determinación de la composición óptima de la arena de fundición ...

UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
“JOSÉ SIMEÓN CAÑAS”
DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN ÓPTIMA DE LA
ARENA DE FUNDICIÓN EMPLEADA PARA FABRICAR
PIEZAS DE HIERRO Y EVALUACIÓN DE SUS
PROPIEDADES.
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
PARA OPTAR AL GRADO DE
INGENIERO MECÁNICO
POR
CARLOS ENRIQUE ERAZO ROSALES
SALVADOR FLORES CLAROS
ANGEL FERNANDO MONROY PARADA
OCTUBRE 2005
SAN SALVADOR, EL SALVADOR, C.A.

RECTOR
JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J.
SECRETARIO GENERAL
RENÉ ALBERTO ZELAYA
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y
ARQUITECTURA
CELINA PÉREZ RIVERA
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA
MECÁNICA
MARIO CHÁVEZ
DIRECTOR DEL TRABAJO
CARLOS RIVAS
LECTOR
MANUEL PINEDA

AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a la Universidad por habernos permitido realizar este Trabajo de Graduación
en especial al Ingeniero Carlos Rivas por la ayuda brindada en este tema, como también al
Ingeniero Manuel Pineda por su valioso aporte.
Agradecemos a David Arévalo por su colaboración técnica y a todo el personal académico
de la Facultad de Ingeniería que nos ayudo en elaboración de este trabajo.
A la empresa que nos brindo sus instalaciones para la realización de esta investigación, en
especial al Ing. Edgar Tenorio como a sus colaboradores Oscar Urbina, Emilio Urbina,
Roberto, Carlos y Gonzalo.
A todos nuestros amigos y compañeros dentro de la Universidad los cuales nos dieron todo
su apoyo.
ii

DEDICATORIA
Dedico este trabajo de graduación en primer lugar a Dios Todopoderoso y a mi Redentor
Jesucristo y a su Madre María Santísima.
A mi Familia en especial a Mi Madre Rosa Elena a mi Padre German Antonio, por su
ejemplo de amor, a mis hermanos, mis tíos, primos y sobrinos; por su apoyo y amor
incondicional en los momentos difíciles.
A mis hermanos en Cristo por sus ejemplos de vida.
A mis compañeros Ángel y Salvador porque son lo que realmente significan sus nombres,
así como a sus familias por la comprensión y el apoyo mostrado.
iii
Enrique Erazo

DEDICATORIA
Esta tesis va dedicada a nuestro señor Jesucristo por haberme dado fuerzas en los
momentos mas difíciles de mi carrera ya que sin la ayuda de él nada se puede hacer,
también a mis padres Concepción Claros González y Salvador Flores Martínez que me
brindaron todo su apoyo y comprensión, a mi abuela Simona, Lucila, a todos mis tíos y
hermanos que me ayudaron en momentos de confusión, a mis compañeros de tesis Ángel
Monroy y Enrique Erazo que a pesar de los momentos difíciles no nos dimos por vencidos
nunca y a mi amiga Telma por sus consejos, compresión y apoyo.
iv
Shamba

DEDICATORIA
Dedico este trabajo a Dios y la Virgen María que siempre iluminan mi camino, a mis
padres y hermanos por todo su apoyo, a mis amigos, compañeros y a todo aquel que se
sienta involucrado en la realización de esta labor.
v
Ángel Monroy

SUMARIO
El presente trabajo es un estudio que tiene como objetivo primario determinar la
composición óptima de la arena de fundición empleada para fabricar piezas de hierro, así
como también evaluar sus propiedades mecánicas. Las propiedades son medidas con ayuda
del equipo de laboratorio para pruebas en arenas de fundición. Se presentan las
condiciones actuales de preparación de las arenas con el propósito de conocer los
procedimientos y los criterios de preparación utilizados por los operarios. Un segundo
alcance es obtener una fórmula óptima, que permita alcanzar la mayor calidad posible en la
superficie de las piezas. Para determinar la composición óptima de las arenas se utilizó un
método estadístico; de análisis de experimentos.
vi

RESUMEN EJECUTIVO
En El Salvador, la industria de la fundición todavía es un arte para el fundidor, así como la
preparación de la formulación en arenas para moldes. La costumbre es que se emplean
determinadas tierras de moldeo para cada clase de trabajo y junto con la habilidad del
moldeador, quien suele ser una persona muy experimentada, se consigue resultados tan
buenos, como los logrados en las mejores plantas de fundición. Dada su experiencia, le
basta al moldeador con aplastar la tierra en su puño para determinar sus cualidades. Sus
mezclas son un secreto bien guardado, y se emplean un sin fin de variedades de ellas.
La arena es el material básico que se ocupa para la fundición de hierro. Se estima que por
cada tonelada de piezas coladas de fundición de hierro, se utilizan seis toneladas de arena.
La fundición en molde de arena es hoy el proceso más rápido y menos costoso en El
Salvador.
El presente trabajo tiene como finalidad documentar los diferentes procedimientos para
fabricar moldes de arena para fundición y determinar la mejor formula posible para lograr
un buen acabado en las piezas.
Para identificar la formulación óptima y se utilizó una prueba experimental con base
estadística. El experimento diseñado consistió en fabricar réplicas con formulaciones
diferentes y luego evaluar el acabado superficial de las piezas. El acabado superficial se
evaluó a partir de la rugosidad superficial y el porcentaje de calcinación se relacionaron con
la formulación de la arena en el experimento realizado.
vii

ÍNDICE
CONTENIDO PAGINA
Siglas............................................................................................................................... i
Abreviaturas.................................................................................................................... i
Simbología....................................................................................................................... ii
Índice de figuras.............................................................................................................. iii
Índice de tablas............................................................................................................... v
Prologo............................................................................................................................ vii
1. Descripción del proceso de preparación y formulación para las arenas de
moldeo…………………………………………………………………........................
1.1 Descripción del proceso de preparación y formulación de la arena de moldeo en
diferentes procesos de fundición dentro de la industria metalúrgica.
…………………………………………………………................................................
1.1.1 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para productos
pequeños.…………........................................................................................................
1.1.2 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para productos
medianos 1.....................................................................................................................
1.1.3 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para productos
medianos 2......................................................................................................................
1.1.4 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para producto grande 1................ 12
1.1.5 Pasos en la preparación producto grande 2 ....................................................... 14
1.2 Formulación de arenas para las diferentes aplicaciones……………...................... 15
1.2.1 Formulación de Arenas para producto pequeño.………………………........... 16
1.2.2 Formulación de Arenas para producto mediano1............................................ 16
1.2.3 Formulación de Arenas para producto mediano 2............................................. 17
1.2.4 Formulación de Arenas para producto grande 1……........................................ 17
1.2.5 Formulación de Arenas para producto grande 1…………................................ 18
2. Principales propiedades de la arena de moldeo…………………………................ 19
2.2.1 Propiedades de moldes para la elaboración producto pequeño. ……................. 21
2.2.2 Propiedades de moldes para la elaboración producto
mediano1………………………………………………………...…….......
viii
1
3
3
6
10
22

2.2.3 Propiedades de moldes para la elaboración producto
mediano2.……………………………………………………………………...............
23
2.2.4 Propiedades de moldes para la elaboración producto
grande1…………………………………………………………………………….......
24
2.2.5 Propiedades de moldes para la elaboración producto
grande2………………..................................................................................................
25
3. Formulación idónea para las arenas de moldeo basada en información
bibliográfica……………………………………………………………………….......
27
3.1 Tipos de arena……………………………………………………………….......... 27
3.2 Composición ideal de arenas de moldeo………………………………... .............. 28
3.2.1 Humedad de las arenas………………………………………………….............. 30
3.2.2 En el procedimiento de cemento y arena……………………………….............. 31
3.3 Clasificación de las arenas de moldeo según su índice de finura…….................... 32
4. Características que se desean mejorar en las arenas
de moldeo………………………………………………………………………............
35
4.1 Disminución de la rugosidad superficial………………………………….............. 37
4.2 Disminución de la adhesión superficial de la arena……………………................. 38
4.3 Variables…………………………………………………………………….......... 41
4.4 Propiedades…………………………………………………………………......... 42
5. Metodología experimental…………………………………………………............ 43
5.1 Medida de defectos en piezas……………………………………………............. 43
5.1.1 Medida de la rugosidad superficial...................................................................... 44
5.1.2 Procedimiento de medición……………………………………………............. 44
5.1.3 Análisis de resultados……………………………………………………......... 47
5.1.4 Medida de la adhesión de arena por calcinación……………………................ 48
5.1.5 Procedimiento de medición…………………………………………….............. 48
5.2 Defectos superficiales obtenidos con la formulación actual................................... 50
5.2.1 Rugosidad superficial........................................................................................... 50
5.2.2 Incrustación de arena por calcinación para la formulación actual....................... 52
5.3 Evaluación de diferentes formulaciones de la arena de moldeo…….................... 52
5.4 Análisis de resultados de las formulaciones de arena…………………................. 56
5.4.1 Análisis de datos obtenidos en la medición para la rugosidad
superficial…………………………………………………………………………......
56
5.4.2 Análisis de datos obtenidos en la medición de adhesión de arena por
calcinación…………………………………………………………………................
61
5.4.3 Análisis de diseño factorial 2 K …………………………………………............ 64
5.5 Optimización de la formulación de la arena de moldeo……………..................... 69
ix

5.5.1 Rugosidad superficial de las piezas elaboradas con la formulación
solución………………………………………………………………………….........
5.5. 2 Adhesión de arena por calcinación de las piezas elaboradas con la formulación
solución.........................................................................................................................
5.5.3 Propiedades de las arenas de moldeo...................................................................
Observaciones..............................................................................................................
Cusas de Error……………………………………………………………………......
Conclusiones................................................................................................................
Recomendaciones........................................................................................................
Glosario.......................................................................................................................
Referencias..................................................................................................................
Bibliografía...................................................................................................................
Anexo A
Anexo B
Anexo C
Anexo D
Anexo E
x
69
70
72
78
79
80
82
84
86
87

SIGLAS
AFS American Foundry Society (Sociedad Americana de Fundidores)
ABREVIATURAS
Cm 2 Centímetro cuadrado
In 2 Pulgada cuadrada
I.F. Índice de Finura
Ec. Ecuación
F.C. Factor de Calibración
Fig. Figura
Kg. Kilogramo
Lb. Libras
M. Metileno
Psi Pounds square inch (libras fuerzas sobre pulgada cuadrada)
Req. Requerido
% Porcentaje
Alr. Alrededor
i

SIMBOLOGÍA
AN Área entre otras
AT Área total
Ws Peso retenido en el tamiz considerado.
Wt Peso total retenido por todos los tamices.
Xi Porcentajes de retenido en la malla o tamiz.
mi Factor multiplicativo del grado de finura.
ni Factor multiplicativo del área de superficie.
ii

Fig. 1.1. Recolección arena reciclada.
Fig. 1.2. Eliminación de residuos.
Fig. 1.3. Mezcla arenas-bentonita.
Fig. 1.4. Forma de humedecer la mezcla.
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1.5. Barra utilizada para deshacer terrones de arena que se va a reciclar.
Fig.1. 6. Recolección de la arena reciclada y eliminación de terrones.
Fig. 1.7. Eliminación de piedras y residuos de hierro o material no deseado en la arena de
moldeo.
Fig.1.8. Recolección de arena nueva.
Fig. 1.9. Caretas utilizadas para transportar las cantidades de arena hasta el lugar de
preparación.
Fig. 1.9. Caretas utilizadas para transportar las cantidades de arena hasta el lugar de
preparación.
Fig.1.10. Se observa como la arena esta distribuida, las manchas blancas es bentonita lista
para ser mezcladas.
Fig. 1.11. Banda del equipo distribuidor de arena
Fig. 1.12. Maquinas de moldeo.
Fig. 1.13. Arena que se obtiene después de la fundición (reciclada).
Fig.1.14. Maquina de malla vibradora.
Fig. 1.15. Malla.
Fig. 1.16. Mezcladora eléctrica.
Fig.1.17. Arena, bentonita y carbón marino dentro de la mezcladora.
Fig. 1.18. Carretas.
Fig. 1.19. Zaranda utilizada para preparar las arenas para producto grande 1.
Fig. 1.20. Carreta en la cual se traslada la arena hasta el lugar de trabajo y se observa la
aplicación para la elaboración de producto grande 1.
Fig. 1.21. Destripando terrones para reciclar la arena.
Fig. 1. 22. Eliminación de residuos metálicos.
iii

Fig. 3.1. Efecto del contenido de humedad sobre las propiedades de la arena de moldeo
[Adoptado de Howard, 1962: Pág. 230].
Fig. 4.1. Poros en pieza extraída del molde.
Fig. 4.2. Incrustaciones en pieza extraída de molde.
Fig. 4.3. Residuos de metal.
Fig. 4.4. Arena reciclada.
Fig. 4.5. Tamizado arena reciclada.
Fig. 5.1. Comparador de reloj (rugosimetro).
Fig. 5.2. Montaje de pieza y comparador de reloj en la fresadora.
Fig. 5.3. Marcado de línea de referencia.
Fig. 5.4. Calibración del Comparador de reloj.
Fig. 5.5. Franjas en pieza.
Fig. 5.6. Trazado de la polilínea en los bordes internos y externos.
Fig. 5.7. Trazado de la polilínea en las partes con arena.
Fig. 5.8. Utilización del comando Inquiry.
Fig. 5.9. Grafica Rugosidad superficial con formulación actual.
Fig. 5.10. Grafica incrustación por calcinación para formulación actual.
Fig. 5.11. Grafica rugosidad superficial para pieza #1.
Fig. 5.12. Grafica rugosidad superficial para pieza #15.
Fig. 5.13. Lectura de relación de incrustación.
Fig. 5.14. Ingreso de datos en Desing-expert TL.
Fig. 5.15. Línea de tendencia en rugosidad.
Fig. 5.16. Línea de tendencia en adhesión de arena.
Fig. 5.17. Solución en forma de reporte.
Fig. 5.18. Solución en forma de Histograma.
Fig. 5.19. Grafica rugosidad superficial para pieza elaborada con la formulación solución.
Fig. 5.20. Relación incrustación para pieza elaborada con la formulación solución.
iv

ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Formulación para producto pequeño.
Tabla 2. Formulación de Arenas para producto mediano 1.
Tabla 3. Formulación para producto mediano 2.
Tabla 4. Formulación para producto grande 1.
Tabla 5. Formulación para producto grande 2.
Tabla 6. Propiedades de Arena para la elaboración producto pequeño.
Tabla 7. Propiedades de Arena para la elaboración producto mediano 1.
Tabla 8. Propiedades para la elaboración producto mediano 2.
Tabla 9. Propiedades para la elaboración producto grande1.
Tabla 10. Propiedades para la elaboración producto grande 2.
Tabla 11. Mezclas de arenas naturales aglutinadas empleadas en Midlands para el moldeo
en verde de la fundición de hierro [Adoptado de Howard, 1962: Pág. 227].
Tabla 12. Arenas de moldeo empleadas para fundición de hierro, con indicación de
variaciones en composición y propiedades [Adoptado de Howard, 1962: Pág. 232].
Tabla 13. Arenas de cuerpo para moldeo en verde [Adoptado de Howard, 1962: Pág. 252].
Tabla 14. Ofrecen acabados superficiales tersos en sistemas de moldeo en verde para todos
los metales con excelente desempeño en resistencia [Universidad Simón Bolívar,
www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-2384%20 (guia).pdf, marzo 2005].
Tabla 15. Estas arenas son excelentes para la mayoría de los sistemas de moldeo en verde
en fundiciones de acero y hierro, ofreciendo buena permeabilidad y resistencia.
[Universidad Simón Bolívar, www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-84%20 (guia).pdf,
marzo 2005].
Tabla 16. Arenas sub-angulares, lavadas y clasificadas para diversos usos. [Universidad
Simón Bolívar, www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-2384%20 (guia).pdf, marzo 2005].
Tabla 17. Tabla de comparación de propiedades.
Tabla 18. Toma de datos.
Tabla 19. Rugosidad superficial con formulación actual
Tabla 20. Rango de variables.
Tabla 21. Replicas.
v

