CONTENIDO

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................2

OBJETIVOS..........................................................................................................................3

1. PROPIEDADES DE LAS ARENAS...............................................................................4

1.1. ARENA NUEVA......................................................................................................4

1.2. ARENA VIEJA........................................................................................................4

2. ENSAYO DE HUMEDAD...............................................................................................5

3. ENSAYO DE PERMEABILIDAD....................................................................................6

4. ENSAYO DE RESISTENCIA.........................................................................................7

5. ENSAYO DE DUREZA..................................................................................................8

6. ENSAYO DE CIZALLADURA........................................................................................9

7. CONCLUSIONES........................................................................................................12

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................................13

INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo se visualizarán diferentes ensayos con sus respectivos parámetros para reconocer y examinar las propiedades de las arenas en cuanto a su función en el proceso de fundición.

Las tierras de moldeo son un conjunto heterogéneo, compuesto esencialmente por una arena base sílice y un aglomerante mineral (arcillas como la bentonita), a su vez poseen orgánicos (como la arena de madera, mogul, entre otras, para darle permeabilidad), carbón mineral molido (en el caso de colar fundiciones de hierro) y agua.

En base a las características y requerimientos anteriores, se hace necesario controlarla a través de ensayos. La AFS (Asociación Norte Americana de Fundidores), ha estandarizado los siguientes ensayos:

a- Granulometría

b- Contenido de humedad

c- Permeabilidad

d- Ensayos mecánicos (dureza, resistencia a la tracción, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, resistencia al corte)

e- Refractariedad

f- Fluidez

g- Durabilidad.

A continuación se definirán con mayor exactitud algunos de estos ensayos.

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OBJETIVOS

1. Adquirir conocimientos básicos sobre la precisa utilización de ensayos para evaluar las arenas en el proceso de fundición.

2. Reconocer las normas, estándares y procedimientos para cada uno de los ensayos.

3. Diferenciar los diferentes procesos en cada ensayo y la finalidad que tiene cada uno.

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1. PROPIEDADES DE LAS ARENAS

1.1. ARENA NUEVA

Es aquella que se va a emplear por primera vez en el proceso de moldeo. Esta arena no puede utilizarse directamente como llega de la cantera para preparar moldes, es necesario someterla a un tratamiento de preparación similar al de la arena vieja excepto el de eliminación de partículas metálicas con un separador magnético.

Características:

Tamaño de grano: grande

Color: en esta arena se puede ver una variedad de colores en sus granos colores como, amarillo, blanco, naranja y rojo. Sus granos son brillantes.

Forma: esta tiene una forma de grano muy heterogénea, la diferencia de tamaño entre granos es muy grande.

1.2. ARENA VIEJA

Estas son las llamadas arenas de relleno, cuyas propiedades técnicas están ya muy reducidas, estas se emplean después de las arenas de contacto.

Características:

Tamaño de grano: esta arena tiene un tamaño de grano muy heterogéneo, unos grandes y otros muy pequeños.

Color: café (oscuro)

Forma: esta arena tiene un aspecto húmedo y pegajoso y sus granos son muy heterogéneos.

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2. ENSAYO DE HUMEDAD

Cuando la arena no contiene aglutinante ni sustancias volátiles, se determina la humedad secando 50 gramos de arena en una estufa a unos 110 °C. La muestra, dispuesta en una capsula de hierro esmaltado se calienta hasta obtener un peso constante.

La humedad porcentual será:

H% = Ph−PsPh

∗100%

Donde Ph es el peso de la arena húmeda y Ps el peso de la arena seca.

Para el secado se emplean estufas eléctricas, de resistencia, provistas de termostato para la regulación automática de la temperatura. Para conseguir un secado rápido, en unos 4 ó 5 minutos, se emplean secadores de rayos infrarrojos.

Para la determinación rápida de la humedad contenida en una arena, se emplea frecuentemente el aparato higro-meter, este aparato consta de una botella metálica, con cierre hermético, sobre el fondo va situado un manómetro, que se comunica a través de un taladro, con el interior del recipiente. El cuadrante del manómetro esta graduado directamente en tantos por ciento de humedad, y queda protegido por un vidrio resistente.

Para la ejecución de la prueba se introduce en la botella cierta cantidad de tierra (50 g) y una ampolla de vidrio conteniendo una cantidad determinada de carburo de calcio (CaC2) en polvo. Agitando la botella se rompe la ampolla, y el carburo de calcio reacciona con la humedad existente, deprendiendo acetileno (C2H2), aumentando en consecuencia la presión en el interior. La presión final es directamente proporcional al acetileno producido, que se lee directamente en tantos por ciento.

