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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANAJOS SIMEN CAAS

DESARROLLO E IMPLEMENTACIN DE PRUEBAS DE LABORATORIO PARA ARENAS DE FUNDICINTRABAJO DE GRADUACIN PREPARADO PARA LAFACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURAPARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO MECNICOPOR:ABEL JOSU CAMPOS MORENOMAYO 2005SAN SALVADOR, EL SALVADOR, C.A.RECTORJOS MARA TOJEIRA, S.J.SECRETARIO GENERAL REN ALBERTO ZELAYADECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURACELINA PREZ RIVERACOORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERA MECNICAMARIO CHVEZDIRECTOR DEL TRABAJO CARLOS RIVASLECTOR NELSON MARCADEDICATORIADedico este trabajo a mis compaeros Enrique Erazo y Angel Monroy por su gran colaboracin, ayuda y compaerismo; que aunque no pudieron estar presentes en este trabajo sus aportes y dedicacin estn presentes en l. Y a pesar de las dificultades siempre salimos adelante y nunca nos rendimos; Dios llene sus vidas de bendiciones.

RESUMEN EJECUTIVOLa arena es el material bsico que emplea el fundidor, tanto para la fundicin de hierro como para el acero. Se estima que por cada tonelada de piezas coladas de fundicin de hierro, se emplea una tonelada de arena. Este proceso es el ms rpido y menos costoso.

La mayora de moldes para colada en arena son unitarios (destruibles). Por lo que no se mantienen las mismas propiedades de la arena en distinta fundiciones y esta se vuelve una prctica de prueba y error.

El estudio de las arenas de moldeo es una de las ramas principales de la tecnologa de la fundicin. Por tanto, el laboratorio de ensayo de arenas debe ser convertido en un instrumento esencial para el control diario del trabajo del taller de fundicin. Ya que se podr manejar una frmula estndar, conociendo las proporciones adecuadas para la arena de fundicin durante el proceso.

En nuestro pas, la industria de la fundicin todava es un arte para el fundidor, as como la preparacin de las mezclas para moldes. La costumbre es que se emplean determinadas tierras de moldeo para cada clase de trabajo y la habilidad del moldeador, que frecuentemente es un hombre muy experimentado, consigue resultados tan buenos, como los logrados en las mejores plantas de arenas; dada su experiencia, le basta con aplastar la tierra en su puo para advertir sus cualidades. Sus mezclas son un secreto bien guardado, y se emplean un sin fin de variedades de ellas.

El control de la preparacin y conservacin de la arena dentro de lmites predeterminados de humedad, aglutinacin, permeabilidad y otras propiedades, desempea un papel importante en la preparacin de buenos moldes, la reduccin del trabajo de rebaba y la posibilidad de alcanzar el mximo rendimiento en buenas piezas coladas.

Dentro de la industria de la fundicin, existe equipo de laboratorio para pruebas de arenas, el cual puede ser explotado al mximo para conocer las propiedades de la arena con la que ah se trabaja.

El presente trabajo tiene como finalidad, mostrar los equipos, su funcionamiento y las condiciones necesarias para su operacin durante las pruebas de arena, documentar los procesos presentes en estas y saber interpretar los resultados obtenidos.

NDICECONTENIDORESUMEN EJECUTIVO... SIGLAS................. ABREVIATURAS SIMBOLOGA. PRLOGO...............PGINAi v v v vi

CAPTULO 1 PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LAS ARENASDE MOLDEO...1

INTRODUCCIN..............1

CARCTER REFRACTARIO.1

COHESIN Y RESISTENCIA2

PERMEABILIDAD3

MOLDABILIDAD..4

CAPTULO 2 DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS5

APISONADOR (SAND RAMMER).5

PERMEMETRO..8

MQUINA UNIVERSAL DE ESFUERZOS...............9

TAMIZADOR.10

FRIABILIDAD / MOLDABILIDAD11

PRUEBA AZUL DE METILENO.12

MEDIDOR DE HUMEDAD (BOMBA SPEEDY)...............13

CAPTULO 3 LABORATORIO DE FUNDICIN.15

EQUIPO 1 APISONADOR DE ARENA (SAND RAMMER)................17

EQUIPO 2 PRUEBA FRIABILIDAD Y MOLDABILIDAD.22

EQUIPO 3 MQUINA UNIVERSAL DE ESFUERZOS...............28

EQUIPO 4 PERMEMETRO..............30

EQUIPO 5 ANLISIS GRANULOMTRICO TAMIZADOR.33

EQUIPO 6 DETERMINAR CONTENIDO DE ARCILLA...............36

EQUIPO 7 DETERMINAR PRUEBA DE HUMEDAD.38

EQUIPO 8 CONTENIDO DE ARCILLA AZUL DE METILENO...............41

DETERMINAR CONTENIDO DE ARCILLA TOTAL...............45

DETERMINAR CONTENIDO DE ARCILLA DISPERSADA50

DETERMINAR ARCILLA SUPRIMIDA..............52

MTODO DEL MATERIAL EQUIVALENTE.52

EQUIPO 9 BALANZA DIGITAL.54

EQUIPO 10 MEZCLADORA56

CAPTULO 4 CONTROL DE ARENA PARA PIEZAS DE FUNDICIN......57

CONCLUSIONES...60

CONCLUSIONES62

RECOMENDACIONES..63

GLOSARIO..64

REFERENCIAS...65

BIBLIOGRAFA..66

ANEXOSHOJAS DE CLCULO.. A-1SIGLASAFS American Foundry Society (Sociedad Americana de Fundidores)

ABREVIATURASI.F. ndice de Finura

F.C. Factor de Calibracin

M. Metileno

Req. Requerido

% Porcentaje

Alr. Alrededor

SIMBOLOGAWs Peso retenido en el tamiz considerado. Wt Peso total retenido por todos los tamices.

Xi Porcentajes de retenido en la malla o tamiz. mi Factor multiplicativo del grado de finura.

ni Factor multiplicativo del rea de superficie.

PRLOGOEl captulo I consta de la descripcin de las propiedades fsicas y caractersticas fundamentales para las arenas de moldeo como son: moldabilidad, cohesin o resistencia, permeabilidad y carcter refractario.

El captulo II se refiere a la descripcin del equipo, presente en industrias de fundicin, para anlisis de las propiedades de sistemas de arena de moldeo. Los equipos son: Apisonador (Sand Rammer), Tamizador, mquina de Friabilidad y Moldabilidad, Mquina Universal de Esfuerzos, Prueba de azul de metileno y accesorio de ultrasonido, Equipo de permeabilidad (Permemetro) y Medidor de humedad (Bomba Speedy).

El Captulo III recopila las guas de laboratorio que sern utilizadas por el encargado del laboratorio. En estas se despliega informacin especfica de cada prctica de tal forma que el encargado tenga claro el procedimiento que se debe llevar a cabo sin necesidad de referirse a ningn otro documento.

El Captulo IV presenta la implementacin del laboratorio para control de arenas de moldeo en la construccin de los moldes. Este captulo busca mostrar la optimizacin de los recursos y la obtencin de mejoras por medio del control de los parmetros mediante el uso del laboratorio actual.

1. PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LAS ARENAS DE MOLDEO. INTRODUCCINLas propiedades fsicas ms importantes pueden resumirse bajo los conceptos de moldabilidad, cohesin o resistencia, permeabilidad y carcter refractario. Estas propiedades estn ms o menos relacionadas unas con otras y con las menos conocidas propiedades de las arenas a temperaturas elevadas. La capacidad de afluencia y la deformabilidad de las arenas estn muy relacionadas con su facilidad de trabajo y se les presta cada vez ms atencin en la investigacin. A parte de las consideraciones econmicas de precio y facilidad de suministro es necesario tener en cuenta estas propiedades para decidir la posibilidad de hmelo de una arena para moldeo.

CARCTER REFRACTARIOEs 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 fusin. La refractariedad viene asegurada por la slice cuyas caractersticas por otra parte resultan siempre modificadas por la presencia de otros elementos. La vitrificacin de una arena disminuye en proporcin inversa a su contenido en otros materiales.

Tambin la forma y el tamao de los granos tiene una notable influencia sobre la refractariedad: Los granos angulosos sellan ms fcilmente que los esfricos, y los finos ms que los gruesos.