Tabla 22. Resultados de rugosidad superficial para pieza #1.
Tabla 23. Resultados de rugosidad superficial para pieza #15.
Tabla 24. Resultados de rugosidad superficial.
Tabla 25. Resultados de adhesión de arena por calcinación.
Tabla 26. Resultados de rugosidad superficial y adhesión de arena por calcinación.
Tabla 27. Formulación solución que presenta el análisis de diseño factorial 2K.
Tabla 28. Tabla resumen para la formulación solución.
Tabla 29. Tabla de comparación de tamaño de grano y rugosidad superficial entre la
formulación actual y formulación solución.
Tabla 30. Tabla comparativa de rugosidad superficial y adhesión por calcinación entre la
formulación actual y la formulación solución.
Tabla 31. Propiedades de Arena para producto pequeño elaborado con la formulación
solución.
Tabla 32. Tabla de comparación de Propiedades para producto pequeño.
vi

PROLOGO.
A continuación se hace una breve descripción del contenido de cada capítulo, el cual ha
sido ordenado para facilitar al lector la comprensión de los elementos fundamentales y la
estructura del análisis de la preparación de las arenas de moldeo utilizadas en la fundición
de hierro. Teniendo como objetivo la estandardización de los procesos de preparación para
las arenas utilizadas en la elaboración de moldes.
CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PREPARACIÓN Y
FORMULACIÓN PARA LAS ARENAS DE MOLDEO.
Este capítulo describe los procesos que se utilizan actualmente en la preparación de la arena
para moldes. Además se documenta la composición empírica en forma porcentual. Estos
valores se determinaron sobre la base porcentual de la experiencia que demuestra el
encargado de preparar las arenas.
CAPÍTULO 2: PRINCIPALES PROPIEDADES DE LA ARENA DE MOLDEO.
El capítulo 2 lista y describe el equipo que se encuentra en el laboratorio de arenas. Con
éste se evalúan y determinan las propiedades físicas de las arenas de moldeo que se
preparan en cada uno de los procesos de forma empírica.
vii

CAPÍTULO 3: FORMULACIÓN IDÓNEA PARA LAS ARENAS DE MOLDEO
BASADA EN INFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA.
Este capítulo presenta una recopilación de datos sobre los diferentes tipos de arenas de
moldeo que existen. Además, se presenta una serie de fórmulas utilizadas para la
preparación de arenas de moldeo en las fundiciones de hierro en distintas plantas de
fundición. Los valores son considerados ideales bajo ciertas condiciones de operación. Se
describe la que tiene humedad, los aglutinantes y el índice de finura en la preparación de las
arenas de moldeo.
CAPÍTULO 4: CARACTERÍSTICAS QUE SE DESEAN MEJORAR EN LAS
ARENAS DE MOLDEO.
El capítulo 4 presenta en forma tabular los valores de las propiedades físicas teóricos y
prácticos obtenidos en el laboratorio. Esto nos sirve como un parámetro inicial para el
análisis y estandardización del proceso de preparación de las arenas. También se describe la
problemática existente en el acabado superficial de las piezas y las propiedades que pueden
intervenir, así como la relación entre las propiedades y las proporciones de los elementos en
la formulación.
CAPÍTULO 5: METODOLOGÍA EXPERIMENTAL.
Este capítulo presenta los métodos para cuantificar los defectos superficiales que presentan
las piezas, así como también la forma de interpretar los datos experimentales obtenidos.
Incluye un método estadístico para la identificación de las propiedades que poseen mayor
influencia en los defectos superficiales de las piezas fundidas. Así mismo se identifica la
fórmula óptima que minimiza los defectos superficiales.
viii

1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PREPARACIÓN Y FORMULACIÓN
PARA LAS ARENAS DE MOLDEO.
Las arenas de moldeo están compuestas por arena y arcilla. Esta arcilla generalmente es
bentonita entre otras, proporcionando cohesión y plasticidad a la mezcla.
Por las cualidades que posee la arena, ésta facilita su moldeo y la arcilla contribuye dándole
resistencia suficiente para mantener la forma requerida de la pieza que se desea moldear
mientras se vierte el material fundido
En la actualidad las fórmulas definidas para las arenas de moldeo se han desarrollado a
partir de muchas pruebas realizadas en condiciones de trabajo específicas, estas pruebas se
realizan a lo largo de muchos experimentos de prueba y error, hasta encontrar la fórmula
que mejor se comporta.
Existen fórmulas de arenas de moldeo, para diferentes aplicaciones, las cuales han sido
determinadas tomando algunos parámetros empíricos combinados de alguna manera con el
método científico.
Dichas fórmulas pueden ser tomadas como un parámetro inicial, ya que para que éstas
funcionen de forma idónea deben cumplir con las condiciones de trabajo en que fueron
desarrolladas, pero es un punto de partida a la hora de desarrollar una formulación en
condiciones diferentes.
Con el propósito de mejorar la formulación se debe realizar variaciones en la fórmula
inicial con las condiciones de trabajo encontradas en el lugar hasta acercarse de forma
analítica a la fórmula tomada como parámetro inicial.
1

Los componentes principales de las fórmulas son:
• Arena Nueva: de ríos, mar u otras canteras.
• Arena Reciclada: arena recuperada después de una fundición.
• Tierra Blanca: éste componente es de uso común.
• Carbón Marino: se encuentra comercialmente en bolsas de 50 lb., ayuda a reducir la
ocurrencia de penetración de metal, proporciona permeabilidad y contribuye a
mejorar el acabado superficial.
• Bentonita: Se encuentra comercialmente en bolsas de 100 lb., es un tipo aglutinante.
• Agua: Componente fundamental para el amarre de la arena, es decir, para obtener
una buena cohesión. Contribuye a un parámetro crítico e indispensable en el manejo
de la arena a la hora de construir los moldes, dicho parámetro es: LA HUMEDAD.
2

1.1 Descripción del proceso de preparación y formulación de la arena de moldeo en
diferentes procesos de fundición dentro de la industria metalúrgica.
El trabajo consiste en conocer, estudiar y caracterizar el proceso actual de preparación de la
arena de moldeo utilizada en los procesos de fundición, con el propósito de desarrollar una
fórmula estándar que permita tecnificar mejor el proceso.
Lo que se busca es encontrar la mejor técnica para preparar la arena de fundición, de modo
que se eviten variaciones en las propiedades al fabricar el molde.
La investigación inicia conociendo y describiendo el proceso actual de preparación de arena
utilizada para elaborar los moldes de las siguientes piezas:
• Productos pequeños (0 – 50 lb.)
• Productos medianos (51 – 500 lb.)
• Productos grandes (Mayores de 500 lb.)
1.1.1 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para productos pequeños.
Para llevar acabo la preparación de la arena que se utiliza en la fabricación de moldes para
productos pequeños, se ocupan los siguientes componentes para su formulación, arena
reciclada, arena nueva, bentonita, carbón marino y agua.
En este proceso se utilizan dos tipos de arena, una es llamada arena de cuerpo: es la que
esta en contacto con el metal fundido y la otra arena de relleno: es para completar la altura
de la caja en la cual se fabrica el molde, únicamente es la arena reciclada, humedecida y
compactada.
3

Para realizar la mezcla de los componentes en la arena de cuerpo tenemos los siguientes
pasos:
1. Se toma arena de reciclaje, a ésta arena se le eliminan los terrones o grumos que
resultan de la cohesión de la arena, se zarandea con una malla para eliminar
residuos metálicos grandes y piedras.
Fig. 1.1. Recolección arena reciclada.
4
Fig. 1.2. Eliminación de
residuos.
2. Se toma arena nueva, se zarandea con la misma malla para eliminar piedras y
obtener el mismo tamaño de grano que la arena reciclada.
3. Se coloca la arena reciclada, en la cantidad deseada, sobre el suelo en un espacio
amplio, formando una base.
4. Se agrega la arena nueva, la bentonita y el carbón marino sobre la arena reciclada,
distribuida de forma uniforme. Estas cantidades son empíricamente seleccionadas
por el operario, en base a sus años de experiencia en la preparación de la formula.
5. Se hacen hoyos a lo largo y ancho de esta mezcla (Fig. 1.4) para 1 Galón de agua
en cada uno de ellos, aproximadamente se utiliza 1 Barril de agua.

Fig. 1.3. Mezcla arenas-bentonita. Fig. 1.4. Forma de humedecer la mezcla.
6. Por ultimo se mezcla el agua con los demás componentes, hasta lograr uniformidad
de la mezcla formando un montículo.
7. Para verificar si el amarre o aglutinamiento de la mezcla es el idóneo el operario
apresa con su puño la arena y así examina si es buena o necesita agregar más de
algún componente.
5

1.1.2 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para productos medianos 1.
En la preparación de la formulación de la arena, para los moldes utilizados en la
elaboración de productos medianos 1, los materiales utilizados son:
Arena reciclada.
Arena nueva.
Bentonita.
Carbón marino.
Agua.
Para este proceso, se prepara la arena con las cantidades empíricamente manejadas por el
operario, como se describe a continuación:
1. Arena reciclada; esta arena es proveniente de los moldes que se destruyen después
de obtener las piezas fundidas, a ésta hay que deshacerle los terrones que pueda
tener, resultantes del aglutinamiento.
Para deshacer los moldes el operario utiliza una barra (Fig. 1.5) para golpear la
arena y recogerla con una pala, en ocasiones utiliza la misma pala para esta
operación (Fig.1.6).
Fig. 1.5. Barra utilizada para
deshacer terrones de arena que
se va a reciclar.
Fig.1. 6. Recolección de la arena reciclada
y eliminación de terrones.
6

2. Zarandear la arena. Para esto se utiliza una malla con el fin de obtener un tamaño de
grano, eliminar las piedras y residuos de hierro. (Fig.1.7)
Fig. 1.7. Eliminación de piedras y residuos
de hierro o material no deseado en la arena
de moldeo.
3. Arena nueva; se toma la arena nueva del lugar donde se encuentra almacenada (Fig.
1.8) se zarandea con la malla para obtener el mismo tamaño de grano que la arena
reciclada.
Fig.1.8. Recolección de arena
nueva.
4. Se toman las cantidades necesaria según sea la formulación.
Fig. 1.9. Caretas utilizadas para transportar las cantidades de
arena hasta el lugar de preparación.
7

5. Se coloca la arena reciclada en un espacio amplio, se esparce para luego colocar
sobre esta la arena nueva. ( Fig.1.3, 1.4)
6. Luego colocar la bentonita y el carbón marino en cantidades según formulación,
distribuirlas uniformemente en todo el espacio o área de la mezcla. (Fig. 1.10)
7. Agregar agua haciendo un hoyo en medio de la mezcla, la cantidad de agua se
agrega hasta que se forma el cuerpo de arena deseado.
Fig.1.10. Se observa como la arena esta distribuida, las
manchas blancas es bentonita lista para ser mezcladas.
8. Mezclar todos los componentes hasta lograr uniformidad de la mezcla formando un
montículo.
Este proceso de preparación posee una característica, ya que para la elaboración de las
tapaderas de disco en alcantarillado, no siempre se lleva a cabo a la hora de iniciar el
proceso de fabricación de los moldes, sino que una vez esta arena esta preparada el operario
trabaja con ella durante cierto número de coladas; es decir, que esta arena se reutiliza sin
agregar mas cantidades de elementos que componen la fórmula y sin obtener el mismo
tamaño de grano y sin eliminar residuos de metal, sino que hasta que según su criterio y
experiencia, observa que la arena se encuentra “quemada”, esto lo determina en base al
número de ocasiones en que ésta ha sido utilizada en la fundición y el cuerpo de la arena ya
no es el mismo por falta de aglutinante.
8

El proceso para distribuir la arena hasta las maquinas de moldeo (Fig. 1.12) se hace a
través de una banda (Fig.1.11). Este proceso de preparación es un poco ordinario. Ya que
acá no se maneja lo que es la arena de cuerpo y se observa que la pieza es más grande.
Fig. 1.11. Banda del equipo distribuidor de
arena
Fig. 1.12. Maquinas de moldeo.
9

1.1.3 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para productos medianos 2.
Este proceso se lleva a cabo de forma manual, y es una fundición realizada en el suelo.
Los componentes de esta fórmula son: Arena reciclada, arena nueva, bentonita, carbón
marino y agua.
1. Arena reciclada. Se destripan los terrones que pueda tener la arena que se obtiene
después de sacar las piezas terminadas. (Fig.1.13)
Fig. 1.13. Arena que se obtiene después de la fundición (reciclada).
2. Arena nueva. Se toma la cantidad necesaria según la formulación (Fig.1.8).
3. Haciendo uso de la maquina de malla vibradora (Fig.1.14-1.15), se colocan las
cantidades de arena reciclada y arena nueva, por separado, para obtener en ambas
arenas el tamaño de grano apropiado para este tipo de proceso.
Fig.1.14. Maquina de malla vibradora. Fig. 1.15. Malla.
10

4. Se toman las cantidades de dichas arenas necesarias en la formulación, estas se
colocan dentro de la mezcladora eléctrica (Fig. 1.16). Se añade al mismo tiempo la
bentonita y el carbón marino distribuyéndolas dentro de la mezcladora (Fig.1. 17).
Fig. 1.16. Mezcladora eléctrica.
Fig.1.17. Arena, bentonita y carbón marino
dentro de la mezcladora
5. Agregar agua de forma uniforme a la mezcla, la cantidad de agua está determinada
por el criterio del trabajador hasta que él observa que la arena posee las
características de aglutinamiento adecuadas (posee cuerpo).
6. La mezcladora permanece en operación con todos los componentes, hasta lograr
uniformidad de la mezcla.
7. Se obtiene finalmente la mezcla y se deposita en un lugar destinado para ella de
donde luego es transportada por carretas (Fig.1.18) hasta el lugar de moldeo.
Fig. 1.18. Carretas.
11

1.1.4 Pasos en la preparación de la arena de moldeo para producto grande 1.
La preparación de la arena para la elaboración de producto grande 1, sigue los siguientes
pasos:
1. Se trabaja con arena reciclada (Fig.1.1, 1.13), tomando las cantidades indicadas en
la formulación.
2. Arena nueva, tomar las cantidades necesarias según la formulación (FIg. 1.8)
3. Se zarandea la arena reciclada y la arena nueva para obtener un mismo tamaño de
grano.
Fig. 1.19. Zaranda utilizada para preparar las
arenas para producto grande 1.
4. Colocar la arena reciclada en un espacio amplio, en razón de formar una base o
lámina para luego colocar sobre esta la arena nueva distribuida uniformemente.
5. Luego colocar la bentonita y el carbón marino, en cantidades según formulación
distribuirlo uniformemente en todo el espacio o área y luego mezclar (Fig.1. 3).
12

6. Hacer hoyos a lo largo y ancho de esta mezcla para depositar un Galón de agua en
cada uno de ellos, aproximadamente se utiliza un barril de agua ( Fig. 1.10)
7. Mezclar el agua con los demás componentes, hasta lograr uniformidad de la mezcla.
8. Se traslada la arena ya preparada hasta el lugar de trabajo. Esta arena se coloca de
forma manual para la elaboración de piezas grandes como se muestra en la Fig.1.19
Fig. 1.20. Carreta en la cual se traslada la arena hasta
el lugar de trabajo y se observa la aplicación
Para la elaboración de producto grande1.
13

1.1.5 Pasos en la preparación de la arena de moldeo producto grande 2.
Para llevar acabo la preparación de la arena que se utiliza en la fabricación de moldes de
producto grande 2, se ocupan los siguientes componentes: tierra reciclada, arena nueva,
tierra blanca, bentonita, carbón marino y agua.
Para realizar la mezcla de los componentes en la arena de cuerpo tenemos los siguientes
pasos:
1. Arena reciclada; en el mismo lugar que tuvo la fundición anterior limpiar de la
arena quemada, destripar los terrones que pueda tener. Colocarla a un lado de la
base del molde. Zarandear en tamiz la arena. Tomar las cantidades necesaria según
sea la formulación (Fig. 1.20).
Fig. 1.21. Destripando terrones para reciclar
la arena.
14
Fig. 1. 22. Eliminación de residuos metálicos.
2. Arena nueva; Zarandear en tamiz la arena. Tomar las cantidades necesarias según la
formulación.
3. A la arena reciclada colocarle sobre ella la arena nueva, distribuida uniformemente.

