=
Arenas
de moldeo aglomeradas con resinas: orgánicas sintéticas, inorgánicas y
orgánicas naturales biopolímeros, aplicadas en la industria automotriz
<= o:p>
Molding sands binders with resins: synthetic organ=
ic,
inorganic and natural organic biopolymers, applied in the automotive indust=
ry
Barona López Gustavo.[1],
Guilcamaigua Padilla Juan.[2],
Albarracín Álvarez Mauro.[3],
Velasteguí Efraín.[4]
Recibido: 16-03-2017 / Revisado: 10-05-2017 Aceptado: 22-06-2018/
Publicado: 01-07-2018
Abstract. DOI: https://doi.org/1=
0.33262/cienciadigital.v2i3.178
This article aims to realize
analysis of the bending strength and environmental impact of molding sands
binder with resins: synthetic organic, inorganic and natural organic
biopolymers, applied in the automotive industry. In addition to carry out a
study of the current and problematic situation of binder molding sands,
revealing that synthetic resins are the most used and least environmentally
friendly, and their variable price and rising, as a derivative of petroleum=
, increase
the costs of production of automotive parts. Values of different types of
binder sand were tabulated and graphed for the analysis of the bending stre=
ngth.
The analysis showed that the sand binder with synthetic resin phenolic uret=
hane
has the highest value of bending strength with 4,9 MPa, while the sand bind=
er
with inorganic resin sodium silicate has a value of 3,9 MPa, both used in t=
he
automotive industry. However, sands agglomerated with natural organic
biopolymers resins and geopolymer inorganic resins have resistances below
synthetic sands. The environmental impact analysis indicates that the
automotive industry BMW Light-Metal Foundry in cooperation with ASK Chemica=
ls
developed an inorganic binder sand named Inotec=
that
is odorless and does not emit gases. A future vision, if its mechanical
properties improve, are the natural biopolymer organic resins, due to its
biodegradability.
Keywords: Molding
sand binder, chemical molding, resin binder sand, molding sand resins, bind=
er
sand mold, foundry resins.
Resumen.
El
presente artículo tiene por objetivo realizar un análisis de la resistencia=
a
la flexión y del impacto medio ambiental de las arenas de moldeo aglomeradas
con resinas: orgánicas sintéticas, inorgánicas y orgánicas naturales
biopolímeros, aplicadas en la industria automotriz. Además de realizar un e=
studio
de la situación actual y problemática de las arenas de moldeo aglomeradas, =
dando
a conocer que las resinas sintéticas son las más empleadas y las menos
amigables con el medio ambiente, además su precio variable y al alza, por s=
er
un derivado del petróleo, encarecen los costos de producción de elementos
automotrices. Para el análisis de la resistencia a la flexión se tabuló y
graficó valores de distintos tipos de arena aglomerada. El análisis mostró =
que
la arena aglomerada =
con
resina sintética fenólica uretano tiene el mayor valor de resistencia a la =
flexión
con 4,9 MPa, mientras que la arena aglomerada con resina inorgánica silicat=
o de
sodio posee un valor de 3,9 MPa, ambas empleadas en la industria automotriz=
. En
cambio, las arenas aglomeradas con resinas orgánicas naturales biopolímeros=
y
las resinas inorgánicas geopolímeros tienen
resistencias por debajo de las arenas sintéticas. El análisis de impacto
ambiental indica que la industria automotriz BMW Light-Metal Foundry en cooperación con ASK C=
hemicals
desarrolló una arena aglomerada inorgánica de nombre Inotec que es inodora y no emiten
gases. Una opción a futuro, si sus propiedades mecánicas mejoran, son las
resinas orgánicas naturales biopoliméricas, deb=
ido a
su biodegradabilidad.
= Palabras clave: Arena de moldeo aglomerada, moldeo químico, arena aglomerada con resinas, moldeo de arena con resinas, molde de arena aglomerada, resinas para fundic= ión.
=
El desarrollo alcanzado por la
civilización humana está directamente relacionado con los materiales, parti=
cularmente
con los metales, los cuales, mediante procesos de fabricación por fundición
adoptan formas para la elaboración de partes y elementos mecánicos, que no =
solo
conforman maquinas industriales, también están en aplicaciones civiles,
electrónicas, aeroespaciales, automotrices, entre otras.
A pesa=
r del
desarrollo alcanzado por los métodos de fundición, en los que se utiliza
técnicas como die casting, squeeze casting o
En esencia, el proceso de fundición
sencillo, consiste en conformar una huella en dos semi=
moldes
de arena que al unirlos definen una cavidad exactamente igual a la pieza qu=
e se
desea obtener. Para ello, se requiere disponer de un modelo que es una répl=
ica idéntica
de la pieza. En la industria automotriz se requieren los llamados corazones
(núcleos o machos) que son utilizados cuando un elemento mecánico presenta
cavidades internas. Estos núcleos se ubican en el interior del molde de are=
na
para formar las cavidades internas cuando se cola (vacía) el metal fundido =
(Sertucha
y Suáres, 2005; Elío de Be=
ngy
et al., 2012).
Una vez construido el molde de aren=
a se
lo llena con el metal fundido, a través de unos conductos bien definidos en=
el
molde que se conocen con el nombre de bebederos o canales de distribución. =
Tras
introducir el metal líquido, es decir, colada la pieza, se requiere dar tie=
mpo
al proceso de solidificación para desmoldearla.=
Conseguir
el desmoronamiento eficaz del molde, de forma que la pieza pueda separarse
fácilmente de la arena que la rodea, aumenta la productividad del proceso de
fabricación.
Existen procesos de fabricación por
fundición que son clasificados según el tipo de molde utilizado al momento =
de
vaciar el metal líquido, entre esta clasificación se tiene la fundición en =
molde
desechable y en molde permanente (Barona y Guicamaigua=
,
2018).
Estos procesos de fabricación aplic=
an
diversos métodos de fundición que son clasificados por el tipo de molde
utilizado al momento de realizar la colada fundida, siendo de tipo desechab=
les
y permanentes, he de aquí la clasificación de los procesos de fundición (Ba=
rona
y Guilcamaigua, 2018).
Los moldes desechables se elaboran =
con arena
de moldeo aglutinada o aglomerada, y su colada se la realiza por técnicas c=
omo
fuerza de gravedad o baja presión. Los moldes permanentes se elaboran con m=
atrices
metálicas o de grafito, su colada se puede realizar por dos métodos. El
primero, es el die casting, que se subdivide de acuerdo a la presión que ej=
erce
la fundición sobre la cavidad del molde, siendo a baja presión, alta presió=
n y
por fuerza de gravedad, cuando se la realiza por fuerza de gravedad es llam=
ada
simplemente moldeo permanente. El segundo, son los procesos híbridos como <=
span
class=3DSpellE>squeeze casting, rheocasting
(forja semisólida) y osprey process
(atomizado de polvo metálico) (Barona y Guilcamaigua,
2018). En la Tabla 1 se muestra un resumen de los métodos de fundición.
