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CUESTIONARIO CAPITULO 10 Preguntas de repaso.10.1 ¿Por qué la fundición es un proceso importante de manufactura? R.- Porque es un proceso (ya utilizado hace miles de años) muy práctico que nos permite obtener piezas de geometría compleja. Además este proceso se acerca a la manufactura de forma casi neta. 10.2 ¿Cuál es la diferencia entre solidificación de los metales puros y las aleaciones metálicas? R.- La principal diferencia es en el rango de congelamiento, donde las dendritas toman lugar en la zona pegajosa. Para los metales puros, el rango de enfriamiento es casiaproximadamente cero entonces la zona pegajosa (donde las fases sólido y liquido están presentes) es escasa y por tanto las dendritas no toman lugar. Mientras que para las aleaciones, el rango de enfriamiento es distinto de cero entonces la zona pegajosa toma lugar y por tanto empiezan a formarse dendritas. 10.3 ¿Qué son las dendritas? R.- Las dendritas son estructuras parecidas a los árboles que se forman en la zona pegajosa cuando el rango de congelamiento es distinto de cero. Tienden a formarse más en las aleaciones y crecen durante el enfriamiento y solidificado de la colada. 10.4 Establezca la diferencia entre rangos de solidificación cortos y largos. ¿Cómo se determina el rango? R.- Rangos de solidificación o congelamiento cortos : menor a 50 grados Celsius. Rangos de solidificación o congelamiento largos : mayor a 110 grados Celsius. 10.5 ¿Qué es el sobrecalentamiento? R.- El sobrecalentamiento es elevar la temperatura del material a ser fundido por encima del punto de fusión, para así evitar que este durante la colada se solidifique prematuramente. 10.6 Defina contracción y porosidad. ¿Cómo puede saber si las cavidades en una fundición se deben a porosidad o a contracción? R.- Contracción y porosidad están relacionados porque uno es consecuencia del otro. La contracción (shrinkage) es el encogimiento de la colada durante su enfriamiento y solidificación. La porosidad es consecuencia de la contracción. Las cavidades son producto de la porosidad o de la contracción.

10.7 ¿Cuál es la función de los enfriadores? R.- Es de aumentar la velocidad de solidificación en las regiones críticas. Son un medio efectivo para reducir la porosidad debido a la contracción. 10.8 ¿Qué es el número de Reynolds? ¿Por qué es importante en la fundición? R.- Es una medida del régimen en el que se encuentra un fluido en movimiento. Es importante en la fundición porque nos da una pauta en el régimen en el que se debe vertir metal fundido, por ejemplo si Re es mayor a 20000 nos indica que el flujo de fluido está en régimen turbulento lo cual conduce a una aspiración debido al aire atrapado y a la formación de una espuma sobre el fundido. 10.9 ¿Cómo se define la fluidez? ¿Por qué es importante? R.- La fluidez es una medida de la capacidad del metal fundido de llenar la cavidad del molde, es importante porque nos ayuda a medir la longitud en la cual el metal fundido fluye antes de solidificarse y detenerse. La longitud L recorrida por el metal fundido es la medida de su fluidez. 10.10 Explique las razones de los desgarramientos en caliente en las fundiciones. R.- Se debe a que los granos crecen durante un tiempo largo, es por ello que se necesita hacer un enfriamiento relativamente rápido para que los granos sean de menor tamaño y así estos aumentan la resistencia y ductilidad, reduciendo el desgarramiento en caliente y el agrietamiento en la pieza colada. 10.11 ¿Por qué es importante retirar la nata o escoria durante el vaciado del metal líquido dentro del molde? ¿Qué métodos se utilizan para retirarlos? R.- Porque la nata (espuma) contiene aire y este puede producir una serie de reacciones químicas dentro el molde y así producir defectos en la colada (grietas, porosidad, agrietamientos, etc.). Para retirar la nata (espuma) se utilizan usualmente filtros de cerámica que también mitigan el flujo turbulento el cual produce la formación de nata (espuma) 10.12 ¿Cuáles son los efectos de los materiales para moldes en el flujo de fluido y la transferencia de calor? R.- En la viscosidad del fluido puesto que la transferencia de calor y la rugosidad del material afectan en la fluidez del metal fundido. 10.13 ¿Por qué es importante la ecuación de Bernoulli en la fundición? R.- Porque nos permite determinar las velocidades, y geometría en el diseño de la mazarota, bebedero y sistemas de alimentación en una colada.

