Estudio movimiento de metal líquido a velocidades mayores de 1 M/S.

Abstract

La industria de la fundición es un sector que ha de mejorar un proceso defabricación con muchos procesos físicos distintos, y en condiciones críticas. Esto implicamuchas variables que hacen que el proceso se encarezca considerablemente, si se quierencontrolar y automatizar. Por este motivo, se prefieren trasladar los procesos productivosa lugares donde el coste de la mano de obra sea más barato, para no abordar esas variablesque requieren un gran conocimiento tecnológico.Aun así, ha de asumirse cierta familia de defectos, que se contrarrestan conmayores tamaños de pieza como factor de seguridad. Lo cual incrementa los costes defabricación y de su posterior mecanización.Esta y otras razones han hecho que la tecnología de la fundición se base, en granmedida, en conocimiento empírico acumulado en la propia empresa o recogido enmanuales de buenas prácticas del sector, con estilos muy alejados del mundo académico.La introducción de software de cálculo de enfriamiento y llenado está permitiendoverificar y corregir esos manuales de buenas prácticas y entender el fenómeno físico queesconden. Pero el problema que conlleva es la necesidad de validación en condicionesreales, que significa metal fundido fluyendo a altas temperaturas. Lo cual hace que seaalgo inviable en unas condiciones más o menos sostenibles.Es por ello, por lo que aparecen de vez en cuando familias de defectos, que nosalertan de que seguimos sin controlar el 100% de los fenómenos físicos que ocurren enesos procesos tan extremos. Estos defectos hacen que la rentabilidad y la optimización deesta industria se vea mermada y haga que los inversores escojan caminos más fáciles.En este trabajo de investigación identificaremos y validaremos un proceso físicopoco conocido, y todavía no aceptado ampliamente en el sector, la teoría de Bifilm.Haremos evidente este fenómeno para el acero y lo sumaremos a lo ya estudiado sobre elaluminio. Con lo que podremos extrapolar esta teoría al resto de metales en estado líquido.Verificaremos que los CFDs no contemplan este fenómeno y que en algunas situacioneses interesante y posible las simulaciones con agua a escala 1:1 del proceso de llenado.Los experimentos realizados y su verificación computacional nos han permitidoadecuar los costes y tiempos de diseño para proponer esta metodología de verificación enpiezas de gran tamaño y por tanto, de altos costes.Y lo más importante, abrimos un campo de investigación no abordado hasta lafecha (que si bien fue detectado por los estudios del profesor Campbell) sobre lo queocurre en metales en estado líquido (Tª mayores de 1000º) moviéndose en régimen muyturbulento (velocidades mayores de 1 m/s) que implican Reynolds> 4000 (Campbell,2013). En este trabajo se propone una idea del comportamiento de los metales líquidosdiferente a lo que hasta ahora la metalurgia considera. Su descubrimiento llena un campoabandonado por la ciencia y que necesita de más experimentación para suparametrización.