Tabla 1. Métodos de fundición para moldes desechables y permanentes
|
|
Tipo de molde |
||
|
Molde desechable de arena con o sin núcleos de aren=
a |
Molde permanente de coquilla con núcleos de arena |
Molde permanente de coquilla |
|
|
|
X Moldeo desechable |
X Moldeo permanente |
X Moldeo permanente |
|
<=
span
style=3D'font-size:9.0pt;mso-fareast-font-family:Calibri;mso-bidi-font-fa=
mily:
"Times New Roman";color:black;mso-themecolor:text1;mso-themeshade:191;
mso-ansi-language:ES'>Baja presión |
X Moldeo desechable |
X Die casting baja presión |
X Die casting |
|
|
|
X Die casting alta presión |
X Die casting |
|
<=
span
style=3D'font-size:9.0pt;mso-fareast-font-family:Calibri;mso-bidi-font-fa=
mily:
"Times New Roman";color:black;mso-themecolor:text1;mso-themeshade:191;
mso-ansi-language:ES'>Comprimida |
|
|
X Squeeze Casting |
|
Coquilla: es un molde
permanente que generalmente es fabricado en acero, también puede ser de g=
rafito
sólido. |
Fuente: Elaboración propia basada en (ASM, 1998) (Schilling y Schnaibel, 2009) (European Aluminium Association, 2002)<= /p>
En el sector automotriz, para los
elementos que conforman la parte central del motor de combustión interna, se
utilizan procesos de fabricación por fundición con colado de metal en molde=
de
arena aglomerada. Esta arena utiliza un aglomerante que generalmente es una
resina sintética de origen orgánico proveniente del petróleo. Estas resinas
sintéticas no son amigables con la salud del hombre, y tampoco con el medio
ambiente, ya que, al momento de realizar el colado del metal en el molde, se
desprenden gases tóxicos propios de la resina, por lo cual, la industria fu=
ndidora
enfrenta las normas ambientales internacionales.
En el cumplimiento de estas normas ambientales, las investigaciones están enfocadas a desarrollar nuevos siste= mas de aglomeración para obtener arenas aglomeradas, que sean a la vez, ecológicas= y con las mismas ventajas que poseen las arenas aglomeradas con resinas a bas= e de petróleo, que es un recurso no renovable, y su precio casi siempre al alza, repercute en los costos de producción de la industria automotriz.
El moldeo en verde fue en el transc=
urso
del desarrollo industrial uno de los métodos más empleados para la elaborac=
ión
del molde de arena. En este método los moldes se secaban en estufas después=
del
desmodelado, separación molde-modelo, eliminand=
o por
completo el agua, posteriormente se empezaron a utilizar los moldes sin el
proceso de secado, de ahí la denominación de moldeo en verde. En este molde=
o es
necesario que se cohesionen cada uno de los granos de arena, para obtener un
molde de propiedades aceptables, esto se consigue con la ayuda de un agluti=
nante.
A esta arena que se adiciona algún tipo de aglutinante también se las conoc=
en
como arenas aglutinada (Sertucha y Suáres, 2005=
).
La mayoría de las arenas base para
fundición son silíceas (SiO2). En algunos casos los granos de sí=
lice
están asociados con diminutas cantidades de feldespato, mica y otros minera=
les.
Otras arenas de fundición contienen también pequeńas cantidades de minerales
tales como ilmenita (FeO)(TiO2), cir=
cón
(ZrSiO4) u olivino (MgO)(FeO)(SiO
Las mezclas para el moldeo en arena=
se
dividen en dos grandes grupos: las arenas aglutinadas y las aglomeradas (El=
ío
de Bengy et al., 2012). Siendo la arena base el
componente fundamental de los materiales para moldeo. En la preparación de
estos dos grupos las ecuaciones fundamentales podrían escribirse así (Elío =
de Bengy et al., 2012): =
Arena base + aglutinante + aditivos=
=3D arena
aglutinada
Arena base + aglomerante + aditivos=
=3D arena
aglomerada
Estas arenas están compuestas por la
combinación de una arena base que puede ser sílice, cromita, circón u olivi=
no,
más un aglutinante, que por lo general es una arcilla del grupo de las mont=
morillonitas
(bentonitas), a esta mezcla se le adiciona agua, lo que origina entre el
aglutinante y el agua atracciones electrostáticas, que son las fuerzas
responsables de la cohesión entre los granos de la arena base. Esta cohesió=
n es
de carácter físico y no muy fuerte, razón por la cual las características
mecánicas de las arenas no son muy satisfactorias de cara a su empleo para
piezas de gran responsabilidad (ASM, 1998; Elío de Ben=
gy
et al., 2012). Estas arenas aglutinadas están constituidas por los siguient=
es
materiales (Sertucha y Suáres, 2005).
- =
Arena
lavada en un 80%, siendo la más empleada la constituida por granos de sílic=
e.
- =
Aglutinante
entre 9 a 10%, es una arcilla cuya misión es unir los granos de sílice.
- =
Agua
entre 3 a 4%, cuyo objetivo es activar la función de la arcilla.
- =
Materiales
carbonosos entre 4 a 6%, permite excelentes acabados superficiales, separac=
ión
arena-pieza en el desmoldeo, entre otros.
- =
Ciertas
impurezas propias de la arena como son óxido de hierro, cal, magnesio álcal=
i y
otras más, que en cantidades excesivas perjudican a las propiedades de la a=
rena.
El segundo grupo fundamental lo
constituyen las arenas aglomeradas, compuestas por la misma arena base del =
grupo
anterior más la adición de un aglomerante. Estos dos elementos son mezclados
hasta envolver todos y cada uno de los granos de arena con la resina. El
mecanismo de aglomeración consiste en una reacción química que confiere gran
consistencia al molde o macho fabricado, diferente de la aglutinación que e=
ra
un fenómeno puramente físico. Generalmente para acelerar el proceso de
endurecimiento de la arena-aglomerante se adiciona una resina catalítica (A=
SM,
1998; Elío de Bengy et al., 2012).
<=
/span>
Al atacar el modelo con la mezcla de
arena aglomerante esta sufre una reacción química que le hace fraguar, debi=
do
al aglomerante que acaba quedando como un cemento o retículo que recubre los
granos de arena y hace de unión entre los mismos (ASM, 1998).
Cuando se afronta la fabricación de
elementos mecánicos con importantes dificultades morfológicas, por ejemplo,
cavidades internas de un block de motor, se emplea el proceso de fabricación
mediante fundición en molde desechable de arena aglomerada, o también, por =
fundición
en molde permanente die casting (Barona y Guicamaigua<=
/span>,
2018). En ambos procesos es necesario utilizar elementos auxiliares denomin=
ados
núcleos, que dan la forma a las cavidades internas del block. Estos núcleos=
son
obtenidos, en su gran mayoría, mediante arenas aglomeradas químicamente, qu=
e es
una mezcla de arena, resina orgánica sintética y en ocasiones un catalizado=
r.
