SIMULACION NUMERICA DEL PROCESO DE LLENADO DE MOLDES Marcela Cruchaga, Felipe Ortiz y Hugo Vallejos Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Santiago de Chile Av. Lib. O´Higgins 3363 – Santiago de Chile – CHILE e-mail: mcruchag@lauca.usach.cl RESUMEN En este trabajo se presenta un estudio del proceso de llenado isotérmico de moldes de distintas geometrías utilizando el método de elementos finitos, en dos dimensiones. Se analiza el comportamiento transitorio del fluido mediante una descripción euleriana con una malla fija de elementos finitos para todo el dominio, en tanto que el seguimiento de la superficie libre se realiza mediante la asignación de una malla arbitraria cuyo movimiento se describe lagrangeanamente. A través del presente trabajo se pretende validar la metodología usada comparando los resultados obtenidos con otros existentes en la literatura, así como entender el comportamiento fluidodinámico del proceso de llenado de moldes para las geometrías estudiadas. 1. Introducción. Diversos procesos productivos consideran, en algunas de sus etapas, el llenado de moldes. La calidad y características del producto final dependerán en parte del adecuado manejo de los factores involucrados en dicho proceso. En particular, en el proceso de fundición aparecen distintas dificultades prácticas, tales como: llenado incompleto de moldes, velocidad óptima de llenado, macroporosidades, condiciones de contacto con el molde, etc. De aquí la necesidad de conocer y predecir el comportamiento del fluido de trabajo mediante los parámetros que lo caracterizarán durante el llenado, posibilitando así mejorar los resultados obtenidos (Usmani et al.., 1992, Dhatt et al., 1990). En el presente trabajo se estudia el proceso de llenado de moldes, bidimensional, en un medio con dos fluidos inmiscibles, newtoneanos e incompresibles. Este proceso esta gobernado por las ecuaciones de Navier-Stokes. Se utiliza el método de elementos finitos (MEF), basado en la formulación de ponderación a contracorriente, a fin de conocer el comportamiento transitorio del fluido y de su superficie interfaz (Cruchaga and Oñate, 1997). Se estudia el comportamiento del fluido en todo el dominio mediante una descripción euleriana, mientras que el seguimiento de la superficie interfaz se realiza asignándole una malla arbitraria con una descripción lagrangeana (Cruchaga et al., 1995). El primer tipo de geometría estudiada corresponde a un molde en U, llenado por gravedad; el segundo corresponde a un molde en escalón con velocidad de entrada del material impuesta. Las características de cada caso se detallan en el apartado de ejemplos numéricos. Los principales objetivos trazados en este trabajo son: evaluar el funcionamiento del algoritmo de solución y describir el comportamiento fluidodinámico durante el proceso de llenado. Los resultados obtenidos en este trabajo se compararán con otros presentes en la literatura (Dhatt et al., 1990). 2. Ecuaciones Fundamentales. El problema del movimiento de fluidos newtoneanos incompresibles esta gobernado por las ecuaciones de Navier-Stokes. Para el dominio de análisis Ω×Υ (Ω: dominio espacial, Υ: tiempo) se tiene (Malvern,1969): ♦ conservación de la cantidad de movimiento: b p V V V ρ µε ρ ρ = ⋅ ∇ − ∇ + ∇ ⋅ + ) 2 ( ) ( & (1) ♦ continuidad: 0 = ⋅ ∇ V (2) donde: ρ : densidad del fluido µ : viscosidad dinámica b : fuerzas de masa por unidad de volumen v : vector velocidad p : presión ∇ : operador gradiente ( • ) : el punto indica derivada parcial respecto del tiempo ε : tensor tasa de deformación Las ecuaciones anteriores, junto con las condiciones iniciales y de contorno definen las diferentes situaciones físicas a estudiar (Cruchaga