Curvas de Enfriamiento

Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”

Vicerrectorado Barquisimeto Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Curvas de enfriamiento

AUTORES Oriana Amache C.I 20.922.372 Exp. 20091-0013 Félix Yépez C.I 17307703 Exp. 20041-0412 Laboratorio de Metalurgia Física II Sección 02 Prof. Yraima Rico Barquisimeto, 20 de Junio del 2012

Introducción

Las curvas de enfriamiento son una representación gráfica de la temperatura (T o Tº) de un material frente al tiempo (t) conforme este se enfría . En el siguiente informe estudiaremos las curvas de enfriamiento de algunos metales puros y una aleación plomoestaño (Pb-Sn). En el caso de los metales puros estudiaremos la velocidad en el cual solidifica así como la temperatura en la cual ocurre este fenómeno lo cual nos llevara a identificar el metal en estudio, en el caso de la aleación estudiaremos la velocidad de solidificación y la temperatura en que se da este proceso lo que permitirá identificar la composición química de cada uno de los elementos que componen dicha aleación.

Definiciones

-

Curvas de Enfriamiento: Son una representación gráfica de la temperatura (T o Tº) de un material frente al tiempo (t) conforme este se enfría.

-

Metal Puro:

Se llama metal a los elementos químicos caracterizados por ser

buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos

en

temperaturas

normales

(excepto

el

mercurio); mercurio) ;

sus

sales

forman iones electropositivos (cationes) en disolución. -

Aleación Metálica: es una mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.

-

Temperatura de Fusión: es la temperatura a la cual encontramos el equilibrio de fases sólido - líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

Procedimiento Experimental Experiencia Nº 1

1. Se procedió a fundir tres muestras de tres metales diferentes en un horno. 2. Se sacó cada muestra después de fundidas individualmente. 3. Luego se procedió a enfriar cada muestra para ello se conectó un termopar entre dichas muestras y un graficador para curvas de enfriamiento este era un tipo K. 4. Posteriormente se observó el comportamiento de cada curva de enfriamiento mientras las muestras iban solidificando. 5. Se analizó cada curva de enfriamiento para ello se calculó la temperatura en el cual comenzó la solidificación de cada muestra y la temperatura a la cual este proceso finalizo, así como la velocidad a la cual ocurrió dicho fenómeno. 6. Luego de analizar las tres curvas se procedió a identificar el metal que se estaba tratando en cada muestra.

Experiencia Nº 2

1. Se procedió a fundir cuatro aleaciones de plomo-estaño (Pb-Sn) de diferentes composiciones. 2. Se sacó cada muestra después de fundidas individualmente.

3. Luego se procedió a enfriar cada muestra para ello se conectó un termopar entre dichas muestras y un graficador para curvas de enfriamiento este era un tipo K. 4. Posteriormente se observó el comportamiento de cada curva de enfriamiento mientras las muestras iban solidificando. 5. Se analizó cada curva de enfriamiento para ello se calculó la temperatura en el cual comenzó la solidificación de cada muestra y la temperatura a la cual este proceso finalizo, así como la velocidad a la cual ocurrió dicho fenómeno. 6. Luego de analizar las tres curvas se procedió a identificar las composiciones de cada aleación de Pb-Sn estudiada.

Resultados y Análisis de Resultados

Curva de Enfriamiento Experimento 1 Experimento 1 ºC

500

seg

443

443

0

400

332

67

300

332

140

261

210

332

332 261

200 100 0 0

67

140

210

En la curva de enfriamiento del experimento 1 se observa que presenta una zona isotérmica a temperaturas relativamente altas, lo cual indica que se trata de un metal puro. Considerando que el experimento se realizó a temperatura ambiente, el cero de referencia toma esta temperatura (25ºC). La isoterma observada es de 332ºC. Comparando con los elementos metálicos de la tabla periódica, se puede observar que los resultados obtenidos en cuanto a la temperatura de fusión del elemento, se aproximan a los valores mostrados por el plomo.

Curva de Enfriamiento Experimento 2 Experimento 2 ºC

seg

613

0

411

156

411

335

387

369

700 613

600 500

411

400

411

387

300 200 100 0 0

156

335

369

En la curva de enfriamiento del experimento 2 se observa al igual que en la anterior una zona isotérmica a temperaturas relativamente altas, lo que indica tratarse de un metal puro. La isoterma observada es de 411ºC. Comparando con los elementos metálicos de la tabla periódica, se puede decir que los resultados obtenidos en cuanto a la temperatura de fusión del elemento, se aproximan a los valores observados en el zinc en la tabla periódica.

