2do Laboratorio de Fundicion

DOCENTE: Ing. CHAVEZ GAMARRA ROBERTO ASIGNATURA: PRACTICA DE FUNDICION Y MOLDEO DE METALES ALUMNO:

ILLANES HUAMAN HIRO ALEJO

CODIGO:

124643

SEMESTRE:

2017-2

Cusco  –  Perú  Perú 2017

PRACTICA Nº 2: DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE ARCILLA EN LA ARENA DE FUNDICIÓN I. OBJETIVOS: Determinar el contenido de arcilla en la arena de moldeo que existe en el laboratorio de fundición y moldeo; de igual manera aprender, como se deben ejecutar los correspondientes ensayos. Saber la composición de la arena verde para el moldeo y fundición. Obtener cantidades para la preparación de la arena verde para la fundición y moldeo de materiales. II. FUNDAMENTO TEÓRICO: Las arenas de moldeo son un conjunto heterogéneo, compuesto esencialmente por una arena base sílice y un aglomerante mineral (arcillas como la bentonita), a su vez poseen orgánicos (como la arena de madera, mogul, etc. para darle permeabilidad), carbón mineral molido (en el caso de colar fundiciones de hierro) y agua. En base a las características y requerimientos anteriores, se hace necesario controlar a través de ensayos. La A.F.S. (asociación norteamericana de fundidores), ha estandarizado los siguientes ensayos. a) Contenido de arcilla b) Contenido de humedad c) Granulometría d) Permeabilidad e) Ensayos mecánicos (dureza, resistencia a la tracción, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, resistencia al corte). f) Refractariedad g) Fluidez h) Durabilidad Las características más estudiadas sobre la arena son: granulometría de la arena, formas de los granos de arena, porcentaje de humedad, densidad aparente y contenido de arcilla. El contenido de arcilla es fundamental a la hora de estudiar la resistencia en verde, es decir antes de la colada, por ello a mayor contenido de arcilla, mayor capacidad tendrá la arena de formar un molde. 

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Características de la arena: Los moldes de arena en verde constan básicamente de tres elementos: Arena de sílice, aglutinante y agua.  A la hora de emplear una arena de sílice, se basa tanto en su composición química y características térmicas como en la forma de los granos y su distribución granulométrica. Se utiliza un aglutinante arcilloso, llamado bentonita, para adherir y dar cohesión a los granos de arena de sílice dando plasticidad a la mezcla de arena y agua.  Agua en la cantidad necesaria para activar el aglutinante. Con la adecuada mezcla de estos elementos se debe conseguir unos moldes que cumplan entre otras, las siguientes características: Reproducir fielmente las formas del modelo. Tener una buena resistencia a la erosión que provoca el impacto del aluminio. Poseer una importante resistencia a las altas temperaturas, ya que el aluminio puede ser colado hasta a 800 ºC. Tener una adecuada permeabilidad, que permita la evacuación de gas. Conseguir un buen acabado superficial en las piezas obtenidas. Control de la arena en moldeo en verde: Cada molde, y por consiguiente cada pieza, tiene diferentes exigencias de arena en verde; por lo tanto el control de la arena del circuito es una labor fundamental de

cualquier departamento de calidad en una fundición; ya que está ligado estrechamente con la calidad de cada pieza e incluso con su aspecto superficial. Se realiza un control diario del estado de la arena, y se toman las medidas convenientes en función de las necesidades de cada pieza. En el laboratorio de la fundición, se controla la humedad, la compactibilidad y la resistencia tanto a la compresión en verde como a la fisuración de la arena.  Así mismo, periódicamente, un laboratorio externo analiza el porcentaje de finos, las pérdidas por calcinación y el porcentaje de bentonita de la arena del circuito, obteniendo una información exacta y fiable del estado de la misma, con el objetivo de disponer de unos moldes de arena en verde óptimos para la obtención de cada pieza fabricada.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS: Los equipos, instrumentos y accesorios para el desarrollo de las pruebas experimentales son: 1. Balanza 2. Vaso precipitado 3. Probeta graduada 4. Estufa 5. Arena de fundición 6. Agua destilada 7. Hornilla de secado 8. Cernidor 9. Pipetas 10. Agua destilada 11. Hidróxido de sodio al 1.5% 12. Otros

IV.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: El procedimiento para la realización de la prueba son las siguientes: 1. Obtener una muestra representativa de la arena de moldeo. Secar a 115ºC al menos Unos 250 gr.

