Moldeo en arena verde

Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco
Facultad de Ingeniería Geológica, Minas y Metalúrgica
Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica
Departamento académico de Ingeniería Metalúrgica
Moldeo en arena verde
Asignatura: Fundición y moldeo de acero
Docente: Chávez Gamarra Roberto
Semestre académico: 2017-II
Presentado por: Vega Delgado, Yuriluz
Código: 141097
Agosto – 2017
Cusco – Perú

Presentación
El presente trabajo denominado Moldeo en arena verde perteneciente a la asignatura de
Fundicióny moldeo de acero, establece conceptos, definiciones y fundamentos básicos de este
proceso muy usado para la fundición de diversos metales y aleaciones, ya que permite obtener
diversas formas y modelos. El presente trabajo, considera el conformado práctico de
una pieza metálica por moldeado en arena verde, fundido y colado del metal. Reproducción
que permite considerar las propiedades físicas y mecánicas del metal para su cambio de forma,
la recuperación total de las características del molde sobre la pieza metálica obtenida y la
energética de fundición.

Contenido
Presentación...............................................................................................................................2
Introducción...............................................................................................................................4
MOLDEO EN ARENA VERDE ...............................................................................................5
1. OBJETIVO......................................................................................................................5
2. MARCO TEÓRICO........................................................................................................5
2.1. Moldeo en Arena Verde...........................................................................................5
2.2. Propiedades de la arena verde..................................................................................5
2.3. Composición de la arena verde................................................................................6
2.4. Características de la arena verde de moldeo ............................................................7
2.4.1. Clasificación de las arenas según el tamaño del grano ....................................7
2.4.2. Clasificación de las arenas por la forma del grano...........................................9
2.5. Proceso de fundición de moldeado en verde .........................................................10
2.6. Defectos en piezas fundidas en arena verde ..........................................................12
2.6.1. Causas de defectos en piezas fundidas...........................................................12
2.6.2. Defectos en las piezas causados por la arena verde .......................................12
2.7. Tipos de moldeos en arena verde...........................................................................16
2.8. Control de tolerancias en los modelos ...................................................................16
2.9. Las herramientas de uso habitual en el moldeo manual y las cajas de soporte para
la mezcla arenífera............................................................................................................17
2.10. Caso aplicativo...................................................................................................21
3. RECOMENDACIONES ...............................................................................................22
4. CONCLUSIONES ........................................................................................................23
5. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA ..............................................................................24
6. PÁGINAS WEB ...........................................................................................................24
ANEXOS .................................................................................................................................25

Introducción
El moldeo en arena es un procedimiento que desde sus orígenes está directamente relacionado
con la evolución del hombre y su apropiación de técnicas metalúrgicas para trabajar los metales
y aleaciones. El moldeo de piezas en arena verde es relevante para la fabricación de un amplio
abanico de productos, con distintas aplicaciones en diferentes industrias, ya que no solo nos
procura precisión, sino la posibilidad de llevar a cabo series productivas cortas, medias y largas.
Este proceso en función en arena verde posibilita abarcar muchas posibilidades en el moldeo
de piezas con formas específicas que a través de otros procesos sería imposible realizarlo. En
la mayoría de las operaciones de fundición se utiliza arena como material para el molde, porque
es accesible y adecuada para este propósito por su elevado punto de fusión.

MOLDEO EN ARENA VERDE
1. OBJETIVO
- Definir conceptos básicos sobre moldeo en arena verde
- Conocer los fundamentos teóricos y prácticos del moldeo en arena verde
2. MARCO TEÓRICO
2.1. Moldeo en Arena Verde
El moldeo en arena verde es un proceso de moldeo en arena, consiste en la elaboración de
moldes partiendo de la mezcla compactada de arena de sílice —SiO2— y bentonita —derivado
de la arcilla— humedecida, a un 30 - 35 % con una cantidad moderada de agua.
Se trata de un procedimiento puramente artesanal en el que la habilidad del moldeador es
fundamental en el resultado final de la pieza, requiere gran especialización para un óptimo
resultado. Básicamente consiste en el vaciado del metal fundido en un molde de arena que
reproduce un modelo de la pieza que se desea, dejar que se produzca la solidificación y
enfriamiento para posteriormente proceder al desmoldeo y obtener la pieza. Este procedimiento
requiere de instrumentación y técnicas particulares, así como una teoría aplicable en el diseño
de cada uno de los sistemas involucrados.
2.2. Propiedades de la arena verde
Las arenas de moldeo han de cumplir las siguientes propiedades:
1. Plasticidad para reproducir con fidelidad los detalles de la superficie del modelo o de la caja
de machos.