En la Figura 1 se muestra el ensamblaje de núcleos de arena aglomerada orgá=
nica
sintética para formar el molde de un block de cilindros para un motor de
combustión interna, y en la Figura 2 se muestra el ensamble de núcleos de a=
rena
aglomerada inorgánica base silicato para formar el molde de un cabezote o
culata.
|
|
|
|
Figura 1. Núcleos de arena aglomerada orgánica sintética (European Aluminium Association, 2002) |
Figura 2. Núcleos de arena aglomerada inorgánica base silicato (Weissenbek et al., 2012) |
A partir del video =
de
YouTube Rapid Prototyping and Digital Sand Casting Service pre=
sentado por
PrometalR=
CT (2010), se ha realizado la Figura =
3,
donde se muestra la fabricación de un block de 4 cilindros, elaborado media=
nte
el proceso de fabricación por fundición en molde desechable de arena aglome=
rada.
La Figura 3 muestra: (a) núcleos de arena aglomerada para la formación de l=
os 4
cilindros, (b) núcleos de arena aglomerada para la formación de las cavidad=
es
internas del block, (c) molde terminado constituido por el ensamble de los
núcleos de arena, (d) molde rodeado de arena para su posterior vaciado, (e)
vaciado de la fundición, (f) desarenado del molde para extraer el block de 4
cilindros.
Figura 3. Fabricación de un bloc= k 4 cilindros en molde desechable de arena aglomerada (PrometalRCT, 2010)
Las industrial de manufactura de pr=
oductos
colados, que tienen elevados niveles de producción, en la actualidad han
remplazado las operaciones manuales por sistemas robotizados, en donde los
núcleos que pueden ser elaborados ya sea en matrices metálicas o por medio =
de
impresión 3D, son ensamblados robóticamente sobre una matriz metálica, para=
el
posterior vaciado del metal, ya sea por fuerza de gravedad o por die castin=
g,
según el elemento mecánico a ser fabricado o la tecnología de la industria.=
Por
medio de estos procesos productivos, donde se utilizan la combinación de
matrices metálicas y núcleos de arena, se manufactura elementos automotrices
como blocks de motores de combustión interna, cabezotes para bocks, carcasa=
s de
cajas de transmisión, carcasas de compresores, soportes longitudinales para
suspensión de ruedas, bridas en forma de estrella para vehículos ferroviari=
os,
cabezotes y carcasas de cilindros para motocicletas, entre otras.
Estas arenas aglomeradas, dadas su =
gran
resistencia y fiabilidad, se utilizaron inicialmente para fabricar corazone=
s.
Sin embargo, con el paso del tiempo encontraron un gran campo de utilización
para elaboración de moldes de piezas unitarias o series cortas en tamańo me=
dio,
grande o muy grande, es así que han desplazado a las arenas aglutinadas. En=
lo
que se refiere al moldeo de arenas aglomeradas, se las puede ubicar con el
nombre de moldeo químico. Actualmente existen tres formas de clasificar los
diferentes sistemas de aglomeración (ASM, 1998; Esquivel, 2010; Sáenz, 2010=
):
En
la base de su composición química:
- =
Resinas
orgánicas, son artificiales y naturales, las artificiales se obtienen del
petróleo y se las llaman resinas sintéticas, las naturales se obtienen de la
celulosa, almidón y toda clase de polisacáridos, para ambos casos contienen
cadenas poliméricas de carbono.
- =
Resinas
inorgánicas, no contiene carbono en su estructura molecular, su tecnología =
se
basa en los silicatos, sulfatos, fosfatos, aluminosilicatos, sales y óxidos=
metálicos.
En
base al pH del catalizador:
-
Tipo acido, pH<7, son curados
mediante la adición de material alcalino.
-
Tipo básico, pH>7, son curados
mediante la adición de material ácido.
En
base al mecanismo físico de curado:
-&nb=
sp;
Caja fría, el curado del molde se l=
leva
a cabo poniéndolo en contacto con un catalizador vaporizado.
-&nb=
sp;
Caja Caliente, el curado del molde =
se
lo realiza con una fuente externa de calor.
- =
No
horneado, que consiste en mezclar todos los componentes con un catalizador
líquido que reacciona a temperatura ambiente.
En la actualidad la mayor parte de
industrias de manufactura automotriz, que emplean procesos de fabricación p=
or
fundición, utilizan en sus procesos productivos arenas de moldeo aglomeradas
con resinas orgánicas sintéticas para la elaboración de moldes y núcleos. La
utilización de este tipo de arenas llamadas sintéticas asegura tener una al=
ta
productividad para la fabricación de partes y elementos automotrices de
geometrías complejas y con elevadas propiedades mecánicas. Los moldes y núc=
leos
son obtenidos a partir de la mescla de arena más resina sintética, siendo e=
stas
resinas del tipo orgánica artificial, ya que es un líquido polimérico obten=
ido
de la destilación del petróleo.
El inestable precio del barril de p=
etróleo,
y con tendencia al alza, origina que los valores de las resinas sintéticas
también se incrementen, lo que repercute en los costos de producción de par=
tes
y elementos mecánicos, obtenidos mediante procesos de fundición, ya que est=
as resinas
son utilizadas para ser mezclarlas con la arena con lo cual se obtiene un m=
olde
aglomerado para el vaciado del metal líquido.
=
Los
aglomerantes orgánicos a base petróleo han sido continuamente desarrollados=
y optimizados
durante ańos. Sin embargo, al momento de realizar el colado de metal fundid=
o en
el molde, la arena aglomerada emite gases nocivos, que además de contaminar=
el
medio ambiente son peligrosos para el ser humano. Estos gases como el bence=
no,
tolueno y xileno, son producto de la evaporación de la resina que ha aglome=
rado
cada uno de los granos de arena. Debido a este problema se necesitan tomar
medidas apropiadas para la captura y subsecuente tratamiento de gases conta=
minantes
al ambiente, teniendo que recurrir a costos adicionales para conseguir
condiciones seguras de trabajo.
=
Durante las tareas de moldeo pueden
liberarse al ambiente vapores volátiles como alcohol f=
urfurílico,
formaldehído y fenol, provenientes de las resinas orgánicas a base de petró=
leo,
pudiendo ser inhalados, o tener contacto con la piel y ojos, pudiendo causa=
r dańos
a la salud si no se usa la protección adecuada (Ministerio de Empleo y
Seguridad Social del Gobierno de Espańa, 2018). En el informe del Ministeri=
o de
Empleo y Seguridad Social del Gobierno de Espańa (2018) se menciona los dań=
os toxicológicos
que pueden causar el formaldehído, alcohol furfurílico=
y fenol, por la exposición prolongada de los trabajadores a estos vapores. =
Con estos problemas que generan las
resinas sintéticas, las industrias de manufactura de productos colados de a=
luminio,
acero y hierro, buscan cambiarlas por otros tipos de resinas que reduzcan c=
ostos
de producción, mantengan niveles de productividad en masa, y que cumplan con
las regulaciones ambientales exigidas por el gobierno y sus clientes.