El grado de refractariedad que se exige de una arena de fundicin depende, naturalmente, del metal que deba colarse: La arena para acero debe poder resistir temperaturas de 1350 a

1400 C.

Si la arena llega a fundirse o deformarse durante el proceso de colada, podra quedar incluida en la pieza fundida. Estos defectos ocasionaran productos de baja calidad y la inutilizacin de la arena.

COHESIN O RESISTENCIALa cohesin de una arena es consecuencia directa de la accin del aglutinante y depende de la naturaleza y contenido de este ltimo y del porcentaje de humedad.

La cohesin se puede establecer por medio de las pruebas que determinan las cargas de ruptura por compresin y por traccin. La ms importante es la primera, porque indica si la arena, al moldearse, ser capaz de soportar las fuerzas a que ser sometido el molde durante las diversas operaciones. La resistencia a la cortadura corresponde al ndice de plasticidad.

La forma de los granos tambin influye sobre la cohesin. En igualdad de otras condiciones, una arena de granos angulosos presenta una cohesin menor que una arena de granos redondos, porque en estas ltimas las superficies de contacto son mayores.

En igualdad de forma, la cohesin queda influida por el tamao de los granos. En general, las cohesiones ms 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 resultar de ms espesor, confirindole por ello mayor cohesin; en el caso de la arena fina se tendr una capa ligera de arcilla en torno a los granos, pero, en compensacin, sern mucho ms numerosas las superficies de contacto.

Por las mismas razones del juego de las superficies de contacto, tambin la distribucin granulomtrica de la arena influye en su resistencia: Una arena muy uniforme presenta una cohesin menor que otra distribuida en un mayor nmero de cedazos.

PERMEABILIDADLa permeabilidad es la propiedad que permite a la arena ser atravesada por los gases y que permite la evacuacin de estos del molde en el momento de la colada.

La permeabilidad tiene una enorme importancia: si es escasa, la evacuacin del gas resulta muy difcil o casi imposible, provocando la ebullicin del metal lquido y la consiguiente formacin de sopladuras de la pieza.

La permeabilidad queda establecida en funcin del volumen de los huecos existentes en una aglomeracin de arena. En consecuencia, depende de la forma, del tamao y de la distribucin 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 numero limitado de cedazos adyacentes) es ms permeable que otra que en igualdad de ndice de grosor tenga los granos de tamaos menos uniformes.

La forma de los granos influye, por regla general, de manera opuesta a lo que podra creerse: Una arena de granos redondos tiene, tericamente, un nmero de huecos mayor que otra de granos angulosos; pero, en realidad, la segunda es ms permeable que la primera, porque los granos angulosos se comprimen unos contra otros menos apretadamente que los granos redondos.

La permeabilidad de una arena determinada aumenta con la humedad hasta cierto lmite

(4% a 6%), despus del cual disminuye.

Tanto la cohesin como la permeabilidad estn influidas por:

El grado de elaboracin de la arena y el tiempo que se invierte en mezclarla. La permeabilidad aumenta con la prolongacin del tiempo de mezcla hasta un valor lmite, lo cual se explica fcilmente teniendo en cuenta la accin del acto de la mezcla sobre la distribucin uniforme del aglutinante sobre todos los granos.

El grado de compresin, porque, cuanto ms comprimida esta una arena, tanto ms disminuye su permeabilidad, al tiempo que aumenta su cohesin sobre todos los granos.

MOLDABILIDADLa moldabilidad de una arena de fundicin, gracias a esta se llenan todos los huecos del modelo y se desliza hacia la superficie del mismo y no necesariamente en la direccin del atacado. Es evidente que cuanto mayor sea la capacidad de deslizamiento de la arena, tanto ms fcilmente podr ser comprimida en sus justos lmites, mientras que, si es poco deslizante, la dureza del molde en determinados puntos del mismo puede resultar insuficiente para resistir la accin mecnica del metal lquido, 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 dilatacin que provoca en la arena la accin del calor. De este modo se pueden producir grietas en la superficie del molde, con los consiguientes defectos en la pieza.

Esta caracterstica tiene especial importancia para escoger una arena para el moldeo a mquina, y ser tanto mayor cuanto menores sean el tamao de los granos y la cohesin o resistencia en verde. Por otra parte, recordemos que, respecto a la cohesin, el deslizamiento es una propiedad secundaria y que, dado que no pueden obtenerse el mximo de cohesin con el mximo de deslizamiento, si es necesario se sacrifica esta ltima.

2. DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS.A continuacin se presenta la descripcin de los equipos encontrados en laboratorios de arena, se habla un poco del funcionamiento, y se describen algunas de sus partes ms esenciales.

APISONADOR DE ARENAAPISONADOR DE ARENA

SAND RAMMER

Sand Rammer

Construido bajo las especificaciones de la AFS (Sociedad Americana de Fundidores), esta unidad es usada para preparar especimenes para varias pruebas estandarizadas que incluyen compresin en arena verde, resistencia a la fractura y permeabilidad. Cuando se equipa con los accesorios opcionales, este puede ser utilizado para pruebas de compactibilidad y fluidez. El sand Rammer o apisonador provee de energa de compactacin que reduce la variabilidad asociada con la compactacin manual.

ACCESORIOS

Precision Specimen Tube

El Tubo de Especimenes de precisin es

usado con el Sand Rammer para las pruebas de compactibilidad para formar especimenes segn AFS estandarizados de 2in x 2in de dimetro, que son requeridos para otras pruebas como son compresin de arena verde, resistencia a la fractura y permeabilidad. Contiene las especificaciones de la AFS en dimensiones, grosor de pared y acabado.

Cup Pedestal

La tapa de pedestal es usada junto con el tubo de espcimen. El tubo de espcimen es centrado en la depresin de la tapa, lo que forma una superficie superior de la tapa de pedestal. La superficie del fondo de la tapa posee una protuberancia que adapta el tubo de espcimen al Sand Rammer o en el accesorio del espaciador del tubo de llenado.

Stripping Post

El poste de extraccin es usado junto con

el Tubo de especimenes. Facilita la extraccin directa del espcimen del tubo sin realizar cualquier alteracin en este.

Specimen Tube Conditioner

El acondicionador de tubos de espcimen

es usado para limpiar y lubricar el tubo cada vez que el espcimen es extrado de este. Previene la formacin de barro y oxido, etc. que causan friccin y afectan la energa de compactacin proporcionada. Este acondicionador consiste en un limpiador montado sobre un soporte que puede ser empernado a la base del Sand Rammer.

Sand Rammer Base

Esta base permite aislar el Sand Rammer

de su lugar de instalacin independientemente de donde este sea montado. Esta reduce las variaciones entre laboratorios y asegura resultados consistentes. El Sand Rammer se atornilla directamente a la base.

Compactability Accessory

Este accesorio, ahora estndar para el

Sand Rammer, es usado para compactabilidad en moldes de arena verde.

Density Indicador

El indicador de densidad, que se monta

sobre el Sand Rammer es til para determinar el peso del espcimen y la densidad del corazn compactado en la arena de moldeo en lb/pie cbico. Este elimina la prueba y error de determinar el peso de un espcimen con el peso apropiado para uno estndar de 2in despus de haber compactado un peso especfico de arena.

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PERMEMETROPERMEMETRO

Electric Permeameter

El permemetro elctrico es una unidad

compacta recomendada para laboratorios de control de produccin. Este emplea el mtodo del orificio y la cada de presin se muestra en el indicador de presin de 5in (127mm) de dimetro, graduado directamente en unidades de permeabilidad AFS. El indicador de presin est provisto de 3 escalas codificadas de 3 colores, una para valores de permeabilidad mayores de

50(orificio grande), uno para valores permeabilidad menores de 50(orificio pequeo) y un tercero para la presin.

La unidad no usa agua o mercurio. Un simple arreglo de elevador es usado para expandir un O-ring para formar un sello dentro del tubo de espcimen. La presin requerida (10 cm de agua) es mantenida por un ventilador de alta velocidad. Un dispositivo de liberacin flotante de presin es usado para mantener la presin de aire constante a pesar de los cambios en la lnea de voltaje.

