SISTEMA DE COLADAEntradasBebedero

Un sistema de colada, es el encargado de llevar el metal lquido hasta llenar la cavidad del molde para obtener una pieza fundida sin defectos.

1.- Principios bsicos del diseo de Sistemas de Colada para piezas fundidas.Principios de mecnica de fluidos.Conocimientos de turbulencia.Dimensionamiento de canales para fundicin.

2.- Diseo de sistemas de canales buscando reducir la formacin de xidos.Interaccin Metal Lquido Atmsfera.Principales xidos formados.Diseo de canales buscando reducir la turbulencia.

FUNCIONES DEL SISTEMA DE COLADAReducir la turbulencia del flujo del metal lquido a medida que recorre el sistemas de canales y llenar la cavidad del molde.Menor Turbulencia, menor Erosin, mayor facilidad de separar las escorias.Evitar las regiones de baja presin junto al flujo metlico que favorezcan la aspiracin de aire o gases del molde.Permitir el llenado del molde en un tiempo establecido.Contribuir al establecimiento de gradientes trmicas que favorezcan la alimentacin de las piezas.Eliminar o reducir al mnimo las habilidades personales en el momento del vertido del metal al molde.

LEY DE CONTINUIDADS1v1S2v2La cantidad de fluido que pasa por cada seccin en un instante debe ser constante.Q = S x vQ1 = Q2Q = S1. v1 = S2.v2.Q = Flujo en todos los puntos del sistema de colada. cm3/s.A = rea de la seccin transversal. cm2.v = Velocidad del fluido. cm/s.

ECUACIN DE BERNOULLV1s1V2S2x1x2K1p1p2k2h = Energa potencial.v/2g = Energa de velocidad (cintica).p/d = Energa de presin

ECUACIN DE TORRICELLIPv1= 0pv2hh1 = hh2 = 0Aplicando la Ecuacin de . Bernoulli:hCada libre de un fluido

LEY DE LA CONSERVACIN DE LA ENERGAEfecto de la abrasin metal lquido molde:Sistemas presurizados: a = 0,25 a 0,50

Sistemas no presurizados: a = 0,55 a 0,75

Los problemas de contaminacin con gas, escorias, xidos y aspiracin de gas estn unidos al ingreso del metal, es decir al tipo de flujo, laminar o turbulento expresado por el Nmero de Reynolds.v = Velocidad del fluido (metal lquido) (cm / s)DH = Dimetro del canal (cm) = Velocidad cinemtica del fluido (metal lquido) (cm2/s) para aceros al carbono

Turbulencia Nmero de Reynolds

El dimetro hidralico DH del canal est dado (una funcin de la geometra del canal)

DH = 4 x rea de la seccin transversal.Permetro de la seccin transversal

El flujo es laminar cuando el N Re igual o < 2000El flujo es enteramente turbulento cuando el N Re est entre 2 000 a 20 000El flujo es severamente turbulento cuando el N Re es > 20 000

LaminarTurbulentoFactor De friccin20 000N ReynoldsRelacin entre el factor de friccin, el N de Reynolds y las caractersticas del flujoAceroMaleable

Efectos de MomentosLa primera ley de Newton del estado: Un cuerpo en movimiento continuar movindose en una direccin determinada, hasta que otra fuerza se ejerza sobre l y le cambie la direccin12Q = a1v1 = a2v2Efecto del cambio de rea de la seccin del canal

0 510 15 20 25 30velocidad en ft/s70

60

50

40

30

20

10

0Carga de presin en pulgadas de lquido175

150

125

100

50

20

Carga de presin en cm de lquido 12 3 4 5 6 7 89 m / sr/d = 1r/d = 6Efecto de los codos del sistema de colada sobre el flujo de metalrr

Necesidad de disear ferrodinamicamente los sistemas de colada para reducir la turbulenciaBebedero recto atrapa aire

En el caso de bebedero recto, la aspiracin de gases se aprecia as:123h2hChTVelocidad en el punto 3 (pulg/s)

PREVENCIN DE ASPIRACIN DE GASES123hthCh2Como en el caso anterior para los puntos (2) y (3)Para evitar la aspiracin de gases P2 = P3.Por ley de continuidad: A2.v2 = A3.v3.y h2 = ht - hc

POSICIN DEL SISTEMA DE COLADA EN EL MOLDETomando en cuenta:Las dificultades tcnicas de moldeo.Dificultades para el vertido.La posicin del modelo de acuerdo a la forma de la pieza.De acuerdo a las diversas posiciones del sistema de colada:Por la parte superior.Lateralmente.Por la parte inferior.Las dimensiones de la caja de moldeo.Posibilidades del movimiento de la cuchara.

Colada por la parte superiorColada por la parte inferiorColada por la parte lateral de la pieza

LA RELACIN DE COLADADescribe las reas relativas de las secciones transversales de los componentes de un sistema de colada.a.- Balsa o taza de colada.b.- Bebedero.c.- Bacn o Pozo.d.- Canal de colada.e.- Entradas.f.- Extensin del canal.

R.Crea seccin transversal del bebedero: rea seccin transversal del canal de colada: rea seccin transversal de las entradas.SISTEMA PRESURIZADO: El rea total de las entradas no debe ser mayor que la del bebederorea = 6,45 cm2rea = 4,84 cm2rea total = 3,22 cm21 : 0,75 : 0,5Tambin: 1 : 2 : 1Mantiene lleno de metal el sistema.

rea = 3,22 cm2rea = 9,67 cm2rea = 9,67 cm2SISTEMA NO PRESURIZADO: La restriccin primaria al flujo del fluido est en o cerca del bebedero.1: 3 : 3La mayor seccin del canal y de las entradas permiten flujos adecuados a velocidades relativamente bajas.