Ante esta problemática el futuro de=
las
industrias de manufactura que emplean procesos de fundición y colado, se en=
cuentra
bajo gran presión, ya que requieren producir moldes y núcleos de arena que
ayuden a reducir las emisiones de gases tóxicos, manteniendo tres aspectos =
de
las arenas orgánicas sintéticas: el primero, poseer las mismas o mejores
propiedades; el segundo, elevados rendimientos de productividad en masa; y =
el
tercero, que los costos de producción se reduzcan. Lo que ha provocado la
investigación y desarrollo de resinas libres de compuestos derivados de
petróleo, dando como resultado la creación de resinas orgánicas naturales y
resinas inorgánicas que son mescladas con la arena para la obtención de mol=
des.
=
Para evitar
construir complejos sistemas de tratamiento y evacuación de gases contamina=
ntes,
o por lo menos construir sencillos sistemas, se requiere en el primer caso =
que
la arena aglomerada no emita gases contaminantes, y en el segundo caso se
necesita que la arena aglomerada emita la menor cantidad posible de gases. =
Esto
también se puede conseguir con los aglomerantes inorgánicos y orgánicos
naturales mencionados anteriormente ya que son amigables con el medio ambie=
nte.
A continuación, se presenta la Tabl=
a 2
y Tabla 3, que muestran las ventajas y desventajas del uso de aglomerantes
inorgánicos y orgánicos en las arenas de moldeo.
Tabla 2. Ventajas y desventajas del aglo= merante inorgánico en la arena de moldeo
|
Aglomerante inorgánico |
|
|
Ventajas |
Desventajas |
|
Son
amigables con el medio ambiente. Rendim=
iento
y productividad es comparable con los sistemas aglomerantes orgánicos. No emi=
ten gases
durante el proceso de producción, aportando mejores piezas de acero y alu=
minio. Las
materias primas son abundantes y relativamente baratas. Cualqu=
ier
tipo de mezclador puede ser utilizado. Es
completamente compatible con moldes de plástico, madera y metales. Son
aglomerantes ecológicos para el medio ambiente. Actual=
mente
las industriales automotrices utilizan en sus procesos de producción
aglomerantes inorgánicos, para elaborar moldes, gracias al desarrollo que=
han
tenido. |
Las propiedades mecánicas de las arenas aglomer=
adas
con resinas inorgánicas son menores que las arenas aglomeradas con resinas
orgánicas sintéticas a base de petróleo. Los núcleos que presentan puentes o canales
delgados tienden a agrietarse con facilidad, debido a su fragilidad. El mal desarenado origina que la arena se pegue=
a
las piezas, originando defectos superficiales. Su baja resistencia a la humedad origina soplad=
uras
y desperfectos en la superficie de las piezas, ya que la arena se despren=
de
del molde. La humedad de los moldes es causa de una defici=
ente
permeabilidad y un excesivo vapor de agua, originando porosidades y
superficies rugosas del metal fundido. |
Fuente: Elaboración propia b=
asada
en (ASM,
1998) (Esquivel, 2010) (Sáenz, 2010)
Tabla 3. Ventajas y desventajas del aglomerante orgánico en la arena de moldeo
|
Aglomerante orgánico |
|
|
Ventajas |
Desventajas |
|
Con
aglomerantes orgánicos sintéticos se producen núcleos con geometrías
complejas, con lo cual se incrementa la productividad. Elimina
defecto de sopladuras, calcinaciones, penetraciones y grietas en caliente=
en
la arena, debido a la dilatación térmica de los moldes o machos durante el
vaciado, originando elementos mecánicos de calidad. Son
amigables con el medio ambiente siempre y cuando se utilicen aglomerantes
orgánicos naturales Existen
menos pérdidas de piezas, ya que su acabado superficial tiene excelente
calidad, gracias a las propiedades que brindas las arenas aglomeradas. Elimin=
a penetraciones
de metal en la superficie del molde. La are=
na
aglomerada elimina burbujas de gas que quedan atrapados en el molde. Aument=
a la
productividad por la eliminación de un acabado extra en la superficie de =
la
pieza, ya que la arena elimina defectos de superficie como costras,
penetración y burbujas de gas. En los
últimos ańos las nuevas mezclas que usan almidón, como aglomerante orgáni=
co
natural, están mejorando el desarenado del molde. |
Los aglomerantes orgánicos sintéticos, producen
emisiones tóxicas de gases que requieren instalaciones costosas de aspira=
ción
y filtración, exigidas por normas medio ambientales, obligando a la reduc=
ción
de gases contaminantes tales como el benceno, tolueno y xileno. Si se trabaja con resinas fabricadas a base de
proteínas y almidón pueden ocasionar piezas con porosidades, debido a la
humedad que poseen los moldes de arena aglomerada El uso de almidón, como un aditivo aglomerante
auxiliar en el proceso de moldeo con núcleos, causa bajas propiedades
mecánicas y térmicas cuando se va a colar hierro. El inestable precio del barril de petróleo, con
tendencia al alza, hace que el moldeo con resinas orgánicas sintéticas
afecten a los costos de fabricación de elementos mecánicos. Si se utilizan aglomerantes orgánicos naturales
biopolímeros los moldes de arena tienen menores propiedades mecánicas en
comparación con los moldes elaborados con aglomerantes orgánicos sintétic=
os. |
Fuente: Elaboración propia b= asada en (ASM, 1998) (Esquivel, 2010) (Sáenz, 2010)
Las re= sinas orgánicas sintéticas denominadas de varias formas como por ejemplo resinas sintéticas= , resinas orgánicas artificiales, resinas químicas, entre otras, son obtenidas a part= ir de la refinación del petróleo. Su empleo se da en la industria de la fundic= ión, concretamente en la arena de moldeo, la cual es mezclada con la resina para formar un sistema de aglomeración arena-resina, que será utilizada para la = fabricación de moldes y núcleos.
Estas =
arenas
sintéticas son extensamente utilizadas en industrias de manufactura
automotrices, ya que su resistencia mecánica, moldeabi=
lidad,
colapsabilidad, fluidez, vida de banco, expansi=
ón
térmica, conservación de la resistencia a altas temperaturas, permite obten=
er
moldes con geometrías complejas que soportan las fuerzas ejercidas por el m=
etal
fundido al momento del colado, lo que beneficia a que las partes y elementos
fabricados tengan una excelente calidad, más aún si van estar sometidos a
elevadas prestaciones mecánicas. Ante estas excelentes propiedades de las a=
renas
sintéticas los sistemas de aglomeración orgánicos naturales e inorgánicos no
pueden competir completamente.