4. Luego colocar la bentonita y el carbón marino, en cantidades según formulación
distribuirlo uniformemente en todo el espacio o área luego mezclar.
5. Mezclar el agua con los demás componentes, hasta lograr uniformidad de la mezcla
formando un montículo.
1.2 Formulación de arenas para las diferentes aplicaciones.
Para la formulación de las arenas de moldeo, necesitamos conocer los porcentajes
utilizados para su estandarización, con este objetivo se ha realizado una investigación
en base a la forma de trabajo actual llevado a cabo por los encargados de preparar la
arena de cada proceso.
Los componentes de dichas fórmulas están disponibles para los encargados del proceso
de su mezcla de la siguiente forma: Bolsas de BENTONITA, bolsas de CARBÓN
MARINO, carretadas de ARENA, carretadas de TIERRA y galones de AGUA.
Para el análisis se tiene:
1 bolsa de bentonita equivalente a 100 Lb.
1 bolsa de carbón marino equivalente a 50 Lb.
1 carretada de arena reciclada equivalente a 232 Lb.
1 carretada de arena nueva equivalente a 300 Lb.
1 carretada de tierra blanca nueva equivalente a 234 Lb.
1 carretada de tierra reciclada equivalente a 232 Lb.
Obteniendo los siguientes resultados:
15

1.2.1 Formulación de Arenas para producto pequeño.
La siguiente formulación es utilizada para la elaboración de 280 moldes.
CANTIDAD DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
20 Carretadas de arena reciclada 4640 68.34
4 Carretadas de arena nueva 1200 17.67
4 Bolsas de carbón marino 200 2.95
4 Bolsas de bentonita 400 5.89
42 Galones de agua 349.77 5.15
Tabla 1. Formulación para producto pequeño.
1.2.2 Formulación de Arenas para producto mediano 1.
La siguiente formulación es utilizada para la elaboración de 2 moldes.
CANTIDAD DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
2 Carretadas de arena reciclada 464 78.91
5 Paladas de arena nueva 50 8.5
4 Carbón marino 4 0.68
8 Bentonita 8 1.36
7 Galones de agua 62 10.54
Tabla 2. Formulación de Arenas para producto mediano 1.
16

1.2.3 Formulación de Arenas para producto mediano 2.
La siguiente formulación es utilizada para la elaboración de 1 molde.
CANTIDAD DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
1 Arena reciclada 96 56.6
1 Arena nueva 37 21.8
1 Carbón marino 4 2.4
1 Bentonita 16 9.4
2 Galones de agua 16.68 9.83
Tabla 3. Formulación para producto mediano 2.
1.2.4 Formulación de Arenas para producto grande 1.
La siguiente formulación es utilizada para la elaboración de 1 molde.
CANTIDAD DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
10 Carretadas arena nueva 3000 61.3
3 Carretadas de tierra blanca 702 14.4
5 Bolsas de carbón marino 250 5.1
4 Bolsas de bentonita 400 8.2
65 Galones de agua 539.65 11.03
Tabla 4. Formulación para producto grande 1.
17

1.2.5 Formulación de Arenas para producto grande 1
La siguiente formulación es utilizada para la elaboración de 1 molde.
CANTIDAD DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
3 Carretadas arena nueva 900 5.1
3 Carretadas de tierra blanca 702 4.0
2 Bolsas de carbón marino 100 0.6
3 Bolsas de bentonita 300 1.7
60 Carretadas de tierra reciclada 13920 78.9
206 Galones de agua 17641.58 9.7
Tabla 5. Formulación para producto grande 2.
En estas tablas se observa que las formulaciones involucran en su mayoría los mismos
componentes, ya que estos son la materia prima para cada proceso. Para cada producto se
observa el porcentaje que actualmente se utiliza para su fabricación.
18

2. PRINCIPALES PROPIEDADES DE LA ARENA DE MOLDEO.
2.1 Equipo utilizado
Para determinar las propiedades de la arena se utilizara el siguiente equipo:
Apisonador. Este aparato es utilizado para la construcción de los especimenes a fin de
realizar las distintas pruebas, además en este aparato se puede medir directamente la
compactibilidad.
Maquina universal. En la cual se llevan acabo las pruebas para determinar los valores de
esfuerzos cortantes y de compresión, para la arena húmeda y seca.
Permeametro. Mide la propiedad que permite a la arena ser atravesada por los gases y que
permite la evacuación de estos del molde en el momento.
Tamizador. Determina la fineza de la arena de fundición. Este es designado para clasificar
de manera certera y consistente todos los tipos de muestras de laboratorio. Para esto se
define el índice de finura, el cual indica el tamaño del grano de la muestra.
Medidor de contenido de arcilla. Mide el contenido de bentonita a partir del contenido de
arcilla presente en la arena. Se tienen 3 tipos de contenido de arcilla:
1) Arcilla total; es el contenido de arcilla obtenida de la preparación de la muestra con
ayuda del equipo ultrasónico, el cual se encarga de destruir los granos de arena y
desprender el total de las moléculas de arcilla obteniendo una muestra homogénea.
2) Arcilla dispersada; es la cantidad de arcilla obtenida en esta prueba, donde la arcilla se
encuentra en forma no homogénea.
3) Arcilla suprimida; es la diferencia entre la arcilla total y la dispersada.
19

Equipo para prueba de humedad. Este aparato utiliza carburo de calcio, el cual reacciona
con la humedad que tiene la muestra de arena generando un gas a presión; ésta es leída por
un manómetro que traduce su lectura en porcentaje de humedad.
Equipo para prueba de friabilidad y moldabilidad. Se utiliza para determinar los siguientes
índices:
Índice de friabilidad: indica la habilidad de la arena compactada de moldeo, para
resistir la abrasión o desgaste en los primeros milímetros de la superficie de un
molde.
Índice de moldabilidad: indica la facilidad con que la arena toma la forma del
molde.
20

Con la ayuda de los equipos antes mencionados se obtuvieron los siguientes datos.
2.2.1 Propiedades de moldes para la elaboración producto pequeño.
PROPIEDAD VALOR ESTADO
Compactibilidad 12% Bueno
Permeabilidad 49 -
Compresión (verde) 10.4 psi. -
Compresión (seco) 93.5 psi -
Cortante (verde) 2.1 psi -
Cortante (seco) 20 psi -
Contenido de arcilla total 11% Bueno
Contenido de arcilla
dispersada
Contenido de arcilla
suprimida
10.6% Bueno
0.4% Bueno
Índice de moldabilidad 66.73% Bueno
Índice de friabilidad 1.6% Bueno
Índice de finura 33.45 -
Porcentaje de humedad 10.3% -
Tabla 6. Propiedades de Arena para la elaboración producto pequeño.
21

2.2.2 Propiedades de moldes para la elaboración producto mediano 1.
PROPIEDAD VALOR ESTADO
Compactibilidad 16% Bueno
Permeabilidad 245% -
Compresión (verde) 14 psi -
Compresión (seco) 93.5 psi -
Cortante (verde) 3.7 psi -
Cortante (seco) 22 psi -
Contenido de arcilla total 13.4% Bueno
Contenido de arcilla
dispersada
Contenido de arcilla
suprimida
13% Bueno
0.4% Bueno
Índice de moldabilidad 36.78% Malo
Índice de friabilidad 0.4% Bueno
Índice de finura 19.4 -
Porcentaje de humedad 11.8% -
Tabla 7. Propiedades de Arena para la elaboración producto mediano 1.
22

2.2.3 Propiedades de moldes para la elaboración producto mediano 2.
PROPIEDAD VALOR ESTADO
Compactibilidad 16% Bueno
Permeabilidad 135% -
Compresión (verde) 12.6 psi -
Compresión (seco) 93.5 psi -
Cortante (verde) 2.8 psi -
Cortante (seco) 21 psi -
Contenido de arcilla total 23% Malo
Contenido de arcilla
dispersada
Contenido de arcilla
suprimida
22% Malo
1% Malo
Índice de moldabilidad 45.57% Bueno
Índice de friabilidad 0.7% Bueno
Índice de finura 23.95 -
Porcentaje de humedad 10.9% -
Tabla 8. Propiedades para la elaboración producto mediano 2.
23

2.2.4 Propiedades de moldes para la elaboración producto grande1.
PROPIEDAD VALOR ESTADO
Compactibilidad 4% Bueno
Permeabilidad 86% -
Compresión (verde) 6.9 psi -
Compresión (seco) 68 psi -
Cortante (verde) 1.2 psi -
Cortante (seco) 10.5 psi -
Contenido de arcilla total 19.4% Bueno
Contenido de arcilla
dispersada
Contenido de arcilla
suprimida
19% Bueno
0.4% Bueno
Índice de moldabilidad 23.29% Malo
Índice de friabilidad 36.8% Malo
Índice de finura 29.51 -
Porcentaje de humedad 12.4% -
Tabla 9. Propiedades para la elaboración producto grande1.
24

2.2.5 Propiedades de moldes para la elaboración producto grande 2.
PROPIEDAD VALOR ESTADO
Compactibilidad 10% Bueno
Permeabilidad 75% -
Compresión (verde) 6.8 psi -
Compresión (seco) 34.5 psi -
Cortante (verde) 1.1 psi -
Cortante (seco) 3.5 psi -
Contenido de arcilla total 15% Bueno
Contenido de arcilla
dispersada
Contenido de arcilla
suprimida
14.8% Bueno
0.2% Bueno
Índice de moldabilidad 79.88% Bueno
Índice de friabilidad 46.6% Malo
Índice de finura 44.38 -
Porcentaje de humedad 10.8% -
Tabla 10. Propiedades para la elaboración producto grande 2.
Estos son los valores de las propiedades que actualmente posee la arena de moldeo para los
distintos procesos de fundición, éstos son el promedio de tres análisis de las diferentes
propiedades de las arenas; a partir de estos resultados se tratara de mejorar las propiedades
que no están en el rango aceptable, las cuales provocan más problemas a la hora de la
obtención de las piezas fundidas.
25

Las propiedades de la arena en cada uno de los procesos de fabricación de los moldes, se
pueden observar que son diferentes a pesar de estar fundiendo el mismo metal y es por el
hecho de que para la elaboración de cada producto, se necesita que el molde soporte
diferentes condiciones.
26

3. FORMULACIÓN IDÓNEA PARA LAS ARENAS DE MOLDEO BASADA EN
INFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA.
3.1 Tipos de arena.
“Arena verde: es utilizada en moldes no secados (moldes de arena verde) y una aplicación
de estos moldes es para la obtención de piezas coladas de dimensiones pequeñas y medias
[Howard, 1962: Pág. 218]”.
“Arena seca: es la arena en la que se ha eliminado toda la humedad. La arena seca se
emplea principalmente para colar piezas grandes o cuando se requiere exactitud en las
dimensiones y buen acabado en las piezas [Howard, 1962: Pág. 218]”.
“Arena de revestimiento o de contacto: es la arena que se apisona contra la cara del modelo
y que forma la cara del molde. Suele ser una mezcla de arena vieja y arena nueva, o con
otros materiales aglutinantes, que se prepara para el uso atemperándola primero con la
correcta cantidad de agua. Luego se muele y se criba para obtener una arena fina y bien
aglutinada que pueda producir una impresión lisa y firme del modelo contra el que se
apisona, y que no se desmorone o sea arrastrada cuando entra el metal liquido en el molde
[Howard, 1962: Pág. 218]”.
“Arena de relleno: arena procedente de los moldes ya colados y que vuelve a utilizarse otra
vez para preparar arenas de revestimiento y, sobretodo, para completar el llenado del molde
detrás de la arena de revestimiento [Howard, 1962: Pág. 219]”.
“Arenas Especiales para moldeado. Cuando se necesita un acabado más terso o mayor
exactitud de los que se pueden obtener en una colada normal, se pueden construir moldes
grandes para piso y pozo, con variantes del proceso básico de colada en arena. Un molde de
arcilla se construye con, más o menos 50% de arena para moldes y 50% de arcilla. El
molde se suele construir sobre una estructura de ladrillo común [Howard, 1962: Pág. 219]”.
27

“Los moldes aglutinados con cemento son similares a los moldes de arcilla, excepto que se
usa de 8 a 12% de cemento de alta resistencia y fraguado rápido en lugar de arcilla, para
aglutinar la arena. La permeabilidad del molde se mantiene con un bajo contenido de
cemento, suficiente para dar máxima resistencia. Los moldes también se pueden hacer con
secciones de arena ya curada, que después se adhieren entre sí para formar el molde
completo [Howard, 1962: Pág. 220]”.
3.2 Composición ideal de arenas de moldeo
Empleos
Uso general.
Pequeños accesorios
eléctricos.
Uso general
Válvulas de peso
medio.
Piezas pequeñas de
fundición de calidad.
Uso general hasta
500 Kg
Placas de estufa para
esmaltar.
Maquinas y
herramientas; pesos
pequeño y medio.
Humedad
%
Resistencia en
verde
Kg/cm 2 Lb/in 2
28
Permeabilidad
A.F.S en verde
Resistencia en
seco
Kg/cm 2 Lb/in 2
6 0.19 2.7 25 2.6 36.98
6 0.32 0.32 30-40 5.2 73.96
5.5 0.45 4.55 23.3 4.5 64
5.5 0.31 4.41 38-40 --- ---
5.5 0.17 2.42 41 2.5 35.56
6.8 0.73 10.4 16-18 7.5 106.67
2-4.5 0.29 4.12 22 --- ---
6.7 0.31 4.41 26-30 5.9 83.92
Tabla 11. Mezclas de arenas naturales aglutinadas empleadas en Midlands para el moldeo
en verde de la fundición de hierro [Adoptado de Howard, 1962: Pág. 227].

