5. simulación numérica -...

Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena

Capítulo 5. Simulación numérica 57

5. Simulación numérica

En la actualidad existen dos tendencias claras de evolución de la tecnología de fundición. Por un lado, se

avanza en la mecanización y automatización del proceso, implementando cada vez más mejoras en los

equipos y aumentando la productividad. Por otro lado, se ha aumentado la eficiencia de la fundición,

produciendo piezas de más alta calidad en las que se estrechan las tolerancias dimensionales.

Debido a la especialización continua del sector y a las altas exigencias de la industria, la tecnología de

fundición está cada vez más obligada a producir de forma más eficiente y con piezas de mayor complejidad.

Los altos costos económicos que conlleva la implementación de piezas complejas no permiten aplicar

técnicas experimentales por lo que se suelen realizar estudios previos en software de simulación

fluidodinámicas que reproduzcan las condiciones de la fundición previo a su implementación.

Resulta pues más óptimo realizar simulaciones informáticas de las condiciones en las que el metal fundido

se encontrará para verificar los diseños realizados teóricamente. Con ello, se consigue una reducir la

inversión de tiempo y dinero en el proceso de diseño.

El objeto de la sección es por tanto plantear los resultados que se han obtenido experimentalmente de las

distintas situaciones estudiadas con el fin de realizar un análisis comparativo de los resultados.

5.1 Software de simulación

Como ya se ha comentado, la necesidad de realización de simulación se hace necesaria para la mejora de

procedimientos de diseño. Los software diseñados con este fin deben permitir:

Simulación del llenado del molde bajo diferentes condiciones de contorno. De ello se podrán suponer

las velocidades del flujo que se alcanzan en los distintos sistemas, mejores zonas de llenado, verificación

del diseño de sistemas de alimentación y tiempo de llenado.

Simulación de la solidificación y enfriamiento del metal en el molde. Del cual se podrán analizar las

zonas calientes de la pieza y los posibles rechupes que puedan aparecer en ella, verificación del sistema

de compensación, posible porosidad y tiempo de solidificación.

Otro aspecto importante es el entorno de trabajo del software y su facilidad de uso. El manejo del mismo

se pretende que sea intuitivo con una amplia biblioteca de materiales de trabajo y condiciones que permita

una gran versatilidad para el estudio de distintos tipos de fundiciones. Es importe considerar que el materia

del estudio no se trata de un material común en la industria de la fundición por lo que en este sentido, es

crucial su implementación a en la biblioteca de materiales de trabajo y su correcta simulación según las

propiedades del mismo.

En esencia todo software de simulación está compuesto por tres bloques:

1. Pre-procesado. Se encarga del diseño del modelo, tanto en su geometría como en las características

de las condiciones de contorno. Se indican las características del diseño de los subconjuntos que

forman el sistema de fundición, las características del material de trabajo, características de la

simulación en relación a la dimensión del mallado de cada elemento, características de llenado,…


58 Capítulo 5. Simulación numérica

2. Cálculo. Bajo las condiciones de trabajo del horno y las características de contorno ya establecidas, se

producen los cálculos de elementos finitos en el mallado del conjunto.

3. Post-procesado. Muestra los resultados numéricos generados en el cálculo.

5.2 Programas empleados

Realizando un estudio de mercado bajo las consideraciones realizadas en el punto anterior, se puede

concluir en varios programas medianamente asequibles que son capaces de realizar estimaciones

aproximadas de simulación.

5.2.1 Click2Cast® 3.0

Se trata de un programa de simulación de fundición para sistemas pensado principalmente para sistemas

a presión pero que con las condiciones de contorno adecuadas puede simular sistemas de llenado por

gravedad.

Una vez realizada la simulación el programa muestra cada paso del proceso de llenado y salificación, así

como los posibles defectos y zonas críticas que pueda presentar el diseño.

