Ensayos de Arena

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

CURSO

:

PROCESOS DE MANUFACTURA II / MC214

INFORME

:

ENSAYOS DE ARENA

INTEGRANTES:

ALTAMIRANO URIBE WILSER

20112085B

AÑAZGO FERNANDEZ JOSE

20110130K

CALDERON ZUÑIGA ERIK

20110124K

TICLA PUENTE PAUL

20110119G

TOMAIRO JAYO PEDRO

20101225B

YOPLA BASALDÚA J. ROGGER

20114027J

PROFESORA

:

ZEGARRA LEONOR MARIA

SECCIÓN

:

B

CICLO ACAD. 2013-II

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Página 1


INDICE INTRODUCCION OBJETIVOS FUNDAMENTO TEORICO ELEMENTOS A UTILIZAR PROCEDIMIENTO DATOS EXPERIMENTALES CALCULOS Y RESULTADOS CUESTIONARIO CONCLUSIONES REFERENCIAS

…………………………………………………………………

……………………………………….………………………..

………………………………………………………………..

…………………………………………………………………

…………………………………………………………………

………………………………………………………………...

………………………………………………………………...

…………………………………………………………………

…………………………………………………………………

………………………………………………………………..

2 3 4 6 8 11 13 21 29 30

BIBLIOGRAFICAS


Página 2


INTRODUCCION

En la preparación de moldes en la industria de la fundición se requieren materiales que desarrollen propiedades de cohesión, plasticidad y resistencia para reproducir el modelo de la pieza; deben ser refractarios, permeables para la evacuación de gases que se producen al vaciar el molde y ser disgregables para que faciliten el desprendimiento de la arena de la superficie de la pieza, estos materiales son las arenas sintéticas.


Página 3


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.

FUNDAMENTO TEÓRICO CONCEPTOS PREVIOS.



AGLUTINANTES


Página 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 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.


Página 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 

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.


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA ELEMENTOS A UTILIZAR . EQUIPOS: Balanza

Juego de Probetas


Lámpara de secado.

Apisonador

Página 7


Permeámetro

Extractor

Equipo de resistencia

MATERIALES: Sílice


Bentonita

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PROCEDIMIENTO ARENAS EN VERDE Se toma una muestra seca de 500 gr. (sílice + bentonita) determinando el % de Bentonita constante para cada grupo el cual debe de variar de acuerdo al tipo de arena a estudiar (arena grasa, semigrasa, magra o silícea).

Se determina los porcentajes de humedad

para cada miembro del grupo

calculándose la cantidad de agua con la siguiente Formula 

Peso de Agua = 500x % de humedad 

= gramos de agua

100 - % de humedad

Se procede a verificar el % humedad real tomando 20 gr., de la mezcla y lleva a la lámpara de secado aproximadamente 12 a 15 minutos, luego se procede a pesar nuevamente y por diferencia de pesos obtenemos el % de humedad real.


Página 9

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA Se procede a tomar el peso correspondiente entre 145 a 160 gr. de la mezcla para obtener la probeta de 50mm de diámetro por 50 mm de altura en el apisonador con tres golpes (se deben obtener 3 probetas), no se permite tolerancias en la altura de la probeta. En la primera probeta se mide la permeabilidad en el permeámetro tomando el tiempo que se demora en pasar 2000cc de aire a través de la probeta, tener en cuenta la posición de la aguja para arenas en verde o arenas para almas

Una vez medida la permeabilidad se procede a extraer la probeta en el extractor Inmediatamente se coloca en el equipo de resistencia, en el cual se ha colocado las mordazas para

medir la Resistencia a la Compresión, se realiza la medición

correspondiente


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA Con la segunda probeta obtenida se procede directamente a medir la Resistencia al corte A la tercera probeta en el apisonador se le da 2 golpes adicionales tomando la variación de altura por cada golpe Medir la permeabilidad después de los 5 golpes

ARENAS PARA ALMAS

Se toma una muestra seca de 900 a 1000 gramos , se varia el % de Bentonita por cada grupo y el % de humedad por integrante en concordancia con porcentajes de arenas para almas Se procede a tomar las muestras semejante a las indicaciones anteriores obteniéndose 4 probetas Se procede a un proceso de secado en el horno o al medio ambiente Luego se procede a medir la Resistencia a la compresión, resistencia a la Tracción, resistencia a la flexión , resistencia al corte.


Página 11


DATOS EXPERIMENTALES  3%BENTONITA

ALTU

PES

GOLPE

PERMEABILID

RES-

RES-

RA

O

S

AD

COM

CORT

real

mm

gr.

Nro.