Tipo de
pieza
colada
Ligera
Para los diferentes tipos de arena empleadas en Midlands, las proporciones de arena nueva
se utilizan del 8% al 33% y para el carbón marino de 0.2% al 0.8%.
Relación
de arena
nueva a
vieja
Relación
de polvo
de carbón
a arena
%
de
Humedad
Tabla 12. Arenas de moldeo empleadas para fundición de hierro, con indicación de variaciones en
composición y propiedades [Adoptado de Howard, 1962: Pág. 232].
“Estos valores se obtuvieron de los cuestionarios presentados a numerosas funderías
británicas [Howard, 1962: Pág. 232]”.
A continuación se muestra una tabla en la cual se indica el tipo de aplicación, para la
elaboración de moldes utilizando arena verde (arena húmeda), así como también los
porcentajes de los componentes utilizados para la fabricación de los moldes. También se
presentan los valores de las propiedades.
Resistencia
29
verde
Kg/cm 2 Lb/in 2
Permeabilidad
A.F.S. en verde
Resistencia en
seco
Kg/mm 2 Lb/in 2
Mínimo 1-100 1-500 3.5 0.15 2.13 22 1.70 4.18
Máximo 1-1 1-5 8 0.45 6.4 46 7.0 99.56
promedio 1-3 1-35.5 6 0.35 4.98 30 5.55 78.94
Media
Mínimo 1-40 0 3.5 0.20 2.84 16.5 1.75 25
Máximo 1-1 1-50 7 0.70 9.96 53 14.05 199.84
promedio 1-3.5 1-18.5 6.75 0.35 4.98 31.3 6.35 90.32
Pesada
Mínimo 1-12 0 3.5 0.30 4.27 20 3.50 49.78
Máximo 2.5-1 1-19 8 0.65 9.25 60 11.40 162.15
promedio 1-2 1-15 6.75 0.40 5.69 35 6.70 95.30

Tipo de Aplicación
Composición
Arena verde
para piezas
pesadas de
fundición de
hierro
28% de arena
seleccionada,
66% de arena
vieja,
6% polvo de
carbón.
Arena
verde para
piezas
medias de
fundición
de hierro
20% arena
roja de
Midland,
76% de
arena vieja,
3-4% de
polvo de
carbón
30
Arena
verde para
piezas
ligeras de
fundición
de hierro
25% de
barro de
Erith
medio,
60% de
arena vieja,
10% de
Belstfast
roja,
5% de
polvo de
carbón
Arena
verde para
acero
25% de
King’s
Lynn roja
silícea,
75% de
arena vieja,
1.5% de
bentonita,
0.25% de
cola de
machos
Arena Seca
para acero
85% de
Yorkshire
amarilla,
15% de
Northern
Humedad 6-7 5.5-6.5 6-7 3-3.5 7-7.5
Kg/cm 2 Resistencia
0.5-0.62 0.31-0.35 0.28 0.43-0.56 0.50-0.56
en verde 2
Lb/in 7.11-8.82 4.41-4.99 3.98 6.12-7.97 7.11-7.97
Permeabilidad 30-40 35 30 170-180 110-120
Kg/cm 2 Resistencia
en seco Lb/in
5.5-6.2 4.4-5.0 3.7- 4.4 3.1-4.7 8.7-9.4
2 78.23-88.18
62.58-
71.12
52.63-
62.58
44.1-66.85
123.74-
133.70
Tabla 13. Arenas de cuerpo para moldeo en verde [Adoptado de Howard, 1962: Pág. 252].
3.2.1 Humedad de las arenas.
“Sin humedad, cualquier arena de moldeo se convierte en una masa de polvo seco, porque
se pierde la plasticidad y la aglutinación de la arcilla. Al modificarse el contenido de
humedad varían también las propiedades útiles de la arena y para cada tipo de mezcla de
arena hay un contenido o intervalo optimo para el que es máxima la aglutinación en verde.
Las curvas de la figura 22 muestran esta variación de propiedades de una arena de moldeo
típica cuando se modifica el contenido de humedad. La resistencia en seco y en verde, la
plasticidad, etc., y su relación con el contenido de humedad dependen principalmente del
tipo y cantidad de arcilla aglutinante [Howard, 1962: Pág. 230]”.

Fig. 3.1. Efecto del contenido de humedad sobre las propiedades de la arena de moldeo
[Adoptado de Howard, 1962: Pág. 230].
3.2.2 En el procedimiento de cemento y arena.
“Se usa cemento Pórtland como aglutinante de la arena, una mezcla típica tiene 11% de
cemento Pórtland, 89% de arena sílice y agua de 4 1/2 a 7% del total de la arena y el
cemento [Avallone, 1972: Pág. 275]”.
“Se emplea arena nueva para las caras del molde que se respalda con arena molida que ha
sido reaglutinada. Los núcleos o corazones se hacen del mismo material. Los moldes y
núcleos deben secarse al aire durante 24 a 72 horas. Antes de hacer la colada. El
procedimiento puede usarse para piezas ferrosas o no ferrosas. Esta mezcla de moldeo
elimina prácticamente el desprendimiento de gases, forma una superficie dura que resiste la
31

acción erosiva del metal, y produce piezas fundidas con buenas superficies y dimensiones
exactas [Avallone, 1972: Pág. 275]”.
“El proceso anterior es muy utilizado para llegar a una formulación idónea para moldes
utilizados para la fundición de piezas construidas con materiales ya sea ferroso o no ferroso
[Avallone, 1972: Pág. 275]”.
A continuación se mostraran tablas en las cuales se ve la clasificación para las arenas de
moldeo según su índice de finura o tamaño de grano.
3.3 Clasificación de las arenas de moldeo según su índice de finura.
Grados Finos
% Retenido
30
40 1
50 6 1 1 1
70 15 13 11 7 3
100 34 46 30 31 17
140 27 24 31 36 35
200 15 12 21 20 28
270 3 3 5 4 12
PAN 1 1 1 1 5
AFS NO. 89 89 100 101 126
Tabla 14. Ofrecen acabados superficiales tersos en sistemas de moldeo en verde para todos
los metales con excelente desempeño en resistencia [Universidad Simón Bolívar,
www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-2384%20 (guia).pdf, marzo 2005].
La tabla 14, muestra el rango de números AFS para arenas de granos finos, por ejemplo
para una arena con número AFS 89, el tamaño de grano es más grande que una arena AFS
126.
32

Grados Medios
% Retenido
20 1
30 3 9 1 1 1
40 16 21 15 4 1 1 1 3 1
50 46 27 58 25 36 19 13 12 25
70 27 26 22 46 39 46 42 35 34
100 7 12 3 21 20 28 30 33 25
140 1 3 1 2 3 5 10 12 11
200 1 1 1 1 3 3 3
270 1 1 1
PAN
AFS NO. 43 44 42 52 53 56 63 64 62
Tabla 15. Estas arenas son excelentes para la mayoría de los sistemas de moldeo en verde
en fundiciones de acero y hierro, ofreciendo buena permeabilidad y resistencia.
[Universidad Simón Bolívar, www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-84%20 (guia).pdf,
marzo 2005].
La tabla 15, muestra el rango de números AFS para arenas de granos medios, por ejemplo
para una arena con número AFS 43, el tamaño de grano es más grande que una arena AFS
62.
33

Grados Gruesos
%Retenido
16 2 2
18 25 21 1 0 1
20 41 24 17 29 16
30 24 43 61 50 43
40 5 4 10 15 28
50 2 3 7 5 8
70 1 2 3 1 3
PAN 1 1 1
AF SNO. 15 17 22 20 24
Tabla 16. Arenas sub-angulares, lavadas y clasificadas para diversos usos. [Universidad
Simón Bolívar, www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-2384%20 (guia).pdf, marzo 2005].
La tabla 16, muestra el rango de números AFS para arenas de granos gruesos, por ejemplo
para una arena con número AFS 15, el tamaño de grano es más grande que una arena AFS
24.
34

4. DEFECTOS SUPERFICIALES QUE SE DESEAN MEJORAR EN LAS PIEZAS
O PRODUCTOS FINALES.
Se presenta una tabla en la cual se encuentran los valores teóricos y prácticos obtenidos en
el laboratorio. Por ejemplo, los valores teóricos para productos pequeños se obtienen de las
propiedades de la tabla 13, específicamente los datos de la columna Arena verde para
piezas ligeras de fundición de hierro. Los valores teóricos para los productos medianos y
grandes se obtienen de la misma tabla 13, buscando su fórmula equivalente.
Propiedad
Producto
Pequeño
Producto
Mediano1
35
Producto
Mediano2
Producto
Grande1
Producto
Grande2
Teórico Práctico Teórico Práctico Teórico Práctico Teórico práctico Teórico Práctico
Humedad 6-7 10.3 5.5-6.5 11.8 5.5-6.5 10.9 6-7 12.4 6-7 10.8
Permeabilidad 30 49 35 245 35 135 30-40 86 30-40 75
Resistencia
verde Lb/in 2 3.98 10.4
Resistencia
seco Lb/in 2
52.63-
62.58
93.5
4.41-
4.98
62.58-
71.12
14
93.5
4.41-
4.98
62.58-
71.12
12.6
93.5
7.11-
8.82
78.23-
88.18
6.9
68
7.11-
8.82
78.23-
88.18
Índice finura 89-126 33.45 15-24 19.4 15-24 23.95 43-62 29.51 43-62 44.38
Tabla 17. Tabla de comparación de propiedades.
Los valores teóricos que se muestran en la tabla 17, son el producto de mediciones hechas
en laboratorios de arena de algunas metalúrgicas extranjeras. Además los valores de estas
propiedades son de moldes elaborados con arena cuyos componentes utilizados para su
elaboración no tienen las mismas características que las utilizadas en nuestro país, así como
6.8
34.5

también las condiciones ambientales son diferentes, esto es un factor que influye en las
propiedades. Por lo que los rangos de valores teóricos que se presentan en la tabla no son
tan cercanos a los valores prácticos de las propiedades.
Aunque existen diferencias en cuanto a: condiciones ambientales, mejor calidad de materia
prima utilizada; no se debería tener una diferencia tan grande, como la que se muestra en la
tabla 17.
Teniendo en cuenta las descripciones de los procesos de preparación de las arenas de
moldeo para las diferentes piezas, así como también el cuadro donde se muestran las
propiedades teóricas y practicas de estas; se definen las propiedades que en cada proceso
pueden ser modificadas, con el objeto de eliminar algunas anomalías presentes en las
piezas; obtenidas al final del proceso actual de fundición.
Luego de muchos períodos realizando estos procesos, los trabajadores dentro de la
fundición han observado la presencia de rugosidad e incrustaciones debido a la calcinación
de la arena en las piezas fundidas, ya que a su parecer son los defectos que más pueden
afectar al momento de la venta o aprobación de parte de los consumidores finales, así como
reducir los costos de operación en el acabado de la pieza.
Otro aspecto que se nos mencionó es que seria bueno tener una forma mas precisa de medir
las veces que la arena se puede reutilizar sin que se tengan problemas de degradación de
las propiedades más importantes de la arena.
Entonces a partir de las recomendaciones que se nos han hecho en la empresa y del punto
de partida que se selecciona para llegar a la estandarización de la formulación de la arena.
Hemos decidido concentrar nuestra atención en las siguientes mejoras:
• Buscar la relación entre las variables: Cantidad de agua, cantidad de bentonita,
cantidad de carbón marino y tamaño de tamiz; esperando encontrar una forma de
disminuir la rugosidad superficial.
36

• Buscar la relación entre las variables: Cantidad de bentonita, Cantidad de agua y
tamaño de tamiz; para encontrar una forma de disminuir la adhesión superficial de
la arena por calcinación.
• Determinación del número de veces que la arena se puede reutilizar sin que pierdan
sus propiedades idóneas.
4.1 Disminución de la rugosidad superficial.
Para la disminución de la rugosidad superficial se tiene que tomar en cuenta el grado de
permeabilidad que debe tener la arena, ya que a menor grado de permeabilidad se tendrá
una menor salida de los gases a través del molde y se provocara una ebullición del metal
líquido y la consiguiente formación de sopladuras de la pieza.
La permeabilidad queda establecida en función del volumen de los huecos existentes en una
compactación de arena. En consecuencia, depende de la forma, del tamaño y de la
distribución de los granos, y es siempre mayor en una arena de granos gruesos que en una
de granos finos. Una arena de granos muy uniformes (arena distribuida en un número
limitado de planos adyacentes) es más permeable que otra con igual índice de finura que
tenga los granos de tamaños menos uniformes.
A partir de esto se ve que existe otra propiedad que esta directamente ligada con la
formación de la rugosidad superficial, dicha propiedad es el índice de finura; ya que a
mayor índice de finura se tendrá un mejor acabado de la superficie de la pieza. Y se
tendrán dos casos: cuando la arena posee granos redondos un número menor de huecos se
formaran al interior del molde, contrario a lo que se tendría si la arena posee granos
angulosos, la cual deja formar un número mayor de huecos.
37

Fig. 4.1. rugosidad en pieza extraída del
molde.
Por lo tanto el grado de permeabilidad y el índice de finura serán los indicadores, para saber
si la rugosidad superficial disminuye o aumenta a partir de la relación que existe entre la
cantidad de agua, cantidad de bentonita, cantidad de carbón marino y tamaño de tamiz.
4.2 Disminución de la adhesión superficial de la arena.
Para la reducción del número de incrustaciones de arena en la superficie de las piezas se
tiene que tomar en cuenta los procesos de tamizado, ya que si el proceso de tamizado de la
arena no es lo suficientemente bueno, la arena que se utilizara en la elaboración del molde
estará contaminada con agentes que pueden tener afinidad por el metal liquido que pasara
por las diferentes partes del molde, además si el tamiz utilizado también es tal que se
genera un tamaño de grano demasiado grande posiblemente provocara un efecto de
desmoronamiento cuando se de el paso del metal liquido. Entonces es en ese momento,
cuando la superficie de la pieza entrara en contacto con los agentes contaminantes que están
presentes en la arena y se generan las incrustaciones.
38

Fig. 4.2. Incrustaciones en pieza extraída
de molde.
También algunos residuos de metal que provienen de la fundición de las piezas, se mezclan
con la arena a la hora de destruir los moldes para extraer la pieza, esta es una de las fuentes
principales de contaminación.
Fig. 4.3. Residuos de metal.
Otra fuente que genera incrustaciones en las piezas fundidas es el desmoronamiento de
arena debido a un mal índice de friabilidad, es decir, cuando en el recorrido del metal
líquido golpea las paredes del molde se desprende cierta cantidad de granos de arena los
cuales quedan atrapados en la pieza cuando el metal se solidifica.
39

De lo anterior se puede decir que la medida del tamaño de grano (proceso de tamizado) y
la medida del índice de finura, serán los indicadores, para saber si la adhesión superficial de
arena disminuye o aumenta, a partir de la relación que existe entre la cantidad de bentonita,
cantidad de agua y tamaño de tamiz.
Fig. 4.4. Arena reciclada. Fig. 4.5. Tamizado arena reciclada.
4.3 Variables.
En resumen las variables que se han determinado y tienen cierta importancia en la
formación de los de los defectos de las piezas son las siguientes:
Rugosidad superficial.
Cantidad de Agua.
Cantidad de Bentonita.
Cantidad de Carbón Marino.
Tamaño de Grano.
Adhesión de arena por calcinación.
Cantidad de bentonita.
Tamaño de Grano.
Cantidad de agua.
Estas variables intervienen en la formación de rugosidad superficial y adhesión de arena
por calcinación en la pieza, de la siguiente forma:
40

Cantidad de agua: contribuye a una mejor adhesión entre los granos de arena, ya que si no
existiera la cantidad de agua necesaria para la elaboración de los moldes, sería imposible
tener una buena reacción entre el aglutinante utilizado y la arena.
Cantidad de bentonita: esta variable tiene la propiedad de ser un aglutinante, la cual permite
que los granos de arena se unan, de no existir la cantidad necesaria para la elaboración del
molde, no se tendría una buena resistencia, provocando defectos en la superficie de la
pieza.
Cantidad de carbón marino: la presencia de esta variable en la elaboración del molde, es
necesaria debido a que es la que permite que la arena no se queme y se pegue en la
superficie de la pieza.
Tamaño de grano: La superficie de la arena presenta una mayor separación entre granos
adyacentes, cuando el tamaño de grano es grande, si el tamaño de grano fuera más pequeño
la separación entre granos que se tendría seria menor. Si la separación entre granos
adyacentes es grande, se tendrá una mayor cantidad de defectos superficiales en la pieza;
por el contrario si se tiene menor separación entre granos adyacentes, la cantidad de
defectos superficiales en la pieza será menor.
Por lo antes mencionado se tomaron estas variables como las que más influyen en los
defectos superficiales.
En la formulación de las arenas se combinan todas estas variables, y se miden las
propiedades de las diferentes fórmulas.
41

4.4 Propiedades
Estas variables involucran las siguientes propiedades:
Rugosidad superficial.
Porcentaje de humedad
Permeabilidad.
Índice de finura.
Adhesión de arena por calcinación.
Índice de finura.
Índice Friabilidad.
Estas propiedades reflejan que tan buena es la combinación de cada una de las variables en
las formulaciones de las arenas. Por ejemplo, un índice de finura alto (AFS Nº89-AFS
Nº123, tabla 14), indica una arena de grado fino, es decir, tamaño de grano pequeño
utilizado para acabados tersos. También, un índice de friabilidad alto, provoca un mayor
desprendimiento de arena a la hora que el metal líquido se desplaza en el interior del molde,
provocando que una mayor cantidad de arena se adhiera a la superficie de la pieza. Un
mismo, análisis se puede aplicar a las demás propiedades para verificar si la combinación
de las variables mencionadas es la adecuada.
42

5. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
A continuación se presentara la estrategia a seguir para determinar la relación que existe
entre las propiedades de la arena de moldeo y los defectos en las piezas (rugosidad
superficial y adhesión por calcinación), a partir de la manipulación de variables tales como:
tipo de malla en tamiz, cantidad de agua, cantidad de carbón marino y cantidad de
bentonita.
Los pasos que se seguirán son:
• Medida de defectos en piezas.
• Evaluación de diferentes formulaciones de la arena de moldeo.
• Análisis de resultados de las formulaciones de arena.
• Estandarización de la formulación de las arenas de moldeo.
5.1 Medida de defectos en piezas.
5.1.1 Medida de la rugosidad superficial.
Para tener un parámetro de comparación entre el estado actual de la pieza y el posible
alcance de mejorar su acabado superficial al final de la investigación, necesitamos definir
un método para medir la cantidad de rugosidad superficial y la adhesión de arena por
calcinación en las piezas.
El método utilizado para la determinación de la rugosidad superficial esta basado en la
utilización de un comparador de reloj (Fig. 5.1), dicho aparato indica la cantidad de huecos
o elevaciones superficiales en la pieza por la cual se desplaza. Es decir, el aparato consta de
una punta deslizante que consta de un balero esférico, esta se mueve sobre la superficie en
43

estudio y si es un hueco por el cual la punta esta pasando la lectura en la escala marcara un
desplazamiento negativo (la aguja del medidor se moverá en sentido contrario al de las
agujas del reloj) y si la punta se desplaza sobre una elevación superficial la lectura en la
escala del comparador de reloj dará como resultado un desplazamiento positivo (la aguja se
moverá en sentido de las agujas del reloj).
Fig. 5.1. Comparador de reloj
(rugosimetro).
Los desplazamientos de la aguja ya sean positivos o negativos siempre estarán medidos en
milésimas de milímetros. Para esto se tiene un punto de referencia a partir del cual se
medirá la profundidad o elevación de la superficie.
5.1.2 Procedimiento de medición.
1. La pieza a analizar se debe limpiar de toda la arena que pueda tener, luego se coloca
en una maquina que permita la ubicación fácil del comparador de reloj, así como
también la medida de sus defectos superficiales. Una buena opción es una maquina
fresadora.
2. Una vez colocada la pieza y el comparador de reloj en la fresadora, se procede a
marcar la línea de referencia para la toma de medidas, sobre toda la superficie de la
pieza.
44

Fig. 5.2. Montaje de pieza y
comparador de reloj en la
fresadora.
45
Fig. 5.3. Marcado de línea de
referencia.
3. Dicha línea se marca con una escuadra (medidor de centro), la cual genera una línea
recta que pasa por el centro geométrico de la pieza. Como se muestra en la figura
5.3.
4. Después de haber señalizado la referencia, se procede a definir cual será el número
de veces que se medirá sobre la superficie de la pieza, cuando ya se tiene el número
exacto de divisiones se procede a calibrar la fresadora, es decir se coloca el plato
adecuado y se da el espaciamiento necesario; para que al momento de girar la pieza
el número de veces que anteriormente se definió, todas las líneas se encuentren
separadas a un mismo ángulo de giro.
5. Luego se procede a la colocación del comparador de reloj en la posición de
referencia, para esto se coloca la punta del medidor solo tocando la superficie de la
pieza y luego se coloca en cero, se procede a empujar la pieza con ayuda de la
fresadora hasta que la medida indique una profundidad de 50 milésimas de
milímetro. Y luego se vuelve a colocar en cero el medidor.

Fig. 5.4. Calibración del
Comparador de reloj.
6. Se procede a girar la pieza con ayuda de la fresadora y se mide en los puntos en los
cuales el giro del plato de la fresa indica que se a recorrido una longitud de arco
igual a la calibrada, se sigue este mismo procedimiento anotando si los
desplazamientos son positivos o negativos en una tabla como la que se muestra.
Pieza #
Franja externa Franja media Franja interna
Pto. Profundidad Pto. Profundidad Pto. Profundidad
1 1 1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
5 5 5
6 6 6
7 7 7
8 8 8
9 9 9
10 10 10
11 11 11
12 12 12
13 13 13
14 14 14
15 15 15
16 16 16
Tabla 18. Toma de datos.
46

5.1.3 Análisis de resultados.
Fig. 5.5. Franjas en pieza.
El análisis de rugosidad superficial, se basa en el promedio del muestreo de los datos
obtenidos, de las mediciones realizadas en cada una de las piezas. Se obtuvieron datos de
rugosidad superficial positivos y negativos, debido a que el aparato utilizado en su escala,
coloca un marco inicial referencia cero.
Con el fin de poder obtener un promedio del valor de la rugosidad superficial, se tomaron
todos los datos obtenidos de las mediciones como valor absoluto. Y así conseguir un valor
de rugosidad representativo de cada pieza.
Entonces las piezas que contengan promedios de rugosidad superficial cercanos al valor
cero, serán las piezas que contengan una superficie con menor grado de defectos. El hecho
de tomar todos los datos como valor absoluto es por que de este modo se obtiene una
mejor visualización de los defectos superficiales, comparado con el hecho de querer tomar
a la desviación estándar como parámetro de comparación.
47

5.1.4 Medida de la adhesión de arena por calcinación.
Lo que se busca en esta parte es determinar que porcentaje de área superficial de la pieza
contiene arena incrustada. Ya que a mayor área cubierta por la arena en la pieza, significa
que las propiedades del molde son malas, debido a que permite mucho desprendimiento de
arena.
5.1.5 Procedimiento de medición.
Para la medida de la relación de incrustación, se utilizó el software Autocad, por el hecho
que a la hora de la medición de las áreas de las piezas que contenían arena, el software
presentaba una mejor visualización para la determinación de dichas áreas. El
procedimiento utilizado es el siguiente:
• Se fotografía la pieza a analizar (foto digital de preferencia).
• Luego se carga la foto en Autocad, mediante el menú insert y luego la opción Raster
Image, luego se elige la foto y se carga en la pantalla del programa.
• Se elige el comando polyline y se comienza a hacer el borde exterior de la pieza y
luego se dibuja el borde interior.
Fig. 5.6. Trazado de la polilínea en los bordes
internos y externos.
48

• Luego con la ayuda del mismo comando polyline se procede a dibujar los bordes de
las partes de la pieza que con tienen mayor cantidad de arena. A diferencia del otro
método para medir la relación de incrustación este es más exacto ya que con el
comando Zoom Window se puede hacer un mejor acercamiento a las áreas que
contienen arena y así poder dibujar mejor los contornos de dichas áreas.
Fig. 5.7. Trazado de la polilínea en las partes con arena.
• Una vez dibujadas todas las áreas se procede a determinar el área de cada una de
ellas con el comando área, el cual se encuentra en la barra Inquiry.
Fig. 5.8. Utilización del comando Inquiry.
49

• Luego se suman las áreas de cada parte de la pieza que posee incrustaciones de
arena y se divide entre el área total de la pieza, la cual se saca de la misma forma
como las áreas antes mencionadas y este cociente se multiplica por cien y se tiene la
relación de incrustación.
A1
+ A2
+ A3
+ ... + An
Relación
de incrustación(%)
=
× 100 (Ec. 2)
A
5.2 Defectos superficiales obtenidos con la formulación actual.
5.2.1 Rugosidad superficial.
Punto Exterior Exterior Media Media Interior Interior Grados Total
1 0 0 0 0 0 0 0 0
2 6 6 -5 5 -12 12 22,5 8
3 -2 2 -8 8 5 5 45 5
4 -28 28 12 12 -13 13 67,5 18
5 -9 9 -7 7 -43 43 90 20
6 2 2 -50 50 2 2 112,5 18
7 6 6 -24 24 -45 45 135 25
8 14 14 -15 15 -30 30 157,5 20
9 -24 24 -21 21 -18 18 180 21
10 -15 15 5 5 -26 26 202,5 15
11 -23 23 6 6 16 16 225 15
12 12 12 14 14 -23 23 247,5 16
13 -8 8 -3 3 -7 7 270 6
14 5 5 2 2 -12 12 292,5 6
15 13 13 2 2 -45 45 315 20
16 3 3 0 0 0 0 337,5 1
Tabla 19. Rugosidad superficial con formulación actual.
50
T

Los datos de rugosidad superficial que se muestran en la tabla 19, son el resultado de las
mediciones realizadas en una pieza de producto pequeño, la cual se fabrica con la
formulación actual.
Profundidad ( milesimas
mm )
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0 22,5 45 67,5 90 112,5 135 157,5 180 202,5 225 247,5 270 292,5 315 337,5 360
51
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. 5.9. Grafica Rugosidad superficial con formulación actual.
La figura 5.9 presenta el perfil de la superficie de la pieza, obtenida a partir de los datos que
se muestran en la tabla 19, donde la rugosidad exterior, media e interior; fueron medidas en
las franjas designadas de esa forma en la superficie de la pieza (ver fig. 5.5). La línea de
rugosidad total, representa el promedio de los valores absolutos de las mediciones
realizadas con el comparador de reloj, en cada franja; para efectos de tener un valor
representativo del perfil de rugosidad para dicha pieza.

5.2.2 Incrustación de arena por calcinación para la formulación actual.
Fig. 5.10. Grafica incrustación por calcinación para formulación actual.
5.3 Evaluación de diferentes formulaciones de la arena de moldeo.
Para la determinación de cual formulación de arena, conlleva la menor cantidad de defectos
superficiales, se debe generar un procedimiento estadístico, el cual permita combinar todas
las variables de una manera ordenada y con base teórica. Para poder decidir que tipo de
combinación de variables presenta un menor grado de rugosidad superficial y menor
cantidad de incrustaciones de arena por calcinación.
Con el fin de tener un método científico de cómo combinar las diferentes variables se contó
con la asesoría del Ing. Emilio Campos, Catedrático de la UCA. quien imparte la materia
Diseño y Análisis de Experimentos.
El procedimiento recomendado para la evaluación de la formulación de las arenas esta
basado en una prueba experimental, la cual tendrá su fundamento en un ensayo estadístico
conocido como: Diseño factorial 2 K , donde el exponente K es el número de variables o
factores que intervienen en el experimento, la base 2 es el número de rangos; es decir los
valores máximos y mínimos que tomarían cada una de las variables. Luego de realizar esta
evaluación se obtendrá el número de réplicas para la prueba experimental.
52

Los diseños factoriales se usan ampliamente en experimentos que incluyen muchas
variables y cuando es necesario estudiar el efecto conjunto de dichas variables sobre una
respuesta. Es por eso, que este tipo de ensayo estadístico se ajusta a nuestra necesidad, ya
que necesitamos que la combinación de variables que juegan un papel importante en la
formulación de las arenas; nos dé un resultado en el acabado superficial de las piezas.
En nuestro caso se tienen 4 variables: tamaño de grano, cantidad de carbón marino,
cantidad de bentonita y cantidad de agua. Por lo tanto K vale 4 y el resultado de la
evaluación de la operación 2 K da como resultado 16, lo que nos dice que tendremos que
hacer 16 replicas o 16 combinaciones distintas de los rangos de cada una de las variables.
En el capítulo 4, se mencionan las variables involucradas con los defectos superficiales, se
menciona porque son importantes en las formulaciones y como afectan el acabado
superficial. Razón por la cual en este experimento se toman las cuatro variables, antes
mencionadas.
A continuación se muestran los rangos de las variables que intervienen en el experimento.
Para la determinación de estos rangos el criterio fue que el peso total (160 lb.) de un molde
se mantuviera constante, conocidos los porcentajes de los componentes utilizados para la
formulación, se procedió a determinar el peso de cada uno, basados en el peso total del
molde. En el anexo A, se muestran los porcentajes máximos y mínimos de los componentes
utilizados para cada una de las replicas.
Variable Valor máximo Valor mínimo
Agua (L) 2.5 1.5
Bentonita (lb.) 16 8
Carbón marino (lb.) 8 1.6
Tamaño de grano (# de
tamiz)
12 6
Tabla 20. Rango de variables.
53

El rango de valores máximos y mínimos se tomaron basados en la investigación
bibliográfica que se hizo en el capítulo 3. Tomando en cuenta las aplicaciones que más se
aproximaban a nuestro caso.
En la siguiente tabla se muestran las 16 réplicas que se utilizaran para la elaboración de los
moldes de fundición.
NÚMERO
DE
REPLICA
ARENA
TAMIZ
BENTONITA
(lb.)
54
CARBÓN
MARINO (lb.)
AGUA (L)
1 12 8 8 1.5
2 12 16 1.6 2.5
3 12 16 8 2.5
4 6 16 8 1.5
5 12 8 1.6 2.5
6 12 16 8 1.5
7 12 8 1.6 1.5
8 6 16 8 2.5
9 12 8 8 2.5
10 6 8 8 1.5
11 6 16 1.6 2.5
12 12 8 8 2.5
13 6 16 1.6 1.5
14 12 16 1.6 1.5
15 6 8 1.6 2.5
16 6 8 1.6 1.5
Tabla 21. Réplicas.

Para la elaboración de estas réplicas es importante tomar en cuenta que el peso del molde se
tiene que mantener constante, esto quiere decir que no importando la combinación de los
valores máximos y mínimos de las variables las libras que pesa el molde siempre será el
mismo para todas las replicas.
Una vez determinado el número de réplicas y sus variaciones en cuanto a las
combinaciones de valores máximos y mínimos de las variables se procedió a la elaboración
de los moldes.
55

5.4 Análisis de resultados de las formulaciones de arena.
5.4.1 Análisis de datos obtenidos en la medición para la rugosidad superficial.
El objeto de este análisis consiste en evaluar dos piezas que se obtuvieron de las
formulaciones realizadas y que presentan los resultados más drásticos, el alcance de este
análisis es dar a entender de una forma grafica el comportamiento de la arena en cuanto a
rugosidad superficial, o en el acabado de la pieza.
PIEZA #1
Los datos recolectados para la evaluación de la rugosidad superficial se muestran en la
siguiente tabla, así como la grafica de estos.
Franja Externa valor absoluto Franja Media valor absoluto Franja Interna valor absoluto Angulo
Rugosidad Rugosidad Rugosidad Rugosidad Rugosidad Rugosidad Medicion Rugosidad
Punto Exterior Exterior Media Media Interior Interior Grados Total
1 -6 6 0 0 0 0 0 2
2 4 4 -5 5 -18 18 22,5 9
3 3 3 -8 8 -7 7 45 6
4 -28 28 -10 10 -20 20 67,5 19
5 -9 9 -7 7 -50 50 90 22
6 -10 10 -47 47 -31 31 112,5 29
7 -21 21 -24 24 -43 43 135 29
8 -14 14 -29 29 -39 39 157,5 27
9 -24 24 -26 26 -50 50 180 33
10 -15 15 -15 15 -31 31 202,5 20
11 -23 23 -10 10 -34 34 225 22
12 -19 19 14 14 -48 48 247,5 27
13 -8 8 -3 3 -47 47 270 19
14 0 0 2 2 -39 39 292,5 14
15 13 13 2 2 -41 41 315 19
16 0 0 0 0 0 0 337,5 0
Tabla 22. Resultados de rugosidad superficial para pieza #1.
La tabla anterior contiene la medición hecha en la franja exterior, la franja media y la franja
interna de la pieza, se muestra además el ángulo para el cual se tomaron los valores, y se
evalúa un valor de rugosidad promedio total.
56

Profundidad ( milesimas
mm )
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0 22,5 45 67,5 90 112,5 135 157,5 180 202,5 225 247,5 270 292,5 315 337,5 360
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. 5.11. Gráfica rugosidad superficial para pieza #1.
Esta gráfica muestra el comportamiento de la rugosidad superficial en la franja exterior,
franja media y franja interior, se observa que la rugosidad superficial es mayor para la
franja interior, debido a que tiene valores mas alejados de cero y la franja que presenta la
menor rugosidad superficial es la exterior, además se muestra la línea de rugosidad total, la
cual representa el promedio de los valores absolutos de las mediciones realizadas con el
comparador de reloj, en cada franja; para efectos de tener un valor representativo del perfil
de rugosidad para dicha pieza. Lo anterior nos indica que es una pieza que posee una
superficie muy rugosa.
57

