OBJETIVOS
1. 2. 3. 4.
Conocer los componentes y propiedades en muestra de arena. Conocer el uso que le podemos dar a la muestra de arena. Calcular el porcentaje de humedad, Sílice Sílice y aglutinante. Determinar el tamaño de grano.
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 par a 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.
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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 compuestapor 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.
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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 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 4.1
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
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Transmitir a través de su masa las presiones aplicadas en superficie. 4.2
su
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.
4.3
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 indica 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.
4.4
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: Página 4
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 porcentajede humedad. Si la humedad es grande, queda la 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) b) c) d)
El máximo de plasticidad Máximo de permeabilidad Finura suficiente para obtener moldes lisos, netos, bellos y sólidos Una contracción lo más débil posible al secarse, de manera que evite evite toda deformación o grieta en el molde
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EQUIPOS Y MATERIALES 1. Balanza 2. Lámpara de secado 3. Elutiador 4. Juego de tamices Materiales 1. Arena para fundición 2. Sílice y bentonita puros 3. Agua
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Tamaño de grano 1. 2. 3. 4.
Pesar 100g de arena ordenar los tamizadores de acuerdo al tamaño tamaño de las mallas. Vaciar la arena en el tamiz de mayor malla y se paso a tamizar. Pesar la cantidad de arena en cada tamiz.
Determinación de la forma de grano 1. Luego de hacer el tamizado se procede a tomar una foto y analizar la forma del grano, debido a que no se cuenta con un microscopio.
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Preparación de Sílice- Arcilla 1. Tomar una muestra de 50 g, luego luego agregar 400ml de agua y el vaso agitador accionar por 5 minutos, se agita la mezcla con el aparato. 2. Sacar el vaso y agregar 400ml de agua y reposar la mezcla por 5 minutos. 3. Luego mediante un sifón botar 700ml de agua. 4. Repetir el proceso hasta que el agua sea clara. 5. La arena sedimentada se filtra y se seca a 100°C y por diferencia, diferencia, se determina el contenido de silicio.
CALCULOS DEL CUESTIONARIO 1. Temperatura de fusión de la sílice Tf =1986 K (1713 °C). 2. Porcentajes de impurezas en cada muestra DETERMINACION DE % IMPUREZAS MUESTRA SECA
SILICE
BENTONITA
% DE IMPUREZAS
46.16
38.76
7.4
16.03119584
3. Distribución del tamaño del grano analisis de arena 1 N° de malla
Peso en Tamiz(gr)
Pi
cons. Tamiz
(%)
Ki
Pi x Ki
1
0
0.00%
6
0.00
2
0.05
0.08%
12
0.60
3
5.26
8.81%
18
94.68
4
19.96
33.42%
30
598.80
5
12.44
20.83%
40
497.60
6
8.16
13.66%
50
408.00
7
8.51
14.25%
70
595.70
Página 7
8
5.02
8.40%
100
502.00
9
0.33
0.55%
140
46.20
suma
59.73
100.00%
2743.58
PESO EN TAMIZ(%)
40.00% 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 1
2
3
4
5
6
7
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8
9
120.00%
PESO ACUMULADO EN TAMIZ(%)
100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00% 1
2
3
4
5
6
7
8
9
analisis de arena 2 N° de malla
Peso en Tamiz(gr) 0.00 0.06 21.40 15.17 22.50 14.22 12.97 8.28 3.65 0.01 0.00 98.26
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 suma
Pi (%) 0.00% 0.06% 21.78% 15.44% 22.90% 14.47% 13.20% 8.43% 3.71% 0.01% 0.00% 100.00%
cons. Tamiz Ki 6 12 18 30 40 50 70 100 140 170 200
Pi x Ki 0.00 0.72 385.20 455.10 900.00 711.00 907.90 828.00 511.00 1.70 0.00 4700.62
PESO EN TAMIZ(%)
25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 1
2
3
4
5
6
7
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8
9
10 10
11
PESO ACUMULADO EN TAMIZ(%)
120.00% 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
4. Tabla para calcular Índice Índice de Finura (IF) Tamiz
Abertura de la
Nro.