Tiempo

3

3.5

50

147

3

45.12

0.50

4

3.95

50

150

3

46.29

5

4.5

50

153

3

45.19

HUMEDAD% Teoric a

Permeabilidad

4to Golpe

5to golpe

altura

altura

tiempo

0.60

49.5

49

45.23

0.52

0.62

49.5

49

47.23

0.62

0.70

49.5

49

49.81

después del 5to golpe

 4%BENTONITA HUMEDAD%

ALTU RA

Teori

PESO

GOL

PERMEABILID

RES-

RES-

4to

5to

Permeabilidad después

PES

AD

COM

CORT

Golpe

golpe

del 5to golpe

altura

altura

tiempo

real

mm

gr.

Nro.

Tiempo

3

3.44

50

147

3

47.31

0.7

0.65

49.5

49

46.61

4

4.15

50

150

3

47.00

0.7

0.65

49.5

49

46.52

5

4.7

52

153

3

47.50

0.65

0.7

51.5

51

46.47

GOL

PERMEABILID

RES-

RES-

4to

5to

Permeabilidad después

PES

AD

COM

CORT

Golpe

golpe

del 5to golpe

altura

altura

tiempo

ca

 5%BENTONITA HUMEDAD%

ALTU RA

Teori

PESO

real

mm

gr.

Nro.

Tiempo

3

3.35

50

147

3

61

0.7

0.85

50.5

49

55.00

4

3.8

50

150

3

57.68

0.4

0.5

50.5

49

46.12

5

4.75

50

153

3

47.87

0.625

0.71

49

48.5

48.27

ca


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA CALCULOS Y RESULTADOS A) PARA ARENA EN VERDE  PARA LOS DIFERENTES PORCENTAJES DE BENTONITA:  Resistencia a la compresión vs %de humedad

0.8 0.7 0.6

3% de bentonita

0.5

4% de bentonita

0.4 5% de bentonita

0.3 0.2

Linear (4% de bentonita)

0.1 0 2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

 Resistencia al corte vs % de humedad

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5

3% de bentonita

0.4

4% de bentonita 5% de bentonita

0.3 0.2 0.1 0 2.00%

3.00%

4.00%


5.00%

6.00%

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA  Permeabilidad vs %de humedad

70 60 50 40

3% de bentonita 4% de bentonita

30

5% de bentonita 20 10 0 2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

 Manteniendo la humedad constante  Resistencia a la compresión vs % bentonita

Resistencia a la compresión VS % de bentonita

3%bentonita 4%bentonita 5%bentonita

3% humedad 0.5 0.7 0.7

4% humedad 0.52 0.7 0.4

5% humedad 0.62 0.65 0.625

0.8 0.7 0.6 0.5

3% de humedad

0.4

4% de humedad

0.3

5% de humedad

0.2 0.1 0 2%

4%


6%

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA  Resistencia al corte vs % bentonita

Resistencia al corte VS % de bentonita


3% humedad 0.6 0.65 0.85

4% humedad 0.62 0.65 0.5

5% humedad 0.7 0.7 0.71

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5

3% de humedad

0.4

4% de humedad

0.3

5% de humedad

0.2 0.1 0 2%

3%

4%

5%

6%

 Permeabilidad vs % de bentonita

Permeabilidad VS % de bentonita


3% humedad 45.12 47.31 61.00


4% humedad 46.29 47.00 57.68

5% humedad 45.19 47.50 47.87

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 70 60 50 40

3% de humedad 4% de humedad

30

5% de humedad 20 10 0 2%

3%

4%

5%

6%

 % de compactación vs % de bentonita

%de compactación al 4to Golpe VS % de bentonita


3% humedad 49.5 49.5 50.5

4% humedad 49.5 49.5 50.5

5% humedad 49.5 51.5 49.0

52 51.5 51 50.5

3% de humedad

50

4% de humedad

49.5

5% de humedad

49 48.5 2%

3%

4%


5%

6%

Página 16


%de compactación al 5to Golpe VS % de bentonita


3% humedad 49.0 49.0 49.0

4% humedad 49.0 49.0 49.0

5% humedad 49.0 51.0 48.5

51.5 51 50.5 50

3% de humedad

49.5

4% de humedad

49

5% de humedad

48.5 48 2%

4%

6%

 PARA ARENA PARA ALMAS  Resistencia a la compresión vs. % de humedad

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Humedad

bentonita 8.0%

9.0%

10.0%

8%

6.75

7.30

---

9%

5.00

6.55

---

10%

7.50

6.80

---


Página 17

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 8 7 6 5 4

8% de bentonita

3

9% de bentonita

2 1 0 6%

8%

10%

12%

 Resistencia al corte vs. %humedad

RESISTENCIA AL CORTE

Humedad

bentonita 8.0%

9.0%

10.0%

8%

6.0

4.6

---

9%

6.4

5.8

---

10%

6.2

5.0

---

7 6 5 4 8% de bentonita 3

9% de bentonita

2 1 0 6%

7%

8%


9%

10%

11%

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA  Resistencia a la tracción vs. % de humedad