ELIMINACIN DE LA ESCORIALa colada centrifugada (remolino) ayuda a separar la escoria.Empleando filtros cermicos

Variacin de la seccin del canal de distribucin

Variacin de la seccin del canal y ataques (entradas)

Copa de vertido o balsa de vertido

DETERMINACIN DEL TIEMPO DE COLADAEn funcin de cada tipo de material.Segn DIETER: = Tiempo de llenado de la pieza (segundos)P = Peso de la pieza (kg)k = Constante en funcin del espesor:Fierro fundido:e = 2,8 a 3,6 mm k = 1,64e = 4,0 a 8,0 mmk = 1,84e = 8,2 a 15,6 mmk = 2,24Aceros al carbono colados en moldes secos:Piezas complejas de pared delgadak = 0,5Piezas de forma simplek = 0,75Piezas grandes de 1,0 a 10 Ton.k = 0,8 a 1,2

Segunda Ecuacin de DIETERq = Tiempo de vertido (segundos)e = Espesor medio de la pieza ( pulgadas)P = Peso de la pieza (libras)K = Factor de fluidez. ( Fluidez del Fierro Fundido- inch / 40)F.C = %C + Si% + P%

La relacin de KUSUNOSE para el Fierro Fundido:q = Tiempo de vertido (segundos)e = Espesor de la pieza (cm)P = Peso total de metal vertido (kg) = 0,6 0,3 (Cuando P = 1 a 100 kg)A = 7 (para piezas con alma)A = 3 (para piezas pequeas, automotriz)A = 0 (para piezas en general)

La relacin de SOVOLEB Aceros al carbono y de baja aleacin = Tiempo de vertido (segundos)e = Espesor promedio ( mm)P = Peso total de metal vertido (kg)s = Coeficiente experimental

La propuesta de Sovoleb tiene dos condiciones para sNormal:s = 1,3 ( colada por la parte inferior)s = 1,4 (colada por la parte lateral)s = 1,5 1,6 (colada por la parte superior)

Por encima de lo normal:s = 1,4 1.5 (colada por la parte inferior)s = 1,5 1,6 (colado lateralmente)s = 1,6 - 1,8 (colado por la parte inferior)

Relacin para Aceros Inoxidables (HL 40) Para Bronces y Latones:La velocidad de vertido, se puede calcular:v = Velocidad de vertido (kg/ s)e = Espesor de la pieza (cm)P = Peso total de la pieza (kg)A y B = constantes ( A = 0,9y B = 0,833) para Fierro Fundido f = 0,9 a 2,6 Para piezas mayores de 300 libras

PROYECTO DE UN SISTEMA DE COLADA O VERTIDOEn un sistema de colada el flujo que desciende es acelerado por efecto de la gravedad.En los canales de distribucin y entrada ocurren cambios de seccin y direccin que promueven la turbulencia y atrapamiento de aire o gases.Al ingresar a la cavidad del molde, el flujo ya no est limitado por las paredes, siendo un flujo definido por la inercia y por la accin de la gravedad.

RECOMENDACIONES A.F.SLos canales de descenso deben ser cnico

Relacin entre reas de los canales, Despresurizados:1 : 2 : 2 1 : 4 : 4Una tasa o bacn en el fondo del canal de descenso - bebederoLas entradas encima del canal de distribucin o colada.

Canal de descenso cnico.Sistema no presurizado o divergente (1 : 2 : 2 o 1 : 4 : 4)Una tasa o bacn en el fondo del bebedero.Llenado de la pieza por el fondo (evita gotear o escurrir dentro de la cavidad del molde)Los canales de distribucin debajo de los canales de entrada.RECOMENDACIONES PARA CANALES DE ALEACIONES FCILMENTE OXIDABLES

Bebederos o canales de descenso de paredes paralelas y sistemas no presurizados, presentan el problema de aspiracin de aire o gases.PROBLEMAS CON CANALES TRADICIONALES

El bebedero o canal de descenso muy por debajo disminuye la velocidad del flujo, pero presenta problemas de aspiracin de aire.

El empleo de filtros es un auxilio necesario para reducir la velocidad del flujo

Llenar la cavidad del molde rpidamente sin requerir una temperatura excesivamente alta.Reducir o prevenir agitacin o turbulencia y la formacin de xidos metlicos.Prevenir escorias, espumas, xidos y arrastre de arena a la pieza.Evitar la erosin del molde y las almas.Ayudar a obtener un adecuado gradiente trmico para alcanzar una solidificacin direccional y minimizar la distorsin de la pieza.Mxima eficiencia de pieza fundida y mnimo costo.Proveer facilidades de vertido, empleando cucharas adecuadas e elementos de desplazamiento.OBJETIVOS QUE DEBE CUMPLIR UN SISTEMA DE COLADA

CLCULOS GENERALES1.- ALTURA EFECTIVA: Del bebederohccpcHefectiva = hHefectiva = h c/2Hefectiva = h p2 / 2c

CLCULO EL REA DE CHOQUE: base del bebederoAB = rea de choque (pulgadas)P = Peso de la pieza ( libras) = Densidad del metal lquido (lb/in3) = Tiempo de vertido (segundos)hefectiva = Altura efectiva del bebedero.g = Aceleracin de la gravedad (386,4 in/s2)c = Factor de eficiencia del bebedero (0,88 para bebedero ahusado circular / 0,47 bebedero recto circular / 0,74 bebedero ahusado recto)

CLCULO DE LA BASE SUPERIOR DEL BEBEDEROAS = rea de la base superior del bebedero (in2)AB = rea de choque o base inferior del bebedero.h bebedero = Longitud del bebedero (inch)h balsa = Altura de la balsa o taza de vertido)