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PROCESO MOLDEADO EN ARENA 1. OBJETIVO

 Obtener un buen molde de arena, para un modelo de una cara importante y otra no.  Estudiar el proceso de fundición y de su aplicación correcta en obtener piezas fundidas con el molde de arena, teniendo mayor precisión en este campo de la fundición y con la aplicación necesaria de la parte teórica en los procesos de fundición.

2. CONTEXTO En la materia la misión fue de la realización de piezas fundidas de aluminio para realizar este trabajo dividimos en dos fases importantes las cuales son. El proceso de moldeado en arena y el proceso de colocado con el material aluminio.

3. PROCESOS DE MOLDEADO EN ARENA.Para el desarrollo del proceso de moldeo en las siguientes herramientas y materiales necesarios para ejecutar el mencionado moldeo en arena.

4. FUNDAMENTO TEÓRICO 1.1 materia del modelo Para realizar nuestros moldes, el material a utilizar es la arena de arenales y agua. Los modelos a utilizar tienen que ser cara importante y la otra no. El material recomendable para el modelo es la madera que es fácil de extraer con unos tiradores y de la resistencia al apisonado. En mi caso utilice un modelo metal aluminio. 1.2 La arena normal de moldeo contiene.Los datos son:  8 a 14 % de arcilla  4a 8 % de humedad

4.1FUNDICIÓN Productos carburados presentados o que se pueden presentar, después de la solidificación, eutéctica. En ausencia de otros elementos distintos del carbono, este corresponde a c>1,7%. Este contenido límite varía con los demás elementos, pero puede ser definido en función del análisis químico como la red de eutéctica de cementita (o las plaquitas de grafito) se oponen a las deformaciones plásticas, estos productos son pocos o nada maleables. Es en esencia una aleación hierro carbono que contiene eutéctica. En las etapas iniciales de la manufactura del hierro y del acero, la fusión del metal no constituía una parte integral de proceso. El mineral se reducía químicamente empleando carbón vegetal y la masa esponjosa. Resultante se forjaba para darle una consistencia compacta. La técnica de la producción de las altas temperaturas no había avanzado lo suficientemente en una época para hacer posible la fusión del hierro en una escala industrial, aun hoy en día, algunos metales como por ejemplo: el tungsteno, que tienen punto de fusión muy elevados, se producen mas convenientemente por métodos de metalúrgica de polvo. Sin embargo, en el grueso de la producción metalúrgica, la fusión y vaciado constituyen los pasos primarios de los procesos de manufactura

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4.2 CLASIFICACIÓN DE LOS HORNOS Usado para la fusión: Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varían mucho en capacidad y diseño. Varían desde los pequeños hornos de crisol que contienen unos cuantos kilogramos de metal a hornos de hogar abierto hasta 200 toneladas de capacidad. El tipo de horno usado para un proceso de fundición queda determinado por los siguientes factores: · Necesidades de fundir la aleación tan rápidamente como sea posible y elevarla a la temperatura de vaciado requerida. · La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como precisión de su composición. · La producción requerida del horno. · El costo de operación del horno.

4.3 LOS HORNOS PARA FUSIÓN DE METALES Pueden clasificarse convenientemente en cuatro grupos principales, según el grado de contacto que tenga lugar entre la carga y combustible o sus productos de combustibles. · Hornos en los cuales la carga se encuentra en contacto intimo con el combustible y los productos de combustión. El horno mas importante en este grupo es el de cubilote. · Hornos en los que la carga esta aislada del combustible pero en contacto con los productos de la combustión. Este tipo de hornos es el horno hogar abierto para la fabricación de acero. · Hornos en que la carga se encuentra aislada tanto del combustible como de los productos de la combustión. El principal es el horno que se emplea un crisol que puede calentarse ya sea por coque, gas o petróleo. · Hornos eléctricos. Pueden ser de tipo de acero o de inducción.

4.4 TIPOS DE HORNOS USADOS EN FUNDICIÓN: · El cubilote de fundición. · Los hornos de reversos. · Hornos rotatorios. · Hornos de crisol. · Hornos de crisol de tipo sosa. · Hornos basculantes. · Hornos de aire. ·

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Hornos eléctricos. Pueden ser de acero o de inducción.