RESISTENCIA AL TRACCIÓN

Humedad

bentonita 8.0%

9.0%

10.0%

8%

1.1

1.5

---

9%

1.0

1.3

---

10%

1.4

1.3

---

1.6 1.4 1.2 1 0.8

8% de bentonita

0.6

9% de bentonita

0.4 0.2 0 6%

7%

8%


9%

10%

11%

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CUESTIONARIO Arenas en Verde 1. Manteniendo la humedad constante, variando la bentonita y viceversa determine la composición óptima que resista  

Resistencia a la compresión Resistencia al corte

De acuerdo a los gráficos: Experimentalmente: Resistencia a la compresión

% Bentonita 6

% Humedad 3

Resistencia al corte

6

5

2. Como varia la plasticidad (resistencia al corte) variando los componentes de la arena.

R-CORTE VS %HUMEDAD 1.1 ) 1 2 m c / 0.9 p y n t 0.8 0 0 1 * ( 0.7 E T R0.6 O C R0.5

5%BENTONITA 3%BENTONITA 6%BENTONITA 4%BENTONITA

0.4 2.5

3.5

4.5

5.5

% HUMEDAD

A partir de la gráfica % Humedad vs Resistencia al Corte, deducimos que al aumentar el % de humedad, aumenta la resistencia al corte. A su vez vemos que para un mayor % FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA bentonita le corresponde una mayor resistencia al corte. Aunque se entiende que esta tendencia será hasta llegar a cierto valor de humedad, a partir del cual comenzara a decaer la resistencia al corte. Sin embargo en nuestra grafica no se aprecia dicho valor.

3. Cuáles serían los rangos óptimos de variación de la humedad y el aglutinante para tener una buena permeabilidad.

PERMEABILIDAD VS. %HUMEDAD 50 49

D A D I 48 L I B 47 A E M46 R E P


45

4%bentonita

44 0

2

4

6

%HUMEDAD

Se aprecia que la tendencia de la gráfica % Humedad vs Permeabilidad debería de ser que para una menor humedad le corresponde una mayor permeabilidad, sin embargo nuestros datos de laboratorio no expresan dicha tendencia, los valores mas altos de


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA permeabilidad se dan alrededor del 4% de humedad. Por lo tanto una buena permeabilidad se obtendría apartir de un 4% o menos.

Permeabilidad VS % de bentonita 51 50 ) s 49 ( d a 48 d i l i b 47 a e 46 m r e 45 P

3% humedad 4% humedad 5% humedad

44 43 3%bentonita 4%bentonita 5%bentonita 6%bentonita

Porcentaje de bentonita

Al igual que con él % Humedad, la gráfica de % Bentonita vs Permeabilidad resulta con tendencias muy irregulares y diferentes que lo visto en teoría. Sin embargo se podría


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA deducir que a partir de un 4% de bentonita la permeabilidad comienza a decrecer rápidamente.

4. Considerando la clasificación de función del % de aglutinante indique usted como varían las propiedades.

) 1 2 m c / 0.9 p k ( n o 0.8 i s e r p m0.7 o C a l a 0.6 a i c n e 0.5 t s i s e R0.4

3% Humedad 4% Humedad 5% Humedad

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

% de Bentonita

Se puede notar que a mayor % de bentonita, mayor Resistencia a la Compresión. 1.1

) 2 m 1 c / p 0.9 n T 0 0.8 0 1 x ( 0.7 e t r o 0.6 C l a 0.5 a i c n 0.4 e t s i s 0.3 e R


0.2

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

% de Bentonita

Se forma una especie de campana, la cual a partir de un 4% de bentonita, aumenta la Resistencia al Corte.


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 5. Indique usted como varia el punto de templado en relación a los % de humedad y de bentonita

Como se puede apreciar, el punto de templado depende de la resistencia a la compresión en verde, por tanto es inversamente proporcional a el % de Compactación:

1.02% 1.01% n o i c 1.01% a t c a p 1.00% m o C e d 1.00% %

3% Bentonita 4% Bentonita 5% Bentonita 6% Bentonita

0.99% 0.99% 2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

% de Humedad


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 1.02% 1.01% n o i 1.01% c a t c a p 1.00% m o C e d 1.00% %


0.99% 0.99% 2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

% de Bentonita

El cual aumenta al incrementarse el % de bentonita y humedad. Por lo tanto el punto de templado disminuye al aumentar el % de bentonita y humedad.

