Nucleacion


DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA Y MECATRÓNICA



1. INTRODUCCIÓN
El proceso físico de la transición de un estado físico de la materia de líquido a sólido, se denomina solidificación.
La solidificación es producida por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Es el proceso inverso a la fusión, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto es cuandocolocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos (este es un caso particular del agua, en otros materiales sucede lo contrario).
La solidificación está dada por la energía libre de gibbs, por lo que no es un proceso espontáneo, sino que su velocidad desolidificación dependerá de la energía libre
Este cambio de estado se da por partes, dando lugar a la nucleación. La nucleación es el cambio de estado por pequeñas partes, pero estables.
2. OBJETIVOS
- Entender el proceso físico de la nucleación.
-Diferenciar los conceptos de nucleación homogénea y nucleación heterogénea
-Exponer el proceso de cambio de estado físico del aluminio y suspropiedades físicas después del solidificado.
-Introducir algunos conceptos básicos de termodinámica para explicar la nucleación



3. CONCEPTOS RELEVANTES
Oxido de magnesio
El óxido de magnesio es un producto 100% natural, obtenido por medio de la calcinación controlada del mineral de magnesita (carbonato de magnesio).
El magnesio tiene usos en varios campos, desde la medicina, hasta abrasivosfinos
Abrasivo
Un abrasivo es una sustancia que tiene como finalidad actuar sobre otros materiales con diferentes clases de esfuerzo mecánico —triturado, molienda, corte, pulido—. Es de elevada dureza y se emplea en todo tipo de procesos industriales y artesanos.
Arena verde
Es una mezcla de arena sílice, arcilla y agua en un 90%/7%/3% de concentración, respectivamente
Bebedero
Es elcanal por el que fluye el material en estado líquido hacia el molde.
Inclusiones
Las inclusiones son defectos mucho más grandes que los cristalinos y normalmente aparecen en los materiales durante el proceso de fabricación o de algún tratamiento.
4. MARCO TEORICO
La nucleación consiste en la agrupación de átomos dispuestos en el orden de la nueva fase para formar núcleos en la fase antigua.Puesto que es un proceso de razón de cambio, es necesario introducir un concepto de energía: La energía de activación.
El número de núcleos n que se pueden formar es aproximadamente:
(1)
T = temperatura absoluta
K = constante de boltzmann
N= número de probabilidades de formar núcleos
Nucleación homogénea
Según la ecuación 1, si laprobabilidad de formar núcleos en todas las partes, entonces se dice que es un sistema homogéneo.
En termodinámica, un cambio de una propiedad es siempre el estado final menos el estado inicial. Infiriendo en que en el estado final hay menos energía que en el estado inicial, se infiere que hay un cambio de energía de activación negativa.
Si hay energía libre negativa indica que hay un exceso de energía,esta energía es llamada energía libre y esta disponible para realizar trabajo.
Es necesario superar la energía de activación para que la solidificación se lleve a cabo o para formar núcleos estables. Como primer principio de la solidificación, se dice que es necesario que los núcleos adquieran primero cierto tamaño crítico para que puedan crecer.
Nucleación heterogénea
la nucleaciónheterogénea, es aquella que se genera debido al contacto con la superficie y al contacto con inclusiones (por lo general) no metálicas.
Para que la nucleacion se lleve a cabo, el nucleo debe adherirse a la superficie
La adhesión de un nucleo a la superficie, esta dada por

Figura. 1 Nucleacion heterogénea

Dondees la energia interfacial entre el solido y la superficie
Crecimiento de nucleos
La...