Construcción y Puesta en Marcha de Centrifugadora Vertical de Metales

7/17/2019 Construcción y Puesta en Marcha de Centrifugadora Vertical de Metales

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“Construcción y Puesta en Marcha de Centrifugadora Vertical de Metales”

Carlos Armando Aranda Angamarca 1, Ignacio Vicente Wiesner Falconí

2

1Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción - Escuela Superior Politécnica del Litoral

[email protected].

2 Ingeniero Mecánico, Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción - Escuela SuperiorPolitécnica del Litoral, 1971; Postgrado en México, UNAM – Politécnico de México; Investigador

Visitante del CENIM – España y el IPT – Brasil; Profesor de la FIMCP – ESPOL desde 1975, Campus

Politécnico Prosperina Km. 30.5 Vía Perimetral, Guayaquil, Ecuador,[email protected]

Resumen

El objetivo principal de esta tesis es mejorar el proceso de fabricación que tiene la empresa Intramet. En

la actualidad la empresa realiza su producción de manera artesanal, la nueva propuesta es pasar a un

proceso de fabricación en serie, para lo cual es necesario contar con los equipos adecuados, un objetivo

especifico de esta tesis es proveer a la empresa con una nueva máquina que mejore su proceso de

fabricación y la calidad de sus productos, la máquina que se construyó es una centrifugadora vertical para fundición de metales.

Además haber realizado la construcción el montaje y prueba del sistema en vacío y con carga y sus

respectivos correctivos fue necesario evaluar el producto obtenido para garantizar y certificar la

calidad del mismo que para el caso se hizo en aleación de cobre especificación SAE 64.

Una vez obtenido el producto por ensayos de centrifugación a varias velocidades se realizó la evaluación

de la calidad por medio del ensayo de tracción, ensayo de dureza y el análisis microscópico.

Finalmente se realizó la evaluación económica del proyecto y estableció las ventajas técnico-económicos

por el uso de Ingeniería Nacional para el mejoramiento de los procesos de fabricación.

Palabras claves. Producción, aleación, centrifugación, fabricación, calidad,

Abstract

It was built, we tested mechanically a vertical centrifuge machine and later was used to make

bronze SAE 64, a material that is used for machines of high loads and low speeds as the sugar

mills and machines stone porters.

Were tested alloy solidification with different speeds of centrifugation with at different Gs

acceleration of gravity to improve the grain size and hence the mechanical properties.

IntroducciónSon pocas las empresas que se handedicado en nuestro medio a la venta debronces y latones de alta calidad para laconstrucción mecánica orientada almantenimiento industrial, las oportunidadesde las empresas nacionales de participaren este mercado es modificando susprocesos de producción, igualando osuperando la calidad de los productosimportados.

El presente trabajo consiste en el estudiode la empresa de fundición de metales

llamada INTRAMET, esta empresa sededica a la elaboración de fundiciones demateriales ferrosos y no ferrosos para ellola empresa cuenta con la maquinaria elequipo y el personal técnico adecuado parael proceso de fundición.

Cabe indicar que este proceso se lo realizade una manera artesanal, se utiliza moldesde arena y en algunos casos moldesmetálicos, y el proceso de colado es porgravedad que consiste en verter metalfundido en los moldes previamente

elaborados.



El objetivo de esta tesis es de implantar unmodelo de producción masivo, paraaumentar su producción y al mismo tiempomejorar la calidad de sus fundiciones, paraello lo que se ha propuesto es que laempresa cuente con una nueva tecnología,

y como respuesta se ha propuesto laconstrucción de una máquinacentrifugadora vertical de metales.La única forma que INTRAMET puedeentrar en el mercado con los productos dela nueva línea de producción es por mediode una nueva oferta de bronces de calidadnormalizados de alta resistencia mecánicalibre de defectos superficiales e internosque no son los materiales que existendesde siempre.

Las empresas importadoras de materiales

han acostumbrado a los usuarios del paísal uso de metales de baja resistenciamecánica pero libre de defectos.

La experiencia de INTRAMET radica en laproducción de piezas de bronce especialesque son aleaciones que no se ofrece en elmercado, teniendo de esta forma un nichotecnológico que se quiere aprovechar y porello ha emprendido este proyecto.

Específicamente este proyecto tiene comoobjetivo estudiar el comportamiento del

bronce SAE 40 en la fabricación de bocinesde gran tamaño, los mismos que tienen unagran aplicación en las industrias locales ynacionales.

Entre los principales objetivos específicospropuestos para el desarrollo de estetrabajo de tesis, se tienen los siguientes:

1 La construcción y puesta en marcha dela máquina centrifugadora vertical demetales.

1 Estudiar el funcionamiento de lamáquina centrifugadora vertical paraencontrar los parámetros defuncionamiento en la producciónmasiva del bronce SAE 40.

2 Mejorar la calidad de los bocinesfabricados de bronce SAE 40, encuánto a propiedades de resistenciamecánica, lo cual se analizarámediante análisis de laboratorio.

Comparar las propiedades de los productos

obtenidos en los procesos de fundición porgravedad y fundición centrifuga.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

INTRAMET es una empresa que se dedicaa la fabricación de partes mecánicasutilizando el proceso de fundición, entre losprincipales metales que se funden se

encuentran las aleaciones de: cobre,aluminio, hierro, aceros ordinarios y acerosespeciales como el acero inoxidable, paraello la empresa cuenta con hornos defusión de diferente diseño que depende dela temperatura alcanzable y de la manerade cómo de genera el calor, la empresacuenta con: horno de inducción, hornos decrisol y horno de cubilote.

Además la empresa cuenta con toda lasherramienta y maquinas herramientasadecuada para la preparación de las

arenas, moldes y para el acabado de laspiezas.

El método de de producción con que laempresa trabaja actualmente es un métodode producción artesanal, este método tienesus desventajas, las cuales se venreflejado en la baja calidad del producto,baja producción y baja productividad a másde porosidades, incrustaciones de arena,tamaño de grano grande, todos estosproblemas al final se refleja en la bajaresistencia mecánica del elemento

fabricado y adicional mente se tiene unabaja competitividad con productosimportados.

Para resolver estos problemas se haanalizado las ventajas que podría dar laaplicación del método de fundicióncentrifuga en la fabricación de partesmecánicas, las ventajas que se encuentranal utilizar este nuevo método son: laproducción es uniforme, existe un aumentosignificativo de la misma, reproductividadde piezas libre de defectos y se mejoras en

otros parámetros de calidad como eltamaño de grano el cual es fino y que leconfiere mayor resistencia mecánica alelemento que se fabrica. Finalmente la tasade elementos fabricados es alta encomparación con el anterior método.

Analizando estas ventajas se hadeterminado que se pondrá en prácticaeste método de producción, yespecíficamente la máquina que seconstruirá para alcanzar este propósito esuna máquina de fundición centrifuga

vertical.



Con esta máquina se puede realizarfundiciones con todos los metalesanteriormente mencionados, pero en esteproyecto se estudiara específicamente elcomportamiento del bronce SAE 40 en lafabricación de bocines de gran tamaño, ya

que este material tiene una gran gama deaplicaciones en las industrias

Descripción de la planta, paraproducción no ferrosa.

Aleaciones no ferrosas Los metales parafundición no ferrosos incluyen aleacionesde aluminio, magnesio, cobre, estaño, zinc,níquel y titanio. Las aleaciones de aluminio son en general las más manejables. Elpunto de fusión del aluminio puro es 600 ºCpor consiguiente, las temperaturas de

vaciado para las aleaciones de aluminioson bajas comparadas con las de lasfundiciones de hierro y acero.

INTRAMET es una empresa que se dedicaa la fundición de partes metálicas por másde 20 años, y durante este periodo laempresa ha adquirido la destreza en laejecución de este trabajo y al mismo tiempose ha organizado para realizarlo de unamanera más productiva, esto consiste enque la planta está dispuesta en áreas de

trabajo de tal manera que los procesos selos realiza de una manera rápida.

Las áreas de trabajo con que cuenta laempresa son las siguientes:

2 Área de diseño.- En esta área seplanifica el trabajo según lasespecificaciones del cliente, se realizanlos planos, se dimensionan las partes yse emiten las órdenes de trabajo.

3 Área de materiales.- En esta área se

encuentra todo tipo de chatarra de losdiversos metales que se utiliza en lafabricación de partes.

4 Área de arenas.- Es un lugar específicoen donde se almacenan las arenas defundición entre ellas tenemos: arenanatural para moldeo en verde(húmedo), bentonita, arena de sílicepara moldeo con silicato de sodio yCO2

5 Área de moldeo.- En esta área seelabora los modelos y los moldes.

6 Área de fusión.- En esta área seencuentran los hornos de fundiciónentre los hornos con que cuenta laempresa tenemos: horno de inducciónmagnética, horno de cubilote, horno decrisol.

7 Área de desmolde.- En esta área seretira la parte fundida del molde secortan los bebederos y conductos, paraluego aplicarle un limpieza superficialcon discos abrasivos y si es necesariose le aplica limpieza por medio dechorros de arena.

8 Área de control de calidad.- en estaárea se inspecciona que la partefundida se ha obtenido sin fallos, y si seencuentran fallos de consideración la

parte se la regresa para reprocesarla,caso contrario se la pasa al área demecanizado si fuera así el caso.

9 Área de mecanizado.- En esta área serealiza el mecanizado correspondientesegún sea el requerimiento del cliente,la empresa cuenta con la maquinarianecesaria para este tipo de trabajo.

En el plano 1 que se adjunta en el apéndicese muestra la distribución de la planta deacuerdo al área de trabajo que tiene la

empresa.

ESQUEMA AREAS DE TRABAJO DEINTRAMET



Fundición artesanal con moldes dearena, defectos frecuentes.El proceso para producir piezas u objetosútiles con metal en estado líquido se leconoce como proceso de fundición, esteproceso se ha practicado desde el año

2000ac. Consiste en vaciar metal fundidoen un recipiente con la forma de la pieza uobjeto que se desea fabricar y esperar aque se solidifique al enfriarse y adquieraresistencia mecánica.

