Tesis Doctorado
Modelación y validación experimental de la formación y evolución de la macroporosidad en el proceso de solidificación del cobre anódico
Autor
Cruchaga, Marcela Andrea
Universidad de Santiago de Chile
Institución
Resumen
Este trabajo analiza el proceso de solidificación de cobre anódico y
electrolítico (con purezas aproximadas de 99.80% y 99.99%,
respectivamente), donde se desarrolla una validación experimental de los
resultados numéricos calculados utilizando una formulación fluido-térmica
incluyendo evolución microestructural. Las fases primaria y eutéctica
se presentan en el cobre anódico, mientras que solamente la fase primaria es
obtenida en cobre electrolítico. El efecto de las condiciones de
extracción de calor es evaluado mediante el uso de moldes de arena,
grafito y acero, de tal forma de otorgar diferentes velocidades de
enfriamiento. En el marco del presente trabajo se llevaron a cabo, por lo
tanto, seis "conjuntos" de pruebas experimentales. Por otro lado, el modelo
microestructural propuesto considera leyes de nucleación y crecimiento de
grano basadas en el subenfriamiento térmico. El modelo de evolución de la
fase primaria está basado en la difusión de oxígeno a escala de grano y en
la cinética de crecimiento de la punta de la dendrita, mientras que en el
modelo de evolución de la fase eutéctica se asumió que la misma es
proporcional a la composición inicial de cobre y al subenfriamiento
eutéctico. La formulación numérica correspondiente se resuelve en el marco
del método de elementos finitos (MEF). Se ha desarrollado además un modelo
de nucleación y crecimiento de poros basado en las presiones que se
producen durante la solidificación. A partir de las pruebas de
solidificación, se realizó la evaluación numérica-experimental de las
evoluciones térmicas, parámetros característicos de estas curvas, valores
finales de densidad y radio de grano, fracciones sólidas volumétricas de
cobre primario- eutéctico y, finalmente, radio medio, volumen medio y fracción
volumétrica de poro. En todos los casos, se alcanzó un buen nivel de
ajuste entre los resultados del modelo y las mediciones experimentales.