4.5 PUNTO DE FUSIÓN APROX. DE LOS METALES: Los metales se funden a diferentes temperaturas. La tabla siguiente muestra los puntos de fusión de los metales mas comunes. METALES PUNTO DE FUSION Estaño 240°C (450°F) Plomo 340°C (650°F) Cinc 420°C (787°F) Aluminio 620°-650°C (1150°-1200°F) Bronce 880°-920°C (1620°-1680°F) Latón 930°-980°C (1700°-1800°F) Plata 960°C (1760°F) Cobre 1050°C (1980°F) Hierro fundido 1220°C (2250°F) Metal monel 1340°C (2450°F) Acero de alto carbono 1370°C (2500°F) Acero medio para carbono 1430°C (2600°F) Acero inoxidable 1430°C (2600°F) Níquel 1450°C (2640°F) Acero de bajo carbono 1510°C (2750°F) Hierro forjado 1593°C (2900°F) Tungsteno 3396°C (6170°F)

4.6 HERRAMIENTAS, EQUIPOS Y MEDIOS AUXILIARES PARA LA FUNDICIÓN

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Durante la ejecución de los diversos trabajos que el obrero moldeador o fundidor realiza en la fabrica, sean artesanales o con algún desarrollo, es necesario utilizar distintos tipos de herramientas manuales para formar los moldes. Tipos de herramientas: · palas · picos y horquillas · reglas · agujas de ventilar · paletas de alisar · alisadores · espátulas · puntas o extractores de moldeo · martillos y macetas · mordaza o presillas

4.7 EQUIPOS DE MOLDEO Bajo el nombre de equipos de moldeo se designan a todos los tipos de herramientas y medios que dispone el taller de moldeo, fundición o fabrica para realizar diferentes trabajos. · Pisones o atacadores · pisones neumáticos. Medios auxiliares: · cribas atomices · pulverizadores · fuelle de mano · estuches para herramientas.

4.8 VACIADOS EN ARENA A parte de los metales metalúrgicos formados por métodos en que interviene la metalurgia de polvos, los metales y las aleaciones se funden primero y luego se vacían en un molde de forma predeterminada. En algunos casos, el molde puede ser de forma simple obteniéndose lingote que subsecuentemente se forma plásticamente por forjado, laminado o extrusión. Pasos básicos en un proceso de vaciado de arena: Requiere primero del moldeo en arena de fundición, alrededor de un patrón adecuado de tal manera que este pueda retirarse, dejando un cavidad de la forma requerida en arena. Para facilitar este procedimiento, el molde de arena se divide en dos o mas partes. En vaciados de formas simples, puede usarse un molde de dos partes, en el que cada mitad esta contenida en un marco en forma de caja.

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Defectos en los vaciados de arena: Los defectos pueden presentarse por fallas técnicas que se pueden clasificar bajo los siguientes encabezados: · Mala práctica en la fusión. · Mala práctica en el vertido. · Moldeo pobre. · Diseño incorrecto del moldeo, composición incorrecta del metal. Si un vaciado tiene cargadores inadecuados los efectos de fechupe se pueden manifestar como porosidad interna, cavidades, o bien, en la forma de depresiones en la superficie del vaciado, como se ha indicado antes. Las burbujas las inclusiones los pliegues fríos roturas en calientes. Otros procesos de vaciado: Existen muchos procesos de vaciado de aplicación comparativamente especializada, en este caso mencionaremos los tres mas importantes: · Vaciado centrífugo · Vaciado semicentrífugo · Centrífugo.

