Informe de fundición en model permanente

Universidad Nacional de Trujillo
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL
DE ING. MECÁNICA
“Fundición En Molde Permanente”
CURSO :
PROCESOS DE MANUFACTURA II
DOCENTE :
DOC. VÍCTOR M. ALCÁNTARA ALZA
ALUMNO :
 HONORIO MARIN, ALEX JOEL
 GUTIERREZ AGUILAR, JHOAO
 JAIMES ALVARO, DARIEN
 QUIROZ CAPRISTAN, GUSTAVO
 PAULINO VALDERRAMA, MARTHYN
CICLO :
VIII
p Trujillo – Perú
2015

Universidad Nacional De Trujillo
Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica
Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente 1
Contenido
CAPITULO I: HISTORIA DE LA FUNDICIÓN Y EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL
PERU 5
1.1. Historia general de la fundición en el Mundo..............................................................5
1.2. Historia de la fundición en Mesoamérica ....................................................................7
1.3. La obtención de aleaciones en la antiguaMesoamérica. .......................................10
1.4. EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU.....................................................12
1.4.1. Resumen..................................................................................................................... 12
1.4.2. Algunas Plantas y empresas metalúrgicas en el Perú conforme avanzo el
desarrollo de la metalúrgica..................................................................................................... 14
 MILPO ............................................................................................................................. 14
 PIERINA.......................................................................................................................... 14
 ORCOPAMPA................................................................................................................ 15
 CENTROMIN PERÚ..................................................................................................... 15
 DOE RUN PERU.......................................................................................................... 15
 MINSUR S.A .................................................................................................................. 15
 PLANTA FUNDICIÓN FUNSUR ................................................................................. 16
 SOUTHERN PERÚ ...................................................................................................... 16
 ANTAMINA ..................................................................................................................... 16
CONCEPTOS BASICOS DE FUNDICIÓN........................................................................... 16
CAPITULO II: FUNDAMENTOS.............................................................................................18
2.1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................18
2.2. FUNDAMENTO DE LA FUNDICIÓN DE METALES...............................................18
2.2.1. Solidificación de los metales.................................................................................... 18
2.2.1.1. Metales puros ..................................................................................................... 18
2.2.1.2. Aleaciones .......................................................................................................... 19
2.2.1.3. Estructura............................................................................................................ 19
2.2.2. Flujo del fluido............................................................................................................ 20
2.2.3. Fluidez del metal fundido ......................................................................................... 20
2.2.4. Transferencia de calor.............................................................................................. 21
2.2.4.1. Tiempo De Solidificación.................................................................................. 21
2.2.4.2. Contracción ........................................................................................................ 21
2.2.5. DEFECTOS................................................................................................................ 21
2.2.5.1. Porosidad............................................................................................................ 21
CAPITULO III: FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE..................................................22
3.1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................22

3.2. FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE ................................................................22
3.2.1. FUNDICIÓN EN COQUILLA.................................................................................... 23
3.2.1.1. Moldeo por inversión......................................................................................... 23
3.2.1.2. Moldeo cothias................................................................................................... 24
3.2.1.3. Fundición en coquilla por gravedad................................................................ 24
3.2.2. FUNDICIÓN EN MATRICES O DADOS:............................................................... 25
Características:...................................................................................................................... 25
2.2.2.1. Cámara fría......................................................................................................... 26
Características....................................................................................................................... 27
2.2.2.2. Cámara caliente................................................................................................. 27
Características....................................................................................................................... 28
3.2.3. Fundición hueca ........................................................................................................ 28
3.2.4. Fundición de baja presión........................................................................................ 29
3.2.5. Fundición de molde permanente al vacío.............................................................. 30
3.2.6. Fundición centrifuga.................................................................................................. 30
3.2.6.1. Fundición centrifuga pura..................................................................................... 30
3.2.6.2. Fundición semi centrifuga .................................................................................... 33
3.2.6.3. Fundición centrífuga.............................................................................................. 33
CAPITULO IV: COQUILLA......................................................................................................35
4.1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................35
4.2. COQUILLA.....................................................................................................................35
4.3. FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD......................................................35
4.3.1. FASES DE LA FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD........................ 36
4.3.1.1.1. Pasos para la fundición en coquilla por gravedad.................................... 36
4.3.1.1.2. Características de la fundición en coquilla por gravedad........................ 37
4.3.2. ELABORACIÓN DE LAS COQUILLAS.................................................................. 38
4.3.2.1. Cavidad de la Coquilla o molde....................................................................... 38
4.3.2.2. Evacuación de aire............................................................................................ 39
4.3.2.3. Mecanismos de cierre....................................................................................... 39
4.3.2.4. Expulsores.......................................................................................................... 39
4.3.2.5. Guías ................................................................................................................... 39
4.3.2.6. Respiraderos y mazarotas ............................................................................... 39
4.3.3. USOS DE LAS COQUILLAS ................................................................................... 40
4.3.3.1. Ventajas del proceso de fundición en coquilla.............................................. 41
4.3.3.2. Desventajas del proceso de fundición en coquilla ....................................... 41

CAPITULO V: DISEÑO DE LA COQUILLA..........................................................................42
5.1. DISEÑO DE LA COQUILLA........................................................................................42
 Transferencia de calor...................................................................................................... 42
 Presión Metalostática........................................................................................................ 42
 Contracción .......................................................................................................................... 43
 Teoría de fluencia de Von Mises-Hencky............................................................................. 44
5.2. DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA TRANSFERENCIA DE CALOR....................45
5.2.1. La coquilla..................................................................................................................... 45
5.2.2. Selección del material .................................................................................................. 45
5.2.3. Cálculo del calor contenido en el metal fundido ......................................................... 45
5.2.4. Cálculo del tiempo de desmoldeo................................................................................ 47
5.2.5. Cálculo del espesor de la coquilla .......................................................................... 48
5.3. DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA PRESIÓN METALOSTÁTICA
51
5.3.1. Cálculo del espesor de la coquilla considerando la presión metalostática ...... 51
5.4. DISEÑO DE LA COQUILLA POR CONTRACCIÓN DEL ALUMINIO ..................53
5.5. COLADO DE LA COQUILLA ......................................................................................55
5.5.1. Diseño de la mazarota para el colado de la coquilla.................................................... 55
5.5.2. Cálculo de las guías de la coquilla ................................................................................ 58
CAPITULO VI: EJERCICIOS ..................................................................................................60
EJEMPLO 1 ...............................................................................................................................60
EJEMPLO 2 ...............................................................................................................................63
CAPITULO VII: TECNOLOGIA...............................................................................................65
7.1. INYECTORA CAMARA FRIA...................................................................................... 65
7.1.1. USOS ...................................................................................................................... 65
7.1.2. Características ....................................................................................................... 66
7.1.3. Planos Y/o partes .................................................................................................. 67
7.2. INYECTORA CAMARA CALIENTE............................................................................ 68
7.2.1. Características ....................................................................................................... 69
7.3. EQUIPOS PERIFERICOS ........................................................................................... 69
7.3.1. Extractor de piezas................................................................................................... 69
7.3.2. Extractor de material................................................................................................ 70
7.3.3. Lubricador de matrices............................................................................................. 71
7.4. HORNOS:....................................................................................................................... 72
CAPITULO VIII: AFINES .................................................................................................................73
8.1. HORNOS DE FUSIÓN......................................................................................................... 73

8.2. CONSIDERACIONES ECONÓMICAS DE LA FUNDICIÓN................................................. 74
BIBLIGRAFIA.............................................................................................................................78
LINCOGRAFIA ..........................................................................................................................78
REFERENCIAS.........................................................................................................................78

CAPITULO I: HISTORIA DE LA FUNDICIÓN Y EVOLUCION DE LA FUNDICION
EN EL PERU
1.1.Historia general de la fundición en el Mundo
La utilización de los metales, marca dentro de la historia en nuestro planeta
una etapa tan decisiva como los más sensacionales descubrimientos de
nuestro moderno mundo contemporáneo; sin equivocación, ella llegó a ser la
piedra angular del desarrollo actual. Su importancia es tal, que los sabios
historiadores no pudieron definir las fronteras de las épocas o eras, que con
palabras alusivas: edad de bronce o edad de piedra.
El abandono del uso de la piedra como materia prima natural y la búsqueda
de mejores materiales, sabia satisfacer la necesidad de fabricar herramientas
y armas que al hombre de entonces, le permitiera sobrevivir en un medio
donde la competencia con los animales de la época era totalmente
desventajosa, sin contar con las rigurosas condiciones de desenvolvimiento
habitacional. Todo ello forzó la búsqueda de materiales y procesos para
conformar metales que se descubrirían al finalizar la edad de piedra, dando
paso al nacimiento de la metalurgia.
La fundición de metales es una tecnología prehistoria, pero que aparece
recientemente en los registros de la arqueología, nació cuando los antiguos
usaron las tecnologías del fuego, llamadas piro tecnologías las cuales
proveyeron las bases del desarrollo de la fundición. Se usó el calor para lograr
hierro esponjoso y el barro quemado para producir cerámica.