Para la fabricación de blocks, cabezote=
s y
elementos con cavidades internas complejas, se elabora un molde que está
constituido por el ensamble de núcleos de arena aglomerada con resinas sint=
éticas.
El empleo de estas resinas se debe a que los núcleos fraguan, adquiriendo a=
lta
dureza y resistencia mecánica, evita defectos de fundición, y otorga benefi=
cios
para la solidificación de la colada, con lo cual se obtienen elementos
mecánicos de alta calidad.
En la actualidad el moldeo aglomera=
nte
con resinas es tan económico como el moldeo aglutinante. La inversión a lar=
go
plazo entre maquinaria para la mezcla arena-resina-aditivos, modelos y equi=
po
para curado, justifican a largo plazo el implementar este tipo de moldeo, ya
que se producen moldes aglomerantes a escala industrial.
=
En el
caso del moldeo aglomerante las mezcla esta constituidas por una arena base
(99-98%), un aglomerante que es una resina química de diversa índole (1-2%),
más un catalizador que su porcentaje depende de la cantidad de resina.
Existen diversos procesos de moldeo
aglomerante con resinas sintéticas los cuales son descritos detalladamente por ASM (1998). A
continuación, se indicarán los más utilizados en las =
industrias
de manufactura de productos colados de aluminio, acero y hierro.
Proces= os aglomerantes con resinas sintéticas curados con calor.
- = Furánica= caja caliente.
- = Fenólica caja caliente.
Proces= os aglomerantes con resinas sintéticas curados con caja fría.
- = Fenólico uretano.
- = Furánica= / SO2.
- = Fenólico éster.
Procesos aglomerantes con resinas sintéticas
curados no-bake (curado a temperatura ambiente)=
.
- =
Furánico (catalizado por ácido).
- =
Fenólico (catalizado por ácido)=
.
- =
Uretano tipo aceite.
- =
Fenólico uretano.
Las arenas de moldeo inorgánicas son
procesos amigables con el medio ambiente, debido a que estas resinas no
contienen carbono en su estructura molecular, lo que permitirá en un futuro
sustituir a las resinas sintéticas orgánicas provenientes del petróleo y que
son utilizadas para la elaboración de moldes y núcleos.
Las soluciones de silicato son tipo
alcalinas, tienen un pH de 9 a 11, y están formadas de SiO2 y M<=
sub>2O
cuya fórmula es xSiO2yM2O, M puede ser sodio (Na), potasio (K) o litio (Li). La principal diferencia
entre las soluciones de silicatos se encuentra en la relación entre estos d=
os
compuestos SiO2 y M2O la cual puede variar desde 2:1
hasta 3:1 teniendo directa influencia sobre las propiedades de la solución =
y de
los núcleos (ASM, 1998; Esquivel, 2010). Los resultados que se presentarán
posteriormente son relativos a la arena de moldeo con agente aglomerante
silicato de sodio.
La fabricación de la solución, que =
es
el agente aglomerante de la arena de moldeo, es generalmente hecha por la
fusión de arena sílice con carbonatos de sodio (Na2CO3) a
una temperatura de 1200 °C, y una vez enfriado, resulta un vidrio que puede=
ser
disuelto a una alta presión de vapor para formar un líquido claro y algo
viscoso conocido como waterglass (silicato de
sodio) (Sáenz, 2010).
El incrementar la concentración de
silicato de sodio en la solución tiene diferentes efectos, como el aumento =
en:
la viscosidad de la solución, la resistencia mecánica de los moldes y núcle=
os, la
resistencia a la humedad y la resistencia térmica. Además, que el agregar
aditivos a la solución de silicato tiene como objetivos disminuir la viscos=
idad,
mejorar el acabado superficial de la pieza, incrementar la estabilidad
dimensional de los moldes y núcleos, aumentar la vida útil y mejorar la
plasticidad de la mezcla, y acelerar el proceso de deshidratación para
disminuir el tiempo de fabricación de los moldes de arena. Estos aditivos
pueden ser fosfatos, boratos, sulfatos, polioles, silicones, etc. (Esquivel,
2010).
Los silicatos de sodio pueden exper=
imentar
cuatro reacciones químicas: hidratación/deshidratación,
gelación/polimerización, precipitación y modificación de la carga superfici=
al, reacciones
que permiten al silicato actuar como un aglomerante en película, aglomerant=
e en
una matriz o aglomerante químico (Sáenz, 2010).
Las arenas de moldeo a base de sili=
cato
de sodio pueden ser endurecidas por métodos como el silicato éster, silicat=
o CO2,
VPG, silicato cemento, silicato arcilla, Nishiyama (ASM,
1998; Sáenz, 2010).
En el auto endurecimiento por silic=
ato
éster ocurre una deshidratación de la solución de silicato de sodio (xSiO
|
CH3COOC2=
H5
+ H2O → |
(1) |
|
CH3COOH &#=
8594; CH3COO- + H |
(2) |
|
2(CH3COO- + H+) + 2Si(OH)4 +
2Na+ + 2OH- → 2CH3COONa + 2Si(OH)4 +
2H2O |
(3) |
El proceso de deshidratación, Figur=
a 4,
tiene las siguientes características: la
reacción es reversible, los núcleos quedan libres de agua, altas resistenci=
as
en moldes y núcleos, y no se produce carbonato de sodio (Sáenz, 2010). El
proceso de endurecimiento incluye fases químicas y físicas, como la
precipitación del silicato de sodio al cambiar el pH que subsecuentemente g=
ana
estabilidad como resultado de la deshidratación (Sáenz, 2010).
Figura 4. Proceso de deshidratac= ión del aglomerante silicato de sodio (Sáenz, 2010)
Es un aglomerante inorgánico en forma =
de resina
líquida transparente y pegajosa, utilizada en la fabricación de moldes y
núcleos de arena Su utilización pretende mejorar las propiedades de la aren=
a y
consecuentemente la calidad de los elementos mecánicos colados.