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4.9 ARENA Y MEZCLA PARA MOLDEO La arena es el material básico que emplea el moldeador para confeccionar sus moldes, para los diversos tipos de metales y aleaciones que usualmente se producen en los talleres y fabricas de producción. La planta centralizadora de arena ubicada en un taller o fabrica suministra arenas ya preparadas mediante un sistema de cintas transportadoras a las distintas secciones del moldeo, a través de los depósitos y tolvas de almacenaje, situados en mayor altura y que reciben continuamente la arena usada para acondicionarla nuevamente. Distintos tipos de arenas para moldeo: Arena Verde: es una arena húmeda, es decir, que se ha secado. Arena seca: es aquella a la que se le ha eliminado toda la humedad antes de efectuar la colada, mediante el secado de enfurtas. Arenas de revestimiento o de contacto: es la que se apisona contra la cara del moldeo y una vez extraído este, formará la capa interna del molde. Arena de relleno: procede de los moldes ya colados y vuelve nuevamente a utilizarse después de preparada para rellenar el molde durante el moldeado. Otros tipos de arena son: Arena negra Arena sintética Arena naturales Arena para machos Arena al aceite. FORMACIÓN GRANULO MÉTRICA Y CLASIFICACIÓN DE YACIMIENTOS Las cuencas para la fundición están constituidas en general por granos de cuarzo asociados a alguna clase de arcilla y es frecuente que contengan otros minerales en pequeñas cantidades como el feldespato. La naturaleza de estos minerales depende de la roca de la que se origino la arena. El color de las arenas varia entre el blanco puro y el rojo oscuro o pardo según las impurezas que contengan. De acuerdo con los criterios manejados podemos dar a las arenas una clasificación atendiendo al agente principal que influyo en su formación en los depósitos que actualmente se conoce. · Arenas arrastradas por el viento. · Arenas de ríos o fluviales.

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· Arenas de lagos. · Arenas de desembocaduras. · Arenas de playas. · Arenas de glaciares.

4.10 FUNDICIÓN EN ARENA La fundición en arena es el proceso más utilizado, la producción por medio de este método representa la mayor parte del tonelaje total de fundición. Casi todas las aleaciones pueden fundirse en arena; de hecho, es uno de los pocos procesos que pueden usarse para metales con altas temperaturas de fusión, como son el acero, el níquel y el titanio. Su versatilidad permite fundir partes muy pequeñas o muy grandes y en cantidades de producción que van de una pieza a millones de éstas.

La fundición en arena consiste en vaciar el metal fundido a un molde de arena, dejarlo solidificar y romper después el molde para remover la fundición. Posteriormente la fundición pasa por un proceso de limpieza e inspección, pero en ocasiones requiere un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades metalúrgicas. En esta breve descripción se puede observar que la fundición en arena no solamente incluye operaciones de fundición, sino también la fabricación de modelos y manufactura de moldes.

Modelos y corazones La fundición en arena requiere un patrón o modelo al tamaño de la parte, ligeramente agrandado, tomando en consideración la contracción y las tolerancias para el maquinado de la pieza final. Los materiales que se usan para hacer estos modelos incluyen la madera, los plásticos y los metales. La madera es un material común para modelos, por la facilidad de trabajarla y darle forma. Sus desventajas son la tendencia a la torsión y al desgaste por la abrasión de la arena que se compacta a su alrededor, lo cual limita el número de veces que puede usarse. Los modelos de metal son más costosos pero duran más. Los plásticos representan un término medio entre la madera y los metales. La selección del material apropiado para patrones o modelos depende en gran parte de la cantidad total de piezas a producir. Hay varios tipos de modelos. El más simple está hecho de una pieza, llamado modelo sólido, que tiene la misma forma de la fundición y los ajustes en tamaño por contracción y maquinado. Su manufactura es fácil, pero la complicación surge cuando se utiliza para hacer el molde de arena. Determinar la localización del plano de separación entre las dos mitades del molde e incorporar el sistema de vaciado y el vertedero de colada para un modelo sólido, puede ser un problema que se

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dejará al juicio y habilidad del operario del taller de fundición. Por tanto, los modelos sólidos se usan solamente en producciones de muy baja cantidad. Los modelos divididos constan de dos piezas que separan la pieza a lo largo de un plano, éste coincide con el plano de separación del molde. Los modelos divididos son apropiados para partes de forma compleja y cantidades moderadas de producción. El plano de separación del molde queda predeterminado por las dos mitades del molde, más que por el juicio del operador. Para altos volúmenes de producción se emplean los modelos con placa de acoplamiento o los modelos de doble placa (superior e inferior). En un modelo con placa de acoplamiento, las dos piezas del modelo dividido se adhieren a los lados opuestos de una placa de madera o metal. Los agujeros de la placa permiten una alineación precisa entre la parte superior y el fondo del molde. Los modelos con doble placa de acoplamiento son similares a los patrones con una placa, excepto que las mitades del patrón dividido se pegan a placas separadas, de manera que las secciones de la parte superior e inferior del molde se puedan fabricar independientemente, en lugar de usar la misma herramienta para ambas.

