Ensayo de Arenas

OBJETIVOS

1. 2. 3. 4. 5.

Elaborar Arena en verde Analizar la la grafica permeabilidad vs vs humedad Determinar el máximo porcentaje de humedad Analizar la grafica de resistencia resistencia de compresión compresión vs humedad Analizar la grafica de resistencia resistencia al corte vs humedad

MARCO TEORICO

1. Clases de arena Existen muchos tipos de arenas, residiendo la diferencia entre cada una en el contenido de arcilla que puedan tener y en la forma y dimensiones del grano que las construye. El uso de arenas sintéticas se ha incrementado notablemente en el último decenio, debido a las innegables ventajas que presentan respecto a las arenas naturales, en primer lugar poseen características más uniformes y por otra parte, la arena base está exenta de polvo fino, ya que el aglutinante se añade en cantidades previamente comprobadas a fin de reducir al máximo el limite de humedad y obtener no solo una refractabilidadmas elevada, sino también una mayor permeabilidad. Sin embargo en las arenas sintéticas el intervalo de humedad que permite la elaboración, es mucho más restringido que en las naturales, se secan más rápidamente y ofrecen más dificultades para el acabado y la separación de los moldes. 1.1 Arena para moldeo en verde Con la cual se confeccionan moldes en los que se efectúa la colada sin someterlos a ningún secado. Este tipo de arena implica un sistema de moldeo más económico y permite producciones en serie y un empleo menor de cajas de moldeo. A pesar de esto, no todas las piezas se pueden producir con el moldeo en verde, particularmente las piezas grandes son difíciles de hacer con este sistema. 1.2Arenas de moldeo seco

Con esta arena se hacen moldes que antes de la colada se someten a un secado, cuya finalidad es aumentar la cohesión de la arena, con el fin de que soporte mejor la acción mecánica del metal fundido, acrecentar la permeabilidad y absorber parte de los gases que se producen en el curso de la colada. 2. Composición de las arenas 2.1. Sílice 80-90% Dan refractabilidad y permeabilidad (granos grandes). El sílice resulta de la combinación de la silicio con oxigeno. La sílice es la base de las arenas de moldeo 2.2. Arcilla 4-9% Su componente principal es la caolinita. Está compuesta por Sílice y alúmina. 2.3. Agua y Minerales 2-6%: minerales complejos CaO, MgO, FeO, etc 2.4. Aglomerantes o aglutinantes: Se emplean para la preparación de las arenapara machos, o para reforzar arenas arcillosas naturales(dando origen a la arena semiaglomerada) 2.4.1 aglutinantes inorgánicos de tipo arcilloso  Arcilla, bentonitas (está constituida de montmorillonita, y se diferencia de la arcilla en que tiene una capacidad de absorción más elevada) 2.4.2 Aglutinantes inorgánicos cementosos Cemento, silicatos. 2.4.3 Aglutinantes orgánicos Cereales, lignina, melaza, alquitrán, resina, aceites. 3. Características fisicoquímicas de la arena 3.1 3.2 3.3 3.4

Análisis químico Contenido arcilloso Dimensión de los granos y su distribución Forma de los granos

4. Calificación de las arenas según tamaño del grano 4.1

Arena muy gruesa

Índice AFS inferior a 18 (granos entre 1 y 2mm) 4.2

Arena gruesa

Índice AFS comprendido entre 18 y 35 (granos entre 0.5 y 1mm) 4.3

Arena media Índice AFS comprendido entre 35 y 60 (granos entre 0.25 y 0.5mm)

4.4

Arena fina Índice AFS comprendido entre 60 y 15 (granos entre 0.10 y 0.25mm)

4.5

Arena finísima Índice AFS mayor de 150 (granos inferiores a 0.10mm)

5. Propiedades de la arena 5.1

Plasticidad Se entiende comúnmente por plasticidad de las arenas de moldeo a la aptitud de estas para reproducir los detalles de los moldeos. En realidad esta aptitud depende realmente de dos propiedades:

a. La deformabilidad  Aptitud para variar su forma. Depende del porcentaje de arcilla y humedad. b. La fluencia Transmitir a través de su masa las presiones aplicadas en su superficie. 5.2

Refractariedad Es la cualidad que presenta la arena de resistir más o menos bien, las temperaturas elevadas de los metales colados. La refractariedad viene asegurada por la sílice, cuyas características, por la parte, resultan siempre modificables por la presencia de otros elementos. También la forma y el tamaño de los granos tienen notable influencia sobre la refractariedad: los granos angulosos sinterizan más fácilmente los esféricos y los finos más que los gruesos.

El grado de refractariedad que se exige de una arena de fundición donde, naturalmente del metal que deba colarse: la arena para aceros de poder resistir temperaturas de 1350 a 1400°C, las arenas para aleaciones de metales no ferrosos, de 850 a 1400°C. 5.3

Cohesión La cohesión de una arena es consecuencia directa de la acción del aglutinante y depende de la naturaleza y contenido de este último y del porcentaje de humedad. La cohesión se puede establecer por medio de pruebas que determinan las cargas de rotura por compresión, por tracción, por flexión, la mas importante es la primera, porque inidica si la arena, al secarse, será capaz de soportar las fuerzas a que será sometido el molde ante diversas operaciones. La resistencia a la cortadura corresponde al índice de plasticidad.

