Informe De Ensayos Para Arena.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFORME DE ARENA PARA ALMAS INTEGRANTES  Carbajal Villafranca Hector Antony

20160154K

 De la mata Espinoza Carlos

20141185A

 Gaspar Condor Joseph Toshi

20142599D

 Jamanca Durand Diego Andrés

20130192A

 Molina Moscosos Dennis Ahmed

20112050D

Curso: Procesos de Manufactura II Profesor: Alejandro Salazar Bobadilla Sección: “B” Fecha de entrega: 25/10/2018 Ciclo: 2018-2

I.

RESUMEN TÉCNICO

El presente informe hace un resumen de la experimentación realizada en el laboratorio del curso de Procesos de Manufactura II; en el cual, se realizó la toma de muestras de diversas composiciones de arenas para fundición, con el motivo de verificar la variación de las propiedades de la misma y conocer los procedimientos bajo los cuales se logran hallar estas propiedades. Se asignó una cantidad de componente bentonita a cada grupo, y se realizaron probetas variando las humedades por cada miembro del grupo; posteriormente se tomaron muestras para hallar las cantidades exactas de cada componente y se realizaron ensayos de compresión y corte y flexión. Se logró obtener un comportamiento variante con la humedad y el porcentaje de bentonita usados por cada grupo, ayudándonos a entender la importancia de este análisis en el proceso de fundición y se tomaron los datos pertinentes que serán analizados y comparados en las siguientes páginas.

II.

OBJETIVOS El presente laboratorio tiene como objetivo demostrar la variación de las

propiedades de las arenas, con relación a los diferentes porcentajes de sus componentes.

III. MARCO TEÓRICO 1) SOBRE LA ARENA La arena es un mineral refractario cuyo tamaño de grano varía entre 0.5 y 2mm. De los granos de cuarzo se forma la arena o sílice que contiene teóricamente 100% de Sio2 y cuyo punto de fusión está comprendido entre 1450ºC y 1750ºC; su densidad es de 2.6 gr/cm2 y tiene alta resistencia mecánica en caliente por lo que se emplea para la construcción de hornos de coque. Hay dos tipos de arenas silíceas: 

Arena silícea natural, tal como se encuentra en el yacimiento, en canteras, en las orillas del mar, de lagos, de ríos, etc.



Arena lavada, obtenida al eliminar por lavado, los minerales arcillosos y parte de las impurezas.

Arena sintética; se refiere generalmente a la arena preparada artificialmente mediante la adición de arcillas aglutinantes apropiadas. El color de las arenas varía desde el blanco puro hasta el rojo fuerte o pardo, según las impurezas presentes.

2) PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS ARENAS DE MOLDEO CARÁCTER REFRACTARIO: Es la capacidad de la arena para mantener su integridad. En otras palabras, la arena del molde no se funde, tuerce ni se deforma en presencia de altas temperaturas. La refractariedad de una arena se determina por la temperatura a que puede someterse sin presentar signos de fusión. La refractariedad viene asegurada por la sílice cuyas características por otra parte resultan siempre modificadas por la presencia de otros elementos. La vitrificación de una arena disminuye en proporción inversa a su contenido en otros materiales.

También la forma y el tamaño de los granos tiene una notable influencia sobre la refractariedad: Los granos angulosos sellan más fácilmente que los esféricos, y los finos más que los gruesos.

COHESIÓN O RESISTENCIA: 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 las pruebas que determinan las cargas de ruptura por compresión y por tracción. La más importante es la primera, porque indica si la arena, al moldearse, será capaz de soportar las fuerzas a que será sometido el molde durante las diversas operaciones. La resistencia a la cortadura corresponde al índice de plasticidad. La forma de los granos también influye sobre la cohesión. En igualdad de otras condiciones, una arena de granos angulosos presenta una cohesión menor que una arena de granos redondos, porque en estas últimas las superficies de contacto son mayores.

