Arena

ANÁLISIS DE ARENAS

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ANÁLISIS DE ARENAS UNI FIM 2015-II

ÍNDICEOBJETIVOS..........................................................................................................................................3

BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................17

ANEXOS............................................................................................................................................18

OBJETIVOS

Determinar el

su curva distributiva.

Medir la humedad de una muestra de arena mediante el uso de una

lámpara de secado.

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Calcular si los agregados (fino, grueso) se encuentran dentro de los límites

para hacer un buen diseño de mezcla.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Análisis de arenas

La arena es un mineral refractario cuyo tamaño de grano varía entre 0.5 y 2 mm.

De los granos de cuarzo se forma la arena o sílice que contiene teóricamente

100% de Sio2 y cuyo punto de fusión está comprendido entre 1450ºC y 1750ºC;

en el yacimiento, en canteras, en las orillas del mar, de lagos, de ríos, etc.

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• Arena lavada, obtenida al eliminar por lavado, los minerales arcillosos y

parte de las impurezas.

Arena sintética; se refiere generalmente a la arena preparada artificialmente

mediante la adición de arcillas aglutinantes apropiadas.

El color de las arenas varía desde el blanco puro hasta el rojo fuerte o pardo,

según las impurezas presentes.

Propiedades de las arenas silíceas:

Propiedades mineralógicas: de la que dependen la vitalidad y la durabilidad de

un grano de sílice en los yacimientos donde también en algunos se presentan

grietas o resquebrajamientos de grano.

Propiedades granulométricas: el tamaño del grano y la distribución del mismo

en la arena silicea es una de las propiedades que más influye en las

características de un molde.

Propiedades morfológicas: la forma de los granos puede ser redonda, angular,

sub-angular y formas compuestas. La forma del grano influirá en la cantidad de

granos que contendrá un gramo de arena.

Por la superficie, la arena pude ser de grano fino o de grano rugoso.

Según la humedad, las arenas se clasifican en secas y húmedas; la humedad

máxima de las secas es de 0.5% y en las húmedas es 5.0%.

Características exigidas a la arena para fundición:

Refractariedad: la cual depende de la pureza en su composición química y de

otros factores como la forma y el tamaño de grano.

Durabilidad: una arena debe soportar los choques térmicos sin fragmentarse, lo

cual depende de la estructura de los granos.

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Distribución granulométrica adecuada: es la característica que más influencia

tiene en el comportamiento de las arenas cuando se las mezcla con aglutinantes,

que son productos capaces de conferir cohesión y plasticidad a una mezcla en

determinadas proporciones.

Arena verde:

Son las mezclas de arena + agua + aglutinantes; que permitirán una buena arena

de moldeo, consiguiéndose una adecuada resistencia que soportará los esfuerzos

del metal o aleación en estado líquido sin deformarse, lo que permite mantener

una estabilidad dimensional en la pieza obtenida.

o láminas pueden interponerse moléculas de agua entre éllas. Esta bentonita

después de secada y pulverizada aparece en su forma comercial como un polvo

gris suave.

La bentonita comienza a perder su mayor humedad a los 100 a 200ºC, luego se

hace lento manteniendo su estructura solo hasta antes de los 800ºC. Su punto de

fusión es 1350ºC.

Propiedades de las arcillas:

• Cohesión: al iniciarse un desplazamiento entre las hojas, aparece una

resistencia debida a las ligaduras electrostáticas formadas.

• Plasticidad: si se amasa, las partículas resbalan una sobre otra, rompiendo

las ligaduras y estableciendo otras.

• Adhesión: si aparece en la masa un material extraño (arena), este queda

envuelto y ligado a las partículas de arcilla.

Nomenclatura

• AFS Asociación Americana de Fundición

• % de Humedad - cantidad de agua que existe en la mezcla

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• Arena en verde - arena que se utiliza para moldear sin realizar un secado

• Arena de Contacto - arena que esta en contacto directamente con el

modelo y se recomienda que sea lo mas fina posible

• Arena de Relleno - arena de moldeo sin tamizar

• Muestra Seca - muestra en la cual se ha eliminado el agua

• Índice de finura - es el tamaño promedio de grano el cual pasaría por una

malla determinada

DATOS TOMADOS EN LA EXPERIENCIA

Número de tamiz Masa (gramos)1 06 02 12 03 18 04 30 9.075 40 26.046 50 19.727 70 30.478 100 13.749 140 0.5210 170 0.0411 200 0.07

fondo

fondo 0.33

Datos del análisis para tamizado: Masa inicial 100 gramos.