Un geopolímero
esta químicamente conformado por aluminosilicatos alcalinos, es decir,
aglomerante constituido por aluminio, silicio, y un metal alcalino como sod=
io o
potasio. No se crean como resultado de un proceso geológico, sino que se
producen sintéticamente, pero se los denomina así, debido a que su composic=
ión
es similar a la de los minerales naturales (Dobosz et
al., 2011). La estructura molecular de estos aglomerantes la constituyen
cadenas de tetraedros de SiO4 y AlO4, como se muestra=
en
la Figura 5, que se disuelven en agua y se estabilizan mediante un material
alcalino. Sus propiedades dependen de las proporciones de estos componentes=
y
la manera de preparar el geopolímero, además su=
grado
de polimerización aumenta debido a la actividad del endurecedor, creando un
polímero con una alta capacidad de unión (Dobosz et
al., 2011; Zaretskiy, 2015). Figura 5. Estructura molecular d=
el geopolímero
con tetraedros de SiO4 y
AlO4 (Dobosz et al., 2011) Como resultado de buscar aglomerant=
es
de recursos renovables, se han creado las resinas llamadas PLA, PLGA, PCL, =
PHB,
CA y otros más, los cuales son mesclados con las arenas de moldeo para cont=
ribuir
con el desarrollo de la industria de la fundición. Estas resinas que aglomeran
las arenas de moldeo son procesos amigables con el medio ambiente, ya que a
pesar de poseer en su estructura el elemento carbono son resinas biodegrada=
bles
de origen orgánico natural, elaboradas a partir de un recurso renovable com=
o el
almidón o cańa de azúcar. A continuación, se describirá cortamente este tip=
o de
resinas aglomerantes. =
PLA
(ácido poliláctico o polil=
áctida),
es un termoplástico biodegradable, poliéster alifático derivado de un recur=
so
renovable como el almidón de maíz o la cańa de azúcar. El PLA esta generalm=
ente
disponibles en forma de gránulo cilíndrico. En la Figura 6 se muestra la
obtención de PLA a partir del monómero de láctida, la
cual se obtiene de la fermentación bacteriana del ácido láctico proveniente=
del
almidón de maíz o de la cańa de azúcar. En este caso el ácido láctico se Figura 6. Obtención de PLA a par=
tir de
la láctida (Dobosz & Major-Gabryś, 2010) En base del termoplástico biodegrad=
able
PLA, se ha creado diversos aglomerantes como el PLA1, PLA2, PLGA. A
continuación, se describirá algunas resinas biopolimér=
icas. =
PLGA
(poli ácido láctico-co-glicólico), es un biopol=
ímero
obtenido de la combinación de ácido láctico y ácido glicólico que mediante =
un
proceso de polimerización al ańadir de catalizadores como estańo (II)
2-etilhexanoato, alcoxidos de estańo (II), o 6. ARENAS DE MOLDEO AGLOMERADAS CON=
RESINAS
ORGÁNICAS NATURALES BIOPOLÍMEROS
=
PCL (Policaprolactona), es un polímero biodegradable que s=
e obtiene
a partir del proceso de polimerización de la caprolact=
ona
en presencia de un catalizador como el octanato=
de
estańo. La PCL puede ser mezclado con el almidón para reducir su costo y
aumentar su biodegradabilidad (Dobosz &
=
PHB
(polihidroxibutirato o ácido polihidroxibutírico),
es un polihidroxialcanoato (PHA) perteneciente a un polímero de la clase de=
los
poliésteres lineales, producidos en la naturaleza por las bacterias a causa=
de
la fermentación del azúcar o de los lípidos (Dobosz
& Major-Gabryś, 2010; Mohanty
et al., 2005).
=
CA
(cellulose acetate)=
, es un
material termoplástico amorfo, perteneciente a la familia de la resina
celulósica. Es obtenida al introdu=
cir el
radical acetil del ácido acético en la celulosa (algodón o fibras de madera=
) (Dobosz & Major-Gabryś,
2010; Mohanty et al., 2005).
A continuación, se ha elaborado la Tab=
la 4
donde se muestra la resistencia a la flexión (Rg) de las arenas de moldeo
aglomeradas, según su tipo, composición, aditivo y tiempo de curado (Tc). S=
e presenta
la resistencia a la flexión, ya que, en las referencias bibliográficas, tom=
adas
para el desarrollo de este artículo, es uno de los ensayos mayormente
realizados. Además, en los artículos publicados es difícil extraer informac=
ión
de varias propiedades a la vez, debido a que cada investigador realiza
diferentes pruebas a su criterio y para un solo tipo de arena de moldeo
aglomerada.
Tabla 4. Resistencia a la flexión de las arenas de moldeo aglomeradas
|
|
|
Aditivo |
Rg [MPa]<= o:p> |
Tc [h] |
Referencia |
|
Aglome=
rada con resina orgánica artificial (resina
sintética) fenólico uretano |
Arena sílice: 100% Aglomerante fenólico uretano: 0,=
6% Endurecedor: al 0,6% |
--- |
4,15 |
1 |
(Zaretskiy,
2015) |
|
--- |
4,9 |
24 |
|||
|
Aglome=
rada con resina orgánica artificial (resina
sintética) furánica |
Arena sílice: 100 partes por pes=
o Aglomerante furánico
Kaltharz XA20: 1,1 partes por peso Endurecedor Aktivator
100T3: 0,55 partes por peso |
--- |
3 |
24 |
(Major-Gabryś
et al., 2016) |
|
Aglome=
rada con resina orgánica artificial (resina
sintética) alquídica |
Arena sílice: 100 partes por peso Aglomerante alquídico SL 2002: 1,3 partes por p=
eso Endurecedor: 0,32 partes por peso |
--- |
1,3 |
4 |
(Dobosz et
al., 2015) |
|
--- |
3,5 |
24 |
|||
|
Aglome=
rada
con resina inorgánica silicato de sodio |
Arena sílice: 100 partes por peso Aglomerante silicato de sodio145: 3 partes por =
peso
Endurecedor Flodur =
3 tipo
éster: 0,3 partes por peso |
--- |
0,65 |
2 |
(Dobosz et
al., 2011) |
|
--- |
1,1 |
4 |
|||
|
--- |
2,4 |
24 |
|||
|
Glassex<= o:p> |
0,55 |
2 |
|||
|
Glassex |
1,15 |
4 |
|||
|
Glassex<= o:p> |
2,5 |
24 |
|||
|
Aglome=
rada con resina inorgánica silicato de sod=
io |
Arena sílice: 100% Aglomerante silicato de sodio: 1,5% Agua adicional y otros aditivos |
Aditivo sin especificar |
3,8 |
1 |
(Zaretskiy<=
/span>,
2015) |
|
3,9 |
3 |
||||
|
3,75 |
24 |
||||
|
Aglome=
rada
con resina orgánica natural biopolimérica PLA=
|
Arena sílice: 100 partes por pes=
o Aglomerante PLA: 1,67 partes por
peso Solvente (CH2Cl2, acetona) para
completar la disolución de polímeros |
--- |
1,9 |
--- |
(Dobosz
& Major-Gabryś, 2010) |
|
Aglome=
rada
con resina orgánica natural biopolimérica PGL=
A |