PERMEABILIDAD: La permeabilidad es la propiedad que permite a la arena ser atravesada por los gases y que permite la evacuación de estos del molde en el momento de la colada. La permeabilidad tiene una enorme importancia: si es escasa, la evacuación del gas resulta muy difícil o casi imposible, provocando la ebullición del metal líquido y la consiguiente formación de sopladuras de la pieza. La permeabilidad queda establecida en función del volumen de los huecos existentes en una aglomeración de arena. En consecuencia, depende de la forma, del tamaño y de la distribución de los granos, y es siempre mayor en una arena de granos gruesos que en una de granos finos. Una arena de granos muy uniformes (distribuida entre un número limitado de cedazos adyacentes) es más permeable que otra que en igualdad de índice de grosor tenga los granos de tamaños menos uniformes.

MOLDABILIDAD: La moldeabilidad de una arena de fundición, gracias a esta se llenan todos los huecos del modelo y se desliza hacia la superficie del mismo y no necesariamente en la dirección del atacado. Es evidente que cuanto mayor sea la capacidad de deslizamiento de la arena, tanto más fácilmente podrá ser comprimida en sus justos límites, mientras que, si es poco deslizante, la dureza del molde en determinados puntos del mismo puede resultar insuficiente para resistir la acción mecánica del metal líquido, con posibilidad de defectos.

Naturalmente un grado excesivo de deslizamiento es perjudicial porque, en tal caso, la arena con un atacado normal, se comprime demasiado, el molde resulta excesivamente duro y no puede absorber la dilatación que provoca en la arena la acción del calor. De este modo se pueden producir grietas en la superficie del molde, con los consiguientes defectos en la pieza.

TIPOS DE ARENA DE MOLDEO: 1. Según el contenido de arcilla Mezcla Magra: 4-8% de arcilla, también llamadas arenas verdes. Se utilizan en su estado natural de humedad y arcilla. Contiene la cantidad adecuada de arcilla para ser utilizada en la elaboración de moldes. Semiarcillosas o semigrasas, 8-10% Grasas: También llamadas arenas secas. Poseen más del 18% de arcilla. Estos moldes que después de confeccionados se llevan a un proceso de secado. Se utiliza mucho en piezas grandes. Se logra mayor exactitud dimensional, mayor resistencia y cohesión de la arena y mayor permeabilidad. 2. Según su origen - Naturales: Arena que se utiliza tal como se encuentra en el yacimiento. - Sintéticas: Se preparan artificialmente mezclando sílice pura con agua y con aglutinante y/o aglomerante adecuado. 3. Según se les haya empleado o no en el proceso - Nueva: Es aquella que se va a emplear por primera vez en el proceso - Vieja: Arena usada en coladas anteriores y es reutilizada. 4. Según su aplicación en el moldeo De contacto: Son arenas preparadas con calidades especiales que se usan para formar una pequeña capa sobre el modelo. De relleno: Son arenas viejas procedentes del desmoldeo que se utilizan para complementar el llenado del molde a continuación de la arena de contacto 5. Según su utilización. Para moldes. Para machos. 6. De acuerdo al tamaño de grano. Análisis granulométrico de la arena:

Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados finos deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril óptimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y de otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los requisitos de la norma ASTM C 33, permiten un rango relativamente amplio en la granulometría del agregado fino, pero las especificaciones de otras organizaciones son a veces más limitantes. La granulometría más conveniente para el agregado fino, depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y del tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que más se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo más conveniente para lograr una buena trabajabilidad.

Módulo de finura de la arena: El módulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100. Las mallas que se emplean para determinar el módulo de finura son la de 0.15 mm (No.100), 0.30 mm (No.50), 0.60 mm (No.30), 1.18 mm (No.16), 2.36 mm (No.8), 4.75 mm (No.4), 9.52 mm (3/8”), 19.05 mm (3/4”), 38.10 mm (1½”), 76.20 mm (3”), y 152.40 mm (6”). El módulo de finura es un índice de la finura del agregado, entre mayor sea el módulo de finura, más grueso será el agregado. Diferentes granulometrías de agregados pueden tener igual módulo de finura. El módulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto.

