Desarrollo de un laboratorio de fundición

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(1)DESARROLLO DE UN LABORATORIO DE FUNDICIÓN. JUAN PABLO CÓRDOBA BARRERO. Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico. Asesor: Jaime Loboguerrero Uscátegui I.M.Ph. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE MECÁNICA SANTAFÉ DE BOGOTÁ 2005.

(2) AGRADECIMIENTOS. Quiero expresar mis más sinceros agradecimientos a Jaime Loboguerrero Uscátegui por su colaboración durante el desarrollo del proyecto A todas aquellas personas que me han brindado su apoyo durante mi desarrollo como estudiante de pregrado..

(3) TABLA DE CONTENIDO. INTRODUCCIÓN ___________________________________________ 1 1. TALLER DE FUNDICIÓN __________________________________ 2 1.1.. Edificación ______________________________________________2. 1.2.. Condiciones de Terreno ____________________________________2. 1.3.. Iluminación _____________________________________________3. 1.4.. Ventilación ______________________________________________3. 1.5.. Distribución de hornos y cubilotes ____________________________4. 1.6.. Herramientas del taller de fundición __________________________5. 1.7.. Cajas de moldeo__________________________________________5. 2. LA ARENA DE MOLDEO___________________________________ 8 2.1.. Propiedades de la arena de moldeo ___________________________8. 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4. 2.1.5. 2.1.6. 2.1.7. 2.1.8.. 2.2.. Plasticidad________________________________________________________ 8 Contenido de humedad ____________________________________________ 9 Permeabilidad ___________________________________________________ 10 Resistencia ______________________________________________________ 11 Refractabilidad __________________________________________________ 12 Tamaño de grano_________________________________________________ 13 Vida útil _________________________________________________________ 14 Propiedades químicas ____________________________________________ 14. Composición de la arena de moldeo__________________________15. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3.. Arena base ______________________________________________________ 15 Arcillas __________________________________________________________ 16 Componentes adicionales de la arena ______________________________ 17. 2.3.. Preparación de la arena de moldeo __________________________18. 2.4.. Almacenamiento, manejo y recuperación de la arena de moldeo____19. 2.4.1. 2.4.2.. 2.5.. Almacenamiento y manejo de la arena _____________________________ 19 Recuperación de las arenas de moldeo _____________________________ 20. Proceso de moldeo_______________________________________22. 3. HORNO DE FUNDICIÓN _________________________________ 25 3.1.. Descripción del horno ____________________________________26. 3.2.. Funcionamiento del horno _________________________________26.

(4) 4. ESTADO INICIAL DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN __________ 30 4.1.. Área destinada para el laboratorio ___________________________30. 4.2.. Estado inicial del horno Degussa ____________________________32. 4.3.. Elementos para la fundición________________________________33. 5. REACONDICIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN ___ 35 5.1.. Adecuación del área destinada______________________________35. 5.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4.. 5.2.. Instalación eléctrica ______________________________________________ Instalación tubería agua y aire ____________________________________ Instalación tubería de gas_________________________________________ Ventilación del laboratorio ________________________________________. Reacondicionamiento del horno Degussa _____________________39. 5.2.1. Instalación eléctrica del soplador __________________________________ 5.2.2. Instalación tubería de gas para el horno ____________________________ 5.2.3. Mantenimiento cámara principal ___________________________________ 5.2.4. Herramientas del horno ___________________________________________ 5.2.4.1. Manijas válvulas de aire ________________________________________ 5.2.4.2. Pinza para puertas _____________________________________________ 5.2.4.3. Tapa superior cámara principal __________________________________. 5.3.. 40 40 41 43 43 43 44. Herramientas para el laboratorio de fundición__________________45. 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4. 5.3.5. 5.3.6. 5.3.7. 5.3.8.. 5.4.. 36 36 37 38. Cajas de moldeo _________________________________________________ Tamices para arena_______________________________________________ Crisol ___________________________________________________________ Pinza sujetadora de crisol _________________________________________ Vertedera _______________________________________________________ Apisonador ______________________________________________________ Palustre y Espátula _______________________________________________ Pinza para herrería _______________________________________________. 45 46 47 48 50 51 52 52. Equipo de seguridad______________________________________53. 6. GUIA DE PROCEDIMIENTOS PARA LA FUNDICION DE UNA PIEZA DE ALUMINIO ______________________________________________ 55 6.1.. Recomendaciones iniciales ________________________________55. 6.2.. Preparación de la arena ___________________________________55. 6.3.. Elaboración del molde ____________________________________56. 6.4.. Colocar el crisol dentro de la cámara principal__________________59. 6.5.. Encendido del horno _____________________________________60. 6.6.. Comprobar temperatura y estado del metal____________________64. 6.7.. Extracción del crisol del horno ______________________________64. 6.8.. Transferencia del crisol a la vertedera ________________________65.

(5) 6.9.. Colada ________________________________________________66. 6.10.. Desmoldeo ___________________________________________67. 6.11.. Recomendaciones finales ________________________________67. 7. CONCLUSIONES _______________________________________ 69 8. BIBLIOGRAFÍA________________________________________ 70 9. ANEXOS. PLANOS DE LOS ELEMNETO DISEÑADOS Y CONSTRUIDOS PARA EL LABORATORIO DE FUNDICIÓN _______________________ 71.

(6) TABLA DE ILUSTRACIONES. Figura 3. 1 Horno Degussa .................................................................... 25 Figura 3. 2 Elementos Horno Degussa ................................................... 28 Figura 3. 3 Interior Horno Degussa ....................................................... 29 Figura 4. 1 Exterior cuarto designado para el laboratorio de fundición 30 Figura 4. 2 Estado inicial laboratorio del interior del cuarto ................. 31 Figura 4. 3 Fosa para preparación de moldes ........................................ 32 Figura 4. 4 Estado inicial del interior del horno Degussa. ..................... 33 Figura 5. 1 Instalación eléctrica ............................................................ 36 Figura 5. 2 Instalación agua y aire ........................................................ 37 Figura 5. 3 Instalación de la tubería de gas.......................................... 38 Figura 5. 4 Ventilación........................................................................... 39 Figura 5. 5 Switch trifásico para el horno Degussa ............................... 40 Figura 5. 6 Instalación tubería para gas del horno Degussa ................. 41 Figura 5. 7 Reconstrucción interior del horno Degussa ......................... 42 Figura 5. 8 Pinza para la manipulación de las puertas del horno Degussa ................................................................................................................ 44 Figura 5. 9 Tapa superior del horno Degussa ......................................... 45 Figura 5. 10 Cajas de moldeo ................................................................. 46 Figura 5. 11 Tamiz para arena ................................................................ 47 Figura 5. 12 Crisol en grafito en forma normal....................................... 48 Figura 5. 13 Pinza sujetadora del crisol.................................................. 49 Figura 5. 14 Vertedera............................................................................ 50 Figura 5. 15 Apisonador.......................................................................... 51 Figura 5. 16 Palustre y Espátula ............................................................. 52.

(7) Figura 5. 17 Pinza para herrería ............................................................. 53 Figura 6. 1 Llenado de la caja ................................................................ 57 Figura 6. 2 Apisonar............................................................................... 57 Figura 6. 3 Crisol en horno .................................................................... 60 Figura 6. 4 Puertas abiertas .................................................................. 61 Figura 6. 5 Válvulas cerradas................................................................. 61 Figura 6. 6 Encendido del Horno............................................................ 62 Figura 6. 7 Válvula de Aire..................................................................... 62 Figura 6. 8 Metal en Crisol ..................................................................... 63 Figura 6. 9 Extracción del crisol............................................................. 65 Figura 6. 10 Transferencia a vertedera .................................................. 66 Figura 6. 11 Colada................................................................................. 67.

(8) RESÚMEN El documento está dividido en cinco etapas básicas que permiten describir el proceso completo para el desarrollo de un taller de fundición; La primera está relacionada con las condiciones, espacio y sitio adecuado para el desarrollo de este laboratorio; la segunda parte presenta las cualidades y propiedades de los elementos requeridos en el proceso y la elaboración de los respectivos moldes; la tercera etapa describe el funcionamiento del horno; continúa con el estado inicial del laboratorio y elementos existentes para el proceso de la fundición; luego las herramientas diseñadas y los cambios que tuvieron que hacerse para su reacondicionamiento, al igual que los requerimientos en cuanto a equipos que les permita garantizar el bienestar y la seguridad de los trabajadores. Por último se presenta la parte correspondiente al tema específico de la fundición y los resultados finales del proceso en mención..