Arena sílice: 100 partes por peso Aglomerante PLGA: 1,67 partes por peso Solvente (CH2Cl2, acetona) para completar la
disolución de polímeros |
--- |
2,85 |
--- |
(Dobosz
& Major-Gabryś, 2010) |
|
Aglome=
rada
con resina orgánica natural biopolimérica PCL=
|
Arena sílice: 100 partes por pes=
o Aglomerante PCL: 1,67 partes por
peso Solvente (CH2Cl2, acetona) para
completar la disolución de polímeros |
--- |
0,55 |
--- |
(Dobosz
& Major-Gabryś, 2010) |
|
Aglome=
rada
con resina orgánica natural biopolimérica PHB=
|
Arena sílice: 100 partes por peso Aglomerante PHB: 1,67 partes por peso Solvente (CH2Cl2, acetona) para completar la
disolución de polímeros |
--- |
0,6 |
--- |
(Dobosz
& Major-Gabryś, 2010) |
|
Aglome= rada con resina orgánica natural biopolimérica CA<= o:p> |
Arena sílice: 100 partes por pes=
o Aglomerante CA: 1,67 partes por =
peso Solvente (CH2Cl2, acetona) para
completar la disolución de polí=
meros |
--- |
0,6 |
--- |
(Dobosz
& Major-Gabryś, 2010) |
|
Aglome=
rada
con resina orgánica natural biopolimérica PLA=
1 |
Arena sílice: 100 partes por peso Aglomerante PLA1: 4 partes por peso Solvente (CH2Cl2, acetona) para completar la
disolución de polímeros |
--- |
1 |
--- |
(Dobosz
& Major-Gabryś, 2010) |
|
Aglome=
rada
con resina orgánica natural biopolimérica PLA=
2 |
Arena sílice: 100 partes por pes=
o Aglomerante PLA2: 4 partes por p=
eso Solvente (CH2Cl2, acetona) para
completar la disolución de polímeros |
--- |
2,5 |
--- |
(Dobosz
& Major-Gabryś, 2010) |
|
Aglome=
rada
con resina inorgánica geopolimérica |
Arena sílice: 100 partes por peso Aglomerante aluminosilicat=
o
Rudal A: 2,5 partes por peso Endurecedor SA 61: 0,3 partes por peso |
--- |
1,10 |
3 |
(Pezarski
et al., 2008) |
|
--- |
2,3 |
24 |
|||
|
Aglome=
rada
con resina inorgánica geopolimérica |
Arena sílice: 100 partes por peso Aglomerante aluminosilicat=
o
Rudal A: 2,5 partes por peso Endurecedor SA 65: 0,3 partes por peso |
--- |
1,22 |
3 |
(Pezarski
et al., 2008) |
|
--- |
2,4 |
24 |
A partir de la Tabla 4 se ha realizado la Figur=
a 7,
con el objetivo de analizar y comparar la resistencia a la flexión
Las arenas aglomeradas con resinas sintéticas
poseen valores de resistencia a la flexión más elevados en comparación al r=
esto
de arenas, tanto así que la arena aglomerada con resina sintética fenólica =
uretano
tiene el mayor valor de resistencia con 4,9 MPa.
La resistencia a la flexión de un mismo tipo de
arena aglomerada depende en gran medida de su composición. Esto se observa =
en
los sistemas de aglomeración con resina inorgánica silicato de sodio en don=
de a
partir de diferentes investigaciones se obtuvo; bajos valores de resistencia
0,55 MPa y 0,65 MPa; como también elevados valores 3,75 MPa, 3,8 MPa y 3,9 =
MPa,
gracias a la adición de un aditivo en la arena aglomerada.
Las arenas aglomeradas con resinas orgánicas
naturales biopoliméricas presentan menores
resistencias a la flexión que las arenas aglomeradas que contienen resinas =
orgánicas
sintéticas y resinas inorgánicas silicato de sodio. A pesar de su desarroll=
o estas
arenas no pueden competir con las propiedades mecánicas de las arenas
sintéticas. Sin embargo, su potencial es promisorio, y más aún, si las resi=
nas biopoliméricas, obtenidas de un recurso orgánico natu=
ral,
son biodegradables. La arena aglomerada con resina bio=
polimérica
PLGA (poli ácido láctico-co-glicólico) tiene la=
mayor
resistencia a la flexión 2,85 MPa, valor a tomar en cuenta para ser utiliza=
do
en moldes y núcleos de arena.
Las arenas aglomeradas inorgánicas geopoliméricas poseen valores de resistencia a la fle=
xión
intermedios. Por ejemplo, comparando la arena GR65 que tiene un valor de 2,4
MPa con la arena aglomerada con resina fu que posee un valor de 4,9 MPa, se
muestra que existe una diferencia de aproximadamente la mitad.
La comparación del valor de la resistencia a la
flexión de la arena aglomerada inorgánica geopoliméric=
a
GR65 (2,4 MPa) con la arena aglomerada con resina sintética fu (4,9 MPa),
muestran que las arenas geopoliméricas, =
conformado por aluminosil=
icatos
alcalinos, no podrían ser una buena opción para la elaboración de moldes, m=
ás
aún, si se desean fabricar partes y elementos automotrices de geometrías
complejas, ya que estas arenas no resistirían la presión de colado en el
interior del molde.
Las arenas con los más altos valores de resiste=
ncia
a la flexión son las que presentan un curado de 24 h. Esto indica que el ti=
empo
que tarda en curar el aglomerante dentro de la arena de moldeo incide en el
valor de la resistencia a la flexión.
Figura 7. Resistencia a la flexi= ón en arenas de moldeo aglomeradas mediante diferentes tipos de resinas
Fuente:=
Elaboración
propia basada a partir de la Tabla 4.
En
investigaciones realizadas por Dobosz et al. (2=
011), Zaretskiy (2015) y Fedoryszyn et
al. (2013), concuerdan que el uso de aglomerantes inorgánicos base silicato,
inorgánicos geopoliméricos y orgánicos naturales
biopolímeros, son amigables para el medio ambiente, logrando también mejorar
las condiciones de trabajo.
Major-Gabryś, et al. (20= 11) realizó un estudio de nocividad de las arenas aglomeradas, en el que analizó los ga= ses emitidos durante el calentamiento hasta 800 °C de la arena de moldeo aglome= rada con resina natural biopolímero PLA y resina sintética = furánica, dando como resultado que la arena aglomera con biopolímero es mucho más ecológica.
La pla= nta industria BMW Light-Metal Foundry en cooperació= n con ASK Chemicals cambio su forma habitual de producir = núcleos de arena, esta utilizaba un aglomerante orgánico sintético sustituyéndolo p= or un aglomerante inorgánico denominado Inotec que= es amigable para el medio ambiente. Inotec es un aglomerante inorgánico de silicato de sodio, el cual otorga los siguientes beneficios a los núcleos de arena: excelente fluidez, gran resistencia mecá= nica, excelente resistencia en caliente, productividad comparable a otros sistemas aglomerantes, reciclable, son inodoros, excelente desarenado, además de no emitir gases durante su obtención y el vaciado del metal (Weissenbek et al., 2012).
