MODELIZACIÓN DE LA INTERACCIÓN DE PARTÍCULAS ESFÉRICAS CON INTERFASES DE SOLIDIFICACIÓN

AGALIOTIS ELIANA M.; ROSENBERGER MARIO R.; ARES ALICIA E.; SCHVEZOV CARLOS E.

Barcelona España

Taller; VI Taller Iberoamericano de Educación en Ciencia e Ingeniería de Materiales.; 2008

En la solidificación de materiales conteniendo partículas, la distribución de las mismas está condicionada por la interacción entre ellas y con la interfase de solidificación, obteniéndose diferentes propiedades mecánicas y físico-químicas. Con el objeto de estudiar el fenómeno se modeló y simuló la interacción entre una interfase de solidificación y una partícula esférica, inmersa en el material fundido, teniendo en cuenta que este fenómeno está regido por un equilibrio dinámico entre fuerzas de arrastre y repulsión que se manifiestan sobre la partícula. El modelo incluye dos fuerzas una de arrastre y otra de repulsión, calculadas por separado luego combinadas para obtener el valor de equilibrio. Utilizando dinámica de fluidos computacional se calculó la fuerza de arrastre sobre la partícula en función de la velocidad de solidificación, el radio de la partícula y la separación partícula-interfase. La fuerza de repulsión se calculó numéricamente utilizando la ecuación de Lifshitz van der Waals integrando numéricamente en función de la forma y separación de la interfase. El modelo es aplicado a matrices conteniendo partículas metálicas con conductividades térmicas iguales y mayores que la matriz, obteniéndose interfases planas y cóncavas respectivamente. El estado estacionario de repulsión es estudiado a diferentes velocidades de solidificación y tamaño de partículas. Se compararon las fuerzas de arrastre obtenidas de una interfase plana y de una interfase cóncava, previamente calculada a partir de simulaciones del campo térmico. Los resultados muestran que una interfase cóncava genera mayores fuerzas de arrastre, hasta en un orden de magnitud, que una interfase plana a una misma separación partícula interfase. Esto hace que la velocidad crítica sea menor para una interfase cóncava que la correspondiente para una interfase plana a una misma distancia y un mismo radio de partícula.