Medidor de Permeabilidad para moldes

El medidor de permeabilidad para molde tiene una cabeza de contacto de cara de hule conectada por una manguera de hule a un adaptador de campana que se sita en un medidor de permeabilidad que posee las especificaciones de AFS.

Es usado para medir la permeabilidad de moldes de produccin y corazones en unidades AFS de permeabilidad, y para revisar AFS 2x2 in dimetro para tubo de espcimen.

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MQUINA UNIVERSAL DE ESFUERZOS.MQUINA UNIVERSAL DE ESFUERZOS

Universal Sand Strength Machine

Mide precisamente el esfuerzo de compresin para moldes de arena en compresin en verde (parte inferior) y en seco (parte superior de la mquina).

Existen accesorios disponibles para medir arena en verde y seco en esfuerzo cortante deformacin en verde y para medir esfuerzos en: tensin, de partimiento y transversales.

La mquina consiste en 4 partes mayores una base pesada, peso en pndulo, brazo de empuje robusto y un motor de accionamiento. El peso en pndulo se balancea en cojinetes de bola sobre eje de acero al carbn. Varias cabezas de prueba pueden fcilmente adaptarse al brazo de empuje.

Motor Drive Accessory

Este accesorio es para ser usado junto a

Universal Sand Strength Machine.

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TAMIZADORTAMIZADOR

Ro-Tap Sieve Shaker

El Tamizador de arena es una mquina aprobada por la AFS para determinar la fineza de la arena de fundicin. Este es designado para clasificar de manera certera y consistente todos los tipos de muestras de laboratorio. Utiliza un movimiento circular en la horizontal y accin de golpeteo para alcanzar la separacin completa.

El tamizador es designado para mallas estndar de 8in (203mm) de dimetro. La unidad contiene un reloj cronmetro, es totalmente sellado, con un motor 1/4HP, mecanismos de transmisin sellados, con fcil manejo de las mallas y un plato de soporte ajustable. Esta mquina es virtualmente libre de mantenimiento (mnima lubricacin) para varios aos.

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FRIABILIDAD / MOLDABILIDADFRIABILIDAD / MOLDABILIDAD

Friability and Moldability Tester

El medidor de friabilidad y moldabilidad

mide la habilidad de la arena compactada de moldeo para resistir la abrasin o desgaste en los primeros pequeos milmetros en la superficie de un molde. Dos especimenes segn norma AFS (2in dimetro x 2in alto) son colocados lado a lado en una malla cilndrica de 7in de dimetro y son rotadas uno con otro.

La cantidad de arena desgastada de los especimenes luego de un minuto es recogida y pesada. El peso de la arena removida, dividida por el peso original de los especimenes y multiplicada por 100 es reportado como el porcentaje de friabilidad. Un valor de friabilidad superior a 11% indica una tendencia a producir defectos por suciedad y prdidas en calidad de superficie en la fundicin.

Un reloj cronmetro ajustable controla la prueba, y la unidad incluye una bandeja de recoleccin como tambin una brocha y un tamiz de malla ancha (para pretamizar la muestra), para usar en la prueba de moldabilidad. En esta prueba 200 gramos de arena suelta son colocados en la malla cilndrica y rotados por 10 segundos. El peso de arena pasando por la malla dividido por dos nos da el ndice de moldabilidad para arena no compactada.

Mientras que la prueba de moldabilidad ha tenido xito por la prueba de compactabilidad para expresar el grado de amase de la arena de moldeo, es todava til para monitorear el funcionamiento para los controles de la moldabilidad en la mezcladora automtica.

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AZUL DE METILENO - PRUEBA PARA DETERMINAR CANTIDAD DE ARCILLAPRUEBA DE AZUL DE METILENO

Methylene Blue Clay Tester

Prueba de arcilla de Azul de metileno

Esta prueba hace posible la determinacin rpida y precisa del contenido de arcilla o aglutinante empleada en las arenas de moldeo.

El uso de una solucin preliminar simple produce respuesta comparable de la cantidad de arcilla o aglutinante para poder determinarse valores confiables y significativos de esta en las arenas de fundicin.

Adems de su uso para las arenas del sistema, puede tambin ser utilizado para la prueba de los envos entrantes de la bentonita y de los materiales premezclados.

Es una prueba simple y no se requiere ningn entrenamiento especial. Incluye la solucin del azul de metileno, el papel de filtro, beakers del acero inoxidable y un vdeo de entrenamiento.

Accesorio Ultrasnico para la Prueba de Azul deMetileno.La arcilla en las arenas de produccin se distribuye de diversas formas. La parte de la arcilla se puede encerrar en terrones, o conjuntamente con los otros aditivos.

Si deseamos determinar la arcilla viva total, es necesario analizar los terrones y las capas pesadas por el tratamiento adicional.

Esto se puede lograr con el uso de este accesorio. Siete minutos de fregar reducen los terrones y las capas pesadas de modo que toda la arcilla viva est libre para reaccionar.

Incluye la cubierta, y un O-ring

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MEDIDOR DE HUMEDADMEDIDOR DE HUMEDAD (BOMBA SPEEDY)

Speedy Moisture Tester

El medidor rpido de humedad es

porttil y no requiere de conexin elctrica. Este opera con el principio de presin de gas generado, siendo proporcional a la humedad luego de reaccionar con el reactivo de rapidez. til en la moledora y en mezclas de corazn que contienen aceites voltiles que pueden perderse por calor.

Tambin es til en otra gran variedad de materiales (tierra, barros, polvos, qumicos, etc.)

Escalas disponibles con un 10% o 20% de rango de humedad. Los rangos pueden duplicarse si se emplean muestras ms pequeas.

Incluye balanza y peso ensamblado, medidor de presin ensamblado, taza medidor y dos brochas en una maleta porttil.

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EQUIPO LABORATORIO DE ARENA

TamizadorAccesorio ultrasonido

ApisonadorPermemetro

Mquina UniversalAzul de Metileno

Friabilidad /

MoldabilidadMedidor de humedad

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3. LABORATORIO DE FUNDICIN. PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO.Dentro del laboratorio de arena en la industria de fundicin, encontramos los siguientes equipos para realizar pruebas a las arenas de moldeo:

1. Equipo 1: Apisonador de Arena (Sand Rammer).

2. Equipo 2: Prueba de Friabilidad y Moldabilidad.

3. Equipo 3: Mquina Universal.

4. Equipo 4: Permemetro.

5. Equipo 5: Tamizador

6. Equipo 6: Determinacin contenido de arcilla.

7. Equipo 7: Equipo para Prueba de Humedad.

8. Equipo 8: Determinacin de contenido de arcilla Azul de Metileno.

9. Equipo 9: Balanza Digital.

10. Equipo 10: Mezcladora

OBJETIVOSAjuste, limpieza y conocimiento de los elementos constituyentes de los equipos que se encuentren en el laboratorio para su utilizacin y correcto funcionamiento.

Familiarizarse con el manejo de los diferentes equipos utilizados en la medicin de las principales propiedades de las arenas de moldeo.

Conocer los mtodos de ensayo para evaluar algunas de las propiedades y de las caractersticas de las arenas de moldeo; de igual manera aprender, cmo se deben

ejecutar los correspondientes ensayosNota:

Todas las pruebas que se describen a continuacin, nos podrn ayudar a determinarcuales son las mejores caractersticas de las arenas en base a la experimentacin.

A continuacin se describen los pasos que se deben seguir a la hora de realizar las pruebas, para la utilizacin correcta de los equipos, as como los datos obtenidos.

EQUIPO 1.APISONADOR DE ARENA (SAND RAMMER).Procedimiento para la preparacin del espcimen.

1. Obtener una muestra representativa de la arena de moldeo. Inmediatamente zarandear la arena a travs del tamiz con el embudo especial y colocar en un contenedor. Cerrar el contenedor firmemente para prevenir la perdida de humedad.

Zarandeo de la muestra de Arena con ayuda del Embudo Especial.

Recipiente de para

almacenamiento de la arena.Recipiente cerrado para

evitar perdida de humedad.

2. Colocar el tubo de espcimen sobre la copa de pedestal cerrando el tubo por la parte

inferior.

Tubo de espcimen y copa pedestal.Copa pedestal colocada en parte

inferior.