2. Cohesión para que el moldeo o macho conserven su forma cuando se retire el modelo o se
abra la caja de machos, se maniobren las cajas y se cuele la aleación líquida.
3. Refractariedad o capacidad para resistir la elevada temperatura del metal colado en el molde
sin que éste funda y se vitrifique en la superficie de la pieza. Permeabilidad o capacidad para
dejar pasar por su interior los gases que se originan durante la colada.
5. Conductividad calorífica que regula la velocidad de enfriamiento del metal en el molde y
con ello, su estructura. La arena seca posee menor conductividad calorífica que la húmeda.
También se puede disminuir la conductividad de la arena acondicionándola con carbón mineral
molido.
6. Flexibilidad o capacidad de deformarse para permitir la contracción de la pieza durante su
enfriamiento.
7. Desmoldeabilidad: capacidad de la mezcla de disgregarse con facilidad para permitir que se
desaloje la pieza después de enfriada y que le comunique buen aspecto superficial.
8. Fluidez: capacidad para fluir en el molde hacia todas sus partes en función de los esfuerzos
del apisonado.
2.3. Composición de la arena verde
La arena verde incluye a los siguientes componentes en su estructura:
a) Arena Reciclada:
Es la arena verde de moldeo recuperada después de una fundición y que puede ser reutilizada
(Gerling, 1979).
b) Arena Nueva:

Es arena sílice SiO2 nueva que puede ser traída de ríos, mar o arena mineral de canteras
(Groover, 1997).
c) Carbonilla:
Es un material extraído de minas carboníferas y se utiliza en forma pulverizada o granulada.
Su función principal es la de proveer un acabado o tersura superficial de la pieza (Ramirez,
2006).
Ayuda a reducir la ocurrencia de penetración de metal y proporciona permeabilidad (Ramirez,
2006).
d) Bentonita:
Es un componente indispensable para aglutinar la mezcla de la arena verde. Proporciona
resistencia, moldabilidad y plasticidad a la mezcla de la arena verde (Ramirez, 2006).
e) Agua:
Es un componente fundamental para la activación de la bentonita, también permite cohesionar
a todos los elementos en mezcla la arena verde (Ramirez, 2006).
En la preparación de arena verde el agua debe ser cuidadosamente controlada, ya que niveles
bajos de la misma no otorgará resistencia, plasticidad ni cohesión de los demás componentes.
Excesivas cantidades en cambio pueden hacer una arena demasiado plástica y humedad
afectando la resistencia (Ramirez, 2006).
2.4. Características de la arena verde de moldeo
2.4.1. Clasificación de las arenas según el tamaño del grano
Dentro de las arenas utilizadas en procesos de moldeo, se clasifica al tamaño del grano de la
arena en rangos de apreciación. Mientras más fino sea el grano de arena, más fino será el

resultado de las piezas fundidas pero puede no garantizar propiedades adecuadas para la arena
verde (Morral, Jimeno, Molera, & P, 2004).
A continuación se presenta el rango para clasificar a las arenas por su tamaño de grano, tomado
de (Morral, Jimeno, Molera, & P, 2004):
 Muy gruesa (1-2mm)
 Gruesa (0.5-1mm)
 Media (0.25-0.5mm)
 Fina (0.1-0.25mm)
 Muy fina (<0.1mm)
Medición del tamaño del grano de arena
Para determinar el tamaño promedio del grano de una arena, es necesario realizar un ensayo de
finura de arena. A continuación, se presenta el procedimiento estándar propuesto por la
Sociedad Americana de Fundidores y citado en (Ramirez, 2006):
 Colocar una serie de once tamices de diferentes tamaños o números de espacios por
pulgada lineal, con una tapa en la parte superior y una charola en la parte inferior.
 Colocar una muestra de 50 a 100gr aproximadamente y hacerla vibrar por 15 minutos
en un vibrador o máquina Ro-Tap.
 Seguidamente pesar la arena retenida en cada malla o tamiz,
 Realizar una multiplicación por un factor predeterminado para cada tamiz, luego sumar
los productos obtenidos y dividir entre el peso total de la muestra. Así, se obtiene el
tamaño promedio del grano bajo norma AFS, por sus siglas en inglés.
 El tamaño promedio del grano se expresa también como el número de grado de finesa
de grano ¨gfn¨. Generalmente se acepta que la mejor arena para usar en el proceso de

