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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,…
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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”.
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Capítulo 5. Simulación numérica 59
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.
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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.
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Capítulo 5. Simulación numérica 61
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.
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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
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Capítulo 5. Simulación numérica 63
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.
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64 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
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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).
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66 Capítulo 5. Simulación numérica
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
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Capítulo 5. Simulación numérica 67
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:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.17 a la 5.21).
Figura 5.17 Resultado de la simulación 1A: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=3,90 s
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68 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
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Capítulo 5. Simulación numérica 69
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 7 mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.22 a la 5.26).
Figura 5.22 Resultado de la simulación 1B: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=1,6299 s
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70 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
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Capítulo 5. Simulación numérica 71
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:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.27 a la 5.29).
Figura 5.27 Resultado de la simulación 1B: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙= 3,9s.
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72 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro de caudal de entrada: 7mm
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 73
Resultados obtenidos (figuras de la 5.30 a la 5.32).
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.
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74 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro de caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.33 a la 5.35).
Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=2,6062s
Figura 5.33 Resultado de la simulación 1D: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: Ts=79,253s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 75
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro de caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.36 a la 5.39).
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
76 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 77
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.40 a la 5.43).
Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=2,5564s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
78 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 79
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 de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °
Click2cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal igual al diámetro del cazo
Resultados obtenidos (figuras de la 5.44 a la 5.47).
Figura 5.44 Resultado de la simulación 1G: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=0,2926 s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
80 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 81
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal igual al diámetro del cazo
Resultados obtenidos (figuras de la 5.48 a la 5.50).
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
82 Capítulo 5. Simulación numérica
Figura 5.50 Resultado de la simulación 1H: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.
SolidCast 8.0
Condiciones:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.51 a la 5.53).
Figura 5.51 Resultado de la simulación 1H: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado 𝑇𝑙𝑙=3,9 s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 83
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
SolidCast 8.0
Condiciones:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.54 a la 5.56).
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
84 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 85
1J Mazarota abierta en la zona de la brida.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
SolidCast 8.0
Condiciones:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.57 a la 5.59).
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
86 Capítulo 5. Simulación numérica
Figura 5.59 Resultado de la simulación 1J: FRACCIÓN SOL. CRITICA SolidCast.
5.3.2 Resultados del diseño 2
2A Sin mazarota
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.60 a la 5.63).
Figura 5.60 Resultado de la simulación 2A: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=3,8382 s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 87
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.
Figura 5.63 Resultado de la simulación 2A: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
88 Capítulo 5. Simulación numérica
Observaciones:
De los resultados de la simulación se deduce que aparecerán rechupes internos en la pieza
asociado a contracciones.
SolidCast 8.0
Condiciones:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.64 a la 5.65).
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 89
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.66 a la 5.68).
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
90 Capítulo 5. Simulación numérica
Figura 5.68 Resultado de la simulación 2B: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.
SolidCast 8.0
Condiciones:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.69 a la 5.70).
Figura 5.69 Resultado de la simulación 2B: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado 𝑇𝑙𝑙=3,9 s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 91
Figura 5.70 Resultado de la simulación 2B: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.
2C Mazarota cerrada Ø 45 mm en la zona de la brida.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.71 a la 5.73).
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
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
92 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.74 a la 5.76).
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 93
Figura 5.74 Resultado de la simulación 2D: SOLIDIF TIME Click2Cast. Tiempo de solidificación: 𝑇𝑆=77,763 s
Figura 5.75 Resultado de la simulación 2D: TEMPERATURES Click2Cast.
Figura 5.76 Resultado de la simulación 2D: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
94 Capítulo 5. Simulación numérica
2E Mazarota cerrada cilíndrica horizontal en la parte anterior
opuesta a la alimentación.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.77 a la 5.79).
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.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 95
Figura 5.79 Resultado de la simulación 2E: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.
2F Mazarota abierta en canal de colada.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
SolidCast 8.0
Condiciones:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.80 a la 5.81).
Figura 5.80 Resultado de la simulación 2F: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝐿𝑙=3,9 s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
96 Capítulo 5. Simulación numérica
Figura 5.81 Resultado de la simulación 2F: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.
2G Mazarota cerrada cilíndrica horizontal en el canal de colada.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
SolidCast 8.0
Condiciones:
Espesor de la malla: 2mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.82 a la 5.83).
Figura 5.82 Resultado de la simulación 2G: FILL TIME SolidCast. Tiempo de llenado: 𝑇𝐿𝑙=3,9 s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 97
Figura 5.83 Resultado de la simulación 2G: FRACCIÓN SOL. CRÍTICA SolidCast.
5.3.3 Resultados diseño 3
3A Sin mazarota
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2Cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.84 a la 5.87).
Figura 5.84 Resultado de la simulación 3A: FILL TIME Click2Cast. Tiempo de llenado: 𝑇𝑙𝑙=3,8339 s
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
98 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Figura 5.87 Resultado de la simulación 3A: SHRINKAGE POROSITY Click2Cast.
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 99
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5 mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.88 a la 5.91).
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
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
100 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 101
Diámetro del caudal de entrada: 5 mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.92 a la 5.95).
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
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
102 Capítulo 5. Simulación numérica
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.
Temperatura de colada: 𝑇𝑎 = 320 °𝐶
Temperatura del molde: 𝑇𝑎 = 20 °𝐶
Click2cast
Condiciones:
𝑉𝑖=0,7m/s
Espesor de la malla: 3mm
Diámetro del caudal de entrada: 5 mm
Resultados obtenidos (figuras de la 5.96 a la 5.99).
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena
Capítulo 5. Simulación numérica 103
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.