Para lograr la producción de una piezafundida es necesario hacer las siguientesactividades:

1. Diseño de los modelos de la pieza y suspartes internas

2. Diseño del molde

3. Preparación de los materiales para losmodelos y los moldes4. Fabricación de los modelos y los moldes5. Colado de metal fundido6. Enfriamiento de los moldes7. Extracción de las piezas fundidas8. Limpieza de las piezas fundidas9. Terminado de las piezas fundidas10. Recuperación de los materiales de los

moldes

ESQUEMA DE MOLDE LISTO PARA SERLLENADO.

FUSION DELMETAL

LLENADODEMOLDE

REMOVER LAFUNDICION DEL

MOLDE

CORTARMAZAROTAS Y

REMOVERCONDUCTOS DEALIMENTACION

LIMPIEZAYACABADO

FABRICACION DEMOLDES

CONSTRUCCIONDEL MODELO

CIERRE DEMOLDE FABRICACIONDE MACHOS

INSPECCION

DIAGRAMA DEL PROCESO DEFUNDICIÓN

DEFECTOS FRECUENTES EN LAFUNDICIÓN

DEFECTOS MÁS COMUNES EN LASFUNDICIONES: (A) LLENADOINCOMPLETO, (B) JUNTA FRÍA, (C)GRÁNULOS FRÍOS. (D) CAVIDAD PORCONTRACCIÓN, (E) MICRO POROSIDADY (F) DESGARRAMIENTOS CALIENTES.Métodos de inspección Losprocedimientos de inspección en lafundición incluyen:1) Inspección visual para detectar defectos

obvios como llenado incompleto, cortesfríos y grietas severas en la superficie.

2) medida de las dimensiones paraasegurarse que están dentro de lastolerancias.

3) pruebas metalúrgicas, químicas, físicas yotras relacionadas con la calidadinherente del metal fundido, pruebas depresión para localizar fugas en lafundición, métodos radiográficos,pruebas de partículas magnéticas, usode líquidos penetrantes fluorescentes ypruebas supersónicas para detectardefectos superficiales o internos en lafundición, ensayos mecánicos para

determinar propiedades, tales como laresistencia a la tensión y dureza.

Si se descubren defectos, pero éstos noson serios, muchas veces es posible salvarla fundición por soldadura, esmerilado yotros métodos de recuperación que sehayan convenido con el cliente.

Producción centrifuga con moldesmetálicos, diagrama de producción enserieLa fundición centrifuga es el proceso de

hacer girar el molde mientras se solidifica elmetal, utilizando así la fuerza centrifuga



para acomodar el metal en el molde. Seobtienen mayores detalles sobre lasuperficie de la pieza y la estructura densadel metal adquiere propiedades físicassuperiores. Las piezas de forma simétricasse prestan particularmente para este

método, aun cuando se pueden producirotros muchos tipos de piezas fundidas.

Existen tres tipos de fundición centrífuga:

Fundición centrífuga real En la fundicióncentrífuga real, el metal fundido se vacía enun molde que está girando para produciruna parte tubular. Ejemplos de parteshechas por este proceso incluyen tubos,caños, manguitos y anillos. Este método seilustra en las figuras 1.5 y 1.6. El metalfundido se vacía en el extremo de un molde

rotatorio horizontal. La rotación del moldeempieza en algunos casos después delvaciado. La alta velocidad genera fuerzascentrífugas que impulsan al metal a tomarla forma de la cavidad del molde. Por tanto,la forma exterior de la fundición puede serredonda, octagonal, hexagonal o cualquierotra.

ESQUEMA DE LA FUNDICIÓNCENTRÍFUGA REAL HORIZONTAL.

ESQUEMA DE LA FUNDICIÓN

CENTRÍFUGA REAL VERTICAL.

Fundición semicentrífuga En este métodose usa la fuerza centrífuga para producirfundiciones sólidas en lugar de partestubulares, como se muestra en la figura (a)y (b) La velocidad de rotación se ajustageneralmente para un factor G alrededor

de 15, y los moldes se diseñan conmazarotas que alimenten metal fundidodesde el centro. La densidad del metal enla fundición final es más grande en lasección externa que en el centro derotación. El centro tiene poco material o esde poca densidad.

Por lo regular el centro en este tipo desistemas de fundición es maquinadoposteriormente, excluyendo así la porciónde más baja calidad. Los volantes y laspoleas son ejemplos de fundiciones que

pueden hacerse por este proceso. Se usanfrecuentemente moldes consumibles odesechables en la fundición semicentrífuga.

(a)

(b)(A) ESQUEMA DE FUNDICIÓNSEMICENTRÍFUGA, (B) PIEZAFUNDIDA.

Fundición centrifugada Es un sistemadonde por medio de un tallo se hace llegarmetal fundido a racimos de cavidadescolocadas simétricamente en la periferiafigura (a) y (b) , de manera que la fuerzacentrífuga distribuya la colada del metalentre estas cavidades. El proceso se usapara partes pequeñas, la simetría radial de

la parte no es un requerimiento como en



los otros dos métodos de fundicióncentrífuga.

(a)

(b)(A) ESQUEMA DE LA FUNDICIÓNCENTRIFUGADA (B) PIEZASFUNDIDAS

Esquema de la fundición centrifugada: lafuerza centrífuga hace que el metal fluya alas cavidades del molde lejos del eje derotación. Piezas fundidas, con estemétodo se funden más de una unidad.

FUNDICIÓN CENTRIFUGADA

TIPOS DE MOLDEEn fundición centrifuga se usan doscategorías de moldes: los moldesdesechables y los moldes permanentes.Cada uno será considerado en lassiguientes líneas.

Moldes desechables

Los moldes desechables son normalmentehechos de arena, cerámica, o yeso. Con

estos materiales, es necesario destruir elmolde completamente para quitar lafundición. Los métodos para producir estosmoldes para la fundición centrifuga es muysimilar a aquéllos usados en fundiciónestática de arena ordinaria o en el proceso

de cera perdida.En la fundición centrifuga, el uso de moldesdesechables tienen sólo un uso limitado.Ellos se usan principalmente cuando serealiza solamente una fundición, cuandose requiere una muy lenta tasa deenfriamiento por las razones metalúrgicas,o porque la fundición es tan grande que unmolde permanente no se justificaríaeconómicamente. Este tipo de método demoldeo es bastante popular para laproducción de productos grandes.

Es preferible hacer las fundiciones enmoldes permanentes, si es posible. Esto esporque el costo de hacer trabajo de arena(moldes desechables) son tales que en lasaltas producciones no es económicamente justificable. Además, una comparación dela calidad del producto hecho en un moldearena contra uno hecho en un moldepermanentes demostró que la calidad delproducto hecho en un molde permanentetiene mayor calidad debido a su efecto deenfriando más rápido del metal fundido que

le confiere altas propiedades mecánicas yfísicas.Moldes permanentesUn molde permanente es hecho de metal ografito y puede usarse repetidamente parala producción de muchas fundiciones de lamisma forma.

Los moldes permanentes son divididos endos clasificaciones. La primera clasificaciónes moldes hechos de grafito o carbono. Lasegunda clasificación es moldes hechos demetal, como acero, hierro colado, o cobre.

En esta tesis nos ocuparemosespecialmente en los moldes metálicos.

Moldes metálicos.El tipo más durable de molde permanentees hecho de acero o hierro colado. Algunosmoldes de cobre son usados solamentepara fundición no ferrosa. Mientras un grannúmero de moldes de hierro colado se usa,hay un problema en su construcción,porque es difícil de producir una formacilíndrica de alta calidad usando el métodode fundición por gravedad. Así, en muchos

casos, los moldes para la fundición



centrífuga son producidos por fundicióncentrífuga.

Por varias razones, no se recomienda quelos moldes de hierro colado se usen, unarazón es porque los ahorros en el costo

material comparado con aquéllos de acerono son muy grandes, y otra razón es esemoldes hierro colado no pueden serenfriados seguramente, se encuentra queun molde de hierro colado, cuando sesomete a un enfriamiento puede llegar a laruptura. Los moldes de acero comúnmenteno tienen este problema y de acuerdo conesto son más recomendables, y ademáslos moldes de acero son más baratosdebido a su larga vida. Se puede usardiferentes aleaciones y tipos de hierrocolado para los moldes permanentes, pero

el hierro gris ordinario con una resistenciaaproximadamente 30000 Psi, hademostrado ser el más barato y el materialmás satisfactorio, para baja producciones.Generalmente se encontrará que el uso deun acero ordinario de bajo carbono como elAISI 1020, normalizado después delmecanizado será muy satisfactorio. Sinembargo estos moldes deben sersometidos a un alivio de tensiones duranteel proceso industrial. Por otro lado, si unmolde será usado para altas produccionesse recomienda que el molde se construya

de un acero de la aleación, como AISI E-4130, tratado térmicamente.

DIAGRAMA DE PRODUCCIÓN EN SERIEPARA FUNDICIÓN CENTRIFUGA.

Bocines centrifugados de altaresistencia.El presente estudio se basa en lafabricación de bocines de bronce de grantamaño y principalmente que estos seancentrifugados. Antes de comenzar a

describir a los bronces apropiados parafundición centrifuga, se define lo que esuna aleación de cobre, cuáles son susaplicaciones y sus principales aleaciones ypropiedades.

El cobre posee una alta conductividadeléctrica y térmica, buena resistencia a lacorrosión, buena maquinabilidad,resistencia y facilidad de fabricación. Es nomagnético, se puede soldar y darterminaciones superficiales conrevestimientos metálicos (galvanizado) o

barnizado.

Se pueden mejorar sus propiedades poraleación.

Las aleaciones de cobre tienen suaplicación en la mecánica, donde la durezay resistencia mecánica son másimportantes que la conductividad eléctrica,entonces las aleaciones como bronce ylatón son aplicadas en lugar de cobre puro.

