fundicion

Universidad Técnica Federico Santa María Campus Santiago

E Departamento de ingeniería metalúrgica y de materiales Procesos de manufactura I 2014.1

Tarea 2: Fundición

Francisco Mora González

201141552-3



1. Calcule la energía que se requerirá para fundir un lingote de Aluminio de 65 kg, de acuerdo con la ecuación de energía de la tabla que sigue, asumiendo una temperatura ambiente inicial de 20° C.

Sólo basta reemplazar los datos en la ecuación de energía para obtener el calor

requerido para fundir el lingote de aluminio. Para fundir se requiere alcanzar la

temperatura de fusión, que corresponderá a la temperatura final, y la temperatura

ambiente corresponderá a la inicial:

E=m(Cp∗ΔT+H f )

E = 65(900(660-20) + 396000) = 63180000 [J]= 63,18 [MJ]

2. Una placa cuadrada con un espesor de 75 mm y un cilindro recto con radio de 100 mm y una altura de 50 mm, tienen el mismo volumen. Si estas dos partes van a ser fundidas usando un montante cilíndrico ¿Van a requerir un montante del mismo tamaño? Explique.

Como las piezas tienen el mismo volumen, se puede obtener el valor del lado

basal de la placa:

x2∗75=3,14∗1002∗50

x=144,72[mm]

Energía de fusión(E) E = m(CpΔT + Hf) (Joules)

Densidad (ρ) 2700 kg/m3

Punto de Fusión (Tm) 660° C

Conductividad Térmica (K) 222 W/m-K

Calor Específico (Cp) 900 J/kg-K

Calor de Fusión (Hf) 396000 J/kg



Al sacar el cuociente del volumen sobre el área total para cada pieza:

V / Aplaca=(144,722∗75)/(2∗(144,722+2∗75∗144,72))=18,41[mm]V / Acilindro=(500000∗pi) /(2∗pi∗1002+2∗pi∗100∗50)=16,66[mm]

Así, para que ambas piezas tengan igual tiempo de solidificación total (TST),

deberán diferir en su constante de molde, para lo cual cada fundición necesita un

montante de distinto tamaño

3. Una pieza de fundición de sección circular tiene un diámetro de 0.3 m y un largo de 0.5 m. Otra pieza del mismo metal, tiene una sección elíptica con relación de ejes a=3b, y tiene el mismo largo y área de sección recta que la pieza con sección circular. Si ambas piezas son fundidas bajo las mismas condiciones (mismas temperaturas de fusión, moldes, etc.), ¿habrá alguna diferencia en el tiempo de solidificación de estas dos piezas? Explique.

La regla de Chvorinov expresa el vínculo entre la superficie y volumen de una

pieza con su tiempo de solidificación:

TST=Cm∗(V /A )n

Con Cm : Constante del molde, V: el volumen de la pieza, A: la superficie de ella, y

n: un exponente que normalmente se le asigna el valor 2.

En la situación enunciada, se considera un molde en las mismas condiciones y el

mismo tiempo de fusión. Luego, como tienen la misma área superficial y largo, las

piezas deberían tener el mismo tiempo de solidificación



Ejercicios

A) De la ecuación de Chvorinov despejamos el valor de la constante del molde

Cm:

155[ s]=Cm∗( 503

6∗502)2

Cm=2,232[ s/mm2]

B) Reemplazando en la ecuación:

TST=2,232∗(5,76923)2

TST=74,29[s ]

A) Como se tiene el diámetro y la masa, requerimos de una expresión que

nos dé el volumen, y además podamos obtener el largo, requerido para

calcular el área. Así, se utiliza:

densidad=masa /volumen

Sacamos la longitud de la primera fundición:

V=m /densidad=pi∗L∗d2/4L=0,467721 [ pie ]



(Se ha reemplazado un valor arbitrario de densidad igual). Ahora, reemplazando

los datos, despejamos la constante:t=Cm∗(m /densidad∗(0,5∗pi∗d2+ pi∗d∗L))2

360=Cm∗¿

Cm=95270,9 [s / pie2]

B) Como para la segunda pieza tiene una relación de diámetro y longitud,

es posible utilizar el volumen:

d /L=constante

V=m /densidad=pi∗L∗d2/4

1/L=32,07∗d2

0,3333 /0,467721=d /L

Con esto, podemos obtener el diámetro y el largo para el otro cilindro:

d=0,281144 [ pie ]

L=0,395591 [ pie ]

C) Con los valores antes calculados se obtiene el TST para la segunda

pieza:

TST=95270,9∗(0,051714)2=254,788[ s]

Mazarota= Montante.



Plazo de entrega: Jueves 24 de Abril 2014 via e-mail al ayudante Sr. Felipe Rojas B, al siguiente correo habilitado para recibir las tareas en este semestre: [email protected] . En el mensaje que envíen con su tarea al ayudante indicar en el “asunto”: Tarea Fundición Campus SJ.

A) Para cada forma geométrica se obtiene el tiempo relativo de solidificación

en función de la constante Cm:

Esfera:

Volumenesfera=pi∗d3 /6 Areaesfera=pi∗d

2

TST=Cm∗(1/6)2

Cilindro:

Volumencilindro=pi∗L∗d2/4 Areacilindro=pi∗d

2/2+ pi∗d∗L

TST=Cm∗(1/6)2

Cubo:

Volumencubo=d3 Areacubo=6∗d

2

TST=Cm∗(1/6)2

B) Como las tres formas geométricas tienen el mismo cociente de relación de

dimensiones, las formas sirven como montante.

C) Se reemplaza el valor de la constante Cm=18,0min/ pulg2¿

Esfera: TST=18∗(1/36)=0,5[min]

mailto:[email protected]



Cilindro: TST=18∗(1/36)=0,5[min]

Cubo: TST=18∗(1/36)=0.5[min]

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