moldeo deberá tener un mínimo del 10% de arena retenida en cuatro cribas o mallas
contiguas. Cuando los resultados de la distribución son trazados, deberán formar una
curva de distribución normal.
2.4.2. Clasificación de las arenas por la forma del grano
Como se mencionó, las arenas son conjuntos desordenados de granos y formas. Pero también
son clasificables según su forma. Las arenas se clasifican en cuatro grupos por su forma de
grano (Morral, Jimeno, Molera, & P, 2004).
A continuación, se presenta en la Figura N.7 la representación de cada una de las formas en las
que se pueden hallar los granos de arena en la naturaleza.
Fuente: Formas de los granos de arena. Tomado de (Morral, Jimeno, Molera, & P, 2004).
Los granos de arena angulares son los mejores, ya que facilitan el proceso de apisonado,
presentan mayor permeabilidad, resistencia, disminuyen propiedades abrasivas, y ofrecen la
oportunidad de reducir defectos en las piezas fundidas (Morral, Jimeno, Molera, & P, 2004).
Los granos de arena redondos, demuestran mejor plasticidad y permeabilidad que los angulares
pero tienen mayor tendencia a trabarse produciendo brumos no deseables (Fundidores, 2010).
Los granos compuestos en cambio requieren de mayores cantidades de aglomerante y tienden
a quebrarse cuando son sometidos a energía mecánica o térmica, por tanto son los menos
recomendables (Fundidores, 2010).
Valores típicos para las propiedades de la arena verde de moldeo

Se presenta en la Tabla N.1 una aproximación típica deseable de las características que debe
tener la arena verde para fundiciones de hierro nodular y gris, presentada en (Erazo, Flores, &
Monroy, 2005). Esta aproximación es sugerida en el objetivo de disminuir la cantidad de
errores o defectos en la las piezas fundidas causadas por la arena verde.
Tabla. 1. Valores típicos deseables en las propiedades de la arena verde de moldeo
Fuente: Valores típicos deseables en las propiedades de la arena verde de moldeo. Tomado y
modificado de (Erazo, Flores, & Monroy, 2005).
Los valores presentados en la Tabla N.1 dependen en gran medida de la calidad de cada uno
de los componentes con las que se trabaje en la preparación de arena verde, sin embargo, son
valores aproximados que sugieren solucionar problemas de piezas defectuosas y formulaciones
de la arena verde de moldeo.
Cabe indicar que los porcentajes de arcilla que presenta el autor se deben evitar y es esencial
que los sistemas de arena tengan la menor cantidad posible de arcilla en la arena del sistema
según lo menciona el Ing. Gustavo López, Gerente de producción de JCR Fundiciones.
2.5. Proceso de fundición de moldeado en verde
Este proceso comienza con la elaboración de la mezcla arena – arcilla aglutinante - agua. Esta
mezcla por el contenido de humedad se denomina moldeo en arena verde, y puede obtenerse
manualmente (tipo artesanal) o en máquina (tipo industrial). La arena verde se comprime
alrededor del objeto que sirve de modelo (patrón) incrementando la presión y manteniendo la
temperatura ambiente, estas dos regulaciones aseguran la conformación modeladora durante el

proceso de fundición. La arena mezclada se compacta alrededor del patrón, tomando la forma
del molde deseado.
Etapas básicas para el procedimiento de moldeo en arena verde son las siguientes:
 1°. Colocar un modelo que tiene la forma de la fundición deseada en la arena para
reproducir la impresión.
 2°. Incorporar un sistema de alimentación.
 3°- 4°. Retirar el molde y llenar la cavidad con metal fundido.
 5°- 6°. Esperar a que el metal se enfrié y solidifiqué.
 7°. Separar el molde de la arena y retirar la pieza fundida.
El siguiente esquema nos permitirá comprender y entender de mejor manera el proceso de
moldeo de arena verde:
Fig. 1. El proceso paso a paso del moldeo en arena verde
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_en_arena_verde

