1. EL PROBLEMA1.1 Descripcin del problema.Actualmente existen diferentes formas de utilizar herramientas, Groover (1997:289) expresa que para fundir metales no ferrosos, como son, los hornos de fundicin de resistencias elctricas que se caracterizan de diversos tipos dimensiones y materiales cermicos as como, ser eficientes en la funcin de metales no ferrosos como aleaciones de aluminio, el magnesio, zinc, titanio, nquel y cobre. Estudios han revelado que estos tipos de hornos son eficientes en la fundicin de aluminio en donde el punto de fundicin del aluminio es de 600 C. Sin embargo sobre el tiempo y la cantidad de aluminio para fundir, poco o nada se ha realizado, para conocer la efectividad de dichos hornos en relacin a las variables mencionadas.1.2 Planteamiento del problema.Por tal motivo la pregunta de investigacin se centrar en:En cuanto tiempo y cuantos grados celcius se funden dos kilos de aluminio puro en un horno de fundacin de resistencias elctricas?1.3 Delimitacin y limitacin del problema.Para establecer las delimitaciones y limitaciones del planteamiento del problema se toma en consideracin un horno de resistencias de fundicin que ser muestreado a 900C que fundir 2 kilos de aluminio en un tiempo aproximado de 4 horas.Si consideramos que las dimensiones de este tipo de horno son: dimetro interior de 16.2 cm. Por una altura de 22.2 cm., con resistencias de kantal de un wat, con dimensiones de media pulgada de dimetro y por un 1.10 m. de longitud y ladrillo refractario.

2 JUSTIFICACION DEL PROBLEMA2.1 SocialesPorque la sociedad desconoce la utilidad de los hornos de resistencias en materia de fundicin de materiales no ferrosos como el aluminio.

2.2 Tericos.Por otra parte, este trabajo ofrecer conocimientos relacionados a la fundicin de aluminio en herramientas como los hornos de resistencias elctricas al indagar sobre los grados y cantidad de material que se pueden fundir en un tiempo determinado. 2.3 Prcticos.Como parte de la prctica de los procesos de manufactura la ausencia del conocimiento de los materiales que se utilizan para hacer piezas de aluminio se obtendr a travs de esta investigacin redundando en la prctica profesional y tcnica.2.4 Tecnolgicos.La contribucin de esta investigacin favorecer el desarrollo tecnolgico en la elaboracin de piezas de aluminio. 2.5 Metodolgicamente. Que al utilizar un horno de fundicin de resistencias se registrara en tres periodos de tiempo de 30 minutos a una hora.

3.- Objetivos.

3.1 General.Conocer los grados celcius y el tiempo de fundicin de dos kilos de aluminio puro en un horno de fundacin de resistencias elctricas.

3.2 Particulares.- Identificar el tamao de porosidad externa de aluminio solidificado para determinar su utilidad en piezas se aluminio mediante observaciones microscpicas.- Conocer la cantidad de escoria al final de la primera colada en el crisol para identificar la pureza del aluminio mediante observaciones.

4.- Hiptesis.Este estudio parte del siguiente supuesto: Un horno de fundicin de resistencias elctricas que alcanza los 900 C de temperatura funde en cuatro horas dos kilos de aluminio puro.Variable dependiente.- temperatura, tiempo, cantidad de aluminio.Variable independiente.- horno de fundicin de resistencias elctricas.

5 Marco terico referencial.

5.1 Marco referencial o antecedente.

Para la realizacin de nuestro marco referencial se indag sobre los estudios que se han realizado en relacin al fenmeno de estudio.

Uno de ellos, es efectuado en marzo 2012 por Herrejn Escutia Martn, titulado Diseo y construccin de un horno de resistencias de recalentamiento con formas cilndricas en el cual se construy un horno de resistencia de seccin transversal que se abre por mitad, al cual se le llam Tipo Libro con capas aislantes de fibra cermica y recubrimiento de lmina galvanizada, con un controlador analgico de temperatura. Este tiene las dimensiones de 275 mm de alto y 340 mm de dimetro.

Como material aislante se eligi por sus caractersticas la fibra cermica a granel como aislante principal, este material soporta temperaturas de hasta 1000 grados centgrados. La confinacin de las resistencias se realiz en un arreglo tipo bveda para lo que se utiliz fibra cermica moldeable que soporta temperaturas de hasta 1200 grados centgrados.

