CÁLCULO DE CARGA EN LA ELABORACIÓN DE ALEACIONES NO FERROSAS 1. Se desea elaborar 200 kg. de la Aleación de Fusión CuZn35 (Latón Común de Fundición), a partir de la siguiente materia prima metálica:
Cables Prensados de Cobre Electrolítico, Cu99,99 Lingotes de Zinc Fino, Zn 99,99
El equipamiento de Fusión es un horno de crisol calentado por petróleo diesel, el cual ocasiona las perdidas por fusión de 1,2% para el Cobre y 4,5% para el Zinc. Determinar la carga necesaria para la elaboración, en kg. y en porcentaje. 2. Se desea fabricar un lote de 30 válvulas para la industria química, requiriéndose que sean altamente resistentes a la corrosión. Para tal efecto, se selecciona la siguiente aleación de fusión: Latón de fundición CuZn40Al 2, para vaciado en molde metálico permanente (coquilla) El peso de cada válvula se estima en 42 Kg. El equipamiento de fusión es un horno de crisol calentado por petróleo residual (pérdidas por fusión de 1,2% para el Cobre, 4,5% para el Zinc y 6,5% para el Al). Los materiales de elaboración disponibles son: Retornos de Latón Común de Fusión Retornos de ZAMAC Común Aluminio de alta pureza
Cu Zn 35 Zn Al 4 Al 99,99
Como el proceso es de precisión y no se requiere mecanizado de arranque de virutas ni se admiten piezas resultantes defectuosas, solo se considera un porcentaje de retornos debido a corte de material, del 5%. Se pide: a. Carga necesaria para la elaboración, en kg. y en porcentaje b. El tiempo que durará la fusión si el horno tiene una capacidad de 400 kg. , sabiendo además que la primera fusión demora 80 minutos y las restantes 25 minutos cada una. Solución.Peso total en productos terminados: 42 * 30 = 1260 Kg. de CuZn40Al 2 Cantidad de aleación a elaborar = Peso total en producto bruto 1260 Kg. de CuZn40Al 2 x
95% 100%
, de donde: x = 1326,32 Kg. de CuZn40Al 2 El peso en Kg. de cada elemento en la cantidad total de aleación a elaborar, es:
Al = 0,02 * 1326,32 = 26,53 Zn = 0,40 * 1326,32 = 530,53 Cu = 0,58 * 1326,32 = 769,27 Total 1326,32 Kg.
1326,32 Kg. de CuZn40Al 2
Teniendo en cuenta las pérdidas por fusión, hallamos la demanda por cada elemento (x): Cu: 769,27 Kg. Cu x Cu
98,8% 100%
xCu = 778,61Kg. (Provenientes de CuZn35) Zn: 530,53 Kg.Zn x Zn
95,5% 100%
xZn = 555,53Kg. (Provenientes de CuZn35 y del Zn Al 4) Al: 26,53 Kg. de Al x Al
93,5% 100%
x Al = 28,37Kg. (Provenientes del Zn Al 4 y del Al electrolítico) Balance: 778,61 Kg. Cu X CuZn35
65% 100% X CuZn35 = 1197,86 Kg.
(Conteniendo: 0,35 * 1197,86 = 419,25 Kg de Zn) o: 1197,86-778,61=419,25 Kg. de Zn) Zn aportado por el ZAMAC, Zn Al 4: 555,53419,25 136,28 Kg. Entonces de ZnAl 4 tenemos: 136,28 Kg. de Zn X ZnAl 4
96% 100%
X ZnAl 4 = 141,96 Kg. (Aportando: 0,04 * 141,96 = 5,68 Kg. de Al o: 141,96 – 136,28 = 5,68 Kg. de Al.) Por último: X Al 99,99 = 28,37 – 5,68 = 22,69 kg. X Al 99,99 = 22,69 kg.