Los objetos metálicos antiguos que conocemos, tiene más de 10,000 años y
no se produjeron por fusión, sino que fueron forzados, eran pequeños
pendientes y collares, los cuales fueron martillados de pepitas de cobre nativo
y no requirieron soldadura. El periodo arqueológico en el cual el trabajo del
metal tomó lugar, fue el Neolítico.
Los metales nativos fueron tal vez considerados simplemente como otro tipo
de piedra y usaron los mismos métodos de trabajo empleados con la piedra.
Así el cobre se empezó a trabajar como una piedras, la aparición del hierro
esponja y de cerámicas en el Neolítico evidencia de que el fuego se usó para
otros materiales al igual que para la piedra.
La fecha exacta del inicio de la fundición como proceso no seconoce.
Todo parece indicar que el hierro fue descubierto bajo el mandato del
emperador chino FOU-HI aproximadamente en el año 5,000 A. C.
La búsqueda de mejores materiales, debía satisfacer la necesidad de fabricar
herramientas y armas que al hombre de entonces le facilitaran la
supervivencia y la competencia con los animales y el medio. Los arqueólogos
llaman calco lítico al periodo en el cual los metales fueron por primera vez
dominados y precedió a la edad de bronce aproximadamente entre el 5,000 y
3,000 A. C.
Análisis de objetos antiguos sugieren que la forja del metal se conoció antes
de desarrollar la fusión de los metales; los hornos eran rudimentarios, no
obstante la evidencia demuestra la gran habilidad para lograr elevadas
temperaturas, usando como combustible el carbón de leña.
Los moldes eran de piedra. Se usó el tradicional uso de la piedra al trabajo de
la piro tecnología. Las que se tallaban tenían textura blanda como la esteatita
y la andesita. La mayoría de los moldes eran abiertos y no necesariamente
hechos para objetos planos, algunos moldes eran multitrabajo y tenían
cavidades talladas en cada lado del bloque de piedra.
En la edad del bronce inicialmente, se trabajaron los metales en frío por
martilleo, para fabricar armas y herramientas
No se sabe ciertamente como se introdujo el fuego para el trabajo de los
metales, pero existen hipótesis que atribuyen esto al azar, donde
accidentalmente un incendio forestal provocaría las altas temperaturas
necesarias para reducir rocas metalíferas, mostrando la forma de obtener mejor
materia para el trabajo de losmetales
 Parece ser que el trabajo del cobre y el bronce nacieron entre los años
5,000 y 3,000 a.m. entre los pobladores de Asia occidental y la costa
del mediterráneo. Se piensa que estos metales se obtenían por fusión
de ricos minerales de malaquita, usando como combustible el carbón

de leña. Para ello se utilizarían hornos de arcilla de tiro natural,
obteniendo de pequeñas cantidades de un material esponjoso que
sería conformado por martillado.
Gracias al hallazgo de armas, utensilios, monedas, estatuas y otros objetos;
en poblaciones Sirias, Egipcias, Hebreas y Europeas, es posible confirmar
que el hierro era trabajado siete siglos antes de cristo. También en el templo
de Karnak en el valle de Nilo, se encontró un mural con la representación de
una fundición que existió en el año 1,500 A.
C. La mayoría de los objetos fabricados por los egipcios eran aleaciones de
cobre con estaño, arsénico, oro y plata.
Los moldes fueron manufacturados en piedra blanda, donde tallaron la
cavidad de la pieza a fabricar. Parece ser que inicialmente, se vaciaba cobre
en moldes abierto y que posteriormente en la edad de bronce, apareciera el
vaciado en moldes cerrados, haciendo uso a una técnica que hoy se
asemejaría al moldeo a la ceraperdida.
El progreso en la fabricación de piezas cada vez más complejas tales como
espadas, ruedas, campanas y otros objetos, desembocan en la aparición del
hierro en la antigua Grecia en las vecindades del primer milenio A.C.
Más tarde varia culturas trabajarían el hierro, apareciendo piezas aleadas, sin
embargo, serian muchos años después, cuando se conociera la forma de
reducir grandes cantidades de minerales ferrosos.
1.2.Historia de la fundición en Mesoamérica
Cuando los españoles llegaron a América, ésta se hallaba, en términos
generales, en la edad de Bronce. Mucho ha intrigado a los historiadores que
no se hubiera pasado a la edad del Hierro, ya que por sus avances en otras
ramas se podría prever que disponían de conocimientos para haberlo hecho.
Si comparamos el desarrollo de la metalurgia americana con la europea o la
asiática, es evidente que la primera debió estar atrasada, desde el punto de
vista temporal, respecto a las dos últimas entre 2,000 y 3,000 años. Esta
misma separación cronológica hace pensar que la metalurgia americana,
como confirmaremos con otros argumentos posteriores, es un desarrollo
independiente.
El estudio de la metalurgia es una herramienta útil para conocer el desarrollo
cultural de un pueblo, dado que para producir, de manera constante,
abundantes objetos de metal se necesita una serie de conocimientos
metalúrgicos previos, tales como.
La obtención del mineral a partir de sus minas.(Minería).
1. La reducción del mineral para extraerle el metal. (Metalurgiaextractiva).
2. La obtención de aleaciones.

3. La elaboración de objetos por algún método mecánico (Martillado en frío o
en caliente).
4. La elaboración de objetos metálicos por fusión y colado en moldes.
(Fundición).
5. La aplicación de técnicas de soldadura, pulido, decoración,etc.
De lo anterior, se puede afirmar que un pueblo que elabora objetos de metal,
diferente del oro o el cobre nativo, en cantidades grandes, ha debido recorrer
este largo camino en el que realizó un acopio de conocimientos tecnológicos
y como este arte era realizado por los maestros metalúrgicos, debió haber al
menos un incipiente desarrollo social, con tareas diferentes para los
campesinos, los alfareros, los fabricantes de armas y adornos y los maestros
metalúrgicos.
El nacimiento de la metalurgia en América se produjo en dos puntos muy
distantes entre sí para considerar que uno pudo tener influencia en el
desarrollo del otro. El más antiguo comenzó con la elaboración de objetos
metálicos a partir de cobre de los grandes lagos de Norteamérica, explotando
los enormes yacimientos de cobre nativo de la Isla Royale entre el 4,000 a.c.
y el 1,000 d.c., mientras que los antiguos pobladores del Perú comenzaron a
elaborar objetos de oro nativo que obtenían de la arena de los ríos alrededor
de 1,200 a.c.
Sin embargo, la cultura del cobre nativo de Norteamérica no siguió
evolucionando, desde el punto de vista tecnológico, mientras que la del Perú
constituyó la cuna del desarrollo metalúrgico de esta región.
En el comienzo de la minería no se construían túneles, sino que se exploraba
la montaña, buscando la zona en donde la veta llegaba a la superficie. Por el
efecto del aire y las lluvias, los sulfuros se convirtieron en carbonatos. Los
sulfuros de cobre son de color gris, poco llamativo, mientras que los
carbonatos de cobre son de color verde como la malaquita o azul como la
azurita. Algunos de los óxidos de cobre que los acompañan son rojizos y en
algunos casos se puede encontrar cobre nativo en la superficie. Pensamos
que los colores llamativos de los minerales pudieron haber inducido al hombre
de aquellas épocas a recogerlos y tratar de elaborar con ellos cosas
semejantes a las que hacían con otras piedras.
Nosotros descubrimos minas indígenas de cobre en una zona situada al norte
de la laguna del Infiernillo, en el estado de Michoacán, guiados por
declaraciones indígenas contenidas en el Legajo 1204 del Archivo General de
Indias fechado en 1533 donde se las describe como minas que estaban en
explotación durante el gobierno del último Calzoncí.

Se puede resumir nuestros hallazgosdiciendo:
1. Las minas son de tajo abierto, es decir, cuando encontraban la veta en la
superficie, comenzaban a cavar para retirar el mineral.
2. En las paredes de las minas no se aprecia el empleo de fuego para
quebrar las piedras como algunos autores han sostenido.
3. Por la forma de las paredes, se puede decir que no se empleó pólvora ni
herramientas de hierro, lo que permitiría decir que no son hechas por
gambusinos, sino que se trabajaba con cuñas, posiblemente de madera o
astas de animales, para lograr el desprendimiento de las piedras.
4. Las únicas herramientas encontradas en superficie fueron molcajetes de
piedra para moler el mineral, llamados hoy en día en la zona, tiqüiches,
aunque no sabemos el origen de dicho nombre, y mazos de piedra.
5. En la proximidad de una de las minas encontramos una mesa de molienda,
tallada sobre una piedra.
6. Las minas de tajo abierto tienen el inconveniente que cuando las paredes
alcanzan ángulos más agudos que 45º, se caen. Esto es lo que debe haber
sucedido en las minas hundidas de Churumuco descritas como tales en el
Legajo y encontradas durante nuestro recorrido por la zona.
7. Los indígenas dicen en el Legajo que recogían piedras verdes y a partir de
ellas obtenían el cobre. Esto hace pensar que utilizaban los carbonatos de
cobre, tales como malaquita, y por lo que se puede apreciar en los terrenos
de las minas prehispánicas que encontramos, éste es el mineral que extraían.
8. Los indios dicen que en Churumuco trabajaban veinte fundidores y que en
un día recogían cada uno de ellos medio celemín de polvo y piedra, cantidad
cercana a los 2.3 litros. Después de fundirlo soplando con cañutos sacaban
un lingote del largo y ancho de la mano y de dos dedos de espesor y dichos
lingotes son la manera como se manejaban y se manejan los metales brutos
de fundición. En esa época recibía el nombre de Xeme, el lingote prehispánico
al que nos estamos refiriendo y debía pesar alrededor de 4.5 kilogramos.
9. Parecería, por lo que dicen los indios fundidores, que en cada mina
trabajaban 20 fundidores, los que producían por día, una carga y todos juntos
producían por mes un montón. Por lo tanto, la carga tenía 20 lingotes y pesaba
alrededor de 90 kilogramos, y el montón, que era la producción de 20 días,

dado que en el mundo prehispánico mesoamericano el mes tenía 20 días. Este
montón pesaba 1800 kilogramos
Los fundidores también dicen que ellos tenían sus sementeras al pie del cerro,
y cuando el Calzoncí les pedía cobre ellos lo fabricaban. Esto hace pensar
que el trabajo del fundidor no era permanente, sino que trabajaban como
labriegos y, en caso que se necesitara cobre, trabajaban como fundidores.
1.3.La obtención de aleaciones en la antiguaMesoamérica.
Largo tiempo debe haber transcurrido desde que el hombre originario de
Mesoamérica aprendió primero a fundir los metales nativos, luego a reducir
los minerales, hasta que supo que fundiéndolos mezclados o reduciendo los
minerales mezclados o minerales mixtos, se podían obtener metales con
propiedades diferentes a los metales puros. Estas mezclas de metales son
llamadas aleaciones. Por ejemplo, para fabricar un bronce, es decir, una
aleación de cobre y estaño, se debió conocer un gran número de técnicas
tales como:
1. La molienda del mineral de cobre y la obtención de cobre.
2. La molienda del óxido de estaño (casiterita) y la obtención de estaño
metálico ya que dicho metal no se encuentra como metal nativo en la
naturaleza.
3. Aprender la manera de fundirlos juntos para no perder a uno de ellos por
oxidación.
4. Como alternativa sería posible la reducción simultánea del mineral de cobre
con mineral de estaño.
Nosotros hemos probado que en la Huasteca Potosina se empleaba el método
5. Los análisis de las aleaciones madres provenientes de esta región afirman
estos resultados. En nuestro estudio de las escorias que encontramos en
Xiuhquilan7 se confirmó que eran escorias antiguas y no escorias españolas
o modernas, por la gran cantidad de glóbulos de metal atrapados en ellas. En
algunas, los glóbulos son de cobre, pero en otras los glóbulos son de cobre-
arsénico, y se observan también vetillas de sulfuro de cobre lo que indica que
ya se estaban reduciendo minerales sulfurados. Algunas culturas
mesoamericanas, tales como la purépecha, prefirieron fabricar los objetos