Para las resistencias se utiliz un material especial para hornos de alta temperatura llamado Nicromo el cual es una aleacin Nquel-Cromo y est diseado para trabajar con temperaturas de hasta 1200 grados centgrados, el cual se implement en forma de espirales dentro del material cermico moldeable que forma las paredes interiores del horno, las resistencias estn conectadas a un circuito elctrico el cual consta de un relevador de potencia que es activado por el controlador de temperatura que recibe una seal de un termopar ubicado dentro de la cmara del horno con la finalidad de controlar la temperatura requerida.

El horno se utiliza para calentar hasta la temperatura de austenizacin probetas cilndricas de acero inoxidable AISI 304 de 12.7 mm de dimetro y 66 mm de largo.

Las probetas estn instrumentadas con 7 termopares localizados a diferentes posiciones. Se concluye que el horno alcanza una temperatura de 1000 C en 25 minutos y 6 minutos con 30 segundos para las probetas de acero inoxidable 304 realizado el calentamiento de acuerdo a las condiciones experimentales establecidas.

5.2 MARCO HISTORICOEn el periodo neoltico, durante la edad de piedra (ao 6000 aC) el hombre empieza a explotar el oro y el bronce, pero no conoce otro mtodo de creacin de piezas que el de dar martillazos. Luego comprendi que el cobre se quebraba con los golpes, pero que al calentarse se funda y se poda vaciar en moldes y solidificarse cuando esta frio. Los primeros moldes eran de piedra de jabn o jaboncillo de sastre. Esta era una piedra muy blanda y de fcil corte que soportaban las altas temperaturas del metal fundido.Para la dificultad de tallar la piedra se empez a utilizar la arcilla arenosa, en que se poda envolver, se vaciaba la colada de metal sobre moldes abiertos de piedra o barro cocido, pero solo eran para armas o utensilios, luego se hicieron los moldes de varias piezas para otros objetos. Esta tcnica fue perfeccionada desde el milenio a.C asia y Egipto.Del inicio de la fundicin a la cerca perdida no se tienen datos exactos, aunque se sabe de algunas piezas de la era de bronce de las esculturas que habitaban Mesopotamia y Egipto, alrededor del ao 200 a.C.Desde esta poca se conocen dos mtodos de fundicin a la cera perdida, el directo y el indirecto: el primero consiste en recubrir la cera modelada con materiales refractarios, luego se lleva al horno derritindose la cera y saliendo por unos agujeros por donde se vierte la colada de metal fundido.