Comprobación: Σx = ΣX 778,61+555,53+28,37 = 1197,86+141,96+22,69 1 362,51=1 362,51 a)
Entonces: Carga X CuZn 35 X ZnAl 4 X Al 99,99 Total
Kg. 1197,86 141,96 22,69 1 362,51
% 87,92 % 10,42% 1,67 % 100%
b) Por la capacidad del horno (400 Kg.): Nº de cargas = (1362,51/400)=3,41 Hay 3 cargas completas de 400 Kg. Ultima carga: 1362,51-3(400) = 162,51 Kg. , que se fundirán ya no en 25 min., sino en: 25(162,51/400) = 10,16 min. Tiempo total de fusión= 80+2(25)+10,16= 140,16 min. (2,34 h.)
PROBLEMAS RESUELTOS Problema resuelto 1: Los datos siguientes se han obtenido a partir de pruebas de laboratorio en una muestra refractaria porosa: El peso en el aire de la muestra seca es de 247 g. El peso en el aire de la muestra remojada es de 278 g. El peso en el agua de la muestra remojada es de 147 g. Calcular: a. b. c. d. e.
La porosidad aparente El porcentaje de agua absorbida en relación a la muestra seca La densidad aparente La densidad real La porosidad real Suponer que todos los poros de la muestra están abiertos. Solución. D = 247g W = 278g S = 147g a)
Porosidad aparente (relacionada solo a poros abiertos)
W D x 100 W S P (%) =
278 247 x 100 P (%) 23,66% 278 147 P (%) = b)
% de agua absorbida en relación a la muestra seca
W D x 100 D % H2O absorbida =
278 247 x 100 247 % H2O absorbida = % H2O absorbida = 12,55% c)
La densidad aparente: B =? (W – S) = Empuje = peso del líquido desplazado (W – S) / H2O = Volumen de líquido desplazado = Volumen del sólido H2O = Densidad del agua
B
D 247 (W S ) (278 147 ) / 1g / cm3 H 2O
B 1,89 g / cm3 d)
Densidad real: s =?
(%)
S B x 100 S
se relaciona con poros abiertos y cerrados. Por condición del problema, no hay poros cerrados. Por lo tanto: (%) = P (%)
S 1,89 S
0, 2366 =
S 2,47 g / cm3 Observar que siempre: S > B e)
(%) = ? (%) = 23,66%
Problema resuelto 2: Un cuerpo refractario se produce mezclando 100 lb. de CaO. SiO 2 con 50 lb. de arcilla caolinita Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O La mezcla es secada y horneada a 1300 ºC hasta que se logra el equilibrio. Determinar la composición de la cerámica cocida. Solución.a. Determinamos los pesos moleculares de los óxidos: MCaO = 40,08 + 16 = 56,08 lb / mol–lb MSiO2 = 28,09 + 2 (16) = 60,09lb / mol–lb
MAl2O3 = 2 (26,98) + 3 (16) = 101,96 lb / mol–lb MH2O = 2 (1) + 56 = 18,00 lb / mol–lb b. En las 100 lb de CaO.SiO2 , el peso de cada óxido es:
56,08 x100 lb 48,27 lb 56,08 60,09 CaO =
60,09 x100lb 51,73lb 56,08 60,09 SiO2 = c.
En las 50 lb de Al2O3 . 2 Si O2 . 2H2O , el peso de cada óxido es:
101,96 101,96 x 50 lb x 50 lb 101,96 2(60,09) 2(18) 258,14 Al2O3 =
=19,75 lb
2 (60,09) 6009 x 50 lb 23,28 lb 258,14 258,14 Si O2 =
H 2O
2(18) 1800 x 50 lb 6,97 lb 258,14 258,14
d. Después de la cocción o horneado toda el agua de cristalización es separada y eliminada. Luego, el peso y la composición de la cerámica obtenida será:
CaO = 48,27 lb Si O2 = 51,73 + 23,18 = 75,02 lb Al2O3 = 19,75 lb TOTAL 143,03 lb
% 33,75 52,45 13,80 100,00%