IV. EQUIPOS A USAR 

Balanza



Lámpara de secado



Juego de Probetas



Apisonador



Durómetro



Permeámetro



Extractor



Equipo de resistencia

V.

MATERIALES A UTILIZAR



Sílice



Bentonita



Agua

VI. PROCEDIMIENTO a) ARENAS EN VERDE I.

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). II.

Se determina los porcentajes de humedad para cada miembro del grupo calculándose la cantidad de agua con la siguiente Fórmula: Peso de Agua = 500x % de humedad

= gramos de agua

100 - % de humedad III.

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.

IV.

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.

V.

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.

VI. VII.

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. VIII.

Con la segunda probeta obtenida se procede directamente a medir la Resistencia al corte.

IX.

A la tercera probeta en el apisonador se le da 2 golpes adicionales tomando la variación de altura por cada golpe.

X.

Medir la permeabilidad después de los 5 golpes.

b) ARENA PARA ALMAS Se toma una muestra seca de 900 gramos , se varia el % de Bentonita por cada grupo y el % de humedad por integrante en concordancia con porcentajes de arenas para almas I.

Se toma una muestra seca de 900 gramos , se varia el % de Bentonita por cada grupo y el % de humedad por integrante en concordancia con porcentajes de arenas para almas.

II.

Se procede a tomar las muestras semejante a las indicaciones anteriores obteniéndose 4 probetas.

III.

Se procede a un proceso de secado en el horno o al medio ambiente.

IV.

Luego se procede a medir la Resistencia a la compresión, resistencia a la Tracción, resistencia a la flexión , resistencia al corte.

V.

Por sección se tomaran 2 aglutinantes diferentes a la bentonita y se realizara las pruebas pertinentes.

VII. DATOS OBTENIDOS El siguiente cuadro presenta los datos obtenidos en el laboratorio de análisis de arenas, se nos asignó un 4.5% de bentonita y se varió la humedad (teórica) de acuerdo a la siguiente tabla. Junto a esta humedad y tras el primer procedimiento detallado en el capítulo anterior se logró obtener la humedad real.

ARENA PARA ALMAS BENTONITA 9% SILICE AGLUTINANTE (Bentonita) HUMEDAD% Teórica 9 10 11 12

Porcentajes Masas 91% 819 gr. 9% 81 gr. PESO gr. 158 160 162 164

RES-CORT RES-FLEX (kp/cm2) (kp/cm2) no se realizó 0.5 no se realizó 0.3 no se realizó 0.4 no se realizó 0.45

RES-COM (kp/cm2) 9.8 5.8 7.7 8.6

BENTONITA 10% SILICE AGLUTINANTE (Bentonita) HUMEDAD% Teórica 9 10 11 12

Porcentajes 90% 10% PESO gr. 160 162 164 166

Masas 810 gr. 90 gr. RES-FLEX (kp/cm2) 0.33 0.28 0.30 0.32

RES-CORT RES-COM (kp/cm2) (kp/cm2) 1.0 32 1.2 31 1.1 29 1.3 34

BENTONITA 11% SILICE AGLUTINANTE (Bentonita) HUMEDAD% Teórica 9 10 11 12

Porcentajes Masas 89% 801 gr. 11% 99 gr. PESO RES-CORT gr. (kp/cm2) no se realizó 162 no se realizó 164 no se realizó 166 no se realizó 168

RES-FLEX RES-COM (kp/cm2) (kp/cm2) 0.5 1.24 0.6 1.37 0.7 1.4 0.75 1.35

VIII. CUESTIONARIO ARENA PARA ALMAS Para los diferentes % s de aglutinante PARA BENTONITA 9%  Resistencia a la compresión vs. % de humedad

RESIST. A LA COMP. VS %H. 12 10 8 6 4 2

0 0

2

4

6

 Resistencia al corte vs, % de humedad  Resistencia a la tracción vs % de humedad  Resistencia a la Flexión vs. % de humedad