(9) IM-2005-I-10. INTRODUCCIÓN En el presente documento quedan plasmados los resultados obtenidos luego de un juicioso estudio y desarrollo de un laboratorio de fundición de metales con un bajo punto de fusión como es el Aluminio. Este tema fue escogido por la importancia que representa uno de los procesos de manufactura más antiguos y que sigue teniendo una alta importancia en el desarrollo de las distintas ramas de nuestra industria. Esta experiencia permitió identificar cada uno de los pasos necesarios para lograr el proceso que exige la fundición de metales, a partir de la misma decisión de dónde ubicar un espacio adecuado, pasando por la aplicación de la metodología para la elaboración de los moldes a utilizar y la determinación del material que se quiere transformar hasta obtener el nuevo producto. Cada uno de estos pasos aclara y afianzan los conocimientos básicos obtenidos a través de la teoría, y de los fundamentos que la soportan. Es importante mencionar que el laboratorio de fundición quedará a disposición de la Universidad de los Andes y por ello quedará ubicado en el Centro de Innovaciones Tecnológica (CITEC), por lo cual servirá como herramienta de trabajo para quienes decidan utilizarlo.. 1.

(10) IM-2005-I-10. 1. TALLER DE FUNDICIÓN Para poder realizar el proceso de la fundición es importante tener en cuenta ciertos elementos que hacen parte de ella y así obtener mejores resultados.. Se han. resaltado a continuación ciertos elementos relevantes que se deben tener en cuenta al elaborar un taller de fundición. 1.1.. Edificación. Al momento de elaborar un laboratorio de fundición, es de vital importancia escoger adecuadamente el lugar del mismo y hacer una buena edificación, pues las que han sido instaladas en áreas o locales que no son construidos con este objetivo suelen presentar como consecuencia bastantes inconvenientes al momento de hacer la práctica. Cuando se decide realizar una construcción nueva, se deben revisar detenidamente los planos y tratar de cambiar impresiones con personal profesional y así escoger la opción más favorable y construir una edificación adecuada para nuestras necesidades. 1.2.. Condiciones de Terreno. En muchos de los casos donde hay una instalación de fundición, la parte mas importante al momento de hacer la planeación del proyecto es la elección del terreno, el cual tiene que ser bastante seco.. Se deben hacer sondeos para. comprobar a que profundidad afluye el agua, según los trabajos de fundición que se vayan a realizar en el taller, y dependiendo del tipo de trabajo la profundidad deberá ser mayor o menor. Un taller de fundición que este dedicado a fundir piezas de tamaños considerablemente grandes, que hacen que las fosas para. 2.

(11) IM-2005-I-10. fundirlas sean imprescindibles, exige que el agua se encuentre a bastante profundidad, de lo contrario el terreno será inapropiado para este tipo de trabajo. Cuando se escoge un terreno húmedo para realizar la práctica de la fundición puede que como resultado se obtengan algunas piezas defectuosas e inservibles. Si se tiene un terreno húmedo, éste puede ocasionar problemas al momento de hacer una pieza ya que al realizar un molde y dejarlo sobre el terreno húmedo, dicho molde empieza a sentir los efectos de la humedad produciendo piezas imperfectas. Por estas razones, se sobreentiende que cuanto más seco esté el terreno donde deseemos. instalar el taller de fundición, mejores piezas se. obtendrán. 1.3.. Iluminación. El taller de fundición debe estar bien dotada de bastante luminosidad, una muy buena luz natural. En lo posible se dispondrá del mayor número de ventanas en la parte superior del taller procurando que el sol no moleste directamente a los trabajadores y que no seque los moldes que no se han terminado. Un taller de fundición que posea poca luz, hace el trabajo desagradable y en muchas ocasiones puede que sea una de las causas por las cuales el operario no rinda lo necesario y se produzcan piezas defectuosas. 1.4.. Ventilación. Uno de los elementos mas importantes en el taller de fundición es la ventilación, sobretodo en las fundiciones donde se trabajan diferente tipo de metales ya que desprenden muchos gases que en ocasiones son perjudiciales para la salud de los operarios. En algunas edificaciones donde no existe una buena ventilación, los. 3.

(12) IM-2005-I-10. operarios se ven obligados a salir a los patios por no poder resistir el cambio en el ambiente, debido a los gases que los metales botan al momento de su fundición. De este modo, se puede decir que es antieconómico no tener una buena ventilación, por las constantes paralizaciones de trabajo cuando los operarios deben salir a tomar aire. Actualmente en las instalaciones modernas y de gran magnitud, los hornos de fundición, la preparación de arenas y todos los sitios en general donde se produzcan gases y polvos, tienen instaladas evacuaciones automáticas que evitan las molestias en los trabajadores y hacen del sitio de trabajo un lugar más agradable. El humo que produce la leña al encenderla ya sea para secar moldes o para secar cucharas también es incomodo para los operarios y puede entorpecer su trabajo. La solución mas acertada para secar los moldes sin molestias de este tipo, es utilizar estufas adecuadas de choque, y para secar las cucharas se pueden utilizar mecheros de gas, los cuales son muy efectivos y no producen el humo molesto que la leña puede producir. En muchas de las industrias es conveniente utilizar los gases que salen de los altos hornos para secar los moldes y las cucharas; de esta forma se evita el costo de la leña. Es importante tener en cuenta que al momento de hacer los planos para una edificación, se deben tener puertas de tamaño considerable para la entrada y salida tanto de camiones como de piezas fundidas. 1.5.. Distribución de hornos y cubilotes. Tanto los hornos como los cubilotes deben estar próximos, unos al lado de los otros, para aprovechar el área desperdiciada alrededor de ellos. Es conveniente. 4.

(13) IM-2005-I-10. separar distinto tipo de actividades que pueden perjudicarse mutuamente.. Por. ejemplo, la limpieza y acabado de las piezas fundidas debe hacerse en un lugar distinto al de la fundición para que los operarios encargados de los moldes no se vean incomodados por el polvo. 1.6.. Herramientas del taller de fundición. Se debe tener presente que cuanto más y mejor herramienta se tenga en el taller de fundición mayor será el rendimiento.. Es indispensable tener un muy buen. número de herramientas de todos los tipos y para todas las necesidades, como por ejemplo, cajas de diferentes especificaciones, linternas, balancines, calderos de diferentes tamaños, una gran variedad de cucharas de fundir, máquinas para la preparación de arenas y limpieza de piezas, etc. Si el taller de fundición se dedica a trabajos con moldes secos y verdes, es necesario separarlos de los demás talleres para que no haya posibilidad de que las arenas se mezclen. En la práctica del moldeo es necesario herramientas para el alisado de moldes; para dichos oficios se utilizan las paletas, las espátulas, los ganchos, los alisadores de esquinas, etc.. Es necesario contar con buenas reglas, escuadras, niveles y. plomadas 1.7.. Cajas de moldeo. Las cajas de moldeo representan tal importancia para la fundición que de ellas puede depender el buen rendimiento y economía del taller. Es necesario contar con una buena cantidad de cajas de moldeo y con dimensiones diversas con el fin. 5.

(14) IM-2005-I-10. de cubrir cualquier necesidad al momento de emplearlas. Los tipos de caja que tienen una mayor aplicación en el mercado son las de forma cuadrada, ya que casi todos los trabajos nuevos se pueden adaptar a este tipo de cajas. En el taller de fundición se debe procurar que el mayor número de cajas sea de forma cuadrada, a no ser que el tipo de piezas que se estén trabajando en el taller, se adecuen mejor a otro tipo de cajas. Cuando se trabajan moldes pequeños en los que no es necesario el trabajo de más de un operarios, es recomendable fabricar cajas livianas que sean fáciles de manejar por el trabajador ya que en muchos de los casos se gasta más energía trasladando las cajas de un lugar a otro, que en trabajo efectivo. Consecuente con esto, se debe considerar más el rendimiento que la duración de las cajas. Seguramente será mejor hacer todos los días en los que haya fundición, una caja para reponer las que pudieran romperse, que tener cajas demasiado pesadas de bastante duración. Sin embargo, cabe resaltar que si a las cajas de moldeo se les da el trato que corresponde con su respectivo cuidado, su duración será placentera. Sin embargo, en un taller de fundición se deben tener varios tipos de cajas, por lo que se harán también cajas de forma rectangular, las medidas más usadas para la forma rectangular son aproximadamente 450 x 280 x 90 y 430 x 230 x 90 milímetros. Con un surtido de estas cajas se pueden hacer una gran variedad de piezas. Cuando necesitemos de cajas para moldear a máquina, las debemos hacer más fuertes y resistentes. Las cajas se hacen más costosas debido a que deben ser cepilladas y por lo tanto hay que prestar más atención a la duración. En muchos. 6.

