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    UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ENSAYO DE ARENA

    FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Pgina 1

    UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

    FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

    CURSO : PROCESOS DE MANUFACTURA II / MC214

    INFORME : ENSAYOS DE ARENA

    INTEGRANTES: ALTAMIRANO URIBE WILSER 20112085B

    AAZGO FERNANDEZ JOSE 20110130K

    CALDERON ZUIGA ERIK 20110124K

    TICLA PUENTE PAUL 20110119G

    TOMAIRO JAYO PEDRO 20101225B

    YOPLA BASALDA J. ROGGER 20114027J

    PROFESORA : ZEGARRA LEONOR MARIA

    SECCIN : B

    CICLO ACAD. 2013-II

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    INDICE

    INTRODUCCION 2

    OBJETIVOS ... 3

    FUNDAMENTO TEORICO .. 4

    ELEMENTOS A UTILIZAR 6

    PROCEDIMIENTO 8

    DATOS EXPERIMENTALES ... 11

    CALCULOS Y RESULTADOS ... 13

    CUESTIONARIO 21

    CONCLUSIONES 29

    REFERENCIAS

    BIBLIOGRAFICAS

    .. 30

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    INTRODUCCION

    En la preparacin de moldes en la industria de la fundicin se requieren materiales que

    desarrollen propiedades de cohesin, plasticidad y resistencia para reproducir el modelo

    de la pieza; deben ser refractarios, permeables para la evacuacin de gases que se

    producen al vaciar el molde y ser disgregables para que faciliten el desprendimiento de la

    arena de la superficie de la pieza, estos materiales son las arenas sintticas.

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    OBJETIVOS

    El presente laboratorio tiene como objetivo demostrar la variacin de las

    propiedades de las arenas, con relacin a la cantidad de sus componentes.

    Conocer las variantes que nos conllevan a un ptimo proceso de fundicin con

    arenas.

    Analizar las diferencias de las propiedades que existen, entre las arenas en verde y

    las arenas para alma.

    Identificar en qu casos es recomendable utilizar arenas en verde y en que otros,

    arenas para almas.

    FUNDAMENTO TERICO

    CONCEPTOS PREVIOS.

    AGLUTINANTES

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    Sirven para dar consistencia a los moldes hechos de arena. Se usan: Arcillas y Bentonitas,

    Cementos y Silicatos, Cereales, Lignita, Melaza, Alquitrn, Aceites, Agua.

    ARENA VERDE

    - Arena hmeda

    - Econmica

    - Usada para los moldes

    ARENA SECA

    - Para aumentar cohesin

    - Ms resistente- Provee de colapsabilidad del molde

    - Menor produccin por el tiempo de horneado para la arena

    - Usada para los corazones. Se prefiere el grano grande para la permeabilidad para los

    gases.

    PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO.

    Las propiedades son algo as como la actitud que tiene la arena para el final que vadestinada. Las propiedades fundamentales son:

    Plasticidad: capacidad para reproducir los detalles de los modelos. Depende de:

    Deformabilidad: actitud para cambiar de forma. Depende de los porcentajes de

    arcilla, de la humedad e, incluso, de la forma del grano.

    Fluencia: capacidad de transmitir la presin a travs de ella.

    Permeabilidad: es la facilidad para dejarse atravesar por el aire y los gases que se

    desprenden al realizar la colada. Depende del tamao y forma de los granos, del

    contenido en arcilla, de la presin y del porcentaje de humedad.

    Refractabilidad: es la capacidad para soportar temperaturas elevadas. Depende

    del tipo de arcilla.

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    Cohesin: capacidad de permanecer los granos unidos entre s. Depende del

    porcentaje de arcilla.

    ENSAYOS DE LAS PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO

    Deformabilidad: se mide por la disminucin de longitud de una probeta de arena

    despus de haberla sometido a un ensayo de compresin hasta su

    Fluencia: se mide apisonando el extremo de una probeta sobre la que se deja caer

    tres veces un pisn. Despus de cada impacto se mide con un durmetro.

    Permeabilidad: se determina con un permemetro midiendo el volumen de aire, a

    una presin de 1 gr/cm2, que atraviesa una probeta apisonada en un minuto.

    Tambin se puede determinar midiendo el tiempo que tarda en atravesar la

    probeta un determinado volumen de aire.

    Refractabilidad: se hace mediante aparatos que estiman los valores especficos,

    como son los

    Cohesin: se lleva a cabo por ensayos de compresin, traccin, flexin.