Clasificación del cobre y sus aleaciones,

propiedades mecánicas y susaplicaciones más comunes.

1 Cobre refinado con oxigeno ocobre electrolítico.2 Cobre libre de oxigeno condesoxidante residual.3 Aleaciones Cobre – Aluminio.4 Aleaciones Cobre – Níquel.5 Aleaciones Cobre – Berilio.6 Aleaciones Cobre – Silicio.7 Latones de baja, media y altaresistencia a la tracción

8 Bronces.- de baja, media y altaresistencia a la tracción.

Cobre refinado o cobre electrolítico.-Tiene una conductividad térmica y eléctricaalta y se usa en electrotecnia, es elconductor clásico, se suministra deformadoen frío en forma de alambre, cables, barras,etc. Contiene un porcentaje medio deoxigeno de 0,04%, no se puede utilizar ensoldaduras ni aplicaciones que impliquencalentamientos por encima de los 300ºCCobre libre de oxigeno con desoxidante

residual.- Contiene entre 0,004 y 0,05 defósforo, si la cantidad de fósforo libre



permanece por debajo de 0,005 laconductividad eléctrica se mantieneelevada, si el porcentaje de fósforo estasobre el (0,04%); en esos casos, laconductividad eléctrica es más baja. Estoscobres pueden embutirse, estamparse,

soldarse, se emplean en la fabricación detubos para plomería o paraintercambiadores de calor.Aleaciones Cobre – Aluminio.- Tienenexcelente resistencia a la corrosión marina,corrosión bajo tensión y a la corrosión porfatiga, resistencia a la oxidación encaliente, buena resistencia mecánica encaliente y muy buena a temperaturaambiente y a baja temperatura, buenascaracterísticas de fricción, ausencia dechispas en el choque, soldabilidadexcelente, incluso sobre acero.

Aleaciones Cobre – Níquel.-Cuproníqueles propiamente dichos tienencontenidos de níquel que varían del 5 al44%. Los cuproníqueles con 40-45% tienenun coeficiente de resistividad eléctrica nulo.Tienen facilidad de conformación en frío yen caliente, facilidad de moldeo, buenascaracterísticas mecánicas, incluso a bajas yaltas temperaturas, propiedades eléctricasespeciales de los tipos con alto contenidode níquel y muy buena resistencia a lacorrosión por el agua de mar que circula agrandes velocidades.

Aleaciones Cobre – Berilio.- Sonaleaciones relativamente nuevas. Se lasenvejece para obtener una muy altaresistencia. Cuando se las tratatérmicamente se logra aumentar laresistencia a la tracción, sus propiedadesmecánicas: son muy elevadas (puedesoportar los 1400 Mpa) y se mantienenhasta los 300 ºC. Tiene una alta dureza ytenacidad, elevado limite de fatiga. El Be tiene menor densidad que el Al , pero supunto de fusión es mucho más elevado(1280 ºC), es muy escaso y caro, sus

principales aplicaciones son: resortesarandelas, relés, membranas, herramientasantichispa, piezas magnéticas, etc.Aleaciones Cobre – Silicio.- Esta aleaciónde cobre – silicio, contiene menos del 5%de silicio y es la más resistente de lasaleaciones de cobre que se puedenendurecer por deformación. Tiene laspropiedades mecánicas del acero demáquinaria (alta resistencia, buenaductilidad y una excelente tenacidad) y laresistencia a la corrosión. Se utiliza entanques, recipientes a presión, y líneas

hidráulicas a presión.

Los Latones.- Son aleaciones a base decobre y zinc, contienen de 5 a 46% de esteúltimo metal y eventualmente, varios otroselementos en pequeñas proporciones, subuena resistencia a la corrosión y suaptitud para tratamientos superficiales

(barnices transparentes, recubrimientosdiversos), permiten realizareconómicamente objetos de bello aspecto,de larga duración y de mantenimiento fácil.Pueden ser colados, trabajados en frío o encaliente según su composición. Sonfácilmente estampados, embutidos omecanizados con aleaciones de plomo yzinc mejoran sus propiedades yaplicaciones.Bronces al estaño.- Los auténticosbronces son aleaciones de cobre y deestaño, con contenidos que varían del 2 al

20% de estaño, ya que por encima de estaproporción el material se vuelve frágil. Secaracterizan por una buena resistencia,tenacidad, y resistencia al desgaste y a lacorrosión. Por todo ello se utilizan enengranajes, rodamientos y elementossometidos a grandes cargas decompresión.Bronce al fósforo (CuSn8P ).- Contiene90% de cobre, aproximadamente10 % deestaño y se agrega alrededor de un 0,3%de fósforo que actúa como endurecedor,formando con el cobre el compuesto Cu3P

duro y frágil, que mejora la resistenciamecánica. El bronce fosforoso tiene altaresistencia y tenacidad, buena resistencia ala tracción y resistencia a la corrosión. Seutiliza en la fabricación de bombas,engranajes, resortes y rodamientos,chavetas y discos de embrague.Bronce al estaño con plomo.- El plomoes insoluble en la aleación. Hasta un 7%mejora la aptitud al mecanizado y a laestanqueidad. Por encima, hasta el 30%,las aleaciones se usan para resistir aldesgaste. Estos bronces se utilizan para la

fabricación de cojinetes. Los cojinetes quese utilizan para soportar pesadas cargastienen alrededor de 80% de cobre, 10% deestaño y 10% de plomo. Para cargas másligeras y velocidades mayores el contenidode plomo aumenta. Un cojinete típico deesta clase puede contener 70% de cobre,5% de estaño y 25% de plomo.Bronce al estaño con zinc (CuSn5Zn4 ).- Tiene 2 % de zinc, el zinc facilita ladesoxidación, mejora la colabilidad yductilidad. Además con el agregado deplomo (<6%), este bronce se usa en grifería

o válvulas de agua, vapor y petróleo.Además al tener buena resistencia a la



tracción y a la corrosión por agua de mar,se utiliza en buques, para guarniciones detuberías y piezas de bombas.

Bronce al manganeso .- Tiene 60%de cobre, 40% de zinc y manganeso

hasta 3,5%. Es altamente resistentea la corrosión del agua de mar, poresto se utiliza en la fabricación dehélices de barcos. En la siguientetabla se presentan las característicastécnicas de los bronces más usadosen la industria.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOSBRONCES.

CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS YFÍSICAS DE LOS BRONCES.

SOLUCIÓN DEL PROBLEMAEn este capítulo se desarrollaran loscálculos necesarios para la construcción dela máquina centrifugadora vertical demetales, en primera instancia sedimensionará la máquina según los

requerimientos de la empresa, paradeterminar el tamaño y la forma que tendrá

la máquina, el números de partes que laconforman, el tipo de materiales que seutilizarán, el sistema de transmisión depotencia, el sistema de variación develocidades, el sistema de enfriamiento, laselección del motor, la selección de los

rodamientos y los tamaños y las formas delos moldes.Capacidad de producción de partes enaleaciones de cobreA continuación unas fotografías queilustran el proceso de fundición por elmétodo de fundición por gravedad.

ETAPAS DEL PROCESO DE FUNDICIÓNEN ARENA.

ETAPAS Y TIEMPOS DEL PROCESO DEFUNDICIÓN EN ARENA POR

GRAVEDAD.



A continuación unas fotografías queilustran el proceso de fundición por elmétodo de fundición centrifugada.

ETAPAS DEL PROCESO DE FUNDICIÓNCENTRIFUGA

ETAPAS Y TIEMPOS DEL PROCESO DEFUNDICIÓN CENTRIFUGADA

Dimensionamiento de la máquina.

Para el dimensionamiento de la máquina setomaran en cuenta los siguientes factores:la máquina será utilizada para lafabricación de bocines y partes que tengancierta simetría cilíndrica, el material queutilizará en el proceso de centrifugado será

el bronce por su densidad más alta que ladel acero, la capacidad máxima de cargade la máquina será de 100 Kg de fundición,la forma de la máquina será cilíndrica, conel motor pagado a un costado, tendrá unatapa pivoteada en un extremo la misma quetendrá un contrapeso para que facilite laoperación de abrir y cerrar, internamente lamáquina estará compuesta de una mesagiratoria, eje, sistema de acoplamiento dela mesa y el eje, chumacera, polea, sistemade enfriamiento y un sistema derecolección de agua de enfriamiento.

Para obtener las dimensiones de lamáquina se empieza dimensionando elbocín, para luego dimensionar el molde ycon esto se dimensiona la mesa giratoriacon ello de dimensiona la estructura quealbergara todos estos elementos, tomandoen cuenta que la altura de la máquina debeser tal que una persona promedia puedatrabajar sin problemas en el momento devaciar el metal fundido dentro del molde.

Como dato adicional se tiene que el

diámetro del bocín debe ser de 350mmcomo máximo, con esto y con ayuda deuna tabla del libro de Centrifugal Casting deNathan Janco 1988. Se determina elespesor que debe tener el molde, el mismoque es 40mm sumando todo esto seobtiene que el molde tiene un diámetro de430mm, adicional a este diámetro senecesita unas bridas en los extremos delmolde con la finalidad de poder sujetar elmolde a la mesa y poder asegurar la tapadel molde.Esto da un diámetro final del molde de

470mm.Ahora con el diámetro del molde mas unosespacios para pode sujetar el molde a lamesa se determina que la mesa debe tenerun diámetro de 660mm, con esto seprocede a dimensionar el diámetro quedebe tener el cuerpo cilíndrico de lamáquina, al diámetro de la mesa se leadiciona un espacio concéntrico para poderacoplar el sistema de enfriamiento,tomando en cuenta todos los detalles sedetermina que el diámetro de cilindro debeser de 815 mm.



ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DE LA

MÁQUINACronograma de construcción delequipo.La etapa de selección y dimensionamientode la máquina ha finalizado. Ahora parapoder implementar la solución encontradase requiere empezar, el proceso de

construcción. Para ello hay que a laborarun cronograma de las actividades que hayque realizar para la ejecución del proyecto.Además hay que hacer un estimativo de lostiempos y de los recursos que senecesitará tanto en mano de obra como enmateriales.

Entre las principales actividades o tareasque se desarrollaron para la construcciónde la máquina se tienen las siguientes:

TAREAS QUE SE EJECUTARON

PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LAMÁQUINA

Cálculo y construcción de las partesestructurales.

Masa de la tapaDimensiones del cilindro: Diámetro exteriorDe1 = 815mm, altura H = 150mm, espesorde plancha e1 = 6mm.Dimensiones de la placa superior: Diámetroexterior De2 = 815mm, e2 = 3mm

Dimensiones del anillo de refuerzo:Diámetro exterior De3 = 895mm, diámetrointerior Di 815mm, e3 = 6mmDensidad del acero ρ= 7850 Kg / m3 Aplicando las formulas de volumen ydensidad se calculó las masas respectivas.

Entonces la masa total de la tapa es lasuma de lo anterior y esto es 35.36 Kg.

A continuación se muestra un esquema delas dimensiones de la máquina que incluyeel bastidor, la tapa, el sistema de bisagra y

el contrapeso que ayudará a abrir y cerrarla tapa.

ESQUEMA DEL SISTEMA DECONTRAPESA DE LA TAPA.



Realizando sumatoria de momentos conrespecto al eje de rotación obtenemos lamasa del contrapeso, también se consideraque hay que aplicar un fuerza de 98N parapoder levantar la tapa.

Cálculo de la base de la chumaceraprincipal.Esta parte fue construida con perfiles deángulos de 50 x 6 mm los mismos que seencontraban en la bodega de materiales dela empresa estos ángulos van fuertementesoldados al bastidor de la máquina, seutilizó electrodos 7018 de AGA para tenerun mayor confianza en la soldadura, sin

embargo se realizo un análisis a laestructura con el programa SAP 2000 paraverificar que este todo bien.

La carga aplicada es el peso de todo elsistema de rotación este peso ya estácalculado pero se lo explicarádetalladamente en el siguiente ítem 2.5, lamisma que es 3920 N, con esto se utiliza elprograma SAP 2000 para verificar que todoeste correcto, los apoyos se considerantotalmente empotrados.

BASE DE CHUMACERA MODELADA ENSAP 2000

|

BASE DE CHUMACERA MODELADA ENSAP 2000 Y DEFORMADA

FACTORES DE SEGURIDADCALCULADOS POR SAP 2000

Cálculos de los pernos para sujetar lachumacera principal a la base.La chumacera principal es otro de loselementos con que disponía la empresa ensus bodegas esta chumacera era parte delos componentes de un puente grúa, lachumacera va sujetada por medio decuatro pernos la carga total que soportaranestos pernos es de 3920 N la medida delos pernos se determinará a continuación.

La fuerza aplicada en cada perno es lacarga total (P) dividida para el número depernos existentes.

El esfuerzo cortante en un perno es:

Dónde.

F p = fuerza aplicada al perno.Ap = área en el fondo de la rosca delperno.

El factor de seguridad para este caso secalcula de la siguiente manera.

Para este caso se utilizará un factor deseguridad de 10 y los pernos serán degrado SAE 2 los mismos que tienen unlímite de fluencia elástico minino (Sy) de(57 kpsi) 393Mpa. De la taba 14-6 del librodiseño de máquinas de Robert L. Norton,con las ecuaciones 11, 12 y 13reordenando se obtiene:

Con esta área y con la fórmula del área deun círculo se despeja el diámetro requerido:

Este diámetro es del fondo de la rosca y

corresponde a un perno de 7/16 in.



Cálculo y construcción partes móviles:eje, mesa giratoria y selección derodamientos. Para empezar con los cálculos hay queestablecer la masa total del sistema que vaa rotar durante la operación de

centrifugación entre los elementos querotan se tiene los siguientes: el bocín, elmolde, la mesa giratoria, el acople de lamesa al eje, el eje y la polea.Cálculo de las dimensiones del bocín.Con la información de la masa requerida100 Kg, la forma cilíndrica de un bocín y delmaterial se procede a calcular lasdimensiones que debe tener este bocín. Ladensidad y el volumen de un cilindro huecose calculan con las siguientes ecuaciones:

Donde:ρ = densidad.V = volumen.m = masa.D e = diámetro exterior. D i = diámetro interior. h = atura.Para realizar el cálculo de las dimensionesse tiene una referencia de que el diámetroexterior tiene que ser a lo máximo de 350mm y el espesor de pared debe ser a lomáximo de 40mm, con esto se tiene que eldiámetro interior es de 270mm yconsiderando que la masa del bocín es de100kg, se procede al cálculo con el uso delas ecuaciones 14, 15 y con una densidadde 8874 Kg/m3, se calcula la altura que hade tener el bocín.

En resumen se tiene que las dimensionesdel bocín son: De=350mm, Di=270mm,h=290mm y su masa es de 100 Kg.

ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DELBOCÍN.Determinación de las dimensiones delmolde.Con los datos anteriores encontraremoslas dimensiones que debe tener el molde,

lo primero que hacemos es determinar elespesor de pared que debe tener el moldeteniendo como partida el diámetro interiordel molde que es el mismo del diámetroexterior del bocín en este caso 350mm,para ello nos referimos a la tabla que seencuentra en el libro de Centrifugal Castingde Nathan Janco 1988.

REPRODUCCIÓN DE LOS DIAGRAMASDE CÁLCULO DE ESPESOR DE PAREDDE MOLDE DE NATHAN JANCO 1988

Con la utilización de esta tabla seencuentra que el espesor de pared de

molde debe ser de 40mm, ahora secalculara la masa del molde, pero antes sedetallará los componentes del molde, elmismo que está compuesto de un cuerpode molde una placa base y un tapasuperior, a continuación se muestra unesquema de la forma del molde.



ESQUEMA DE LOS COMPONENTES DEUN MOLDE METÁLICO PARAFUNDICIÓN CENTRIFUGACon los datos anteriores se dimensiona elmolde de la siguiente manera.

ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DELMOLDE.El espesor de la placa base se estimo en25mm, en base a una prueba inicial que serealizo, ya que para la determinación delespesor optimo se tiene que realizarcálculos de esfuerzos térmicos combinadocon la teoría de deformación de placas ychoques térmicos los mismos que son muycomplejos y algunos autores recomiendanel uso del método de elementos finitos pararesolver este problema. Con el mismocriterio se estimo el espesor de la tapasuperior en 15mm por el motivo de queesta está sometida a menos esfuerzos quela base, con todas esta dimensiones secalcula la masa del molde.Cálculo de la masa del molde.Cálculo de la masa del cuerpo delmolde.El cuerpo del molde está compuesto detres partes, un bocín y dos bridas con estose calcula como sigue:Masa del bocín del molde.Se tiene que De=430mm, Di=350mm yH=290mm con la densidad de 7850 Kg/m3,

con las ecuaciones 14 y 15 se obtiene:

Las dimensiones de las bridas son:De=470mm, Di=430mm y H=20mm, conesto se obtiene la masa de los dos anillos.

Entonces:

Masa de la placa base.Las dimensiones son: De=470mm,H=25mm con las ecuaciones 14, 15 y conla densidad de 7850 Kg/m3 se obtiene:

Masa de la tapa superior.Las dimensiones son: De=470mm,Di=200mm, H=15mm con las ecuaciones14, 15 y con la densidad de 7850 Kg/m3 seobtiene:

Entonces la masa del molde es:

Con lo anterior se determina que la masadel molde es de 171.1 Kg, a esto se lesuma la masa del bocín la misma que esde 100 Kg, obteniendo un total de 271.1 kg,con esta información se procederá adeterminar las dimensiones y masa de lamesa giratoria para una carga de 280 Kg.Determinación de las dimensiones ymasa de la mesa giratoria.Como ya se determinó que el diámetro dela mesa será de 660mm solo hay quedeterminar el espesor de la mesa para quepueda soportar una carga de 280 Kg.

ESQUEMA DEL MOLDE CON LAFUNDICIÓN EN SU INTERIOR.

Como se puede observar la mesa es unaplaca circular que está sometida a unacarga uniformemente distribuida sobre unárea definida, debido a esta carga la mesa



tendera a flexionar en todos los planosnormales a ella, esto difiere de la flexión enuna viga que flexiona solamente en unplano, por lo tanto no se puede aplicar lasformulas de esfuerzos por deflexión de lasvigas, entonces para el análisis de esta

placa se utilizará las formulas que se danen el libro Curso Superior de resistencia demateriales de Seely y Smith para el casode placas circulares Apoyadas en la zonacentral y cargadas uniformemente con lasiguiente fórmula:

Donde:r = radio de la placa.ro = radio de la zona central cargada.t = espesor de la placa.ω = carga uniforme por unidad desuperficie.µ = modulo de Poisson.La placa fallara por esfuerzos de flexión yestos se desarrollaran en la superficie,como la placa en este caso la mesagiratoria es fabricada de fundición de acero,podemos asumir las propiedades del aceroAISI 1020 que tiene Su = 379 Mpa y Sy =207 Mpa.