8

10

12

14

RESIST. A LA FLEXIÓN VS %H 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

10

12

14

12

14

PARA BENTONITA 10%  Resistencia a la compresión vs. % de humedad

RESIST. A LA COMP. VS %H. 35 34 33 32 31 30 29 28 0

2

4

6

8

10

 Resistencia al corte vs, % de humedad

RESIST. AL CORTE. VS %H . 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

2

4

6

8

10

12

14

12

14

 Resistencia a la tracción vs % de humedad  Resistencia a la Flexión vs. % de humedad

RESIST. A LA FLEXIÓN VS %H 0.34 0.33 0.32 0.31 0.3 0.29 0.28 0.27

0

2

4

6

8

10

PARA BENTONITA 11%  Resistencia a la compresión vs. % de humedad

RESIST. A LA COMP. VS %H. 12 10 8 6

4 2 0 0

2

4

6

8

10

12

14

12

14

 Resistencia al corte vs, % de humedad  Resistencia a la tracción vs % de humedad  Resistencia a la Flexión vs. % de humedad

RESIST. A LA FLEXIÓN VS %H 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

10

Manteniendo la humedad constante PARA %H: 9%  Resistencia a la compresión vs % bentonita

RESIST. A LA COMP. VS %BENTONITA 35

30 25 20

15 10 5

0 0

2

4

6

8

10

12

 Resistencia al corte vs % bentonita  Resistencia a la tracción vs % de humedad  Resistencia a la Flexión vs. % de humedad

RESIST. A LA FLEXIÓN. VS %H 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

10

PARA %H: 10%  Resistencia a la compresión vs % bentonita

RESIST. A LA COMP. VS %BENTONITA 35 30 25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10

12

10

12

 Resistencia al corte vs % bentonita  Resistencia a la tracción vs % de humedad  Resistencia a la Flexión vs. % de humedad

RESIST. A LA FLEXIÓN. VS %H 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

PARA %H: 11%  Resistencia a la compresión vs % bentonita

RESIST. A LA COMP. VS %BENTONITA 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

2

4

6

8

10

12

10

12

 Resistencia al corte vs % bentonita  Resistencia a la tracción vs % de humedad  Resistencia a la Flexión vs. % de humedad

RESIST. A LA FLEXIÓN. VS %H 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

PARA %H: 12%  Resistencia a la compresión vs % bentonita

RESIST. A LA COMP. VS %BENTONITA 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10

12

 Resistencia al corte vs % bentonita  Resistencia a la tracción vs % de humedad  Resistencia a la Flexión vs. % de humedad

RESIST. A LA FLEXIÓN. VS %H 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

10

12

14

1. Con los datos y las curvas obtenidas para arenas para almas hacer un cuadro que permita determinar la composición óptima para cada propiedad, así como la variación de las mismas en relación a los diferentes porcentajes de los componentes 

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 9 9.8 5.8 7.7 8.6

10 32 31 29 34

11 1.24 1.37 1.4 1.35

9 no se realizó no se realizó no se realizó no se realizó

10 1.0 1.2 1.1 1.3

11 no se realizó no se realizó no se realizó no se realizó

9 0.5 0.3 0.4 0.45

10 0.33 0.28 0.30 0.32

11 0.5 0.6 0.7 0.75

%HUMEDAD \%BENTONITA 9 10 11 12 

Resistencia a la tracción.



Resistencia al corte

%HUMEDAD \%BENTONITA 9 10 11 12 

Resistencia a la flexión

%HUMEDAD \%BENTONITA 9 10 11 12

2. Teniendo en cuenta que se realiza un proceso de secado, antes de realizar las pruebas , el % de humedad que influencia tiene en estas arenas. Influye de distintas maneras en las diferentes propiedades y dependiendo de la composición como se observa en las gráficas realizadas antes, como por ejemplo con 9% de bentonita se observa que las resistencias a la compresión y a la flexión disminuyen a medida que aumenta el porcentaje de humedad; con 10% de bentonita se observa que las resistencias a la compresión, al corte y a la flexión disminuyen hasta 11% de humedad y luego aumentan; y finalmente con 11% de bentonita se observa que las resistencias a la compresión aumentan para luego disminuir y las resistencias a la flexión crecen junto con el porcentaje de humedad.