10.14 Describa la tixofundición y la reofundición. R.- La tixofundición o fundición tixotrópica es un método de formado de metal semisólido, en la que una palanquilla sólida se calienta hasta el estado semisólido y después se inyecta en un molde de fundición a presión. La reofundición es otra técnica para formar metales en estado semisólido, en la que el metal se calienta apenas por encima de su Temperatura de Solidus y se vierte en un recipiente para enfriarlo al estado semisólido. Después el lodo se mezcla y se vierte en el molde o matriz. Problemas cualitativos.10.15 Describa las etapas comprendidas en la contracción de los metales durante la fundición. R.-Los metales en general se contraen (comprimen) durante la solidificación y se enfrían a la temperatura ambiente. La contracción, que provoca cambios dimensionales y (algunas veces) agrietamiento, es el resultado de tres eventos consecutivos: 1. La contracción del metal fundido al enfriarse antes de solidificar. 2. La contracción del metal durante el cambio de fase de líquido a sólido (calor latente de fusión). 3. La contracción del metal solidificado (la fundición) conforme su temperatura se re- duce a la temperatura ambiente. 10.16 Explique las razones por las que la transferencia de calor y el flujo del fluido son importantes en la fundición de los metales. R.- La transferencia de calor afecta directamente la viscosidad del metal líquido. Las velocidades de flujo del metal deben ser lo suficientemente altas para evitar un enfriamiento y solidificación prematuros, y el gasto no debe ser tan elevado como para provocar turbulencia excesiva, con sus efectos dañinos en el proceso de fundición. 10.17 Sabemos que vaciar metal a alta velocidad dentro de un molde tiene ciertas desventajas. ¿Existe alguna desventaja en vaciarlo muy lentamente? R.- Cuanto menor sea la velocidad de vaciado del metal fundido dentro del molde, menor será la fluidez, debido a que la velocidad de enfriamiento es mayor cuando se vacía lentamente.

10.18 Describa los eventos mostrados en la figura 10.5 R.    

Velocidad de enfriamiento Formación de dendritas Solidificación del metal Enfriamiento del metal Vaciado del metal

10.19 ¿Le preocuparía el hecho de que partes de los enfriadores internos se dejan dentro de la fundición? ¿Qué materiales cree que deberían utilizarse para fabricar los enfriadores y por qué? R. Los enfriadores internos sirven para evitar la porosidad, pero por razones en la fusión del enfriador y el fundente se obtiene una fusión de ambos la cual no es conveniente a la hora de analizar sus propiedades mecánicas, por lo cual no sería adecuado dejar un enfriador interno si no optar otro método para evitar la porosidad en la fundición  Los materiales seleccionados serian el aluminio, cobre, platino, níquel.  Estos materiales se seleccionarían por la razón de su capacidad de conducir calor, (son buenos conductores de calor) 10.20 ¿Qué demostraciones prácticas puede ofrecer para indicar la relación del tiempo de solidificación con el volumen y el área de la superficie? R.