Click2Cast® es un software muy intuitivo y de fácil manejo por el que en pocos pasos se pueden obtener

resultados óptimos. Ahora bien, no contiene una herramienta de diseño de componentes según las

características de la pieza en estudio con lo que solo se centra en la simulación de un diseño ya cargado. Se

echa en falta una mayor amplitud del catálogo de metales de trabajo así como de materiales del molde. No

considera en sus cálculos las condiciones de contorno del molde, temperatura ambiente, posibles vientos,…

Este software se nutre del modelo ya diseñado en otro software 3D para la simulación, por ello, no se trata

de un programa de diseño puramente de fundición sino más bien se necesita un diseño primario que sea

simulado para poder generar resultados y estos a su vez permitan iterar de nuevo en la mejora del diseño.

En este sentido, el software se alimenta del modelo en un diseño como sólido en un todo, es decir, el

modelo completo con sistemas auxiliares incorporados no diferenciándose estos en el programa.

A continuación se explican los pasos para la generación de un proyecto.

1. Generación del proyecto así como carga del modelo.

Para la generación del proyecto debemos cargar el modelo con formato de diseño sólido .stl. En este

se debe cargar el diseño completo en un mismo archivo (véase figura 5.1).

Figura 5.1 Clicl2Cast, importar geometría.

2. Caracterización del sólido.

Se debe indicar en qué sistema de unidades se encuentra el sólido cargado, así como las dimensiones

de la malla de parametrización. Lógicamente a menor dimensión de los elementos del mallado, mayor

número de puntos de parametrización, esto acarrea un mayor número de cálculos posteriores en la

simulación. Para primeras aproximaciones no es necesario afinar la malla, pudiendo ser correctos

elementos de 4 mm. En la figura 5.2 puede verse el módulo “mesh”.



Además, en este paso ha de cargarse el material de trabajo y la temperatura de trabajo. En este sentido,

este software no incluye un módulo de creación de metales de trabajo, limitándose la simulación a la

biblioteca original. Sin embargo, se ha logrado cargar el estaño como material de fundición gracias a la

colaboración de los distribuidores del programa.

3. Selección propiedades del llenado.

Se tiene la posibilidad de considerar varios tipos de llenado según si la fundición es a alta presión, baja

presión, por gravedad o llenado por volcado.

Se han de tomar las consideraciones en el llenado del sistema teniendo en cuenta aproximadamente

la sección del caudal de entrada en el bebedero del metal líquido, su velocidad y su dirección. Esto es

un punto importante ya que denotará las condiciones de llenado ideal. Estos parámetros se han de

calcular según la aproximación de la altura de vertido entre el cazo de colada y la entrada de la taza de

colada ya que marcará por gravedad tanto la sección del flujo como la velocidad de llenado en su caída.

Existe la posibilidad en este punto considerar en vez de la velocidad, el tiempo de llenado. En el caso

de elegir el tiempo de llenado, se ha de tomar el criterio de qué tiempo utilizar, bien el tiempo teórico

o bien el tiempo experimental, véanse figuras 5.2 y 5.3.

Figura 5.2 Clicl2Cast, caracterización del sólido.

Figura 5.3 Clicl2Cast, selección de propiedades.



4. Cálculo.

Se tiene la opción de elegir entre cálculo de llenado, solidificación independientes o ambas. Según los

parámetros introducidos en los anteriores pasos se tardará más o menos en completar los pasos.

Concretamente, el factor que más influye en el tiempo de cálculo es la dimensión de la malla.

5. Presentación de los resultados.

Es uno de los puntos fuertes del programa pues contiene multitud de módulos de representación de

los resultados de cálculo, tanto de llenado como de solidificación. Es posible realizar cortes internos en

la pieza para visualizar todos los módulos internamente. Además, se puede generar gráficas de

resultados según los puntos que sean elegidos en la pieza.

Llenado. Contiene los módulos que aparecen en la figura 5.4.

Frente del flujo Muestra el proceso de llenado y cómo el metal fundido va

avanzando dentro del modelo en función del tiempo.

