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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA

INFORME DE LABORATORIO N°1 ANALISIS DE ARENA Curso: Procesos de Manufactura Código del curso: MC-216 B Docente: Salazar Bobadilla Grupo ejecutor:

Rodriguez Yaguno, Joseth German

20142096B

Iglesias Reyes, Kevin Manuel

20140059B

2017 MC216 2017

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INDICE

OBJETIVOS

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FUNDAMENTO TEÓRICO

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EQUIPOS Y MATERIALES

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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DATOS

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CUESTIONARIO

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RECOMENDACIONES, CONCLUSIONES

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LABORATORIO DE MOLDEO Y COLADA

Objetivos  Calcular si los agregados se encuentra en los límites para hacer un buen diseño de mezcla.  Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños del agregado (fino y grueso) y con estos datos construir la curva distributiva.  Determinar mediantes el proceso de tamizado la gradación que existe en una muestra de agregados.  Considerar que una buena granulometría es aquella que está constituida por partículas de diferentes tamaño, de tal manera que los vacíos dejados por las de mayor tamaño sean ocupadas por otras de menor tamaño y así sucesivamente.

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Fundamento Teórico Propiedades y características de las arenas de moldeo Carácter refractario Es la capacidad de 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 al cual se 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. La vitrificación de la arena disminuye en proporción inversa a su contenido en otros materiales. También en la forma y 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 y resistencia La cohesión de una arena es consecuencia directa de la acción aglutinante y depende de la naturaleza y de esta último y del porcentaje de humedad. La cohesión se puede establecer mediante las pruebas que determinan las cargas de ruptura por compresión y tracción. La más importante es la primera, por que indica si la arena, al moldearse, será capaz de soportar, las fuerzas a las 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. MC216 2017

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La permeabilidad tiene una enorme importancia, porque si es escasa, la evacuación del gas resulta muy difícil o casi imposible, provocando la ebullición del metal líquido y por consiguiente la 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 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 en un número limitado de cedazos adyacentes) es más permeable que otra en igualdad de índice de grosor que tenga los granos menos uniformes. Moldibilidad La moldibilidad de una arena de fundición, gracias a esta se llena todos los huecos del molde y se deslizan hacia la superficie del mismo y no necesariamente en la dirección del atacado. Es evidente que cuando mayor sea la capacidad de deslizamiento de la arena, tanto más fácil podrá ser comprimida en sus justos limites, mientras que, si es poco deslizante, la dureza del modelo en determinados puntos del mismo puede resultar ineficiente 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 en un atacado normal se comprime demasiado, entonces el molde resulta excesivamente duro y no puede absorber la dilatación provocada en la arena por la acción del calor. De este modo se pueden producir grietas en la superficie del molde, por consiguiente defectos en la pieza.

Tipos de arenas de moldeo 1. Según el contenido de arcilla Mezcal magra: 4-8% de arcilla, también llamadas arenas verdes. Se utilizan en su estado natural de humedad y de arcilla. Contiene la cantidad adecuada de arcilla para ser utilizada en la elaboración de moldes. Semiarcillosas o semigrasas: 8-10% de arcilla Grasas: También llamadas arenas secas. Poseen más del 18% de arcilla. Estos moldes que después de ser confeccionados se llevan a un proceso de secado. Se MC216 2017

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utilizan mucho en piezas grandes. Se logra mayor exactitud dimensional, mayor resistencia de 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 mezclado sílice con agua y con aglutinantes y/o aglomerados adecuados. 3. Según se le haya empleado o no en el proceso Nueva: Es aquella que se va a emplear por primera vez en el proceso. Vieja: Arena que es usada en coladas anteriores y es reutilizada. 4. Según su aplicación en el moldeo De contacto: Son arenas preparadas con calidades especiales que se utilizan para formar una pequeña capa sobre el moldeo. De relleno: Son arenas viejas procedentes del desmolde que se utilizan para rellenar el complementado del molde a continuación de la arena de contacto. 5. Según su utilización Para moldes. Para machos. 6. De acuerdo al tamaño del 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 5 mm. 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, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento. Las partículas del agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los requisitos de la norma ASTM C MC216 2017

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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 buen trabajo. Módulo de finura de la arena: El módulo de finura (FM) de 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 de 0.15 mm (N° 100), 0.30 mm (N° 50), 0.60 mm (N° 30), 1.18 mm (N° 16), 2.36 mm (N° 8), 4.75 mm (N° 4), 9.52 mm (3/8’’), 19.05 mm (3/4’’), 38.10 mm (1 1⁄2’’), 76.20 mm (3’’), 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 de las mezclas de concreto.

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Equipos y Materiales Equipos o Elutiador o Horno o Juego de tamices o Balanza electrónica Materiales o Sílice y bentonita puro o Arena para fundir

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Procedimiento  Determinación del porcentaje de humedad Se toma una mezcla de arena de arena de 20 gr. y se lleva a una lámpara de secado durante 15 minutos, luego se procede a pesar la muestra seca y por diferencia de pesos se determina la humedad.