(15) IM-2005-I-10. de los casos estas cajas se hacen de acero fundido o de perfiles especiales laminados, los cuales nos dan ligereza y gran duración. Algunos otros tipos de medidas que son convenientes tener en el taller de fundición para nuestras cajas de moldeo son: 50 x 50, 60 x 60, 70 x 70, 80 x 80, 90 x 90, 100 x 100 y 110 x 110 centímetros, la altura de estas cajas se decide según se convenga. Ciertos tipos de cajas suelen hacerse de forma que se puedan agrandar atornillándose suplementos con objeto de aumentar su tamaño según se necesite.. 7.

(16) IM-2005-I-10. 2. LA ARENA DE MOLDEO La arena de moldeo es un material compuesto que nos permite la fabricación de moldes unitarios los cuales se pueden utilizar una sola vez por colada. La arena de moldeo suele tener diferentes tipos de componentes como arena sílice, cereales, agua. y materiales sintéticos.. Cada uno de estos materiales le da unas. características y propiedades a la arena de moldeo para hacerla lo más optima posible. 2.1.. Propiedades de la arena de moldeo. Para poder obtener unos resultados satisfactorios en el taller de fundición es necesario tener buenas arenas y han de ser compactas, lo suficientemente plásticas para poder copiar lo más precisamente las diferentes geometrías de los modelos, sin descartar que deben ser bastante porosas para que su permeabilidad facilite la salida de los gases que son desprendidos por los metales al momento de la colada y posteriormente su solidificación. 2.1.1. Plasticidad En el momento de la mezcla de la arena ha de entrar la arcilla a jugar un papel bastante importante ya que es necesario tener una mezcla compacta y plástica a la vez. Si la cantidad de arcilla es muy pequeña, es posible que al momento de hacer los moldes estos se desmoronen, y un exceso de arcilla. podría disminuir la. porosidad de la arena, y en consecuencia los moldes al secarse se agrietarían.. 8.

(17) IM-2005-I-10. 2.1.2. Contenido de humedad La humedad se refiere al contenido de agua que puede presentar la mezcla de la arena y su valor indica la relación en peso entre el agua y la arena de moldeo. La humedad en la arena esta directamente relacionada con la resistencia que presente el molde al destruirse, ya que si se tiene en la arena una cantidad baja de humedad no se tendrá una buena compactación y por lo tanto se tendrá poca resistencia a la presión ejercida por el metal en la colada. Sin embargo, si se tiene un porcentaje alto de humedad en la mezcla podría haber un mayor vapor lo que generaría una pérdida del molde, y causaría cambios dimensionales debido a la pérdida de agua por evaporación. La humedad tiene una estrecha relación con la permeabilidad de la arena, ya que para altos contenidos de humedad se obtendrá índices bajos de permeabilidad debido a que el agua tapona los poros por los cuales salen los gases producidos por los metales en el momento de la colada. Si tenemos un porcentaje bajo de humedad en la mezcla, los poros podrían ser tapado por la misma arena que no ha sido hidratada correctamente. Los porcentajes de humedad correctos en una mezcla pueden variar dependiendo de varios factores, como el tipo de arena que se trabaje, la cantidad de arcilla presente en la mezcla y el tipo de colada que se vaya a verter.. La cantidad. correcta de agua se aprende a través de la experiencia y la práctica, pero generalmente se pueden trabajar con un porcentaje aproximado de agua entre el 3 y 10%. Realmente no existe como regla el porcentaje exacto de agua en la mezcla; la cantidad correcta se va conociendo a través de la experiencia, como la mayoría de las tareas que se involucran en el proceso de fundición. Existe una forma casera o. 9.

(18) IM-2005-I-10. tradicional utilizada por los fundidores artesanales para conocer que tanta cantidad de agua debe llevar la mezcla. Cuando ya se tiene la mezcla homogénea de arena sílice con bentonita se debe agregar agua en cantidades pequeñas, mezclar completamente e ir probando la capacidad de compactación y la capacidad para tomar las huellas de la arena de fundición en un modelo; esto se hace tomando un puñado de la mezcla homogénea y oprimiéndola en la mano: cuando la arena de fundición esté lista para ser utilizada deberá quedar compacta y tomar la forma interna de la mano al momento de aprisionarla, de lo contrario se deberá agregar un poco mas de agua y repetir el paso anterior hasta llegar a la mezcla deseada según sea la necesidad del operario. 2.1.3. Permeabilidad Esta una propiedad bastante importante en la arena de moldeo que se utiliza en los talleres de fundición, ya que se refiere a la capacidad que tiene la arena de permitir el paso de los gases y vapores producidos en la colada por el metal fundido. La permeabilidad puede depender de varios factores como el tamaño, la forma y la composición de los granos de la arena base, el tipo de aglutinante y su contenido dentro de la mezcla, cantidad de humedad, etc. Cuando una mezcla reúne las condiciones precisas, a tiempo que se le perfore dejará salir los gases y vapores con facilidad.. Normalmente al tener un buen. índice de permeabilidad, en la mayor parte de las piezas los gases han de salir a través de las arenas sin necesidad de pincharlas.. Una arena poco permeable,. pinchada en el molde con mucho cuidado, puede ser utilizada para diversos tipos de trabajo que normalmente sin ser pinchadas, darían piezas con costras indeseables.. 10.

(19) IM-2005-I-10. Para determinar la permeabilidad de los granos de una arena de moldeo se han definido los siguientes criterios: •. Permeabilidad base: Esta es la permeabilidad que pueden tener los granos compactados de la arena en seco sin ningún contenido de arcilla u otra sustancia aglutinante.. •. Permeabilidad en verde: Esta es la permeabilidad de una arena moldeada en condición humedecida.. •. Permeabilidad en seco: Esta es la permeabilidad que tiene una cierta cantidad de arena moldeada que contiene arcilla o aglutinantes, que ha sido secada por completo en un horno por debajo de 110℃, y enfriada en un secador hasta temperatura ambiente.. •. Permeabilidad horneada: Esta es la permeabilidad de una porción de arena moldeada que ha sido secada en un horno a una temperatura mayor a 110℃, y que ha sido enfriada en un secador hasta temperatura ambiente.. 2.1.4. Resistencia Cuando se hace la colada en un molde de arena, éste debe soportar los diferentes esfuerzos que el metal fundido pueda hacer sobre ella, como el esfuerzo cortante, compresión y tracción, adicionalmente a la acción erosionante y las altas temperaturas debido al metal fundido. Es necesario someter a la arena de moldeo a diferentes pruebas para. predecir el comportamiento que ésta tendrá en. condiciones reales al momento de hacer la colada.. 11.

(20) IM-2005-I-10. La resistencia a la compresión que una arena de moldeo puede tener se define como la resistencia máxima que una muestra de arena es capaz de soportar cuando se le prepara, apisona y ensaya con su respectivo procedimiento. El nivel de resistencia está directamente relacionado con el nivel de compactación que tenga la mezcla y a su vez esta inversamente relacionado con la permeabilidad, esto se debe a que la compactación que posee la mezcla y está bastante relacionada con la resistencia. 2.1.5. Refractabilidad Nuestra arena de moldeo va a estar sometida a temperaturas considerablemente altas, por lo tanto debe tener condiciones refractarias apropiadas para su uso. En muchos de los casos los moldes y machos son fabricados utilizando la técnica de curado, por lo que es necesario un horneado del molde. Es necesario realizarle a la arena de moldeo diferentes tipos de pruebas de laboratorio que ayuden a determinar su punto de fusión, expansión térmica, pérdida de humedad, etc.. Actualmente se pueden simular las condiciones de. temperatura a las cuales la mezcla va a estar sometida mediante hornos, estufas convencionales u hornos microondas. Este tipo de pruebas son más importantes cuando vamos a trabajar materiales ferrosos en el taller de fundición debido a que estos presentan temperaturas mayores.. 12.