PIEZA #15
Los datos recolectados para la evaluación de la rugosidad superficial para la pieza #15 se
muestran en la siguiente tabla, así como la grafica de estos.
Franja Externa Valor Absoluto Franja Media Valor Absoluto Franja Interna Valor Absoluto Angulo
Rugosidad Rugosidad Rugosidad Rugosidad Rugosidad Rugosidad Medicion Rugosidad
Punto Exterior Exterior Media Media Interior Interior Grados Total
1 12 12 0 0 -3 3 0 5,00
2 15 15 -4 4 11 11 22,5 10,00
3 10 10 3 3 17 17 45 10,00
4 -44 44 11 11 8 8 67,5 21,00
5 32 32 8 8 17 17 90 19,00
6 -5 5 6 6 7 7 112,5 6,00
7 8 8 -14 14 5 5 135 9,00
8 4 4 -2 2 11 11 157,5 5,67
9 8 8 1 1 8 8 180 5,67
10 0 0 -29 29 9 9 202,5 12,67
11 7 7 -22 22 0 0 225 9,67
12 6 6 -10 10 0 0 247,5 5,33
13 12 12 12 12 -1 1 270 8,33
14 5 5 -27 27 -8 8 292,5 13,33
15 4 4 -1 1 3 3 315 2,67
16 0 0 0 0 0 0 337,5 0,00
Tabla 23. Resultados de rugosidad superficial para pieza #15.
Esta tabla contiene la medición hecha en la franja exterior, la franja media y la franja
interna de la pieza, se muestra además el ángulo para el cual se tomaron los valores, y se
evalúa un valor de rugosidad promedio total.
58

Profundidad ( milesimas mm )
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
RUGOSIDAD
0 22,5 45 67,5 90 112,5 135 157,5 180 202,5 225 247,5 270 292,5 315 337,5 360
Grados de medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. 5.12. Gráfica rugosidad superficial para pieza #15.
Esta gráfica muestra el comportamiento de la rugosidad superficial, en la franja exterior se
observa el mayor valor de rugosidad para el rango de 45 – 112.5 grados, la franja media
tiene valores máximos en el rango de 180 – 315 grados y la franja interior presenta los
menores valores de rugosidad, además se muestra la línea de rugosidad total, la cual
representa el promedio de los valores absolutos de las mediciones en cada franja; dicha
línea muestra que la rugosidad superficial de la pieza es menor comparada con la que se
muestra en la fig. 5.11.
Los datos obtenidos, así como también las graficas de las demás piezas se muestran en el
Anexo D.
59

El valor que interesa para el análisis estadístico no es tanto el comportamiento grafico de la
rugosidad superficial, si no mas bien el valor de rugosidad total promedio de toda la pieza,
este valor se obtendrá sumando todos los valores de rugosidad de las 3 franjas en las que se
divido la pieza y será dividido entre el número total de datos.
A continuación se muestran todos los valores de rugosidad promedio que se obtuvieron de
todas las piezas.
? de pieza
60
Rugosidad
superficial
1 18.69
2 34.60
3 22.19
4 26.69
5 24.67
6 25.25
7 23.56
8 17.52
9 25.48
10 16.50
11 12.08
12 25.04
13 18.13
14 13.58
15 9.22
16 28.85
Tabla 24. Resultados de rugosidad superficial.

Se puede ver que la pieza número 15 tiene el menor valor promedio de rugosidad
superficial, debido a que su número es el más cercano a cero y la pieza que contiene mayor
rugosidad es la pieza número 2, ya que presenta el valor promedio mas alejado de cero.
Estos valores de rugosidad son los utilizados en el análisis estadístico de diseño factorial.
calcinación.
5.4.2 Análisis de datos obtenidos en la medición de adhesión de arena por
Para esta parte solo se tienen que visualizar los datos obtenidos de las relaciones de
incrustación de cada pieza fundida como se muestra en la figura.36. A partir de eso la pieza
que contenga la mayor relación de incrustación será la pieza que mayor cantidad de arena
posee en su superficie.
Fig. 5.13. Lectura de relación de incrustación.
Las otras figuras que se obtuvieron para la determinación de la incrustación de arena por
calcinación se muestran en el Anexo C.
61

A continuación se muestran todos los valores de incrustación por calcinación de arena que
se obtuvieron de todas las piezas.
? de pieza
62
Incrustación por
calcinación
1 93.40%
2 74.74%
3 48.16%
4 44.43%
5 53%
6 30.97%
7 46.05%
8 24.45%
9 15.30%
10 19.67%
11 24.41%
12 26.72%
13 46.24%
14 5.52%
15 14.39%
16 10.36%
Tabla 25. Resultados de adhesión de arena por calcinación.
Se puede observar que la pieza con mayor adhesión de arena es la número uno, lo cual
indica que su formulación tiene muchas deficiencias, ya sea de bentonita o de cantidad de
agua, como se muestra en la tabla de réplicas (toma los valores menores de dichas
variables). Por lo que el índice de friabilidad que tendría esta formulación, resultaría de un
valor muy bajo, debido al alto grado de desprendimiento de arena en las proximidades de la
pieza.

? DE
REPLICA
La pieza con el menor porcentaje de adhesión de arena por calcinación resulta ser la
número catorce, cuya formulación tendría un alto valor en su índice de friabilidad.
A continuación se presenta una tabla resumen la cual muestra los valores promedios de
rugosidad, adhesión de arena por calcinación y la formulación de cada una de las replicas.
ARENA
TAMIZ
BENTONITA
(lb.)
CARBÓN
MARINO
(lb.)
63
AGUA
(L)
RUGOSIDAD
INC.
CALCINACIÓN
1 12 8 8 1.5 18.69 93.40%
2 12 16 1.6 2.5 34.60 74.74%
3 12 16 8 2.5 22.19 48.16%
4 6 16 8 1.5 26.69 44.43%
5 12 8 1.6 2.5 24.67 53%
6 12 16 8 1.5 25.25 30.97%
7 12 8 1.6 1.5 23.56 46.05%
8 6 16 8 2.5 17.52 24.45%
9 12 8 8 2.5 25.48 15.30%
10 6 8 8 1.5 16.50 19.67%
11 6 16 1.6 2.5 12.08 24.41%
12 12 8 8 2.5 25.04 26.72%
13 6 16 1.6 1.5 18.13 46.24%
14 12 16 1.6 1.5 13.58 5.52%
15 6 8 1.6 2.5 9.22 14.39%
16 6 8 1.6 1.5 28.85 10.36%
Tabla 26. Resultados de rugosidad superficial y adhesión de arena por calcinación.

5.4.3 Análisis de diseño factorial 2 K .
Una vez obtenidos los datos de rugosidad superficial y de adhesión de arena por calcinación
se procede a realizar el análisis estadístico, con la ayuda del software Desing-expert TL, se
tratara de determinar que variables o que combinación de variables resulta más significativa
a la hora de la construcción del molde. También se tratará de determinar cuales serían las
replicas que presentan una mejor solución para la reducción de la rugosidad superficial y
adhesión de arena por calcinación simultáneamente, es decir con una misma formulación se
buscará bajar al nivel mínimo los defectos superficiales en las piezas.
Para el análisis con ayuda del software lo que se hace es lo siguiente:
Se ingresan los datos de cada una de las replicas (valores máximos y mínimos de cada
una de las variables), en las columnas que indican la entrada de factores al programa.
Luego en las columnas de respuesta del programa, se ingresan los valores de los
resultados obtenidos de las mediciones de rugosidad y adhesión de arena.
Fig. 5.14. Ingreso de datos en Desing-expert TL.
Luego se procede a la parte de análisis, se elige la respuesta que se desea analizar, se hace
click sobre esa opción y luego en la barra de comandos superior, se elige botón effects y
se muestra una grafica en la cual, despliega una línea de tendencia de los resultados.
64

Los puntos que más se alejan de esta línea son las variables o las combinaciones de
variables que más repercuten, ya sea en la rugosidad superficial o en la adhesión de arena
por calcinación, según sea el caso de análisis.
Fig. 5.15. Línea de tendencia en rugosidad.
65

Fig. 5.16. Línea de tendencia en adhesión de arena.
Para el caso de la Rugosidad Superficial se obtuvo que la variable que más influye es el
tamaño de tamiz y las combinaciones de variables que repercuten mas son:
a) tamaño de tamiz con carbón marino y agua.
b) tamaño de tamiz y agua.
c) bentonita con carbón marino y agua.
Estas son las combinaciones de variables que más se alejan de la línea de tendencia, por
lo que al combinarse tal como lo muestra el programa, estas influyen más en la
formación de la rugosidad superficial.
Además la variable tamaño de tamiz es la que más afecta en la formación de la rugosidad
superficial, ya que es la que más veces aparece en las combinaciones. Ver fig. en el
Anexo E.
66

Las variables que más afectan en la Incrustación de arena por calcinación son: el tamaño
de tamiz y la cantidad de agua, debido a que son las variables que aparecen aisladas y
que más veces se repiten en las combinaciones, además son las que se encuentran más
alejadas de la línea de tendencia.
Las combinaciones que más se alejan de la línea de tendencia son:
a) tamaño de tamiz, cantidad de bentonita y cantidad de agua.
b) tamaño de tamiz y cantidad de agua.
Por lo tanto, estas son las combinaciones que más influyen en la incrustación de arena
sobre la superficie de la pieza. Ver fig. En el Anexo E.
Luego de verificar cuales variables y cuales combinaciones de variables son las que
afectan en cada caso, se procede estudiar cuales son las soluciones que el programa
brinda. Para ello se elige la opción numerical, en la parte de optimization; luego en la
barra superior se elige el botón solutions. Las soluciones se presentan en forma de
histogramas y de reporte.
Fig. 5.17. Solución en forma de reporte.
67

Fig. 5.18. Solución en forma de Histograma.
La solución en forma de histograma se basa en la conveniencia o Desirability, la cual
muestra que la barra que más cerca este del valor uno, será el mejor valor que se
obtendrá para rugosidad o para incrustación de arena, es decir entre más cercano de 1.0
este la barra que representa la rugosidad la pieza tendrá la menor rugosidad superficial
posible, para la combinación de variables que indica el programa. Y lo mismo para la
adición de arena por calcinación.
Por lo tanto la solución que nos da la menor rugosidad superficial y la menor cantidad
de incrustación de arena por calcinación es la número uno. La cual consta de la
siguiente formulación.
Tamaño de tamiz Bentonita (Lb.) Carbón marino (Lb.) Agua (L)
20 16 1.6 1.5
Tabla 27. Formulación solución que presenta el análisis de diseño factorial 2 K .
68

5.5 Optimización de la formulación de la arena de moldeo.
De los resultados obtenidos en el análisis diseño factorial 2 K , se tiene una formulación
solución, la cual se muestra en la tabla 27. Con esta fórmula se prepararon tres moldes para
evaluar la relación entre las variables utilizadas para el diseño factorial y los defectos
superficiales (rugosidad superficial y adhesión de arena por calcinación).
5.5.1 Rugosidad superficial de las piezas elaboradas con la formulación solución.
Para la medición de la rugosidad superficial se siguió con el procedimiento explicado en el
apartado 5.1.2, dando como resultado una rugosidad superficial total promedio de 12.7. Se
puede ver que dicha rugosidad no es la menor que se obtuvo al momento que se realizaron
las 16 replicas, debido a que el programa no busca una solución individual a cada problema
superficial, mas bien la solución obtenida busca tener un valor bajo de rugosidad superficial
y un valor bajo de adhesión de arena por calcinación. Aunque estos valores no sean los
mínimos en cada caso.
Los resultados de rugosidad superficial en una de las piezas elaboradas con la formulación
solución se muestran en el siguiente grafico:
Profundidad ( milesimas mm )
25
20
15
10
5
0
RUGOSIDAD
0 22,5 45 67,5 90 112,5 135 157,5 180 202,5 225 247,5 270 292,5 315 337,5 360
Grados de medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. 5.19. Grafica rugosidad superficial para pieza elaborada con la formulación
solución.
69

La grafica muestra el comportamiento de la rugosidad superficial en la franja exterior,
franja media y franja interior. De esta grafica se observa que la mayoría de los valores se
mantienen cercanos a la referencia cero. La rugosidad total promedio muestra un
comportamiento cercano con la referencia, lo que nos indica que es una superficie con
poca rugosidad, comparada con los valores de rugosidad obtenidos de las demás piezas se
puede decir que la pieza posee un acabado superficial aceptable aunque no el más deseable.
5.5.2 Adhesión de arena por calcinación de las piezas elaboradas con la formulación
solución.
La figura muestra la cantidad de arena adherida en la superficie de la pieza construida con
la formulación solución.
Fig. 5.20. Relación incrustación para pieza elaborada con la formulación solución.
70

Para la determinación de adhesión de arena por calcinación se siguieron los pasos descritos
en el apartado 5.1.5 dando como resultado una relación de incrustación de 6.3%, como se
menciono en el apartado anterior no es la mínima relación de incrustación que se obtuvo de
las 16 replicas, pero si es una de las menores, que a la vez permite obtener uno de los
menores promedios de rugosidad superficial.
La siguiente tabla muestra la formulación solución obtenida por el análisis de diseño
factorial, así como también los valores de Rugosidad Superficial y Adhesión de arena por
calcinación.
ARENA
TAMIZ
BENTONITA
(lb)
CARBÓN
MARINO
(lb)
AGUA (L) RUGOSIDAD
71
ADHESIÓN DE
ARENA POR
CALCINACIÓN
12 6 1.6 1.5 12.7 6.3%
Tabla 28. Tabla resumen para la formulación solución.
Formulación Actual Formulación Solución
Tamaño de tamiz 6 12
Rugosidad superficial 16 12.7
Tabla 29. Tabla de comparación de tamaño de grano y rugosidad superficial entre la
formulación actual y formulación solución.
La tabla 29 muestra que el tamaño de tamiz influye directamente en la rugosidad superficial
y que a menor tamaño de tamiz se obtiene una menor rugosidad superficial y que a mayor
tamaño de tamiz, se tiene mayor rugosidad.

FORMULACIÓN ACTUAL FORMULACIÓN SOLUCIÓN
Rugosidad
superficial
Adhesión de Arena
por Calcinación
72
Rugosidad
superficial
Adhesión de Arena
por Calcinación
16 40.43% 12.7 6.3%
Tabla 30. Tabla comparativa de rugosidad superficial y adhesión por calcinación entre la
formulación actual y la formulación solución.
De la tabla 29 se observa, que el valor de rugosidad superficial mejora en un 26% y la
adhesión de arena por calcinación un 84.42 %, estas mejoras son resultado de un
experimento que no es del todo confiable, debido a que no se pudo realizar mas corridas
para la obtención de mas datos y así poder verificar si los datos de la primera corrida se
mantienen. Así mismo, como las condiciones de preparación de los moldes variaron con
respecto a las condiciones que se trabaja actualmente.
5.5.3 Propiedades de las arenas de moldeo.
De los resultados obtenidos en el análisis diseño factorial 2 K , se tiene una formulación
solución, la cual se muestra en la tabla 27. Con esta fórmula se prepararon tres moldes para
evaluar sus propiedades, utilizando el equipo del laboratorio.