Datos del lavado de arenas: Masa inicial 60 gramos.

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Masa final 52.34 gramos.

EQUIPOS UTILIZADOS

Balanza Lámpara de secado

Elutriador Juego de Tamices

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Microscopio

Materiales a utilizar

Arena Sílice y Bentonita

CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. La temperatura de fusión de la sílice.

La temperatura de fusión de la sílice es 1.600 °C.

2. Porcentaje de impurezas, contenidas en la muestra analizada.

Para el lavado de arenas se usó 200 ml de agua para cada lavado, se describe a

continuación el proceso:

Masainicial=60 gr

Tiempode lavado=4min

Tiempode sedimentación=4min

Númeroderepeticiones=5

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Tiempode secado final=30min

Masa de laarena seca=52.34 gr

Masa de laimpureza(Bentonita)=Masainicial−Masade la arena seca=7.66 gr

% Impurezas=Masade impurezas/Masainicial=7.66/60=12.76 %

3. La distribución del tamaño de grano (peso retenido en cada malla), trace:Datos del análisis: Masa inicial 100 g.

Número de tamiz Masa (gramos) k %Peso K*(%Peso)

1 06 0 3 0 02 12 0 5 0 03 18 0 10 0 04 30 9.07 20 9.07 181.45 40 26.04 30 26.04 781.26 50 19.72 40 19.72 788.87 70 30.47 50 30.47 1523.58 100 13.74 70 13.74 961.89 140 0.52 100 0.52 5210 170 0.04 150 0.04 611 200 0.07 200 0.07 14

fondo fondo 0.33 300 0.33 99

Total=100 Suma=100% 4407.7

Gráficos de curva distributiva y curva acumulativa:

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6 12 18 30 40 50 70 100 140 170 200 fondo0

5

10

15

20

25

30

35

0 0 0

9.07

26.04

19.72

30.47

13.74

0.52 0.04 0.07 0.33

Curva Distributiva

Número de tamiz

Peso

Curva distributiva: W vs Número de tamiz

.

6 12 18 30 40 50 70 100 140 170 200 fondo0

20

40

60

80

100

120

0 0 09.07

35.11

54.83

85.399.04 99.56 99.6 99.67 100

Curva Acumulativa

Número de tamiz

Peso

acu

mul

ada

Curva acumulativa: ∑ W vs Número de tamiz

4. Índice de finura (IF), de la muestra de arena analizada.

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IF=∑ Pi .K i

∑ Pi

Pi=Porcentajeen pesoretenido enel tamiz i , en funci ó nde lamuestra total .

Ki=Constante decadamalla. (Ver anexo 1)

IF=4407.7100

=44.077

De acuerdo con este índice de finura obtenido, el tamaño de grano promedio

debe de estar entre 0.25 mm a 0.50 mm (Ver anexo 2).

Su clasificación sería de arena media.

5. Forma de Grano, utilizando una lupa (microscopio), observe la forma que tienen los granos de arena (sílice) mostrar con foto.

Fotografía para la forma del grano.

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CUESTIONARIO ADICIONAL

A. ¿Cómo influye la forma del grano en el acabado superficial?

Mientras menor sea el tamaño de grano el acabado será mejor. Esto debido a que

mientras más grandes sean los granos serán también más grandes los espacios

que hay entre estos. Del mismo modo dependiendo de la forma del grano se

puede obtener un mejor acabado si la forma de estos reduce los espacios entre la

arena y la pieza.

B. ¿Cómo influye la forma del grano en la resistencia mecánica de la arena compactada?

Un factor para obtener mayor resistencia puede ser las superficies de contacto.

Por ejemplo una arena de granos angulosos presenta una cohesión menor que

una arena de granos redondos.

C. Dos muestras de arena que tienen el mismo índice de finura, ¿pueden tener diferente granulometría?, ¿porque?

Efectivamente dos arenas pueden temer el mismo índice de finura debido a que

la granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un

agregado tal como se determina por el análisis de tamices, es por eso que en

dicho análisis, la distribución en porcentaje en peso de la arena que queda en

cada tamiz puede cambiar, no obstante el índice de finura puede mantenerse

inalterable.

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D. Cuál es la diferencia entre arena de contacto y la arena de relleno.

La arena de contacto es aquella arena tamizada que hace el contacto directo

con el modelo, se tamiza para que las imperfecciones se reduzcan ya que si

son granos de mayor tamaño habrá imperfecciones y una no muy buena

cohesión entre los granos de arena.