(21) IM-2005-I-10. 2.1.6. Tamaño de grano Por medio del tamaño de grano podemos determinar la finura de nuestra arena de moldeo y a su vez la distribución de sus partículas. La finura de la mezcla afecta directamente las diferentes propiedades que la arena posee, como permeabilidad, resistencia, contenido de humedad, etc.. Por otro lado cuando poseemos una. arena con una finura excelente tendremos como resultado un mejor acabado superficial en la pieza fundida; si en cambio tenemos un tamaño de grano considerablemente grande podríamos obtener una rugosidad indeseable en la pieza. Según la aplicación que se le vaya a dar a la arena de moldeo, así ha de ser el tamaño de grano.. Cuando se propone fundir piezas pequeñas es conveniente. utilizar un grano bastante fino, para en consecuencia obtener piezas con un mejor acabado superficial. Entre más uniforme sea el grano, más porosa podría resultar la mezcla, ya que si se procede a mezclar tamaños grano grandes con pequeños, los granos pequeños taparán los espacios que los granos grandes dejan entre sí. Cuando se realiza el proceso de desmoldeo es conveniente reemplazar el 75% de la arena quemada por arena nueva ya que en las arenas quemadas el tamaño de grano es más pequeño y podría disminuir notablemente la permeabilidad. En la actualidad existen diferentes tipos de ensayos, los cuales permiten al operario determinar si la arena que se va a utilizar en el proceso es la adecuada para su colada.. 13.

(22) IM-2005-I-10. 2.1.7. Vida útil La arena de moldeo se utiliza de forma repetitiva en el taller de fundición debido a que se realizan varias coladas en un día. Es importante determinar la vida útil promedio de la arena ya que una arena con una vida prolongada representará un beneficio económico para la empresa. Existen varios métodos por medio de los cuales se puede recuperar la arena de moldeo que ha sido utilizada en coladas anteriores que se tratarán más adelante en éste capítulo. 2.1.8. Propiedades químicas Las arenas de moldeo están constituidas por diferentes compuestos como la Sílice (SiO2), Alumina (Al2O3), Óxido ferrico (Fe2O3), Óxido cálcico (CaO) y Magnesia (MgO), los cuales los encontramos en diferente proporciones como se muestra en la siguiente tabla. Sílice. SiO2. 90%. Alumina. Al2O3. 5%. Óxido ferrico. Fe2O3. 4%. Óxido cálcico. CaO. 0.4%. Magnesia. MgO. 0.6%. Tabla 3.1 Propiedades químicas de la arena de moldeo. Estas proporciones son las ideales para una arena de moldeo que se puede emplear para diferentes tipos de moldes.. Cuando se tienen piezas bastante. gruesas que se necesitan fundir, es necesario que la arena contenga un alto. 14.

(23) IM-2005-I-10. porcentaje de Sílice, la Alumina no debe propasar el 8%, el Óxido ferrico no debe ser mayor al 5%, la Cal y la Magnesia deberán tener proporciones bastantes pequeñas.. Las arenas de moldeo que contengan proporciones mayores a las. descritas anteriormente deberán ser desechadas. Una forma de averiguar si se tiene presencia de exceso de los compuestos mencionados es desmenuzar la arena en Ácido Clorhídrico (ClH) y si esta mezcla presenta efervescencia tendremos una arena defectuosa. 2.2.. Composición de la arena de moldeo. La arena de moldeo que se utiliza en los talleres de fundición es un material compuesto el cual está formado principalmente por arena base, arcilla y agua. 2.2.1. Arena base La arena base que normalmente es utilizada en la mayoría de los talleres de fundición es la arena Sílice (SiO2), ya que es una de las que tiene una gran capacidad para ser un material refractario y por lo tanto es capaz de soportar las altas temperaturas que se originan al momento de ser una colada de material fundido. Una de las ventajas que presenta esta arena Sílice es que tiene bajo costo y se puede conseguir fácilmente en el mercado, el tamaño de grano de este tipo de arena le ayudan a que tenga una gran fluidez que le permite tomar fácilmente la forma del modelo.. En algunos casos este tipo de arena trae. mezclada algunas arcillas pero la cantidad de arcilla no es suficiente para que la arena presente la característica de compactación necesaria. Podemos encontrar la arena lavada de río o la arena común las cuales presentan como componente principal la Sílice; sin embargo, se debe tener cuidado con este. 15.

(24) IM-2005-I-10. tipo de arenas, ya que también presentan otro tipo de elementos que no son deseados para la arena de moldeo, los cuales de una forma u otra hacen variar las características que necesitamos en nuestro taller de fundición. 2.2.2. Arcillas Cuando se ha decidido que tipo de arena base utilizar es necesario buscar un elemento aglutinante que ayude a mejorar las propiedades de compactación y refractarias que presenta la mezcla. Debemos agregar arcilla a la arena base ya que sus propiedades ayudan a que el molde sea más compacto. Existen varios tipos de arcilla, como las residuales, las cuales son formadas por rocas que han pasado por el estado de descomposición; este tipo de arcillas se encuentran de diversas formas y tamaños. Otro tipo importante de arcillas que podemos encontrar fácilmente son las arcillas volcánicas, las cuales han sido formadas por la acción que han tenido las aguas subterráneas sobre rocas volcánicas, este tipo de arcillas también se pueden encontrar en diversos tamaños y espesores; la montmorillonita pertenece a este tipo de arcillas y es el principal componente de la Bentonita, la cual es la que tiene la mayor acogida por los expertos en el área de fundición. Adicionalmente tenemos un grupo de arcillas sedimentarias que son originadas debido a la erosión de granitos sedimentados que posteriormente toman características similares a las arcillas volcánicas. Una de las arcillas sedimentarías, la Caolinita, la cual presenta la propiedad refractaria debido a que dentro de su estructura. posee oxido de aluminio, el porcentaje. permitido de Caolinita en una arena de moldeo para que tenga características aglutinantes deseables está entre un 10% y 20 %.. 16.

(25) IM-2005-I-10. Como se ha mencionado anteriormente la Bentonita es una de las arcillas más utilizadas en los talleres de fundición debido a su excepcional condición de aglutinante y absorber agua.. Los porcentajes requeridos de Bentonita en una. arena de moldeo están aproximadamente entre 4% y 10%. Otra de las cualidades que tiene la Bentonita sobre las demás arcillas es que le da una muy buena resistencia a la arena en verde y es la más apropiada para realizar coladas de metales que presentan un bajo punto de fusión. Otra ventaja de las Bentonitas es que son térmicamente más estables y con. un manejo adecuado de la arena. pueden llegar a tener una vida útil bastante larga. 2.2.3. Componentes adicionales de la arena Existen diversos componentes que se le pueden agregar a la arena de moldeo, con el fin de mejorar sus propiedades que son necesarias en el taller de fundición para hacer una buena colada. Uno de los motivos por los cuales se le agrega otras sustancias a la arena de moldeo es para prolongar su vida útil. Uno de los componentes adicionales son lo cereales o harinas los cuales, en unión con el agua, generan una frontera gelatinosa. Los cereales le dan a la arena de moldeo mayor resistencia en seco y mejora las características de resistencia al esfuerzo cortante; otras ventajas de incluir cereales en nuestra mezcla es que su característica de retención de humedad no permite que la arena se seque cuando la almacenamos. Uno de los compuestos que se utilizan en los talleres de fundición para evitar defectos por expansión de la arena son el aserrín y las cascarillas, estos compuestos ayudan a disminuir los deslaves, costras y desprendimientos de la. 17.