Eleccion de una muetra para su estudio

selecion de particulas finas para su mejor estudio

Uso del metodo del cuarteo

eleccion de la muestra representativa

Obtencion de la muestra humeda 325.10gr

Obetencion de la muestra seca 308.60gr

Con los resultados obtenidos se puede hallar el porcentaje de humedad: % =

% =

. − . . 

% = . %

 − 

 %

 

 %

2. Pesar 50 gramos de esa arena previamente secada y colocarla en un vaso de vidrio especifico. Pesar la arena cuando este a la temperatura ambiente.

Peso de la muestra obtenida es de 49.84 gr 3. Agregar 475ml de agua destilada y 25ml de solución hidróxido de sodio al 1.5%.

Solución que se requiere obtener

4. Agitar durante 5 minutos, dejando sedimentar durante 5 minutos y sifonear posteriormente.

La mezcla obtenida con agua arcilla y hidróxido de sodio al 1.5% 5. Al remanente en el vaso, agregar nuevamente agua destilada, agitar y dejar decantar durante 10 minutos, sifonear posteriormente. 6. Al remanente en el vaso, agregar nuevamente agua destilada, agitar y dejar decantar durante 5 minutos y sifonear. 7. Continuar el proceso descrito hasta que el agua extraída del vaso por sifoneo sea completamente clara.

Obtención de la muestra sin arcilla

8. Remover del recipiente los granos de arena, secarlos a 11ºC por un mínimo de 15 a 30 minutos.

Secado de la arena 9. Pesar la arena base cuando este a la temperatura ambiente.

Se obtuvo el peso de la arena que es de 38.02 gr

10. Determinar el contenido de arcilla en esa arena, mediante:

% =

V.

() − (sin ) ()

 100%

DATOS EXPERIMENTALES: A. Obtención de porcentaje de humedad:

Con los resultados obtenidos se puede hallar el porcentaje de humedad:  

Muestra humeda: 325.10gr Muestra seca: 308.6gr

% =

% =

. − . . 

  −  

 %

 %

% = . %

El porcentaje de humedad es de 5.07% resultado óptimo para el proceso de fundición.

B. Obtención de contenido de arcilla: Sabiendo que la muestra obtenida es de: Muestra con arcilla: 49.84gr Muestra sin arcilla: 38.02gr (arena)  

% =

49.84 − 38.02

49.84 % = 23.7% % = 76.3%

 100%

Se obtiene el porcentaje de arcilla que es de 23.7%.Lo cual es una arena arcillosa con tierras grasas, con un contenido de arcilla superior al 18% que se basa en la clasificación de contenido de arcilla (cuestionario pregunta 1).

VI.

ANÁLISIS DE RESULTADOS EXPERIMENTALES: CUESTIONARIO 1. ¿Qué tipo de arena se utiliza en la formación de moldes en verde para la fundición? Explique composición química. Una primera clasificación de las arenas naturales puede basarse en su contenido de arcilla; y se distinguen 4 clases: 1) 2) 3) 4)

Arenas arcillosas o tierras grasas, cuyo contenido de arcilla es superior al 18%. Arenas arcillosas o tierras semigrasas, cuyo contenido de arcilla va del 8 al 18% Arenas arcillosas o tierras magras cuyo contenido de arcilla va del 5 al 8%. Arenas silíceas, cuyo contenido de arcilla es inferior al 5%.en este último caso la arcilla está considerada como impureza.

Tipo de arcilla Arcillosa grasa

Tipo de arcilla arcillosa magra

Una segunda clasificación se puede hacerse atendiendo a la forma del grano: 1) Arena de grano esferoidal 2) Arena de grano angulado 3) Arena de grano compuesto

Clasificación por formas de grano Finalmente, en relación con las dimensiones de grano, pueden distinguirse: 1) Arena muy gruesa: índice AFS inferior a 18(granos comprendidos entre 1 y 2mm). 2) Arena gruesa: índice AFS comprendido entre 18 y 35(granos comprendidos entre 0.5 y 1mm). 3) Arena media: índice AFS comprendido entre 35 y 60 (granos comprendidos entre 0.25 y 0.5mm). 4) Arena fina: índice AFS comprendido entre 60 y 150 (granos comprendidos entre 0.10 y 0.25mm). 5) Arena finísima: índice AFS mayor de 150 (granos inferiores a 0.10 mm). COMPOSICION QUÍMICA: En las arenas arcillosas naturales, más que el análisis químico propiamente dicho, interesa el análisis racional, que tiende a establecer la composición de las arenas en su contenido de cuarzo, arcilla y feldespato.

