Ensayo de Arenas

8/10/2019 Ensayo de Arenas

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OBJETIVOS

1. Elaborar Arena en verde2. Analizar la grafica permeabilidad vs humedad

3. Determinar el máximo porcentaje de humedad4. Analizar la grafica de resistencia de compresión vs humedad5. Analizar la grafica de resistencia al corte vs humedad

MARCO TEORICO

1. Clases de arena

Existen muchos tipos de arenas, residiendo la diferencia entre cada una en elcontenido de arcilla que puedan tener y en la forma y dimensiones del granoque las construye.

El uso de arenas sintéticas se ha incrementado notablemente en el últimodecenio, debido a las innegables ventajas que presentan respecto a lasarenas naturales, en primer lugar poseen características más uniformes y porotra parte, la arena base está exenta de polvo fino, ya que el aglutinante seañade en cantidades previamente comprobadas a fin de reducir al máximo el

limite de humedad y obtener no solo una refractabilidadmas elevada, sinotambién una mayor permeabilidad.

Sin embargo en las arenas sintéticas el intervalo de humedad que permite laelaboración, es mucho más restringido que en las naturales, se secan másrápidamente y ofrecen más dificultades para el acabado y la separación delos moldes.

1.1 Arena para moldeo en verde

Con la cual se confeccionan moldes en los que se efectúa la colada sin

someterlos a ningún secado.

Este tipo de arena implica un sistema de moldeo más económico y permiteproducciones en serie y un empleo menor de cajas de moldeo. A pesar deesto, no todas las piezas se pueden producir con el moldeo en verde,particularmente las piezas grandes son difíciles de hacer con este sistema.

1.2Arenas de moldeo seco



Con esta arena se hacen moldes que antes de la colada se someten a unsecado, cuya finalidad es aumentar la cohesión de la arena, con el fin de quesoporte mejor la acción mecánica del metal fundido, acrecentar lapermeabilidad y absorber parte de los gases que se producen en el curso dela colada.

2. Composición de las arenas

2.1. Sílice 80-90%

Dan refractabilidad y permeabilidad (granos grandes). El sílice resulta de lacombinación de la silicio con oxigeno. La sílice es la base de las arenas demoldeo

2.2. Arcilla 4-9%

Su componente principal es la caolinita. Está compuesta por Sílice y alúmina.

2.3. Agua y Minerales

2-6%: minerales complejos CaO, MgO, FeO, etc

2.4. Aglomerantes o aglutinantes:

Se emplean para la preparación de las arenapara machos, o para reforzararenas arcillosas naturales(dando origen a la arena semiaglomerada)

2.4.1 aglutinantes inorgánicos de tipo arcilloso

Arcilla, bentonitas (está constituida de montmorillonita, y se diferencia de laarcilla en que tiene una capacidad de absorción más elevada)

2.4.2 Aglutinantes inorgánicos cementososCemento, silicatos.

2.4.3 Aglutinantes orgánicosCereales, lignina, melaza, alquitrán, resina, aceites.

3. Características fisicoquímicas de la arena

3.1 Análisis químico3.2 Contenido arcilloso3.3 Dimensión de los granos y su distribución3.4 Forma de los granos



4. Calificación de las arenas según tamaño del grano

4.1 Arena muy gruesa

Índice AFS inferior a 18 (granos entre 1 y 2mm)

4.2 Arena gruesaÍndice AFS comprendido entre 18 y 35 (granos entre 0.5 y 1mm)

4.3 Arena media

Índice AFS comprendido entre 35 y 60 (granos entre 0.25 y 0.5mm)

4.4 Arena fina

Índice AFS comprendido entre 60 y 15 (granos entre 0.10 y 0.25mm)

4.5 Arena finísima

Índice AFS mayor de 150 (granos inferiores a 0.10mm)

5. Propiedades de la arena

5.1 Plasticidad

Se entiende comúnmente por plasticidad de las arenas de moldeo a laaptitud de estas para reproducir los detalles de los moldeos. En realidad esta

aptitud depende realmente de dos propiedades:a. La deformabilidad

Aptitud para variar su forma. Depende del porcentaje de arcilla y humedad.

b. La fluencia

Transmitir a través de su masa las presiones aplicadas en su superficie.

5.2 Refractariedad

Es la cualidad que presenta la arena de resistir más o menos bien, lastemperaturas elevadas de los metales colados.La refractariedad viene asegurada por la sílice, cuyas características, por laparte, resultan siempre modificables por la presencia de otros elementos.

También la forma y el tamaño de los granos tienen notable influencia sobre larefractariedad: los granos angulosos sinterizan más fácilmente los esféricos ylos finos más que los gruesos.