Luego desde el siglo se conoce el indirecto o molde por piezas, consiste en sacar el molde de la pieza original, posteriormente vaciado en cera, promoviendo asi la reproduccin en serie luego llego la combinacin de la cera perdida y en hueco, perfeccionando la fundicin con moldes.En hueco se consigue con un modelo de cera con alma interna de arcilla llamado macho, entre el macho y el molde exterior, permitiendo el ahorro de materiales. Los primeros en utilizar esta tcnica fueron los griegos en el siglo vl a.C y perfeccionando por los chinos en el siglo a.C.La tcnica de fundicin a la cera perdida no ha cambiado mucho desde sus inicios hasta ahora, siendo uno de los mejores mtodos de fundicin de bronce, aunque en los siglos xvll y xlx se dieron dos mtodos alternativos para el vaciado en metal: el modelado en arena y la galvanoplastia. La fusin por induccin es un proceso donde un metal es fundido en el crisol de un horno por efecto de una corriente alterna.Es una tecnologa extremadamente rpida, limpia y uniforme, que permite omitir la fase de purificacin necesaria con otros mtodos.Desde las comunidades neolticas quienes forjaron cuchillos y utensilios de cobre, pasando por la cultura china que fabric los primeros hornos, hasta llegar al primer proceso industrial de fundicin en Inglaterra, en el siglo XVIII, la historia de la fundicin es prueba indiscutible del continuo afn del hombre y la sociedad por buscar su propio desarrollo y evolucin. Hoy por hoy, el resultado de este largo recorrido es el concepto de modernos sistemas autnomos de produccin en serie, que aportan a la industria ventajas como la disminucin de costos, optimizacin de materia prima e implementacin de mtodos de produccin ms seguros, eficientes y amigables con el medio ambiente ,entre otras ventajas. En pocas palabras, actualmente la tecnologa para fundir metal es, sin duda, ms verstil, segura y productiva.De hecho, los avances ms destacados estn presentes en los hornos, que son la columna vertebral de todo sistema de fundicin. Precisamente, el objetivo del siguiente artculo es mostrar y describir en detalle una de las tecnologas ms modernas y tiles en este campo: los hornos de induccin.En primer lugar, conviene recordar que la induccin es un mtodo de calentamiento sin contacto ni llama, que puede poner al rojo vivo, en segundos, una seccin determinada de una barra metlica con gran precisin.El calentamiento por induccin se emplea industrialmente para mltiples aplicaciones como tratamientosTrmicos, principalmente temple, revenido y normalizado por induccin; generacin de plasma; procesos de unin como braseado y soldadura, forja y, por supuesto, fundicin por induccin. La fundicin por induccin es extremadamente rpida, limpia y uniforme; cuando se realiza correctamente, es tan limpia que permite omitir la fase de purificacin necesaria con otros mtodos. El calor uniforme inducido en el metal tambin contribuye a un resultado final de alta calidad, ya que los sistemas y hornos de induccin modernos tienen avanzadas caractersticas tecnolgicas y ergonmicas, lo cual no slo hacen los lugares de trabajo ms seguros, sino que adems aumentan la productividad y logran un proceso deFusin ms rpida y ms cmoda.Los HornosPara hablar de hornos de induccin, hay que remontarse a los aos 50s, cuando la industria de la fundicin se da cuenta de las ventajas econmicas de los sistemas elctricos frente a la produccin con otras clases de hornos. A mediados de los 70s, se convierten en la mejor opcin para fundir materiales ferrosos y no ferrosos y en los 80s surgen unidades de alta potencia y frecuencia que demuestran mayor eficiencia y productividad. Convirtindose as, en la manera preferida de fundir metales. Bsicamente, los hornos de induccin son equipos elctricos que utilizan una corriente inducida parafundir la carga (material). Es decir, consisten en una unidad de potencia o inversor que inyecta corriente de frecuencia alterna y variable a una bobina, la cual contiene una seccin de cobre reforzado y alta conductividad maquinada en forma helicoidal; la corriente que pasa por la bobina forma un campo electromagntico. La fuerza y magnitud de este campo vara en funcin de la potencia y corriente que pasa a travs de la bobina y su nmero de espiras. La energa calorfica se logra por efecto la corriente alterna y el campo electromagntico que generan corrientes secundarias en la carga; el crisol es cargado con material, que puede ser chatarra, lingotes, retornos, virutas u otros. Cuando el metal escargado en el horno, el campo electromagntico penetra la carga y le induce la corriente que lo funde; una vez la carga esta fundida, el campo y la corriente inducida agitan el metal, la agitacin es producto de la frecuencia suministrada por la unidad de potencia, la geometra de la bobina, densidad, permeabilidad magntica y resistencia del metal fundido.

El rango de capacidades de los hornos de induccin abarca desde menos de 1 kilogramo, hasta 320 toneladas y son utilizados para fundir toda clase de metales ferrosos y no ferrosos, incluso metales preciosos. El rango de frecuencias de operacin de los hornos de induccin va desde la frecuencia de red (50 o 60 Hz) hasta los 10 KHz, en funcin del metal que se quiere fundir, la capacidaddel horno y la unidad del inversor. Frecuencias menores generan ms turbulencias en el metal y reducen la potencia que puede aplicarse al metal fundido.

TiposExisten dos tipos bsicos de hornos de induccin: el horno sin ncleo, de alta frecuencia, el cual consta en un crisol totalmente rodeado de una bobina de cobre, enfriada por agua, a travs de la cual pasa la corriente que genera el campo magntico, lo que calienta el crisol y funde el metal en su interior.Estos hornos se emplean prcticamente con todas las aleaciones ordinarias, su temperatura mximaslo est limitada por el refractario y la eficacia del aislamiento frente a las prdidas del calor. Los sistemas de alta frecuencia facilitan un buen control de la temperatura y la composicin, cuentan con capacidades desde 3.0 onzas, para fundir oro, hasta 320 toneladas, para galvanizacin de zinc, y su gran ventaja es que no contaminan y producen un metal muy puro. Dado que se presenta una fuerte accin de agitacin electromagntica durante la calefaccin por induccin, este tipo de horno tiene excelentes caractersticas de mezcla para aleaciones y para agregar nuevas cargas de metal.El otro tipo, llamados horno de ncleo o de canal, de baja frecuencia (60 Hz), estos equipos tienen una bobina que rodea una pequea porcin de la unidad; es decir, la bobina o bobinas hace las veces de primaria y el bucle, o movimiento cerrado del propio metal fundido, de secundario; como el secundario, tiene una sola espira, ste se induce a s mismo una corriente elctrica de baja tensin y gran amperaje que produce el calor necesario para fundir.Lo que quiere decir que para iniciar el funcionamiento de un horno de induccin de baja frecuencia debe emplearse un poco de metal fundido, de modo que forme el secundario. En estos equipos la velocidad de calentamiento es muy elevada y la temperatura se controla fcilmente, lo que hace que dichos hornos sean muy tiles y se empleen ampliamente en el mundo, aunque poco en Colombia. Se utiliza comnmente en fundidoras no ferrosas y es particularmente adecuado para sobrecalentar (calentamientos por encima de la temperatura normal de fundicin para mejorar la fluidez), mantenimiento (que lo hace adecuado para aplicaciones de fundicin por inyeccin en matriz), y duplexado (uso de dos hornos para por ejemplo, fundir el metal en un y transferirlo al otro).(botero mayo 2000)