Para la demostración práctica seleccionaremos estos materiales : cono, cilindro y esfera(considerando tanto como r= 1 y h = 1)

Remplazando los valores de h y r Cono: 𝑉=

𝜋𝑟 2 ℎ 3

𝐴 = 𝜋𝑟(𝑟 + √𝑟 2 + ℎ2 )

V = 1.047 (𝑚3 ) A = 7.58 (𝑚2 )

Esfera: 𝑉=

4𝜋𝑟 3 3

𝐴 = 4𝜋𝑟 2

V = 4.19 (𝑚3 ) A = 12.56 (𝑚2 )

Cilindro: 𝑉 = 𝜋𝑟 2 ℎ

V = 3.14 (𝑚3 )

𝐴 = 2𝜋𝑟(ℎ + 𝑟)

A = 12.56 (𝑚2 )

Remplazando en la ecuación de Chvorinov, para hallar el tiempo de solidificación 𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑇𝑆𝐿 = 𝐶 ∗ ( ) 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒

Donde n = 2 Remplazando los valores hallados de los volúmenes y las áreas determinar los tiempos de solidificación para cada pieza 𝑇𝑆𝐿𝑐𝑜𝑛𝑜 = 0.019𝐶 𝑇𝑆𝐿𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = 0.062𝐶 𝑇𝑆𝐿𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 = 0.11𝐶 Analizando los resultados concluimos según los datos hallados que la esfera tardara más tiempo en solidificarse, luego el cilindro y posterior el cono que se solidificara mas rápidamente. 10.21 Explique por qué desearía someter una fundición a diferentes tratamientos térmicos. R.-Para evitar la porosidad durante el enfriamiento y solidificación de la colada. 10.22 ¿Por qué la porosidad tiene efectos dañinos en las propiedades mecánicas de las fundiciones? ¿La porosidad también podría afectar las propiedades físicas (como la conductividad térmica y eléctrica)? Explique su respuesta R.- Por que hace que el material sea menos resistente y dúctil, debido a que el tamaño de los granos en la estructura cristalina. No podría afectar porque todo el material es homogéneo, porque toda la fundición está hecha de un solo material (posee propiedades insensibles). 10.23 Se va a fundir un volante manual de rayos en hierro gris. Para evitar el desgarramiento en caliente de los rayos, ¿los aislaría, o los enfriaría? Explique su respuesta. R.- Los enfriaría porque al aislar, el tiempo de enfriamiento y solidificación seria mayor entonces los granos tienden a crecer más mientras que si lo enfriamos el tiempo de enfriamiento y solidificación seria mucho menor lo que conlleva a un tamaño de grano más pequeño. 10.24 ¿Cuál(es) de la(s) siguiente(s) consideración(es) es (son) importante(s) para que una mazarota funcione apropiadamente? Esta(s) debe(n): (a) tener un área superficial mayor que la parte que se está fundiendo, (b) mantenerse abierta(s) a presión atmosférica, y(o) (c) solidificar primero? ¿Por qué? R.- Mantenerse abierta a presión atmosférica porque no puede existir una variación de presiones entre el punto 1 y 2 del flujo de fluido para evitar una solidificación prematura.

10.25 Explique por qué la constante C en la ecuación 10.7 depende del material del molde, de las propiedades el metal y de la temperatura. R.- La constante del molde (C) depende de las propiedades del molde (densidad, conductividad térmica, capacidad calorífica y grosor de pared), propiedades del molde (densidad, capacidad calorífica, calor de fusión) y de la temperatura porque según estas propiedades de los diferentes tipos de aleaciones ferrosas se elegirá una constante para hallar el tiempo de solidificación en el proceso de fundición. 10.26 ¿Los enfriadores externos son tan efectivos como los internos? Explique su respuesta. R.- Los enfriadores externos son insertos metálicos en la paredes de la capacidad del molde que remueven el calor del metal fundido más rápidamente que la arena circundante a fin de promover la solidificación. Los enfriadores internos son pequeñas partes del metal colocados dentro de la cavidad antes del vaciado cuyo objetivo es que el metal fundido solidifique primero alrededor de estas partes. Por lo tanto los enfriadores externos no son tan efectivos como los enfriadores internos porque estos no solidifican internamente la cavidad. 10.27 Explique por qué la fundición de hierro gris sufre una dilatación en lugar de una contracción durante la solidificación, como se muestra en la tabla 10.1. R.- El hierro fundido gris se dilata porque el grafito tienen un volumen específico relativamente alto y cuando se precipita en forma de hojuelas de grafito, al solidificarse la fundición de hierro gris provoca una dilatación neta del metal. 10.28 En relación con la figura 10.11, explique por qué las esquinas internas (como A) desarrollan una capa superficial más delgada que las esquinas externas (como B) durante la solidificación. R.- Porque en el proceso de fundición en la parte de la solidificación se produce un enfriamiento del material fundido en el cual se enfría las caras externas, primeramente obteniendo una cara superficial más gruesa que las capas superficiales internas. 10.29 Observe que las 2 mazarotas de la figura 10.8 y discuta sus observaciones en relación con la ecuación 10.7 R.- Por la ecuación podemos observar que la mazarota lateral tendrá mayor tiempo de solidificación que la mazarota superior, ya que tiene mayor altura y eso influye en el volumen.

