Desgaste por_abrasion_en_materiales

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En la siguiente práctica se desea evaluar el desgaste a la abrasión que sufre un material cerámico (refractario), un polímero (resina) y un metal utilizando una maquina de desgaste por abrasión la que consiste en hacer caer arena sobre una probeta a una velocidad determina durante 45minutos. Realizado el ensayo observar la pérdida de peso de cada material y comparar los resultados.

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Desgaste por_abrasion_en_materiales

  1. 1. PRÁCTICA Nº 2: DESGASTE POR ABRASION EN MATERIALESI. RESUMEN:En la siguiente práctica se desea evaluar el desgaste a la abrasión que sufre un materialcerámico (refractario), un polímero (resina) y un metal utilizando una maquina dedesgaste por abrasión la que consiste en hacer caer arena sobre una probeta a unavelocidad determina durante 45minutos. Realizado el ensayo observar la pérdida depeso de cada material y comparar los resultados.II. OBJETIVOS:2.1. Determinar el desgaste por abrasión de diferentes materiales tales como: cerámico(refractario), un polímero (resina) y un metal, utilizando el método gravimétrico.2.2. Comparar la resistencia al desgaste por abrasión de los distintos materialesensayados.III. FUNDAMENTO TEORICO3.1. DESGASTE:El desgaste es el daño producido por el rozamiento entre dos superficies, en almenos una de ellas. Esta pérdida de material conlleva a pérdidas en lasdimensiones de las piezas con la consecuente disminución de la vida útil decualquier máquina. En función del tipo de material, el desgaste presenta trescomportamientos tal y como se observa en la figura 01.Fig. 01: Comportamientos de desgaste. [5]
  2. 2. En el comportamiento tipo (I), el volumen desgastado es proporcional a ladistancia de deslizamiento. En el comportamiento tipo (II), típico de los metales,se inicia con un alto nivel de desgaste para posteriormente disminuirdrásticamente. En el comportamiento tipo (III), presente en materiales frágiles, seinicia con un comportamiento muy resistente al desgaste y a partir de una ciertadistancia, disminuye drásticamente. [5]3.2. DESGASTE ABRASIVOLa Norma ASTM G40-92 define el desgaste abrasivo como la pérdida de masaresultante de la interacción entre partículas o asperezas duras que son forzadas contrauna superficie y se mueven a lo largo de ella. En la pérdida de material puedenintervenir cuatro mecanismos de desgaste:Fig. 02: Mecanismos de desgaste abrasivo.El primer mecanismo, tal y como se muestra en la figura 2a, representa el modeloclásico de microcorte donde una punta aguda o una aspereza de alta dureza cortauna superficie de menor dureza. El material de la superficie desgastada es sacadomediante partículas. Cuando el material desgastado es frágil (Fig. 2b), como en elcaso de la cerámica, puede tener lugar la fractura de la superficie desgastada. En
  3. 3. este caso las partículas desgastadas son el resultado de la convergencia de distintasmicrogrietas.Cuando un material dúctil es desgastado el microcorte es improbable y lasuperficie desgastada es deformada repetidamente tal y como se muestra en lafigura 2c. En este caso las partículas son el resultado del desgaste por fatiga. Elúltimo mecanismo, Fig. 2d, representa el desgaste por desconche o pull-out. Estemecanismo se presenta principalmente en cerámicas. [5]El desgaste abrasivo se puede clasificar en:Desgaste abrasivo de baja presión, que ocurre por deslizamiento de las partículasmoviéndose libremente por la superficie y las tensiones actuantes son bajasDesgaste abrasivo por alta presión, cuando el abrasivo es atrapado entre dossuperficies de carga y el desgaste no es solo por penetración, sino también porfractura de las partes frágiles y por deformación plástica de la matriz. Este tipode abrasión es característica de operaciones de trituración, pero también sepresenta como efecto secundario en numerosas aplicaciones metal sobre metal.Desgaste abrasivo con impacto, el cual involucra la remoción de material por laacción de un abrasivo cuyas partículas son de un tamaño apreciable e impactanen la superficie bajo un ángulo determinado. La energía de impacto se transfiereal material y hace que el abrasivo produzca grandes surcos y ralladurasapreciables a simple vista. Este tipo de desgaste es más frecuente en el transportede minerales. [1]
  4. 4. 3.3. MÁQUINA DE ENSAYO DE DESGASTE ABRASIVO:Fig. 03: Máquina de ensayo por abrasión.3.4. DESGASTE ABRASIVO EN REFRACTARIOSLos ladrillos refractarios no se someten a esfuerzos mecánicos solo con la purapresión de carga, sino también con el ataque abrasivo producido por el material delhorno que se desliza lentamente en la mampostería de altos hornos, hornos de cuba,cámaras de coque, hornos rotativos, cámaras de combustión y similares y por elefecto de choque de los gases que en su paso rápido llevan finas partículas sólidas.Por lo tanto, no basta la resistencia a la compresión en frío para caracterizar eldesgaste de los ladrillos. A modo de criterios generales diremos que un materialrefractario tendrá más resistencia al desgaste por abrasión si se verifica:1. Que la cohesión entre el componente disperso y la matriz sea lo más elevadoposible lo que implica la obtención de materiales de elevada densidad.2. Que el tamaño del constituyente disperso sea fino y de morfología granular.