Los patrones definen la forma externa de la fundición. Si posee superficies internas, se necesita un corazón para definirlas. Un corazón es un modelo de tamaño natural de las superficies interiores de la parte. El corazón se inserta en la cavidad del molde antes del vaciado, para que al fluir el metal fundido, solidifique entre la cavidad del molde y el corazón, formando así las superficies externas e internas de la fundición. El corazón se hace generalmente de arena compactada. El tamaño real del corazón debe incluir las tolerancias para contracción y maquinado lo mismo que el patrón. El corazón, dependiendo de la forma, puede o no requerir soportes que lo mantengan en posición en la cavidad del molde durante el vaciado. Estos soportes, llamados sujetadores, se hacen de un metal cuya temperatura de fusión sea mayor que la de la pieza a fundir. Por ejemplo, para fundiciones de hierro colado se usan sujetadores de acero. Los sujetadores quedan atrapados en la fundición durante el vaciado y la solidificación.

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5. HERRAMINETAS, MATERIALES E INSUMOS. 5.1 HERRAMIENTAS 1. una pieza Criba grande (1x2 metros), No . de malla 22 2. Una pieza Picota para la mezcla. 3. Palas para la mezcla 4. Un par de cajas (tamaño adecuado al modelo, de madera o metálicas). 5. Dos piezas Apisonadoras de uña y plana 6. Dos piezas Alisadores de punta cuadrada y redonda 7. Dos piezas lancelas convoca y plana. 8. Una pieza criba pequeña (0.05 x .20x.025 m), no de malla 72. 9. Una pieza modelo (metalico o de madera) 10. Una pequeña rastra de 0.40 metros. 11. Dos piezas machos de madera para formar los bebederos. 12. Dos piezas aguja metálicas (.35 metros de largo y diámetro 13. Una pieza escoba pequeña sin palo 5.2 MATERIALES E INSUMOS. 1. 2. 3. 4. 5.

4 metros cúbicos de arena de arenales Oruro con bentonita (no necesario para llegar la caja ) El 4% de agua en 4 metros cúbicos de arena. 2 kg de azúcar. 10 kg de arena fina seca. 2 litros de kerosen.

6. PROCEDIMIENTO DE MOLDEADO EN ARENA. Proceso de moldeado en arena (trabajo realizado) Las cuatro operaciones que mencionas a continuación, las tenemos lista porque ese es un proceso que se tiene a disposición para el trabajo a desarrollar. I. Cribado en seco de la arena II. III. IV.

Mezcla con aglutinante en seco. Mezcla con agua para humedad optima. Cribado de arena humeda con la criba grande(1x2 metros), no. De malla 22

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1. limpieza y preparación de las cajas y el modelo.- se limpió las cajas y el modelo con agua sin dejar ningún tipo de material de residuo de un anterior moldeado ejecutado anteriormente cubrimos con kerosén el modelo y las caras interiores de las cajas con la ayuda de un pinsel. Posteriormente alistamos el material, la caja inferior volteada con los guiadores hacia abajo, como también el modelo con la cara importante hacia arriba. (tiempo de este proceso 15 minutos)

2. Cribado de la arena húmeda.- se realizó el cribado sobre el modelo con la criba con malla No. 72, tan solo queríamos una pequeña cantidad de arena húmeda que cubrió al modelo por completo posteriormente presionamos la arena sobre el modelo con las manos. (25minutos). 3. Llenado de la arena cribada con la criba de malla No. 22 en la caja inferior.- Ya cubierto el modelo con arena de la segunda cribada (criba de malla No. 72). Se llenó de arena de la primera cribada (criba de malla No. 22) cubriendo toda la sección interna de la caja solo hasta la mitad de la misma. (5 minutos). 4. Apisonado.- se realizó el apisonado de la arena, con el apisonado de uña de manera uniforme como danza de lluvia, posteriormente con el apisonador plano, luego raspando con el alisador haciendo pequeños canales para luego proceder al llenado nuevamente con arena la caja hasta completar toda la caja y luego. Apisonamos con el apisonador plano. (50 minutos).

