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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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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.
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