3. Para la prueba, pesar entre 145 a 165 gramos de arena con ayuda de la balanza digital y trasferirlos al interior del tubo de espcimen. (anote el valor seleccionado)

Peso de muestraLlenado del tubo de espcimen con ayuda del embudo.

4. Coloque el conjunto en el equipo para fabricar las probetas y deje descender lentamente el apisonador. No gire el tubo espcimen ni la copa de pedestal antes de

dar los golpes.

Levantamiento de pesaColocacin del Tubo Espcimen

5. Dar tres golpes seguidos con el apisonador a una velocidad moderada, en intervalos de aproximadamente uno cada segundo. Al final de esto, el tope del vstago del apisonador debe quedar dentro de las marcas de tolerancia del aparato, ubicadas en

su extremo superior.Movimiento de manivela para golpes con el apisonador

Tolerancia IncorrectaTolerancia Correcta

6. Si no obtiene el peso de la probeta que cumpla el tem anterior, repita el proceso de preparacin de la muestra patrn (eligiendo otro peso entre 145 a 165 gr.) siempre usando arena de moldeo no compactada hasta que despus del tercer golpe la marca horizontal se encuentre entre las marcas de tolerancia.

7. Se anota el valor de la compactibilidad, la densidad de la arena y el peso correspondiente a este ensayo, ya que sern los valores a ser usados en todas las experiencias de esta sesin de prctica que estudiar una sola mezcla de arena de moldeo.

Lectura de compactibilidad y toleranciasLectura de Densidad de la Arena

Compactada

8. Para extraer la probeta del tubo de espcimen sin ninguna alteracin se utiliza el poste de extraccin, con lo cual estamos listo para realizar las pruebas

correspondientes sobre el espcimen.

Retirando copa de pedestal.Extraccin de la probeta con el poste

9. Una vez extrado el espcimen, el tubo se pasa por el trapo acondicionador, para ser

limpiado y lubricado.Limpieza del tubo de espcimen

EQUIPO 2EQUIPO PARA PRUEBA DE FRIABILIDAD Y MOLDABILIDAD.Principio de prueba de Friabilidad:

Los primeros pequeos milmetros de la arena en la superficie de un molde son de mucha importancia, ya que estn relacionadas muchas veces con la cantidad de defectos que presenta la pieza fundida y esto nos puede reducir costos asociados con el proceso. Si esta capa se desgasta fcilmente, o desmorona bajo direccin normal del molde, este molde es demasiado friable para esta aplicacin.

El problema puede existir con las mezclas consideradas arenas de alto esfuerzo, y con una compactibilidad que muchos trabajadores de fundicin consideraran normal. Las grietas visibles no son un dispositivo de aviso de friabilidad, pero puede desmoronarse un poco la superficie bajo presiones leves, o simplemente por la fuerza de la gravedad, lo que puede suceder por las vibraciones normales que se dan en el rea de moldeo.

El mtodo para medir la friabilidad de la arena es simple. Procedimiento para la realizacin de la prueba.

1. Obtener una muestra representativa de la arena de moldeo. Inmediatamente zarandear la arena a travs del tamiz con el embudo especial y colocar en un contenedor. Cerrar el contenedor firmemente para prevenir la perdida de humedad.

Zarandeo de arenaContenedor de almacenamiento

2. Colocar la bandeja recolectora, bajo la pantalla del aparato.

3. Ajustar el reloj automtico en 60 segundos.

4. Preparar dos probetas (espcimen), bajo la norma en el apisonador de arena.

Colocacin del Tubo de

EspcimenTres golpes con el peso,

para estandarizar la probetaExtraccin de probeta.

5. Colocar ambas probetas, una a la vez, sobre sus lados en la pantalla rotatoria.

Asegrese que cada una de las probetas toque la parte posterior de la pantalla y que la probeta se mantiene pegada a la otra durante el giro.

6. Presionar el botn de arranque, este se encuentra en el centro de la cara del reloj, este permite que la pantalla gire, provocando que la superficie de las dos probetas se desgaste. Utilizar la bandeja para recolectar la arena que esta pasando a travs de

la pantalla.

Accionamiento de relojRecoleccin de arena

7. Utilizando la balanza, pesamos la cantidad de arena que paso por la pantalla.

Dividiendo el peso obtenido, en gramos, por el peso combinado de las dos probetas al inicio, en gramos, lo multiplicamos por 100 y determinamos el porcentaje de friabilidad.

Peso de arena recolectada en bandeja.

8. Un valor de friabilidad superior a 11% indica una tendencia a producir defectos por suciedad y prdidas en calidad de superficie en la fundicin. Por lo que hay que cambiar esta arena y buscar una mejor combinacin de componentes.

Principio de prueba de Moldabilidad:

La caracterstica de una arena que determine la facilidad con que la arena se acomodara en un molde se llama moldeabilidad. Arenas con alto ndice de moldabilidad son fciles de acomodar, produciendo un molde con el mnimo de espacios vacos en la superficie. Inversamente, si la arena posee un bajo ndice de moldabilidad se dificultara acomodarla dentro del molde y la superficie del molde puede tener grandes espacios vacos.

Los que han zarandeado arena en patrones saben que es resistente, la mezcla de arenas cohesivas dificulta el zarandeo mientras que facilita el trabajo, pero los golpes la zarandean con facilidad. La pantalla giratoria forma una prueba muy sensible y simple para medir el importante ndice de moldabilidad de la arena.

La prueba de Friabilidad y Moldabilidad estn basadas en el principio de la energa requerida en el moldeo y esta es proporcional a la energa requerida para separar los granos de la arena adheridos en grupos debida al apisonamiento. La cantidad de arena que pasa a travs de la pantalla en cierto intervalo de tiempo es la medida de la energa requerida para esta separacin.

Procedimiento para la realizacin de la prueba.

1. Colocar la bandeja recolectora, bajo la pantalla del aparato.

Colocar bandeja bajo aparato2. Asegurar una muestra representativa de la arena de moldeo y rpidamente colocarla dentro de un contenedor sellado para evitar cualquier prdida de humedad.

3. Se pasa rpidamente a travs de la zaranda del embudo especial y se pesan 200 gramos con ayuda de la balanza digital. Luego, estos se colocan dentro del aparato.

200 gramosTransferirlos al aparatoArena dentro del aparato

4. Ajustar el reloj automtico en 10 segundos.

Botn de arranque (color rojo)5. Presionar el botn de arranque, este se encuentra en el centro de la cara del reloj, este permite que la pantalla gire. Utilizar la bandeja para recolectar la arena que esta pasando a travs de la pantalla.

6. Usando la balanza digital, se pesa la cantidad de arena que paso a travs de la pantalla, y se divide el peso en gramos por dos con lo que se determina el ndice de moldabilidad.

7. Remover la pantalla del equipo y descartar la arena remanente que se encuentra en la pantalla. La unidad esta lista para otra prueba.

Limpieza de pantalla con ayuda de brocha.8. Valores alrededor de 80 para el ndice de moldabilidad indica que la arena posee buena moldabilidad. Valores alrededor de 20 puede indicar que la arena esta un poco dura lo que puede producir numerosos vacos en la superficie el molde.

EQUIPO 3.MQUINA UNIVERSAL DE ESFUERZOS.Procedimiento para realizar pruebas de compresin y cortante para arena en verde.

1. Obtener una muestra representativa de la arena de moldeo y preparar una probeta

(espcimen), bajo la norma en el apisonador de arena.Probeta bajo norma AFS.2.

Colocar la probeta en la mquina universal entre los platos de aplastamiento, en la parte inferior del equipo.

Mquina Universal Esfuerzos.Platos de aplastamiento para

compresin.Platos de aplastamiento para

cortante.

3. Una vez colocada la probeta entre los platos, se acciona el motor, para empezar aplicar la fuerza genera por el pndulo a medida que este se desplaza. Parndose el

motor en el momento en que ocurre la fractura de la probeta.

Motor de

accionamientoSwitch de encendido

para el motor.

Probeta fracturada en compresin.Probeta fracturada en cortante.

4. Luego de fracturada la probeta, se lee en la escala de la media luna el valor de esfuerzo alcanzado, en esta escala se identifica si la prueba se realiza en seco o en verde y el tipo de fuerzas aplicadas, ya sean estas fuerzas cortantes o fuerzas de compresin.