 Determinación del porcentaje de sílice y bentonita Se toma una muestra de 50 gr. (muestra total) que se somete a un proceso de lavado en el elutiador de la siguiente manera. A la muestra se le agrega 700 cc de agua. Se procede a agitar el elutiador de 2 a 3 minutos. Se agrega 200 cc más de agua a la lámpara de secado. Se deja que decante 1 minuto. Se repite el procedimiento hasta obtener sílice pura. Una vez obtenida sílice pura se lleva a lámpara de secado y luego se pesa. Por diferencia se obtiene el peso de bentonita (considerar la cantidad de agua ya determinada para el cálculo) y de acuerdo al cuadro 1 determinar el tipo de arena. MC216 2017

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 Determinación del índice de finura La sílice obtenida se tamiza. Se procede a pesar las cantidades de sílice de acuerdo al tamiz determinado donde queda alojado. Se aplica la fórmula para un promedio ponderado. 𝐼𝐹 =

∑ 𝑃𝑖 × 𝐾𝑖 ∑ 𝑃𝑖

𝑃𝑖 = Porcentaje de peso en función de la muestra total. 𝐾𝑖 = Constante de malla (ver cuadro N° 2) De acuerdo al cuadro N° 3 se determina el índice de finura y el tamaño promedio del grano.

 Determinación de la forma del grano Luego de pesar la sílice de cada tamiz se procede a ver en el microscopio la forma que presenta el grano.  Verificación de resultados De acuerdo a los resultados obtenidos preparar una muestra semejante con los componentes no usados y verificar los resultados.

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 Diagrama de operaciones (flujo)

Datos Malla N° 6 12 18 30 40 100 140 170 200 Fondo

Peso (gr.) 6.95 11.46 7.53 11.30 3.90 5.96 0.84 1.43

K 5 10 20 30 70 100 140 200

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Cuestionario 1) Temperatura de fusión de la sílice: 1.414 °C 2) Porcentaje de impurezas de la muestra. DETERMINACION DE %SILICE Y %BENTONITA Muestra analizada: 𝑀𝑇 = 50 𝑔𝑟. Muestra analizada: 𝐻

3.25

𝑀𝐻 = 50 × 100 = 50 × 100 = 1.625 𝑔𝑟 Peso de sílice: 40.84 𝑔𝑟.

%𝑆𝐼𝐿𝐼𝐶𝐸 =

40.84 × 100 = 81.68% 50

%𝐵𝐸𝑁𝑇𝑂𝑁𝐼𝑇𝐴 =

50 − 𝑀𝐻 − 40.84 × 100 50

= 15.07%

ARENA DE FUNDICION 50g r

%HUMED AD3.25%

%SILIC %BENTONI E 81.68% TA15.07%

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Peso en gr

% humedad

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% silice

% bentonita

Peso de muestra total 20 gr Peso de muestra seca



3.25%

-------------

--------------

50 gr

----------------

-------------

---------------

Peso de sílice

40.84 gr

----------------

81.68%

----------------

Peso de bentonita

7.535 gr

----------------

-------------

15.07%

En concordancia con los datos obtenidos en el laboratorio con respecto a la humedad indique: si está dentro del rango que se pide para arenas en verde.

El porcentaje de humedad apropiado es: 3 – 4% Según los cálculos realizados se obtiene 3.25%H La cohesión de una arena es consecuencia directa de la acción del aglutinante y depende de lanaturaleza y contenido de este último y del porcentaje de humedad.

 Según el contenido de aglutinante clasificar que tipo de arena es la analizada. TABLAS:

Tipo de Arena Grasa Semigrasa Magra Silicea

Porcentaje de Arcilla Más de 18% 8 al 18% 5 al 8 % Menos de 5%

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El porcentaje de bentonita calculado fue 15.07% y según la tabla el tipo de arena seria SEMIGRASA (8-18%).

 Índice de finura de la muestra analizada ∑ 𝑃𝑖 × 𝐾𝑖 𝐼𝐹 = ∑ 𝑃𝑖 𝐼𝐹 = 50.394 TABLA: Tipo de Arena Muy gruesa Gruesa Media Fina Finísima 

IF según AFS Inferior a 18 Entre 18 y 35 Entre 35 y 60 Entre 60 y 150 Mayor de 150

Tamaño de grano 1 a 2mm 0.5 a 1mm 0.25 a 0.5 mm 0.10 a 0.25 mm Menores a 0.10mm

Teniendo en cuanta la distribución de los granos en la malla indique usted cómo influye en la cohesión de la arena.

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 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. En igualdad de forma, la cohesión queda influida por el tamaño de los granos. En general, las cohesiones más elevadas se obtienen con arenas de granos muy gruesos o muy finos. En el primer caso, la superficie total de los granos es menor que la de los granos finos y, por lo tanto, el revestimiento de arcilla de los granos resultará de más MC216 2017

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espesor, confiriéndole por ello mayor cohesión; en el caso de la arena fina se tendrá una capa ligera de arcilla en torno a los granos, pero, en compensación, serán mucho más numerosas las superficies de contacto.