Ahora definimos un factor de seguridadpara el cálculo del espesor de la placa, y eneste caso se escogerá un valor de 4 porquees el caso de diseño de estructura estáticaso elementos de máquinas bajo cargasdinámicas con incertidumbre acerca de lascargas, propiedades de los materiales yanálisis de esfuerzos o el ambiente detrabajo.Para este caso se aplicará el método delesfuerzo de fluencia para esfuerzosestáticos uniaxiales normales en materialesdúctiles, las siguientes ecuaciones aplicanel principio de la resistencia de fluencia aldiseño:Para esfuerzo de tensión:

Para esfuerzo de compresión:

Para la mayor parte de los materialesdúctiles forjados Syt = Sct.Para este caso se debe cumplir:

Ahora se calcula el área de aplicación de lacarga la misma que se trata de un círculo

de diámetro 0.47m (470mm) entonces elárea es:

Se calcula la fuerza ejercida por la masa de280Kg, la misma que es:

Con esto se calcula la fuerza distribuida porunidad de área ω:

Teniendo en cuenta que µ para el acero es0.27, r = 330mm, ro = 235mm, con estosdatos y el valor de σmax = 51.75 Mpa y con

la ecuación 16 se calcula el espesormínimo para t.Entonces el valor mínimo requerido para tes:

La mesa es una placa circular que tiene undiámetro exterior De = 660 mm (0.66 m), yun espesor t = 26mm (0.026 m), con lasecuaciones 14, 15 y con la densidad de7850 Kg/m3, se obtiene la masa de lamesa:

El proceso de centrifugado consta de dosetapas, la primera etapa es de llenado y lasegunda etapa es de centrifugado, en laprimera etapa la velocidad de rotación esde 100 rpm, luego esta velocidad esacelerada hasta llegar a los 875 rpm en untiempo de 20 segundos, a continuación sepresenta una tabla que indica lasvelocidades y las aceleraciones que se danen las dos etapas.

ACELERACIONES EN LA ETAPA DELLENADO Y EN LA DE CENTRIFU

Como se puede observar la aceleraciónmás grande se da en la etapa de



centrifugado, entonces el análisis dinámicose realizará para esta etapa, para esto seutiliza la forma rotacional de la segunda leyde Newton esto es:

Donde:T = par de torsión resultante con respectoal centro de masa.α = aceleración angular.

I = l momento de inercia de masa conrespecto a un eje que pasa por el centro demasa.

Para este caso I= 12.2 kg m2 y α= 3.25Rad/sg2, con esto se calcula el valor delpar de torsión necesario para hacer rotar elsistema a la aceleración requeridaentonces:

Este valor sirve para calcular la potenciadel motor necesario para realizar laoperación de centrifugación y además sirvepara dimensionar exactamente el eje, paracalcular la potencia del motor se utiliza lasiguiente ecuación:

Donde T es el par de torsión en (N*m) y ω es la velocidad angular en (rad/seg),entonces:

Con esto significa que un motor de 5 hptrabajara normalmente.

Calculo del eje.

Ahora se dimensionará exactamente el eje,para ello se sabe que el eje está montadosobre dos rodamientos el rodamiento C esde rodillos cónicos y el rodamiento B es

rígido de bolas el eje soporta una cagaaxial de 351.2 kg, equivalente a 3442 Nque corresponde al peso de la mesa, elacople, el molde y la fundición ademásexiste un par de torsión de 39.64 N*m.

ESQUEMA DE LAS CARGAS APLICADASAL EJE.El motor que se encuentra a la disposicióndentro de la empresa es un motor de 5 Hpa 1750 rpm, la velocidad a la que debeopera la máquina cuando está trabajandocon fundiciones pequeñas debe ser de1200 rpm, se selecciona una polea de75mm de diámetro para el motor, y secalcula el diámetro de la polea del eje conla siguiente relación:

Donde:

ω m Es la velocidad angular del motor.Dpm Es el diámetro de la polea del motor.ω e Es la velocidad angular del eje.Dpe Es el diámetro de la polea del eje.Entonces:

Entonces el diámetro de la polea del eje esde 110mm.Para el caso de transmisión de potenciapor medio de bandas V se toma en cuentalas siguientes consideraciones, los doslados de la banda están en tensión, pero latensión del lado tenso es mayor a latensión del lado flojo, entonces existe unafuerza neta sobre las poleas igual a:

La magnitud de la fuerza impulsora neta sepuede calcular con el par torsionaltransmitido.



Donde rp es el radio de la polea del eje,pero la fuerza de flexión sobre el eje quesostiene la polea es FA = F1 + F2 Para este caso se tiene que la relación de

F1 / F2 = 5 y se puede decir que FA=CFN,haciendo la debida manipulación algebraicase obtiene que:

ESQUEMA DE LA FUERZAFLEXIONANTE DEBIDO A LAS BANDAS.Ahora se procede a calcular las reaccionesen los apoyos, aplicamos sumatoria demomentos en C para calcular la reacciónen B y luego con sumatoria de fuerzasencontramos la reacción en B:

ESQUEMA DE LAS REACCIONES EN ELEJE

ESQUEMA DE RESULTADOS DE LASREACCIONES EN EL EJE

DIAGRAMA DE LA FUERZA CORTANTEY EL MOMENTO FLEXIONANTE

El material que se utilizará en laconstrucción del eje es el acero AISI 1020laminado al caliente, de la tabla delapéndice C-9 del libro de Diseño demáquinas de Robert Norton encontramosque Sy =207 Mpa y Sut =379 Mpa, como

es un elemento que está en rotación serealiza un análisis de resistencia a la fatiga,para ello se empieza por determinar laresistencia real a la fatiga Se con lasiguiente ecuación:

La carga es a flexión y a torsión, por lo queCcarga = 1, asumimos Ctamaño = 1, con laecuación (6.7e) del libro de Norton secalcula el valor de Csuperficie. Relativo aunterminado por mecanizado.



Los valores de A y b se encuentran en latabla 6-3 del libro de Norton, los mismosque son: A = 4.51 y b = -0.265 con estoCsuperficie = 0.93, la temperatura no eselevada por lo que Ctemperatura = 1, seconsidera una confiabilidad del 90% de la

tabla 6-4 del libro de Norton Cconfiabilidad= 0.897 con todo esto se tiene que:

Se supone que el factor de diseño es N=4porque se espera que el sistema debemanejar cargas de tamaño grande estoimplica que en algunos casos existirá algode vibración en el sistema.La sensibilidad a la muesca del material sedetermina ya sea usando la ecuación 6.13,o la figura 6-36, y es q = 0.5 para un radiode muesca supuesto de 0.25mm.El factor de concentración de esfuerzos a la

fatiga se determina a partir de la ecuación6.11b, y conforme al factor geométrico deconcentración de esfuerzos (Kt) supuestospara este caso los mismos que son: 3.5para los radios del escalón a flexión, 2 paralos radios del escalón a torsión y 4 para loscuñeros.Para analizar cada parte del eje nosvalemos de la ecuación (9.6a) del libro deNorton:

Donde:Nf factor de seguridad a la fatiga.Kf factor de concentración deesfuerzos a la fatiga debido a flexión.M momento.Se límite de resistencia a la fatigacorregida.Kfsm factor de concentración deesfuerzos a la fatiga debido a torsión.T par de torsión.Sy límite de fluencia elástico.

En el punto A, justo en el escalón dondedescansa la polea el momento no es cero ytiene un valor de 71.3 N*m, y el partorsional es constante, la polea se instalacon una cuña y un perno por la parteinferior para evita que se salga de suposición de trabajo, el factor deconcentración de esfuerzos para un cuñeropor fatiga a flexión en el punto A Secalcula con la ecuación 6.11b de Nortoncomo sigue:

Para este caso el factor de concentraciónde esfuerzos para un cuñero por fatiga atorsión K fsm es el mismo que K f , entoncesK fsm = 2.5

En el punto B el momento flexionante esmáximo y el par torsional es constante, losfactores de concentración de esfuerzo porfatiga para un escalón debido a flexión ytorsión son:

En el punto C no existe momento soloexiste un par torsional constante pordebajo de un escalón

El factor de concentración de esfuerzospara un escalón cargado a torsión secalcula como sigue:

El punto D del eje está sometido a un parde torsión constate y a una carga axial.

Para este caso la inclusión de la cargaaxial en los cálculos complicaríagrandemente la solución, además que losesfuerzos que se genera por la carga axiales relativamente pequeños comparadoscon los esfuerzos flexionante, también elhecho que el esfuerzo sea de compresiónmejora el funcionamiento del eje por fatiga.

El factor de concentración de esfuerzospara un escalón cargado a torsión secalcula como sigue:

El punto E del eje está sometido a un parde torsión constate y a una carga axial.



Se realiza el mismo razonamiento conrespecto a la carga axial, en este puntoexiste un cuñero entonces el factor deconcentración de esfuerzos para un cuñerocargado a torsión se calcula como sigue:

En resumen los diámetros mínimos que serequieren para las diversas partes del ejeson:DA = 36.6 mm.DB = 41.2 mmDC = 22 mm.

DD = 22 mm.DE = 26 mm.Como se puede observar el diámetro quesobresale es el punto B en donde existe elmáximo momento de flexión acompañadodel par de torsión.

Para la construcción del eje se busca lasdimensiones en un catalogo y se encuentraque la medida más apropiada es un ejecon 51 mm de diámetro, esta medidaservirá de base para el tramo D en dondeel diámetro decidido para la construcción

es de 50 mm.Ahora analizando los puntos B y C endonde van acoplados los rodamientos ybuscando las dimensiones de losrodamiento en un catalogo de la empresaNTN se observa que un rodamiento dediámetro exterior de 100mm se acopla a lachumacera existente, entonces seselecciona un rodamiento con el diámetrointerno de 45mm, luego se verificará si esterodamiento es el adecuado, con esto losdiámetros en los tramos B y C será de

45mm.

En el tramo A del eje en donde va acopladala polea se decide que el diámetro debe serde 40mm, con esto queda una escalón de2,5 mm para que descanse la polea,finalmente el tramo E en donde va ubicadael acople se decide que el diámetro será de42 mm y de esta manera se obtiene unescalón de descanso de 4mm. Ahora secalculará los verdaderos factores deseguridad para cada parte del eje con lasiguiente formula despejada de la ecuación

9.6 de Norton.

NA = 5.23NB = 5.23

NC = 35.96ND = 49.33NE = 17.54

A continuación una tabla con los valorescalculados.

VALORES CALCULADOS

Calculo del acople de la mesa al eje.Este es un elemento que se fabricó pormedio de fundición en acero y lasdimisiones se las determino por relación de

tamaños y las dimensiones que se dieronfueron las siguientes. La carga que debesoportar este elemento es la carga de lamesa, el molde y la fundición, esta cargaes 350 Kg que corresponde a una fuerzade 3430 N.