Esfuerzos segn la aplicacin.Imn para realizar la lectura

sobre la escala.Escala.

EQUIPO 4. PERMEMETRO.Procedimiento para utilizacin del permemetro.

1. Seleccionar el orificio con el que se va a trabajar, para esto es necesario aflojar la tapadera roscada que ajusta la placa que contiene los orificios. Cuando la L es visible en la placa, el orificio grande esta en lnea. Cuando la S es visible, el orificio pequeo esta en lnea

Ajuste de orificio2. La palanca de vaco debe estar accionada hacia la parte trasera del equipo, se acciona el equipo por medio del regulador de voltaje hasta alcanzar la lectura de permeabilidad cero en la escala del aparato, una vez logrado esto se deja funcionar el equipo por cinco minutos hasta estabilizar la lectura.

Permemetro.Palanca de vacoRegulador de Voltaje.Lectura de CERO

Permeabilidad.

3. Preparar un tubo de espcimen con la arena que se desea analizar, coloque el

cilindro con la probeta de arena de moldeo, en el cabezal del aparato.Colocar tubo espcimen4. Accione la palanca para crear el vaco, desplazndola hacia el frente del aparato.Palanca5. Se procede a tomar la lectura de permeabilidad, esta se lee directamente de la escala

que se encuentra en la cartula del aparato.Vista de la cartula

En esta cartula existen dos escalas para medir la permeabilidad, se identifican segn el dimetro del agujero por el cual pasa el aire, si el valor de permeabilidad es conocido y es superior a 50 se utiliza la escala con el agujero de dimetro 1.5 identificada en la cartula con el color rojo. Si el valor de permeabilidad es menor que 50 se utiliza la escala con el agujero de dimetro 0.5 identificada en la cartula con el color azul.

CALIBRADORES MAESTROS DEL PERMEMETRO.El permemetro elctrico esta equipado con calibradores maestros, estos consisten en orificios de precisin y tienen estampado un factor de calibracin para el valor de permeabilidad. Cuando es chequeado el equipo, el valor de calibracin puede variar en un

5% del valor estampado en l.Calibradores maestrosPara chequear el equipo, el calibrador es colocado sobre el tubo de espcimen; como se muestra en la figura, y se realiza la prueba como se describi anteriormente. Esperando que

la lectura de permeabilidad este dentro de lo esperado.El valor de calibracin para el orificio pequeo es de 34.2.

EQUIPO 5ANLISIS GRANULOMTRICO USANDO TAMIZADOR1. Pesar 50 gramos de arena seca para fundicin.

2. Colocar la muestra pesada en el tamiz superior de la serie de mallas (U.S. Series 6-

12-20-30-40-50-70-100-140-270-finos).3. Haga vibrar el aparato durante 15 minutos.Cronmetro.4. Determine el ndice Granulomtrico AFS, de acuerdo a las siguientes instrucciones:

4.1 Pese cuidadosamente la arena silcea retenida en cada uno de los tamices y el recipiente o bandeja de los finos. Para ello, debe utilizar una hoja de papel donde coloque la arena contenida en cada una de ellas, de manera que las prdidas por errores experimentales sean mnimas.

Pesar arena de cada tamizColoque cada arena en una hoja de papel

4.2 Calcular el % de retenido en cada malla. El porcentaje de retenido en cada una de las mallas, segn la expresin:

% de retenido en la malla = (Ws/Wt)x100

Donde Ws es el peso retenido en el tamiz considerado; y Wt es el peso total retenido.

4.3 Determinar la sumatoria de porcentajes de retenido en la malla. (Xi)

4.4 El peso de arena silcea retenido en cada tamiz, multiplicarlo por cada factor dado en la Tabla dada en la siguiente pgina. (Xi mi)

4.5 Sumar los productos anteriores. ((Xi mi))

4.6 Calcular el ndice Granulomtrico AFS as:

ndice Granulomtrico AFS = [(Xi mi)/Xi]

Donde Xi es el porcentaje de arena silcea retenida en el tamiz i; y m es el factor multiplicante para cada malla.

5. rea superficial de la arena Silcea.

El rea superficial de la arena libre de arcilla se puede determinar como un subproducto del anlisis granulomtrico. El uso de los factores de rea superficial permite una aproximacin cuantitativa a la determinacin del rea total superficial de los granos de arena en cm2/g; la cual se calcula as:

rea Superficial Calculada = [(Xini)/Xi]

Donde Xi es el porcentaje de retenidos en cada tamiz; y n es el factor multiplicante de rea superficial para cada malla.

EQUIPO 6EQUIPO PARA DETERMINAR CONTENIDO DE ARCILLA.Procedimiento para la realizacin de la prueba.

1. Obtener una muestra representativa de la arena de moldeo. Secar a 115 C al menos unos 250 gramos.

2. Pesar 50 gramos de esa arena previamente secada y colocarla en un vaso de vidrio especfico. Pesar la arena cuando est a la temperatura ambiente.

3. Agregar 475 ml de agua destilada y 25 ml de solucin de pirofosfato de sodio al

1,5 %.

4. Colocarle el agitador mecnico y agitar durante 5 minutos, dejando sedimentar durante 10 minutos y sifonear posteriormente.

5. Al remanente en el vaso, agregar nuevamente agua destilada, agitar y dejar

decantar durante 10 minutos, sifoneando posteriormente.

6. Al remanente en el vaso, agregar nuevamente agua destilada, agitar, y dejar decantar durante 5 minutos y sifonear.

7. Continuar el proceso descrito hasta que el agua extrada del vaso por sifoneo sea completamente clara.

8. Remover del recipiente los granos de arena, secarlos a 110C por un mnimo de tres (3) horas.

9. Pesar la arena base cuando est a la temperatura ambiente.

10. Determinar el contenido de arcilla en esa arena, mediante:

% de arcilla = 2 x (prdida de peso).

11. Hacer dos ensayos adicionales.

EQUIPO 7EQUIPO PARA PRUEBA DE HUMEDAD.Procedimiento para la realizacin de la prueba.

1. Llenar una copa de medida con carburo de calcio, hacerlo dos veces.Llenado de copa de medida2. Colocar el carburo de calcio en la tapa de la bomba.Depositar las dos medidas de carburo de calcio en la tapa

3. Pese rpidamente la muestra de arena en la balanza tarada de la bomba.Pesar arena en balanza

4. Deposite la arena en el cuerpo de la bomba hasta el fondo.Depositar arena en el cuerpo de la bomba.

5. Cerrar la bomba usando la tapa de la bomba cuidando no derramar el carburo de

calcio.Cierre de la bomba. Ajustar tornillo

6. Agite vigorosamente la bomba durante 5 segundos con el dial viendo hacia abajo, luego rpidamente ponga el dial viendo hacia arriba. De ligeros golpes al cuerpo de la bomba y mantngalo durante 1 minuto. Repita para una segunda y

tercera mezcla a intervalos de 1 minuto.Agite por 5 segundos luego gire y de ligeros golpes

7. Una vez ms agite la bomba Speedy y con el dial colocado horizontalmente a la

altura de los ojos tome la lectura del medidor.Tome la lectura8. Lentamente suelte el tornillo para aliviar la presin en direccin lejos del operario. Vace el contenido de la bomba y limpie completamente la bomba usando el cepillo provisto.

Libere la presin, direccin lejos del

operario.Limpie completamente la bomba con el

cepillo.

EQUIPO 8EQUIPO PARA DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE ARCILLA AZUL DE METILENOLa prueba de azul de metileno mide la cantidad de arcilla presente por determinacin de la capacidad de intercambio de la arcilla. El nmero de iones intercambiables presentes son determinados por el reemplazo de estos iones con tintura de azul de metileno, el cual est estandarizado en trminos de mililitros de tintura por cada porcentaje de arcilla. La bentonita comercial de alta resistencia requiere aproximadamente 5.0 ml de azul de metileno por cada porcentaje de bentonita. Este valor puede variar dependiendo en la pureza y naturaleza de la bentonita tambin como del tratamiento mecnico previo en la titulacin.

