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DETERMINACION DE HUMEDAD EN LAS ARENAS DE MOLDEO DUVERNEI ARIAS LEIDY DAYANNA MAYORGA MORENO UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI METALURGICA BOYACA-TUNJA 2019 1 DETERMINACION DE HUMEDAD EN LAS ARENAS DE MOLDEO DUVERNEI ARIAS LEIDY DAYANNA MAYORGA MORENO ...

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DETERMINACION DE HUMEDAD EN LAS ARENAS DE MOLDEO

DUVERNEI ARIAS LEIDY DAYANNA MAYORGA MORENO

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERI METALURGICA BOYACA-TUNJA 2019

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DETERMINACION DE HUMEDAD EN LAS ARENAS DE MOLDEO

DUVERNEI ARIAS LEIDY DAYANNA MAYORGA MORENO

INFORME DE LABORATORIO N°2 PRESENTADO AL INGENIERO: HUMBERTO ALEJANDRO LOPEZ MEDINA EN EL CURSO DE PROCESOS DE MOLDEO

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA METALURGICA BOYACA-TUNJA 2019

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TUNJA-BOYACA 07 DE MAYO DE 2019

DETERMINACION DE HUMEDAD EN LAS ARENAS DE MOLDEO

MARCO TEORICO Para la determinación de la humedad de las arenas nos valimos de materiales muy sencillos como lo fue el secador de rayos infrarrojos que esta previamente programado a una temperatura de 110°C y con una duración de 12 minutos para la finalización de la prueba, además se usó la Mufla que se programa para que alcance una temperatura máxima de 110°C se mantenga en esa temperatura durante 12 minutos y finalmente empiece a bajar la temperatura para luego sacar las diferentes muestras. La determinación de la humedad de las arenas nos permite conocer y calcular el % de humedad de los diferentes tipos de arena, en nuestro caso para la práctica se utilizó arena de relleno y arena de contacto, lo que nos permitirá ver cual tiene mayor cohesión y a su vez utilizar la que sea más adecuada a la hora de los diferentes procesos de moldeo para obtener piezas de buena calidad, evitando imperfecciones como lo son los rechupes.

DIFERENTES PROCEDIMIENTOS EMPLEADOS EN LA DETERMINACION DE LA HUMEDAD DE LAS ARENAS La humedad de la arena se controla por simple estufado a 120 ºC de una masa de arena preparada y conocida. 

Se observa una sensible pérdida de peso.



Se pesa la arena seca.



En conclusión: la diferencia entre el peso de la arena húmeda y el de arena seca representa el del agua evaporada.

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Ensayo de humedad por el método de cuarteo:

Procedimiento: 

Pesar una cantidad de 50 gr. de arena escogida por el método de cuarteo.



Secar la arena en el horno a una temperatura de 105 a 115 °C, por un tiempo de 1 a 3 minutos.



Pesar la muestra de arena seca



Calculamos el porcentaje de humedad: 50−x x 100 %H2O= 50

X=pesos de las muestras de arena seca Ensayo de humedad mediante el procedimiento hermético de Speedy: El grado de humedad también puede determinarse mediante la comprobación de la presión producida por un pequeño recipiente en el cual se ha introducido un peso de arena con una pequeña adición de carburo de calcio. Consideraciones: 

Las muestras deben ser de arena nueva

 

Recipiente hermético debe estar seco y no contener arena Registrar en una tabla las presiones correspondientes a la reacción carburo-gas



El ensayo se debe realizar con porcentajes de 4, 6, 8, 10, 12 y 14% de agua con respecto a los 50 gr de carburo.

Procedimiento: 4



Pesar 50 gr. De arena, escogida mediante el método de cuarteo. Y 50 gr.de carburo de calcio.



Colocar la muestra dentro del cilindro del dispositivo de humedad.



Colocar 50 gr. de carburo de calcio dentro de la cavidad de la tapa.

 Acoplar la tapa en el cilindro manteniendo el aparato en posición horizontal. Sostener el aparato con firmeza y sacudirlo violentamente durante 3 segundos.

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

Virar el aparato durante 1minuto antes de repetir la operación anterior



Mantener el aparato horizontal y registrar la presión marcada por el manómetro.