MOLDE DONDE SE FUNDIÓ EL ACOPLE.



ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DELACOPLE.

Para calcular el esfuerzo de compresión alque está sometido este elemento se utilizala siguiente fórmula:

Considerando el área más pequeña quecorresponde a un anillo de diámetroexterior de 50 mm y un diámetro interno de42mm entonces el área es:

Entonces el esfuerzo es:

Calculando el factor de seguridad:

Como se puede observar el elemento tieneun factor de seguridad de 3 y esto en ellímite de su capacidad de carga paravalores menores de carga este factormejora.

Por último se calculara la capacidad detransmisión de torsión de los cuatro pernosde 1/2 pulgada que se utilizo en el acople y

la mesa, se utiliza pernos grado SAE 5 conun resistencia a la fluencia σy= 558.5 Mpa.Entonces el esfuerzo permisible en cortantees:

El perno de 1/2 tiene un diámetro menor de10 mm entonces:

La fuerza permisible en un perno es:

Como existen cuatro pernos a unadistancia de 80 mm desde el centro del ejeel Par de torsión permisible es:

El par de torsión calculado anteriormentepara la operación de centrifugado fue de39.64 N.m esto quiere decir que los pernosnunca fallaran por cortante y menos aunpor tensión.

DIVERSAS VISTA DEL ACOPLEREALIZADAS EN INVENTOR 2008.Selección de rodamientos.En el sistema que se ha diseñando vanacoplados dos rodamientos, el rodamiento

que va ubicado en el punto C del eje es unrodamiento que soportara cargascombinadas una carga axial y una cargaradial, el rodamiento que va ubicado en elpunto B es un rodamiento que soportarásolamente una carga radial. Ambosrodamientos tienen las mismasdimensiones, ambos tiene un diámetroexterior de 100 mm y un diámetro interiorde 45mm.

Con estos datos se consultó un catalogo derodamientos de la empresa NTN y se

encontró que el rodamiento más apropiadopara el punto C es un rodamiento derodillos cónicos de una hilera el mismo quetiene la siguiente referencia 4T-32309U,y para el punto B se encontró que elrodamiento más apropiado es unrodamiento rígidos de bolas el mismo quetiene la siguiente referencia 6309.

Ahora se analizará cada uno de estosrodamientos para comprobar que son losindicados y calculamos la vida útil de cadauno de ellos.



Para el rodamiento de rodillos cónico4T-32309U la carga de trabajo quesoportará es una carga axial Fa =3620 Nque es el peso de todo el sistema rotatorioy una carga radial Fr =600 N, y trabajará auna velocidad máxima de 1200 rpm,

siguiendo el procedimiento mostrado en ellibro de Norton se procede de la siguientemanera.Del catalogo se toma los valores de lacarga dinámica Cr = 154000 N, de la cargaestática Cor = 191000 N, y la velocidadadmisible es de 4000 rpm, estos valoresestán muy por encima de las cargasaplicadas esto significa que esterodamiento trabajara sin problema dentrodel sistema, ahora se calcula su vida a lafatiga expresada en millones derevoluciones.

En el catalogo se encuentra que el valor dee=0.35, para este rodamiento y se calculala siguiente relación.

Cuando el anillo interior es rotatorio el valorde V es 1.Para calcular la carga equivalente dinámicautilizamos la formula:

Los valores de X y Y dependen del valor dee, para la relación Fa /VFr >e, en el catalogolos valores de X=0.4 y Y=1.74

Con la siguiente formula se calcula la vidaa la fatiga aplicada a rodamientos derodillos expresada en millones derevoluciones:

CHUMACERA Y EL RODAMIENTOCÓNICO.Para el rodamiento rígido de bolas 6203la carga de trabajo que soportara es unacarga radial de 1554.5 N y trabajara a unavelocidad máxima de 1200 rpm, siguiendo

el procedimiento mostrado en el libro deNorton se procede de la siguiente manera.

Del catalogo se toma los valores de lacarga dinámica Cr = 53000 N, de la cargaestática Cor = 32000 N, y la velocidadadmisible es de 7000 rpm, estos valoresestán muy por encima de las cargasaplicadas esto significa que esterodamiento trabajara sin problema dentrodel sistema, ahora se calcula su vida a lafatiga expresada en millones derevoluciones.

Como no existe carga axial el valor de Pr es el mismo de la carga radial, entoncesse procede directamente a utilizar lasiguiente fórmula para calcular la vida a lafatiga.

Cálculo y adaptación del sistema deagua de enfriamiento.

Si los moldes no se enfrían por algunosmedios estos llegarían gradualmente atemperaturas muy elevadas, dependiendode la tasa de producción. Utilizar aire parael enfriamiento de moldes es muy ineficazy sólo se usa para tasas de producciónmuy bajas.El enfriamiento por medio de agua es muyeficaz y puede permitir altas producciones,prácticamente todos los tipos de máquinasde fundición centrífugas utilizan bombas deagua para enfriar el diámetro externo delmolde. Este método es bastante eficaz

quitando el calor del molde así comomanteniendo una temperatura deseada delmolde.

La práctica usual para utilizar bomba deagua para el enfriamiento puede serautomáticamente o manual, se prende labomba inmediatamente después de larealización de la operación vaciado. Elagua puede salirse entonces adelante ydespués puede apagarseautomáticamente, por medio de uncronómetro, si lo desea.



Naturalmente, durante el período defundición el molde absorberá el calor delmetal fundido, mientras aumenta latemperatura del molde así. El agua deenfriamiento extrae el calor del molde paraque los dos puedan ser equilibrados para

mantener una temperatura promediaglobal. Debe tenerse presente que,mientras la temperatura del molde subirádespués de que el metal se ha vertido allí,disminuirá debajo de la temperatura mediade operación si el agua se sale adelantedurante un largo tiempo.

Cálculos.Antes de empezar con los cálculos hay quetomar en cuenta que la empresa cuenta yacon una torre de enfriamiento, sistemaenfriamiento en la torre, las bombas y el

sistema de tuberías que ya fuerondiseñadas para el funcionamiento de unacentrifugadora horizontal que existe en laempresa, para la instalación de lacentrifugadora vertical se tomo unaderivación de la tubería para el sistema deenfriamiento.

TORRE DE ENFRIAMIENTO

SISTEMA DE RADIADORES UBICADOSEN LA PARTE SUPERIOR DE LA TORRE

DE ENFRIAMIENTO.La torre de enfriamiento se encuentra a unaaltura de 3.5 m, entonces la presión porgravedad en el sistema se la calcula con lasiguiente fórmula:

Donde:

P = Presión (Pa).ρ = Densidad (Kg/m3).

g = Aceleración de la gravedad (m/sg2).h = Altura del sistema (m).

Esta presión expresada en Psi se tiene

que la presión de del sistema es 5 Psi, peroen el sistema existe una bomba de 2 Hpque aumenta esta presión a 16 Psi, el tuboque se utilizó para la alimentación de aguahacia la máquina es 1” NPT el mismo quetiene un diámetro exterior de 33mm y undiámetro interno de 27mm, este diámetrose reduce a un tubo de 1/2 ” NPT el mismoque tiene un diámetro de 17 mm, el caudalque se midió del sistema es de 3.5E-4 m3 /sg, el caudal sin la bomba es de 1.37E-4m3 /sg.

Con estos datos se diseñara el sistemainterno de enfriamiento para la máquina,pero antes se realizara un balance deenergía para determinar cuánto calor existeen el sistema y cuanto calor hay que retirar.Prácticamente lo que se tiene es un moldede sección circular en el que se hadepositado un metal fundido en este casoes el bronce el mismo que esta a unatemperatura de 950°C y considerando quehay que bajar la temperatura hastaaproximadamente 100 °C, entonces el calorque hay que retirar es:

Donde:M = Masa de metal fundido (Kg)Cp = Poder calorífico del bronce ( W/m*K)∆t = Diferencias de temperatura (K)M= 100KgCp =355 J/Kg*K.∆t= 850.

Este calor es el mismo que se retirara pormedio de chorros de agua. En la practica latemperatura a la que debería estar el moldepara su retiro de la máquina esta alrededorse los 100°C la cual es una temperaturamanejable en este tipo de trabajos. Paracalcular la cantidad de agua que hay queutilizar para evacuar este calor hasta unatemperatura de 100°C se utiliza la mismafórmula del calor pero esta vez aplicadapara el agua y considerando que elincremento en la temperatura del agua alrededor de 50°C.

Cp = 4186 J/Kg*K .∆t = 50.



A esta cantidad de agua hay quemultiplicarle por un factor de corrección yaque solo una parte del agua que sale de lasboquillas realizan el trabajo deenfriamiento, durante la práctica que serealizo se puede estimar este factor decorrección a un valor de 2, entonces lacantidad de agua que se necesitó paraenfriar 100 kg de fundición es 288 kg deagua.

El sistema de enfriamiento que se diseñoconsta de un anillo circular de tubo elmismo que tiene 3 columnas de tubosubicados a 120°y en cada columna hay 6boquillas y en total existe 18 boquillas parano perder mucha presión se realizó uncálculo en función del diámetro del tubopara determinar el diámetro adecuado enlas boquillas, el dímetro interior del anillocircular es de 16mm, entonces el área de laboquilla es igual al área del tubo divididopara 18.

Pero para aumentar un poco la velocidaddel agua las boquillas se construyeron conun diámetro de 3mm.

