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PUNTOS DE INFLAMACIÓN Y DE COMBUSTIÓN MEDIANTE LA COPA ABIERTA CLEVELAND. (INV E-709-13)

GRUPO 2. SEBASTIAN CAMILO MEDINA TORRES ESTEFANY MONDRAGÓN ORTEGA ADRIANA MILENA ROBLES ROMERO SONIA MARISOL RUBIO FERRO LUIS ALEJANDRO SAENZ CASTRO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2019

PUNTOS DE INFLAMACIÓN Y DE COMBUSTIÓN MEDIANTE LA COPA ABIERTA CLEVELAND. (INV E-709-13)

GRUPO 2. SEBASTIAN CAMILO MEDINA TORRES ESTEFANY MONDRAGÓN ORTEGA ADRIANA MILENA ROBLES ROMERO SONIA MARISOL RUBIO FERRO LUIS ALEJANDRO SAENZ CASTRO

Cód. 201510080 Cód. 201321951 Cód. 201520246 Cód. 201510073 Cód. 201511236

Presentado a: ING. RICARDO OCHOA DÍAZ Monitor: MIGUEL FERNANDO RODRÍGUEZ RAMÍREZ. En la asignatura de: MATERIALES PARA INGENIERÍA.

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2019

TABLA DE CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN .....................................................................................................5 1.

OBJETIVOS ......................................................................................................6 1.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................6 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..........................................................................6

2.

MARCO TEÓRICO ............................................................................................7 2.1 PUNTO DE INFLAMACIÓN ...........................................................................7 2.2 PUNTO DE COMBUSTIÓN ............................................................................7 2.3 ASFALTO .......................................................................................................7

3.

EQUIPOS UTILIZADOS ....................................................................................8 3.2

APARATO DE COPA ABIERTA DE CLEVELAND .....................................8

3.3

TERMÓMETRO ..........................................................................................8

4.

PROCEDIMIENTO ............................................................................................9

5.

DATOS OBTENIDOS ......................................................................................11

6.

CÁLCULOS Y RESULTADOS ........................................................................12 6.1 PUNTO DE INFLAMACIÓN CORREGIDO ..................................................12 6.2 PUNTO DE COMBUSTIÓN CORREGIDO ...................................................13

7.

ANÁLISIS DE RESULTADOS .........................................................................14

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................15

TABLA DE ILUSTRACIONES

Pág. Ilustración 1. Copa abierta de Cleveland .................................................................8 Ilustración 2. Termómetro ........................................................................................8 Ilustración 3. Montaje del equipo .............................................................................9 Ilustración 4. Diámetro adecuado de la llama ..........................................................9 Ilustración 5. Punto de inflamación ........................................................................10 Ilustración 6. Punto de combustión ........................................................................10

INTRODUCCIÓN

En la vida ingenieril es de vital importancia conocer las propiedades del material con que se va a trabajar, por esto, en el siguiente laboratorio se va a determinar el punto de inflamación y de combustión del asfalto anteriormente clasificado como 60/70 empleando una copa abierta de Cleveland de manejo manual; teniendo presente que el valor obtenido es un indicador muy importante para el momento de poner en práctica los conocimientos adquiridos en este ensayo. Teniendo en cuenta la norma INV E-709-13, se va a llevar a cabo el siguiente ensayo en el cual se va a someter el asfalto a ciertas temperaturas según lo indicado en la norma, registrando los datos necesarios para los valores requeridos de análisis. El método es aplicable a todos los productos de petróleo con puntos de inflamación por encima de 79°C (175°F) y por debajo de 400°C (752°F), con excepción de los fuel-oils. Esta prueba depende directamente del control de la velocidad a la cual se incrementa la temperatura y de la manera como se realiza la prueba. Este ensayo permite determinar qué tan inflamable es el asfalto ensayado y si sería correcto darle un uso práctico.

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL Determinar la temperatura a la cual el asfalto llega a su punto de inflamación y combustión, mediante el ensayo de la norma INV E 709 – 13 que corresponde a puntos de inflamación y de combustión mediante la copa abierta Cleveland.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS -

Conocer los términos inflamación y combustión, para tener claridad del significado del ensayo a aplicar en los asfaltos.

-

Realizar el reconocimiento de los equipos a utilizar para la práctica.