    Dureza: no es una propiedad caracterstica, pero se suele medir tambin con un

    durmetro.

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    ELEMENTOS A UTILIZAR

    . EQUIPOS:

    Balanza Lmpara de secado.

    Juego de Probetas Apisonador

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    Permemetro Extractor

    Equipo de resistencia

    MATERIALES:

    Slice Bentonita

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    PROCEDIMIENTO

    ARENAS EN VERDE

    Se toma una muestra seca de 500 gr. (slice + bentonita) determinando el % de

    Bentonita constante para cada grupo el cual debe de variar de acuerdo al tipo de

    arena a estudiar (arena grasa, semigrasa, magra o silcea).

    Se determina los porcentajes de humedad para cada miembro del grupo

    calculndose la cantidad de agua con la siguiente Formula

    Peso de Agua = 500x % de humedad = gramos de agua 100 - % de humedad

    Se procede a verificar el % humedad real tomando 20 gr., de la mezcla y lleva a la

    lmpara de secado aproximadamente 12 a 15 minutos, luego se procede a pesar

    nuevamente y por diferencia de pesos obtenemos el % de humedad real.

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    Se procede a tomar el peso correspondiente entre 145 a 160 gr. de la mezcla para

    obtener la probeta de 50mm de dimetro por 50 mm de altura en el apisonador

    con tres golpes (se deben obtener 3 probetas), no se permite tolerancias en la

    altura de la probeta.

    En la primera probeta se mide la permeabilidad en el permemetro tomando el

    tiempo que se demora en pasar 2000cc de aire a travs de la probeta, tener en

    cuenta la posicin de la aguja para arenas en verde o arenas para almas

    Una vez medida la permeabilidad se procede a extraer la probeta en el extractor

    Inmediatamente se coloca en el equipo de resistencia, en el cual se ha colocado las

    mordazas para medir la Resistencia a la Compresin, se realiza la medicin

    correspondiente

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    Con la segunda probeta obtenida se procede directamente a medir la Resistencia

    al corte

    A la tercera probeta en el apisonador se le da 2 golpes adicionales tomando la

    variacin de altura por cada golpe

    Medir la permeabilidad despus de los 5 golpes

    ARENAS PARA ALMAS

    Se toma una muestra seca de 900 a 1000 gramos , se varia el % de Bentonita

    por cada grupo y el % de humedad por integrante en concordancia con

    porcentajes de arenas para almas

    Se procede a tomar las muestras semejante a las indicaciones anteriores

    obtenindose 4 probetas

    Se procede a un proceso de secado en el horno o al medio ambiente

    Luego se procede a medir la Resistencia a la compresin, resistencia a la

    Traccin, resistencia a la flexin , resistencia al corte.

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    DATOS EXPERIMENTALES

    3%BENTONITA

    4%BENTONITA

    HUMEDAD% ALTU

    RAPESO

    GOL

    PES

    PERMEABILID

    AD

    RES-

    COM

    RES-

    CORT

    4to

    Golpe

    5to

    golpe

    Permeabilidad despus

    del 5to golpe

    Teori

    careal mm gr. Nro. Tiempo altura altura tiempo

    3 3.44 50 147 3 47.31 0.7 0.65 49.5 49 46.61

    4 4.15 50 150 3 47.00 0.7 0.65 49.5 49 46.52

    5 4.7 52 153 3 47.50 0.65 0.7 51.5 51 46.47

    5%BENTONITA

    HUMEDAD% ALTU

    RAPESO

    GOL

    PES

    PERMEABILID

    AD

    RES-

    COM

    RES-

    CORT

    4to

    Golpe

    5to

    golpe

    Permeabilidad despus

    del 5to golpe

    Teori

    careal mm gr. Nro. Tiempo altura altura tiempo

    3 3.35 50 147 3 61 0.7 0.85 50.5 49 55.00

    4 3.8 50 150 3 57.68 0.4 0.5 50.5 49 46.12

    5 4.75 50 153 3 47.87 0.625 0.71 49 48.5 48.27

    HUMEDAD%ALTU

    RA

    PES

    O

    GOLPE

    S

    PERMEABILID

    AD

    RES-

    COM

    RES-

    CORT4to Golpe 5to golpe

    Permeabilidad

    despus del 5to golpe

    Teoric

    areal mm gr. Nro. Tiempo altura altura tiempo

    3 3.5 50 147 3 45.12 0.50 0.60 49.5 49 45.23

    4 3.95 50 150 3 46.29 0.52 0.62 49.5 49 47.23

    5 4.5 50 153 3 45.19 0.62 0.70 49.5 49 49.81

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    CALCULOS Y RESULTADOS

    A) PARA ARENA EN VERDE

    PARA LOS DIFERENTES PORCENTAJES DE BENTONITA:

    Resistencia a la compresin vs %de humedad

    Resistencia al corte vs % de humedad

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00%

    3% de bentonita

    4% de bentonita

    5% de bentonita

    Linear (4% de

    bentonita)

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00%

    3% de bentonita

    4% de bentonita

    5% de bentonita

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    Permeabilidad vs %de humedad

    Manteniendo la humedad constante

    Resistencia a la compresin vs % bentonita

    Resistencia a la compresin VS % de bentonita

    3%

    humedad

    4%

    humedad

    5%

    humedad3%bentonita 0.5 0.52 0.62

    4%bentonita 0.7 0.7 0.65

    5%bentonita 0.7 0.4 0.625

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00%

    3% de bentonita

    4% de bentonita

    5% de bentonita

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    2% 4% 6%

    3% de humedad

    4% de humedad

    5% de humedad

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    Resistencia al corte vs % bentonita

    Resistencia al corte VS % de bentonita

    3%humedad

    4%humedad

    5%humedad

    3%bentonita 0.6 0.62 0.7

    4%bentonita 0.65 0.65 0.7

    5%bentonita 0.85 0.5 0.71

    Permeabilidad vs % de bentonita

    Permeabilidad VS % de bentonita

    3%

    humedad

    4%

    humedad

    5%

    humedad

    3%bentonita 45.12 46.29 45.19

    4%bentonita 47.31 47.00 47.50

    5%bentonita 61.00 57.68 47.87

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    2% 3% 4% 5% 6%

    3% de humedad

    4% de humedad

    5% de humedad

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    % de compactacin vs % de bentonita

    %de compactacin al 4to Golpe VS % debentonita

    3%

    humedad

    4%

    humedad

    5%

    humedad

    3%bentonita 49.5 49.5 49.5

    4%bentonita 49.5 49.5 51.5

    5%bentonita 50.5 50.5 49.0

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    2% 3% 4% 5% 6%

    3% de humedad

    4% de humedad

    5% de humedad

    48.5

    49

    49.5

    50

    50.5

    51

    51.5

    52

    2% 3% 4% 5% 6%

    3% de humedad

    4% de humedad

    5% de humedad

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    %de compactacin al 5to Golpe VS % debentonita

    3%

    humedad

    4%

    humedad

    5%

    humedad3%bentonita 49.0 49.0 49.0

    4%bentonita 49.0 49.0 51.0

    5%bentonita 49.0 49.0 48.5

    PARA ARENA PARA ALMAS

    Resistencia a la compresin vs. % de humedad

    RESISTENCIA A LA

    COMPRESIN

    bentonita

    8.0% 9.0% 10.0%

    Humedad

    8% 6.75 7.30 - - -

    9% 5.00 6.55 - - -

    10% 7.50 6.80 - - -

    48

    48.5

    49

    49.5

    50

    50.5

    51

    51.5

    2% 4% 6%

    3% de humedad4% de humedad

    5% de humedad

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    Resistencia al corte vs. %humedad

    RESISTENCIA AL

    CORTE

    bentonita

    8.0% 9.0% 10.0%

    Humedad

    8% 6.0 4.6 - - -

    9% 6.4 5.8 - - -

    10% 6.2 5.0 - - -

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    6% 8% 10% 12%

    8% de bentonita

    9% de bentonita

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    6% 7% 8% 9% 10% 11%

    8% de bentonita

    9% de bentonita

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    Resistencia a la traccin vs. % de humedad

    RESISTENCIA AL

    TRACCIN

    bentonita

    8.0% 9.0% 10.0%

    Humedad

    8% 1.1 1.5 - - -

    9% 1.0 1.3 - - -

    10% 1.4 1.3 - - -

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    1.4

    1.6

    6% 7% 8% 9% 10% 11%

    8% de bentonita

    9% de bentonita

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    CUESTIONARIO

    Arenas en Verde

    1.