ETAPA DE CONSTRUCCIÓN ANILLOCIRCULAR PARA ENFRIAMIENTO

TUBERÍA DE ALIMENTACIÓN YDRENAJE DE AGUA

PROCESO DE ENFRIAMIENTO CON ELDISEÑO PROPUESTO

Por último se calculó el tiempo deenfriamiento en función del caudal y lamasa de agua que se emplea en el

enfriamiento, el caudal es 3.5E-4 m3

/sg yla masa de agua es 288 kg, para ellocalculamos el caudal másico de agua comosigue:

Adaptación de motor de corrientecontinua y variador de velocidad

Se optó por un motor de corriente continuatipo serie debido a que estos motoresposeen un gran torque de arranque y sucontrol de velocidad es relativamente fácil,además, dado que se tenía a la mano unreóstato y un rectificador industrialcompatibles con la potencia del motor, selos empleó para su control de velocidad.En la siguiente figura se describen las

partes de un motor de corriente continua:



PARTES CONSTITUTIVAS DE UN

MOTOR DE CORRIENTE CONTINÚA.

El esquema de la instalación empleada esel siguiente:

ESQUEMA ELÉCTRICO.La adaptación realizada en el motor sedebe a que este fue diseñado para trabajarcon su eje en posición horizontal, perodebido a que trabajaría en posición vertical,

se analizó las consecuencias de estecambio y se concluyó que el rodamientoinferior, que es el del lado de la polea(motriz) iba a ser afectado por una fuerzaaxial, que no fue considerada en laselección del rodamiento suministrado porel fabricante, el rodamiento que estabaacoplado era un rodamiento rígido de bolasy su referencia es 6207.

Se consideró el ciclo de operación variabley el peso del rotor para seleccionar unrodamiento de bolas de contacto angular el

mismo que es un rodamiento diseñadopara soportar cargas combinadas y cargaspuramente axiales en una sola dirección,se empleó el manual de la NTN [5], ybasado en que no se podían cambiar lasdimensiones de la cajera se seleccionó elrodamiento 7207B, el mismo que superacon demasía la carga considerada.

Debido a que el rodamiento seleccionadotiene exactamente las mismas dimensionessolo se procedió a cambiar el uno por elotro y con esto el motor quedó adaptado

para su operación en las condicionesreales de trabajo, sin afectar las

características estructurales de su diseñooriginal.El motor está montado en el bastidor de lamáquina por medio de pernos de 1/2pulgada de acero grado 5 sobre una placaabatible con la finalidad de poder tensionar

las bandas, los detalles del montaje delmotor se encuentra en el ítem 2.4 de estecapítulo.

PUESTA EN MARCHA Y PRUEBAS DECENTRIFUGACIÓN DE BOCINES DEBRONCE SAE 40.Antes de empezar con la ejecución de estecapítulo se hará una aclaración acerca dela utilización del bronce de prueba. En estatesis se iba a estudiar el comportamientodel bronce SAE 40 en el proceso defundición centrifuga, pero por razones de

conveniencia se las realizó con el bronceSAE 64 el mismo que se estabaprocesando dentro de la empresa engrandes cantidades en el momento de larealización de dichas pruebas y se lasutilizo para este estudio.

Las pruebas con carga se realizaronfundiendo aluminio a diferentes velocidadespara comprobar cómo mejoraba el tamañode grano en función de la velocidad derotación del molde, finalmente se realizaronlas pruebas con el bronce SAE 64 de igual

manera se realizaron varias pruebas parapoder comparar como varían laspropiedades en función de la velocidad derotación.

Características de moldes metálicospara proceso de fundición centrifugadaEn el proceso de fundición centrifuga lautilización de moldes metálicos es la mejoropción cuando se requiere una alta tasa deproducción los moldes pueden serfabricados en fundición gris como en acero,los moldes fabricados en fundición gris

tiene su limitación a piezas grandes endonde no es practico ni económico lautilización del acero también tiene sulimitación porque este material no espropenso a ser enfriado por medio dechorros de agua por esta razón serecomienda que cuando se utilicen moldesde fundición gris se le dé el menor caudalposible para evitar los choques térmicos yevitar que el molde se fracture, también esrecomendable que el molde siga rotandodurante el enfriamiento para así poderutilizar el poder convectivo del aire que se

genera por las partes en rotación, comouna sugerencia técnica de los expertos en



fundición centrifuga ellos sugieren que sise va a utilizar moldes de fundición grisestos también deben ser procesados porcentrifugación para garantizar que tenganuna resistencia mínima a la tracción de36000 PSI con grano fino y con esta

condición existe menor riesgo de fisuraspor choque térmico.

Los molde fabricados en acero son los másrecomendables para procesos de fundicióncentrifuga, tienen su ventaja por el hechoque no tienen problemas al ser enfriadospor medio de agua así como su coeficientede dilatación térmica mayor que la delhierro gris ayuda al retiro de la piezafundida, es decir que el metal fundido alenfriarse se contrae más que el acero detal manera queda una holgura entre la

pieza y el molde, sin embargo esrecomendable fabricar los moldes con unacierta conocidad en su diámetro interno,para facilitar más aun el retiro de la piezafundida. Los aceros más recomendablespara la fabricación de moldes metálicos sepresentan a continuación.

Con respecto a la forma del molde esteestá formado por tres partes principales, lasmismas que son: el cuerpo del molde, laplaca base y la tapa superior

El cuerpo tiene forma cilíndrica pero en susextremos tiene bridas que sirven parapoder sujetar el molde a la mesa y la tapaal molde, la placa base es una placacircular que tiene por la parte inferior unaguía que sirve para que el molde quedeperfectamente centrado en la mesa, la tapasuperior es otra placa circular en forma dearandela la misma que sirve para laentrada del metal fundido, esta tapa puedeser sujetada al molde de diferentesmaneras aquí mencionamos las máscomunes.

Estas pueden ir empernada directamenteal molde como en el caso de esta tesis,puede ser sujetada a través de cuñas, conprisioneros y finalmente también puede sersujetada a través de soportes giratorios, acontinuación un esquema de lo anterior.

ESQUEMA DE LAS PARTES DE UNMOLDE PARA FUNDICIÓN CENTRIFUGA.

DIFERENTES FORMAS DE SUJETAR LATAPA SUPERIOR.

MOLDE INSTALADO EN LA MESAGIRATORIA.

Pruebas en vacío del equipo, evaluacióny correctivos.PROBLEMA 1Una vez ensamblada la máquina y ancladaen el lugar de trabajo se procedió a laevaluación de los mecanismos paracomprobar el buen funcionamiento de todoel sistema, uno de los primeros problemasque se encontró en las pruebas fue eldesbalance que presento la mesa giratoria,la misma que fue fabricada por fundiciónen acero y se incluyo nervaduras en suparte inferior para rigidizarla, luego se la

mecanizó a la medida por la parte superior,pero por la parte inferior donde se le había



colocado las nervaduras uno de esossectores quedo con mas masa que losdemás, entonces para solucionar elproblema se procedió a realizar unbalanceamiento estático, que se realizó enla misma empresa y este proceso consistió

en retirar el material de desbalance pormedio de perforaciones que se aplico enlas parte afectadas.Para el proceso de balanceamiento seutilizó todo el sistema rotatorio de lamáquina pero se lo dispuso de manerahorizontal para poder detectar en dondeexistía exceso de material, Luego desuperar este inconveniente se procedió ainstalarlo nuevamente en la máquina,Mesa para proceso de balanceamiento.-está dispuesta horizontalmente para elproceso de balanceamiento, se puede

apreciar las nervaduras rigidizantes queprovocaron el desbalanceamiento.

MESA YA BALANCEADASe aprecia en esta foto las perforacionesrealizadas para alcanzar elbalanceamiento.

PROBLEMA 2Otro problema que se presento fue elsentido de rotación del motor, parecía queel sentido de rotación no era muyimportante y se dispuso que la rotación sea

en sentido horario, esta disposición en lasprimeras prueba no daba problemas ya quela velocidad que se empleaba no era másde 600 rpm, pero en el momento que estavelocidad aumentaba el motor comenzabaa botar chispas por el colector en dondevan las escobillas, para poder detectar lafalla se tuvo que bajar el motor y abrirlo, loque se determino es que el colector y lasescobillas tenían una disposición en ánguloformando aproximadamente unos 70°conrespecto a los ejes de simetría, tal como seaprecia en la figura 3.7.

ESQUEMA DE LA DISPOSICIÓN DE LASESCOBILLAS Y SU RELACIÓN ALSENTIDO DE ROTACIÓN CORRECTO.

Cuando la rotación era de sentido horariose producía un golpeteo entre las ranurasdel colector y las puntas de las escobillas yesto era lo que producían las chispas, lasolución fue cambiar el sentido de

rotación, al final la máquina quedo consentido de giro anti horario con esto sealcanzo la velocidad máxima de la máquinala misma que es de 1300 rpm.

PROBLEMA 3Con respecto al motor se tuvo el problemade que el motor iba a funcionar de maneravertical, cuando este fue diseñado paratrabajar horizontalmente en primerainstancia se analizo cuales serian lasconsecuencia de este cambio de posiciónde trabajo, se determino que en lo eléctrico

no tendría problemas pero en la partemecánica y sobre todo de que se trata deun motor grande con una masa aproximadade 50Kg se determinó que el rodamientoque estaba instalado no era el adecuado yaque este era un rodamiento rígido de bolasel cual soporta grandes cargas radiales ymoderadas cargas axiales,.

Trabajando verticalmente la carga axialaumenta considerablemente y la soluciónpara este caso fue el de cambiar elrodamiento existente por uno equivalente

que trabaje de mejor manera con la cargaaxial, revisando el catalogo de rodamientosde la empresa NTN se determinó que unrodamiento de bolas de contacto angularera el más recomendable para estasituación, la capacidad de carga de esterodamiento es mayor con respecto alanterior, esto nos da la seguridad de que elmotor trabajara confiablemente.