(26) IM-2005-I-10. arena de las paredes del molde, los cuales son originados por la diferencia de temperatura que se presentan a lo largo del molde. 2.3.. Preparación de la arena de moldeo. Cuando se va a preparar una arena nueva es necesario tener a disposición estufas para el secado de estas. Cuando el taller de fundición es pequeño se aprovecha el suelo de la estufa corriente de secar los moldes. Sin embargo, esto no es del todo efectivo y es necesario hacerlo varias veces. En los talleres de fundición donde se manejan grandes cantidades de arena es importante construir estufas donde se pueda descargar fácilmente los vagones de la arena sobre tolvas colocadas en la parte superior. Un sistema muy efectivo para el secado de las arenas es el rotativo, el cual consiste en un cilindro de chapa con paletas interiores que sirven para agilitar las arenas.. El tambor se calienta al. contacto de los gases por el exterior, y las arenas se secan en el calor de la chapa. Lo primero que hay que hacer después de obtener las arenas secas es procesarlas mediante tamices para así reducir el tamaño de grano hasta la forma deseada. Cuando tenemos el tamaño de grano deseado procedemos a agregar las sustancias que consideremos relevante para mejorar las propiedades de la arena de moldeo. Es bueno tener en cuenta que cuando se ha hecho una colada, la arena que hace contacto con el metal fundido pasa a ser arena quemada y se puede reconocer fácilmente ya que se ha ennegrecido un poco. Este tipo de arena es bueno cambiarlo para la siguiente colada. Lo que se debe hacer es retirar en lo posible. 18.

(27) IM-2005-I-10. la arena que se ha quemado y en el momento de hacer un molde utilizar dicha arena como arena de relleno, es decir que la arena que esta en contacto con el modelo ha de ser arena limpia. Las proporciones adecuadas para la arena de fundición de un laboratorio que se dedique a trabos puramente de aluminio serian de la siguiente manera; la arena base que se debe utilizar, es arena sílice con una porcentaje entre el 80 y 90%, como arcilla se recomienda usar bentonita entre un 10 y 12%, y finalmente un porcentaje de agua entre el 2 y 8%.. La mezcla debe ser lo mas homogénea. posible para no tener inconvenientes al momento de hacer la colada. 2.4.. Almacenamiento, manejo y recuperación de la arena de. moldeo Para mantener en buenas condiciones las arenas de moldeo dentro del taller de fundición, es necesario tomar las debidas precauciones para optimizar la vida de las mismas. 2.4.1. Almacenamiento y manejo de la arena Como la arena de moldeo va a estar expuesta al medio ambiente, es posible que pierda muchas de sus características como lo es la humedad. Por esto se aconseja que sea almacenada en un lugar donde no quede a exposición directa ni del sol ni de la lluvia, puede ser guardada en silos y para una mejor protección se puede cubrir con lonas o costales llenos de cascarilla húmeda, con esto se asegura que la superficie de las arenas permanezca con la humedad adecuada.. Otra. recomendación que es muy importante es la constante mezcla de la arena, ya que. 19.

(28) IM-2005-I-10. con esto se puede lograr que la arena tenga una mayor homogeneidad. No se debe olvidar que después de realizar una colada es necesario mezclar la arena quemada con alguna arena nueva y mezclarla con la restante de la fosa. Tradicionalmente se conoce la forma de paleo, la cual consiste en amontonar la arena en una pila que posteriormente se comprimirá con la parte posterior de una pala; teniendo comprimida la arena, se corta con el canto hasta considerar que la arena se encuentra homogenizada. Si poseemos diversos tipos de arena de moldeo para cada uno de los trabajos que se hagan en el taller, es importante separar las unas de las otras debido a que cada una de ellas posee diferentes propiedades. Es recomendable disponer de varios silos para poder almacenar las diferentes arenas de moldeo y no confundirlas a la hora de ser utilizadas, esto aumentaría la eficiencia de los operarios y beneficiaría económicamente a la empresa ya que se perdería menos tiempo. 2.4.2. Recuperación de las arenas de moldeo En muchos de los casos al momento de hacer la colada los granos de arena que están en contacto con el metal suelen tener cambios drásticos en sus características iniciales, los cuales pueden alterar los resultados en una colada futura.. Los granos se ven afectados por una capa compuesta por Bentonita. deshidratada y otros compuestos que son difícilmente soluble en agua; posiblemente estos granos pierdan la capacidad de compactación y permeabilidad por lo que es necesario planear un método para la recuperación de dichos granos.. 20.

(29) IM-2005-I-10. Se conocen diferentes procesos de regeneración, los cuales permiten que la arena recupere sus características y propiedades iniciales. •. Regeneración en seco: Consiste en eliminar los granos demasiados finos que se puedan presentar en la arena de moldeo después de su uso, para este fin utilizamos tamices de diferente calibre y separación con aire. Durante el proceso los granos se frotan unos con otros, provocando que se desprendan los componentes indeseables que se han adherido a los granos en el momento de la solidificación del metal.. •. Regeneración por vía húmeda: Este proceso tiene como fin la eliminación de granos finos y la eliminación de las capas de arcilla adheridas a los granos. El proceso consiste en que la arena es pasada a través de un tanque donde los granos de mayor tamaño se dirigen hacia el fondo y los demasiados finos quedan suspendidos en la parte superior. Posteriormente la arena se mete en un tanque, el cual está constituido por una hélice que gira a alta velocidad provocando una acción de frotado entre los granos de arenas, seguido de este paso la arena es llevada a otro tanque donde se separan los granos finos producidos en la etapa anterior, finalmente el agua es eliminada de la arena restante por medio de filtrado y secado.. •. Regeneración térmica: Con este proceso se pueden eliminar las impurezas orgánicas y las adiciones de carbón originadas por el metal en el momento de la colada.. El proceso consiste en calentar la arena en un. horno a una temperatura que oscila entre los 650℃ y los 80℃. Con este método es imposible retirar las capas de arcilla que envuelven a los granos. 21.

(30) IM-2005-I-10. por lo que este método generalmente es usado en arenas que utilizan aceites como aglutinantes en lugar de arcillas. Como no existe ningún método que sea lo suficientemente eficaz para recuperar totalmente las arenas de moldeo de todas sus impurezas, es necesario combinar los mencionados anteriormente. talleres de fundición, es. La combinación mas común que utilizan los. primero realizar una regeneración húmeda y luego. realizar una regeneración térmica; con este método podemos obtener una arena con las mismas propiedades y características de una arena nueva. 2.5. Proceso de moldeo La práctica de moldeo se puede hacer en verde y en seco. En seco el molde presenta mejores resultados en piezas que necesitan mejores acabados, en cambio los moldes en verde requieren de mayor cuidado ya que emiten mas gases que los moldes de arena en seco, esto se debe a que se trata con arenas mas finas, por lo que para contrarrestar la emisión de gases se deben hacer orificios en la arena para que estos sean expulsados, además de, pisar la arena con mucha mas precaución. Hay características en la arena que ayudan a que el trabajo de moldeo se pueda realizar de una mejor forma. Una de estas características es la humedad en la arena ya que entre mas seca se encuentre la arena serán mejores los resultados; arenas que se encuentren excesivamente mojadas no deben ser usadas para este propósito.. 22.

(31) IM-2005-I-10. Para que tengamos un buen resultado en la pieza final es necesario tener en cuanta la salida de los gases. Es necesario que los gases salgan por entre las arenas y que no se dirijan hacia la pieza ya que podrían generar irregularidades no deseadas durante la fundición. Hay que hacer los orificios necesarios en la arena para facilitar la salida de los gases; entre mas grande sea nuestra pieza, deberemos hacer mas orificios. Otro de los procesos que ayuda a emisión efectiva de los gases y el buen resultado de la fundición, es el pisado de las arenas. No se debe pisar de una forma brusca o dura muy cerca de las piezas, el pisado fuerte se deberá hacer después de tener una considerable capa de arena por encima de la pieza. Cuando se hace un pisado fuerte cerca del modelo se deberá ser excesivo con los orificios que dejaran salir los gases al momento de la colada. Para hacer el moldeo con un modelo no existen reglas generales, cada caso es distinto y habrá que adaptar cada modelo a la disposición que se tenga en el laboratorio.. Muchos de los modelos tiene algunas geometrías complejas y es. mejor trabajarlos con dos piezas, es decir, que el modelo se parte por la mitad dejando cada parte con una cara plana. Se coloca una de las mitades del modelo sobre un tablero de madera y luego ponemos una de las mitades de la caja de moldeo donde el modelo quepa holgadamente a su alrededor. A continuación se produce el llenado de la caja con arena y de apisona en la caja inferior. Luego de haber pisado la arena completamente con la caja llena, se pincha o se hacen orificios en la arena con un alambre delgado para la salida de los gases. Teniendo la primera parte de la caja se voltea sobre una cama de arena, se rocía por encima con arena mas fina para que las dos caras no se peguen mutuamente, y después se coloca la parte superior de la caja. Se realiza el mismo procedimiento que para. 23.