6. Indique usted cómo influye el % de bentonita y el % de humedad en la compactación de la arena y en la permeabilidad

De lo analizado en la pregunta 3, se pudo apreciar que para porcentajes mayores a 4 % de humedad y bentonita, la permeabilidad decrece considerablemente. A partir de las gráficas % Bentonita vs % Compactación, y % Humedad vs % Compactación de la pregunta anterior, se infiere que para el % compactación es directamente proporcional a dichos parámetros, hasta cierto límite el cual no podemos determinar a partir de nuestros datos.

8.- Con todos los resultados anteriores indique usted cual es la mezcla óptima para un elementos de gran volumen , indicando las razones de l a elección Para un elemento de gran volumen se necesitara mayor permeabilidad debido a que se formaran muchos gases a la hora de la colada, por lo que la mezcla óptima para este caso es una que contenga 4% de humedad y 6% de bentonita


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 9.- Indique usted la influencia de cada componente en las propiedades de las arenas

La bentonita influye en la arena permitiéndole ser compacta y no desmoronarse, además le da a la arena cierta propiedad plástica que hace que adopte la forma de la pieza de la cual se quiere hacer el molde. La humedad por su parte incrementa la resistencia al corte de la arena mientras que su resistencia ala compresión disminuye.

Arenas para Almas 13. Indique usted como varían las propiedades de las arenas para almas en función de la variación de Bentonita 

La resistencia a la compresión varia de forma proporcional al aumento del porcentaje de bentonita ósea a mayor porcentaje de bentonita mayor será la resistencia a la compresión.



La resistencia al corte según aumenta el porcentaje de bentonita tiende a aumentar ligeramente cuando la bentonita aumenta de 3 a 4% y después disminuye y si la humedad aumenta entonces la resistencia tiende a disminuir.



La permeabilidad en general aumenta al aumentar el porcentaje de bentonita, aunque con un porcentaje bajo de humedad la permeabilidad baja.



La compactación aumenta al tener mayor % de bentonita y a mayor humedad la compactación tiende a ser constante.


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA 14. Teniendo en cuenta que se realiza un proceso de secado, antes de realizar las pruebas, el % de humedad que influencia tiene en estas arenas Como se ha podido apreciar anteriormente los valores de las propiedades decrecen con el aumento del porcentaje de humedad .Si las arenas para almas no se hubieran secado probablemente seguirían la tendencia de disminuir las propiedades conforme aumente la humedad pero como se hizo el secado se observa que las propiedades de la arena mejoran.

15. Determine las características optimas de una arena para almas Como se ha podido concluir con los gráficos las propiedades de la arena para almas aumenta con el aumento del porcentaje de la bentonita y decrece con el deceso del porcentaje de humedad, entonces: De bentonita: 9 a 9.5% y humedad de: 8 a 9%, ya que en este rango se obtienen los mayores valores, además se ve que las curvas tienden a estabilizarse en estos valores

16. Establezca la diferencia de variación de propiedades entre la bentonita y el otro aglutinante elegido No tuvimos oportunidad de observar las propiedades del otro aglutinante, pero averiguando llegamos a la conclusión, que el azúcar mejora aún más las propiedades de la arena en comparación con la bentonita.

17. De acuerdo a lo ensayado cual arena es más fuerte la arena en verde o la arena seca Se tiene que para cada porcentaje de aglutinante, existirá un determinado porcentaje de humedad para la resistencia máxima, por lo tanto si se le disminuye a cero su porcentaje de humedad (arena seca) o se le aumenta la resistencia disminuirá


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CONCLUSIONES  Tanto el contenido de agua como el de aglutinante afectan la propiedad de

cohesión.  La resistencia a compresión y resistencia a corte tendrán un punto óptimo para

cada porcentaje de bentonita. 

Existe una diferencia en la obtención del %de humedad debido a que la mezcla no fue homogénea o se realizó de tal manera que las manos transfirieron calor.



No cumplimos con la regla especificada de tomar entre 145 a 160 gramos debido a que la sílice era muy fino.



En el ajuste de gráficas para el estudio no se consideró algunos puntos, ya que estas nos conducían a un error en la t endencia de las propiedades estudiadas.


Página 28


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  Tecnología de la Fundición

Eduardo Capelo

 Tratado práctico de fundición. Editorial Aguilar, S.A.

Howard, E. D., [1962]

Ediciones, Madrid, España.


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Ensayos de Arena

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