Velocidad

Muestra vectorialmente las velocidades alcanzadas en cada

punto en función del tiempo de llenado, herramienta muy útil

para distinguir los puntos críticos del molde.

Temperatura de llenado Evolución de la temperatura del metal fundido a medida que

ocupa el molde.

Erosión del molde

Herramienta que mide el nivel de erosión del molde teniendo

en cuenta las velocidades excesivas dentro del llenado,

pudiéndose marcar manualmente la velocidad a partir de la

cual se considera velocidad crítica.

Gota fría Muestra los posibles puntos donde puede aparecer este

defecto según la geometría de la pieza.

Tiempo de llenado Es la opción para visualizar el tiempo de llenado en las distintas

áreas.

Aire atrapado Posibles zonas de aire atrapado según la geometría de la pieza.

Fracción sólida Predice las áreas que se enfrían y solidifican durante el proceso

de llenado.

Figura 5.4 Clicl2Cast, visor de resultados 1.



Solidificación. Contiene los módulos que muestra la figura 5.5.

Temperatura Muestra la evolución de la temperatura en cada punto según el

tiempo de solidificación.

Fracción sólida

Muestra la evolución del frente de solidificación en su

enfriamiento. El material que solidifica desaparece en la

evolución del tiempo solo mostrándose la evolución

descendente del frente de solidificación.

Tiempo de solidificación Visualiza el tiempo de solidificación de los distintos puntos en

la evolución del enfriamiento con el tiempo.

Porosidad y contracción Muestra el porcentaje de contracción y posible porosidad sobre

el volumen total. Predice los rechupes posibles de la pieza.

Módulo de solidificación Cociente entre el volumen y la superficie solidificada.

Diseño de mazarota.

Calcula según la elección de mazarota abierta, isoterma o

exoterma y del módulo, la mazarota óptima para solventar

posibles problemas de rechupes. Siempre para mazarota

cilíndrica vertical. Ver figura 5.6.

Figura 5.5 Clicl2Cast, visor de resultados 2.

Figura 5.6 Clicl2Cast, diseño de mazarota.



5.2.2 SolidCast® 8.0

SolidCast® 8.0 se presenta como una herramienta para el diseño y simulación de fundición. Especialmente

se centra en la solidificación y enfriamiento del metal de fundición y su comportamiento en las

especificaciones de la pieza. Combinado con el FlowCast® del mismo fabricante conforman un dúo de

software que permiten simular tanto el llenado como la solidificación. SolidCast® utiliza el método

diferencial de elementos finitos para realizar los cálculos de transferencia de calor.

Se trata de un software para técnicos que requiere unos previos conocimientos en el campo, pues no se

trata de un software especialmente intuitivo aunque bastante potente bajo un interfaz de usuario básico

estéticamente.

Un punto muy importante a la hora del diseño del modelo a través de SolidCast® es su excelente

herramienta de cálculo de mazarota. Este software es capaz de analizar las zonas calientes que presenta la

pieza y aconsejar un número de mazarotas, sus características geométricas y sus posiciones relativas.

El proceso de simulación computacional a través de esta herramienta requiere las siguientes etapas básicas.

1. Crear un modelo de la pieza 3D.

Se necesita ser capaces de crear un modelo de la pieza, de los sistemas de llenado y del sistema de

compensación. Existen varios métodos para efectuarlo:

a. Importar la geometría desde un sistema CAD como archivo .stl.

b. Importar la geometría de la pieza desde CAD y crear los sistemas de llenado y compensación en

SolidCast®.

c. Crear la geometría en SolidCast®. Contiene una herramienta básica de creación de geometrías

sencillas.

Mediante prioridades de las geometrías se pueden superponer figuras para obtener figuras más

complejas. Además, mediante este método se pueden generar la superposición de geometrías que

trabajen como noyos. Un ejemplo es el que se muestra en la figura 5.7.

Figura 5.7 SolidCast, geometría.