(32) IM-2005-I-10. la parte inferior de la caja apisonando de manera correcta. Al tener las dos mitades listas, se retiran los modelos con mucha precaución para evitar al máximo los desmoronamientos de los moldes y se el canal de admisión del metal en forma liquida quedando listo para la colada. En caso de que haya una irregularidad en el modelo, será necesario arreglarlos de forma manual con la espátula y el palustre. Cuando el modelo a calcar no presenta una de sus caras planas se deberá usar una caja falsa para formar en ella la parte del modelo que será calcada posteriormente en la caja superior. Se dará una explicación mas detallada sobre el proceso de moldeo en el Capítulo 7 donde dará una guía de pasos a seguir mediante gráficas para que este proceso se haga de la forma adecuada, siendo este uno de los responsables del resultado final.. 24.

(33) IM-2005-I-10. 3. HORNO DE FUNDICIÓN El horno (Figura 4.1) que se utilizará para adecuar el laboratorio de fundición es de tipo crisol que permite la fundición de metales con un bajo punto de fusión. El horno se encontraba archivado en una de las bodegas que tiene el Centro de Innovaciones Tecnológicas de la Universidad de los Andes (CITEC) en su parte posterior. Al parecer el horno se encontraba inutilizado desde hace bastante tiempo por lo que no se encontraba en muy buen estado.. Figura 3. 1 Horno Degussa. 25.

(34) IM-2005-I-10. 3.1.. Descripción del horno. El horno es de marca Degussa-Wolfgang de fabricación alemana. Además de permitir la fundición de algunos metales mediante un crisol ubicado en su cámara de combustión principal, el horno Degussa también permite el secado de pequeños moldes de yeso y el tratamiento térmico de pequeñas piezas en su cámara secundaria. El horno cuenta con un soplador el cual produce la verticidad de los gases de combustión en su interior. El horno posee tres orificios con sus respectivas puertas o tapas, los cuales facilitan la manipulación de objetos dentro las dos cámaras.. Las primeras dos. puertas están ubicadas en la parte frontal del horno y cada una de ellas le corresponden a cada cámara, están hechas para colocar o retirar objetos de un tamaño moderado al interior del horno; cada una de ellas esta puede ser cerrada por puertas. hechas de un material cerámico y protegidas por hierro en su. exterior. El tercer orificio y el mas importante esta ubicado en el parte superior de la cámara principal, por medio de este se retira y coloca el crisol en el cual se va a fundir el metal, se utiliza una tapa de hierro gris para este orificio. 3.2.. Funcionamiento del horno. El horno cuenta con dos cámaras en la parte superior como se menciono anteriormente, en la cámara principal ubicada en la parte izquierda del horno se produce el fenómeno de combustión de gas propano en presencia de aire. El aire es obtenido a través del soplador centrífugo ubicado en la parte inferior del horno. El aire obtenido del soplador se divide en dos flujos que finalmente llegan a la cámara principal, uno por el lado izquierdo en la parte del frente y el otro por el. 26.

(35) IM-2005-I-10. lado derecho, por la parte de atrás (esto en el interior del horno, en la cámara principal); la tubería que dirige el aire desde el soplador hasta la cámara de combustión tiene dos válvulas que controlan el flujo del aire, una controla el paso del flujo a la salida del soplador, la segunda controla el paso de aire hacia la segunda tubería de flujo ubicada al lado derecho y parte posterior. La conexión de gas se hace en la tubería principal del flujo de aire justo después de la primera válvula y es allí donde se hace la mezcla aire-gas. El objetivo de controlar el flujo de aire es tratar de producir una combustión completa, por esto es importante tener en cuenta que si existe un flujo de aire muy pobre, puede que no se realice toda la combustión y quede gas sin quemar; si el flujo de aire es muy grande, puede que atenúe la llama debido a que arrastra el gas hacia el exterior de la cámara sin que éste se haya quemado. Los elementos que hacen parte del horno Degussa se muestran en la Figura 3.2. El objetivo principal de que el horno tenga dos flujos distintos de mezcla, es el de provocar verticidad en el interior del horno y así facilitar el calentamiento homogéneo alrededor del horno para la fundición del metal.. 27.

(36) IM-2005-I-10. Figura 3. 2 Elementos Horno Degussa. En la cámara secundaria, ubicada en la parte superior derecha, se puede realizar el secado de moldes de yeso o preparar diferentes piezas que requieran tratamiento térmico. La cámara secundaria recibe todos los gases calientes que salen de la cámara principal, por lo que se deben proteger las piezas que se tengan en dicha cámara por medio de un recipiente refractario para evitar su contaminación. El flujo de los gases de la combustión y del aire que circulan a través del horno durante su funcionamiento se muestra en la Figura 3.3.. 28.

(37) IM-2005-I-10. Figura 3. 3 Interior Horno Degussa. 29.

(38) IM-2005-I-10. 4. ESTADO INICIAL DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN Anteriormente existía un laboratorio de fundición donde los estudiantes de la Universidad de los Andes podían realizar prácticas con metales de bajo punto de fusión. Con el tiempo dicho laboratorio fue desapareciendo, debido a que no fue utilizado de la forma esperada. 4.1.. Área destinada para el laboratorio. La zona designada (Figura 4.1) para desarrollar el laboratorio de fundición para el Departamento de Mecánica de la Universidad de los Andes, está ubicada en la parte posterior del Centro de Innovaciones Tecnológicas (CITEC).. Figura 4. 1 Exterior cuarto designado para el laboratorio de fundición. 30.

(39) IM-2005-I-10. Este cuarto estaba siendo utilizado como bodega para almacenar diferentes elementos que no se estaban utilizando y trabajos de grado de años anteriores (Figura 4.2).. Figura 4. 2 Estado inicial laboratorio del interior del cuarto. El área total del cuarto es aproximadamente de 23m2, en el centro del cuarto se encuentra la fosa (Figura 4.3) que fue utilizada anteriormente para realizar los moldes de arena. Las dimensiones de la fosa son de 1.67m a lo largo y 0.86m de ancho.. 31.

(40) IM-2005-I-10. Figura 4. 3 Fosa para preparación de moldes. Como el cuarto anteriormente mencionado estaba siendo utilizado como bodega carecía de las instalaciones requeridas por un laboratorio de fundición como son la instalación eléctrica, el servicio de agua, instalación de gas, iluminación y la ventilación adecuada para la salida de los gases emitidos por la combustión y el metal fundido. 4.2.. Estado inicial del horno Degussa. El horno es uno de los elementos fundamentales en el proceso de fundición, por lo cual es primordial su buen estado para un óptimo funcionamiento. Las condiciones iniciales del horno no eran las apropiadas para su puesta en funcionamiento. Carecía de la instalación eléctrica adecuada debido a que el cable del soplador centrífugo estaba añadido con cinta aislante, carecía de la clavija para. 32.

(41) IM-2005-I-10. el enchufe trifásico y de un switch para tener un buen control y precaución en el encendido del soplador. El interior del horno se encontraba contaminado con diferentes residuos provenientes de las fundiciones anteriores y que no habían sido removidos de una forma adecuada. Además, el interior del horno presentaba irregularidades que pudieron ser causadas por personas que dieron un mal uso de éste (Figura 4.4).. Figura 4. 4 Estado inicial del interior del horno Degussa.. El soplador centrífugo funcionaba adecuadamente con sus respectivas válvulas y tubería, sin embargo, el horno carecía de una adecuada instalación para la tubería de gas. 4.3.. Elementos para la fundición. Como era de esperarse, la falta de utilización del taller de fundición produjo que los elementos utilizados para la fundición desaparecieran, estos elementos son muy importantes durante todo el proceso.. Algunos de los elementos básicos. utilizados que desaparecieron son las cajas de moldeo, termopares para medir la. 33.

(42) IM-2005-I-10. temperatura, pisón de arena, tamices, pinzas para manipular el crisol, para verter el metal fundido, y hasta el mismo crisol.. 34.

