Informe Analisis De Arena.docx

“Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional” UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Procesos de Manufactura (MC-216) Informe de laboratorio Nº2: “Análisis y ensayo de arena de moldeo”

PROFESOR:  Ing. Alejandro Salazar Bobadilla INTEGRANTES:

CÓDIGO:

 Moreno Casas Cristopher

20170115H

 Rojas Montes Manuel

20170365D

Fecha de realización: 14-09-2018 Fecha de entrega: 28-09-2018

OBJETIVOS  El presente laboratorio tiene como objetivo demostrar la variación de las propiedades de las arenas, con relación a la cantidad de sus componentes.  Conocer las variantes que nos conllevan a un óptimo proceso de fundición con arenas.  Analizar las diferencias de las propiedades que existen, entre las arenas en verde y las arenas para alma.  Identificar en qué casos es recomendable utilizar arenas en verde y en que otros, arenas para almas.  Determinar mediante el análisis de tamizado la gradación que existe en una muestra de agregados (fino, grueso).  Calcular si los agregados (fino, grueso) se encuentran dentro de los límites para hacer un buen diseño de mezcla.  Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños del agregado (fino y grueso) y con estos datos construir su curva distributiva.

FUNDAMENTO TEÓRICO CONCEPTOS PREVIOS.  AGLUTINANTES Sirven para dar consistencia a los moldes hechos de arena. Se usan: Arcillas y Bentonitas, Cementos y Silicatos, Cereales, Lignita, Melaza, Alquitrán, Aceites, Agua.  ARENA VERDE - Arena húmeda - Económica - Usada para los moldes  ARENA SECA - Para aumentar cohesión - Más resistente - Provee de colapsabilidad del molde - Menor producción por el tiempo de horneado para la arena - Usada para los corazones. Se prefiere el grano grande para la permeabilidad para los gases. PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO. Las propiedades son algo así como la actitud que tiene la arena para el final que va destinada. Las propiedades fundamentales son:  Plasticidad: capacidad para reproducir los detalles de los modelos. Depende de:  Deformabilidad: actitud para cambiar de forma. Depende de los porcentajes de arcilla, de la humedad e, incluso, de la forma del grano.  Fluencia: capacidad de transmitir la presión a través de ella. 

Permeabilidad: es la facilidad para dejarse atravesar por el aire y los gases que se desprenden al realizar la colada. Depende del tamaño y forma de los granos, del contenido en arcilla, de la presión y del porcentaje de humedad.

 Refractabilidad: es la capacidad para soportar temperaturas elevadas. Depende del tipo de arcilla.  Cohesión: capacidad de permanecer los granos unidos entre sí. Depende del porcentaje de arcilla. ENSAYOS DE LAS PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO 

Deformabilidad: se mide por la disminución de longitud de una probeta de arena después de haberla sometido a un ensayo de compresión hasta su



Fluencia: se mide apisonando el extremo de una probeta sobre la que se deja caer tres veces un pisón. Después de cada impacto se mide con un durómetro.



Permeabilidad: se determina con un permeámetro midiendo el volumen de aire, a una presión de 1 gr/cm2, que atraviesa una probeta apisonada en un minuto. También se puede determinar midiendo el tiempo que tarda en atravesar la probeta un determinado volumen de aire.



Refractabilidad: se hace mediante aparatos que estiman los valores específicos, como son los



Cohesión: se lleva a cabo por ensayos de compresión, tracción, flexión.



Dureza: no es una propiedad característica, pero se suele medir también con un durómetro.

Datos Experimentales Ensayo de arena de moldeo % Humedad 3

% Secado 3.55

4

6.3

5

5.65

6

6.15

7

5.75

8

6.75

9

7.75

10

8.7

Peso Probeta 148.1 147.02 150.2 151.0 152.05 152.02 153.01 152.19 154.0 154.0 155.01 156.2 157.0 157.0 158.0 158.0

Tiempo de Permb. 56 s

Res. Compresión 1.4

Res. Corte

63.5 s

1.4

1.55

60.7 s

1.32

1.75

64.2 s

1.23

1.75

59 s

1.25

1.8

59 s

1.2

1.9

59.14 s

1.3

1.8

64 s

1.2

1.0

1.2

Análisis de arena de moldeo Masa (gramos)

Tamiz Nro.