    Manteniendo la humedad constante, variando la bentonita y viceversadetermine la composicin ptima que resista

    Resistencia a la compresin

    Resistencia al corte

    De acuerdo a los grficos:

    Experimentalmente: % Bentonita % Humedad

    Resistencia a la compresin 6 3

    Resistencia al corte 6 5

    2. Como varia la plasticidad (resistencia al corte) variando los componentes de la

    arena.

    A partir de la grfica % Humedad vs Resistencia al Corte, deducimos que al aumentar el %

    de humedad, aumenta la resistencia al corte. A su vez vemos que para un mayor %

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    1.1

    2.5 3.5 4.5 5.5

    R-CORTE(*100tnyp/cm2)

    % HUMEDAD

    R-CORTE VS %HUMEDAD

    5%BENTONITA

    3%BENTONITA

    6%BENTONITA

    4%BENTONITA

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    bentonita le corresponde una mayor resistencia al corte. Aunque se entiende que esta

    tendencia ser hasta llegar a cierto valor de humedad, a partir del cual comenzara a

    decaer la resistencia al corte. Sin embargo en nuestra grafica no se aprecia dicho valor.

    3. Cules seran los rangos ptimos de variacin de la humedad y el aglutinante

    para tener una buena permeabilidad.

    Se aprecia que la tendencia de la grfica % Humedad vs Permeabilidad debera de ser que

    para una menor humedad le corresponde una mayor permeabilidad, sin embargo

    nuestros datos de laboratorio no expresan dicha tendencia, los valores mas altos de

    44

    45

    46

    47

    48

    49

    50

    0 2 4 6

    PE

    RMEABILIDAD

    %HUMEDAD

    PERMEABILIDAD VS. %HUMEDAD

    5%bentonita

    3%bentonita

    6%bentonita

    4%bentonita

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    FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Pgina 22

    permeabilidad se dan alrededor del 4% de humedad. Por lo tanto una buena

    permeabilidad se obtendra apartir de un 4% o menos.

    Al igual que con l % Humedad, la grfica de % Bentonita vs Permeabilidad resulta con

    tendencias muy irregulares y diferentes que lo visto en teora. Sin embargo se podra

    43

    44

    45

    46

    47

    48

    49

    50

    51

    3%bentonita 4%bentonita 5%bentonita 6%bentonita

    Permeabilidad(s)

    Porcentaje de bentonita

    Permeabilidad VS % de bentonita

    3% humedad

    4% humedad

    5% humedad

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    deducir que a partir de un 4% de bentonita la permeabilidad comienza a decrecer

    rpidamente.

    4.

    Considerando la clasificacin de funcin del % de aglutinante indique usted comovaran las propiedades.

    Se puede notar que a mayor % de bentonita, mayor Resistencia a la Compresin.

    Se forma una especie de campana, la cual a partir de un 4% de bentonita, aumenta la

    Resistencia al Corte.

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    2.5 3.5 4.5 5.5 6.5

    Resistenc

    iaalaCompresion(kp/cm2)

    % de Bentonita

    3% Humedad

    4% Humedad

    5% Humedad

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    1.1

    2.5 3.5 4.5 5.5 6.5

    ResistenciaalCorte(x100Tnp/cm

    2)

    % de Bentonita

    3% Humedad

    4% Humedad

    5% Humedad

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    5. Indique usted como varia el punto de templado en relacin a los % de humedad yde bentonita

    Como se puede apreciar, el punto de templado depende de la resistencia a la compresin

    en verde, por tanto es inversamente proporcional a el % de Compactacin:

    0.99%

    0.99%

    1.00%

    1.00%

    1.01%

    1.01%

    1.02%

    2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

    %deCompactacion

    % de Humedad

    3% Bentonita

    4% Bentonita

    5% Bentonita

    6% Bentonita

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    El cual aumenta al incrementarse el % de bentonita y humedad. Por lo tanto el punto de

    templado disminuye al aumentar el % de bentonita y humedad.

    6. Indique usted cmo influye el % de bentonita y el % de humedad en lacompactacin de la arena y en la permeabilidad

    De lo analizado en la pregunta 3, se pudo apreciar que para porcentajes mayores a 4 % de

    humedad y bentonita, la permeabilidad decrece considerablemente.

    A partir de las grficas % Bentonita vs % Compactacin, y % Humedad vs % Compactacin

    de la pregunta anterior, se infiere que para el % compactacin es directamente

    proporcional a dichos parmetros, hasta cierto lmite el cual no podemos determinar a

    partir de nuestros datos.