POSICIÓN VERTICAL DE TRABAJO

PARA EL MOTOR.PROBLEMA 4Un problema adicional se presento conrespecto a la nivelación de la máquina,

No se tomo en cuenta el desnivel quepodría tener el piso y se anclo la máquinadirectamente al piso, durante las pruebas y

ya con la mesa balanceada, se detecto quecuando la velocidad llegaba alrededor delas 900 rpm se presentaban vibraciones, enprimera instancia se refino un poco más elbalanceamiento pero el problema seguía,con la ayuda de un nivel y se comprobóque la mesa tenía un desnivel, para reparareste problema se coloco unos pernos de 1pulgada de diámetro en cada apoyo, talcomo se ve en la siguiente fotografía

SISTEMA DE NIVELACIÓN DE LAMÁQUINA CON PERNOS.Control de propiedades por medio de:Ensayo de tracción, ensayos de durezay análisis microscópico.Ahora se describirá la forma en que se

realizaron las diferentes pruebas paraobservar el comportamiento de la máquinaen producción, determinar los parámetrosde funcionamiento y para elaborar unprograma de operación el mismo queservirá de guía para las personas queoperaran esta máquina en el futuro.

Tomando como diámetro interior del molde200mm, se determino que el espesor depared es 30mm.

ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DELMOLDE QUE SE EMPLEO EN LAS

PRUEBAS.

ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DELBOCÍN DE

Control de propiedades por medio de:Ensayo de tracción, ensayos de durezay análisis microscópico.Ahora se describirá la forma en que serealizaron las diferentes pruebas paraobservar el comportamiento de la máquinaen producción, determinar los parámetrosde funcionamiento y para elaborar un

programa de operación el mismo queservirá de guía para las personas queoperaran esta máquina en el futuro.

Para las pruebas se construyó el molde enacero AISI 1020 las dimensiones que seconsideraron para las pruebas fueron paraun bocín de diámetro exterior de 200mm,diámetro interior de 160mm y una altura de165 mm, para determinar el espesor depared del molde se utilizo el diagrama dela figura 2.15, tomando como diámetrointerior del molde 200mm, se determino

que el espesor de pared es 30mm.

ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DEL

MOLDE QUE SE EMPLEO EN LASPRUEBAS.



ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DEL

BOCÍN DE PRUEBA.

MOLDE Y LA FUNDICIÓN DE PRUEBAEN ALUMINIO.

Las primeras pruebas de la máquina se

trabajo con aluminio, se realizaron trescentrifugaciones a diferentes Factores defuerza de gravedad (FG), la primera pruebase la realizo a 75 FG, la segunda prueba sela realizo a 120 FG y la última prueba se larealizo a 200 FG, el objeto de estaspruebas es comparar como mejora eltamaño de grano en la microestructura ylas propiedades del material, al mismotiempo se registraron los pasos,procedimientos y tiempos que se utilizaronen la operación de centrifugación.

Antes de realizar las pruebas decentrifugación se procede a calcular la

velocidad de rotación para cada una de laspruebas para ello se utiliza la ecuación 5como sigue:

Donde:D = Diámetro interior del molde (m)N = Velocidad rotacional en (RPM).FG= Es la relación de fuerza centrífugadividida por el peso o número de veces dela fuerza de gravedad.

PRUEBAS EN ALUMINIO A DIFERENTESFACTORES DE GRAVEDAD.

Material FG RPM

Aluminio 75 820

Aluminio 120 1036Aluminio 200 1337

Con el análisis realizado en el capítulo 2ítem 2.6 se elabora el siguiente diagramade tiempos de enfriamiento en función de lamasa de la fundición y el material afundirse, los materiales que seconsideraron para el diagrama son: elaluminio y el bronce, hay que tener encuenta que la capacidad de carga de la

máquina es de 100 Kg en bronce y 50 Kgen aluminio.Una vez determinada la velocidad derotación y el tiempo de enfriamiento seprocede a la ejecución de la centrifugaciónpara ello se debe seguir los siguientespasos:

Preparación de la aleación.Fusión del metal.Ubicación del molde en la máquina.Precalentamiento del molde hasta alcanzaruna temperatura de 200°C.

Precalentamiento de la tobera de llenado.Arrancar la máquina hasta 100 rpm.Colado del metal dentro del molde.Aceleración hasta la velocidad decentrifugado, la aceleración debe ser suavey uniforme.Abrir la llave de agua.Encender la bomba.Esperar que se cumpla el tiempo deenfriamiento.Desmontaje.Ubicación del molde para una nuevaoperación.



A continuación se presentan unasfotografías del momento del desmontaje dela pieza fundida.

DESMONTAJE DE LA PIEZA FUNDIDADE ALUMINIO

Ensayos realizados a las probetas dealuminio como prueba preliminar.Luego de ser obtenida la parte de fundiciónse procede al mecanizado para poderobservar el acabado superficial y la buenasimetría que se obtiene con este método defundición centrifuga. Una vez comprobadala simetría y el buen acabado superficial seprocede a cortar el bocín para elaborar lasprobetas calibradas para realizar el ensayode tracción las mismas que estánnormalizadas por la norma ASTM E8-08,estos ensayos fueron realizados en el

Laboratorio de Ensayos Metrológicos y deMateriales (LEMAT) de la facultad deIngeniería Mecánica. Las medidas de laprobeta normalizadas se las muestran en elsiguiente esquema:

ESQUEMA DE LAS DIMENSIONES DE LAPROBETA PARA ENSAYO DE TRACCIÓNSEGÚN LA NORMA ASTM E8-08

ETAPAS PARA LA ELABORACIÓN DE

LAS PROBETAS PARA ENSAYO DETRACCIÓN, DUREZA Y METALOGRAFÍAEN LAS PRUEBAS DE ALUMINIO.

RESULTADOS DEL ENSAYO DETRACCIÓN REALIZADO EN LAS

PRUEBAS DE ALUMINIO

RESULTADOS DEL ENSAYO DE

DUREZA REALIZADAS EN LASPRUEBAS DE ALUMINIO



MICROESTRUCTURA FUNDICIÓN DEALUMINIO EN ARENA

MICROESTRUCTURA FUNDICIÓNCENTRIFUGA DE ALUMINIO A 800 RPM

MICROESTRUCTURA FUNDICIÓNCENTRIFUGA DE ALUMINIO A 1000 RPM

Pruebas Finales realizadas en BronceSAE 64.Los resultados obtenidos siguen el mismoprocedimiento que las realizadas para laspruebas preliminares en aluminio a

continuación se presentan los resultados:

ETAPAS PARA LA ELABORACIÓN DELAS PROBETAS PARA / ENSAYO DETRACCIÓN, DUREZA Y METALOGRAFÍAEN LAS PRUEBAS DE BRONCE

RESULTADOS DEL ENSAYO DETRACCIÓN REALIZADO EN LAS

PRUEBAS DE BRONCE

RESULTADOS DEL ENSAYO DEDUREZA REALIZADAS EN LAS

PRUEBAS DE BRONCE

A continuación fotografías de lasMicroestructura tomadas a las distintas

pruebas de fundición en Bronce.



MICROESTRUCTURA FUNDICIÓN DEBRONCE EN ARENA.

MICROESTRUCTURA FUNDICIÓNCENTRIFUGA DE BRONCE A 800 RPM

MICROESTRUCTURA FUNDICIÓNCENTRIFUGA DE BRONCE A 1000 RPM

CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES.

Una vez realizado el estudio, la fabricaciónde la maquina y las pruebas en vacío y con

carga se llega a las siguientesconclusiones:

Conclusiones1. Los métodos de ingeniería nos

permitieron diseñar, calcular, construir,

ensamblar, certificar y probar lamáquina de centrifugaciónexitosamente quedando en perfectofuncionamiento.

2. Las pruebas realizadas sobre elfuncionamiento de la máquina paraestablecer la relación entre velocidadangular y el número de fuerzas degravedad nos aseguraron unfuncionamiento de acuerdo al diseño ymodo de operación en producciónnormal, sin que se haya registrado

vibraciones excesivas a altasvelocidades.3. Los ensayos con las aleaciones de

cobre SAE 64 proporcionaronresultados de propiedades mecánicassobre los límites inferioresespecificados en la información técnica.

4. La calidad metalúrgica de los bocineshechos en bronce SAE 64 alcanzaronfácilmente las propiedades de normapor el efecto de afinado de grano quees uno de los beneficios directos de la

centrifugación en los metalesprocesados por este método.

5. La producción de bronces y otrasaleaciones por medio de lacentrifugación superan fácilmente lascaracterísticas mecánicas de lasaleaciones que antes procesabaINTRAMET por medio del colado enarena por gravedad.

6. La aplicación de la centrifugación enIntramet como técnica para la

producción en serie de bocines de grantamaño ha demostrado ser eficaz, porlo tanto se debe aplicarinmediatamente.

RecomendacionesLa fundición centrífuga requiere másestudios para utilizarla en otrasaplicaciones y no solo producir bocines,existen muchas formas de trabajar poreste método por lo tanto.

1. Se recomienda seguir experimentando

con el proceso para resolver otrosproblemas de la fundición de partes



con máquinas diseñadas y construidaspor la Ingeniería Local.

2. Para tener una mejor apreciación delas propiedades se debería probar conotro tipo de aleaciones y a diferentesfactores de gravedad.

3. Se debería probar el método con unfactor de fuerza de gravedad constantey con distinto tiempo de enfriamientopara ver de qué manera afecta eltiempo de enfriamiento a laspropiedades mecánicas.

BIBLIOGRAFÍA

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maquinas, Editorial Pearson educación,Mexico 2006

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7. INVESTIGATION OF CENTRIFUGALCASTING CONDITIONS INFLUENCEON PART QUALITY, Department ofmarine and manufacturing Technology,national Technical university of Athens,Greece.

8. INFLUENCE OF THE ROTATIONALSPEED IN CENTRIFUGAL CASTING,International conference on advanced

materials and composities (ICAMC –2007),Oct 24 – 26, 2007

9. Metal handbook, Ninth Edition, Tomos2 y 15.

10. Fundición Centrifuga, UMSS –Facultad de Ciencias y tecnología,Capitulo II.

11. SAE HANDBOOK, Part 1, 1979.

Construcción y Puesta en Marcha de Centrifugadora Vertical de Metales

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