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5. Evacuar con la rastra la arena.- Sacamos la arena sobrante de la caja con el uso de la muestra.(3 minutos) 6. Alisar la arena.- con el uso del alisador alisamos la arena de la cara superior De la caja para que se tenga un hermetismo total. (5 minutos) 7. Rociado con arena fina y seca.- después de haber realizado los canales se forma una capa de arena fina y seca cubriendo toda el área de la arena apisonada y no así al modelo. 8. Volear la caja, y luego realizar un bebedero al borde de la caja, ya que no va ser un molde cerrado.

7. OBSERVACIONES. El trabajo tiene que ser realizado con mucho esmero y calma, teniendo en cuenta que al realizar el molde de arena se debe apisonar bien y cubrir el modelo con kerosén antes de poner la segunda capa, para que en lo posterior al separar las cajas no se quiebre el molde. La arena no tiene que estar seca ni muy húmeda El apisonado también es muy importante, se lo debe hacer aplicando una fuerza correspondiente, uniforme y adecuada. El recubrir con arena fina y seca las partes del molde de arena ayuda para la separación de las cajas al final del proceso. Para los respiraderos, asegurarse de que estén cerca del modelo y mejor si son varios. Para que no se formen gases en la colada.

8. CONCLUSIONES Mientras desarrollamos el proceso de moldeo en arena nos dimos cuenta de las condiciones para realizar el procesamiento de moldeo en arena, no eran las mejores, para empezar el modelo que escogimos no tenía una base uniforme, sino por el contrario, tenía muchas irregularidades, lo que fue un gran tropiezo, y una dificultad para poder realizar el moldeo en arena, es muy importante mencionar que el aprisionamiento de la pieza, mientras se desarrolla el proceso de moldeo en arena es muy importante, y podemos decir que es uno de los factores determinantes en la elaboración del molde en arena. También podemos decir que no debemos exceder cuando se aplica la capa de agua con azúcar sobre el molde, cuando se termina de aprisionar, ya que puede quemarse cuando se le vierte el caldo.

9. ANEXOS

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10.PROCESO DE COLADA DEL ALUMINIO Para el proceso de colada en aluminio primero se debe realizarla limpieza del aluminio que será fundido, despejando las impurezas. Se prepara el crisol, y posteriormente se empieza con la el encendido del crisol, y el proceso del baño maria. En el proceso de la colada de aluminio lo primero que hicimos fue verificar y controlar que el caldo este en su punto para poder verter sobre los moldes, y de esa manera terminemos con todo el proceso de fundición en arena, ya para poder verificar si el caldo estaba listo, con la ayuda de una barra de metal, que introducimos al crisol pudimos ver si el caldo ya estaba listo, y esto se verifica cuando, luego de introducir la barra al extraer el metal no se queda pegado a la barra, pero tenemos que tener cuidado que la diferencia de temperaturas entre el caldo y la barra nos sea tan significante, ya que puede existir un choque térmico, y esto es muy peligroso para el personal que está operando durante todo este procedimiento. Luego de verificar el caldo, con la ayuda de unas tenazas enormes sacamos el crisol del quemador, luego introducimos la una barra especial, que puede sostener al crisol y con micho cuidado comenzamos a verter el caldo sobre los moldes ya preparados y posesionados, es importante mencionar que este procedimiento tiene que hacerse de manera rápida ya que a medida el que el tiempo pasa el aluminio comienza a entrar en equilibrio térmico con el ambiente, y por ende el aluminio comienza a enfriarse y por ese motivo la colada y solidificación puede salir mal, ya que el mismo aluminio al comenzar a enfriar comienza a solidificarse y no se podrá realizar la colada.