10.30 ¿Existe alguna diferencia entre la tendencia a la formación de huecos por contracción en los metales con rangos de solidificación cortos y largos respectivamente? Explique su respuesta R.- No, porque la formación de huecos se dan cuando el diseño del molde están mal calculadas, en cuanto a las mazarotas, bebederos y material del molde. 10.31 ¿Cuál es la influencia del área de sección transversal del canal espiral de la figura 10.9 sobre los resultados de la prueba de fluidez? ¿Cuál es el efecto de la altura del bebedero? Si esta prueba se realiza con el dispositivo de prueba calentado a temperaturas elevadas, ¿serían más útiles los resultados de la prueba? Explique su respuesta. R.- Su influencia radica en que el canal se encuentra a temperatura ambiente y la distancia que recorre el metal por dicho canal está en función a las propiedades térmicas del metal y del molde así como el diseño del canal. Su efecto está en la velocidad con que el metal fundido fluye hacia abajo si la altura es mayor también influirá en el tiempo y se tendrá otros resultados. Además el área transversal del canal deben reducirse conforme el metal se acelera durante su descenso en el bebedero de colada, de otra manera, puede aspirar aire de dentro del líquido debido a su incremento de velocidad del metal que fluye hacia la base del bebedero y conducirlo a la cavidad del molde .Para prevenir esta situación se diseña el bebedero con un ahusamiento de tal manera que la velocidad volumétrica de flujo sea la misma en la parte superior y en el fondo del bebedero 10.32 Los fundidores y fabricantes de lingotes han observado durante mucho tiempo que las temperaturas bajas de vaciado (es decir, sobrecalentamiento bajo) promueven la formación de granos equiaxiales sobre granos columnares. Igualmente, los granos equiaxiales se vuelven más finos al disminuir la temperatura de vaciado. Explique estos fenómenos. R.- Al ser una estructura de molde geométricamente simple, en las paredes del molde que se encuentra a temperatura ambiente el metal se enfría con rapidez y produce una capa superficial de finos granos equiaxiales estos crecen en dirección opuesta a la transferencia del calor a través del molde, y los que tienen una orientación favorable crecen de manera preferencial y se les llama granos columnares .Conforme a la fuerza impulsora de la trasferencia de calor se reduce alejándose de las paredes , los granos se vuelven equiaxiales y gruesos a este desarrollo se le conoce como nucleación homogénea que crecen sobre si mismos a partir de la pared del molde. 10.33 ¿Qué esperaría que ocurriera (al fundir aleaciones metálicas) si el molde se agitara agresivamente después de que el metal fundido estuvo dentro del molde el tiempo suficiente para formar una capa superficial?