-

Establecer la temperatura de inflamación y combustión del asfalto a ensayar en el laboratorio.

-

Tomar los datos necesarios del ensayo, para posteriormente realizar los cálculos indicados por la norma y así poder conocer las condiciones del material ensayado.

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2. MARCO TEÓRICO

2.1 PUNTO DE INFLAMACIÓN En productos derivados del petróleo, se define como la menor temperatura a la cual la aplicación de una fuente de ignición hace que los vapores de la muestra de ensayo desprendan una llamarada repentina bajo las condiciones especificadas de la prueba. Tenga en cuenta que la temperatura es corregida a una presión barométrica de 10.3 kPa (760 mm Hg).1 2.2 PUNTO DE COMBUSTIÓN Para productos derivados del petróleo, se refiere a la menor temperatura corregida a una presión barométrica de 10.13 kPa (760 mm Hg), a la cual la aplicación de una fuente de ignición hace que los vapores de la muestra de ensayo ardan con una llama sostenida durante un mínimo de 5 segundos, bajo las condiciones especificadas de la prueba.2 2.3 ASFALTO Es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por asfáltenos, resinas y aceites elementos que proporcionan características de consistencia, aglutinación y ductilidad; es sólido o semisólido y tiene propiedades cementantes a temperaturas ambientes normales. Al calentarse se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida. 3

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Normas de ensayo de materiales para Carreteras. Materiales y mezclas asfálticas y prospección de pavimentos (2013). Puntos de inflamación y de combustión mediante la copa abierta cleveland (INV E 709-13). Pág 69. 2 Ibíd,. Pág 70. 3 DURÁN FRANCIS. Validación de los métodos de ensayo de punto de inflamación en cemento asfaltico, gasóleo y Jet Fuel. Universidad Central del Ecuador. Facultad de Ingeniería. Ecuador. 2016. Pág. 17

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3. EQUIPOS UTILIZADOS

3.2 APARATO DE COPA ABIERTA DE CLEVELAND Este aparato consta de la copa de ensayo, placa de calentamiento, aplicador de la llama, calentador y soportes. Es utilizado para determinar el punto de inflamación y combustión de los asfaltos.4 Ilustración 1. Copa abierta de Cleveland

Fuente: elaboración propia en el laboratorio de materiales y pavimentos en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

3.3 TERMÓMETRO Termómetro de mercurio con rango de temperatura de -6 a 400°C (20° a 760°F). 5 Ilustración 2. Termómetro

Fuente: elaboración propia en el laboratorio de materiales y pavimentos en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

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Ibíd. Pág. 30 Normas de ensayo de materiales para Carreteras. Materiales y mezclas asfálticas y prospección de pavimentos. Opcid., pág. 71 5

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4. PROCEDIMIENTO

El ensayo correspondiente a la norma INV E-709-13 se inició acomodando el equipo, con el termómetro y calentando el material bituminoso hasta una temperatura a la cual pueda fluir y así transferirlo a la copa abierta de Cleveland llenándola hasta la marca que esta tiene. Ilustración 3. Montaje del equipo

Fuente: elaboración propia en el laboratorio de materiales y pavimentos en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Luego se debe ajustar la llama de ensayo a un diámetro entre 3.8 y 5.4 mm, posteriormente se debe calentar el asfalto hasta una temperatura de 180°C, esa temperatura se debe ir controlando con el termómetro. Ilustración 4. Diámetro adecuado de la llama

Fuente: elaboración propia en el laboratorio de materiales y pavimentos en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

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Después de llegar a este punto se debe pasar la llama a 185°C, después de la primera pasada (se entiende por una pasada ida y vuelta de la llama a una velocidad moderada) se hacen pasadas ahora a cada 2°C hasta llegar al punto de inflamación y de combustión. Se sabe que se ha llegado al punto de inflamación porque se produce un pequeño destello al pasar la llama por el asfalto. Y el punto de combustión se evidencia cuando al pasar la llama se forma una llama en el asfalto que se mantiene durante 5 sg. Se debe estar pendiente de a que temperaturas ocurre cada punto y registrarlas como datos obtenidos. Ilustración 5. Punto de inflamación

Fuente: elaboración propia en el laboratorio de materiales y pavimentos en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Ilustración 6. Punto de combustión

Fuente: elaboración propia en el laboratorio de materiales y pavimentos en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Al obtener la temperatura del punto de inflamación y del punto de combustión se da por finalizado el ensayo.