El imp= acto ambiental al utilizar resinas orgánicas sintéticas es presentado por la industria BMW Light-Metal Foundry, en un artícu= lo publicado por Weissenbek et al. (2012). El artí= culo muestra que durante y posterior vaciado de un cabezote, moldeado mediante núcleos de arena aglomerada con resina orgánica, existe desprendimiento de humo y olor= es producto de la incineración del aglomerante, Figura 8, lo que motivó a la industria BMW a la creación de un aglomerante inorgánicos Inotec. Los resultados fueron obtenidos a partir de ensayos de tubo, calentados a t= emperatura de vaciado, como se muestran en la Figura 9. En el tubo de la izquierda se observa un humo originado por el aglomerante orgánico que escapa de la aren= a y se condensa en la pared del tubo, en cambio, en el tubo de la derecha no se muestra signos de condensación del aglomerante inorgánico. Con este aglomer= ante inorgánico Inotec se consigue: proteger a los trabajadores de gases tóxicos, cuidar el medio ambiente, evitar construir complejos sistemas de tratamiento y evacuación de gases.
|
|
|
|
Figura 8. Desprendimiento de h= umo y olores de los núcleos moldeados mediaante arena aglomera orgánica, durant= e y posterior vaciado de un cabezote (Weissenbek et al., 2012) |
Figura 9. Tubo con arena aglom= erada orgánica (izq.) existe desprendido de humo, tubo con arena inorgánica (dcha.) no muestra signos de humo. Los dos tubos fueron calentados a temperatura de vaciado (Weissenbek et al., 2012) |
Además=
, de que
la resina aglomerante inorgánica creada por la industria BMW Light-Metal
La planta industrial BMW Light-Metal Foundry fabricó un cabezote para un motor diésel de seis cilindros en línea, utilizando par= a el proceso de manufactura moldeo de arena aglomerante inorgánico. El cabezote fabricado mostró mejores propiedades mecánicas en comparación a la utilizac= ión de arena aglomerada con resina orgánica, otorgando a este elemento mecánico= una mejor eficiencia de combustible combustible (Weissenbek et al., 2012). Estos aportes cie= ntíficos por parte de la industria BMW avalan que las arenas aglomeradas con resinas inorgánicas de silicato de sodio son una alternativa viable para la fabrica= ción de moldes y núcleos de elementos automotrices producidos en masa. Además, c= on los sistemas aglomerantes inorgánicos se obtienen elementos de gran calidad= , se reduce el impacto medio ambiental, y se mejora el espacio laboral de los trabajadores.
ASK
Figura 10. Reducción de las emisi= ones de alcohol furfurílico en un 75% debido al uso del aglomerante sintético MAGNASET (Gieniec et al., 2013)
ˇ El desarrollo de las aren= as aglomeradas con silicato de sodio permite en la actualidad colar por técnic= as de die casting el metal en moldes constituidos por núcleos de arena, permitiendo fabricar partes y elementos automotrices de geometrías complejas que serán sometidas a grandes exigencias mecánicas.
ˇ A pesar del desarrollo de= otros sistemas aglomerantes, las arenas de moldeo aglomeradas con resinas sintéti= cas siguen siendo las más utilizadas por las industrias de manufactura automotriz, gracias a las propiedades que otorgan a los productos colados al momento del vaciado y posterior solidificación del metal en el molde de are= na.
<=
![if !supportLists]>ˇ =
Las ventajas que presentan las aren=
as
aglomeradas con resinas sintéticas son ideales para la manufactura elementos
automotrices como blocks de cilindros para motores de combustión interna,
cabezotes, carcasas de cajas de transmisión, carcasas de compresores, sopor=
tes
longitudinales para suspensión de ruedas, bridas en forma de estrella para
vehículos ferroviarios, carcasas de cilindros y culatas para motocicletas,
entre otras. Esto se debe a que la arena sintética posee elevados esfuerzos=
de
flexión, compresión, tensión, además de resistir la abrasión, y poder ser
desarenadas después del vaciado del metal.
<=
![if !supportLists]>ˇ&nb=
sp;
Generalmente el aumento de las propiedades de l=
as
arenas aglomeradas con resinas sintéticas tipo silicato de sodio se debe a =
la
adición de un aditivo extra.
<=
![if !supportLists]>ˇ =
Como una alternativa existen proces=
os
aglomerantes híbridos, donde se mezcla la resina furán=
ica
y la resina biopolimérica PCL, obteniendo en mo=
ldes y
núcleos resistencias a la flexión de aproximadamente 3,5 MPa.
<=
![if !supportLists]>ˇ =
Existen arenas aglomeradas inorgánicamente medi=
ante
sales tipo NaCl, KCl, NaCl+ ZrSiO
<=
![if !supportLists]>ˇ =
Si las arenas aglomeradas presentan
mayores propiedades se podrá obtener un molde de menor espesor, lo que equi=
vale
al empleo de menos arena con el consecuente ahorro en costos.
<=
![if !supportLists]>ˇ =
A pesar de los equipos de protección
personal (EPP) para el manejo de las resinas orgánicas sintéticas, y de los
sistemas de extracción y ventilación de gases, que son implementados en las
industrias de fundición, es indispensable minimizar o evitar al máximo los
dańos a la salud que causa la exposición prolongada de estas resinas. Esto =
se
puede lograr con la utilización de aglomerantes mencionados en este artícul=
o.
<=
![if !supportLists]>ˇ =
Los sistemas de aglomeración inorgá=
nicos
y biopolímeros han tenido una gran evolución, tanto así, que algunos de est=
os
sistemas compiten con los aglomerantes sintéticos. Sin embargo, es difícil
saber el número de industrias que han migrado al empleo de arenas inorgánic=
as o
biopoliméricas, y si en este cambio ha existido
problemas de roturas en los moldes o en los núcleos.
ˇ Las arenas inorgánicas actualmente son empleadas para la fabricación de sistemas automotrices. Un ejemplo claro es el sistema inorgánico Inotec, = creado por la planta industrial BMW Light-Metal Foundry, y que manufactura elementos como cabezotes.
ˇ Las arenas inorgánicas ba= se silicato y las orgánicas naturales, poseen cinco ventajas sobre las arenas = orgánicas sintéticas: la primera, son ecológicas para el medio ambiente; la segunda, = no se generan gases toxicológicos durant= e la preparación de la arena y la elaboración de los núcleos; la tercera, evita costosos sistemas de extracción y tratamiento de gases-humos-vapores; la cuarta, al emplear materias primas provenientes de recursos renovables los costos de producción en el transcurso de los ańos se mantienen más estables; y la qui= nta, cumplen con las normas ambientales exigidas por los organismos estatales e internacionales.
ˇ En la actualidad existe m= ás interés por el desarrollo de resinas aglomerantes que sean biodegradables y tengan el menor impacto ecológico. Sin embargo, también se deben enfocar los estudios hacia las pruebas de desarenado que brindan estas resinas después = de colar el metal en el molde de arena.
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Para citar el artículo
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http://cienciadigital.org/=
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[1] Escuela
Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecánica, Quito, Ecuador, barona_gustavo@hotmail.com[2]<=
![endif]>[3]<=
![endif]>[4]<=
![endif]>
www.cienciadig=
ital.org Vol. 2, N°3, p. 587-616, Julio - Septiembre, 2018