Los primeros procesos de azul de metileno los cuales incluan el uso de cido fueron limitados a sistemas que empleasen una sola bentonita. La mquina de prueba de azul de metileno utiliza Tetra Sodio Pirofosfato como una solucin preliminar, y con este procedimiento la mayora de bentonita del occidente y meridional requerirn cantidades equivalentes de azul de metileno. Esto hace posible el control de sistemas de arena de fundicin que contienen la mezcla de ambos tipos de bentonita.

Usando el proceso de cido para bentonitas meridionales solo han requerido nicamente la mitad de la cantidad de azul de metileno requerido por la bentonita occidental. Una mezcla de dos arcillas representaba un problema real ya que no haba forma de determinar la cantidad de arcilla viva en el sistema.

Desde que la razn de quema no es la misma para estos dos tipos de arcilla, no se puede asumir una proporcin constante entre ambas arcillas. Con respuesta desigual la arcilla total solo poda calcularse asumiendo una proporcin constante la cual no era justificada por lo anterior.

EnsambleBotella de llenado, pedestal y base, bureta, motor agitador, base de taza

para beaker, soportes y mangueras.1. Prepare un litro de solucin preliminar. Pese 20 gramos de tetra sodio de pirofosfato usando la balanza. Disuelva los 20 gramos en un litro de agua destilada. Para ayudar

al qumico a disolver es bueno calentar el agua antes de agregarle el qumico.

Pirofosfato de sodioPese 20 gramos y disuelva en un

litro de agua destilada.

2. Si se emplea agua caliente, deje que la solucin llegue hasta temperatura ambiente, y posteriormente vierta la solucin en la botella la cual conforma la parte baja de la pipeta repetidora.

Ensamble de pipeta repetidora.

ACCESORIO DE ULTRASONIDOEste accesorio es utilizado para determinar el contenido total de arcilla viva. Preparacin de equipo.

1. agregue 10 gotas de agente humectante (Wetting agent) al tanque del accesorio10 gotas de Wetting agent2. Llene el tanque con agua limpia hasta la marca de nivel aproximadamente 43mm

desde el fondo del tanque.Llenar hasta la marca de nivel de agua en tanque

3. Coloque la cubierta plstica con el orificio interno.Cubierta plstica4. Antes de cada prueba encindalo con 15 minutos de anticipacin, para que el equipo opere a potencia completa.

DETERMINACIN DEL CONTENIDO TOTAL DE ARCILLA1. Tome una muestra representativa de 10 o 15 gramos de arena del sistema para ser probada. Remueva cualquier escoria o materia contamnate que pudiese estar presente en dicha muestra. Seque la muestra hasta peso constante utilizando un horno o el foco de secado.

Arena del sistema a analizarSecado de la muestra

2. Pese 5 gramos para la prueba de arcilla total de azul de metileno. Transfiera esta muestra a uno de los beakers de 250ml de acero inoxidable. Deslice el O-ring sobre el beaker tal que se encuentre localizado o 6mm de la seccin acampanada del beaker.

Pesar 5 gramos de arena de sistemaTransferirlos al beaker 250ml y colocar el

O-ring en este

3. Incline la pipeta repetidora a la derecha hasta llenar el receptculo superior hasta que el lquido (tetra sodio de pirofosfato) se derrame en el tubo de medida, llenndolo con 50 ml hasta el borde de dreno. luego incline la pipeta repetidora hacia la izquierda y vace el contenido del tubo en el beaker de 250ml que contiene

la muestra de arena.

Inclinar pipeta repetidora a la derechaInclinar pipeta a la izquierda

4. Transfiera el beaker, el cual contiene la muestra y la solucin preliminar de tetra sodio de pirofosfato, hacia el accesorio de ultrasonido. Deslice hacia abajo el beaker por el agujero de la cubierta del aparato. Esto debera posicionar el beaker de tal forma que o (6 a 12mm) de ste estn sumergidos. El nivel de agua del

tanque debe estar llena aproximadamente 43mm sobre el fondo del tanque.El beaker es deslizado a travs de la cubierta plstica, el O-ring situado entre ambos.

5. Encienda la unidad de ultrasonido para que opere durante 5 minutos. Vea la accin dentro del beaker. Los granos de arena deben vibrar y chocar uno contra otro y contra el fondo y los lados del beaker. Esta agitacin har un efecto abrasivo sobre

los granos y dems aditivos de la superficie de los granos.

Encendido de la unidad 5 minutosAgitacin de la mezcla

6. Al final de los 5 minutos apague la unidad de ultrasonido y remueva el beaker y colquelo bajo la bureta. La bureta debe estar llena hasta el borde de rebalse. Mueva el tornillo de la bureta de tal forma que el azul de metileno fluya hacia el beaker, deje caer suficiente azul de metileno para que pueda reaccionar con 80 al 90% de arcilla presente en el sistema de arena.

Colocar beaker bajo buretaGirar el tornillo de la bureta y llenar beaker

con 80-90% de Azul de metileno requerido.

7. Introduzca el beaker debajo del agitador, y ajstelo en la base del soporte de taza.

Encienda el motor y djelo agitar la arena y el azul de metileno por 2 minutos para asegurar contacto completo entre el azul de metileno y la arcilla viva.

Colocar beaker bajo agitadorEncender agitador por 2 minutos

8. Remueva el beaker de acero inoxidable del agitador momentneamente haga descansar la cara interna del beaker con la orilla del disco agitador para drenar el lquido remanente en el disco.

9. Tome una hoja de papel filtro. Usando la varilla de vidrio mezcle una o dos veces. posteriormente tome una sola gota de la solucin del beaker y colquela en el papel filtro. Vea la formacin de un aro azul verde en las afueras del contorno de la gota. Si la cantidad de azul de metileno no es excesiva no habr formacin de aro a los alrededores de la mancha oscura. Por conveniencia se recomienda que el papel filtro descanse sobre el segundo beaker limpio mientras se agregan las gotas de la solucin de prueba. Esto permitir que el lquido seque ms rpidamente y que el papel no se manche con azul de metileno.

Se toma una gota con la varilla de vidrio y se coloca sobre el papel filtro, ver formacin de aro.

10. Agregue azul de metileno en pasos de 1 ml. Mezcle la solucin por 2 minutos despus de la adicin de cada mililitro y verifique utilizando la varilla de vidrio y el papel filtro. Alrededor de 4 o 5ml en adiciones debern ser requeridos para alcanzar el punto final, el cual se evidenciar por la formacin del aro verde como se explico arriba. Para mantener el seguimiento se recomienda que las gotas se agreguen alrededor de la circunferencia del papel filtro y cada gota debe ser identificada por

el nmero de ml que requirieron.Formacin de aro. Cada gota indica la cantidad de ml requeridos.

11. Para reverificar el punto de finalizacin es recomendable colocar el beaker bajo el agitador y mezclar por 2 minutos de agitacin para asegurar el contacto completo del azul de metileno con toda la arcilla. Si no se vuelve a formar el aro despus de la agitacin adicional, agregue otro ml de azul de metileno y repita la prueba. Repita hasta que el aro persista.

12. Divida el nmero de ml requeridos para alcanzar el primer aro significativo por el nmero de ml requeridos por cada porcentaje de arcilla, el cual es denominado como el factor de calibracin, tal como se determina por el mtodo de material equivalente.

DETERMINACIN DE ARCILLA DISPERSADAEn sistemas de arena, no toda la arcilla presente en su forma propia contribuye a la resistencia de la mezcla. Alguna de la arcilla se presenta en terrones, en colonias y puede estar atrapada por otros aditivos. Para mxima resistencia, la arcilla debe ser dispersada y completamente distribuida sobre los granos. Esto es un caso aleatorio. Hay una diferencia usual entre la cantidad total de arcilla presente, la dispersada y la arcilla que trabaja; la arcilla que est en su forma propia para contribuir en la resistencia del molde.

1. Para determinar la arcilla dispersada, pese 5 gramos de una muestra seca de arena de sistema, agregue 50ml de solucin de pirofosfato de sodio de la pipeta repetidora y coloque el beaker de acero inoxidable bajo el motor agitador. Mezcle por 2 minutos. Rellene la bureta hasta la marca de cero (hasta que una gota o dos se derramen en la parte superior)

2. Remueva el beaker del agitador, colquelo bajo la bureta y agregue 80% de azul de metileno estimado para esta muestra de arena. Mezcle con el agitador por 2 minutos para que el azul de metileno entre en contacto con la arcilla. Usando la varilla de vidrio, haga una gota de prueba en una pieza limpia de papel filtro. Si el aro azul

verde no aparece, agregue otro mililitro de azul de metileno y mezcle por otros 2 minutos. Repita hasta que el aro aparezca.