Aliviar la presión en dirección lejos del operario y vaciar el contenido de la bomba



Finalmente procedemos a pesar nuevamente el producto dela mezcla, para poder obtener el porcentaje de humedad: 50−x x 100 %H2O= 50

PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE ACUERDO AL CONTENIDO DE HUMEDAD 6

Las propiedades de las arenas de molde, como es lógica, están determinadas por las características constitucionales, y son, fundamentalmente las siguientes.  Plasticidad  Permeabilidad  Refractabilidad  Cohesión  Durabilidad o vida.

PLASTICIDAD: Se define por plasticidad de las arenas de moldeo a la aptitud de estas para reproducir los detalles de los modelos, aptitud que depende de dos propiedades: la deformabilidad y la fluencia. DEFORMABILIDAD: La capacidad de arenas para variar de formas, la que depende del contenido de arcilla, de la humedad y la forma de los granos. La más alta deformabilidad está dada para las arenas de granos angulares, con mayor contenido de arcilla. FLUENCIA: Es la facilidad de la arena de transmitir, a través de su masa las presiones aplicadas en la superficie. Una buena fluencia permite un molde con durezas uniformes en los distintos puntos de él. Esta propiedad es de mucha importancia cuando se moldea a máquina ya que la presión de la superficie libre de del molde libre del molde se transmite mejor cuando hay más alta fluencia. PERMEABILIDAD: Es la facultad de la arena para dejar pasar a través de su masa, los gases provenientes del interior del molde. Estos gases son: 

El aire naturalmente encerrado dentro del molde que debe ser desplazado por el total líquido que ingresa por el sistema de alimentación de la pieza.



Los gases que proceden de la propia masa de arena al quemarse la materia orgánica y el carbón que ella contiene. 7



Los gases que se desprenden de la alineación al momento de solidificarse.

La permeabilidad de la arena depende de varios factores: 

De su distribución granulométrica e índice de finura, siendo mayor la permeabilidad cuando este índice es menor.



De la constitución granulométrica, presentando mayor permeabilidad de las arenas de granos redondos que las de los granos angulares.



De la uniformidad en el tamaño de los granos, cuando la distribución granulométrica es muy extendida la permeabilidad es menor que si la arena está concentrada en menor cantidad de mallas.



Del contenido de arcilla, bajando la permeabilidad cuando la proporción de arcilla es más alta



Del contenido de agua. Cuando la humedad es superior a la humedad del moldeo, la permeabilidad disminuye.



De la intensidad del apisonado durante el moldeo. Cuanto más fuerte es el apisonado, más bajo resultara la permeabilidad del moldeo.

COHESION: Cohesión es la propiedad de la arena que le da resistencia mecánica frente a los esfuerzos que le producen las aleaciones durante la colada. Los esfuerzos a que está sometida la arena son a la compresión al cizalle y a la traición. La resistencia de la compresión en verde varía según;  El contenido de arcilla, aumentando con el incremento de arcilla.  El contenido de agua, bajando si el agua del moldeo esta en exceso o en defecto.  La forma de los granos, siendo mayor la resistencia, cuando la arena es de gran angular.

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 La distribución granulométrica, mejorando la resistencia cuando la distribución es más abierta.  El apisonado, haciéndose más alta cuando más fuerte es el apisonado.  La adición de aglutinantes orgánicos aumenta la resistencia a la compresión.  La uniforme distribución de la acilla mejora la resistencia la arena. DURABILIDAD O VIDA : Está determinada por los ciclos que puede hacer la arena en el taller antes de perder cualquiera de las propiedades anteriormente descritas. La primera propiedad que desmejora con la rotación de la arena es la resistencia a la compresión debido a la calcinación de la arcilla en contacto con las aleaciones liquidas, pues ellas pierden su capacidad cohesionante. La otra propiedad que decrece con uso continuado de las arenas es la permeabilidad, por la calcinación y pulverización de la arcilla. Para evitar los deterioros señalados se emplea, debidamente dosificados, la arena nueva y los aglutinantes vegetales sólidos.

OBJETIVO Conocer cuál de los dos tipos de arena (relleno o contacto) posee mayor porcentaje de humedad OBJETIVOS ESPECIFICOS  Conocer las diferentes propiedades que tienen las arenas según su porcentaje de humedad de las arenas  Conocer los diferentes métodos para calcular el porcentaje de humedad de las arenas  Identificar las características de los diferentes materiales utilizados durante la práctica.