malla en mm
1
6
3.360
2
12
3
K
Tamiz
Abertura de la
Nro.
m a l l a en en m m
3
2
3.15
1
1.680
5
4
1.60
5
20
0.840
10
6
1.00
9
4
30
0.590
20
10
0.63
21
5
40
0.420
30
16
0.40
32
6
50
0.297
40
20
0.315
35
7
70
0.210
50
30
0.2
56
8
100
0.149
70
40
0.16
68
9
140
0.105
100
60
0.10
117
10
200
0.074
140
80
0.086
150
11
270
0.053
200
100
0.063
164
12
Fondo
…….
300
Fondo
……..
AFS
AFS
AFS
DIN
DIN
4.1 Análisis 1:Según el IF=45.933, el tipo de arena es e s media y el tamaño del grano esta entre 0.25 y 0.50 mm
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K
275 DIN
4.2 Análisis 2:Según el IF=47.839, el tipo de arena es media y el tamaño del grano está entre 0.25 y 0.50 mm
INDICE DE FINURA IF
47.839
5. Forma del Grano
La forma del 6. ¿Cómo influye superficial?
INDICE DE FINURA IF
45.933
grano es angulosa. el tamaño del grano en el acabado
Influye en la textura textura de la superficie del molde molde por ejemplo con arena verde gruesa proporcionará una textura áspera en la superficie de la pieza. Sin embargo, el moldeo con arena seca produce piezas con superficies mucho más lisas. Para un mejor acabado de la superficie de las piezas, estas pueden ser pulidas o recubiertas con un residuo de óxidos, silicatos y otros compuestos que posteriormente se eliminarían mediante distintos procesos, entre ellos el granallado. 7. ¿Cómo influye el tamaño del grano grano en la resistencia de la arena compactada? Una disminución del tamaño de grano significa aumentar el índice de endurecimiento medido bien a partir de indicadores de resistencia, Le, sr, o bien a través de indicadores de plasticidad. 8. Dos muestras de arena que tienen el mismo índice de finura, ¿Pueden tener diferente granulometría? ¿Por qué? El índice de finura nos proporciona un tamaño de grano predominante en función del índice de finura (están relacionadas en base a rangos), es decir, si
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dos arenas tienen el mismo índice de finura, entonces NO pueden tener diferente granulometría.
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9. DIAGRAMA DE OPERACIÓN DE PROCESO PROCESO
OBSERVACIONES 1. Al momento de hacer el tamizado se debe tener cuidado al momento de pesar pesar debido a que las cantidades que se manejan son pequeñas y una perdida pequeña podrían modificar los resultados. 2. se observa que la cantidad de arena al inicio inicio es diferente a la cantidad pesada en cada tamiz, ello se puede deber a que se quedo atrapada algo de arena en las mallas de los tamices. 3. Se observa que después del tamizado en la malla N° 4 se halla una mayor cantidad de arena en contraste con lamalla N°10.
RECOMENDACIONES Página 13
1. Debería de haber más materiales para que daca grupo pueda trabajar de manera cómoda. 2. Tener cuidado al momento de pesar, debido a que se trabaja con pocos gramos de arena, y así obtener un resultado con menos margen de error.
CONCLUSIONES 1. 2. 3. 4. 5.
La temperatura de fusión de la Sílice es 1986 K (1713 °C). El índice de finura según AFS es media. La forma forma del grano es anguloso. El tamaño del grano está en el rango de 0.25 a 0.50 mm. mm. El porcentaje de impurezas es del 16.03119% 16.03119%
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ANEXOS
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. http://www.arqhys.com/construcciones/analisis-granulometrico-arena.html 2. http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_silicio_(IV) 3. http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/liq/gutierrez_f_ma/capitulo7. pdf 4. http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm04/pfcm4_3_6.html
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