Es evidente la importancia de este análisis, que permite prever l a Refractariedad y la cohesión de las arenas en examen. Entre las impurezas hay que enumerar los óxidos de hierro, tolerables hasta un 2% para piezas pequeñas, hasta un 3% para piezas medianas y hasta el 4% para las piezas grandes, y la cal, tolerable hasta el 1%, si la cal se presenta bajo la forma de carbonato, no es aconsejable el empleo de la arena, porque la disociación del carbonato de cal da lugar a la formación de anhídrido carbónico (CO2), con peligro de inclusiones gaseosas en la pieza (soplado)

2. Realice una comparación entre arenas de fundición y arena de rio. Arena De Río Como su nombre lo indica, se encuentra libre de arcillas e impurezas mediante un lavado natural que proporcionan las corrientes naturales de aguas, se usa comúnmente en productos como adhesivos y lechadas para colocar baldosas cerámicas y piedra natural. También se usa para hacer la argamasa para ladrillos de terminaciones, como en el exterior de una casa, donde se necesita una arena más fina para dar un mejor acabado. Se conoce como arena para construcción.

Arenas de fundición: Las arenas de moldeo o fundición son cuerpos complejos que se encuentran en numerosas canteras resultantes de la disgregación (separación) de las rocas graníticas arrastradas por las aguas y depositadas en el $fondo por orden de densidad. Las arenas de fundición tienen un origen común. La roca madre de la cual se derivan el granito, compuesto de feldespato, cuarzo y mica. Las características que deben poseer las arenas de fundición son:   Permeabilidad Resistencia cohesiva   Plasticidad   Refractariedad

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3. ¿Qué efectos trae un elevado contenido de arcilla en la arena para su empleo en la fundición? Indique la cantidad de arcilla que presenta la muestra trabajado en el laboratorio. a) Los defectos de las piezas fundidas provocadas por las arenas de moldear son: Arena pegada.La arena pegada se presenta fuertemente adherida a la superficie de las piezas, a veces concentrada en algunos puntos especiales, tales como rincones en donde se producen los llamados bolsillos de calor. Este efecto se debe a exceso de humedad, permeabilidad alta, falta de pintura, defectos de modelo, etc.

Las deformaciones y los alabeos.Manifiestan tensiones internas y pueden alcanzar valores capaces de provocar también hendiduras, grietas, roturas espontaneas o a continuación de solicitaciones accidentales exteriores, incluso pequeñas.

Los aplastamientos y los hundimientos.Consisten en la reducción del espesor de las piezas a causa de hundimiento de un parte del molde o del alma o por la infección de la media caja superior por carga excesiva, etc. Por la acción de tener gran cantidad de arcilla en la fundición de arena verde.

Mayor plasticidad.Provoca que la arena sea altamente adhesivo y alto grado de humedad, produciéndose mayor daño en los productos de fundición. Haciendo que la arena sea prácticamente arcilloso y difícil de manipular.

b) La cantidad de arcilla que presenta la muestra trabajada en el laboratorio es: Sabiendo que la muestra obtenida es de: Muestra con arcilla: 49.84gr Muestra sin arcilla: 38.02gr (arena)

% =

.  − . 

. % = . % % = . %

 %

Lo cual es una arena arcillosa con tierras grasas, con un contenido de arcilla superior al 18%.

4. Explique el procedimiento para la determinación del contenido de arcilla por el método de azul metileno. Este método se aplica a la fracción granulométrica de 0.2 mm de los áridos finos o de la mezcla total de los áridos. La prueba de azul de metileno mide la cantidad de arcilla presente por determinación de la capacidad de intercambio de la arcilla. El número de iones intercambiables presentes son determinados por el reemplazo de estos iones con tintura de azul de metileno, el cual está estandarizado en términos de mililitros de tintura por cada porcentaje de arcilla. La bentonita comercial de alta resistencia requiere aproximadamente 5.0 ml de azul de metileno por cada porcentaje de bentonita. Este valor puede variar dependiendo en la pureza y naturaleza de la bentonita también como del tratamiento mecánico previo en la titulación. Los primeros procesos de azul de metileno los cuales incluían el uso de ácido fueron limitados a sistemas que empleasen una sola bentonita. La máquina de prueba de azul de metileno utili za Tetra Sodio Pirofosfato como una solución preliminar, y con este procedimiento la mayoría de bentonita del occidente y meridional requerirán cantidades equivalentes de azul de metileno. Esto hace posible el control de sistemas de arena de fundición que contienen la mezcla de ambos tipos de bentonita. Usando el proceso de ácido para bentonitas meridionales solo han requerido únicamente la mitad de la cantidad de azul de metileno requerido por la bentonita occidental. Una mezcla de dos arcillas representaba un problema real ya que no había forma de determinar la cantidad de arcilla viva en el sistema. Desde que la razón de quema no es la misma para estos dos tipos de arcilla, no se puede asumir una proporción constante entre ambas arcillas. Con respuesta desigual la arcilla total solo podía calcularse asumiendo una proporción constante la cual no era justificada por lo anterior.