0 12.52 5.63 4.62 7.6 7.64 38.01

6 30 40 50 70 140

Abertura de la malla en mm 3.360 0.590 0.420 0.297 0.210 0.105

K

3 20 30 40 50 100

Equipos Utilizados Ensayo de arena de moldeo:

Figura 1 Permeámetro

Figura 2 Lampeara de secado

Figura 3 Medidor de esfuerzos

Análisis de arena de moldeo:

Figura 4 Elutriador

Figura 5 Balanza electrónica

Figura 6 Juego de tamices

Cálculos y Resultados Análisis de arenas de moldeo: Distribución del tamaño de grano:

Masa en gramos

Grafica Acumulativa 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 6

30

40

50

70

140

70

140

Número del tamiz

Masa en gramos

Grafica Distributiva 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 6

30

40

50

Número del tamiz

Cálculo del Índice de Finura: Para esto nos basamos en los siguientes datos del cuadro y la siguiente expresión definida: Masa (gramos) 0

K

12.52

20

5.63

30

4.62

40

7.6

50

7.64

100

3

𝐼𝐹 =

∑ 𝑀𝑎𝑠𝑎𝑖 × 𝐾𝑖 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

38.01

𝐼𝐹 =

12.52 × 20 + 5.63 × 30 + 4.62 × 40 + 7.6 × 50 + 7.64 × 100 38.01 𝐼𝐹 = 46.0431

Tipo de Arena

IF según AFS

Tamaño de grano

Muy gruesa

Inferior a 18

1 a 2mm

Gruesa

Entre 18 y 35

0.5 a 1mm

Media

Entre 35 y 60

0.25 a 0.5 mm

Fina

Entre 60 y 150

0.10 a 0.25 mm

Finísima

Mayor de 150

Menores a 0.10mm

Figura 7 Tamaño de los granos de arena

Influencia del tamaño de grano en: 

El acabado superficial de la pieza obtenida Según la aplicación de la arena en el moldeo, las arenas con calidades especiales son las que poseen contacto con el modelo ya que son más finas y generan un mejor acabado en la preparación del modelo a comparación de un tamaño de arena mayor, que se usa como arena de relleno.



La resistencia mecánica La cohesión se puede establecer por medio de pruebas que determinen las cargas de ruptura por compresión o tracción. Pero en general, la forma de los granos puede influir en la cohesión, una arena de grano anguloso presenta cohesión menor que una de grano redondo, debido a que estas últimas las superficies de contacto son mayores. Entonces podemos afirmar que a mayor tamaño de grano la cohesión puede aumentar debido a que las superficies de contacto también serían mayores. Dos muestras de arena que tienen el mismo índice de finura, ¿pueden tener diferente granulometría? Sí, debido a que el índice de finura es una sumatoria que depende de dos variables aleatorias y se basan en proporciones, puede que la suma de los productos sea igual pero los sumandos pueden ser totalmente distintos lo que haría diferente la granulometría para dos muestras de arena con igual índice de finura. Cuál es la diferencia entre arena de contacto y la arena de relleno. Según el uso en el moldeo, la arena de contacto son arenas preparadas con calidades especiales que se usan para formar una pequeña capa sobre el modelo. Y las de relleno, son arenas viejas procedentes del desmolde que se utilizan para complementar el llenado del molde luego de la arena de contacto.

Ensayo de arena de moldeo: Calculo de la cantidad de agua a agregar: Para una masa de 400 gramos de arena con un 10% de bentonita. % Humedad 3 4 5 6 7 8 9 10

Peso de agua gramos 15.46 20.83 26.31 31.91 37.63 43.47 49.45 55.55

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐴𝑔𝑢𝑎 =

400 × % 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 100 − % 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑

Calculo de la permeabilidad: Usando los datos del resultado en el laboratorio según la tabla anterior. % Humedad 3 4 5 6 7 8 9 10