5.4

Permeabilidad Se denomina permeabilidad de las arenas de moldeo a la facilidad que ofrecen de dejarse atravesar por el aire y los gases que se desprenden al realizar la colada y que proceden:

a) El aire procede del empuje del metal que lo desplaza al llenar el hueco del molde. b) Los gases proceden de la propia masa del metal y de la arena. Estos gases están formados principalmente de vapor de agua. La permeabilidad depende fundamentalmente de cuatro características de la arena: a) De su granulometría cuanto más finos sean los granos, menor será la permeabilidad. b) De la forma de los granos. Los granos redondeados dan mejor permeabilidad que los angulosos. c) De su contenido de arcilla cuanto mayor sea, más acoplados y soldados quedaran unos granos con otros y menor será la permeabilidad. d) Del porcentaje de humedad. Si la humedad es grande, queda la masa de la arena muy aglomerada e impermeable, rellenando el agua todos los huecos disponibles resultando, por tanto muy baja su permeabilidad. Las arenas de moldeo deben poseer: a) El máximo de plasticidad b) Máximo de permeabilidad c) Finura suficiente para obtener moldes lisos, netos, bellos y sólidos

d) Una contracción lo más débil posible al secarse, de manera que evite toda deformación o grieta en el molde

EQUIPOS Y MATERIALES

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Balanza. Lámpara de secado. Durómetro. Apisonador. Permeámetro. Extractor. Equipo de resistencia. Materiales 1. Sílice y bentonita puros 2. Agua

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Preparar una mezcla de 500g. 460g de sílice y 40 g de arcilla. Vaciar para cada porcentaje de humedad, ciertos ml de agua. Mezclar todo a mano. Rellenar la probeta con la mezcla. Luego se dio tres golpes con lo cual se obtuvo una probeta estándar Con la probeta hecha, medir la permeabilidad, midiendo el tiempo que demoraba en pasar 2000cc a través de la probeta. 7. Luego someter a compresión y así determinar el esfuerzo de compresión 8. Hacer otra probeta con el mismo peso y someterlo a corte para determinar el esfuerzo cortante. 9. Tomar 20 g de la muestra y colocarlo en la lámpara de secado durante 15 minutos. 10. Luego pesar la muestra y determinar el porcentaje de humedad

CALCULOS

  

(    ) (    )

1.

Graficar las propiedades ensayadas vs % de humedad 1.1 Densidad vs % de humedad 1.2 Permeabilidad vs % de humedad 1.3 Resistencia a la compresión vs % de humedad 1.4 Resistencia la corte vs % de humedad

Grupo 1Humedad vs Permeabilidad 65.00 64.50 64.00

   a     d    i 63.50     l    i     b    a 63.00    e    m    r 62.50    e    P

Humedad vs Permeabilidad

62.00 61.50 61.00  -

2

4

6

Humedad(%)

8

10

Grupo 1 Humedad vs Compresion 1.4 1.2 1

   n    o    i    s 0.8    e    r    p    m0.6    o    C

Humedad vs Compresion

0.4 0.2 0  -

2

4

6

8

10

Humedad(%)

Grupo 1 Humedad vs Corte 1.6 1.4 1.2 1

   e    t    r 0.8    o    C

0.6

Humedad vs Corte

0.4 0.2 0  -

2

4

6

8

10

Humedad(%)

Grupo 2 Humedad vs Permeabilidad 72.00 71.00 70.00

    d    a 69.00     d    i     l    i     b 68.00    a    e 67.00    m    r    e 66.00    P

Humedad vs Permeabilidad

65.00 64.00 63.00  -

2

4

Humedad(%)

6

8

Grupo 2 Humedad vs Compresion 0.9 0.8 0.7    n 0.6    o    i    s 0.5    e    r    p 0.4    m    o    C 0.3

Humedad vs Compresion

0.2 0.1 0  -

2

4

6

8

Humedad(%)

Grupo 2 Humedad vs Corte 1.4 1.2 1    e 0.8    t    r    o    C 0.6

Humedad vs Corte

0.4 0.2 0  -

2

4

6

8

Humedad(%)

2.

Tabla de datos Hum.(%)

Grupo 1

P.inicio (g)

P. final (g)

% hum. real

20 4

Compresion

corte

t.permea.(s)

1.2

1.5

47.7

19.24

3.80

20

19.25

3.75

1.01

1.25

47.36

20

18.27

8.65

0.65

0.5

49.8

20

18.952

5.24

0.8

1.2

47

20

18.9

5.5

0.53

0.98

45

20.04

18.74

6.49

0.375

1.05

48

5 8

Grupo 2 3 5 6

20

18.61

6.93

0.625

0.625

47

20.4

18.4

9.80

0.7

0.8

43

6.5 7.5

3. 

