Estudio de la convección térmica en un proceso de fundición de Aluminio por el método de los elementos finitos

Abstract

Este proyecto se centra en los procesos de fundición industrial. Se pretende analizar herramientas que sean útiles para optimizar los sistemas de este tipo de manufactura de metales. Una de las herramientas más importantes para conseguir un alto rendimiento de los procesos de fundición es la simulación numérica de los mismos. Para obtener estas simulaciones es preciso generar una modelización matemática adecuada que sea capaz de resolver todas las variables y funciones que entran en juego en un proceso de fundición. El modelo matemático escogido es el método de los elementos finitos del cual se hará una introducción. En el proyecto se definirán las ecuaciones y los parámetros necesarios para que el modelo matemático pueda ser resuelto, centrándose en la evolución térmica del material fundido. La evolución térmica abarcará tanto la solidificación como el enfriamiento de la colada en el molde. El siguiente paso para la simulación de procesos de fundición industriales es la resolución práctica de las ecuaciones anteriormente mencionadas. Cabe destacar que en el proyecto se usa el programa Vulcan 7.5, como simulador de procesos. Este código está diseñado para la simulación de procesos de llenado y solidificación de piezas metálicas. En el presente trabajo se hace una breve exposición de la funcionalidad de tal programa y del potencial de las simulaciones. Mediante el uso del programa de simulación Vulcan 7.5, se muestra un estudio basado en piezas de aluminio AlSi7Mg, donde se proponen diferentes problemas de fundición. El objetivo es analizar tales problemas para poder comparar la transmisión de calor entre pieza y molde con el proceso de fundición. Gracias a esta comparación se ha visto que la influencia de los coeficientes de conducción y convección que participan en la transmisión de calor, se ven restringidos por el material del molde y su capacidad de evacuar el calor hacia el entorno. Finalmente, se analizará cual es la mejor opción para calcular los coeficientes de convección durante el cambio de fase de líquido a sólido. La evaluación de estos resultados hace pensar que la mejor forma de representar la variación de los coeficientes de convección es considerando una dependencia entre el coeficiente y la función de la fracción líquida, ya que esta es mucho más representativa del estado de las fases de la pieza, que la otra variable en juego, la temperatura media.