R.- Cuando éste se agita, genera corrientes irregulares en lugar de fluir en forma laminar que puede degradar la calidad del producto fundido. 10.34 Si examina un cubo de hielo común, verá cavidades y grietas en el mismo. Sin embargo, algunos cubos de hielo son de forma tubular y no tienen cavidades de aire o grietas apreciables en su estructura. Explique este fenómeno. R.- Debido A los efectos del momentum, cuyos efectos pueden ser disminuidos si las curvas son graduales más bien que agudas. Los efectos de las esquinas agudas en un sistema de colada pueden ser tan peligrosos como intentar dar vueltas de 90º en un automóvil a 70 mph. la corriente fluida origina una área de alta presión donde corre hacia una fuerza opuesta. Inversamente, un área de baja presión se forma opuesta al área de alta presión. Estas áreas son creadas debidas al momentum de la corriente fluida. En un sistema de colada, una esquina aguda de arena puede ser erosionada y arrastrada hacia la corriente de metal fundido. El área de baja presión también puede causar que el aire y los gases del molde sean atraídos hacia la corriente de metal fundido. 10.35 ¿Cómo se puede saber si las cavidades en una fundición se deben a contracción o a burbujas de aire atrapadas? R.- Debido a sus características de dilatación térmica, los metales en general se contraen (Comprimen) durante la solidificación y se enfrían a la temperatura ambiente. La contracción, Provoca cambios dimensionales y (algunas veces) agrietamiento La mayor medida potencial de contracción ocurre cuando la fundición se enfría a la temperatura ambiente, también se puede saber recurriendo a tablas de Contracción o dilatación volumétrica por solidificación para diversos metales fundidos. 10.36 Describa las desventajas de tener una mazarota que sea: (a) demasiado grande, y (b) demasiado pequeña. R.- La mazarota es una reserva en el molde que sirve como fuente en el metal líquido para compensar la contracción de la fundición durante la solidificación. Desventajas de la mazarota grande: Mayor volumen innecesario en el molde. Desperdicio del material. Exceso de material sin ser utilizado. Desventajas de la mazarota pequeña: No abastece el llenado faltante

La pieza saldría con marcas de hundimiento, porosidades y dendritas. 10.37 ¿Cuáles son los beneficios y perjuicios de tener una temperatura de vaciado que sea mucho mayor que la temperatura de fusión de un metal? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de tener una temperatura de vaciado que permanezca cercana a la temperatura de fusión? R.- Para el primer caso el material tardará mucho más en solidificarse de lo esperado y se producirán estructuras dendríticas gruesas con un gran espaciamiento entre los brazos dendríticos. Para el segundo caso el metal solidificará rápidamente y es probable que se produzca un llenado incompleto del molde. Pero a su vez en tiempos de solidificación cortos, la estructura se vuelve más fina y aumenta la resistencia y la ductilidad de la aleación fundida, se reduce la microporosidad en la fundición y reduce su tendencia al agrietamiento durante la solidificación. Problemas cuantitativos.10.38 Dibuje una gráfica de volumen específico en función de la temperatura para un metal que se contrae al enfriarse del estado líquido a la temperatura ambiente. En la gráfica, marque el área en la que las mazarotas compensan la contracción. R.-

10.39 Una fundición redonda tiene 0.2 m (7.9 pulgadas) de diámetro y 0.5 m (19.7 pulgadas) de longitud. Otra fundición del mismo metal tiene sección transversal elíptica con una relación de ejes mayor a menor de 2 y tiene la misma longitud y área de sección transversal que la fundición redonda. Ambas piezas se funden en las mismas condiciones. ¿Cuál es la diferencia de los tiempos de solidificación de las dos

fundiciones? R.- Cilindro

Elipse

Área s =2*3.14*0.1*0.5 + 2*3.14*0.12

Área s =(3.14*0.28*0.14)/2 +0.28*0.14*3.14*0.5

Área s = 0.38

Área s =0.123

Tiempo de solidificación T cilindro =6.92

T elipse =1

10.40 Una placa cuadrada de 100 mm (4 pulgadas) y una altura de 50 mm tienen el mismo volumen. Si se va a fundir cada uno de ellos utilizando una mazarota cilíndrica, ¿Cada una de las piezas requerirá una mazarota del mismo tamaño para asegurar una alimentación apropiada? Explique su respuesta. R.- No serán iguales, porque aunque ambos tengan el mismo volumen su áreas son diferentes, teniendo como mayor la de la placa cuadrada que la del cilindro por lo que la placa cuadrada necesitara una mazarota más grande ya que necesita mayor tiempo de solidificación y la del cilindro una mazarota más pequeña porque requiere menos tiempo de solidificación. 10.41 Suponga que la parte superior de un bebedero redondo tiene un diámetro de 3 pulgadas (75 mm) y una altura de 8 pulgadas (200 mm) desde el canal de alimentación. Con base en la ecuación 10.5, grafique el perfil del diámetro del bebedero, en función de su altura. Suponga que el fondo del bebedero tiene un diámetro de 0.25 pulgadas (6 mm). Ecuación 10.5