2. Selección de materiales y condiciones iniciales.

Se ha de seleccionar el material de trabajo, en este sentido el programa cuenta con una biblioteca de

más de doscientas composiciones de materiales, además de la posibilidad de creación de nuevas



composiciones basado en una serie de propiedades de los mismos: conductividad térmica, densidad,

temperatura de solidus,… Además, ha de seleccionarse los materiales a emplear en el molde, el cual

incluye arena de moldeo, arena de noyos, enfriadores, aislantes y exotérmicos, cáscara, molde

metálico,…

En cuanto a las condiciones iniciales de trabajo, ha de especificarse la cantidad de calor intercambiado

a través de las superficies mediante el coeficiente de transferencia de calor. Por otro lado, se necesita

especificar la temperatura ambiente y el tiempo de llenado del molde. Todas estas consideraciones se

han de introducir en los módulos mostrados en la figura 5.8.

Figura 5.8 SolidCast, propiedades y condiciones iniciales.

3. Mallado del modelo.

Para la generación del mallado, SolidCast utiliza el método de diferencias finitas de forma automática,

lo cual significa que el mallado se realiza de forma rectangular.

En este módulo es necesario especificar las características del molde: geometría, material, espesor y

molde abierto o cerrado. Introducidos estos datos, solo queda especificar la cantidad de nodos del

mallado o las dimensiones de cada nodo en milímetros. Para estudios ágiles en tiempos de procesados

se suelen utilizar nodos de más de 5 mm, para estudios algo más rigurosos se suele utilizar 3 mm para

cada nodo, todo esto dependiente del procesador de la computadora de trabajo. Véase figura 5.9.

Una vez generada la malla, se genera a su vez las características físicas del molde y modelo y es posible

cuantificar volúmenes y pesos del conjunto. Un ejemplo de esto sería el que se muestra en la figura

5.10.



Figura 5.9 SolidCast, mallado. Figura 5.10 SolidCast, datos tras mallado.

4. Cálculo de la simulación.

En este punto, en SolidCast se puede elegir entre generar la simulación mediante un algoritmo más

ligero en el que no se genera simulación del llenado, o un algoritmo con un nivel medio o alto de detalle

en el que se llama al programa de procesado FlowCast para la generación de la simulación del llenado

y al programa de procesado Lastit para simulación de la solidificación y el enfriamiento del modelo.

Dependiendo del nivel de detalle que se quiera generar, evidenciado en la dimensión unitaria de cada

malla, este necesitará más recursos de cálculo.

Además existe la opción de especificar el final de la simulación: estando la pieza totalmente sólida,

cuando pieza y mazarota están totalmente sólidas, cuando se alcanza un tiempo o una temperatura

previamente especificado, o bien con parada manual.

En la conclusión de la simulación se muestra una ventana resumen de todos los resultados de ella, un

ejemplo es la mostrada en la figura 5.11.

Figura 5.11 SolidCast, datos de la simulación.

5. Análisis de resultados

Una vez finalizada la simulación, se pueden analizar los resultados mediante ploteos de superficies

isométricas superficiales o mediante cortes transversales en la pieza. Véase figura 5.12.



Temperatura. Permite mostrar tanto temperatura de la pieza y la mazarota como del conjunto

entero incluyendo el molde.

Tiempo de solidificación, tiempo de liquidus y tiempo de fracción crítica sólida. Permiten generar

una imagen del estado del sistema para un “step” considerado.

Gradiente de temperatura y velocidad de enfriamiento.

Figura 5.12 SolidCast, resultados de la simulación.

En este apartado también es posible ejecutar el módulo de cálculo de mazarota.

En este módulo se puede generar la mazarota que mejor se acople a solventar los posibles defectos de

la pieza según la geometría de la misma. Se indica el nivel de sensibilidad del proceso que está referido

al número de mazarotas según se tenga una pieza compacta o de geometría mixta, y se debe indicar

que dos factores se han de dejar fijos para el cálculo: módulo, altura, diámetro y relación altura-

diámetro.

