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ANÁLISIS DE ARENA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO : PROCESOS DE MANUFACTURA II / MC214

INFORME : ANÁLISIS DE ARENA

INTEGRANTES :

- ALTAMIRANO URIBE WILSER 20112085B - AÑAZGO FERNANDEZ JOSE 20110130k

- CALDERON ZUÑIGA ERIK 20110124k

-TICLA PUENTE PAUL 2011119G

-TOMAIRO JAYO PEDRO 20101225B

- YOPLA BASALDÚA JORGE 20114027J

PROFESORA : ZEGARRA LEONOR MARIA

SECCIÓN : B

CICLO ACAD. : 2013-II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Mecánica Página 1

ANÁLISIS DE ARENA

ÍNDICE

1. OBJETIVOS………………………………………………………..3

2. FUNDAMENTO TEORICO………………………..……………...4

3. PROCEDIMIENTO………………………………………………...8

4. EQUIPOS UTILIZADOS…………………………………………..11

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS……………………………………13

6. CONCLUSIONES.…………………………………………………19

7. RECOMENDACIONES…………………………………………....20


ANÁLISIS DE ARENA

OBJETIVOS

Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños del agregado

(fino y grueso) y con estos datos construir su curva distributiva.

Calcular si los agregados (fino, grueso ) se encuentran dentro de los límites

para hacer un buen diseño de mezcla.

Determinar mediante el análisis de tamizado la gradación que existe en una

muestra de agregados (fino, grueso).

Se considera que una buena granulometría es aquella que está constituida

por partículas de todos los tamaños, de tal manera que los vacíos dejados

por las de mayor tamaño sean ocupados por otras de menor tamaño y así

sucesivamente.


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FUNDAMENTO TEORICO

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.


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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 moldabilidad 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


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- Naturales: Arena que se utiliza tal como se encuentra en el yacimiento.

- Sintéticas: Se preparan artificialmente mezclando silice 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 5 mm. Los agregados finos deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieríl 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.


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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 puede n 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.


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PROCEDIMIENTO

Determinación del % de Humedad Se toma una 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 % Sílice y % de Bentonita Se toma una muestra de 50 gr. ( muestra total ) El cual se procede a un proceso de lavado en el Elutiador de la siguiente maneraa.. A la muestra se le agrega 700 cc de agua

b.- Se procede a agitar en el Elutiador durante 3 minutos

c.- Se agrega 200 cc más de agua la lámpara de secado

d.- Se deja que decante 1 minuto

e.- Por el principio de sifón se elimina el exceso de agua y la bentonita

f .- Se repite el procedimiento hasta obtener Sílice pura


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g.- Una vez obtenida la Sílice pura se lleva a la Lámpara de secado y luego se pesa

h.- 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

Determinación del Índice de Finura IF a La Sílice obtenida se tamiza

. b.-Se procede a pesar las cantidad de Sílice que queda en cada tamiz

c.- Se aplica la formula respectiva

Σ Pi * Ki

IF = ______________

Σ Pi

Pi = Porcentaje en peso en función de la muestra total

Ki = Constante de cada malla (ver cuadro Nro. 2)


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d.- De acuerdo al cuadro Nro. 3 se determina el Índice de Finura y el tamaño promedio de grano

DETERMINACIÓN DE LA FORMA DE GRANO.- Luego de pesar la sílice de cada tamiz se procede a ver en el microscopio la forma de 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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EQUIPOS UTILIZADOS

BALANZA ELECTRONICA

ELUTIADOR

JUEGO DE TAMICES


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MICROSCOPIO

MATERIALES A UTILIZAR

ARENA PARA FUNDICION

SILICE Y BENTONITA PUROS


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CALCULOS Y RESULTADOS

CURVA DISTRIBUTIVA

MALLA N° PESO(gr) k6 0

12 0 518 1.76 1030 7.6 2040 4.66 3050 7.21 4070 4.69 50

100 9.1 70140 3.89 100170 1.37 140200 0.04 200

Fondo 0.52

CURVA ACUMULATIVA

MALLA N° PESO(gr)

k

6 012 0 518 1.76 1030 9.36 2040 14.02 3050 21.23 4070 25.92 50

100 35.02 70140 38.91 100170 40.28 140200 40.32 200

Fondo 40.48


6 12 18 30 40 50 70 100 140 170 200 Fondo

0

5

10

15

20

25

Curva Distributiva

N° tamiz

% S

ílice

6 12 18 30 40 50 70100

140170

200Fo

ndo0

20406080

100120

Curva Acumulativa

N° de tamiz

% S

ílice

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CUESTIONARIO

1.Indique usted la composición de la muestra analizada.