Cuando se precise mucha exactitud en la determinación, es aconsejable utilizar los dos métodos y se toma como valido el promedio de los resultados obtenidos en cada uno de ellos.

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3. ENSAYO DE PERMEABILIDAD

La permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos:

* La porosidad del material

*La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura

* La presión a que está sometido el fluido

Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material

En geología la determinación de la permeabilidad del suelo tiene una importante incidencia en los estudios hidráulicos portante del sustrato (por ejemplo previo a la construcción de edificios u obras civiles), para estudios de erosión y para mineralogía, entre otras aplicaciones.

La permeabilidad del suelo suele aumentar por la existencia de fallas, grietas, juntas u otros defectos estructurales. Algunos ejemplos de roca permeable son la caliza y la arenisca, mientras que la arcilla o el basalto son prácticamente impermeables.

Es la propiedad física de la masa de arena moldeada en verde o en seco de permitir el paso de gas a través de la misma.

El alto contenido de aglutinante y material fino, el porcentaje de humedad, el grado de compactación son factores importantes que influyen en la permeabilidad de una arena.

Para determinar la permeabilidad de una arena de fundición, se emplea la probeta de ensayo cilíndrica con diámetro de 50.8 mm por 50.8 mm, de altura y la velocidad de flujo del aire bajo presión constante de 10 cm de columna de agua que pasa a través de la probeta. En el permeámetro que utilizamos, se debe sellar herméticamente con mercurio el molde invertido que lleva la probeta con el permeámetro. Se levanta lentamente la campana para llenarla con aire hasta la señal indicativa de 2000 cm3 de aire, abrir la válvula del permeámetro contabilizando el tiempo de la descarga total de la campana y medir la presión en el manómetro.

Número de permeabilidad: V h / pAt = 3007.7/t (seg).

V, volumen del aire que pasó por la probeta (2000 cm3). t, tiempo de paso del aire en segundos. h, Altura de la probeta en cm (5.08 cm). A, Sección de la probeta (20.268 cm2). p, Presión del aire en g/cm2 (10 g/cm2).

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4. ENSAYO DE RESISTENCIA

Resistencia en seco: Es la resistencia necesaria en la arena para mantener la forma de la cavidad del molde cuando se seca. Cuando el metal toca las paredes de la cavidad, se evapora el agua y la arena queda seca.

Resistencia En Caliente: Es la que tiene la arena cuando la calienta el metal después de que está seca. Las características de resistencia en caliente y de termoestabilidad hacen que la arena no se deteriore ni cambie sus dimensiones a altas temperaturas

La resistencia de una mezcla de arena para fundición se puede determinar por medio de ensayos de compresión y corte en verde y en seco. La resistencia a la compresión y al corte en verde es la resistencia máxima que una probeta normalizada es capaz de soportar cuando se aplica una carga creciente en forma continua hasta que se produzca la rotura por la presión aplicada (en lb/plg2) a las dos mitades diametralmente opuestas de las dos superficies planas de la probeta.

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5. ENSAYO DE DUREZA

La dureza de la superficie de un molde o probeta, se determina por medio del probador de dureza o durómetro, con graduaciones en el indicador de 0 a 100 milésimas de pulgada con subdivisiones de una milésima, se pone el vástago en contacto con la superficie de la probeta, se aplica la carga al indentador presionando firmemente y se lee la profundidad de penetración en el indicador.

Es importante medir la dureza superficial de los moldes especialmente cuando se presentan problemas de excesiva dureza, generando sopladuras de superficie, dartas, colas de cometa, etc., o defectos de dureza originando penetración del metal en la arena, obteniéndose superficies rugosas e incrustaciones de arena. Un molde apisonado con una dureza de 40 a 50 es blando, de 50 a 70 es mediano, de 70 a 75 es duro de 85 a 100 es muy duro.

La arena puede ser natural o manufacturada, proveniente de rocas trituradas, tamizadas y lavadas, en la explotación de agregados, con el fin de obtener la combinación correcta de tamaños de las partículas. Los tamizados de caliza, provenientes de calizas blandas, no son recomendables pues se disuelven con el tiempo, debido a la humedad y a la abrasión, lo cual crea depresiones (deformaciones o hundimientos) en el pavimento. Para pavimentos en calles, la arena debe ser la más dura que se pueda encontrar, a costos razonables. Si la arena es suave, puede pulverizarse en partículas más pequeñas, bajo cargas de tráfico pesado y repetido, lo cual es contraproducente. Tech Spec 17 del ICPI— Bedding Sand Selection for Interlocking Concrete Pavements in Vehicular Applications tiene recomendaciones para la evaluación de la dureza de las arenas para aplicaciones para tráfico pesado. Para evaluar la dureza de la arena, se puede efectuar el siguiente ensayo rápido: si las partículas más grandes de arena, no pueden ser rayadas o quebradas con una espátula metálica o la hoja de una navaja de bolsillo, la arena es lo suficientemente dura para vías de accesos residenciales y comerciales.