utilitarios tales como hachas, escoplos, cinceles, buriles, agujas, alfileres,
anzuelos, etc., en metal, mientras que otras culturas siguieron utilizando
herramientas depiedra.
Los metales, en Mesoamérica, especialmente las aleaciones de cobre, fueron
muy utilizados en la elaboración de herramientas. En estos casos es bien
diferenciado el uso del cobre para la elaboración de objetos de adorno,
mientras que prefieren el empleo del bronce para la fabricación de
herramientas. Algunas pinzas de depilar de esta zona, que frecuentemente se
piensa que se fabricaban en plata, son de bronce de alto estaño.
También encontramos, analizando trozos de alambre provenientes de las
excavaciones en Tzin-Tzun-Tzan, un alambre fabricado con una aleación de
Cu-Zn, cosa que es poco usual. Sin embargo, revisando los análisis
disponibles de otras partes de América, encontramos otros pocos casos de
fabricación de latones. Los análisis prueban que el latón, de composición
parecida al símil oro actual, por el contenido de impurezas no es una aleación
colonial ni moderna.
Sin duda, los pobladores de Mesoamérica, en su conjunto, sabían elaborar
una serie de aleaciones, entre las que se destacan aleaciones binarias de Cu-
Ag, Cu-Sn (bronces), Cu- As (bronces arsenicales), Cu-Sb (bronces al
antimonio), Cu-Pb (cobre al plomo) y Cu-Zn (latón), mientras que la aleación
Au- Ag es una aleación que se encuentra en estado nativo. De las aleaciones
ternarias conocían Au-Ag-Cu (tumbagas), y Cu - Sn - As y Cu - Ag - Pb. Sin
embargo no todas las culturas metalúrgicas mesoamericanas sabían fabricar
todas ellas sino que su empleo parece estar derivado de los minerales
existentes en cada zona.
Códice Mendocino mostrando un fundidor.

Códice Florentino donde se muestra a un par de fundidores trabajando.
1.4.EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU
1.4.1. Resumen
Las raíces metalúrgicas del Perú se remontan a las épocas presincasdonde
el poblador andino logró el dominio de las más sofisticadas técnicas para
fundir, alear, amalgamar, laminar, unir y soldar los metales. En esta revisión
mostramos como la experiencia metalúrgica nacional se ha ido gestando
para consolidarse en la actualidad en plantas industriales, procesos,
formación de capacidades a nivel de pre y posgrado, investigaciones,
publicaciones y redes metalúrgicas,
ha vinculación a nivel de redes en la que participen las instituciones,
empresas, universidades, institutos y centros de investigación; permitirá
generar una sinergia para trabajar en equipo en el planeamiento y ejecución
de proyectos con visión país„ para la minería artesanal tan dispersada a
nivel nacional, en el fortalecimiento de la debilitada mediana minería e
incursionar en megaproyectos de gran envergadura para potenciar la
industria química y metal mecánica nacional son los desafíos actuales que
el país necesita con urgencia.
La metalurgia prehispánica en América tuvo un proceso de desarrollo
autónomo respecto a influencias extra continentales. Estrictamente en
Sudamérica, el centro vital del desarrollo habría estado en la región andina.
Ha subregión nor andina y los Andes centrales constituyeron polos de
desarrollo de la metalurgia precolombina

El Perú es un país minero por excelencia y las poblaciones que se
asentaron en su territorio desarrollaron una larga tradición metalúrgica
que se remonta a más de
1O, OOO anos de antigüedad. Esta tradición se inicia con la extracción de
minerales no metálicos como el cuarzo, riolita, toba, cuarcita y calcedonia;
con la finalidad de elaborar instrumentos de caza, pesca y recolección;
constituyéndose en la actividad minera más antigua de los Andes
El poblador andino logró en dos mil años de experimentación, el dominio
de técnicas para fundir, alear, amalgamar, laminar, unir y soldar los metales.
Ha técnica de la soldadura fue conocida por las denominadas culturas
regionales (LOO-8OO DC). Los estudios realizados sobre la cultura Moche
por Walter Alxa en el sitio de Sipán, encontraron un conjunto de ofrendas
trabajadas en diversos metales (oro, plata y cobre), evidenciando un trato
naturista, exquisito y a la vez sofisticado en cada una de las piezas; además
se reporta un amplio dominio de la técnica de soldadura en frío para unir
los metales, a través de engrapes, traslapes, remaches y lengüetas;
detalles técnicos que no restaron calidad y expresión artística a los múltiples
ornamentos encontrados.
En el periodo hispánico nuestro país tuvo el privilegio de realizar las
primeras experiencias en hidrometalurgia -técnica que consiste en el
tratamiento de aguas de mina para extraer cobre-, llevadas a cabo por
Alonso Barba en 1637. Pasaron muchos anos hasta después de la
independencia de España, 1848, cuando el químico Pedro Hugón instaló en
Arqueta (Cajamarca) una planta de lixiviación usando el proceso Augustín.
En 189O, en Hualgayoc, se iniciaron los primeros ensayos de lixiviación, un
año más tarde se instalaron dos talleres de lixiviación en Hualgayoc y
Bambamarca.
En 1892, se instalan tres plantas de lixiviación con hiposulfito de sodio en San
José (Castroxirreyna), Gazuna (Cajatambo) y Pilancos (Hualgayoc). Samamé

Boggio en su monumental obra Perú Minero, menciona que la compañía
Minera Pataz (El Gigante) empezó con el tratamiento de minerales de oro
por el método de cianuración en 1895. A fines de 1897 funcionaban en el
Perú, trece (13) plantas de lixiviación.
En 1945, el Perú comenzó a producir soluciones de sulfato de zinc a partir
de minerales sulfurados.
En 1975, se empezó a aplicar el sistema de intercambio iónico en Cerro
Verde.
En la década de 198O emergen plantas hidrometalúrgicas de envergadura
tales como „ Cajamarquilla, Cerro Verde, planta de agua de mina en Cerro de
Pasco, Yanacocha. Existen varios proyectos en desarrollo con perspectivas de
implementar tecnologías limpias y con bajo impacto ambiental.
1.4.2. Algunas Plantas y empresas metalúrgicas en el Perú conforme
avanzo el desarrollo de la metalúrgica
Actualmente, a nivel nacional, existen plantas metalúrgicas con capacidad
de altos tonelajes de procesamiento como ha Oroya ello, también existen
plantas pilotos con capacidad de medianos tonelajes como la que cuenta la
Escuela de Ingeniería Metalúrgica de la UNMSM y empresas de mediano
porte. Además en el campo de las aleaciones metálicas existen importantes
empresas de gran reconocimiento internacional, a continuación
mencionamos las plantas y empresas metalúrgicas que operan en el país y
las empresas de servicios asociados a la actividad minera.
 MILPO
Es un grupo minero orientado al desarrollo y operación de minas medianas
de bajo costo, productoras de zinc, cobre, plomo y plata. Sus principales
operaciones son:
La Mina El Porvenir, situada en Cerro de Pasco, Perú. Esta mina
produce anualmente 19O, OOO TM de concentrados de zinc; 46, OOO TM
de concentrados de plomo y 4,4OO TM de concentrados de cobre.
La Mina y Refinería Iván, adquirida por Milpo en 1999, se encuentra
situada en Antofagasta, Chile. Esta unidad tiene una capacidad de
producción de 4O TM de cátodos de cobre por día.
 PIERINA
Es una operación ubicada en el departamento de Ancash a tajo abierto
que se extrae del mineral con equipos de alta tecnología. El mineral es
chancado, lixiviado, decantado, filtrado, precipitado y refinado, para

obtener el Dore (oro-plata) con bajos costos operativos y alta rentabilidad.
 ORCOPAMPA
Una de las unidades operativas de la compañía de minas Buenaventura que
en el aspecto metalúrgico viene realizando diversos trabajos uno de ellos
es el procesamiento parcial de los concentrados de flotación por
cianuración, habiéndose logrado tratar 1, OOO toneladas de
concentrados. También se ha iniciado la instalación de un molino de bolas
1L´<16´ para mejorar la granulometría del mineral enviado a flotación. Con
la instalación de este equipo esperan incrementar, en el futuro, la capacidad de
la planta Concentradora a 1,5OO TPD.
 CENTROMIN PERÚ
Desde 199L y por mandato legal, CENTROMIN PERÚ S. A. ha tenido
actuando inmerso en un proceso de gestión empresarial, inédito y dual;
manifestado por un lado en el cumplimiento eficiente de una gestión
productiva, comercial y administrativa señalada en sus estatutos; y por otro
lado el cumplimiento estricto de un proceso de promoción de la inversión
privada y la transferencia de todas sus unidades productivas y activos al
sector privado; acciones que tienen entrando en su última fase.
 DOE RUN PERU
Es la compañía integrada de extracción, fundición, fabricación y reutilización
de metales más grande del mundo.DoeRun Companyespropiedadde Renco
Group, Inc. una empresa privada constituida en la ciudad de Nueva York.
El liderazgo de larga tradición de la compañía Doe Run en la industria de
los metales y como mayor productor de plomo en los Estados Unidos se
fortalece enormemente con la adquisición de la fundición y refinería de
ha Oroya, Perú. Este complejo de la Doe Run Perú inicia sus operaciones
en 1997 con la producción de metales como cobre, plata, zinc, oro y
especialmente plomo.
 MINSUR S.A
San Rafael y la Planta Fundición y Refinación,son las Unidades económicas
en las que se han desarrollado las actividades de producción de la empresa.
la planta de beneficio en la unidad de producción de San Rafael, cuenta con
capacidad instalada de tratamiento de 15OO toneladas diarias, operándose
con éxito al 1OO% de su capacidad. Ha planta de Fundición y Refinación
Ubicada en Pisco, cuenta con una capacidad instalada para la producción
de 3O, OOO toneladasalaño.