Por las mismas razones del juego de las superficies de contacto, también la distribución granulométrica de la arena influye en su resistencia: Una arena muy uniforme presenta una cohesión menor que otra distribuida en un mayor número de cedazos.

 Indique usted de acuerdo a los laboratorios realizados si 2 arenas con el mismo índice de finura pueden tener diferente granulometría (explique su respuesta).

Efectivamente dos arenas pueden temer el mismo índice de finura debido a que la granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por el análisis de tamices, es por eso que en dicho análisis, la distribución en porcentaje en peso de la arena que queda en cada tamiz puede cambiar, no obstante el índice de finura puede mantenerse inalterable.

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 ¿Cuál es la que tiene la distribución de granos más favorables para un proyecto que tiene gran volumen?

La distribución más favorable para un trabajo de gran volumen seria la que se encuentra en la malla numero 18 debido a que es la que retiene un tamaño de grano más grueso lo que permitirá mayor permeabilidad para que los gases escapen a la hora de la colada con facilidad.

 ¿Cuál es la que tiene la distribución de granos más favorables para un proyecto que tiene pequeño volumen?

La más recomendable sería una que tenga un tamaño de grano fino debido a que no se necesita mucha permeabilidad ya que no se formaran tantos gases.

 ¿Cómo se puede variar el Índice de Finura? El índice de finura se podrá variar haciendo un cambio en el número de tamices utilizados en el ensayo.

 Al variar el IF, ¿cómo varían las curvas acumulativa y distributiva? El efecto del cambio del índice de finura es notorio en el diagrama del análisis granulométrico, en este grafico se podrá observar que si se disminuye el índice de finura el tamaño de grano será grueso y la curva distributiva tendera a la izquierda mientras que si se obtiene un índice de finura alto obtendremos un tamaño de grano fino y la curva tendera a la derecha.

 Si deseamos obtener por medio de la solidificación direccional de una sola dentrita que IF es el apropiado (grano fino o grano grueso)

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En un molde las partículas de arena se ligan con arcilla, que se combinan con una cantidad adecuada de agua .La teoría de liga de mayor aceptación es la que conforme se aumente la presión a la arena la arcilla reviste a cada partícula de arena, se deforma y fluye para acuñar y fijar las partículas en su lugar. El contenido de arcilla puede variar pero los mejores resultados se pueden obtener cuando la cantidad de arcilla es la suficiente para revestir completamente cada grano de arena (sílice). El agua es el tercer requisito sus cantidades optimas están entre 2 al 8% dependiendo de la cantidad de arcilla presente. Las arcillas con mayor capacidad para retener las películas de agua presente son las de mejor resistencia. El agua en exceso reduce la resistencia en la arena de moldeo pero mejora la fluidez que permite que la arena se compacte mejor alrededor del modelo.

 Teniendo en cuenta que la formación de la rugosidad del producto fundido está ligada al índice de finura y a la forma de granos indicar: Si a mayor o menor IF tendrá mejor acabado superficial El índice de finura tiene que ver en el acabado del material por ello a mayor tamaño de grano no se podrá apreciar un buen acabado por ello a menor tamaño si se podrá apreciar un buen acabado pero de recomienda que los tamaños de grano estén tanto como en mayor y menor tamaño debido a que estos pueden llenar los espacios vacíos y así proporcionar un mejor acabado. La forma del grano (redondo o anguloso) nos da mejor acabado superficial Se recomienda que en la forma de los granos este de todas las formas para que así algunos de ellos encajen en lugar en que otros no pudiesen.

13. La variación de humedad como altera el IF+ Podemos concluir que mientras más fino es un suelo mayor será la capacidad absorbente por ende será mayor su contenido de humedad, esto indica que a mayor r será la capacidad absorbente por ende será mayor su contenido de humedad esto indica que a mayor índice de finura se tendrá mayor humedad.

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Recomendaciones     

Se debe tener muy en cuenta no mezclar las partículas ya tamizadas. Procurar no dejar restos de elementos después de utilizar el tamiz, porque al estar adheridas para un siguiente uso puede caer en error los cálculos. Debemos procurar que al hacer pasar por los tamices solo cuando estamos lavando la muestra solo escurrir por suspensión. Antes de pesar los vasos y recipientes deben estar completamente limpios y secos. Al utilizar el método de decantación repetir el procedimiento la mayor cantidad de veces posibles con finalidad de tener sílice con mayor porcentaje de pureza. Conclusiones

  

 

La cohesión de la arena es consecuencia directa de la acción aglutinante y depende de la naturaleza y contenido de este último y del porcentaje de humedad. El análisis granulométrico determina el grado de permeabilidad de la arena, para la arena analizada muestra una distribución no uniforme, además un tamaño de grano medio, lo cual dificulta lo movilidad y permeabilidad. En la granulometría de dos arenas diferentes si se presenta el mismo índice de finura, no determina que los tamaños de los granos sean los mismos debido a que una granulometría de distribución irregular puede tener el mismo índice de finura que uno uniforme. La forma de los granos también influye sobre la cohesión. Una arena muy uniforme presenta una cohesión menor que otra de mayor numero de tamices.

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