Procedimiento del método azul metileno

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5. Mencione y explique las normas que existen para las pruebas del contenido de arcilla en las arenas de fundición. Medidor de contenido de arcilla:

Mide el contenido de bentonita a partir del contenido de arcilla presente en la arena. Se tienen 3 tipos de contenido de arcilla: 1) Arcilla total; es el contenido de arcilla obtenida de la preparación de la muestra con ayuda del equipo ultrasónico, el cual se encarga de destruir los granos de arena y desprender el total de las moléculas de arcilla obteniendo una muestra homogénea.

2) Arcilla dispersada:  es la cantidad de arcilla obtenida en esta prueba, donde la arcilla se encuentra en forma no homogénea. 3) Arcilla suprimida: es la diferencia entre la arcilla total y la dispersada. 

Prueba de sedimentación:

Esta prueba tiene como propósito conocer de una manera clara los componentes de los suelos mediante la decantación. Se muele un poco de tierra perfectamente para colocar la en una botella, un recipiente o vaso de precipitación, agregándole una cantidad igual de agua, se agita y se deja reposar hasta que el agua quede clara. Para acelerar la sedimentación se agrega una cucharada de sal al agua, las arenas se decantarán primero por ser las partículas más pesadas seguida de los limos y por último se depositarán las arcillas que son las partículas más ligeras .

Prueba de sedimentación 

Determinación del contenido de arcilla mediante el levigador:

Se realiza con un levigador: se pesan con exactitud 20gr de arena previamente secada durante una hora en una estufa a la temperatura de 105ºC , se ponen a hervir durante 30 minutos con agua destilada y se introduce la mezcla en el levigador, procurando que no quede ningún poso en la vasija. Se añade agua destilada fría hasta alcanzar el nivel señalado en el levigador, se agita durante 5 minutos y se deja en reposo durante 16 minutos. Con el sifón se descarga el agua turbia en una capsula, donde se deja depositar unos minutos; se decanta el agua y el eventual residuo arenoso se introduce de nuevo en el levigador; se rellena este último con agua nueva y se repite tres o cuatro veces la levigación hasta que el agua introducida quede limpia. El residuo arenoso lavado que queda en el levigador se coloca en una capsula, se deja secar y se pesa; por la diferencia con el peso de origen (20gr) se deduce el % arcilloso de la arena.

Levigador para determinar el contenido de arcilla

Resultado obtenido mediante le levigador VII.

CONCLUSIONES: Moldeo en arena verde se trata de un procedimiento puramente artesanal en el que la habilidad del moldeador es fundamental en el resultado final de la pieza, requiere gran especialización para un óptimo resultado. Para los procesos de fundición en arena se utiliza arena de sílice (SiO2), debido a su economía y resistencia a altas temperaturas. Uno de los factores más importantes en la selección de la arena es el tamaño del grano. Los granos finos permiten un mejor acabado superficial de la cavidad y así de la pieza; sin embargo los granos finos reducen la permeabilidad del molde. Para lograr una forma estable y mejorar la resistencia del molde la arena se mezcla de forma homogénea con bentonita la cual funciona como aglutinante. Durante el proceso se tamiza la arena, de tal forma que la arena más fina es la que entra en contacto con el modelo y la arena más gruesa da el cuerpo al molde y permite la salida de gases. También se pueden agregar resinas o aglutinantes orgánicos o inorgánicos a la arena para darle mayor resistencia durante el proceso de fundición. El contenido de arcilla en el laboratorio es de 23.7% lo cual tiene una clasificación de tierra grasa. Las arenas de fundición deben tener las siguientes cualidades: ser plásticos, tener resistencia a elevadas temperaturas, permitir la evacuación rápida de aire contenida en el molde, y ser disgregables. BIBLIOGRAFIAS:   Capello E. “tecnología de la fundición” Deslandes F. (2004)”modelos y moldes para fundición”. Ed: HISPANO AMERICANA 

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VIII.

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Diego D. (2009).”principios básicos de la arena de fundición”. http://tallerpaternal.blogspot.pe/2009/05/principios-basicos-de-arenas.html.

TALLER 

PATERNAL.

Campos Moreno A. J. (2005). “Desarrollo e implementación de pruebas de laboratorio para arenas de fundición” (tesis de grado). UNIVERSID AD CENTROAMERICANA. SAN

SALVADOR, EL SALVADOR, C.A.