 PLANTA FUNDICIÓN FUNSUR
Ubicada en el Departamento de Ica, provincia de Pisco en el Kilómetro L4O
de la Panamericana Sur se ha construido la planta metalúrgica más moderna
del Perú. En FUNSUR los concentrados son procesados mediante aplicación
de tecnología de punta, denominado «de baño sumergido», con la patente
SIROSMEhT para producir un estaño de alta calidad que permite al Perú
ponerse en el primer lugara nivel latinoamericano en este valioso metal.
 SOUTHERN PERÚ
Es una compañía que transforma recursos naturales, es un productor
integrado de cobre y la compañía minera más grande del Perú. A nivel
mundial, Southern Perú está entre las diez principales productoras privadas de
cobre. Fundada el 15 de diciembre de 1955 por cuatro compañías de los
Estados Unidos de Norteamérica, Southern Perú opera en el país desde
1956 y entre sus principales productos destacan el cobre, el molibdeno y la
plata. La misión de la compañía es obtener los mejores resultados
económicos- financieros con el uso eficiente de sus activos, mediante un
crecimiento sostenido y observando altos niveles corporativos de
cumplimiento en los aspectos ambiental, cívico y social.
 ANTAMINA
Compañía Minera Antamina S.A. (CMA), es una empresa constituida en el
Perú, regida por leyes peruanas, y cuyos accionistas son cuatro compañías
líderes en la minería internacional„ Noranda Inc., con el 33,75%, BHP Billiton
Plc., con el 33,75%., TecK-Cominco himited, con el LL, 5%, Mitsubushi
Corporation, con el 1O%.
En la década del 5O del siglo pasado, el yacimiento de Antamina estuvo
dentro de la cartera de exploración de la Cerro de Pasco Corporation, la que
concluyó en un positivo estudio de factibilidad técnico-económico, pero la
situación política del país de esa época hizo que suexplotaciónsepospusiera
indefinidamente.Después de un proceso de dos años de exploraciones ytres
años de construcción de su complejo minero inició sus operaciones de
prueba el 28 de mayo del 2OO1, luego de concretarse la mayor inversión
en la historia de la minería peruana. Después de cinco meses de dar inicio a
sus operaciones en prueba, Antamina comenzó su producción comercial
el 1° de octubre del 2OO1, produciendo concentrados de cobre y zinc, y
otros subproductos.
CONCEPTOS BASICOS DE FUNDICIÓN

Proceso mediante el cual una sustancia sólida se derrite por la acción
del calor. Este material se deja solidificar dentro de un molde
obteniéndose piezas de diversas formas y dimensiones.
Proceso muy antiguo y considerado arte en muchas de susetapas.
Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de
metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El
principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde
y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se
deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La
fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad,
aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el
fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no
ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o
troquel de acero), la forja (proceso de deformación en el cual se
comprime el material de trabajo entre dos dados usando impacto o
presión para formar la parte).
La extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el
metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado
para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado
(es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de
trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos
rodillos opuestos).
Fundición: Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas,
comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir
un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se
solidifica.
El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material
refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla,
adquiere cohesión y maleabilidad sin perder la permeabilidad que
posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal
fundido.

CAPITULO II: FUNDAMENTOS
2.1.INTRODUCCIÓN
La fundición es un método para dar forma a los metales y convertirlos en
productos útiles mediante el vaciado de metal fundido en la cavidad de un molde
donde adquiere la forma predeterminada al solidificarse dentro de la misma.
Los procesos de fundición son capaces de producir piezas de formas complejas
y gran tamaño. Además, permiten utilizar mayor variedad de materiales en
forma competitiva en comparación con otros procesos.
2.2.FUNDAMENTO DE LA FUNDICIÓN DE METALES
El proceso de fundición consiste en el vaciado de metal fundido en un molde
construido siguiendo la forma de la pieza a manufacturarse y la posterior
extracción una vez que el mismo solidifica.
Los factores involucrados de mayor interés son el flujo del metal fundido en la
cavidad del molde, la solidificación y enfriamiento del metal en el molde y la
influencia del tipo de material del molde.
2.2.1. Solidificación de los metales
Los eventos que se producen durante la solidificación y posterior
enfriamiento determinan las propiedades generales de la fundición a través
de las propiedades térmicas tanto del metal como del molde, la relación
geométrica entre el volumen y área superficial y la forma del molde
2.2.1.1. Metales puros
La solidificación de un metal puro (figura 1) se produce a una temperatura
constante definida mientras el calor latente de fusión se disipa. El frente
de solidificación se mueve a través del metal fundido a partir de las

paredes del molde (mayor gradiente de temperatura) hacia el centro. La
rapidez de enfriamiento produce una cáscara de granos finos
equidimensionados los cuales crecen en dirección opuesta a la de
transferencia de calor
Figura 1: Solidificación de metales
2.2.1.2. Aleaciones
La solidificación de aleaciones se produce entre las temperaturas de
líquidos y sólidos presentando un estado blando (presencia de fase
líquida y sólida) con dendritas columnares las cuales contribuyen a
factores negativos como variaciones en la composición, segregación
y microporosidad.
El tipo de estructura de solidificación depende de la composición del
eutéctico (simetría del diagrama de fases). Las estructuras desarrolladas
y el tamaño de grano resultante influencias las propiedades de la
fundición. Conforme se reduce el tamaño del grano se incrementan la
resistencia y la ductilidad de la aleación fundida, se reduce la
microporosidad y disminuye la tendencia al desgarramiento en caliente
durante la solidificación
2.2.1.3. Estructura
La composición de las dentritas y del metal líquido está dada por el
diagrama de fase de la aleación particular. Con enfriamiento lento cada

dentrita desarrolla una composición uniforme, mientras que a
velocidades mayores se forman dentritas nucleadas (superficie con
concentración más alta de elementos de aleación que el núcleo de la
dentrita por micro segregación).
Los brazos dendríticos no son particularmente fuertes y en las primeras
etapas de la solidificación se pueden romper por agitación o por vibración
mecánica dando como resultado un tamaño de grano más fino (figura 2),
granos no dendríticos equiaxiales distribuidos más uniformemente en
toda la fundición
Figura 2: Tipo de estructura;
2.2.2. Flujo del fluido
El metal fundido es vaciado a través de un de- pósito para fluir por el sistema
de alimentación hacia la cavidad del molde.
Los canales de alimentación son los canales del molde que conectan el
bebedero con los ataques, mientras que las mazarotas actúan como
depósitos para suministrar el metal fundido para evitar la contracción durante
la solidificación. Además tienen la función de atrapar contaminantes (óxidos
y otras inclusiones).
El diseño de canales de alimentación se basa en los principios básicos de
mecánica de los fluidos tales como el teorema de Bernoulli (pérdidas), la ley
de continuidad de la masa y la presencia de turbulencia (problemas con aire
atrapado).
2.2.3. Fluidez del metal fundido
La fluidez es la capacidad del metal fundido de llenar las cavidades del molde
y depende de las características del metal fundido (viscosidad, tensión
superficial, inclusiones, patrón de solidificación de la aleación) y los

parámetros del vaciado (diseño, material y superficie del molde, grado de
súper calentamiento, velocidad de vaciado, transferencia de calor).
2.2.4. Transferencia de calor
La transferencia de calor es de suma importancia durante el ciclo completo
desde el vaciado hasta la solidificación y el enfriamiento hasta la temperatura
ambiente y depende de factores relacionados con el material de fundición y
los parámetros del molde y del proceso.
2.2.4.1. Tiempo De Solidificación
El tiempo de solidificación es función del volumen de la fundición y de
su área superficial según la regla de Chvorinov.
2.2.4.2. Contracción
La contracción es producida por las características de dilatación térmica
durante la solidificación y enfriamiento (mayor contracción) produciendo
cambios dimensionales y agrietamiento.
2.2.5. DEFECTOS
En las fundiciones se pueden generar varios defectos. Estos se identifican
según el Internacional Commite of Foundry como:
 Proyecciones metálicas; B- Cavidades;
 Discontinuidades;
 Superficie defectuosa; E- Fundición incompleta;
 F- Dimensiones o formas incorrectas;
 G- Inclusiones.
2.2.5.1. Porosidad
La porosidad puede ser causada por contracción y/o presencia de gases
perjudicando la ductilidad y su acabado superficial (más permeable).
La porosidad causada por contracción puede reducirse con el uso de
enfriadores metálicos internos o externos, aumentando el gradiente de
temperaturas. En el caso de gases, éstos pueden ser sacados del metal
fundido mediante lavados con un gas inerte o fundiendo y vaciando en
vacío.

CAPITULO III: FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE
3.1.INTRODUCCIÓN
En el presente capítulo se tratará los procedimientos de fundición en los
cuales el colado se utiliza moldes permanentes.
En los procedimientos que utilizan el colado en molde permanente se hablará
de las características principales de cada uno de ellos.
3.2.FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE
La fundición en molde permanente es uno de los procedimientos para obtener
piezas fundidas de elevada precisión y calidad de la superficie.
Entre los procesos que se pueden citar para colado en molde permanente
son los siguientes:
 Fundición en coquilla
 Fundición en matrices.
 Fundición hueca.
 Fundición a baja presión.
 Fundición con molde permanente al vació.

 Fundición centrífuga.
3.2.1. FUNDICIÓN EN COQUILLA
Las coquillas son moldes metálicos permanentes (normalmente de acero o
fundición gris) que, al contrario que el método de moldeo con arena, permite
obtener un número muy elevado de piezas iguales utilizando el mismo
molde. Las coquillas son mucho más caras que los moldes de arena, pero
resulta rentable si se fabrican con ellas un número elevado de piezas (hasta
miles). Presenta otra ventaja, al ser el molde metálico, la velocidad a la que
se enfría la pieza es mayor., además, la precisión de la piezas obtenidas es
mayor
El proceso de fabricación por coquilla es el siguiente:
 Se precalienta la coquilla, que normalmente consta de dos partes.
 Se vierte el metal y se llena la cavidad.
 Se deja enfriar el contenido hasta que se solidifique.
 Se abre el molde y se extrae la pieza.
Este proceso utiliza molde permanente o coquilla, en el cual se utilizan
diferentes procedimientos para el colado en coquilla y son los
siguientes:
• Moldeo por inversión
• Moldeo por cothias
• Moldeo en coquilla por gravedad
3.2.1.1. Moldeo por inversión
Este procedimiento tiene como característica en llenar al molde metálico
de cinc puro que se invierte en un tiempo corto en el horno. El metal
forma una película muy delgada la cual queda adherida en las paredes
del molde, con este procedimiento se puede obtener, sin la utilización de

noyos, piezas delicadas y completamente vaciadas, en la superficie
exterior con una bella apariencia. Luego de la colada se vuelve a ser el
mismo procedimiento en el molde para poder colar nuevamente.
Las piezas fundida luego del procedimiento de colado, se somete a una
limpieza para luego ser sumergido en un baño electrolítico, en cual se
recubre con una película de latón.
En este procedimiento es necesario un bebedero con una amplia
abertura superior, sin presentar estrangulamiento en el descenso del
molde.
3.2.1.2. Moldeo cothias
El molde está sólidamente cerrado, se presenta una abertura en la parte
superior generalmente cilíndrica y sin estrangulación hasta bebedero.
El metal fundido se vierte en el molde que esta previamente calentado,
el encargado de dar la fuerza de empuje para que el metal fundido
ingrese dentro del molde es proporcionado por un pistón que se
encuentra en la parte superior.
3.2.1.3. Fundición en coquilla por gravedad
Este proceso se puede utilizar para piezas donde la calidad del acabado
y las dimensiones no está sujeto a restricciones de calidad. Esto se debe
que para llenar la cavidad del molde utiliza únicamente la gravedad

