Proposal of a prototype of foundry system to reuse waste of low melting point alloys by means of conductive heat transfer

Abstract

Nowadays, the management of foundry machinery is expensive and complicated, not only because of the energy used, but also because of the polluting, lengthy and dangerous process. This perspective is relevant given that, in many metallurgical micro-enterprises, and even educational center laboratories, waste is generated that is sold at a very low price and a product made from virgin material is purchased, increasing the expense, time and natural consumption in the foundry process. The following innovation work develops a prototype proposal for a foundry process that provides optimization for the metallurgical industry on a smaller scale. The approach includes placing the material (waste) in a heating system that works through a conduction transfer, which is theoretically supported due to the short-circuit process complemented by Joule's Law, which is the conversion of electrical energy into heat until obtaining the molten material. Finally, an analysis of the results is carried out that demonstrate the effective mechanism after the use of a low melting point material as an example (Metal of Wood) after melting at a certain time (30 seconds) and temperature (88.3 ° C) with the efficient use of the converted amperage (192 A) and voltage (1.517 V) and the only resource of a conventional plug at 220V and 10A. In this sense, a low cost of obtaining is generated after decreasing the voltage and increasing the current, obtaining a reduction in the use of energy of -41.75% compared to other foundry processes such as induction.

En la actualidad, el manejo de la maquinaria de fundición es costoso y complicado, no solo por la energía utilizada, sino también por lo contaminante, extenso y peligroso del proceso. Esta perspectiva es relevante dado que, en muchas microempresas metalúrgicas, e incluso laboratorios de centros educativos, se generan mermas que se venden a muy bajo precio y se compra un producto elaborado a partir de material virgen, incrementando el consumo natural, tiempo y gasto en el proceso de fundición. El siguiente trabajo de innovación desarrolla una propuesta de prototipo de un sistema de fundición que brinda optimización para la industria metalúrgica a menor escala. El enfoque incluye colocar el material (merma) en un sistema de calentamiento que funciona a través de una transferencia de calor por conducción, lo cual se sustenta teóricamente debido al proceso de cortocircuito explicado con la Ley de Joule, que es la conversión de energía eléctrica en calor, hasta obtener el material fundido. Finalmente, se realiza un análisis de los resultados que demuestran que el mecanismo es efectivo tras el uso de materiales de bajo punto de fusión como ejemplo (Metal Wood) tras fundirse en un tiempo (30 segundos) y temperatura determinados (88.3°C) con el uso eficiente de amperaje (192 A) y voltaje (1.517 V) tras el único recurso de un enchufe convencional a 220V y 10A. En este sentido, se genera un bajo costo de producción tras disminuir el voltaje y aumentar la corriente, teniendo una reducción en el uso de energía de -41.75% en comparación con otros procesos de fundición eléctrica como la de inducción.