5.3 Resultados de la simulación

Se presentan los resultados obtenidos en las simulaciones según los casos definidos en la tabla 3.7 y los

programas de simulación empleados.

5.3.1 Resultados del diseño 1

1A Sin mazarota.

Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶

Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶

Click2Cast

Condiciones de la simulación:

𝑉𝑖=0,7m/s

Espesor de la malla: 3mm

Diámetro del caudal de entrada: 5 mm

Resultados obtenidos (figuras de la 5.13 a la 5.16).



Figura 5.13 Resultado de la simulación 1A: FILL TIME Click2Cast Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙 = 3,0585 s

Figura 5.14 Resultado de la simulación 1A: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑠 = 53,749 s

Figura 5.15 Resultado de la simulación 1A: TEMPERATURES 2 Click2Cast. Distribución de temperaturas internas en t = 8,5356 s



Figura 5.16 Resultado de la simulación 1A: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.

Observaciones:

Las mayores temperaturas y tiempos de solidificación y enfriamiento se concentra en la

zona de mayor masa del material.

SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.17 Resultado de la simulación 1A: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=3,90 s



Figura 5.18 Resultado de la simulación 1A: SOLIDIFICATION TIME SolidCast.

Figura 5.19 Resultado de la simulación 1A: TEMPERATURE SolidCast.

Figura 5.20 Resultado de la simulación 1A: GRADIENTE TEMPERATURE SolidCast.



Figura 5.21 Resultado de la simulación 1A: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.

Observaciones:

Las mayores temperaturas y tiempos de solidificación y enfriamiento se concentran en la zona de

la brida.

1B Mazarota abierta según distancia de alimentación calculada.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s




Figura 5.22 Resultado de la simulación 1B: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=1,6299 s



Figura 5.23 Resultado de la simulación 1B: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑠=72,792 s

Figura 5.24 Resultado de la simulación 1B: TEMPERATURES 1 Click2Cast.

Figura 5.25 Resultado de la simulación 1B: TEMPERATURES 2 Click2Cast.



Figura 5.26 Resultado de la simulación 1B: SHIRINKAGE POROSITY Click2Cast.

Observaciones:

De los resultados de la simulación se observa como la mazarota concentra la porosidad de la

pieza, siendo la última en solidificar. Las distribuciones de temperaturas son las esperadas

debido a las concentraciones de masa del sistema.

SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.27 Resultado de la simulación 1B: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙= 3,9s.



Figura 5.28 Resultado de la simulación 1B: TEMPERATURE SolidCast.

Figura 5.29 Resultado de la simulación 1B: FRACCIÓN SOL. CRITICA SolidCast

Observaciones:

Se puede deducir que la mazarota no realiza su trabajo pues solidifica antes que la pieza,

apareciendo defectos en esta.

1C Mazarota cerrada Ø 45 mm según distancia de alimentación

calculada.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s


Diámetro de caudal de entrada: 7mm




Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=1,8628s

Figura 5.30 Resultado de la simulación 1C: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: Ts=79,253 s

Figura 5.31 Resultado de la simulación 1C: TEMPERATURES Click2Cast. t=18,826 s

Figura 5.32 Resultado de la simulación 1C: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.



Observaciones:

De los resultados de la simulación se deduce que existirá un rechupe en la zona central de la

pieza y mazarota no cumpliendo así su cometido.

1D Mazarota cerrada Ø 50 mm e según distancia de alimentación

calculada.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s





Figura 5.33 Resultado de la simulación 1D: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: Ts=79,253s



Figura 5.34 Resultado de la simulación 1D: TEMPERATURES Click2Cast.

Figura 5.35 Resultado de la simulación 1D: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.

1E Mazarota abierta en la parte posterior opuesta a la

alimentación.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s






Figura 5.36 Resultado de la simulación 1E: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=6,6591 s

Figura 5.37 Resultado de la simulación 1E: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: Ts=78,430 s.