3.2.2. FUNDICIÓN EN MATRICES O DADOS:
Figura: esquema de una máquina de fundición
por inyección alta presión con cámara fría horizontal
Es un proceso en el cual utiliza molde permanente, estos moldes
durante la operación se les conoce con el nombre de matriz, la cual
consta de dos partes, en el cual se inyecta metal fundido a alta presión
en la cavidad del molde las presiones típicas para este proceso son de
7 a 350 MPa., esta presión se mantiene durante la solidificación total,
luego las dos mitades de las matrices se abren para remover la pieza.
Características:
 Un émbolo fuerza el material dentro de la cavidad del molde
 Presiones moderadas a elevadas
 Buena precisión dimensional y definición de detalles
superficiales (formas intrincadas y paredes delgadas)
 Piezas de hasta 25 kg
 Velocidad de producción elevada
 Aplicaciones típicas: componentes de motores,
electrodomésticos, herramientas de mano, juguetes.
 Dos procesos básicos: – Cámara caliente – Cámara fría
En esta fundición la máquina a la cual cierra las dos partes de la matriz
debe proporcionar un cierre preciso. En la figura 1.1 se presenta la
configuración general de una máquina de fundición en matrices en
cámara fría

Figura 1.1Configuración general de una máquina de fundición en dados
(cámara fría).
2.2.2.1. Cámara fría
Ciclo de la fundición en cámara fría.
En las máquinas de cámara fría el material proviene de un recipiente
externo para realizar la colada, este se vacía en una cámara sin calentar
y se emplea un pistón de alta presión que pueden abarcar entre 14 y 140
MPa, para inyectar el fluido metálico, con respecto a las máquinas de
cámara caliente, esta es más lenta en la elaboración de las piezas,
debido al tiempo que requiere la cucharada de colada para vaciar el

material liquido proveniente de una fuente externa. Sin embargo
igualmente son de alta producción y principalmente se usa para
fundiciones de alto punto de fusión como el aluminio, latón y aleaciones
de magnesio, igualmente es aplicable para fundiciones de bajo punto de
fusión como el cobre, plomo etc, pero para estos últimos es más
apropiado utilizar más maquinas calientes debido a la rapidez del
proceso. El ciclo de producción se explica en la siguiente secuencia de
imágenes.
Características:
 El metal se funde en un recipiente externo separado de la máquina
 Sistema de inyección entra en contacto brevemente con el metal
fundido
 Se pueden procesar aleaciones con temperaturas de fusión más
altas. Los materiales de trabajo típicos incluyen al magnesio,
aluminio y latón. También se pueden fundir cobre y acero, este
último usando matrices de aleación TZM (molibdeno endurecible
por precipitación)
 Velocidades de producción de hasta 150 ciclos por hora)
 Presiones de inyección de 20 a 150 MPa
 Las matrices se lubrican en cada colada. Los mismos se
componen de grafito o MoS2 en base aceitosa, dispersados en
agua.
2.2.2.2. Cámara caliente
Ciclo de la fundición en cámara caliente.

En las máquinas de cámara caliente se cuenta con un recipiente que
esta adherido a la máquina, en donde es fundido el material y además
de un sistema de inyección que funciona mediante el empleo de un
pistón de alta presión las que comúnmente en la industria se
encuentra en el rango de entre 7 y 35 MPa. El hecho de trabajar a
altas temperaturas genera la imitación de que no se puede trabajar
con metales que tengan altos puntos de fusión, ya que el sistema de
pistón al tomar contacto con el metal fundido provoca la deterioración
del pistón por ataques químicos. Algunos de los metales que se
pueden tratar son cobre, plomo, zinc, estaño. La fundición en cámara
caliente se muestra en la siguiente secuencia de imágenes.
Características:
 El metal se funde en un recipiente adherido a la máquina
 Sistema de inyección sumergido en el metal fundido
 Proceso limitado a metales de bajo punto de fusión. Incluyen al
zinc, aleaciones Al-Zn, estaño, plomo y a veces magnesio
 Velocidades de producción comparativamente altas (hasta 500
ciclos por hora)
 Presiones de inyección de 7 a 35 MPa
3.2.3. Fundición hueca
Es un proceso en el cual utiliza molde permanente, donde se invierte el
molde para formar un hueco, luego que el metal ha solidificado parcialmente
en la superficie del molde, drenando el metal líquido del centro. La
solidificación el metal líquido comienza desde las partes frías de las paredes
del molde y continua hacia el centro de la fundición conforme avanza el
tiempo. Los espesores de las paredes de las piezas fundidas en este caso
se controlan con el tiempo que ha transcurrido antes de drenar

3.2.4. Fundición de baja presión
Es el proceso que utiliza molde permanente y fundición hueca, la cavidad es
llenado por acción de la gravedad, la presión aplicada es 0.1 MPa aplicada
desde abajo, de manera que el metal fluye hacia arriba, como se observa en
la figura 1.4, la presión se mantiene hasta que la pieza se solidifique.
Una de las ventajas de este proceso es que solamente se introduce metal
limpio que se encuentra dentro de un contenedor, por la razón que el metal
no se expone al medio ambiente, por lo tanto se reduce las porosidades, se
reduce la oxidación y se mejoran las propiedades de la pieza fundida.
Figura 1.4: Fundición a baja presión.
Figura 1.5: Fundición en molde permanente al vació.

3.2.5. Fundición de molde permanente al vacío
Figura: diagrama de fundición al vacío
Es proceso en el cual se utiliza un vació para introducir el metal fundido
dentro de la cavidad del molde, es un proceso similar la fundición de baja
presión, aquí únicamente se utiliza una presión reducida dentro del molde,
por esta razón el metal fundido es atraído en la cavidad del molde, en lugar
de forzarlo por una presión positiva del medio ambiente desde abajo, una de
las principales ventajas de este proceso es que se reduce las porosidades y
se obtiene una mayor resistencia de la pieza fundida en relación a la
fundición de baja presión
3.2.6. Fundición centrifuga
3.2.6.1. Fundición centrifuga pura
El eje de la pieza es el mismo que el eje de rotación del molde, el metal
fundido es vaciado en el molde rotativo mientras está girando, en general
el eje de rotación es horizontal y para piezas cortas el eje de rotación es
vertical, las altas velocidades de rotación impulsan al metal fundido a
tomar la forma de la cavidad del molde.
Con este proceso se pueden obtener piezas de formas redondas,
cuadradas y poligonales.

En la figura 1.6 se representa una máquina para la fundición centrifugada
pura.
Figura 1.6: Disposición de la fundición centrífuga real
La orientación del eje de rotación del molde puede ser horizontal o
vertical, pero esta última es la más común. Para que el proceso trabaje
satisfactoriamente se calcula la velocidad de rotación del molde en la
fundición centrifuga horizontal. La fuerza centrífuga está definida por
la ecuación:
𝐹 =
𝑚𝑣2
𝑅
𝐺𝐹 =
𝐹
𝑊
=
𝑚𝑣2
𝑅𝑚𝑔
=
𝑣2
𝑅𝑔
Donde:
F = fuerza (N)
m = masa (Kg)
v = velocidad (m/s)
R = radio interior del molde (m)
W = mg es su peso (N)
g = aceleración de la gravedad ( 𝑚
𝑠2⁄ )
El factor-G GF es la relación de fuerza centrífuga dividida por el peso

La velocidad v puede expresarse como 2πRN / 60 = πRN / 30,
donde N velocidad rotacional rev/min. Al sustituir esta expresión en
la ecuación (2.9) obtenemos
𝐺𝐹 =
𝑅 (
𝜋𝑁
30)
2
𝑔
(2.10)
Con un arreglo matemático para despejar la velocidad rotacional N y
usando el diámetro D en lugar del radio, tenemos
𝑁 =
30
𝜋
√
2𝑔𝐺𝐹
𝐷
(2.11)
Donde:
D = diámetro interior del molde (m)
N= velocidad de rotación (rev/min)
Si el factor-G es demasiado bajo en la fundición centrífuga, el metal
líquido no quedará pegado a la pared del molde durante la mitad
superior de la ruta circular sino que “lloverá” dentro de la cavidad.
Ocurren deslizamientos entre el metal fundido y la pared del molde, lo
cual significa que la velocidad rotacional del metal es menor que la del
molde. Empíricamente, los valores de GF = 60 a 80 son apropiados
para la fundición centrífuga horizontal, aunque esto depende hasta
cierto punto del metal que se funde.
En la fundición centrifuga vertical el efecto de la gravedad que actúa
en el metal líquido causa que la pared de la fundición sea más gruesa
en la base que en la parte superior. El perfil interior de la fundición
tomará una forma parabólica. La diferencia entre el radio de la parte
superior y del fondo se relaciona con la velocidad de rotación como
sigue:
𝑁 =
30
𝜋
√
2𝑔𝑙
𝑅𝑖
2
− 𝑅 𝑏
2
(2.12)
Donde:
L = longitud vertical de la fundición (m)
Rt = radio interno de la parte superior de la fundición (m)
Rb = radio interior en el fondo de la fundición (m).
Se puede usar la ecuación (2.12) para determinar la velocidad rotacional
requerida para la fundición centrífuga vertical, dadas las especificaciones
de los radios internos en la parte superior y en el fondo. De la fórmula se
desprende que para igualar a Rt, y a Rb, la velocidad de rotación N
tendría que ser infinita, lo cual desde luego es imposible. En la práctica