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OBSERVACIONES DE LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS  Para obtener datos óptimos en la toma de la muestra se debe tomar la cantidad exacta de gramos de arena para cada ensayo.  Se debe esperar el tiempo estimado para el secado de cada muestra y a la temperatura adecuada  Esperar entre 15 a 30 minutos para que la muestra después del calentamiento, adopte la temperatura del ambiente.  No se presentan cambios físicos observables a simple vista, ya que la arena permanece en su mismo estado.

CANTIDADES Y BALANCES DE MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA      

50 gramos de arena de contacto 50 gramos de arena de relleno Vidrio de reloj Tecnofund Mufla Balanza

CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES Y MONTAJES DEL TRABAJO ARENA DE RELLENO: Se emplean para rellenar los moldes y se usan sobre la arena de recubrimiento. Estas arenas deben ser más gruesas que las de recubrimiento de contacto con el fin que sea más permeable a los gases y que nos permita que soporte a dos importantes fenómenos como los son: el agua de combinación del aglutinante arcilloso y la arcilla pierde parte de su poder aglutinante, una parte de los granos de sílice, por efecto del súbito cambio de temperatura se rompen.

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ARENA DE CONTACTO: consiste en la elaboración de moldes partiendo de la mezcla de arena de sílice y bentonita (un derivado de la arcilla) a un 30 - 35 % con una cantidad moderada de agua. Estas arenas entran en contacto directo con el modelo y al formar la superficie del molde, sufrirá la acción directa del metal líquido, por lo tanto requiere una preparación perfecta y comprobación para garantizar la refractariedad, permeabilidad y cohesión a elevadas temperaturas.

BENTONITA: La bentonita es una arcilla de grano muy fino (coloidal) del tipo de montmorillonita que contiene bases y hierro. Tiene aplicaciones en cerámica, entre otros usos. El nombre deriva de un yacimiento que se encuentra en Fort Benton, Estados Unidos. La bentonita tiene una formula química aproximada: Al2O3+ 4(SI)2 +H2O x n.H2O

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VIDRIO DE RELOJ: El vidrio de reloj o cristal de reloj es una lámina de vidrio en forma circular cóncava-convexa. Se llama así por su parecido con el vidrio de los antiguos relojes de bolsillo. El vidrio reloj se utiliza también en ocasiones como tapa de un vaso de precipitados, fundamentalmente para evitar la entrada de 13

polvo, ya que al no ser un cierre hermético se permite el intercambio de gases, utilizado en un laboratorio especial para química, física o biología. Características:   

Muy estable, con la base moldeada. Puede trabajar hasta 120 ºC. Diámetro (mm) Peso (g) 60 (3.7), 70 (5.5), 99 (10), 118.5 (15)

Los Vidrios de reloj se llaman así porque son similares al vidrio utilizado en la parte frontal de los relojes antiguos de bolsillo.

BALANZA: La Balanza analítica es el instrumento más usado por el químico, ya que mediante la misma es posible conocer con exactitud: la Masa de matriz destinada al análisis, la masa de sustancias para preparar Soluciones de concentración exacta, la masa de Precipitados en el Análisis gravimétrico. La balanza es un instrumento que mide la masa de un cuerpo o sustancia, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo. Características: La balanza analítica empleada en Análisis químico generalmente permite pesar masas inferiores a los 200 gramos con una sensibilidad de 0.1 mg y en algunos casos 0.01 mg, es decir es capaz de pesar sustancias reportando valores hasta la cuarta o quinta cifra decimal. Otra característica importante de la balanza analítica es su fidelidad (Precisión), consistente en la capacidad de dar el mismo valor toda vez que un mismo objeto es pesado varias veces consecutivas.

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MUFLA: Una mufla es un horno destinado normalmente para la cocción de materiales cerámicos y para la fundición de metales a través de la energía térmica. Dentro del laboratorio un horno mufla se utiliza para calcinación de sustancias, secado de sustancias, fundición y procesos de control. Características: • Calentamiento eléctrico controlado por Termostato. • Calentamiento mediante resistencias eléctricas a 1200 Watts de potencia. • Ventilador-turbina eléctrico que permite la circulación y uniformidad de la temperatura en toda la cámara de tratamiento. • Entrada superior para termómetro verificador. • Suministro monofásico de energía a 220 Volts. Las muflas cuentan con dos principales tipos, las cuales cubren perfectamente la necesidad que se requiera: 

Muflas de combustible:

Una mufla de combustible alcanza temperaturas muy elevadas, pues su fuente de calor está separada totalmente de la cámara de cocción, de tal manera que una muestra no puede ser contaminada con gases de combustión. 