DETERMINACION DE %HUMEDAD

Muestra analizada: M T=20gr

Muestra obtenida después de secado: M s=19.35 gr

%H=M T−M s

M T

×100%=3.25%

∴%H=¿3.25%

DETERMINACION DE %SILICE Y %BENTONITA

Muestra analizada: M T=50gr

Muestra seca: MH=50×%H100

=50× 3.25100

=1.625gr

Peso de sílice: 40.84 gr.

%SILICE=40.8450

×100=81.68%

%SILICE=¿ 81.68%

%BENTONITA=50−M H−40.84

50×100=15.07%

%BENTONITA=¿ 15.07%


ARENA DE FUNDICION TIEMPO DE SECADO

MUESTRA SECA %HUMEDAD

20 gr 12 min 19.35 gr 3.25%

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ARENA DE FUNDICION %HUMEDAD

%SILICE %BENTONITA

50gr 3.25% 81.68% 15.07%

Peso en gr % humedad % silice % bentonitaPeso de

muestra total 20 gr 3.25% ------------- --------------Peso de

muestra seca50 gr

---------------- ------------- ---------------Peso de sílice 40.84 gr ---------------- 81.68% ----------------

Peso de bentonita

7.535 gr ---------------- ------------- 15.07%

2. 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 la naturaleza y contenido de este último y del porcentaje de humedad.

3. Según el contenido de aglutinante clasificar que tipo de arena es la analizada.

TABLAS:

Tipo de Arena Porcentaje de ArcillaGrasa Mas de 18%Semigrasa 8 al 18%Magra 5 al 8 %Silicea Menos de 5%

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

4. Cuál es el tamaño promedio de la muestra analizada. Y si es la correcta para utilizarla como arena de contacto.


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IF=∑ Pi×K i

∑ Pi

REEMPLAZANDO:

IF=10∗4.3095+20∗18.61+30∗11.41+40∗17.654+50∗11.484+70∗22.28+100∗9.525+140∗3.354+200∗0.098100

IF=50.394

TABLA:

Tipo de Arena IF según AFS Tamaño de granoMuy gruesa Inferior a 18 1 a 2mm

Gruesa Entre 18 y 35 0.5 a 1mmMedia Entre 35 y 60 0.25 a 0.5 mmFina Entre 60 y 150 0.10 a 0.25 mm

Finísima Mayor de 150 Menores a 0.10mm

El resultado muestra que el tamaño de arena es media

5. 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 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.


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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.

6. 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.

7. ¿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.

8. ¿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.

9. ¿Cómo se puede variar el Índice de Finura?


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El índice de finura se podrá variar haciendo un cambio en el número de tamices utilizados en el ensayo.

10. 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 análisiss 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.

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

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.

12. 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:

a.- 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

b.- La forma del grano (redondo o anguloso) nos da mejor acabado superficial

Se recomienda que en la forma de los granos esten de todas las formas para que asi algunos de ellos encagen en luger en que otros no pudiesen

13. La variación de humedad como altera el IF


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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 índice de finura se tendrá mayor humedad.

CONCLUSIONES

En la granulometría de dos arenas diferentes si se presenta el mismo índice de finura, no

determina que los tamaños de granos sean los mismos debido a que una granulometría de

distribución irregular puede tener el mismo índice de finura que uno de distribución

uniforme.

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 la permeabilidad.

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.

Una arena muy uniforme presenta una cohesión menor que otra distribuida en un mayor

número de tamices.


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RECOMENDACIONES

Procurar no dejar después del lavado de la muestra material adherido en el tamiz

. Antes de pesar los vasos y los recipientes metálicos debe estar completamente seco y

limpios.

. Debemos procurar que al pasar por los tamices cuando estamoslavando l muestra solo

escurrir la suspensión.

.Se debe tener en cuenta de no mezclar las partículas ya tamizadas

Al utilizar el método de decantación se recomienda repetir el procedimiento la mayor

cantidad de veces posibles con la finalidad de obtener una sílice más pura.


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