es conveniente que la longitud de las partes hechas por fundición
centrífuga vertical no exceda de dos veces su diámetro. Esto es
satisfactorio para bujes y otras partes que tengan diámetros grandes en
relación con sus longitudes, especialmente si se va a usar el maquinado
para dimensionar con precisión el diámetro interior. Las fundiciones
hechas por fundición centrífuga real se caracterizan por su alta densidad,
especialmente en las regiones externas de la pieza, donde F es más
grande. La contracción por solidificación en el exterior del tubo fundido
no es de consideración, debido a que la fuerza centrífuga relocaliza
continuamente el metal fundido hacia la pared del molde durante la
congelación. Cualquier impureza en la fundición tiende a ubicarse en la
pared interna y puede eliminarse mediante maquinado si es necesario,
3.2.6.2. Fundición semi centrifuga
En este método se usa la fuerza centrífuga para producir fundiciones
solidas en lugar de partes tubulares, como se muestra en la figura. La
velocidad de rotación se ajusta generalmente para un factor-g alrededor
de 15, y los moldes se diseñan con mazarotas que alimenten metal
fundido desde el centro. La densidad del metal en la fundición final es
más grande en la sección extrema que en el centro de rotación. El
proceso se usa frecuentemente para producir fundiciones en la que se
elimina el centro mediante maquinado, excluyendo así la porción de más
baja calidad. Los volantes y las poleas son ejemplos de fundiciones que
pueden hacerse por este proceso. Se usan frecuentemente moldes
consumibles o desechables en la fundición semi-centrífuga, como
sugiere nuestra ilustración del proceso
Diagrama de flujo final
3.2.6.3. Fundición centrífuga
En esta función el molde se diseña con cavidades parciales localizadas
lejos del eje de rotación, de manera que la fuerza centrífuga distribuya la

colada del metal entre estas cavidades. El proceso se usa para partes
pequeñas, la simetría radial de la parte no es un requerimiento como en
los otros dos métodos de fundición centrífuga.
En la figura 1.8 se representa un esquema a) Centrifugado, la fuerza hace
que el metal fluya a las cavidades del molde del eje de rotación y b) la
pieza fundida.
Figura 1.8: Centrifugado.

CAPITULO IV: COQUILLA
4.1.INTRODUCCIÓN
En la actualidad debido a la demanda que se encuentra en el mercado, las
empresas que se dedican al proceso de fundición están utilizando la producción
en serie para disminuir los costos en el proceso de fabricación de piezas
fundidas, ya que el moldeo a mano requiere mucho personal, mayor tiempo en
la elaboración de los moldes y además tiene muchas limitantes.
La producción en molde permanente o coquilla es uno de los procesos que
está sustituyendo al moldeo a mano debido a las ventajas que presenta este
proceso en relación al moldeo a mano.
En el presente capítulo se va tratar sobre el proceso de colado en molde
permanente (coquilla) por gravedad.
4.2.COQUILLA
Una coquilla básicamente es un tipo de intercambiador de calor la cual está
sujeto a las leyes de transferencia de calor.
Las coquilla para la fundición por gravedad usa un molde metálico construido
de dos secciones las mismas que están diseñadas para cerrar y abrir con
precisión y facilidad.
Las cavidades del metal junto con las de vaciado son hechas por maquinado,
en las dos mitades del molde con la finalidad de obtener precisión en las
dimensiones y un buen acabado superficial.
4.3.FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD
En este proceso el metal fundido penetra en el molde por su propio peso, el

metal fundido puede estar en un contenedor o en una cuchara de fusión fuera
de la coquilla.
Este proceso se puede utilizar para piezas donde la calidad del acabado y as
dimensiones no está sujeto a restricciones de calidad. Esto se debe que para
llenar la cavidad del molde utiliza únicamente la gravedad.
El proceso de fundición en coquilla uno de los inconvenientes es la baja
presión, la contaminación del metal por fusión de parte del crisol y del molde.
Por esta razón sólo se utiliza en aleaciones de plomo, estaño, aluminio y en
casos en que las impurezas de hierro no perjudiquen al uso de la pieza
4.3.1. FASES DE LA FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD
Las fases del proceso de fundición en coquilla por gravedad se describen a
continuación.
 Primera fase: dosificar el metal. Una cuchara de colada se sumerge en el
baño de aluminio y toma el volumen necesario para el llenado de la coquilla.
 Segunda fase: El llenado de la coquilla se realiza por la bajada de colada,
el canal de alimentación y por las entradas de la alimentación. Penetrando
en la coquilla.
 Tercera fase: las mazarotas, que sirven para compensar la contracción del
metal de la pieza en el momento de la solidificación. Durante la colada y con
el fin de evitar que se creen cavidades por la contracción del metal, se
rellenan unas masas alimentadoras o reservas de metal líquido, llamadas
mazarotas.
Estas mazarotas guardan el metal líquido durante más tiempo, y este metal
alimentará la pieza durante la solidificación e impedirá la formación de
cavidades llamadas rechupes.
4.3.1.1.1. Pasos para la fundición en coquilla por gravedad
Los pasos para el proceso de fundición en coquilla por gravedad se
describen a continuación.
En la figura 2.1 se representa un esquema de los pasos para la
fundición en coquilla por gravedad.

Figura 2.1: Pasos para la fundición en coquilla por gravedad
1. La coquilla se precalienta, esto se lo realiza para evitar choques térmicos
entre el metal fundido y la coquilla, este paso para el presente proyecto se
realizará con un soplete a gas, la temperatura que debe alcanzar la
superficie del molde de la coquilla puede estar entre 150 ºC a 350 ºC, la
temperatura de precalentamiento del molde de la coquilla que se considera
para los cálculos del diseño de la coquilla es de To = 200 ºC.
2. Se inserta el noyo en el caso que la pieza fundida vaya a hacer hecha con
un vaciado y luego se cierra las mitades de la coquilla.
3. El metal fundido se vierte en la coquilla para que se llene el molde de la
coquilla.
4. Se abre las mitades de las coquillas y se extrae la pieza fundida de la
coquilla.
5. Se observa la pieza terminada.
4.3.1.1.2. Características de la fundición en coquilla por gravedad
Las características principales de la fundición en coquilla por gravedad se
detallan a continuación:
1. En este procedimiento el molde tiene que ser desmontable.

2. Tienen que ser utilizadas para la producción en serie.
3. Deben ser utilizadas para producir unos cientos de piezas fundidas.
4. Los agujeros y vaciados de pieza fundida se pueden obtener mediante
noyos, los cuales pueden ser metal o hecho a base arena,
Los mismos que son comúnmente utilizados por ser de fácil remoción.
5. Reducir el mecanizado para las piezas fundidas.
6. Mejorar las propiedades tanto físicas y mecánicas de las piezas fundidas.
7. La solidificación de las piezas fundidas es más rápido que el proceso de
colado en arena, por lo cual produce un tamaño de grano más fino.
4.3.2. ELABORACIÓN DE LAS COQUILLAS
Las coquillas pueden ser elaboradas de acero, fundiciones grises, fundiciones
maleables, fundiciones blancas, fundiciones nodulares, cobre, aluminio,
siliconas, etc. Para este proyecto el material escogido es el hierro fundido gris
ASTM número 30, porque este tipo de hierro es el más fácil de obtener en el
horno de cubilote en nuestro país.
La cavidad del molde permanente puede ser elaborada con gran precisión y
pequeña rugosidad de la superficie, por esta razón las piezas fundidas que se
obtienen en ellos tienen una superficie lisa.
La coquilla que se utilizará para la fundición depende de la pieza fundida y de
la solicitación que se desea obtener.
La composición de las coquillas depende del tipo de material que se desea
colar.
4.3.2.1. Cavidad de la Coquilla o molde
La cavidad de la coquilla o molde de una pieza es tallado de dos bloques
llamados mitades de la coquillas, en guiados, si es sencilla, o bien formado
por un ensamblaje de piezas talladas, unidas y sujetas en los bloques,
dependiendo la complejidad de la pieza fundida que se desea obtener.
La forma exterior de la coquilla depende de cantidad de calor que va a
evacuar estas formas pueden ser redondas o prismáticas

Las cavidades de los moldes pueden ser ensamblados de múltiples partes,
las mismas que tienen la ventaja la extracción del aire del interior de la
cavidad del molde, la desventaja es que aumenta las rebabas y por
consiguiente la eliminación de estas conllevan un tiempo mayor.
Las cavidades de la coquilla se debe observar que no tengan contrasalidas
para que facilite la extracción de la pieza fundida.
4.3.2.2. Evacuación de aire
La salida de aire o respiraderos son perforaciones o surcos que se
encuentra en la periferia del molde, los mismos que se encuentran en forma
de entramados y la profundidad de los surcos pueden estar entre 0.1 a 0.2
mm.
La evacuación del aire es de gran importancia en las piezas fundidas, la
razón es que se elimina las porosidades de la pieza fundida que se pueden
provocar debido a que pueden quedar atrapado el aire en el interior de la
pieza fundida.
4.3.2.3. Mecanismos de cierre
El mecanismo es de gran importancia para la coquilla debido a que en el
momento de la colada, la coquilla debe estar enclavada.
4.3.2.4. Expulsores
Los expulsores tienen por misión empujar a la pieza fundida paralelamente
a sí misma, pueden también ser utilizadas para evacuar el aire, los cuales
deben estar diseñados para que no produzcan esfuerzos en la coquilla.
4.3.2.5. Guías
Las guías tienen por misión centrar a las dos mitades de la coquilla con el
fin de poder obtener una pieza fundida que no sean excéntricas debido a
que están construidos de dos partes diferentes.
Las guías deben estar compuestas de un macho y una hembra para que
puedan ser encajadas correctamente y no se produzcan las excentricidades
en la pieza fundida.
4.3.2.6. Respiraderos y mazarotas

Los respiraderos y mazarotas deben ser tallados en la coquilla con el fin de
que cumplan sus respectivas funciones que se hablará en capítulos
posteriores.
La ubicación de estas se los realiza en planos de abertura de la coquilla
para facilitar la extracción de la pieza fundida y de las mismas.
4.3.3. USOS DE LAS COQUILLAS
Las coquillas en general se utilizan para fundir aluminio, magnesio,
aleaciones de cobre, hierro fundido y material que tienen bajo punto de
fusión. En general la utilización para fundir hierro fundido acorta la vida útil
de la coquilla por tener un elevado punto de fusión.
Los puntos de fusión de algunos metales y aleaciones se detallan en la tabla
2.1.
Tabla 2.1: Puntos de fusión, calores específicos medios y calores latentes
de fusión de algunos de los metales y aleaciones más corrientes empleados
en fundición.1
Metal o aleación Temperatura de Calor específico Calor específico Calor
fusión ºC del sólido cal/g del líquido cal/g latente de
ºC ºC fusión
cal/g.
Estaño 232 0.056 0.061 14
Plomo 327 0.031 0.04 6
Zinc 420 0.094 0.121 28
Magnesio 650 0.25 ----- 72
Aluminio 657 0.23 0.26 95
Latón 900 0.092 ----- ----
Bronce 900 a 960 0.09 ----- ----
Cobre 1083 0.094 0.156 43
Fundición gris 1200 0.16 0.20 70
Fundición blanca 1100 0.16 ---- ----
Acero 1400 0.12 ---- 50
Níquel 1455 0.11 ---- 58