Muflas eléctricas:

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Las muflas eléctricas son aquellas que cuentan con hornos generalmente pequeños con resistencias calefactoras ocultas. Estas son ampliamente utilizadas en laboratorios, talleres pequeños o consultorios dentales.

TECNOFUND: Realiza el ensayo de humedad a través del proceso de secado por lámpara infrarroja. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 

Potencia de la lámpara infrarroja: 250 W



Control digital del tiempo con apagado automático



Posee un controlador de intensidad de temperatura



Incluye un recipiente de aluminio para la arena.



Voltaje: 230 V / 50-60 Hz



Peso: 3 kg ( 6,6 lb)

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Montajes:

VERSION DEL PROCEDIMIENTO OPERATIVO: 

Primero se tomaron dos muestras un de arena de contacto con un peso de 50 gramos y la segunda arena de relleno 46 gramos añadiéndole 4 gramos 17



 

de bentonita para un total de 50 gramos, estos pesos exactos se obtuvieron con ayuda de una balanza analítica Segundo paso se colocaba la muestra en un reloj de vidrio, para proceder a colocarlo en el Tecnofund a una temperatura de 110°C durante 12 minutos o en la Mufla hasta alcanzar la temperatura de 110°C y mantenerla constante durante los mismos 12 minutos. Este procedimiento se realizó independientemente para cada tipo de arena. Tercero se retiraba la muestra ya sea del Tecnofund o de la Mufla y se dejaba enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente. Finalmente, se procede a pesar de nuevo las muestras para comparar el peso inicial con el final y así poder hallar el porcentaje de humedad de los dos tipos de arena.

Anexo: No se hizo ningún cambio en los materiales utilizados y la temperatura siempre fue la misma.

ANALISIS Y RESULTADOS % DE HUMEDAD:

PESO INICIAL−PESO FINAL X 100 PESO INICIAL

Datos obtenidos: Arena de relleno Peso inicial= 50 gr Peso final= 44.8 gr

% de humedad arena de relleno:

% de humedad arena de contacto:

Arena de contacto Peso inicial= 50 gr Peso final= 49.3 gr

50 −44.8 x 100=10.4 % 50

50 −49.3 x 100=1.4 % 50

Según los resultados obtenidos podemos deducir que la arena de relleno tiene más porcentaje de humedad que la arena de contacto, ya que esta posee diversidad de elementos que hacen que pueda retener más agua.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:  Hay diferentes instrumentos y métodos que nos permiten determinar el porcentaje de humedad de los diferentes tipos de arena  Un buen manejo de la humedad en las arenas nos permite obtener diferentes propiedades que hay que tener en cuenta a la hora de la preparación de los modelos y moldes para fundición.  Se debe manejar cierto rango de humedad para evitar errores en las piezas de fundición.  Según las propiedades de las arenas son usadas para aplicaciones específicas como en el caso de las arenas de relleno que son usadas para completar las cajas de moldeo para la fundición.  Tomar las muestras con el gramaje adecuado y a la temperatura adecuada nos permite obtener resultados de mayor exactitud.

BIBLIOGRAFIA Arenas de fundición (ok) https://es.scribd.com/doc/99078282/Arenas-de-fundicion-ok 19

AIDU | Tecnofund http://www.tecnofund.com.br/esp/aidu/

Vidrio de Reloj - EcuRed https://www.ecured.cu/Vidrio_de_Reloj

Balanza analítica - EcuRed https://www.ecured.cu/Balanza_analitica

Mufla - EcuRed https://www.ecured.cu/Mufla Bentonita – EcuRed https://www.ecured.cu/Bentonita

RAMIREZ, R. (2019). ARENAS DE MOLDEO. [Online] WWW.ACADEMIC.EDU. Available at: https://www.academia.edu/21085687/ARENAS_DE_MOLDEO? auto=download [Accessed 6 May 2019].

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