El grado de refractariedad que se exige de una arena de fundición donde,naturalmente del metal que deba colarse: la arena para aceros de poderresistir temperaturas de 1350 a 1400°C, las arenas para aleaciones demetales no ferrosos, de 850 a 1400°C.

5.3 Cohesión

La cohesión de una arena es consecuencia directa de la acción delaglutinante y depende de la naturaleza y contenido de este último y delporcentaje de humedad.

La cohesión se puede establecer por medio de pruebas que determinan lascargas de rotura por compresión, por tracción, por flexión, la mas importantees la primera, porque inidica si la arena, al secarse, será capaz de soportarlas fuerzas a que será sometido el molde ante diversas operaciones. Laresistencia a la cortadura corresponde al índice de plasticidad.

5.4 Permeabilidad

Se denomina permeabilidad de las arenas de moldeo a la facilidad queofrecen de dejarse atravesar por el aire y los gases que se desprenden alrealizar la colada y que proceden:

a) El aire procede del empuje del metal que lo desplaza al llenar el hueco delmolde.

b) Los gases proceden de la propia masa del metal y de la arena. Estos gasesestán formados principalmente de vapor de agua.

La permeabilidad depende fundamentalmente de cuatro características de laarena:

a) De su granulometría cuanto más finos sean los granos, menor será lapermeabilidad.

b) De la forma de los granos. Los granos redondeados dan mejor permeabilidadque los angulosos.

c) De su contenido de arcilla cuanto mayor sea, más acoplados y soldadosquedaran unos granos con otros y menor será la permeabilidad.

d) Del porcentaje de humedad. Si la humedad es grande, queda la masa de laarena muy aglomerada e impermeable, rellenando el agua todos los huecosdisponibles resultando, por tanto muy baja su permeabilidad.

Las arenas de moldeo deben poseer:

a) El máximo de plasticidadb) Máximo de permeabilidadc) Finura suficiente para obtener moldes lisos, netos, bellos y sólidos



d) Una contracción lo más débil posible al secarse, de manera que evite todadeformación o grieta en el molde

EQUIPOS Y MATERIALES

1. Balanza.2. Lámpara de secado.3. Durómetro.4. Apisonador.5. Permeámetro.6. Extractor.7. Equipo de resistencia.

Materiales

1. Sílice y bentonita puros2. Agua

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Preparar una mezcla de 500g. 460g de sílice y 40 g de arcilla.2. Vaciar para cada porcentaje de humedad, ciertos ml de agua.3. Mezclar todo a mano.

4. Rellenar la probeta con la mezcla.5. Luego se dio tres golpes con lo cual se obtuvo una probeta estándar6. Con la probeta hecha, medir la permeabilidad, midiendo el tiempo que

demoraba en pasar 2000cc a través de la probeta.7. Luego someter a compresión y así determinar el esfuerzo de compresión8. Hacer otra probeta con el mismo peso y someterlo a corte para determinar el

esfuerzo cortante.9. Tomar 20 g de la muestra y colocarlo en la lámpara de secado durante 15

minutos.10. Luego pesar la muestra y determinar el porcentaje de humedad

CALCULOS

( )

( )



1. Graficar las propiedades ensayadas vs % de humedad1.1 Densidad vs % de humedad1.2 Permeabilidad vs % de humedad1.3 Resistencia a la compresión vs % de humedad1.4 Resistencia la corte vs % de humedad

61.00

61.50

62.00

62.50

63.00

63.50

64.00

64.50

65.00

- 2 4 6 8 10

P e r m e a b i l i d a

Humedad(%)

Grupo 1Humedad vs Permeabilidad

Humedad vs

Permeabilidad



0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

- 2 4 6 8 10

C o m p r e s

i o n

Humedad(%)

Grupo 1 Humedad vs Compresion

Humedad vs

Compresion

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

- 2 4 6 8 10

C o r t e

Humedad(%)

Grupo 1 Humedad vs Corte

Humedad vs Corte

63.00

64.00

65.00

66.00

67.00

68.00

69.00

70.00

71.00

72.00

- 2 4 6 8

P e r m e a b i l i d a d

Humedad(%)

Grupo 2 Humedad vs Permeabilidad

Humedad vs

Permeabilidad



2. Tabla de datosHum.(%) P.inicio (g) P. final (g) % hum.

real

Compresion corte t.permea.(s)

Grupo 1

4

20

19.24 3.80

1.2 1.5 47.7

5

20 19.25 3.75 1.01 1.25 47.36

8

20 18.27 8.65 0.65 0.5 49.8

Grupo 2

3

20 18.952 5.24 0.8 1.2 47

5

20 18.9 5.5 0.53 0.98 45

6

20.04 18.74 6.49 0.375 1.05 48

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

- 2 4 6 8

C o m p r e s

i o n

Humedad(%)

Grupo 2 Humedad vs Compresion

Humedad vs

Compresion

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

- 2 4 6 8

C o r t e

Humedad(%)

Grupo 2 Humedad vs Corte

Humedad vs Corte



6.5

20 18.61 6.93 0.625 0.625 47

7.5

20.4 18.4 9.80 0.7 0.8 43

3. % optimo de humedad para que la arena tenga mejor permeabilidad y mejor

resistencia mecánica.En la grafica del grupo 2 se puede apreciar mejor y el porcentaje optimo esaproximadamente 6%.