3. Desde que la aparicin de aro puede deberse al contacto pobre entre el azul de metileno y la arcilla, coloque nuevamente el beaker bajo el agitador y mezcle por 2 minutos ms. Una vez ms, haga la prueba de la gota en el papel filtro y revise de que el aro se haga presente nuevamente. Si desaparece luego de los 2 minutos adicionales de mezcla, agregue otro mililitro de azul metileno, mezcle y revise la formacin del aro. El punto final son los mililitros requeridos para que el aro persista incluso luego de los 2 minutos extra de mezcla.

Nota: La prueba de arcilla dispersada es una herramienta til para determinar la condicin de la arcilla presente en sistemas de arena. La mayora de empresas de fundicin no requieren la prueba de arena dispersa y suprimida como parte de programa normal de control. Basndose nicamente en la prueba de arcilla total con azul de metileno.

4. Cuando la prueba se lleva a cabo apropiadamente, nicamente cuatro o cinco puntos de pruebas debern ser requeridos. Si demasiados incrementos de mezcla y prueba son requeridos, aumentar la posibilidad que mucha de la cubierta de arcilla ha sido daada. La prueba es alguna forma sensible al tiempo, y se hace necesario utilizar muchos puntos de prueba, ser mejor comenzar con una nueva muestra, empezando con un volumen de azul de metileno mayor.

5. Divida el nmero de mililitros requeridos para alcanzar el primer aro persistente por el nmero de mililitros requeridos por cada porcentaje de arcilla (factor de calibracin), como se determin con el mtodo de material equivalente.

DETERMINACIN DE LA ARCILLA SUPRIMIDALa arcilla suprimida es definida como la diferencia entre la arcilla total y la arcilla dispersa. La arcilla suprimida es la cantidad de arcilla viva atrapada en terrones o que de otra forma

es inaccesible al azul de metileno. Es una medida del grado de la trituracin y provee la manera en la cual los aditivos interactan. Tambin puede actuar como sistema de alarma, alertando de la acumulacin de contaminantes en los sistemas de arena.

Cuando la arena suprimida es mayor que 0.7% por una mezcla de bentonita, la arena de sistema y la formulacin debe ser cuidadosamente estudiada.

MTODO DE MATERIAL EQUIVALENTEEl factor de calibracin es el nmero de mililitros de azul de metileno requeridos por cada porcentaje de bentonita equivalente o arcilla. Este factor puede ser determinado fcilmente usando el presente mtodo.

1. Si ms de un aglutinante es empleado en el sistema de arena, prepare 0.5 gramos de muestra en la razn o proporciones de cada elemento a la cual estas son agregadas a la arena. A esta mezcla agregue 4.5 gramos de arena base.

2. Transfiera la arcilla y arena en el beaker inoxidable y agregue 5 gramos de carburo de silicio. Seguidamente agregue 50ml de solucin de pirofosfato y utilice el accesorio de ultrasonido por 7 minutos para asegurar completa dispersin de la arcilla.

5 gramos de carburo de silicio

(color negro)3. Llene la bureta hasta que una o dos gotas salgan de la parte superior en el borde de sobre flujo y agregue 80 a 85% de la estimacin requerido de azul de metileno. Mezcle con el motor agitador por 2 minutos.

4. Usando la varilla de vidrio haga la prueba de gota en una pieza nueva de papel filtro y agregue otro mililitro de azul de metileno, repita si el punto final no es alcanzado. Puede haber alguna diferencia en la aparicin del punto central usando nicamente material equivalente, pero el aro debe haber reaccionado con azul de metileno.

5. Para determinar el factor de calibracin divida el volumen total de azul de metileno requerido por 10. As el porcentaje total de arcilla se obtendr de la divisin entre los mililitros de azul de metileno requerido entre este factor de calibracin.

EQUIPO 9.BALANZA DIGITAL.Procedimiento para utilizar la balanza:

1. La balanza debe estar colocada sobre una superficie plana y estar nivelada para no tener errores de lecturas. Para asegurar que esto no ocurra, nos ayudamos del

nivel que la misma balanza posee.

Balanza Digital.NivelBalanza desnivelada

2. Si la balanza no esta nivelada, se procede a nivelarla por medio de las patas

regulables de color verde colocada en sus extremos, hasta lograr su nivelacin.Patas reguladoras, se encuentran en ambos extremos de la balanza.

Balanza Bien Nivelada3. Una vez nivelada, se coloca el recipiente sobre el cual se desea pesar, y se regresa a cero la lectura, y as tenemos una balanza tarada, solo para obtener el

peso de la muestra deseada sin necesidad de clculos adicionales.Botn para regresar a cero la lectura de la balanza.

EQUIPO 10. MEZCLADORA.Este equipo sirve para homogenizar las mezclas de los aglutinantes con las arenas y los

dems aditivos que se utilizan en la formulacin de las arenas de moldeo.MezcladoraSe introducen las cantidades de los componentes que se desean mezclar, se tapa y se hecha

andar por 15 minutos. El agua se agrega poco a poco durante el proceso de mezclado.Agregando componente para la mezcla.Una vez transcurridos los 15 minutos se para y se extrae la mezcla, para empezar el proceso de fabricacin de los moldes.

4. CONTROL DE ARENA PARA PIEZAS DE FUNDICINPartiendo del sistema de arena utilizado para piezas fundidas, se determinaron todos los parmetros de control presentes en dicho sistema como son: ndice de finura, resistencia a la compresin y corte en verde, porcentaje de humedad, ndice de moldabilidad y friabilidad, y contenido de arcilla.

Los parmetros antes mencionados determinaron las condiciones para el moldeo. Partiendo de estos datos se generaron dos nuevas formulaciones, es decir cambios en las razones de los elementos presentes en el sistema de arena (bentonita, carbn marino, agua, arena nueva y arena reutilizable).

Con las dos nuevas formulaciones (A-DM y B-DM), se procedi a realizar las respectivas mezclas para los dos nuevos sistemas de arena de fundicin. Seguidamente se realizaron las pruebas de laboratorio que igualmente determinaron sus respectivos parmetros de control, tal como se mencion anteriormente.

Se prepar suficiente arena para realizar dos moldes por cada nueva formulacin. El procedimiento seguido para construir los moldes corresponde al empleado actualmente. El procedimiento de construccin se detalla a continuacin:

Preparacin de mezcla por formulacin.

Tamizado por formulacin, arena nueva y

reutilizable.Tamizado final arena nueva

Agregar los aglutinantes en razones.Mezcla de todos los elementos.

Foto formulacin A-DM (arena de contacto)Foto formulacin B-DM (arena de contacto)

Construccin y colocacin del molde.

Construccin de molde parte inferiorParte superior molde

Colocacin del molde para llenadoEl molde se separa de la caja

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Preparacin para llenadoCrisol de llenado

Llenado del molde y extraccin de las piezas.

Llenado de moldePieza fundida y separada del molde

Pieza de cada formulacinPiezas por cada formulacin

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CONCLUSIONES

Partiendo del monitoreo de los parmetros presentes en los sistemas de arena generados, las proporciones de los elementos que las constituyen pueden optimizarse. Es decir, tratar de emplear la mayor cantidad de arena reutilizable, menor cantidad de aglutinantes y dems aditivos.

Los parmetros determinados para cada formulacin cumplen con las exigencias del proceso de fundido y colada. Las caractersticas finales de las nuevas piezas son similares a las de la formulacin actual. Por tanto, el objetivo alcanzado mediante estos anlisis llev a optimizar la formulacin del sistema de arena y al mismo tiempo observar mejoras en las piezas finales, presentando ahorro y optimizacin en los recursos al implementar las nuevas formulaciones.