2.6. Defectos en piezas fundidas en arena verde
Los defectos son identificables y pueden ser controlados mejorando las condiciones de
operación en donde se puedan estar generando (Fundidores, 2010)
Se presentan las principales causas generadoras de defectos en piezas fundidas en arena verde,
presentados en (Fundidores, 2010), (Ramirez, 2006):
2.6.1. Causas de defectos en piezas fundidas
a) Causas debidas al equipo de moldeo utilizado durante el proceso:
- Errores en la fabricación de los modelos, diseños de alimentadores, mazortas, etc.
- Mal estado de las cajas de moldeo y herramental pequeño
- Mal estado de máquinas de moldeo, apisonadores, etc.
b) Causas debidas al cambio de estado líquido del metal al estado sólido:
- Bajas o elevadas temperaturas del metal líquido al momento de colar
- Errores en la preparación de aleaciones de metal fundido
- Las contracciones o disminuciones de volumen violentas de las aleaciones
c) Causas debidas a las operaciones y a los materiales utilizados durante el proceso
- La arena verde no garantiza propiedades sobresalientes para elaborar moldes.
- Mal estado de molinos de mezclado de arena
- Falta de experiencia de los moldeadores
- Falta de tratamiento de la arena usada y nueva
2.6.2. Defectos en las piezas causados por la arena verde
En la fundición en arena verde o seca se producen ciertos defectos que son originados por el
uso de arena preparada con propiedades deficientes o por la baja calidad de sus componentes.
Se presentan los defectos más comunes causados por la arena verde:

Sopladuras
Son defectos caracterizados por una cavidad de gas en forma de pelota. Se originan por un
escape de gases del molde durante el vaciado. Ocurre generalmente en la parte superior de la
fundición.
Causas: Baja permeabilidad, limitados escapes de gases, y alto contenido de humedad de la
arena, arena procesada demasiado caliente (Fundidores, 2010).
Defecto: Sopladuras. Fotografía propiedad de JCR Fundiciones.
Puntos de alfiler
Es un defecto similar al de las sopladuras y comparten las mismas causas. Sin embargo, en este
defecto se generan numerosas cavidades de bolas de gas de menor tamaño que las sopladuras.
Este defecto se genera en la parte superior de la fundición (Fundidores, 2010)
Defecto: Puntos de alfiler.

Caídas de arena
Defecto que provoca una irregularidad en la superficie de fundición. Es el resultado de la
erosión del molde de arena durante el vaciado. En este caso el contorno de la erosión se imprime
en la superficie de la pieza final (Ramirez, 2006).
Causas: arena con deficiente humedad, inadecuados dispositivos de colado, arena caliente,
apisonado o moldeado inadecuado (Fundidores, 2010)
Defecto: Caídas de arena. Fotografía propiedad de JCR Fundiciones.
Incrustaciones de arena o costras
Son áreas rugosas que se generan producto del desprendimiento de arena de la superficie del
molde que se deshacen durante la solidificación y quedan adheridas a la superficie de la pieza
final (Ramirez, 2006).
Las incrustaciones de arena son acontecimientos que resultan del desprendimiento de pequeñas
o grandes cantidades de arena del molde de fundición al momento en que ingresa el metal
líquido dentro del molde y se convierten en una fuente de contaminación para las piezas
terminadas (Ramirez, 2006).
Causas: arena con exceso de humedad, inadecuados dispositivos de colado, apisonado o
moldeado inadecuado, insuficiente adición de arena nueva (Fundidores, 2010).