(43) IM-2005-I-10. 5. REACONDICIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN Como se mencionó en el capítulo anterior, el horno necesita estar en muy buenas condiciones para que opere de una forma adecuada y su desempeño sea más eficiente. En este capítulo se mostrará todo el trabajo realizado con los diferentes elementos que intervienen en el proceso de fundición como la edificación, el horno de fundición, las herramientas utilizadas en el laboratorio y por supuesto la arena de moldeo. 5.1.. Adecuación del área destinada. Para hacer una correcta adecuación de la zona destinada para el laboratorio, fue necesario recurrir a una lista de los elementos necesarios para posteriormente trabajar en cada uno de ellos. Lo primero que se hizo, fue ubicar todos los elementos ajenos al taller de fundición pues como ya se había mencionado antes, el cuarto había sido destinado a funcionar como bodega de almacenamiento. Se tuvo dificultades y retrasos al momento de ubicar dichos elementos ya que no disponía de otro lugar para ubicarlos. Finalmente se pudo desocupar el cuarto destinado al laboratorio y se pudieron ubicar estos elementos en una zona designada. Dentro de la lista de los elementos escogidos para adecuar el laboratorio están los siguientes.. 35.

(44) IM-2005-I-10. 5.1.1. Instalación eléctrica Como el laboratorio carecía de luz, fue necesario colocar en la parte superior una lámpara de luz natural y en la parte posterior del laboratorio, colocar dos lámparas de luz amarilla.. Además a esto fue necesario hacer las correspondientes. instalaciones eléctricas para que quedaran en el laboratorio enchufes de corriente bifásica y trifásica para el soplador centrífugo. En la Figura 5.1 se puede ver de una forma más clara el trabajo realizado dentro del cuarto designado.. Figura 5. 1 Instalación eléctrica. 5.1.2. Instalación tubería agua y aire Aunque no era necesario tener a nuestra disposición la tubería de aire se decidió que debido a que ya se estaba haciendo una obra dentro del laboratorio no habría ningún inconveniente en instalar la tubería de aire junto a las demás reformaciones que estaban siendo realizadas.. 36.

(45) IM-2005-I-10. Se realizó la instalación de la tubería de agua ya que se identificó que esta es necesaria para la preparación de las arenas de moldeo y para hacer una correcta limpieza de todos los instrumentos del laboratorio de fundición y mantener en buen estado los mismos. En la Figura 5.2 se puede observar el resultado de las instalaciones anteriormente mencionadas.. Figura 5. 2 Instalación agua y aire. 5.1.3. Instalación tubería de gas Como se mencionó anteriormente el sistema que utiliza el horno de fundición es de aire-gas, y era necesario hacer un montaje adecuado para evitar accidentes de trabajo. La instalación que se realizó fue de forma subterránea para evitar que la manguera de gas obstruyera el libre tránsito de los operarios por el alrededor del horno. El medio de transporte escogido para el gas desde la pipeta hasta la instalación del. 37.

(46) IM-2005-I-10. hormo, fue manguera plástica de color azul para gas propano. La instalación se hizo removiendo el adoquín e insertando un tubo de PVC protegiendo este la manguera que conduce el gas. En la Figura 5.3 se muestra mas claramente el proceso para la instalación de al tubería de gas y su resultado final.. Figura 5. 3 Instalación de la tubería de gas. 5.1.4. Ventilación del laboratorio Dentro de un taller de fundición es de vital importancia tener una buena ventilación, debido a que los gases producidos por la combustión dentro de los hornos ó por los metales cuando son fundidos pueden molestar a los operarios impidiendo que su trabajo sea eficiente. En el laboratorio fue necesario buscar una forma por la cual puedan salir los gases y así tratar de mantener un ambiente sano para los operarios que van a trabajar dentro de él. Se realizaron unas aberturas en la parte superior (Figura 5.4) donde. 38.

(47) IM-2005-I-10. anteriormente existía una rejilla, como ventaja adicional se obtuvo iluminación natural durante el día.. Figura 5. 4 Ventilación. 5.2.. Reacondicionamiento del horno Degussa. Como se había mencionado anteriormente el horno Degussa se encontraba en mal estado en su cámara principal debido a que operarios anteriores habían hecho un mal uso de este.. Fue necesario hacerle un tipo de mantenimiento y. reacondicionamiento para su puesta en funcionamiento. Unas de las tantas modificaciones que se le hicieron al horno son las siguientes.. 39.

(48) IM-2005-I-10. 5.2.1. Instalación eléctrica del soplador El soplador centrífugo se encontraba en buen estado y funcionaba correctamente, pero carecía de la clavija trifásica y de un interruptor para su encendido y apagado. Se le instaló el switch (Figura 5.5) trifásico al soplador y se le hizo una correcta instalación del cable de poder para que funcionara de una forma correcta y segura.. Figura 5. 5 Switch trifásico para el horno Degussa. 5.2.2. Instalación tubería de gas para el horno La tubería de aire se encontraba en un buen estado y no fue necesaria su reparación. Por otro lado el horno carecía de una instalación adecuada para la toma de gas, por lo que fue necesario realizar un nuevo montaje.. 40.

(49) IM-2005-I-10. A la entrada de gas del horno se le adapto un trayecto de tubería en galvanizado con una válvula en el medio, para el control del flujo de gas. En la parte final de dicha tubería se adapto una boquilla de ¾ para la conexión de la manguera de gas. Esta instalación se puede ver de una forma mas clara en la Figura 5.6. Figura 5. 6 Instalación tubería para gas del horno Degussa. 5.2.3. Mantenimiento cámara principal El horno se encontraba en muy malas condiciones en su interior, por lo que fue necesario hacerle una reconstrucción en su interior para poder colocar el crisol de una forma segura.. 41.

(50) IM-2005-I-10. Para hacer la reconstrucción del interior del horno fue necesario preparar una mezcla de ladrillo molido, bentonita y la misma arena que utilizamos en el laboratorio para los moldes, en las siguientes proporciones: •. 1/3 de ladrillo molido y pasado por un tamiz # 20. •. 1/3 de bentonita clase B. •. 1/3 de arena lavada de río pasada por tamiz # 20. Estos tres ingredientes se mezclaron de forma homogénea para generar una nueva mezcla que nos sirvió para habilitarla cámara principal del horno. A esta mezcla se fue agradando poco a poco agua para lograr una mezcla de forma cauchosa y arenosa a la vez. Teniendo ya la mezcla lista, se procedió a hacer la reconstrucción interior del horno; se mejoro la superficie interior dejándola lo más plana posible (Figura 5.7) y para poder colocar allí la base para el crisol.. Figura 5. 7 Reconstrucción interior del horno Degussa. 42.

(51) IM-2005-I-10. 5.2.4. Herramientas del horno Se diseñaron,. y posteriormente se construyó una serie de herramientas que. facilitaron la manipulación de los elementos del horno de una forma más segura. 5.2.4.1. Manijas válvulas de aire Las válvulas que controlan el flujo de aire tenían su correspondiente manija, pero eran toscas y eran en algunos casos difíciles de manipular. A estas manijas se les colocaron un recubrimiento de madera para que no lastimaran las manos del operario y para que se pudieran manipular de una mejor manera. 5.2.4.2. Pinza para puertas Para poder manipular las puertas de las cámaras principales de una forma segura cuando el horno este en funcionamiento, fue necesario diseñar y construir una pinza. La pinza consiste en una barra de hierro con un perfil de ½ de pulgada y terminada en un ángulo de 90º que encaja perfectamente en cada una de las puertas, como se muestra en la Figura 5.8.. 43.

(52) IM-2005-I-10. Figura 5. 8 Pinza para la manipulación de las puertas del horno Degusta. 5.2.4.3. Tapa superior cámara principal El horno en un principio carecía de la tapa del orificio superior, por lo que fue necesario diseñarla. Se le hizo una tapa a la medida cono su manija respectiva y con las pestañas que la aseguran al horno. La necesidad de construir la tapa fue concentrar mejor el calor dentro de la cámara, y la protección de los operarios. En la figura 5.9 se muestra el lugar que tiene la tapa en el horno.. 44.