Cabe destacar que en las coquillas es inadecuada la fundición de aceros por
su alto punto de fusión.
4.3.3.1. Ventajas del proceso de fundición en coquilla
Una ventaja importante en comparación con el colado en arena; es que se
puede fundir con la pieza con roscas exteriores, agujeros, etc.
Las piezas coladas en coquillas tienen un buen acabado superficial y limpias
por lo que, generalmente, no es necesario un trabajo posterior de acabado.
La exactitud en las medidas en comparación a la fundición de arena es mayor;
pero menor que el colado a inyección.
Se puede observar que la estructura de la pieza fundida en coquilla es densa
y grano muy fino, por lo que las propiedades mecánicas en estas son mejores,
que las piezas coladas en molde de arena. Por esta razón es posible disminuir
el peso de piezas fundidas en coquilla y por ende se consigue un ahorro de
material.
La producción de piezas fundidas aumenta considerablemente en relación al
moldeo manual en arena.
Se reduce el sobre espesor de las piezas fundidas, por lo cual se reduce el
costo de la producción.
4.3.3.2. Desventajas del proceso de fundición en coquilla
Elevado costo en la elaboración de la coquilla, por lo tanto, este tipo de
proceso no es justificable para una producción unitaria.
No se puede fundir piezas de gran tamaño, debido a los mecanismos que se
necesita para abrir y cerrar las mitades de la coquilla, ya que esto se lo realiza
con un mecanismo manual
No es aconsejable fundir aceros por su alto punto de fusión debido a que la
coquilla se desgasta con facilidad.

CAPITULO V: DISEÑO DE LA COQUILLA
Además en el presente capítulo se analizará la coquilla para poder colar el
búho que se desea obtener con el proceso de fundición en molde permanente.
5.1.DISEÑO DE LA COQUILLA
Para el diseño de la coquilla se debe tener en cuenta el peso, materiales, facilidad
de adquisición en mercado, facilidad de mantenimiento y fácil elaboración.
Los parámetros técnicos que se deben considerar en el diseño son:
• Transferencia de calor
• Presión metalostática del metal
• Contracción del metal
La coquilla en su mayor parte se diseñará tomando en cuenta la transferencia
de calor a la que va estar sujeta, a los esfuerzos que se generan debido a
contracción y a la presión metalostática la cual actúa en las paredes de la coquilla.
En este punto es necesario que el lector se familiarizarse con ciertos términos
necesarios en el diseño de la coquilla, los términos como la transferencia de calor,
contracción del metal y presión metalostática, los mismos que se detallan a
continuación:
 Transferencia de calor
La transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de
temperaturas.
A los diferentes tipos de transferencia de calor se les conoce como modos,
cuando existe un gradiente de temperatura en un medio estacionario que puede
ser un sólido o un fluido se utiliza el término de conducción, para referirnos a la
transferencia de calor que se producirá a través del medio. En cambio, el término
convección se refiere a la transferencia de calor que ocurrirá a través entre una
superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas. Por
tercer modo de transferencia de calor se denomina radiación térmica. Todas las
superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas
electromagnéticas. Por tanto, en ausencia de un medio, existe una transferencia
neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas.
 Presión Metalostática

La presión metalostática es la presión ejercida por el metal liquido inmóvil y
de su resultante, el empuje metalostático, contra las paredes del molde y contra
los noyos.
Cuando se cola, es decir cuando se vacía el metal liquido en el molde sucede
una serie de fenómenos.
a) Durante la colada, el metal muy caliente y pesado corre en los canales,
penetra en el molde choca las paredes y avanza con movimientos
arremolinados, etc. Durante esta fase, es fácil que se produzcan las
erosiones.
b) Luego de la colado y mientras el metal esta líquido ejerce sobre todas las
paredes del molde y sobre los cuerpos incluidos en al mismo la presión
metalostática.
c) Cuando el metal ha solidificado para formar la pieza, esta gravita con su
propio peso sobre toda la pared inferior del molde obedeciendo a la ley de
gravedad, e inicia la contracción y dura hasta alcanzar la temperatura
ambiente.
Cuando el molde está lleno de metal líquido, se genera en la masa metálica
una presión p, la misma que en cada punto, según el principio de pascal, ejerce
igualmente en todas las direcciones y que depende de la profundidad h, del punto
considerado bajo el nivel del líquido y del peso específico de este último.
 Contracción
La contracción es la disminución de volumen que experimenta la pieza fundida
al solidificarse. Al verter el metal fundido en el molde ocupa el volumen del modelo
que se utiliza para prepararlo. Al enfriarse el metal experimenta una contracción,
disminuyendo el volumen final de la pieza fundida. Por lo tanto el modelo se debe
elaborar con un sobredimensionamiento, con el fin que compense la disminución
debida a la contracción.
El proceso de contracción del metal se lleva en las siguientes etapas:
A. La contracción del metal en el estado líquido, desde que la temperatura
desciende desde el valor que tenía en el momento de efectuar la colada
hasta el momento que comienza la solidificación.
B. Una contracción que se produce durante la solidificación.
C. Una contracción que se produce en el estado sólido, hasta el momento que
el metal alcanza la temperatura ambiente.

En la tabla siguiente se muestra los valores de contracción de algunos
metales que se deben toman en cuenta para la construcción de los modelos.
Metal Contracción (%)
Aceros al Carbono 2
Aceros al Manganeso 2.5 - 2.7
Aleaciones de Aluminio 1.5
Bronce 1.6
Bronce de Aluminio 2
Bronce Fosforoso 2
Zinc 2.5
Estaño 2.1
Fundición Gris:
1. Piezas Ligeras 1
2. Piezas Medianas 1
3. Piezas Pesadas 0.8 – 0.9
Fundición Maleable Blanca 1.5 – 2
Latón Piezas Delgadas 1.6
Latón Piezas Gruesas 1.3
Magnesio 2
Níquel 2
Plomo 2.6
Esta contracción es anulada mediante la colocación de mazarotas, las
mismas que son piezas de cantidad extra de material, para compensar la
contracción que se genera dentro de la pieza fundida.
La mazarota tiene que tener la cantidad de metal líquido suficiente para
compensar la contracción la misma que origina los rechupes.
 Teoría de fluencia de Von Mises-Hencky
Conocida también como teoría de la distorsión máxima, supone que la
fluencia puede ocurrir, en un estado general triaxial de esfuerzos, cuando la media
cuadrática de las diferencias entre los esfuerzos principales es igual al mismo valor

en un ensayo de tensión simple. Si σ1 > σ2 > σ3 son los esfuerzos principales, y
[σ] es el esfuerzo de fluencia en tensión simple, se tiene:
S y
2 = S A
2 − S A * SB + SB
2 (4.1)
5.2. DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA
TRANSFERENCIA DE CALOR
5.2.1. La coquilla
Una coquilla es el molde el cual es encargada de receptar el metal fundido
para reproducir un negativo de la pieza fundida que se desea obtener, cabe
destacar que la pieza a obtener es un búho de aluminio.
La coquilla básicamente es un tipo de intercambiador de calor la cual está
sujeto a las leyes de transferencia de calor.
5.2.2. Selección del material
Para la selección del material adecuado se debe tener en cuenta las
siguientes consideraciones.
La facilidad de obtención en el mercado de la materia prima para la
construcción de la coquilla.
Las coquillas generalmente se construye de fundiciones de hierro, por lo cual
se escoge de los diferentes tipos de hierros grises que se producen en el
mercado nacional, el Hierro gris ASTM número 30 el cual es el más común
que se puede obtener del cubilote en nuestro país a partir de la chatarra,
además este material presenta buena resistencia al desgaste, abrasión,
buena resistencia a la compresión.
5.2.3. Cálculo del calor contenido en el metal fundido
En el cálculo del espesor de la coquilla se ha determinado que la pieza fundida
que se desea obtener es un búho, el cual va a ser elaborado de aluminio.
Para el presente proyecto se considera para el cálculo del espesor de la
coquilla únicamente la mitad, por la razón que la coquilla está compuesta de
dos mitades simétricas.

Para el cálculo se considerará que el búho va a ser un paralelepípedo cuyas
dimensiones totales son:
Figura: Dimensiones del búho considerado (mm).
m = ρ* V (4.2)
Donde
m Masa del metal fundido (Kg.)
ρ Densidad del metal fundido (Aluminio 2.71 g/cm3
o 2710 Kg/m3
).
V Volumen de la mitad del paralelepípedo (3.84 x 10-4
m3
).
m = 1.04(Kg )
La coquilla es la encargada de disipar el calor contenido en el metal fundido.
Para el cálculo en primer lugar debemos calcular el calor que debe disipar la
coquilla.
El calor contenido en el metal fundido está dado por la siguiente ecuación:
Q = m * L + mcp * (Tv −Tm )
(4.3)
Donde
Q calor que se debe disipar por la coquilla (W.s)
m masa de metal fundido (1.04 Kg)
L calor de solidificación (aluminio 95 cal/g o 397822 W.s/Kg)
cp calor específico en estado líquido (aluminio 0.26 cal/g.ºC o
1088.78W.s/Kg).
Tv temperatura de vertido del aluminio (710 ºC)

Tm temperatura de desmoldeo (300 ºC)
Q= 878495.5 W.s
En la ecuación (4.3) se considera que la temperatura de solidificación es
constante.
5.2.4. Cálculo del tiempo de desmoldeo
Para el presente proyecto se considera que el calor que la coquilla debe
evacuar es igual al calor contenido por el metal fundido, para el cual se debe
calcular el tiempo de desmoldeo dado por la siguiente ecuación.
Donde
tm tiempo de desmoldeo (s)
V Volumen de la mitad del paralelepípedo (3.84 x 10-4
m3
).
Ad Superficie que contiene al volumen y que es capaz de disipar el calor
0.0256 m2
.
ρ Densidad del metal fundido (Aluminio 2.71 g/cm3
o 2710 Kg/m3
).
L Calor de solidificación (aluminio 95 cal/g o 397822 W.s/Kg)
cp Calor específico en estado líquido (aluminio 0.26 cal/g.ºC o
1088.78W.s/Kg).
k Conductividad térmica de la coquilla (Hierro gris número 30 0.11cal/cm.ºC.s
o 46 W/m.ºK).
α termodifusividad de la coquilla (1.67 x 10-6
m2
/s)
To temperatura de superficie del molde de la coquilla (200 ºC es la
temperatura de precalentamiento de la coquilla para evitar choques
Térmicos del metal con el molde).
tm = 73 s.