Permeabilidad 54.58 48.13 50.35 47.60 51.80 51.80 51.68 47.75

𝑉×𝐻 𝑝×𝐴×𝑡 𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜 2000 𝑐𝑚3 𝑝 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑐𝑚 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (10 𝑐𝑚 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎) 𝑡 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑜𝑗𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛. 𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 (5 𝑐𝑚) 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 (19.63𝑐𝑚2 ) 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =

Permeabilidad 55 54

Permeabilidad

53 52 51 50 49 48 47 3

4

5

6

7

8

9

10

11

% Humedad

Resistencia Mecánica

Resistencia

1.9 1.7 1.5

1.3 1.1 0.9 3

4

5

6

7

8

9

% Humedad Res. Compresión

Res. Corte

El porcentaje de humedad con valores óptimos en las tablas de resistencia y permeabilidad, se encuentran alrededor de los 7% de humedad.

10

Porcentaje de Secado 10 9 8 6

5 4 3 2 1 0 3

4

5

6

7

8

9

10

11

% Humedad

Tiempo de Permeabilidad 65 64

Tiempo de permeabilidad

% de Secado

7

63 62 61 60

59 58 57 56 55 3

4

5

6

7 % Humedad

8

9

10

11

Conclusiones 

Al comenzar la experiencia preparamos muestras de arena de 500 gramos cada una, con un 10% de bentonita, que se usaron en el ensayo cada una con distinto porcentaje de humedad.



Durante el ensayo, para las propiedades mecánicas usamos probetas de arena con un diámetro de 50mm y altura de 50mm. En el proceso de secado se trabajó con porciones de la muestra de 20 gramos.



Luego de la experiencia en el laboratorio, la recopilación de datos y la elaboración de resultados, resulta pertinente afirmar que un buen análisis de arena, granulometría y un ensayo de arena respalda el proceso de moldeo para cualquier pieza.



Además, podemos comentar que durante la elaboración de resultados notamos una influencia mayor del índice de finura sobre el acabado de modelo y las resistencias mecánicas.



Asimismo, la humedad de la arena en las distintas experiencias y su relación con las propiedades extraídas nos hace pensar de que estas no se relacionan directa ni inversamente entre sí, pero si podemos afirmar que existe un rango en el cual son óptimas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  Tecnología de la Fundición  Tratado práctico de fundición. Editorial Aguilar, S.A. Ediciones, Madrid, España.

Eduardo Capelo Howard, E. D., [1962]

 Documento ubicado en :www.galeon.com/matcon/lab03/granulo.doc  Informe de muestra: www.utp.edu.co/~publio17/laboratorio/ensayo_arena.htm

PROCEDIMIENTO 1. Determinación del % de Humedad Se toma una de 20 gr. y se lleva a una lámpara de secado durante 15 minutos, luego se procede a pesar la muestra seca y por diferencia de pesos se determina la humedad. 2. Determinación del % Sílice y % de Bentonita Se toma una muestra de 50 gr. (muestra total) El cual se procede a un proceso de lavado en el Elutiador de la siguiente manera. a) b) c) d) e)

3.

A la muestra se le agrega 700 cc de agua. Se procede a agitar en el Elutiador durante 3 minutos. Se agrega 200 cc más de agua la lámpara de secado. Se deja que decante 1 minuto. Por el principio de sifón se elimina el exceso de agua y la bentonita f) Se repite el procedimiento hasta obtener Sílice pura. g) Una vez obtenida la Sílice pura se lleva a la Lámpara de secado y luego se pesa. h) Por diferencia se obtiene el peso de bentonita (considerar la cantidad de agua ya determinada para el cálculo) y de acuerdo al Cuadro 1 determinar el tipo de arena. Determinación del Índice de Finura IF

a) La Sílice obtenida se tamiza b) Se procede a pesar las cantidad de Sílice que queda en cada tamiz c) Se aplica la formula respectiva Σ Pi * K i IF = ______________ Σ Pi Pi = Porcentaje en peso en función de la muestra total Ki = Constante de cada malla (ver cuadro Nro. 2) a) De acuerdo al cuadro Nro. 3 se determina el Índice de Finura y el tamaño promedio de grano 4. DETERMINACIÓN DE LA FORMA DE GRANO.- Luego de pesar la sílice de cada tamiz se procede a ver en el microscopio la forma de grano.