𝐴1 𝐴2

Despejamos ∅1

𝑏2

= √𝑏1 ∅14 ∅24

𝑏2

= 𝑏1

4

𝑏2

∅1 = ∅2 ∗ √𝑏1

Con valores arbitrarios de b1 graficamos una función de ∅1

10.42 Se vacía aluminio puro en un molde de arena. El nivel del metal en la copa de vaciado es 8 pulgadas por encima del nivel del metal dentro del molde y el canal de alimentaciones circular con un diámetro de 0.5 pulgadas. ¿Cuál es la velocidad y el gasto del flujo de metal dentro del molde? ¿El flujo es laminar o turbulento? Calculamos la velocidad con la siguiente ecuación V = 𝑐 ∗ √2𝑔ℎ

𝑚

donde

g= 9.81 𝑠2

h = 0.2032 m

Remplazamos

V = 1*√2 ∗ 9.81 ∗ 0.2032

V=2

𝑚 𝑠

Calculamos la carga (caudal) Q2 = Q1

Q1 = V1*A1

𝜋∗∅12

Q1 = V1*

4

𝜋∗0.01272

Q1 = 2*

Q1 = 253

4

𝑐𝑚3 𝑠

donde

∅1 = 0.5 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 = 0.0127𝑚

Q1 = 2.53*10−3

𝑚3 𝑠

y c=1

10.43 Un cilindro con un diámetro de 1 pulgada y una altura de 3 pulgadas se solidifica en tres minutos en una operación de fundición en arena. ¿Cuál es el tiempo de solidificación si se duplica la altura del cilindro? ¿Cuál es el tiempo si se duplica el diámetro? R.D = Diámetro = 1 (pulgada)

D

h = altura = 3 (pulgadas) h

𝒕𝒔 = tiempo de solidificación = 3 (min)

Ecuación del tiempo de solidificación: 𝑉=

𝜋𝐷 2 ℎ 4

𝜋𝐷 2

𝐴 = 2(

4

) + 2𝜋𝑟ℎ

𝑽 𝒏

𝒕𝒔 = 𝑪 (𝑨)

Despejando:

𝐶=

𝑡𝑠 𝑉 𝑛 ( ) 𝐴

=

3 2.36 2 ( ) 10.99

= 65.06

a) h = 2*3 = 6 (pulgadas) 𝒕𝒔 =? 𝑉 =4.71

𝟒.𝟕𝟏 𝟐

𝐴 = 20.42 𝒕𝒔 = 𝟔𝟓. 𝟎𝟔 (𝟐𝟎.𝟒𝟐) = 𝟑. 𝟒𝟔(𝒎𝒊𝒏)

b) D = 2*1 = 2 (pulgadas) 𝟗.𝟒𝟐 𝟐

𝑉 =9.42 𝐴 = 25.13 𝒕𝒔 = 𝟔𝟓. 𝟎𝟔 (𝟐𝟓.𝟏𝟑) = 𝟗.14(𝒎𝒊𝒏) 10.44 El gasto volumétrico de metal dentro de un molde es de 0.01 m3/s. La parte superior del bebedero tiene un diámetro de 20 mm y una longitud de 200 mm. ¿Qué diámetro deberá especificarse para el fondo del bebedero a fin de evitar la aspiración? ¿Cuál es la velocidad y el número de Reynolds resultantes en el fondo del bebedero si el metal que se va a fundir es aluminio con una viscosidad de 0.004 Ns/m2? R.- para evitar una aspiración en el bebedero el diámetro inferior debe ser menor que el diámetro superior porque siempre se necesita el bebedero de forma conica. Dsuperior = 21 mm Dinferiror= 18.8 mm Numero de Reynolds = 151400