Figura 5.38 Resultado de la simulación 1E: TEMEPRATURES Click2Cast.



Figura 5.39 Resultado de la simulación 1E: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.

Observaciones:

De los datos obtenidos se deduce que de aparecer rechupe estaría localizado en la mitad

izquierda de la pieza. Ya que la porosidad de la mazarota es un orden de magnitud superior al

de la pieza, se puede asegurar que en la pieza no aparecerá rechupe.

1F Mazarota cerrada Ø 50 mm en la parte posterior opuesta a la

alimentación.



Click2cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s


Diámetro del caudal de entrada: 5mm





Figura 5.40 Resultado de la simulación 1F: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑠=2,556 s

Figura 5.41 Resultado de la simulación 1F: TEMPERATURES 1 Click2Cast.

Figura 5.42 Resultado de la simulación 1F: TEMPERATURES 2 Click2Cast.



Figura 5.43 Resultado de la simulación 1F: SHRINKINGE POROSITY Click2Cast.

Observaciones:

Tanto la porosidad en la pieza como en la mazarota son del mismo orden de magnitud, se

deduce por tanto que aparecerán rechupes en ambos independientemente de la acción de

uno sobre el otro. Además, la distribución de temperaturas es muy homogénea en la pieza

agravando más la aparición de rechupes por la ineficacia de la mazarota.

1G Mazarota cerrada cilíndrica horizontal en la parte posterior

opuesta a la alimentación.


Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °

Click2cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s


Diámetro del caudal igual al diámetro del cazo


Figura 5.44 Resultado de la simulación 1G: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=0,2926 s



Figura 5.45 Resultado de la simulación 1G: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=0,2926 s

Figura 5.46 Resultado de la simulación 1G: TEMPERATURES Click2Cast.

Figura 5.47 Resultado de la simulación 1G: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.



Observaciones:

Se observa que la distribución de temperaturas es bastante homogénea en el sistema, así

como la porosidad entre pieza y mazarota. Se puede deducir así que aparecerán rechupes

internos independientes en la pieza y en la mazarota.

1H Mazarota abierta en canal de colada.



Click2cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s


Diámetro del caudal igual al diámetro del cazo


Figura 5.48 Resultado de la simulación 1H: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑠=74,867 s

Figura 5.49 Resultado de la simulación 1H: TEMPERATURES Click2Cast.



Figura 5.50 Resultado de la simulación 1H: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.

SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.51 Resultado de la simulación 1H: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado 𝑇𝑙𝑙=3,9 s



Figura 5.52 Resultado de la simulación 1H: TEMPERATURES SolidCast.

Figura 5.53 Resultado de la simulación 1H: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.

1I Mazarota cerrada cilíndrica horizontal en el canal de colada.



SolidCast 8.0

Condiciones:





Figura 5.54 Resultado de la simulación 1I: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado 𝑇𝑙𝑙=3,9 s

Figura 5.55 Resultado de la simulación 1I: TEMPERATURES SolidCast.

Figura 5.56 Resultado de la simulación 1I: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.



1J Mazarota abierta en la zona de la brida.



SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.57 Resultado de la simulación 1J: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado 𝑇𝑙𝑙=3,9 s

Figura 5.58 Resultado de la simulación 1J TEMPERATURES SolidCast.



Figura 5.59 Resultado de la simulación 1J: FRACCIÓN SOL. CRITICA SolidCast.

5.3.2 Resultados del diseño 2

2A Sin mazarota



Click2cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s




Figura 5.60 Resultado de la simulación 2A: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=3,8382 s



Figura 5.61 Resultado de la simulación 2A: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=53,881 s

Figura 5.62 Resultado de la simulación 2A: TEMPERATURES Click2Cast.




Observaciones:

De los resultados de la simulación se deduce que aparecerán rechupes internos en la pieza

asociado a contracciones.

SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.64 Resultado de la simulación 2A: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado 𝑇𝑙𝑙=3,9 s

Figura 5.65 Resultado de la simulación 2A: TEMPERATURE SolidCast.