  5. 5. 3. Que la temperatura de cocción, para un determinado componente matriz, sea lomás elevado posible.[3]Tabla 01: Resistencia a la abrasión por máquina rectificadora y por chorro de arena.3.5. ENSAYOS FRECUENTES:Un ensayo frecuente para cuantificar la resistencia al desgaste consiste en hacerincidir sobre una probeta refractaria durante un tiempo determinado una corriente definas partículas abrasivas (ejemplo: corindón) a través de flujo de aire de altavelocidadSe determina la pérdida de peso que experimenta la probeta refractaria.Otro ensayo sería medir el desgaste lineal producido sobre tres caras de dos probetascúbicas de los materiales refractarios.Para la ejecución del ensayo descrito en esta norma, será necesaria una máquina detipo especial, apta para este ensayo y que reunirá las características siguientes:a) Dispondrá de una pista de rozamiento de radio mínimo interior de 25 cm y deradio mínimo exterior de 40 cm capaz de girar a una velocidad mínima relativade 1 m/s, referido al centro de la probeta.
  6. 6. b) Constará de dos portaprobetas, solidarios a sendos ejes deslizantes ydiametralmente opuestos sobre el bastidor, que estarán centrados sobre lacircunferencia media de la pista de rozamientoc) Poseerá un dispositivo mediante el cual se pueda comprimir la probeta entre losplatos con una presión de 0,0588 MPa.d) Tendrá otros dispositivos que permitan verter abrasivo y agua en las superficiesde rozamiento.e) Dispondrá así mismo de un contador de vueltas.Se tomará como resultado definitivo la media aritmética de los desgastes lineales decada una de las dos. [4]Fig. 04: Equipo de medida para la determinación de la abrasión superficial.
  7. 7. Otro método para determinar el valor de la resistencia a la abrasión se basa en la huellaproducida en la cara vista del material al ser sometida al rozamiento de un disco deacero y material abrasivo a una velocidad de 75 r.p.m. durante un minuto (Figura 7)Fig. 05: Esquema de ensayo de desgaste por abrasión.IV. MATERIALES, EQUIPOS e INSTRUMENTOS4.1. Materiales- Arena (sílice) con granulometría definida. (Entre mallas Nº 60 - 230)- Sierras manuales.- MuestrasCerámicas (refractario)Polimérica (Resina)Metálica- Accesorios: Brochas, Recipientes herméticos, Toallas pequeñas o paños,extensión.- Cronometro
  8. 8. 4.2. Equipos- Máquina de desgaste por abrasión con chorro de arena - ABRASIMETRO (ENISO 10545 - 7)- Balanza Analítica (3kg, ±0.01gr)4.3. Instrumentos- Tamiz Nº 60,230,malla ciega y tapa- Vernier (pie de Rey, ±0.05mm)- Escuadras y reglas graduadas (±0.05mm)V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL5.1.Observar que el equipo de ensayo de desgaste abrasivo este enbuenas condiciones para ensayar.5.2. Tamizar arena gruesa hasta obtener arena fina utilizando la malla60, 230 y malla ciega. Utilizar la arena tamizada que pase lamalla 230, eliminar lo que quede sobre la malla 60 y la mallaciega.5.3. Determinar el peso inicial (Wi) y las medidas de la muestra aensayar (probetas de metal, polímero y refractario)5.4. Ubicar la probeta a ensayar en la en la ranura correctamentepara evitar errores de calculo, conforme va cayendo la arena setamiza y se vierte nuevamente en la tolva.5.5. Dejar fluir arena por caída libre a una velocidad promedio de1094 gr/min, el proceso de exposición estará dado en los tiemposde 45 minutos por probeta. Al final de cada intervalo de tiempo,pesar las probetas y obtener un peso final (Wf)5.6. Con los datos obtenidos Calcular el Porcentaje de Desgasteabrasivo.