V=32 m/s

10.45 Un molde rectangular con dimensiones de 100 mm 200 mm 400 mm se llena con aluminio sin sobrecalentamiento. Determine las dimensiones finales de la parte al

enfriarse a la temperatura ambiente. Repita el análisis para el hierro fundido gris. R.- V= 100x200x400 [mm3] = 8x106 [mm3] VAL= 8x106- 8x106(7.1%) = 7432000[mm3] VAL= X*2X*4X = 8X3 X = 97.57[mm] Dimensiones del aluminio: 97.57; 195.15; 390.30 VFE = 8x106 - 8x106(4%) = 7680000 VFE = 8X3

X = 98.65 [mm]

Dimensiones del hierro fundido: 98.65; 197.30; 394.59 10.46 La constante C en la regla de Chvorinov está dada como 3 s/mm2 y se utiliza para producir una fundición cilíndrica con un diámetro de 75 mm y una altura de 125 mm. Estime el tiempo en que la fundición se solidificará totalmente. El molde se puede romper con seguridad cuando la cáscara solidificada tiene cuando menos 20 mm. Suponiendo que el cilindro se enfría de modo uniforme, ¿cuánto tiempo debe pasar después de vaciar el metal fundido para que se pueda romper el molde? R.volumen

Tiempo de solidificación = C(Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑒)n Tiempo de solidificación = 1054.688 [s] VC= 𝜋*R2*h= 552233.083[mm] AC=2*𝜋*R*h =29452.431 [mm] 10.47 Suponga que es un instructor que domina los temas descritos en este capitulo y que está entregando un cuestionario sobre los aspectos numéricos para examinar el grado de comprensión de los estudiantes. Prepare dos problemas cuantitativos y proporcione las respuestas. R.- 1: Calentamiento del metal para fundición. Un volumen de 0.03 m3 de una cierta aleación eutéctica se va a calentar en un crisol desde la Temperatura ambiente hasta 100 ºC por encima de su punto de fusión. Las propiedades de la aleación son densidad = 4160 kg/m3, punto de fusión = 700 ºC, calor específico del metal = 343.32 J/kgoC en el estado sólido y 297.26 J/kgoC en el estado líquido; y el calor de fusión = 167120.85 J/kg. ¿Cuánta energía calorífica se debe añadir para alcanzar el calentamiento, asumiendo que no hay pérdidas?

