Integración de nuevas mezclas cerámicas para el proceso de revestimiento en microfusión

Investment casting is a process by which metal parts are obtained using wax patterns and a ceramic mold. This mold is obtained by immersing the wax patterns in slurry (flour and binder) and then in refractory sand. Slurries can be formulated with water- or alcohol-based binders, the latter being the most commonly used to coat complex geometry part assemblies due to its excellent surface finishes. However, the alcohol-based binder brings with it serious problems for the health of workers and the environment. Therefore, one of the purposes of this work carried out at ECRIMESA is to find an alternative mixture that eliminates these problems and at the same time guarantees the surface quality of the parts. For this purpose, a slury tank was installed at industrial level and test set-ups were carried out to check the functionality of the new mixture and the surface results of the parts. Another objective is to replace the binder with a more economical one that provides a quality ceramic shell in terms of its ability to allow the gases generated in the casting process to pass through and its mechanical resistance to the thermal shocks produced during the process. To this end, two mixtures of slip were formulated at laboratory scale with two different binders (A and B). With this mixture, the specimens were coated following two different coating processes, (A-1) and (A-1) +1, which define the number of layers. Once the drying times were respected, permeability and three-point bending tests were carried out, obtaining the permeability constant (k) and modulus of rupture (MOR) of each of the shells. In the case of the three-point bending test, three different situations corresponding to the type of test will be simulated, testing the specimens virgin, calcined and at a temperature of 1000 º C. Once the coating tests with the new alcohol-free slurry formulation were completed, the assemblies entered the casting process. At the end of this stage, visual inspections were carried out to determine the good surface quality of the parts, thus achieving the first of the proposed objectives. On the other hand, the results of the permeability constant and the modulus of rupture (MOR) of the ceramic shells made with binders A and B, respectively, were collected. The highest permeability constant corresponds to that of the shell containing binder B in both coating processes. As for the mechanical strength of the shells, process (A-1) + 1 shows higher MOR values than process (A-1) due to the layer thickness. In addition, better results are obtained in the test specimen test at 1000 º C than in the calcined test specimen test due to the silica microstructure. Satisfactorily, the company has taken an important step towards the elimination of the slurry tank formulated with an alcohol-based binder, bringing workers and the environment closer to a safer and greener alternative. In addition, with respect to the other objective, a new binder has been found that is more economical and offers a ceramic shell of corresponding quality to the B binder.La microfusión es un proceso de fundición a través del cual se obtienen piezas de metal empleando patrones en cera y un molde cerámico. Este molde se consigue sumergiendo los patrones de cera en barbotina (harina y aglomerante) y a continuación en arena refractaria. Las barbotinas pueden formularse con aglomerante base agua o alcohol, siendo este último el más utilizado para revestir montajes de piezas de geometría compleja debido a sus excelentes acabados superficiales. Sin embargo, el aglomerante base alcohol trae consigo serios problemas para la salud de los trabajadores y el medioambiente. Por ello, uno de los propósitos de este trabajo elaborado en la empresa ECRIMESA, es encontrar una mezcla alternativa que elimine estos inconvenientes y al mismo tiempo garantice la calidad superficial de las piezas. Con tal efecto, se instaló un tanque de barbotina a nivel industrial y se revistieron montajes de prueba para comprobar la funcionalidad de la nueva mezcla y los resultados superficiales de las piezas. Otro objetivo es reemplazar el aglomerante por otro más económico que brinde una cáscara cerámica de calidad en función de la capacidad para dejar pasar los gases generados en la fundición y la resistencia mecánica a los choques térmicos producidos durante el proceso. Para ello, se formularon dos mezclas de barbotina a escala laboratorio con dos aglomerantes distintos (A y B). Con esta mezcla, se revistieron las probetas siguiendo dos procesos de revestimiento diferentes, (A-1) y (A-1) +1, que definen el número de capas. Una vez respetados los tiempos de secado, se llevaron a cabo ensayos de permeabilidad y flexión a tres puntos, obteniendo la constante de permeabilidad (k) y módulo de ruptura (MOR) de cada una de las cáscaras. Para el caso del ensayo de flexión a tres puntos, se simulan tres situaciones diferentes correspondientes con el tipo de ensayo, ensayándose las probetas vírgenes, calcinadas y a una temperatura de 1000 º C. Una vez realizadas las pruebas de revestimiento con la nueva formulación de barbotina libre de alcohol, los montajes entran en el proceso de fundición. A la salida de esta etapa, se realizaron las inspecciones visuales para determinar la buena calidad superficial de las piezas, alcanzando así el primero de los objetivos propuestos. Por otro lado, se recogieron los resultados de la constante de permeabilidad y del módulo de ruptura (MOR) de las cáscaras cerámicas constituidas con los aglomerantes A y B, respectivamente. La constante de permeabilidad más elevada corresponde con la de la cáscara que contiene el aglomerante B en ambos procesos de revestimiento. En cuanto a la resistencia mecánica de las cáscaras, el proceso (A-1) + 1 presenta valores más elevados del MOR que el proceso (A-1) debido al espesor de capa. Además, en el ensayo de probetas a 1000 º C se obtienen mejores resultados que en el ensayo de probetas calcinadas debido a la microestructura de la sílice. Satisfactoriamente, la empresa ha dado un importante paso hacia la eliminación del tanque de barbotina formulada con aglomerante base alcohol, acercando a los trabajadores y al medioambiente a una alternativa más segura y verde. Además, respecto al otro de los objetivos, se ha encontrado un nuevo aglomerante más económico y que ofrece una cáscara cerámica de calidad correspondiente con el aglomerante B.Máster en Ingeniería Químic

Life cycle impact assessment of fresh and frozen fish processing

Grado en Ingeniería Químic