% optimo de humedad para que la arena tenga mejor permeabilidad y mejor resistencia mecánica. En la grafica del grupo 2 se puede apreciar mejor y el porcentaje optimo es aproximadamente 6%.

4.

Grafica para cada % de bentonita Para el ensayo se considero un porcentaje constante de Bentonita para ambos grupos del 8% de una muestra de 500g.

humendad vs bentonita  9.00  8.00  7.00

    )    % 6.00     (    a    t  5.00    i    n    o    t  4.00    n    e  3.00    B

humendad vs bentonita

 2.00  1.00  -

2

4

6

8

Humeda(%)

5.

Comentar; como varían las propiedades de la arena compactada con el porcentaje de bentonita. El pocentaje de bentonita fue el mismo para ambos grupos del 8%

Grupo 1 humendad vs Compresion  9.00  8.00  7.00

    )    % 6.00     (    a    t  5.00    i    n    o    t  4.00    n    e  3.00    B

Compresion vs bentonita

 2.00  1.00  0

0.5

1

Compresion

1.5

Grupo 2 humendad vs Compresion  9.00  8.00  7.00

    )    % 6.00     (    a    t    i  5.00    n    o    t  4.00    n    e  3.00    B

Compresion vs bentonita

 2.00  1.00 0

0.2

0.4

0.6

Compresion

6.

Diagrama de operaciones del proceso

0.8

1

CUESTIONARIO

Para resolver este cuestionario hacer los graficos Curva ACUMULATIVA Curva DISTRIBUTIVA 1. En concordancia con los datos obtenidos en el laboratorio, con respecto a la humedad indique  Si esta dentro del rango que se pide para arenas en verde

2. Según el contenido de aglutinante clasificar que tipo de arena es la analizada (justifique su respuesta). 3. Cual es el tamaño promedio de grano de la muestra analizada (justifique su respuesta). Y si es la correcta para utilizarla como arena de contacto 4. Teniendo en cuenta la distribución de los granos en la malla indique usted como influye en la cohesión de la arena (justifique su respuesta). 5. Indique usted de acuerdo a los laboratorios realizados si 2 arenas con el mismo Índice de Finura, pueden tener diferente granulometría? ( explique su respuesta) 6. cual es la que tiene la distribución de granos mas favorable para un proyecto que tiene un gran volumen 7. cual es la distribución de granos es mas favorable para un proyecto de pequeño volumen 8. Se puede variar el Índice de Finura? Como 9. El variar el IF como varian las curvas acumulativa y distributiva 10. Indique usted la influencia de cada componente en las propiedades de las arenas 11. Indique usted si el tamaño del modelo o proyecto tiene alguna relación con el % de humedad 12. Indique usted si el tamaño del modelo tiene alguna relación con el,% de aglutinante 1. Indique Ud. la composición de la muestra analizada.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Grupo

% Bentonita

Grupo1 Grupo2 Grupo3 Grupo1 Grupo2 Grupo3 Grupo1 Grupo2 Grupo3 Grupo1

3 4 5 3 4 5 3 4 5 3

% Humedad Real Teórica 3 3 3 4.5 3 3.5 4 4 4 5 4 4 5 5 5 5.5 5 5 6 6

11

Grupo2

4

6

6

2. En concordancia con los datos obtenidos en el laboratorio, con respecto a la humedad indique: 1. Si está en el rango que se pide para arenas en verde. El % humedad para arenas en Verde o magras esta dentro del 5% - 8% de humedad. Del grafico se observa que solo 7, 8, 9, 10, 11 son arenas verdes.

3. Según el contenido de aglutinante clasificar que tipo de arena es la analizada (justifique su respuesta). Del grafico brindado por teoría 0  –  5% Arena Silícea 5  –  8% Arena Magra Del grafico se observa que son: Arena Silícea 1 2 4 Arena Magra 3 6 9

5

7

8

10

11

Las arenas de moldeo sintéticas se preparan artificialmente mezclando arena y sílice en las  proporciones más convenientes. Las mejores arcillas para la preparación de arcillas sintéticas son las  bentonitas, que son arcillas coloidales con partículas de tamaño inferior al de las arcillas de las arenas de moldeo naturales y que además tienen una gran capacidad de absorción del agua.

4.- ¿Cuál es el tamaño promedio de grano de la muestra analizada (justifique su respuesta)? K

Tamiz 5 11.3 20 30 40 50 70 100 123 140 300 AFS

Masa (gr.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0.1 0.6 6.7 5 5.1 7.9 9 3.9 0 1.3 0.9

Masa silia= 40.5 gr.

Hallando el tamaño promedio:  

∑    

Donde: mi: masa para el tamiz i=1,2,3,4,…11 di: abertura de cada tamiz MT: masa total  

                       

   

Ahora verificamos utilizando el índice de finura: Arena Verde IF= 

  

Como 35