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5. DATOS OBTENIDOS

A continuación se presentan en una tabla los datos obtenidos durante el ensayo. Tabla 1: Datos obtenidos.

PUNTO

TEMPERATURA °C

TEMPERATURA °F

INFLAMACIÓN

238

460.4

COMBUSTIÓN

276

528.8

Presión barométrica del ambiente (Tunja) K

102.4

kPa

Presión barométrica del ambiente (Tunja) P

768.063

mm Hg

Fuente: Los autores en laboratorio de materiales y pavimentos de la Universidad Pedagógica y tecnológica de Colombia.

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6. CÁLCULOS Y RESULTADOS

En base a los datos obtenidos en el numeral anterior, se realizan los cálculos indicados por la norma, como se muestra a continuación.

6.1 PUNTO DE INFLAMACIÓN CORREGIDO 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (1) = 𝐶 + 0.25(101.3 − 𝐾) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (2) = 𝐹 + 0.06(760 − 𝑃) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (3) = 𝐶 + 0.033(760 − 𝑃)

Donde. C = Punto de inflamación observado, °C. F = Punto de inflamación observado, °F. P = Presión barométrica del ambiente, mm Hg. K = Presión barométrica, kPa. 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (1) = 238°𝐶 + 0.25(101.3 − 102.4𝑘𝑃𝑎) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (1) = 237.725

𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (2) = 460.4°𝐹 + 0.06(760 − 768.063 𝑚𝑚 𝐻𝑔) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (2) = 459.916

𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (3) = 238°𝐶 + 0.033(760 − 768.63 𝑚𝑚 𝐻𝑔) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (3) = 237.734

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6.2 PUNTO DE COMBUSTIÓN CORREGIDO 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (1) = 𝐶 + 0.25(101.3 − 𝐾) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (2) = 𝐹 + 0.06(760 − 𝑃) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (3) = 𝐶 + 0.033(760 − 𝑃)

Donde. C = Punto de combustión observado, °C. F = Punto de combustión observado, °F. P = Presión barométrica del ambiente, mm Hg. K = Presión barométrica, kPa.

𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (1) = 276°𝐶 + 0.25(101.3 − 102.4𝑘𝑃𝑎) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (1) = 275.725

𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (2) = 528.8°𝐹 + 0.06(760 − 768.063 𝑚𝑚 𝐻𝑔) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (2) = 528.752

𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (3) = 276°𝐶 + 0.033(760 − 768.63 𝑚𝑚 𝐻𝑔) 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (3) = 275.734

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7. ANÁLISIS DE RESULTADOS

La tabla de especificaciones del cemento asfaltico muestra los valores permitidos que debe tener un material asfáltico para ser clasificado como tal. Para analizar el impacto que tiene el ensayo de puntos de inflamación y de combustión mediante la copa abierta Cleveland, es necesario revisar los resultados obtenidos en el ensayo de penetración el cual se ubica en el rango de 60-70 y de esta forma la tabla indica que para esta penetración, la temperatura del punto de inflamación mínima que debe marcar el ensayo realizado es de 230°C y los datos de laboratorio y posteriormente corregidos revelan que la temperatura de inflamación del material utilizado es de 238°, lo cual indica que el material ensayado se clasifica como mezcla asfáltica y puede ser utilizado en campo de manera eficiente. Tabla 2: Especificaciones del cemento asfaltico.

Fuente: Tomado de normas de ensayo de materiales para carreteras. materiales y mezclas asfálticas y prospección de pavimentos (2013).

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BIBLIOGRAFÍA DURÁN FRANCIS. Validación de los métodos de ensayo de punto de inflamación en cemento asfaltico, gasóleo y Jet Fuel. Universidad Central del Ecuador. Facultad de Ingeniería. Ecuador. 2016. Pág. 17, 30. NORMAS DE ENSAYO DE MATERIALES PARA CARRETERAS. MATERIALES Y MEZCLAS ASFÁLTICAS Y PROSPECCIÓN DE PAVIMENTOS (2013). Puntos de inflamación y de combustión mediante la copa abierta cleveland (INV E 709-13). Pág 69-70.

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