5.2.5. Cálculo del espesor de la coquilla
Para el presente proyecto para el cálculo del espesor de la coquilla se
considera:
• La transferencia de calor es en estado estable
• La conducción es unidimensional en estado estable a través de las
paredes.
• La convección es natural
• La transferencia de calor por radiación es despreciable ya que no es un
cuerpo negro.
• Las propiedades ( ρ, cp, α) son constantes.
• Se asume que no existe perdida de calor hasta que el llene el molde en su
totalidad.
• No existe generación interna de calor.
• La temperatura ambiente a la que se encuentra en el laboratorio de
fundición es de 20ºC
• El coeficiente de transferencia de calor de convección natural o libre (25
W/m2
.ºK).
Para el calor que se debe disipar hasta el tiempo de desmoldeo está dado
Por:
Donde
q calor que se debe disipar en hasta el tiempo de desmoldeo (W)
Q calor que se debe disipar la coquilla (878495.5 W.s)
tm tiempo de desmoldeo (73 s)
q = 12034.2 W

De la ecuación (4.5) el flujo de calor es constante.
Para la resolución del espesor de la coquilla se analizará por el método de
resistencias térmicas tanto de conducción como de convección.
Donde
L espesor de la pared (m)
K conductividad térmica del material (W/m ºK).
A área de contacto de contacto para la transferencia de calor (m2
)
La resistencia térmica de convección está definida por
Donde
A área para la convección (m2
)
h coeficiente de transferencia de calor de convección
Para el cálculo se considera que el área de contacto del búho para la
transferencia de calor por conducción es igual al área de convección de la
coquilla.
Del circuito equivalente que:

Las resistencias térmicas son análogas a las resistencias eléctricas por lo
cual para resolver un circuito se debe tomar en cuenta las mismas leyes de
las resistencias eléctricas ya sean que estén conectadas en serie o paralelo
por lo tanto:
De la cual se obtiene que:
Kc conductividad térmica del hierro gris ASTM número 30 (0.11
cal/cm.ºC.s o 46 W/m ºK).
A área de contacto de contacto para la transferencia de calor (m2
)

De las ecuaciones (4.8) y (4.10) se obtiene que el espesor de la
coquilla.
Lc = 0.051m = 51 mm.
5.3.DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA PRESIÓN
METALOSTÁTICA
Para el diseño de la coquilla se tomará en cuenta que la presión de acuerdo
al principio de pascal se efectúa en todas las direcciones de igual magnitud.
La presión que ejerce el aluminio en las paredes de la coquilla está definida
Por:
P Presión metalostática (N/m2
)
m masa de metal fundido (1.04 Kg)
g aceleración de la gravedad (9.8 m/s2
)
h altura del paralelepípedo (0.12m)
V volumen del paralelepípedo (3.84x10-4
m3
)
5.3.1. Cálculo del espesor de la coquilla considerando la presión
metalostática
Para el presente proyecto se considera para el cálculo mediante la teoría de
cilindros de paredes gruesas, en la cual se considera las siguientes
consideraciones:
• La presión externa al cilindro es igual a cero.
• El paralelepípedo se le va a considerar como un cilindro.

5.3.1.1. Cálculo estático del espesor de la coquilla considerando la
presión metalostática
El esfuerzo tangencial está definidos por:
Donde
σt esfuerzo tangencial (N/m2
)
p presión metalostática (31 N/m2
)
b radio exterior del cilindro que se considera (m)
a radio interior (en este caso será la mitad del paralelepípedo
σr = −p (4.13)
Donde
σr Esfuerzo radial
Para el cálculo del espesor de la coquilla para el presente proyecto se
analizará con la teoría de la energía de distorsión o teoría de von Mises-
Hencky debido a que se trata de un hierro fundido y este no tiene límite de
fluencia únicamente resiste a esfuerzos de tracción y compresión.
La teoría de von Mises-Hencky esta definida por:
S y
2
= S A
2
− S A * SB + SB
2
(4.14)
Se considera que:
Sy resistencia a la fluencia, pero en este caso debido a que el material es frágil

a la tracción se tomará para el cálculo la resistencia a la compresión del hierro
gris ASTM número 30 (Resistencia a la compresión 119000 lb/in2
o 8.2 x 108
N/m2
)
S A = σt SB = σ
r (4.15)
Resolviendo la ecuación (4.14) se obtiene que:
b = 0.040000001 m
Por lo tanto el espesor de la coquilla para que resista el esfuerzo generado
debido a la presión metalostática queda definido por:
e = b – a (4.16)
Donde
b radio exterior del cilindro que se considera (0.040000001m)
a radio interior (en este caso será la mitad del paralelepípedo 0.04 m) e
espesor de la coquilla para resistir la presión metalostática (m)
De la ecuación (4.16) se obtiene el espesor de la pared para resistir la
presión metalostática
e = 1x10-7
m = 1x10-4
mm.
Conclusión: Debido que el material soporta un esfuerzo grande se le considera
despreciable el espesor calculado para que soporte la presión metalostática que se
genera dentro de la cavidad de la coquilla, se tomará las dimensiones calculadas
para la transferencia de calor.
5.4.DISEÑO DE LA COQUILLA POR CONTRACCIÓN DEL ALUMINIO

Cuando el metal fundido se vierte dentro del molde este experimenta una
contracción, la misma que limitada por la coquilla que actúa como una
restricción para el metal fundido, el mismo que genera un esfuerzo, este
esfuerzo es igual al de dilatación térmica del material fundido pero de signo
contrario ver figura 4.3.
Enfriamiento Calentamiento
Figura 4.3: Esfuerzos térmicos en una plancha infinita durante
calentamiento y enfriamiento
Que está definido por:
σ = α* E* (Tv −Tm ) (4.17)
Donde
σ esfuerzo de compresión generado por la contracción (N/m2
).
α coeficiente de dilatación térmica del aluminio (23.9 x 10-6
1/°C).
E módulo de elasticidad del aluminio (71x109
N/m2
)

La resistencia a la compresión del hierro gris (ASTM número 30 119000 Psi
o 8.2x10-8
N/m2
).15
Conclusión: Debido a que los hierros colados en general no tienen límite de
fluencia, el esfuerzo generado por el aluminio es menor que el esfuerzo que puede
soportar el hierro gris ASTM número 30.
Por lo tanto se considera para este proyecto que el espesor de la coquilla
seria el mayor de los calculados por los anteriores diseños.
5.5.COLADO DE LA COQUILLA
Para el colado de la coquilla se debe considerar los siguientes parámetros:
• Diseñar el alimentador por donde va entrar el metal fundido de hierro gris al
molde de la coquilla.
• Diseñar los canales de alimentación para el colado de la coquilla.
• Diseñar el sifón o colector de escoria.
• Diseñar la mazarota para evitar los rechupes que se generan en la
solidificación de la coquilla.
5.5.1. Diseño de la mazarota para el colado de la coquilla
Para el diseño de la mazarota debe cumplir las siguientes condiciones:
• Debe existir la cantidad necesaria de metal líquido.
• El metal líquido debe llegar a las cavidades del rechupe originadas por la
contracción que se genera en el enfriamiento del hierro fundido gris ASTM
número 30.
En el colado de la coquilla, el molde del búho se va a colado con la cavidad
hacia abajo.
En el diseño de la mazarota se llevara el cálculo a cabo mediante el método
de factor de forma la misma que fue investigada por Bishop, Jhonson y Pellini.

El método de factor de forma está basada en la relación exacta entre el
espesor de una pieza fundida.
El factor de forma está regida por la siguiente relación:
Donde:
Lc longitud de la coquilla (0.222 m)
Wc Ancho de la coquilla (0.182 m)
ec Espesor de la mitad de la coquilla (0.091 m)
Con lo cual se obtiene un factor de forma de
FF = 4.5
La mazarota para el presente proyecto se la considera cilíndrica, por lo cual
se va considerar que la relación altura – diámetro se encuentra entre en el
rango 0.5 y 1.5.
Mediante el trabajo experimental de estos dos investigadores llegaron a
determinar para un factor de forma dado que el volumen de la mazarota
satisfacía la alimentación obteniendo el nomograma que se presenta en la en
el anexo B donde aparecen tres campos, el de las piezas sanas, el de piezas
defectuosas y el de los resultados dudosos.
Los resultados dudosos se encuentran entre las dos curvas, por lo tanto para
el presente proyecto se tomara la curva superior para saber el volumen de la
mazarota.

De la curva del anexo B de la figura B-1, se obtiene el siguiente resultado:
Para el proyecto la mazarota va ser cilíndrica por lo tanto se tiene:
Donde
VMc Volumen de la mazarota para la mitad de la coquilla (4.9x10-3
m3
)
rc
2
Radio del cilindro de la mazarota
hc altura de la mazarota la misma que está definida por:
hc = Hcm - ec (4.29)
Donde
ec Espesor de la mitad de la coquilla (0.091 m)
Hcm = altura de la caja de moldeo (0.2 m)
hc = 0.109 (m) = 109 mm
De la ecuación (4.28) y (4.29) se obtiene el radio para la mazarota:
rc = 0.07m = 70mm

De la relación para que este método sea aceptado está dado por:
d diámetro del cilindro (d = 2*r = 0.14 m)
Conclusión: Del resultado anterior se analiza que el método de factor de
forma es válido porque la relación h/d está en el rango de 0.5 a 1.5.
5.5.2. Cálculo de las guías de la coquilla
Para el presente proyecto se utilizará para poder central o en guiar las dos
mitades de la coquilla 4 guías.
Las guías de la coquilla van a ser cilíndricas por la razón que son de fácil
acoplamiento.
Para el diseño de las guías para el acoplamiento de las dos mitades de la
coquilla, las guías van a estar sometidas a esfuerzos cortantes debidas al peso de
la mitad de una de las dos coquillas.
Para el diseño de las guías se realizara mediante la teoría de la
Energía de distorsión o teoría del esfuerzo del cortante máximo.

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