Curva de Enfriamiento Experimento 3 400

378

350 300 250

Experimento 3 ºC

seg

378

0

232

125

232

323

217

356

232

200

232

217

150 100 50 0 0

125

323

356

En la curva de enfriamiento del experimento 3 se observa al igual que en la anterior una zona isotérmica a temperaturas relativamente altas, lo que indica tratarse de un metal puro. La isoterma observada es de 232ºC. Comparando con los elementos metálicos de la tabla periódica, se puede decir que los resultados obtenidos en cuanto a la temperatura de fusión del elemento, se aproximan a los valores observados por el estaño en la tabla periódica.

Aleación 1 ºC

seg

449

0

217

202

177

350

Curva de Enfriamiento Aleación 1 500 449

177

549

400

152

604

300 217

200

177

177

152

100 0 0

202

350

549

604

En este caso se observan varios cambios de pendiente lo que nos indica tratarse de una aleación, ya que no posee una temperatura de solidificación específica. El primer cambio de pendiente a 217°C y representa el comienzo de la solidificación, a 177°C se observa una línea horizontal que representa una reacción

isotérmica

que

por

tratarse de una aleación Pb-Sn se trata de una reacción eutéctica (Pb)

( (Sn)).

+

Luego

(L



de

transcurrido un tiempo (199seg) se observa

la

culminación

de

la

solidificación. Ubicandonos en el diagrama observamos

de

equilibrio que

existen

Pb-Sn dos

posibles aleaciones para la temperatura a la que comienza la solidificación: 48%Pb-52%Sn (Hipoeutéctica) o 16%Pb-84%Sn (Hipereutéctica).

Aleación 2 ºC

seg

387

0

207

186

177

423

177

491

167

514

Curva de Enfriamiento Aleación 2 500 400

387

300 207

200

177

177

167

100 0 0

186

423

491

514

Al igual que en el caso anterior se observan varios cambios de pendiente lo que nos indica tratarse de una aleación, ya que no posee una temperatura de solidificación específica. El primer cambio de pendiente a 207°C y representa el comienzo de la solidificación, la reacción isotérmica se observa a 177ºC que por tratarse de una aleación Pb-Sn se trata de una reacción eutéctica

(L



(Pb) +

(Sn)). Luego de transcurrido un tiempo (68seg) se observa la culminación de la solidificación. Ubicandonos en el diagrama de equilibrio Pb-Sn observamos que existen dos posibles aleaciones para la temperatura a la que comienza la solidificación: 45%Pb-55%Sn (Hipoeutéctica) o 21%Pb-79%Sn (Hipereutéctica).

Aleación 3

Curva de Enfriamiento Aleación 3

ºC

seg

334

0

172

185

172

391

350

152

436

300

400 334

250 200

172

150

172

152

100 50 0 0

185

391

436

Al observar esta curva podemos decir que se trata de la curva de enfriamiento de una aleación a la composición eutéctica, ya que presenta una temperatura de solidificación específica. Según la curva el eutéctico se encuentra a 172ºC y observando en el diagrama de fases Pb-Sn obtenemos que la composición de la aleación es de 38%Pb-62%Sn (Eutéctica )

Aleación 4

Curva de Enfriamiento Aleación 4

ºC

seg

358

0

301

59

400

281

176

350

157

436

300

358 301

281

250 200

157

150 100 50 0 0

59

176

436

En esta curva observamos que no presenta lineas horizontales isotérmicas, lo que indica tratarse de una aleación no eutéctica. Se tiene que la solidificación comienza a 301ºC, representado por el primer cambio de pendiente; luego la solidificación culmina a 281ºC y se ve representado por el segundo cambio de pendiente, observandose un pequeño rango de solidificación. Ubicandonos en el diagrama Pb-Sn se tiene que esta aleación

corresponde

a

la

composición de 91%Pb-9%Sn. curva

solo

indica

La

el

comportamiento hasta 157ºC, si

se

fuece obtenido la curva al menos hasta unos 130ºC se observaría la transformación en solido dada a aproximandamente 140º debido a variación de la solubilidad .

la

Conclusiones 1. Se concluye que las curvas de enfriamiento son una representacion grafica del comportamiento del proceso de solidificacion de un metal o una aleacion ya que nos permite identificar que tiempo y a que temperatura ocurre dicho fenomeno. 2. Se pudo observar que al solidificar un metal puro la curva de enfriamiento esta arrojaba una temperatura constante esto debido al calor latente de fusion emitido por el metal mientras solidificaba al terminar este proceso notamos un cambio de pendiente. 3. Se observo que al solidificar la aleacion Pb-Sn esta presentaba varios cambios de pendiente esto se debe que a medida que la aleacion se enfriaba sufria varias transformaciones es decir el cambio de pendiente correspondia a cada cambio de fase que la aleacion sufria. 4. Se pudo notar tambien que la aleacion mientras solidificaba en algunos casos presentaba una linea constante en un intervalo de tiempo esto se debia que estaba sufriendo la transformacion eutectica.