Observaciones:

Las mayores temperaturas y tiempos de solidificación y enfriamiento se concentran en la zona

de la brida.

2B Mazarota abierta según distancia de alimentación calculada.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s




Figura 5.66 Resultado de la simulación 2B: TEMPERATURE Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=47,176 s

Figura 5.67 Resultado de la simulación 2B: SOLID FRACTION Click2Cast.



Figura 5.68 Resultado de la simulación 2B: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.

SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.69 Resultado de la simulación 2B: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado 𝑇𝑙𝑙=3,9 s



Figura 5.70 Resultado de la simulación 2B: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.

2C Mazarota cerrada Ø 45 mm en la zona de la brida.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s




Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=47,176 s

Figura 5.71 Resultado de la simulación 2C: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝐿𝑙=2,6101 s



Figura 5.72 Resultado de la simulación 2C: TEMPERATURES Click2Cast.

Figura 5.73 Resultado de la simulación 2C: SOLID FRACTION Click2Cast.

2D Mazarota abierta en la parte anterior opuesta a la

alimentación.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s






Figura 5.74 Resultado de la simulación 2D: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=77,763 s


Figura 5.76 Resultado de la simulación 2D: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.



2E Mazarota cerrada cilíndrica horizontal en la parte anterior

opuesta a la alimentación.



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s




Figura 5.77 Resultado de la simulación 2E: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=67,891 s

Figura 5.78 Resultado de la simulación 2E: SOLID FRACTION Click2Cast.



Figura 5.79 Resultado de la simulación 2E: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.

2F Mazarota abierta en canal de colada.



SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.80 Resultado de la simulación 2F: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝐿𝑙=3,9 s



Figura 5.81 Resultado de la simulación 2F: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.

2G Mazarota cerrada cilíndrica horizontal en el canal de colada.



SolidCast 8.0

Condiciones:



Figura 5.82 Resultado de la simulación 2G: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝐿𝑙=3,9 s



Figura 5.83 Resultado de la simulación 2G: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.

5.3.3 Resultados diseño 3

3A Sin mazarota



Click2Cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s




Figura 5.84 Resultado de la simulación 3A: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=3,8339 s



Figura 5.85 Resultado de la simulación 3A: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=54,289 s

Figura 5.86 Resultado de la simulación 3A: TEMPERATURES Click2Cast.




Observaciones:

Como sucedía en las anteriores disposiciones sin mazarota, los resultados reflejan que se

producirá rechupe en el interior de la pieza.

3B Mazarota abierta en canal de colada.



Click2cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s




Figura 5.88 Resultado de la simulación 3B: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=2,8382 s

Figura 5.89 Resultado de la simulación 3B: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=71,493 s



Figura 5.90 Resultado de la simulación 3B: TEMPERATURES Click2Cast.

Figura 5.91 Resultado de la simulación 3B: SHRINJKAGE POROSITY Click2Cast.

Observaciones:

Según las simulaciones se puede deducir que aparecerán rechupes en la pieza y en la

mazarota.

3C Mazarota cerrada Ø 45 mm en la zona de la brida.



Click2cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s






Figura 5.92 Resultado de la simulación 3C: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=2,6416 s

Figura 5.93 Resultado de la simulación 3C: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=70,473 s



Figura 5.94 Resultado de la simulación 3C: TEMPERATURES Click2Cast.

Figura 5.95 Resultado de la simulación 3C: SHRINJKAGE POROSITY Click2Cast.

3D Mazarota cerrada Ø 50 mm en la zona de la brida.



Click2cast

Condiciones:

𝑉𝑖=0,7m/s






Figura 5.96 Resultado de la simulación 3D: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=2,9002 s

Figura 5.97 Resultado de la simulación 3D: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑙𝑙=74,146 s

Figura 5.98 Resultado de la simulación 3D: SOLID FRACTION Click2Cast.

5. simulación numérica -...

Documents