5.3Marco terico.

Para poder sustentar tericamente esta investigacin se tomaron las aportaciones de la primera ley de termodinmica conocida tambin como el principio de conservacin de la energa, la cual brinda una base slida para estudiar las relaciones en las diversas formas de interaccin de energa. A partir de observaciones experimentales, la primera ley de la termodinmica establece que la energa no se puede crear ni destruir durante un proceso; solo puede cambiar de forma.

Este enunciado, basado en gran medida en los experimentos hechos por Joule en la primera mitad del siglo XIX, no se puede extraer de ningn otro principio fsico conocido y se reconoce como principio fundamental o primera ley de la termodinmica o solo primera ley. (Cengel y Boles,2009:70)

Lo anterior permite para este estudio considerar la energa que entra, la energa interna y el trabajo neto.

5.4 Marco conceptual.Crisol:Es una cavidad en los hornos que recibe el metal fundido. El crisol es un aparato que normalmente est hecho de grafito con cierto contenido de arcilla y que puede soportar elementos a altas temperaturas, ya sea el oro derretido o cualquier otro metal, normalmente a ms de 500 C. Algunos crisoles aguantan temperaturas que superan los 1500 C.

Metales no ferrosos:Son aquellos en cuya composicin no se encuentra el hierro. Los ms importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estao, aluminio, nquel y magnesio.

Resistencia elctrica:Se le denominaresistencia elctricaa la igualdad de oposicin que tienen los electrones al desplazarse a travs de un conductor.

Material cermico:Es un tipo de material inorgnico, no metlico, buen aislante y que adems tiene la propiedad de tener una temperatura de fusin y resistencia muy elevada.

Solidificacin:Es un proceso fsico que consiste en el cambio de estado de la materia de lquido a slido producido por una disminucin en la temperatura o por una compresin de este material.

5.5 Marco Jurdico.En este apartado se consideraron las siguientes normas de la Ley Aluminio y sus aleaciones - fundicin - aluminio de Primera fusin puro para fundicin - clasificacin Y composicin (cancela a la NMX-W-038-1977) (Secretara de Economa, 2004:3 y 6):

4 CLASIFICACIN 4.1 El aluminio de primera fusin puro se clasifica conforme a su composicin qumica o pureza, en cuatro clases, segn el contenido mnimo de aluminio, expresado en por ciento en masa, hasta la segunda cifra decimal. Clase I 99,50 % de pureza mnima Clase II 99,70 % de pureza mnima Clase III 99,80 % de pureza mnima Clase IV 99,85 % de pureza mnima El contenido del aluminio se obtiene por la diferencia entre 100 % y la suma de todas las impurezas metlicas presentes en una cantidad igual o mayor de 0,01 %.

6 MUESTREO 6.1 Para comprobar las especificaciones de calidad del producto se debe establecer un muestreo de comn acuerdo entre fabricante y consumidor. En caso de no existir acuerdo se deben seguir los procedimientos establecidos en la siguiente forma:

6.1.1 Lote El fabricante debe preparar sus atados en forma tal, que cada uno de ellos contenga piezas de una misma vaciada. 6.1.2 Muestra La muestra de comprobacin para verificar las especificaciones a determinar en esta norma se debe obtener seleccionado un lingote extrado al azar de cada cinco toneladas o fraccin mayor de una tonelada de la misma vaciada. 6.1.3 Si el material no cumple con las especificaciones, se extraern dos muestras de cada atado de la misma vaciada, si una de ellas no cumple con las especificaciones se rechaza todo el lote. 7 MTODOS DE PRUEBA Para verificar las especificaciones de calidad del producto objeto de esta norma, deben aplicarse los mtodos de prueba de las normas mexicanas establecidas en el captulo 2 referencias. 8 MARCADO Y EMPAQUE 8.1 Todos los lingotes se deben grabar en su cara ms ancha Esta identificacin tambin se debe marcar en forma permanente en las caras del atado con tinta indeleble o nmero de golpe con los siguientes datos: - Aleacin, y - Nmero de colada. 8.2 Empaque El empaque debe ser en base a lo acordado entre el proveedor y el cliente por ejemplo: para el empaque de los lingotes se usarn cuatro flejes de acero, colocando primero los dos flejes que van sobre las depresiones que tienen los lingotes en la cara inferior de su parte ms angosta. Los otros dos flejes se colocan entre los dos lingotes de cada extremo de la parte inferior.

6.1 Tipo de investigacin.

Tipo de investigacin es de campo porque confronta la teora con la realidad , aplicando la investigacin a problemas conocidos, es de carcter teorico practico (Artega y Campos 2004:40). En el caso de esta investigacin ser de campo porque permitir aplicar las aportaciones tericas relacionadas ala fundicin de aluminio en hornos de resistencias y ser descriptiva porque describir cualitativa y cuantitativa los hechos que se presentan en el fenmeno estudiado, es decir esta investigacin describir el registro de la cantidad de aluminio fundido, el tiempo y la temperatura de fundicin, as como observar y describir los momentos de proceso de fundicin en tiempo de intervalo de tiempo.

6.2 Mtodos.Este estudio mediante la utilizacin de mtodo deductivo permitir orientar el razonamiento de un conocimiento general a un conocimiento especifico(Arteaga y Campos. 2004:30), por lo que esta investigacin a travs de este mtodo demostrara los juicios asumidos a unas verdades sustentadas .

6.3 Tcnicas.6.3.1. Para la realizacin de este estudio se aplican tcnicas documentales se emplean en la revisin de literatura y datos para la aproximacin al problema a estudiar. Se utilizan en la organizacin de la informacin seleccionada para elaborar el marco terico (Artega y Campos. 2004:48).6.3.1.1 Fichas bibliogrficas.Son la que identifica los textos consultados y utilizados en la investigacin.(Arteaga y Campos.2004:48).6.3.2.2 fichas de trabajo o de investigacin.son instrumentos en el que el investigador anota lo mas relevante de la fuente consultada y de utilidad para su estudio (Arteaga y Campos.2004:51).

7 Cronograma.

Las actividades siguientes se llevaron a cabo de 7 semanas partiendo del 1 junio del 2014 y concluyendo el 13 de julio del 2014.

Etapa ActividadestttfTiempo en semanas.

11122233344456667

1Preparacin de la herramienta de trabajo.Xx x

2Recoleccin de latas de aluminio. X xXx

3Preparacin del material para fundicin.x

4Primera colada de aluminio.Xx x

5Segunda colada de aluminio.Xx x

6Tercera colada de aluminio.Xx x

7Promediar las coladas de aluminio que se hicieron.xx

8. Presupuesto.Material.Precio unitario.Cantidad de material.Total.

.Lentes. $35.00 5 $175.00

Par de botas. $550.00 5 $2750.00

Par de guantes. $60.00 5 $300.00

Pechera. $250.00 5 $1250.00

Cemento. $5.00 (Kg) 10 $50.00

Careta. $350.00 5 $1750.00

Arena. $5.00 (Kg) 15 $75.00

$6350.00

9 Fuentes consultadas.

-Arteaga B.C Campo C. Guillermo (julio 2004) Gia para la elaboracin de tesis en trabajo social Universidad autnoma de Mxico.

-Breve historia de la fundicin de metales (mayo 4 2010)

-Escutia Martin (marzo 2012) tesis diseo y construccin de un horno de resistencias de recalentamiento con forma cilndrica

-Kalpakjian, serope y schmid, stevenr (2000) Manufactura Ingenieria y Tecnologia Pearson educacin, Mxico

-Ley de aluminio y sus aleaciones fundicin aluminio de primera puro para fundicin-clasificacin y composicin (2004: 3 y 6)Secretaria de economa.

- L L P Groover Mike (1997) Manufactura moderna, materiales, procesos y sistemas Pearson.