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OBSERVACIONES DIAGRAMA Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Tiempo [min] 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 41 44 47 50

Temperatura ºC 21 27 27 32 34 35 37 36 36 38 39 39 36 37 41 42 47 49

T [°C] 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

Tiempo [s] DESENSO

Hora inicial;09: 21 Hora final ; 10:11

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Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tiempo [min] 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Temperatura ºC 47 47 38 35 34 32 31 31 30 29

50

T [°C]

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

5

10

15

20

25

30

Tiempo [s] CÁLCULO DE LA MASA DEL AIRE USADA EN LA COMBUSTIÓN DEL GLP

Combustible Gasolina Diesel Kerosene Gas Natural Gas Licuado

Fórmula Idealizada C7H16 C16H34 C12H16 CH4 C3H8

Tabla 1. Fórmulas referenciales idealizadas para los combustibles Combustible gaseoso (1.013 bar, 15.6°C) Combustible HUs(MJ/Kg) Gas Licuado 49.5

HUi(MJ/Kg) 45.9

r a/c(Kga/Kgc)  (Kg/m3) 15.5 530-570

Combustibles líquidos

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Combustible Gasolina Kerosene Diesel Fuel-Oil Alcohol Etíl. Alcohol Metil

HUs(MJ/Kg) 47.5 46 46.7 45 28 21.42

HUi(MJ/Kg) 44 42.5 42.5 41.7 25.32 18.92

 (Kg/m3) 710 748 820 814 794 796

r a/c 15 15.5 16 15.5 9 6.5

r 0.71 0.748 0.82 0.814 0.794 0.796

°API 67.79 57.68 41.06 42.33 46.71 46.26

KJ/lt 31240 31790 34850 33943.8 20104.1 15068.3

Tabla 2. Parámetros característicos de los combustibles industriales más comunes COMPOSICIÓN PORCENTUAL MOLAR PROMEDIO DE GAS NATURAL CH4=91.8%, C2H6=5.58%, C3H8=0.97%, C4H10=0.03%, n-C4H10=0.02% C5H12=0.1%,

N2=1.42%,

CO2=0.08%

EN EL TRABAJO DE COLADA Se usaron 2 garrafas más de GLP estimando una masa aproximada de 5.65 [kg]. Para el cálculo de la masa del aire se hará el uso de la relación aire combustible ra/g estimando un exceso en la combustión del aire de  = 1.2 a 1.4 para hallar la relación aire combustible se hará uso de la ecuación de combustión, que es la siguiente. (Considerando la composición química del GLP)

C3 H 8  O2  3.76  H 2O  CO2  3.76 N 2 Igualando la ecuación de combustión se tiene lo siguiente:

C 3 H 8  5O2  18,8 N 2  4 H 2 O  3CO2  18,8 N 2 De donde las masas relativas serán las siguientes: mC3H8 = 44 [kg], mo2 = 160 [kg], mN2 = 526.4 [kg] De donde para 1 [kg] de gas se tendrá lo siguiente: mC3H8 = 1 [kg] ; mo2 = 3.64 [kg] ; mN2 = 11.96 [kg] Entonces la mC = 1 [kg] y la masa de aire será: ma = m02 + mN2 = 15.6 Kg.

Entonces se tendrá lo siguiente:

ra / c 

 kg aire  ma 15.6   15.6   mc 1  kg gas 

Considerando el valor de  = 1,30para Oruro. Se tendrá la relación aire-gas real de:

 kg aire  Ra / g    ra / g  1.3 *15.6  20.28    kg gas  Entonces para el total 5.65 [kg] de gas se tendrá:

m AIRE  114 .38 kg  aire

Para 1 Kg de gas se tendrá:

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m AIRE  20 .28 kg  aire Para nuestro escudo sacando un promedio, se utilizo: Se utilizo 5.650 Kg de gas para todo el procedimiento, con la masa de la letra obtenida y el aluminio puro, tenemos que: 5.65 Kg de gas ------- 12.50 kg de Al X ------- 0.75 Kg de Al X=0.350 Kg de gas para nuestro escudo Se utilizo 7.0 Kg de aire en nuestra pieza fundida.

11.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL PROCESO DE COLADA. 

Para poder obtener un buen molde es necesario realizar un buen apisonado y tener mucho cuidado al voltear la caja, ya que la arena podría caer y tendríamos que repetir el procedimiento, eso implica tiempo perdido lo que es igual a dinero perdido  Al momento de realizar el calentamiento, debemos evitar fugas de calor.  De la misma manera, debemos revisar que no existan fugas de gas en la garrafa y sus conexiones.

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