La arena de relleno es la misma arena de contacto con las mismas relaciones

de humedad, aglutinante y sílice. La arena de relleno tiene granos más

grandes que los granos de las arenas de contacto para afectar en la

permeabilidad, para facilitar la fuga de gases.

DIAGRAMA DE OPERACIONES

Lavado de arena: Verificamos el porcentaje de impurezas en la muestra.

Se le agrega 200ml de agua

Se toma una muestra de 60 g Se agita en el

elutriador por 4 min

Se repite los procedimientos hasta

obtener sílice pura

Por la decantación se elimina el exceso de

agua y bentonita

Se decanta por 4 min

Se lleva la muestra a la lámpara de

secado

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Tamizado: Obtener el índice de finura de la muestra de arena lavada.

Por diferencia de pesos se encuentra el

% de impurezas

Colocar los tamices uno sobre otro según

su abertura

Tamizar la muestra de

arena lavada

Separar las muestras retenidas por cada

tamiz

Usando los “K” para cada tamiz y las masas

retenidas hallar el I.F

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CONCLUSIONES

El índice de finura nos ayuda a saber cuál es el tamaño promedio de los

granos.

Al decantar se separa la sílice de la bentonita por diferencia de densidades.

En la granulometría de dos arenas diferentes si se presenta el mismo índice

de finura, no determina que los tamaños de granos sean los mismos debido

a que una granulometría de distribución irregular puede tener el mismo

índice de finura que uno de distribución uniforme.

En la granulometría de dos arenas diferentes si se presenta el mismo índice

de finura, no determina que los tamaños de granos sean los mismos debido

a que una granulometría de distribución irregular puede tener el mismo

índice de finura que uno de distribución uniforme.

La cohesión de una arena es consecuencia directa de la acción del

aglutinante y depende de la naturaleza y contenido de este último y del

porcentaje de humedad.

La forma de los granos también influye sobre la cohesión.

RECOMENDACIONES

El proceso de lavado de la muestra debe ser realizado cuidadosamente de

modo de no dañar el tamiz o producir pérdidas de suelo al ser lanzado este

fuera del tamiz.

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Se debe de tamizar bien, pues granos grandes pueden impedir pasar a los

pequeños por las aberturas y resultar en un índice de finura erróneo.

Al utilizar el método de decantación se recomienda repetir el procedimiento

la mayor cantidad de veces posibles con la finalidad de obtener una sílice

más pura.

Antes de pesar los vasos y los recipientes metálicos debe estar

completamente seco y limpios.

Se debe tener en cuenta de no mezclar las partículas ya tamizadas.

BIBLIOGRAFÍA

GROOVER MIKELL. “Fundamentos de Manufactura Moderna”. Edit.

Printice Hall. Edición 1997.

Kalpakjian, Serope / Schmid, Steven. “Manufactura, Ingeniería y

Tecnología”, 5ta. Ed. Edit. Printice Hall. Edición 2008

Schey, Jhon “Procesos de Manufactura” 3ra. Ed. Edit. Mc Graw-Hil 2002l.

http://www.bradanovic.cl/fortuna/bentonita.pdf

RLMM%20Art-87V7N1-p60.pdf

http://revistademetalurgia.revistas.csic.es/index.php/revistademetalurgia/

article/viewFile/1014/1027

http://www.bradanovic.cl/fortuna/bentonita.pdf

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ANEXOS

1. Cuadro de índice de finura.

Tabla para determinar el Índice de Finura Sistema DIN y AFS

Tamiz Nro.

Abertura de la malla en mm

K Tamiz

Nro.

Abertura de la malla en mm

K

1 6 3.360 3 2 3.15 12 12 1.680 5 4 1.60 53 20 0.840 10 6 1.00 94 30 0.590 20 10 0.63 215 40 0.420 30 16 0.40 326 50 0.297 40 20 0.315 357 70 0.210 50 30 0.2 568 100 0.149 70 40 0.16 689 140 0.105 100 60 0.10 11710

200 0.074 140 80 0.086 150

11

270 0.053 200 100 0.063 164

12

Fondo ……. 300 Fondo

…….. 275

AFS AFS AFS DIN DIN DIN

2. Cuadro de clasificación de arenas

Tipo de Arena IF según AFS Tamaño de granoMuy gruesa Inferior a 18 1 a 2mm

18


Gruesa Entre 18 y 35 0.5 a 1mmMedia Entre 35 y 60 0.25 a 0.5 mmFina Entre 60 y

1500.10 a 0.25 mm

Finísima Mayor de 150 Menores a 0.10mm

Date post:	16-Feb-2016
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