A continuación se muestran las propiedades de la formulación solución.
PROPIEDAD VALOR ESTADO
Compactibilidad 10% Bueno
Permeabilidad 235 -
Compresión (verde) 7.1 psi -
Compresión (seco) 44 psi -
Cortante (verde) 1.6 psi -
Cortante (seco) 16 psi -
Contenido de arcilla total 10% Bueno
Contenido de arcilla
dispersada
Contenido de arcilla
suprimida
9.4% Bueno
0.6% Bueno
Índice de moldabilidad 90.8% Bueno
Índice de friabilidad 10.5% Bueno
Índice de finura 38.2 -
Porcentaje de humedad 7% -
Tabla 31. Propiedades de Arena para producto pequeño elaborado con la formulación
solución.
73

La siguiente tabla muestra una comparación entre las propiedades de la formulación actual
y la formulación solución.
PROPIEDAD
FORMULACIÓN
SOLUCIÓN
74
FORMULACIÓN
ACTUAL
Compactibilidad 10% 12%
Permeabilidad 235 49
Compresión (verde) 7.1 psi 10.4 psi
Compresión (seco) 44 psi 93.5 psi
Cortante (verde) 1.6 psi 2.1 psi
Cortante (seco) 16 psi 20 psi
Contenido de arcilla total 10% 11%
Contenido de arcilla
dispersada
Contenido de arcilla
suprimida
9.4% 10.6%
0.6% 0.4%
Índice de moldabilidad 90.8% 66.73%
Índice de friabilidad 10.5% 1.6%
Índice de finura 38.2 33.45
Porcentaje de humedad 7% 10.3%
Tabla 32. Tabla de comparación de Propiedades para producto pequeño.

De los datos que se obtuvieron en la evaluación de las propiedades de la formulación
solución, se puede observar que no todas las propiedades mejoran con respecto a la
formulación actual, por ejemplo en el caso de los esfuerzos de compresión y cortante;
dichos valores de estas propiedades han disminuido, lo que indica que la formulación actual
para la elaboración de moldes, tiene mayor resistencia de compresión y cortante que la
formulación solución, también el índice de friabilidad resulto como otra de las propiedades
que su valor empeoro con respecto al valor del índice de friabilidad que posee la
formulación actual, ya que lo que se busca es que el índice de friabilidad sea mínimo para
evitar que grandes cantidades de arena se desprendan de las paredes del molde.
Para nuestro caso la permeabilidad mejoró, porque lo que se necesita es que la
permeabilidad sea lo más grande posible para poder liberar todos los vapores que se
generan dentro del molde.
El índice de moldabilidad también mejoró, debido a que entre mayor sea el índice de
moldabilidad, se tendrá un mejor acabado superficial en las paredes del molde, para así
tener la menor cantidad de defectos superficiales en las piezas fundidas.
El índice de finura también es otra de las propiedades que mejoró con respecto a la
formulación actual, esta mejora proviene del hecho que el número de tamiz que se utilizó
fue el mayor, el cual representa un índice de finura mayor. Es decir, que si se utiliza el
menor número de tamiz, el índice de finura es menor; lo cual es malo para la elaboración de
los moldes, ya que lo que se tendrá como resultado será una mayor rugosidad superficial
en las piezas.
La cantidad de arcilla que se obtuvo fue casi la misma que se tiene en la formulación actual,
por lo tanto se puede decir que la cantidad de bentonita que se utilizó para la elaboración de
estos moldes es aproximadamente la misma que la que se utiliza actualmente.
75

Se conoce que a mayor porcentaje de humedad mayor porcentaje de compactibilidad, se
observa que la formulación actual presenta mayor porcentaje de humedad y por lo tanto una
mayor compactibilidad.
Se midieron las propiedades de la formulación solución, las cuales dependen de la
combinación de los variables que se utilizan para preparar las arenas. Pero estas
propiedades solamente se utilizan para conocer la formulación solución y no para efectos
de la evaluación de los resultados.
76

OBSERVACIONES
La arena de moldeo utilizada por esta empresa metalúrgica es arena de mar y no
arena sílice.
Sólo utilizan pintura refractaria para ciertas piezas, las que para ellos son de mayor
importancia en su acabado superficial y para las que vale la pena hacer esta
inversión.
El programa Desing-expert TL relacionó las variables: cantidad de agua, cantidad
de bentonita, cantidad de carbón marino y tamaño de grano; con el acabado
superficial y la adhesión de arena por calcinación.
El monitoreo de las propiedades: esfuerzo de compresión, esfuerzo cortante,
porcentaje de humedad, cantidad de arcilla, índice de finura, índice de moldabilidad,
índice de friabilidad no se realiza en los procesos que se llevan acabo actualmente
en la empresa y no se cuenta con una persona encargada del laboratorio para tal fin.
La empresa no cuenta con la seguridad industrial mínima requerida para los trabajos
de fundición.
77

Se observó que los encargados de preparar las arenas y la fabricación de los moldes
no cuentan con un proceso de supervisión continua.
Durante el proceso de fundición no se mide la temperatura y tiempo de colada.
Durante el proceso de colada no se observan señalizaciones y zonas de seguridad.
78

CAUSAS DE ERROR
Durante el desarrollo del experimento se terminó uno de los componentes para fabricar el
molde: el carbón marino. Debido a que la adquisición del mismo tomaría demasiado tiempo,
se utilizó carbón vegetal como sustituto en la elaboración de dieciséis moldes para la prueba.
Los moldes que se probaron no corresponden entonces a los moldes que la empresa utiliza
normalmente.
No se controló la humedad de la arena a granel utilizada para la elaboración de los moldes, A
partir de los datos se observó que la arena a granel tenía un exceso de humedad causado
seguramente por las condiciones ambientales.
El proceso actual de preparación de las arenas se realiza en el suelo y la mezcla de los
componentes se lleva acabo en forma manual, mientras que la preparación de las réplicas del
experimento se llevo acabo utilizando la mezcladora con el objetivo de homogenizar mejor la
mezcla, cuando lo correcto hubiera sido elaborar los moldes de prueba o las réplicas, de la
misma forma que los trabajadores preparan actualmente sus moldes.
79

No se pudo tener una buena interpretación de los datos obtenidos debido a que el número de
corridas (veces que se realiza el experimento), no fue suficiente. Se tendrían que haber
realizado como mínimo 3 corridas, según lo que recomienda el método de diseño factorial 2 K .
No se logró hacer el número mínimo de corridas debido a que el tiempo que la empresa toma
entre coladas es muy largo y a veces hasta incierto, por el hecho de que algunas veces hay
atrasos y el tiempo entre colada dura más de lo previsto.
80

CONCLUSIONES
En el capítulo 1 se documenta el proceso de preparación de la arena, con el fin que la
empresa cuente con una guía de procedimientos para la fabricación de moldes de arena
para fundición.
No se logró encontrar la formulación óptima para obtener un mejor acabado de las
piezas, debido a la falta de un componente esencial para la fabricación de los moldes
(carbón marino) y por la presencia de mayor humedad en la arena. Por lo que, la
formulación que resultó del análisis experimental no es confiable.
Los valores de las propiedades de la arena para los moldes que se obtuvieron
experimentalmente están muy alejados de los valores teóricos recomendados que se
muestran en la tabla 17.
A pesar que el resultado de la prueba experimental no es confiable se pudo verificar que
el tamaño del grano de arena influye en la reducción de la rugosidad superficial, ya que
la rugosidad que se obtuvo utilizando la formulación solución fue menor que la
rugosidad que posee una pieza elaborada con la formulación actual (ver tabla 29). A
mayor tamaño del grano la rugosidad superficial es mayor.
81

Los métodos utilizados para la determinación de la rugosidad superficial y la adhesión de
arena por calcinación son buenos, debido a que presentan una forma relativamente fácil
de medir los defectos superficiales y las herramientas utilizadas se obtienen fácilmente,
porque la empresa cuenta con equipo para maquinado de piezas (fresadora, comparador
de reloj) y se puede adquirir el software utilizado (Autocad).
82

RECOMENDACIONES
Desarrollar un estudio más amplio en el cual se involucren más variables como la
temperatura, tiempo de colada y el dimensionado de los moldes.
Utilizar pintura refractaria en la elaboración de todos los procesos de construcción de
moldes y no solo en los que para ellos son más importantes. Personas con experiencia en
fundición plantean que la pintura permite minimizar la adhesión de arena por calcinación
y mejoran la rugosidad de la pieza. Se recomienda hacer un estudio económico para
determinar si el incremento del costo debido al uso de la pintura vale la pena para el tipo
de piezas analizado.
Desarrollar un estudio de factibilidad económica para evaluar la conveniencia de la
implementación de un plan de control de calidad, de supervisión y monitoreo para la
preparación de las arenas de moldeo y elaboración de moldes, con el fin de asegurar un
mejor acabado de las piezas; además disponer en bodega de todos los componentes que
se utilizan para la elaboración de moldes y que las propiedades de las formulaciones
siempre mantengan los rangos recomendados.
Llevar un registro del número de piezas que son rechazadas por su mal acabado
superficial o por otros factores, para tener un parámetro de cuanto se ha mejorado o
desmejorado en la producción de las piezas.
83

El software empleado para el análisis estadístico no resultó confiable. Se recomienda la
utilización de otro tipo de software y el involucramiento de estudiantes de Ingeniería
Industrial para el análisis de los datos
84

GLOSARIO
Arena de contacto: es la arena de buena calidad que se encuentra alrededor del modelo
para fundición y que tendrá contacto con el metal líquido que conformará la pieza final
deseada.
Arena de relleno: a diferencia de la arena de contacto, esta arena es de menor calidad y de
configuración distinta. La arena de relleno servirá para formar el resto de la arena del molde
para la pieza de fundición.
Corazón: Eje circular sólido elaborado con formulación de arenas para hueco de masas de
ingenio.
En verde: Indica pruebas realizadas con probeta en condiciones de humedad según la
formulación de la aplicación.
En seco: Indica pruebas realizadas con probeta en condiciones de cero humedad, secada en
horno.
Esfuerzo de compresión: es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un elemento
haciendo que este se comprima. La unidad empleada en la máquina universal de esfuerzos
es lb/in2.
Esfuerzo cortante: es el esfuerzo que actúa tangencialmente a la superficie del material.
Dado también para la máquina universal en lb/in 2 .
Esfuerzo en seco (dry): es el esfuerzo en compresión o cortante aplicado a una probeta la
cual ha sido secada por la acción de un horno hasta llegar a peso constante.
85

Esfuerzo en verde (green): es el esfuerzo en compresión o cortante aplicado a una probeta
la cual contiene humedad, es decir formada por arena recién preparada.
Friabilidad: parámetro que indica el grado de desgaste que puede sufrir la superficie de la
arena de un molde.
Moldabilidad: indica el grado o la capacidad en que la arena tiende a llenar todos los
espacios para formar el molde de la pieza.
Permeabilidad: indica la facilidad en la que los gases son evacuados del molde durante la
colada.
86

REFERENCIAS
American Foundry Society (http://www.afsinc.org), promueve y provee conocimientos y
servicios que fortalecen a la industria de la metalúrgica de fundición para beneficio de sus
consumidores y asociados.
Equipo Dietert (http://www.dietertlab.com/) página oficial de la empresa Dietert encargada
de fabricación de equipo para pruebas de arena. En esta página se puede encontrar todo el
listado e información de los equipos para realizar los distintos análisis para sistemas de
arena.
87

BIBLIOGRAFÍA
Avallone, Eugene A. Baumeister, Theodore III Baumeister, Theodore. Marks, [1972]
Manual del Ingeniero mecánico. Editorial McGraw-Hill, México
Díaz Deleón, M. A., Payés Gutiérrez, J. E., Quijada Cuellar, C. A. y Rivas Bonilla, W. A.
[1998] Metodología investigativa para la optimización del proceso de fundición de
aluminio en molde de arena. Trabajo de graduación presentado para optar al grado de
ingeniero mecánico en la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”, San
Salvador, El Salvador.
Howard, E. D., [1962] Tratado práctico de fundición. Editorial Aguilar, S.A. Ediciones,
Madrid, España.
Kazanas, H.C., Baker y G.E., Gregor, T. [1986] Procesos Básicos de Manufactura.
Editorial McGraw Hill, México, D.F., México
Quintero Omar [2004] Laboratorio de Fundición MT-2384. Universidad Simón Bolívar,
Caracas, Venezuela. Disponible en Web: http://www.dsm.usb.ve/materiales/guias/mt-
2384%20(guia).pdf
Strobl Scott M. [2000] Fundamentos en la preparación y control de la Arena Verde.
Simpson Technologies Corp. Aurora, Illinois, U.S. Disponible en Web:
http://www.moderncasting.com/Spanish/arena_verde.pdf
89

ANEXOS
A-1

A-2

ANEXO A
A . FORMULACIÓN DE PIEZAS Y PROCESO DE FABRICACIÓN
En este anexo se presentan todas las formulaciones utilizadas en cada una de las corridas, se
encuentra una tabla donde se observan los componentes de cada una de las replicas, con sus
respectivas cantidades y porcentajes. Así como también unas imágenes en las cuales
podemos ver el molde antes de ser llenado con el metal, el momento cuando es llenado y
por ultimo una imagen de la pieza que se obtiene.
Pieza # 1
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 140.7 87.9
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 1
Colada Pieza # 1 Obtención de Pieza #1
A-1

Pieza # 2
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 136.9 85.6
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 2
Colada Pieza # 2 Obtención de Pieza #2
A-2

Pieza # 3
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 130.5 81.6
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 3
Colada Pieza # 3 Obtención de Pieza # 3
A-3

Pieza # 4
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 132.7 82.9
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 4
Colada Pieza # 4 Obtención de Pieza # 4
A-4

Pieza # 5
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 144.9 90.6
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 5
Colada Pieza # 5 Obtención de Pieza # 5
A-5

Pieza # 6
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 132.7 82.9
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 6
Colada Pieza # 6 Obtención de Pieza # 6
A-6

Pieza # 7
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 147.1 91.9
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 7
Colada Pieza # 7 Obtención de Pieza # 7
A-7

Pieza # 8
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 130.5 81.6
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 8
Colada Pieza # 8 Obtención de Pieza # 8
A-8

Pieza # 9
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 138.5 86.6
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 9
Colada Pieza # 9 Obtención de Pieza # 9
A-9

Pieza # 10
DESCRIPCIÓN TOTAL lb. %
Libras de arena nueva 140.7 87.9
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 10
Colada Pieza # 10 Obtención de Pieza # 10
A-10

Pieza # 11
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 136.9 85.6
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 11
Colada Pieza # 11 Obtención de Pieza # 11
A-11

Pieza # 12
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 138.5 86.6
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 8.0 5.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 12
Colada Pieza # 12 Obtención de Pieza # 12
A-12

Pieza # 13
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 139.1 86.9
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 13
Colada Pieza # 13 Obtención de Pieza # 13
A-13

Pieza # 14
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 139.1 86.9
Libras de bentonita 16.0 10.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 14
Colada Pieza # 14 Obtención de Pieza # 14
A-14

Pieza # 15
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 144.9 90.6
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 5.5 3.4
Formulación Molde Pieza # 15
Colada Pieza # 15 Obtención de Pieza # 15
A-15

Pieza # 16
DESCRIPCIÓN TOTAL Lb. %
Libras de arena nueva 147.1 91.9
Libras de bentonita 8.0 5.0
Libras de carbón marino 1.6 1.0
Libras de agua 3.3 2.1
Formulación Molde Pieza # 16
Colada Pieza # 16 Obtención de Pieza # 16
A-16

ANEXO B.
B . FORMULACIÓN DE PIEZAS Y PROCESO DE FABRICACIÓN
.
En este anexo se encuentran las tablas utilizadas para la recolección de datos de la prueba
de rugosidad superficial. Esta recolección se hizo para las piezas fundidas en los moldes
fabricados con las formulaciones para cada replica, datos recolectados en la franja interna,
franja media y franja externa de la pieza, para cada una de estas franjas se tomaron 16
datos.
Franja
Externa
PIEZA # 1
B-1
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 -6 0 0
2 4 -5 -18
3 3 -8 -7
4 -28 -10 -20
5 -9 -7 -50
6 -10 -47 -31
7 -21 -24 -43
8 -14 -29 -39
9 -24 -26 -50
10 -15 -15 -31
11 -23 -10 -34
12 -19 14 -48
13 -8 -3 -47
14 0 2 -39
15 13 2 -41

