn Adams Taylor:

El rea de transferencia de calor se puede sustituir por:

La ecuacin finalmente queda:

Considerando los siguientes parmetros:

Sustituyendo en la ecuacin, queda la siguiente ecuacin por resolver:

Resolviendo la ecuacin cuadrtica se obtiene:

Dimensiones para el cuello de un alimentador superior:

Ln= Altura del cuelloSe recomienda que, por lo tanto:

Dn= dimetro del cuello

Dn= 6.22

Sistema de colada 13.76.31.75Altura de bajada: 11.4 cmDimetro inferior: 1.6 cmDimetro superior: 3.4 cmDistancia de la bajada al primer corredor: 7.7 cm

Se considera un sistema presurizado, por lo tanto las relacin A:B:C es : 1.0:0.95:0.90.Espesor crtico de la pieza: 1.52 pulgadasMasa de la pieza: 11.5 lbClculo de gasto volumnico:

Debido a que no es un sistema ideal, se considera un coeficiente de descarga igual a 0.85.

Clculo de rea transversal de bajada

Clculo del dimetro

rea transversal inferior de bajada = 0.6725 cm2rea transversal total del corredor: 0.6340 cm2rea transversal total de la(s) entradas(s) =0.6 cm2 tiempo de llenado terico = 19.69

Anlisis de resultados

Panel de fotografas 1. IIzquierda: Alimentadores para una pieza de colada de hierro nodular Derecha: Piezas de colada de hierro nodular. Superior: Con sistema de alimentacin Inferior: Sin sistema de alimentacin. De acuerdo con las fotografas presentadas anteriormente se observa la importancia de colocar alimentadores en nuestras piezas de fundicin. Al inspeccionar la pieza a la cual no se coloc alimentador se pudo observar la presencia de rechupes, esto deteriora notablemente la calidad del producto. Al colocar alimentadores los rechupes se volvieron casi nulos. Es importante recordar que el rechupe no se elimina, sino que se traslada al alimentador.

AlimentadorD, H (cm) Ln (cm)Dn(cm)Volumen Alimentador (Sin cuello) (cm3)

Chvorinov8.262.734.37373.95

Adams-Taylor11.93.956.22501.64

Empleados en la prcticaD= 5H=5.822.5113.88

El gasto de metal para colocar un sistema de alimentacin calculado por Chvorinov es de 747 cm3 y de 1002 cm3 por Adams Taylor. No se analizaron las piezas, sin embargo se espera que si los alimentadores que se colocaron en la pieza hubieran respetado los criterios calculados, se disminuye la probabilidad de encontrar rechupes. De acuerdo con la literatura el valor de la distancia efectiva de alimentacin para un hierro nodular es de 18 cm (en nuestro caso 36 cm por tener dos alimentadores), la longitud de nuestra pieza era aproximadamente de 30 cm, por lo tanto colocar dos alimentadores si es una propuesta viable para eliminar los rechupes. Las dimensiones obtenidas para el sistema de colada son similares a las que se llevaron a cabo en el experimento. Esto ayuda para obtener una pieza sana, libre de defectos asociados a flujo de fluidos (formacin de escoria, erosin de arena de moldeo y atrapamiento de gases) ConclusionesAlimentadorD, H (cm) Ln (cm)Dn(cm)Volumen Alimentador (Sin cuello) (cm3)

Chvorinov8.262.734.37373.95

Adams-Taylor11.93.956.22501.64

Empleados en la prcticaD= 5H=5.822.5113.88

Los alimentadores son de gran utilidad para evitar defectos por contraccin en piezas de fundicin. Se calcularon las dimensiones del almentador por los mtodos de Chorinov y Adams Taylor obtenindose los siguientes resultados.

Los sistemas de colada son importantes para evitar problemas por flujo de fluidos, los resultados obtenidos fueron:rea transversal inferior de bajada = 0.6725 cm2rea transversal total del corredor: 0.6340 cm2rea transversal total de la(s) entradas(s) =0.6 cm2 tiempo de llenado terico = 19.69 Bibliografa Material de Apoyo para la clase de fundicin.UNAM. Facultad de Qumica.Smiley, Schidt. Computer Design of Feeding Systems for Iron Castings. Amercan Foundry Society.

ANEXO. Distancias de alimentacn para diferentes metals.