    8.- Con todos los resultados anteriores indique usted cual es la mezcla ptima paraun elementos de gran volumen , indicando las razones de la eleccin

    Para un elemento de gran volumen se necesitara mayor permeabilidad debido a que se

    formaran muchos gases a la hora de la colada, por lo que la mezcla ptima para este caso

    es una que contenga 4% de humedad y 6% de bentonita

    0.99%

    0.99%

    1.00%

    1.00%

    1.01%

    1.01%

    1.02%

    2.5 3.5 4.5 5.5 6.5

    %deCompactacion

    % de Bentonita

    3% Humedad

    4% Humedad

    5% Humedad

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    9.- Indique usted la influencia de cada componente en las propiedades de las arenasLa bentonita influye en la arena permitindole ser compacta y no desmoronarse,

    adems le da a la arena cierta propiedad plstica que hace que adopte la forma de la

    pieza de la cual se quiere hacer el molde. La humedad por su parte incrementa la

    resistencia al corte de la arena mientras que su resistencia ala compresin disminuye.

    Arenas para Almas

    13. Indique usted como varan las propiedades de las arenas para almas en funcin

    de la variacin de Bentonita

    La resistencia a la compresin varia de forma proporcional al aumento del

    porcentaje de bentonita sea a mayor porcentaje de bentonita mayor ser

    la resistencia a la compresin.

    La resistencia al corte segn aumenta el porcentaje de bentonita tiende a

    aumentar ligeramente cuando la bentonita aumenta de 3 a 4% y despus

    disminuye y si la humedad aumenta entonces la resistencia tiende a

    disminuir.

    La permeabilidad en general aumenta al aumentar el porcentaje de

    bentonita, aunque con un porcentaje bajo de humedad la permeabilidad

    baja.

    La compactacin aumenta al tener mayor % de bentonita y a mayor

    humedad la compactacin tiende a ser constante.

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    14. Teniendo en cuenta que se realiza un proceso de secado, antes de realizar las

    pruebas, el % de humedad que influencia tiene en estas arenas

    Como se ha podido apreciar anteriormente los valores de las propiedades

    decrecen con el aumento del porcentaje de humedad .Si las arenas para almas no

    se hubieran secado probablemente seguiran la tendencia de disminuir las

    propiedades conforme aumente la humedad pero como se hizo el secado se

    observa que las propiedades de la arena mejoran.

    15. Determine las caractersticas optimas de una arena para almas

    Como se ha podido concluir con los grficos las propiedades de la arena para almas

    aumenta con el aumento del porcentaje de la bentonita y decrece con el deceso

    del porcentaje de humedad, entonces:

    De bentonita: 9 a 9.5% y humedad de: 8 a 9%, ya que en este rango se obtienen los

    mayores valores, adems se ve que las curvas tienden a estabilizarse en estos

    valores

    16. Establezca la diferencia de variacin de propiedades entre la bentonita y el

    otro aglutinante elegido

    No tuvimos oportunidad de observar las propiedades del otro aglutinante, pero

    averiguando llegamos a la conclusin, que el azcar mejora an ms las

    propiedades de la arena en comparacin con la bentonita.

    17. De acuerdo a lo ensayado cual arena es ms fuerte la arena en verde o la

    arena seca

    Se tiene que para cada porcentaje de aglutinante, existir un determinado

    porcentaje de humedad para la resistencia mxima, por lo tanto si se le disminuye

    a cero su porcentaje de humedad (arena seca) o se le aumenta la resistencia

    disminuir

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    CONCLUSIONES

    Tanto el contenido de agua como el de aglutinante afectan la propiedad de

    cohesin.

    La resistencia a compresin y resistencia a corte tendrn un punto ptimo para

    cada porcentaje de bentonita.

    Existe una diferencia en la obtencin del %de humedad debido a que la mezcla no fue

    homognea o se realiz de tal manera que las manos transfirieron calor.

    No cumplimos con la regla especificada de tomar entre 145 a 160 gramos debido a que la

    slice era muy fino.

    En el ajuste de grficas para el estudio no se consider algunos puntos, ya que estas nos

    conducan a un error en la tendencia de las propiedades estudiadas.

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    REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

    Tecnologa de la Fundicin Eduardo Capelo

    Tratado prctico de fundicin. Editorial Aguilar, S.A. Howard, E. D., [1962]

    Ediciones, Madrid, Espaa.