Segn el anlisis de la frmula actual, los porcentajes son:

Arena reutilizable79%

Arena nueva16%

Bentonita2%

Carbn marino2%

Para las nuevas frmulas propuestas, sus porcentajes son: Frmula A, malla fina

Frmula B, malla actual

Arena reutilizable88.5%

Arena nueva8%

Bentonita1.5%

Carbn marino2%

Datos comparativos de las formulaciones probadas100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%

Arena reutilizable Arena nueva Bentonita Carbn marino

Frmula actual Frmula A-DM Frmula B-DM

Tabla comparativa entre consumo de recursos por cada formulacin

RecursoFrmula actualFrmula A-DMFrmula B-DM

Arena reciclada20 carretadas22.3 carretadas22.4 carretadas

Arena nueva4 carretadas2 carretadas2 carretadas

Carbn marino4 bolsas4 bolsas3 bolsas

Bentonita4 bolsas4 bolsas4 bolsas

Consumo de Recurso252015 Frmula actualFrmula A-DM10 Frmula B-DM50Arena reciclada Arena nueva Carbn marino BentonitaRecurso5. CONCLUSIONESLa experimentacin aplicada juntamente con herramientas como el anlisis de la arena de fundicin, el cual se realiza con los aparatos y metodologas antes descritas, permite a las industrias de la fundicin el perfeccionamiento de sus formulaciones en sistemas de arena y la optimizacin de los recursos.

Un constante monitoreo de las propiedades requeridas para cierta formulacin de un sistema de arena permitir determinar las condiciones actuales de esta. As, los operarios sabrn cuando debe ser reemplazado o agregado cierto componente durante el proceso de fundicin para la realizacin de los moldes.

Es importante contar con los manuales de cada uno de los equipos, ya que de esta manera se facilita la familiarizacin, la reparacin, la adecuacin del laboratorio en sus instalaciones y las precauciones necesarias para un correcto y seguro funcionamiento de los equipos.

La elaboracin de esta gua de procedimientos para anlisis de sistemas de arena permitir al encargado del laboratorio tomar decisiones y generar nuevos cambios en las formulaciones. La presente gua buscar facilitar la comprensin y el adiestramiento a futuros operarios en el manejo de los equipos.

6. RECOMENDACIONESProporcionar al laboratorio de pruebas de arena, los instrumentos y reactivos para realizar las pruebas, como tambin que el lugar sea el adecuado tanto en la disposicin de los equipos, as como su limpieza.

Que el laboratorio sea una escuela del tratamiento de las arenas de moldeo, donde los datos recopilados sean de ayuda para la medicin con precisin de las diferentes propiedades de estas, as monitoreando sus propiedades.

Que este laboratorio posea un responsable de realizar todas las pruebas a las arenas de moldeo, de los equipos a los cuales se ha realizado un manual, y que este formule, proponga y dirija la elaboracin de las arenas de contacto principalmente, y seale cuales sern las arenas de relleno.

Que se realicen las pruebas que se pueden realizar en tiempo real en el lugar de la fundicin, as exactamente antes de realizar los moldes, como la prueba de permeabilidad y la prueba de humedad con el Speedy Moisture.

Que se ensaye la arena reutilizable, para ser utilizada nicamente como arena de contacto a la cual segn las pruebas de arcilla entre otras, esta posea una gran cantidad de este aglutinante superior al 10% en la escala de arcilla efectiva del total de la muestra, suficiente para que esta arena no se le agreguen ms aglutinantes como la bentonita. As, se ensayar despus de cada uso en una fundicin si es apta para que se pueda utilizar en otra fundicin, o si ser apta con la mezcla con arena nueva o bentonita, segn los datos de las propiedades de la arena reutilizable.

GLOSARIOArena de contacto: es la arena de buena calidad que se encuentra alrededor del modelo para fundicin y que tendr contacto con el metal lquido que conformar la pieza final deseada.

Arena de relleno: a diferencia de la arena de contacto, esta arena es de menor calidad y de configuracin distinta. La arena de relleno servir para formar el resto de la arena del molde para la pieza de fundicin.

Esfuerzo de compresin: es la fuerza por unidad de rea aplicada sobre un elemento haciendo que este se comprima. La unidad empleada en la mquina universal de esfuerzos es lb/in2.

Esfuerzo cortante: es el esfuerzo que acta tangencialmente a la superficie del material. Dado tambin para la mquina universal en lb/in2.

Esfuerzo en seco (dry): es el esfuerzo en compresin o cortante aplicado a una probeta la cual ha sido secada por la accin de un horno hasta llegar a peso constante.

Esfuerzo en verde (green): es el esfuerzo en compresin o cortante aplicado a una probeta la cual contiene humedad, es decir formada por arena recin preparada.

Friabilidad: parmetro que indica el grado de desgaste que puede sufrir la superficie de la arena de un molde.

Moldabilidad: indica el grado o la capacidad en que la arena tiende a llenar todos los espacios para formar el molde de la pieza.

Permeabilidad: indica la facilidad en la que los gases son evacuados del molde durante la colada.

REFERENCIASAmerican Foundry Society (http://www.afsinc.org), promueve y provee conocimientos y servicios que fortalecen a la industria de la metalrgica de fundicin para beneficio de sus consumidores y asociados.

Equipo Dietert (http://www.dietertlab.com/) pgina oficial de la empresa Dietert encargada de fabricacin de equipo para pruebas de arena. En esta pgina se puede encontrar todo el listado e informacin de los equipos para realizar los distintos anlisis para sistemas de arena.

BIBLIOGRAFAHoward, E. D., [1962] Tratado prctico de fundicin. Editorial Aguilar, S.A. Ediciones, Madrid, Espaa.

Kazanas, H.C., Baker y G.E., Gregor, T. [1986] Procesos Bsicos de Manufactura. Editorial

McGraw Hill, Mxico, D.F., Mxico

Daz Delen, M. A., Pays Gutirrez, J. E., Quijada Cuellar, C. A. y Rivas Bonilla, W. A. [1998] Metodologa investigativa para la optimizacin del proceso de fundicin de aluminio en molde de arena. Trabajo de graduacin presentado para optar al grado de ingeniero mecnico en la Universidad Centroamericana Jos Simen Caas, San Salvador, El Salvador.

Quintero Omar [2004] Laboratorio de Fundicin MT-2384. Universidad Simn Bolvar, Caracas, Venezuela. Disponible en Web: http://www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-2384%20(guia).pdf

Strobl Scott M. [2000] Fundamentos en la preparacin y control de la Arena Verde. Simpson Technologies Corp. Aurora, Illinois, U.S. Disponible en Web : http://www.moderncasting.com/Spanish/arena_verde.pdfANEXOSHOJAS DECLCULOAPISONADADOR FORMULACINPeso espcimen (gm)Compactabilidad %Permeabilidad

Mquina UniversalCompresin en verde (psi)Cortante en verde (psi)

CONTENIDO DE ARCILLAVolumen azul m. req(mililitros) F.C. 10 =Volumen azul m. req(mililitros)

F.C. % arcilla total (x 100) =Volumen azul m. req(mililitros) F.C. % arcilla dispersada (x 100) =% arcilla total % arcilla dispersada % arcilla suprimida = MALO > 0.7%INDICE DE MOLDABILIDADPeso Bandeja (gramos) Indice de moldabilidad 2 =

BUENA ALR.80% MALA ALR. 20%

INDICE DE FRIABILIDADPeso Bandeja (gramos)

Peso total probetas(gramos) Indice de friabilidad =

OPTIMA < 11%

PORCENTAJE DE HUMEDADPerdida de peso (gramos) % humedadX 2 =INDICE DE FINURA

PORCENTAJE RETENIDO = (PESO RETENIDO/TOTAL PESO RETENIDO)x100INDICE FINURA (I. (TOTAL (Xi mi)/TOTAL DE PORCENTAJE RETENIDO)

INDICE DE FINURA (AFS) =

Arena reutilizable88%Arena nueva8%Bentonita2%Carbn marino2%

Carretada o bolsas s

MALLA

PESO RETENIDO (GRAMOS)

6

12

20

30

40

50

70

100

140

200

270BANDEJA FINOS

TOTAL =

TOTAL PESO RETENIDO (GRAMOS)"""""""""""

(Xi mi)

PORCENTAJE RETENIDO

FACTOR

=

X

100=

X

3X

100=X

5=X

100=X

10=X

100=X

20=X

100=X

30=X

100=X

40=X

100=X

50=X

100=X

70=X

100=X

100=X

100=X

140=X

100=X

200=X100=-

TOTAL =

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