4. Grafica para cada % de bentonitaPara el ensayo se considero un porcentaje constante de Bentonita para ambosgrupos del 8% de una muestra de 500g.

5. Comentar; como varían las propiedades de la arena compactada con el porcentajede bentonita.El pocentaje de bentonita fue el mismo para ambos grupos del 8%

-

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

- 2 4 6 8

B e n t o n i t a ( % )

Humeda(%)

humendad vs bentonita

humendad vs

bentonita

-

1.00

2.00

3.00 4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0 0.5 1 1.5

B e n t

o n i t a ( % )

Compresion

Grupo 1 humendad vs Compresion

Compresion vsbentonita



6. Diagrama de operaciones del proceso

-

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

B e n t o n i t a

( % )

Compresion

Grupo 2 humendad vs Compresion

Compresion vs

bentonita





CUESTIONARIO

Para resolver este cuestionario hacer los graficosCurva ACUMULATIVACurva DISTRIBUTIVA

1. En concordancia con los datos obtenidos en el laboratorio, con respecto a la humedad

indique

Si esta dentro del rango que se pide para arenas en verde

2. Según el contenido de aglutinante clasificar que tipo de arena es la analizada (justifiquesu respuesta).

3. Cual es el tamaño promedio de grano de la muestra analizada (justifique su respuesta).Y si es la correcta para utilizarla como arena de contacto

4. Teniendo en cuenta la distribución de los granos en la malla indique usted como influye

en la cohesión de la arena (justifique su respuesta).

5. Indique usted de acuerdo a los laboratorios realizados si 2 arenas con el mismo Índicede Finura, pueden tener diferente granulometría? ( explique su respuesta)

6. cual es la que tiene la distribución de granos mas favorable para un proyecto que tieneun gran volumen

7. cual es la distribución de granos es mas favorable para un proyecto de pequeñovolumen

8. Se puede variar el Índice de Finura? Como9. El variar el IF como varian las curvas acumulativa y distributiva

10. Indique usted la influencia de cada componente en las propiedades de las arenas11. Indique usted si el tamaño del modelo o proyecto tiene alguna relación con el % de

humedad12. Indique usted si el tamaño del modelo tiene alguna relación con el,% de aglutinante

1. Indique Ud. la composición de la muestra analizada.

Grupo % Bentonita% Humedad

TeóricaReal

1 Grupo1 3 3 3

2 Grupo2 4 3 4.53 Grupo3 5 3 3.54 Grupo1 3 4 45 Grupo2 4 4 56 Grupo3 5 4 47 Grupo1 3 5 58 Grupo2 4 5 5.59 Grupo3 5 5 5

10 Grupo1 3 6 6



11 Grupo2 4 6 6

2. En concordancia con los datos obtenidos en el laboratorio, con respecto a la humedadindique:1. Si está en el rango que se pide para arenas en verde.

El % humedad para arenas en Verde o magras esta dentro del 5% - 8% de humedad.

Del grafico se observa que solo 7, 8, 9, 10, 11 son arenas verdes.

3. Según el contenido de aglutinante clasificar que tipo de arena es la analizada (justifiquesu respuesta).

Del grafico brindado por teoría0 – 5% Arena Silícea5 – 8% Arena Magra

Del grafico se observa que son:Arena Silícea 1 2 4 5 7 8 10 11Arena Magra 3 6 9

Las arenas de moldeo sintéticas se preparan artificialmente mezclando arena y sílice en las proporciones más convenientes. Las mejores arcillas para la preparación de arcillas sintéticas son las bentonitas, que son arcillas coloidales con partículas de tamaño inferior al de las arcillas de lasarenas de moldeo naturales y que además tienen una gran capacidad de absorción del agua.

4.- ¿Cuál es el tamaño promedio de grano de la muestra analizada (justifique su respuesta)?

K Tamiz Masa (gr.)

5 1 0.1

11.3 2 0.6

20 3 6.7

30 4 5

40 5 5.1

50 6 7.9

70 7 9100 8 3.9

123 9 0

140 10 1.3

300 11 0.9

AFS

Masa silia= 40.5gr.