16 0 0 0
PIEZA # 2
Franja
Externa
B-2
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -3 84 -38
3 31 40 42
4 -5 51 -44
5 -32 -62 -47
6 -69 -84 -86
7 -17 5 15
8 -1 -30 -12
9 -11 -51 -36
10 -24 -56 -42
11 -45 -50 -32
12 -40 -54 -23
13 -44 -56 -42
14 -48 -57 -32
15 -58 57 -5
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 3
B-3
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -8 -34 -29
3 -16 -25 -24
4 -19 -30 -30
5 -15 -41 -21
6 -16 -39 -23
7 -20 -41 -36
8 12 68 -21
9 14 91 -19
10 21 0 1
11 69 12 12
12 -76 23 30
13 32 22 5
14 2 22 -3
15 30 3 10
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 4
B-4
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 -11 0
2 -31 -18 -27
3 -37 -25 -17
4 -48 -60 -28
5 -49 -34 -46
6 54 -30 -45
7 -31 -38 -42
8 -16 -32 25
9 3 -7 -8
10 5 21 -4
11 25 41 30
12 46 60 50
13 48 40 4
14 42 30 2
15 55 -2 14
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 5
B-5
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -1 19 -1
3 -20 -2 -7
4 -8 28 -2
5 -18 30 25
6 22 44 23
7 50 58 25
8 58 -22 31
9 64 -20 42
10 41 -6 29
11 39 -18 65
12 46 -15 38
13 37 36 45
14 28 -15 30
15 28 30 18
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 6
B-6
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -10 -41 -19
3 -30 -40 2
4 -11 -42 -4
5 -55 -33 4
6 4 -4 39
7 42 10 25
8 100 50 7
9 -30 46 20
10 -50 -32 36
11 22 38 28
12 10 29 30
13 35 54 39
14 45 -11 38
15 31 0 16
16 0 0 0

PIEZA # 7
Franja Externa Franja Media Franja Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -3 -4 -9
3 -4 12 -4
4 26 9 2
5 31 31 6
6 10 51 13
7 -2 -52 3
8 13 -45 -2
9 -4 51 -36
10 14 52 35
11 53 69 22
12 60 60 27
13 57 52 21
14 55 47 19
15 23 39 3
16 0 0 0
B-7

Franja
Externa
PIEZA # 8
B-8
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -14 36 -12
3 -13 40 -13
4 14 55 30
5 -1 -30 40
6 13 -32 23
7 17 -22 31
8 16 -16 10
9 27 -30 15
10 10 8 17
11 23 -35 0
12 13 -32 5
13 -6 -45 -12
14 7 25 8
15 -7 28 -10
16 0 0 0

PIEZA # 9
Franja Externa Franja Media Franja Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -2 -29 -12
3 -50 -50 -45
4 -5 -16 -14
5 -48 -65 -58
6 -49 -60 -56
7 -27 -20 -49
8 -49 -65 -20
9 -40 -40 -22
10 -24 -8 31
11 10 -21 9
12 -10 30 -20
13 -20 13 -14
14 -1 40 -16
15 20 40 -5
16 0 0 0
B-9

Franja
Externa
PIEZA # 10
B-10
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 27 6 10
3 -26 25 22
4 -3 37 34
5 -4 47 24
6 -19 37 16
7 32 2 -2
8 -3 -16 -18
9 -4 -42 -8
10 29 -33 -13
11 4 -21 -18
12 -10 -27 -14
13 3 -23 -25
14 -21 -30 -11
15 -16 -24 -6
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 11
B-11
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -6 -4 35
3 -3 1 8
4 10 22 11
5 2 10 -7
6 -3 -26 -14
7 -10 -30 42
8 -22 -37 0
9 0 0 0
10 0 0 0
11 0 0 0
12 -39 -42 -25
13 -42 69 -9
14 -16 -21 3
15 -8 -1 2
16 0 0 0

PIEZA # 12
Franja Externa Franja Media Franja Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -6 4 17
3 -14 -9 -6
4 -11 -20 -2
5 -25 -54 -15
6 -35 -46 -20
7 -34 -57 -13
8 -50 -57 -34
9 -42 -56 -39
10 -49 0 -36
11 -61 0 -34
12 -61 0 -29
13 -61 -44 -13
14 -14 -38 -30
15 -24 -27 -15
16 0 0 0
B-12

Franja
Externa
PIEZA # 13
B-13
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 -28 12 -17
3 -10 21 -13
4 0 33 0
5 2 37 0
6 12 44 8
7 10 39 40
8 20 40 11
9 -26 44 -12
10 -30 24 -23
11 -38 20 3
12 -31 -15 -18
13 -23 -6 -25
14 -38 -17 -33
15 -22 -13 -12
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 14
B-14
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 6 10 8
3 18 10 20
4 11 21 12
5 25 23 50
6 26 40 23
7 35 39 18
8 10 32 11
9 18 33 5
10 -9 16 -6
11 -23 37 -3
12 -2 10 -1
13 4 8 -4
14 4 -6 2
15 2 -4 7
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 15
B-15
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 12 0 -3
2 15 -4 11
3 10 3 17
4 -44 11 8
5 32 8 17
6 -5 6 7
7 8 -14 5
8 4 -2 11
9 8 1 8
10 0 -29 9
11 7 -22 0
12 6 -10 0
13 12 12 -1
14 5 -27 -8
15 4 -1 3
16 0 0 0

Franja
Externa
PIEZA # 16
B-16
Franja
Media
Franja
Interna
Punto Profundidad Profundidad Profundidad
1 0 0 0
2 27 -36 38
3 10 28 30
4 14
25
-38
5 7 59 34
6 54 54 -52
7 53 86 -35
8 61 84 -36
9 43 -47 -55
10 9 -44 -42
11 22 -38 35
12 -1 -39 25
13 18 11 19
14 8 10 11
15 -33 -6 8
16 0 0 0

ANEXO C
C . DISTRIBUCIÓN DE ÁREAS CON CALCINACIÓN.
En este anexo encontraremos las piezas fabricadas con cada una de las fórmulas
correspondiente a las replicas, estas piezas fueron pasadas al programa AUTOCAD, para
proceder a medir las áreas en las que se encontró adhesión de arena por calcinación, las
áreas marcadas sobre cada una de las piezas so las áreas donde se encontró una
concentración de arena. También se muestra el valor de cada una de las áreas, el valor del
área total de la pieza y el porcentaje de Adhesión de arena.
C-1
Fig. C.1. Pieza # 1 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 93.4 %

C-2
Fig. C.2. Pieza # 2 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 74.74 %

C-3
Fig. C.3. Pieza # 3 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 48.16 %

C-4
Fig. C.4. Pieza # 4 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 44.43 %

C-5
Fig. C.5. Pieza # 5 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 53 %

C-6
Fig. C.6. Pieza # 6 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 30.97 %

C-7
Fig. C.7. Pieza # 7 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 46.05 %

C-8
Fig. C.8. Pieza # 8 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 24.45 %

C-9
Fig. C.9. Pieza # 9 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 15.3 %

C-10
Fig. C.10. Pieza # 10 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 19.67 %

C-11
Fig. C.11. Pieza # 11 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 24.41 %

C-12
Fig. C.12. Pieza # 12 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 26.72 %

C-13
Fig. C.13. Pieza # 13 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 46.24 %

C-14
Fig. C.14. Pieza # 14 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 5.52%

C-15
Fig. C.15. Pieza # 15 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 14.39%

C-16
Fig. C.16. Pieza # 16 Desarrollo de Porcentaje de Calcinación, 10.36%

Profundidad ( milesimas
mm )
Profundidad ( milesima mm )
80
70
60
50
40
30
20
10
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
ANEXO D.
D . GRAFICAS DE RUGOSIDAD
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0 22,5 45 67,5 90 112,5 135 157,5 180 202,5 225 247,5 270 292,5 315 337,5 360
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D1. Rugosidad Superficial para pieza # 1
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0
0,0 22,5 45,0 67,5 90,0 112,5 135,0 157,5 180,0 202,5 225,0 247,5 270,0 292,5 315,0 337,5 360,0
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interna Rugosidad Total
Fig. D2. Rugosidad Superficial para pieza # 2
D-1

Profundidad ( milesimas mm )
Profundida ( milesima mm )
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0
0,0 22,5 45,0 67,5 90,0 112,5 135,0 157,5 180,0 202,5 225,0 247,5 270,0 292,5 315,0 337,5 360,0
60
50
40
30
20
10
0
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D3. Rugosidad Superficial para pieza # 3
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0,0 22,5 45,0 67,5 90,0 112,5 135,0 157,5 180,0 202,5 225,0 247,5 270,0 292,5 315,0 337,5 360,0
Angulo de Medicion
Rugosidad Esterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosida Total
Fig. D4. Rugosidad Superficial para pieza # 4
D-2

profundidad ( milesimas mm )
Profundidad ( melesima mm )
64
54
44
34
24
14
4
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
-6 0 22,5 45 67,5 90 113 135 158 180 203 225 248 270 293 315 338 360
120
100
80
60
40
20
Grados de Medicion
Rugosidad exteriro Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D5. Rugosidad Superficial para pieza # 5
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0
0,0 22,5 45,0 67,5 90,0 112,5 135,0 157,5 180,0 202,5 225,0 247,5 270,0 292,5 315,0 337,5 360,0
Agulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosida Total
Fig. D6. Rugosidad Superficial para pieza # 6
D-3

Profundidad ( milesimas mm )
Profundida ( milesimas mm )
69
59
49
39
29
19
9
-11
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
-1
0,0 22,5 45,0 67,5 90,0 112,5 135,0 157,5 180,0 202,5 225,0 247,5 270,0 292,5 315,0 337,5 360,0
60
50
40
30
20
10
Angulo de Medicion
Rugosidad Esterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D7. Rugosidad Superficial para pieza # 7
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D8. Rugosidad Superficial para pieza # 8
D-4

Profundidad ( milesimas mm )
Profundidad ( milesimas mm )
75
55
35
15
-25
-45
-65
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
-50,0
22,5 45,0 67,5 90,0 112,5 135,0 157,5 180,0 202,5 225,0 247,5 270,0 292,5 315,0 337,5 360,0
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Angulo de Medicion
Rugosida Exterior Rugosida Media
Rugosidad Interiro Rugosidad Total
Fig. D9. Rugosidad Superficial para pieza # 9.
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0 22,5 45 67,5 90 112,5 135 157,5 180 202,5 225 247,5 270 292,5 315 337,5 360
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interiro Rugosidad Total
Fig. D10. Rugosidad Superficial para pieza # 10.
D-5

Profundidad ( milesimas mm )
Profundidad (milesimas mm)
58
38
18
-22
-42
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
-2
0,0 22,5 45,0 67,5 90,0 112,5 135,0 157,5 180,0 202,5 225,0 247,5 270,0 292,5 315,0 337,5 360,0
70
60
50
40
30
20
10
0
Angulo de Medicion
Rugosidad Exteriro Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D11. Rugosidad Superficial para pieza # 11
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0 22,5 45 67,5 90 113 135 158 180 203 225 248 270 293 315 338 360
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D12. Rugosidad Superficial para pieza # 12
D-6

Profundidaf (milesimas mm)
Profundidad (milesimas mm)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Angulo de Medicion
Rugosidad Exteriro Rugosidad Media
Rugosidad Interiro Rugosidad Total
Fig. D13. Rugosidad Superficial para pieza # 13
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0
0 22,5 45 67,5 90 113 135 158 180 203 225 248 270 293 315 338 360
Angulo de Medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interiro Rugosidad Total
Fig. D14. Rugosidad Superficial para pieza # 14
D-7

Profundidad ( milesimas mm )
Profundidad (milesimas mm)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
RUGOSIDAD
0 22,5 45 67,5 90 112,5 135 157,5 180 202,5 225 247,5 270 292,5 315 337,5 360
70
50
30
10
-30
-50
Grados de medicion
Rugosidad Exterior Rugosidad Media
Rugosidad Interior Rugosidad Total
Fig. D15. Rugosidad Superficial para pieza # 15
RUGOSIDAD SUPERFICIAL
0 22,5 45 67,5 90 113 135 158 180 203 225 248 270 293 315 338 360
-10
Angulo de Medicion
Rugosidad Exteriro Rugosidad Media
Rugosidad Interiro Rugosidad Total
Fig. D16. Rugosidad Superficial para pieza # 16
D-8

E ANEXO E
Entradas y Soluciones de Design Expert, para análisis estadístico, de Diseño
Factorial 2 K .
En este anexo se presentan los datos de entrada de las variables y las soluciones que
presenta el programa, en sus dos formas disponibles: forma de reporte y en forma de
histograma.
Tabla E1. Tabla de ingreso de valores de variables y respuestas, para el programa de
análisis de diseño factorial 2K
E-1

Tabla E2. Análisis de rugosidad superficial.
E-2

Tabla E3. Análisis de Calcinación
E-3

Tabla E4. Solución de optimización numérica en forma de Reporte.
E-4

Tabla E5. Solución # 1 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la adhesión de arena por
calcinación muestra el mejor valor, comparada con la que tienen las barras que
representan la rugosidad superficial y la combinación de ambas, ya que entre más
cercana este la barra del valor 1.0 es mejor. También presenta el mayor de los valores de
la combinación, de todas las demás soluciones.
E-5

Tabla E6. Solución # 2 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la adhesión de arena por
calcinación muestra el mejor valor, comparada con la que tienen las barras que
representan la rugosidad superficial y la combinación de ambas. Pero la barra que
representa la combinación de los dos resultados es menor que la que se muestra en la
solución 1.
E-6

Tabla E7. Solución # 3 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la rugosidad superficial muestra el
mejor valor, comparada con la que tienen las barras que representan la adhesión de arena
por calcinación y la combinación de ambas. Pero la barra que representa la combinación
de los dos resultados es menor que la que se muestra en la solución 1. Y por lo tanto no
se toma como la formulación solución.
E-7

Tabla E8. Solución # 4 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la rugosidad superficial muestra el
mejor valor, comparada con la que tienen las barras que representan la adhesión de arena
por calcinación y la combinación de ambas. Pero la barra que representa la combinación
de los dos resultados es menor que la que se muestra en la solución 1. Y por lo tanto
tampoco se toma como la formulación solución.
E-8

Tabla E9. Solución # 5 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la rugosidad superficial muestra el
mejor valor, comparada con la que tienen las barras que representan la adhesión de arena
por calcinación y la combinación de ambas. Pero la barra que representa la combinación
de los dos resultados es menor que la que se muestra en la solución 1. Y por lo tanto
tampoco se toma como la formulación solución.
E-9

Tabla E10. Solución # 6 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la rugosidad superficial muestra el
mejor valor, comparada con la que tienen las barras que representan la adhesión de arena
por calcinación y la combinación de ambas. Pero la barra que representa la combinación
de los dos resultados es menor que la que se muestra en la solución 1. Y por lo tanto
tampoco se toma como la formulación solución.
E-10

Tabla E11. Solución # 7 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la rugosidad superficial muestra el
mejor valor, comparada con la que tienen las barras que representan la adhesión de arena
por calcinación y la combinación de ambas. Pero la barra que representa la combinación
de los dos resultados es menor que la que se muestra en la solución 1. Y por lo tanto
tampoco se toma como la formulación solución.
E-11

Tabla E12. Solución # 8 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la rugosidad superficial muestra el
mejor valor, comparada con la que tienen las barras que representan la adhesión de arena
por calcinación y la combinación de ambas. A demás los valores de todas las barras son
menores que las soluciones antes vistas. Y por lo tanto tampoco se toma como la
formulación solución.
E-12

Tabla E13. Solución # 9 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa que la barra que representa la rugosidad superficial muestra el
mejor valor, comparada con la que tienen las barras que representan la adhesión de arena
por calcinación y la combinación de ambas. A demás los valores de todas las barras son
menores que las soluciones antes vistas. Y por lo tanto tampoco se toma como la
formulación solución.
E-13

Tabla E14. Solución #10 de optimización numérica en forma de Histograma.
En esta grafica se observa la peor solución que arrojo el programa, ya que todos los
valores de las barras son los mas alejados del valor uno.
E-14