La dureza de la arena se determina al mover una fresa en el macho y leyendo la profundidad de penetración en mm.

Prueba Brinell

Una carga de 237 gramos aplicada al indentador debe mover el indicador libremente a 100. Una carga de 100 gramos debe indicar 1.27 mm (0.05 pulgadas) o una dureza de 50. El instrumento que se muestra a continuación tiene un indentador con un radio de 12.5 mm. Se requiere una carga total de 980 gramos para mover el indentador 2.54 mm.

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6. ENSAYO DE CIZALLADURA

En el ensayo de cizallamiento se generan fuerzas transversales en una pieza de material. El dispositivo de cizallamiento de este experimento se compone de ambas mordazas de cizalla templadas para alojamiento de la muestra y de la cubrejunta de tracción con la cuchilla tundidora templada. La cuchilla tundidora ataca sin juego entre las dos mordazas de cizalla. Con ello se secciona la muestra a dos cortes. De esta forma se evitan prácticamente cargas de flexión que pudieran adulterar el resultado. El dispositivo se instala sin más dificultades en el sector de tracción del equipo de comprobación. Se emplean muestras de cobre de 6mm de diámetro.

Descripción:

Una pieza sufre fuerzas cortantes cuando dos secciones planas y paralelas de la pieza tienden a deslizarse una respecto de la otra. Normalmente el esfuerzo cortante provoca dos fuerzas iguales y opuestas, situadas en planos paralelos y próximos. Es frecuente que las fuerzas cortantes actúen transversalmente a la pieza. El valor de la fuerza cortante dividido por la sección donde actúa nos da la tensión unitaria que sufre la pieza

Debido a la fuerza cortante la pieza se deforma. Si suponemos un prisma rectangular, al someterlo a tensiones cortantes se formará un ángulo. A este ángulo se le llama deformación por cortante y se mide en radianes.

Experimentalmente se observa que la deformación, hasta un límite (limite elástico por cortadura), es directamente proporcional a la tensión cortante (ley de hooke)

Al coeficiente de proporcionalidad G se le llama módulo de elasticidad en cortante, módulo de rigidez o coeficiente de elasticidad transversal.

En el ensayo de un material sometido a un esfuerzo de cortadura se obtiene una gráfica, tensiones-deformaciones, parecida a la del ensayo de tracción aunque con valores distintos. Por tanto, en la cortadura y para cada material se obtiene:

Una zona elástica.

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Una zona plástica.

El valor de la tensión unitaria de rotura o coeficiente de rotura: R

El límite de elasticidad a cortadura: e

Y a partir de estos valores se determina:

El coeficiente de trabajo (por debajo de la tensión límite de elasticidad): t

El coeficiente de seguridad deseado: n=R/t

Coeficientes orientativos de trabajo y de rotura por cortadura o cizalladura de algunos materiales en Kgf/cm2

Diagrama de esfuerzos – deformaciones en un ensayo de cizalladura

Tipos de cizalladura

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7. CONCLUSIONES

1. Es importante destacar que el exhaustivo control de las arenas y tierras de moldeo permiten mejorar la calidad, disminuir los rechazos por defectos superficiales,

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minimizar los costos de terminación como ser: granallado, arenado, soldadura, rebabado y en el peor de los casos refundir la pieza.

2. La importancia de seguir el procedimiento recomendado para obtener probetas de acuerdo como lo establecen las normas es determinante para obtener resultados reproducibles en los ensayos que se hagan.

3. El alto contenido de aglutinante y material fino, el porcentaje de humedad, el grado de compactación son factores importantes que influyen en la permeabilidad de una arena.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/9310/Capitulo3.pdf

http://www.utp.edu.co/~publio17/laboratorio/ensayo_arena.htm

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http://www.icpi.org/sites/default/files/7th_edition-Section_7-SPANISH.pdf

http://www.simpsongroup.com/sandtest/lit-sales-STE%20Sand%20Testing%20Brochure-2008-es.pdf

http://roble.pntic.mec.es/jlec0009/pdfs/UT03%20Cortadura.pdf

http://www.gunt.de/networks/gunt/sites/s1/mmcontent/produktbilder/02030010/Datenblatt/02030010%204.pdf

http://industriales.utu.edu.uy/archivos/mecanica-general/ENSAYOS%20DE%20MATERIALES/RESUMEN%20DE%20TIPOS%20DE%20ENSAYOS..pdf

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