Solución: Si aceptamos que la temperatura ambiente en la fundición = 26 ºC y que las densidades en los estados líquido y sólido del metal son las mismas, al sustituir los valores de las propiedades en la ecuación (2.1) se tiene: H = (4160)(0.03){343.32(700-26) + 167120.85 +297.26(800-700} = 53444917.34 J . La ecuación 2.1 tiene un valor conceptual y su cálculo es de utilidad limitada, no obstante se usa como ejemplo. El cálculo de la ecuación 2.1 es complicado por los siguientes factores: 1) el calor específico y otras propiedades térmicas del metal sólido varían con la temperatura, especialmente si el metal sufre un cambio de fase durante el calentamiento; 2) el calor específico de un metal puede ser diferente en el estado sólido y en estado líquido; 3) la mayoría de los metales de fundición son aleaciones que funden en un intervalo de temperaturas entre sólidos y líquidos en lugar de un punto único de fusión, por lo tanto, el calor de fusión no puede aplicarse tan fácilmente como se indica arriba; 4) en la mayoría de los casos no se dispone de los valores requeridos en la ecuación para una aleación particular y 5) durante el calentamiento hay pérdidas de calor significativas. 2: Cálculos de vaciado. Un molde tiene un bebedero de colada cuya longitud es 0.20 m y el área de la sección transversal en la base del bebedero es 0.000258 m2. El bebedero alimenta a un canal horizontal que conduce a la cavidad del molde cuyo volumen es 0.0016387 m3. Determine a) la velocidad del metal fundido en la base del bebedero, b) la velocidad volumétrica de flujo y c) el tiempo de llenado del molde. Solución: a) La velocidad del flujo de metal en la base del bebedero está dada por la ecuación 2.4 v 2hg 2 9.81 0.20 1.98 m /seg b) La velocidad volumétrica de flujo es Q =(0.000258 m2)(1.98 m/seg) = 0.00051107 m3/seg c) El tiempo requerido para llenar una cavidad de 0.0016387 m2 con este flujo es MFT =0.0016387/0.0005152 = 3.2 seg. Síntesis, diseño y proyectos.10.48 ¿puede proponer pruebas de fluidez distintas de las mostrada en la figura 10.9? explique las características de sus métodos de prueba. R.- sí, porque en vez que sea forma espiral, podemos colocarlo de forma lineal o tobogán con un Angulo de caída para que la gravedad haga su trabajo. 10.49 en la figura P10.49 se muestran diversos defectos y discontinuidades en productos fundidos. Revise cada uno de ellos y ofrezca soluciones para evitarlos. R.- Fractura: para evitarlo podríamos colocar enfriadores externos y aumentar la velocidad de solidificación de la colada. De esa manera evitamos de que el tamaño de los granos crezcan lo suficiente para producir desgarramiento en calor y por ende fracturas. Solidificación prematura: sobre calentando el fundido.

Marca de hundimiento: Falta de volumen de material extra (metal fundido) y evitando el flujo turbulento en la colada. Agrietamiento en frio: evitando espesores mínimos. 10.50 la prueba de fluidez mostrada en la figura 10.9 solo ilustra el principio de esta prueba. Diseñe una configuración para dicha prueba que muestre el tipo de materiales y el equipo a utilizar. Explique el método por el que determinaría la longitud del metal solidificado en el pasaje espiral. R.10.51 utilizando el equipo y los materiales disponibles en una cocina típica, diseñe un experimento para reproducir resultados similares a los mostrados en la figura 10.11. Comente sus observaciones. R.-Verteríamos Parafina liquida en un molde hecho con harina(masa del pan).observamos que la harina al estar a una alta temperatura tiende a endurarse mas, debido al contacto directo con el material fundido. Se podría observar micro porosidad en el molde. 10.52 Un método para revelar concentraciones de esfuerzos en una pieza es aplicando una pequeña deformación plástica uniforme a la misma. Liste sus observaciones y recomendaciones si se sugiere un método similar para una fundición. R.- Podríamos hacerlo en un ensayo no destructivo mediante un proceso de ultrasonido. 10.53 Si a una fundición de cierta forma se le va a duplicar el volumen, describa los efectos sobre el diseño del molde, incluyendo el cambio requerido en el tamaño de las mazarotas, canales de alimentación, estranguladores y bebedores. R.10.54 Con frecuencia quedan pequeñas cantidades de escoria después del desnatado y se introducen en el flujo del metal fundido en la fundición. Reconociendo que la escoria es mucho menos densa que el metal, diseñe características del molde que retiren pequeñas cantidades de escoria antes de que el metal llegue a la cavidad del molde. R.- Usando filtros cerámicos en el sistema de alimentación previo a la entrada a la cavidad del molde. Una forma más adecuada seria en una atmosfera en vacío. 10.55 En la figura II.1 se muestra una variedad de componentes en un automóvil común que se producen mediante fundición. Piense que otros productos, como herramientas eléctricas y pequeños electrodomésticos, y elabore una ilustración similar a la que se hizo en esa figura. R.- De un electrodoméstico podemos mostrar las hornillas de una cocina.

ANDRES:21-22-23-24-43-38 ALE:29-30-31-45-46 KEVIN: 15-16-17-37-39-40 ESTHER:32-33-34-35-47 MARCO: 25-26-27-28-44-36 RAMIRO:18-19-20-41-42.