(53) IM-2005-I-10. Figura 5. 9 Tapa superior del horno Degussa. 5.3.. Herramientas para el laboratorio de fundición. Fue necesario diseñar y construir una serie de herramientas para poder realizar el proceso de fundición, debido a que las herramientas existentes anteriormente, ya no se encontraban con el resto del equipo (horno Degussa). 5.3.1. Cajas de moldeo Se diseñaron 3 cajas de moldeo para el laboratorio de fundición. Se escogió para dicho diseño, la geometría cuadrada ya que so las que más fácilmente se acomodan a las necesidades dentro de un taller de fundición y la mayoría de las piezas se adaptan a este tipo de cajas. Se necesitaba una madera que fuera resistente, que tuviera un buen comportamiento frente a la humedad y que fuera relativamente liviana .Se eligió. 45.

(54) IM-2005-I-10. como material para su construcción, abarco de río debido a que esta madera cumple con las características necesarias en el laboratorio. Se construyeron 3 cajas con las siguientes geometrías, 25 x 25cm, 35 x 35cm, y 45 x 45cm, cada una con dos mitades y cada mitad con una altura de 12cm. Para que las cajas encajaran de una forma precisa y fácil en el momento de estar haciendo el molde, se le colocó a cada una de ellas una guía en dos de sus lados. En la Figura 5.10 se muestra una de las cajas terminadas y su ubicación dentro del laboratorio de fundición.. Figura 5. 10 Cajas de moldeo. 5.3.2. Tamices para arena Se construyeron dos tamices a partir de mesch número 60 y 100 en acero inoxidable. El marco se elaboro con perfiles de 3 x 3cm, en madera sapan, por su. 46.

(55) IM-2005-I-10. rigidez y resistencia. El tamaño de cada uno de los marcos es de 60 x 60cm y cada uno. tiene en un extremo dos mangos para su maniobrabilidad, y en el otro. extremo dos argollas para que puedan ser colgados. El objetivo de los tamices es procesar las arenas de moldeo que se tengan en el laboratorio de fundición, ya sea para la fundición o para hacer arena de separa molde. En la Figura 5.11 se muestra uno de los tamices en operación.. Figura 5. 11 Tamiz para arena. 5.3.3. Crisol Los crisoles también son conocidos como “cazos o cucharas” están construidos en un material refractario para que puedan soportar las altas temperaturas que se presentan dentro del horno. Existen varias formas de crisoles como, los de grafito en forma de trébol, oliva y normal, los de caldero de sifón, cucharas para fundir a mano, etc.. 47.

(56) IM-2005-I-10. Se eligió para el laboratorio de fundición, un crisol de grafito en forma normal (Figura 5.12) con una capacidad de 10kg, debido a que puede soportar temperaturas de hasta 3500℃ y a que este tipo de crisol era el que mejor se acomodaba a la geometría interna del horno.. Figura 5. 12 Crisol en grafito en forma normal. 5.3.4. Pinza sujetadora de crisol Como en laboratorio de fundición se va a manipular un crisol grafico, fue necesario diseñar una pinza que nos permitiera meterlo. y sacarlo del horno ya que la. cámara de combustión estará sometida altas temperaturas, además de que esta a una altura de un poco más de 1m. Es necesario que esta pinza sujete al crisol por su periferia, ya que si se sujeta por uno de sus bordes, se corre el riesgo que se rompa por su fragilidad. El material. 48.

(57) IM-2005-I-10. utilizado para la construcción de las pinzas fue tubo de hierro de 3/4 de pulgada y lamina de hierro de 3/16 de pulgada. El material fue sometido a forja para dar el radio de curvatura necesario y las láminas se soldaron en el extremo inferior luego de haberlas moldeado según la geometría del crisol. Para el diseño de estas pinzas se tomo en cuenta que debían entrar y salir de cámara de combustión, con el crisol en el medio. Las pinzas están diseñadas especialmente para la geometría exacta del crisol utilizado en el laboratorio. En la Figura 5.13 se pueda observar la geometría final de las pinzas para sujetar el crisol, y en sección 7.6 del capito 7 se da una mejor ilustración de la herramienta en uso.. Figura 5. 13 Pinza sujetadora del crisol. 49.

(58) IM-2005-I-10. 5.3.5. Vertedera Fue necesario diseñar una herramienta para facilitar el transporte del crisol cumpliendo con la función de tener el metal fundido en la posición deseada y evitando el derrame del líquido durante su transporte. La herramienta esta hecha con tubo de hierro de una pulgada y láminas de hierro de 3/16 de pulgada. La vertedera esta diseñada para ser manipulada por dos operarios, uno en cada extremo. Como se muestra en la Figura 5.14 la herramienta posee dos mangos en uno de los extremos, esto es para que solo uno de los operarios tenga el dominio de la colada, es decir voltear el crisol; el otro operario que se encuentra en el lado contrario servirá de apoyo.. Figura 5. 14 Vertedera. 50.

(59) IM-2005-I-10. 5.3.6. Apisonador Se hizo una herramienta de madera (abarco de río), llamada pisón de arena (Figura 5.15), en donde uno de sus extremos tiene forma circular y plano en su extremo, esta parte de la herramienta sirve para apisonar la arena de moldeo de una forma homogénea. El otro extremo de la herramienta consiste en un trozo de madera en forma triangular y la punta es de forma redondeada. Esta parte de la herramienta sirve para apisonar la arena en las paredes de la caja. La herramienta está constituida por tres partes. La parte redondeada salió a partir de un tronco cuadrado de 12 x 12cm, para llegar a su forma final fue necesario trabajarla en un torno de madera con sus respectivas gubias. El otro extremo de la herramienta salió a partir de un rectángulo, fue recortado, y finalmente fue trabajado con una lija para llegar a su forma final.. Figura 5. 15 Apisonador. 51.

(60) IM-2005-I-10. 5.3.7. Palustre y Espátula Estas herramientas fueron adquiridas para que cumplieran con varias funciones, entre las cuales están, revolver la arena con la arcilla para generar una mezcla homogénea, darle un mejor acabado a las esquinas de los moldes en caso en el que sufran desmoronamiento y retirar el exceso de arena durante la elaboración de los moldes, entre otras.. Figura 5. 16 Palustre y Espátula. 5.3.8. Pinza para herrería Esta herramienta esta fabricada en hierro y se consiguió su forma por medio de la forja en caliente. Se adquirió para que se facilitara la manipulación de objetos calientes, o para meter el metal al crisol en el momento en que se vaya a fundir.. 52.

(61) IM-2005-I-10. Figura 5. 17 Pinza para herrería. 5.4.. Equipo de seguridad. Pensando en la seguridad de los operarios que van a trabajar en el laboratorio de fundición fue necesario adquirir un equipo de seguridad para la protección en el momento de estar haciendo el proceso de fundición. El material que se escogió para dicho equipo de seguridad fue la carnaza, debido a que es un muy buen aislante y resistente ante altas temperaturas. El equipo de seguridad disponible en el laboratorio es para dos personas y esta compuesto por lo siguiente: •. Dos pares de guantes de carnaza. •. Dos pares de mangas de carnaza. •. Dos pares de polainas de carnaza. •. Un par de petos de carnaza. •. Un par de caretas de esmerilar. 53.

(62) IM-2005-I-10. Es importante que los operarios tengan en cuenta que este equipo es de vital importancia al momento de manipular elementos en el laboratorio.. 54.

(63) IM-2005-I-10. 6. GUÍA DE PROCEDIMIENTOS PARA LA FUNDICIÓN DE UNA PIEZA DE ALUMINIO A continuación se darán una serie de pasos que usted deberá tener en cuenta al momento de fundir una pieza. de aluminio. Lea toda la guía antes de hacer. cualquier operación. 6.1.. Recomendaciones iniciales. Antes de trabajar en el laboratorio de fundición cerciórese de que usted posee los elementos necesarios de seguridad para este tipo de trabajo, como, guantes de carnaza, mangas de carnaza, peto de carnaza, polainas de carnaza y la mascara para evitar la radiación directa a la cara. Todos estos elementos usted los podrá encontrar dentro del closet que hay en el laboratorio de función, hay uno para cada operario. Después de haber hecho lo anterior le recomendamos que revise si usted tiene a la mano todas las herramientas necesarias para este proceso, y si además posee la cantidad de materia prima necesaria para su pieza. 6.2.. Preparación de la arena. Si en laboratorio no hay arana de moldeo procesada, usted deberá hacerlo. Para ello siga las siguientes recomendaciones:. 55.