  9. 9. Fig. 06: Equipo de ensayo de desgaste abrasivo.(a) (b)Fig. 07: (a) Esquema de la probeta de ensayo, (b) Esquema de una máquina de desgaste ymecanismo de abrasión con chorro de arena.AnemómetroVentiladorAdobe amarillo6mm75mm25mm
  10. 10. VI. RESULTADOSTabla 02: Datos experimentales y porcentaje de desgaste.Probeta Peso inicial (g) Peso final (g) % de DesgasteMetal 105.56 105.53 0.028Resina (Poliéster) 14.86 14.62 1.620Refractario 18.41 18.35 0.330Fig. 08: Probetas ensayadas, muestran el desgaste ocasionado por la abrasión departículas duras, de izquierda a derecha: probeta metálica, probeta de materialrefractario y probeta de resina.
  11. 11. Grafico 01: Comparación de los porcentajes de desgaste de los diferentes tipos demateriales ensayados durante 45 minutos.VII.DISCUSION DE RESULTADOSEn el grafico 01, se observa que el material con mayor porcentaje de desgate porabrasión en un tiempo de ensayo de 45 minutos, es la resina, la cual sufre mayordeterioro de su superficie debido a la abrasión de las partículas de arena.El deterioro de la superficie por abrasión de la probeta de resina se debeesencialmente al tipo de enlaces (iónicos y covalente) que presenta este tipo dematerial, la cual genera que el desgaste por abrasión sea representativo.De igual modo observamos que el material de menor porcentaje de desgaste es elmetal (muelle de carro). Debido a que el tipo de enlace que presenta es de tipometálico.0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80Metal Resina Refractario%deDesgasteTipo de MaterialMetalResinaRefractario
  12. 12. VIII. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES8.1. Conclusiones- Se logró determinar el desgaste por abrasión de un refractario, una resina y unmetal, utilizando el método gravimétrico.- Se logró comparar la resistencia al desgaste por abrasión de los distintos materialesensayados, observando que el metal es el que resiste mejor a la abrasión y la resinasufre un mayor desgaste.8.2. Recomendaciones- Las probetas tienen que estar lijadas y bien limpias antes y después del ensayopara tener un peso exacto.- La arena que se agrega a la tolva debe que ser cernida para evitar que partículasmás grades queden atrapadas en la manguera de salida e interrumpan el ensayo.- Ubicar correctamente la probeta en la maquina de ensayo para que el materialutilizado se desgaste uniformemente.- Mantener llena la tolva para que la velocidad de salida de la arena sea constante.IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS[1] “ Resistencia al Desgaste por Abrasión” [Online]de http://www. hormigonespecial.com/publicaciones/pdf-5.pdf. Consulta (20 de junio del 2011)[2] “Desgaste de Materiales” [Online] http:// www.ut p.edu.co /~dh mesa / pdfs /desgaste.pdf. Consulta (20 de junio del 2011)[3] “Resistencia al Desgaste” [Online] http:/ /www.m onografias. com/trabajo s15/ hierros-aleados/hierros-aleados.shtml. Consulta (20 de junio del 2011)[4] “Materiales REfractarios” [Online] http:/ /www. etsimo .uniovi .es/usr/ fblanco/ Leccion..Refractarios.PropiedadesMECANICAS.pdf. Consulta (20 de juniodel 2011)[5] “Comporatmiento al desgaste por deslizamiento en aceros” [Online]http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/9210/1/PFC%20Jordi%20Renedo.pdf Consulta (20 de junio del 2011)
  13. 13. X. ANEXOSFoto 01: A la izquierda observamos una probeta lisa sin ensayar, ala derecha observamosarena dentro de la tolva.Foto 02: A la izquierda observamos una probeta ensayada, a la derecha observamos elpesado inicial y final de la probeta.Foto 03: Desgaste abrasivo de laprobeta de material refractario.Foto 04: Desgaste abrasivo de laprobeta de resina.
  14. 14. Cálculos experimentales:Porcentaje de desgaste:Desgaste en probeta de Metal:Desgaste en probeta de resina:Desgaste en probeta de material refractario:Foto 05: Desgaste abrasivo de laprobeta de metálica.Foto 06: Pesado de probetas.

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