Hallando el tamaño promedio: ∑

Donde:mi: masa para el tamiz i=1,2,3,4,…11 di: abertura de cada tamizMT: masa total

Ahora verificamos utilizando el índice de finura:

Arena Verde IF=

Como 35<IF<60, entonces el tamaño de grano está entre 0.25 y 0.5 mm según la tabla 3(lo cualcoincide con los cálculos de tamaño promedio). Por lo tanto:La arena de muestra analizada SÍ es correcta para utilizarla como arena de contacto, ya que para que para serlo, debe tener entre 1/16 y 2 mm de diámetro promedio, y 1/16<0.3508<2mm.

5.- Teniendo en cuenta la distribución de los granos en la malla indique usted cómo influye enla cohesión de la arena (justifique su respuesta)

La cohesión depende del % de arcilla (Bentonita) que constituye la arena que juntamente con elagua, es la que sirve de ligamento entre los granos y la resistencia mecánica al conjunto. Pero no basta con que la arena contenga suficiente arcilla sino que esta debe rodear los granos de siliciouniformemente. Para conseguir esto se pasa la arena por un molino frotador de cuya operaciónaumenta notablemente la cohesión.

6.-Indique usted de acuerdo a los laboratorios realizados si 2 arenas con el mismo Índice deFinura, pueden tener diferente granulometría (explique su respuesta)?

El índice de finura nos proporciona un tamaño de grano predominante en función del índice definura (están relacionadas en base a rangos), es decir, si dos arenas tienen el mismo índice de finura,

entonces NO pueden tener diferente granulometría.7.-Cual es la que tiene la distribución de granos más favorable para un proyecto que tiene ungran volumen

En general, las arenas en verde no son muy buenas para proyectos de gran tamaño; pero de acuerdoa lo visto en el laboratorio, para un proyecto de gran volumen la arena de menor tamaño de granocubre el molde para favorecer el acabado superficial, y luego se agrega arena de mayor tamaño degrano ya que esto no afectará de manera considerable la permeabilidad.



8.- Cual es la distribución de granos es más favorable para un proyecto de pequeño volumen

Para un pequeño tamaño, lo más indicado es usar arena con menor tamaño de grano, ya que seasume que un modelo de menor tamaño requiere un mejor acabado superficial.

9.- ¿Se puede variar el Índice de Finura? ¿Cómo?Cambiando el tipo de arena, para ser más especifico el tamaño de los granos, de acuerdo a lo que sedesee obtener.

10.- El variar el IF como varían las curvas acumulativa y distributiva

Al variar el IF, las curvas para el tamiz cambian ya que el tamaño de grano también varía.

11.- Indique usted la influencia de cada componente en las propiedades de las arenas

Sílice: El tamaño y distribución de los granos de arena son en extremo importantes para controlar elacabado superficial de las piezas. Estas características también afectan la habilidad del molde paraapoyar la evacuación de gases formados durante la transformación de agua a vapor y ladescomposición de los constituyentes orgánicos de los aglutinantes de los corazones y los aditivosde la arena en verde.Bentonita: Es el adhesivo que mantiene la forma del molde a temperatura tanto ambiente comoelevada.Agua: Se requiere para activar la arcilla. El contenido de humedad del sistema es extremadamentecrítico y puede afectar casi todas las propiedades físicas que son medidas en una fundición.

Indique usted si el tamaño del modelo o proyecto tiene alguna relación con el % de humedad

El tamaño sí depende de la humedad, ya que como se ve en el informe de ensayos, las propiedadesde la arena (las cuales deberían ajustarse al tamaño del modelo) varían con la humedad.

Indique usted si el tamaño del modelo tiene alguna relación con el % de aglutinante

Igual que en la pregunta anterior, el % de aglutinante también influye en las propiedades de laarena y por lo tanto el tamaño del molde y la cantidad de aglutinante sí se relacionan.`



OBSERVACIONES

1. La máxima permeabilidad se encuentra entre 5 y 7% de humedad

RECOMENDACIONES

1. Se debe tomar los datos a trabajar con el mayor cuidado posible, procurando ser muyprecisos, ya que pequeñas variaciones en los pesos dan como resultado valores conerrores altos.

2. Procurar que el secado sea uniforme en toda la nuestra, para esto dejar en el foco untiempo promedio de 15 min. Aproximadamente.

CONCLUSIONES

1. La humedad optima es aproximadamente 6%2. La permeabilidad máxima, para una humedad optima de 6%, es 63.66

(1/min)



ANEXOS

SÍLICE 92% -ARCILLA 8% PERMEAMETRO

DUROMETRO

SECADOR

APISONADOR



HUMEDAD vs PERMEABILIDAD

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Ensayo de Arenas