Rugosidad superficial:
Es un defecto que se genera cuando existen mezclas del metal con la arena del molde fundición.
Se presenta cuando la fluidez del metal es muy alta y existe una inadecuada compactación del
molde (Erazo, Flores, & Monroy, 2005)
La rugosidad superficial es el conjunto de las irregularidades superficiales correspondiente a
las huellas dejadas en la superficie real por el procedimiento de elaboración (Álvarez, 2011)
La importancia de investigar la rugosidad superficial va en el orden de la creciente demanda
de producto mecanizado para diversas industrias quienes exigen piezas con el mejor acabado
(Correa, Ramirez, & Rodriguez, 20006).
Molde agrietado:
Es un defecto que puede dañar la forma total de una pieza de fundición. El molde de arena
puede agrietarse o romperse si no presenta una buena resistencia o no se encuentra
adecuadamente pesado como para soportar la presión (Ramirez, 2006).
Causas: arena con exceso de humedad, excesos de bentonita, moldes excesivamente duros,
incorrecta química del material (Fundidores, 2010).
Defecto: Molde agrietado. Fotografía propiedad de JCR Fundiciones.

2.7. Tipos de moldeos en arena verde
Existen dos tipos de moldeo en arena verde: el moldeo manual y el moldeo en máquina.
2.8. Control de tolerancias en los modelos
En el diseño y desarrollo modelador en arena verde es necesario controlar las tolerancias
siguientes:
a) Contracción: Dependiendo del tipo de metal a fundir, muchos metales y aleaciones se
contraen a diferencia del aluminio que se expande. Por lo que los modelos deberán tomar
en cuenta las medidas finales que tendrá la pieza después de fundida (diferencia entre las
dimensiones del molde y de la pieza colada una vez fría).
• El moldeo realizado de forma manual, y por lo tanto de una manera
artesanal. Este tipo de modelaje se está perdiendo en la actualidad debido
a la especialización, a la desaparición progresiva de los operarios de
fundición y a la utilización de las máquinas de moldeo.
Moldeo manual
• El moldeo realizado por medio de una máquina de moldeo. Existen en la
actualidad distintos tipos de máquinas para este fin:
• Máquinas multifunción
• Máquinas multipistones
• Máquinas automáticas.
• La utilización de este tipos de máquinas ha facilitado la automatización de
este proceso, aumentando notablemente las cantidades productivas.
Moldeo en maquina

b) Extracción: Cuando se depone el modelo, es recurrente ensanchar las superficies de salida,
al fabricar estas superficies se deben considerar sus dimensiones para la extracción
adecuada.
c) Acabado pieza fundida: Esto se logra puliendo o quitando excedentes de material en las
piezas producidas por lo que se debe considerar en el modelo esta disminución de metal.
d) Distorsión superficies irregulares: Cuando una pieza es de superficie irregular, la
contracción por enfriamiento también es variable y genera distorsiones en la pieza, estos
efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los modelos.
2.9. Las herramientas de uso habitual enel moldeo manual y las cajas de soporte para
la mezcla arenífera.
Fuente: www.revistasbolivianas.org.bo
Las figuras siguientes figuras muestran todo el proceso seguido para el modelado en arena
verde.

Colocación del modelo en la primera caja de moldeo al extremo para ubicar el bebedero,
además la caja de moldeo debe estar la ranura de montaje en la parte inferior, para luego invertir
la caja de moldeo.
Colocación de la arena verde en la caja de moldeo en toda el área del modelo
Apisonar todos los extremos para compactar la arena en la caja de moldeo

Realizar el proceso de aireación con la herramienta punzante
Nivelar con una regleta la arena en contorno de caja de moldeo e invertir la caja de moldeo de
la parte inferior a la parte superior
Realizar una hendidura para que permita mejorar el montaje con la otra caja de moldeo y
realizar el orificio de bebedero para introducir el aluminio líquido.

Al levantar el modelo de su lugar se observa los detalles del modelo impreso en la arena.
Realizar el canal de bebedero con una herramienta sobre el extremo del modelo.
Introducir la herramienta para el bebedero en un extremo de la caja de moldeo y apisonar la
arena hasta llenar al borde de la segunda caja de moldeo.
Nivelar con una regleta la arena en contorno de la segunda caja de moldeo e introducir el molde
por la base.

Realizar un orificio de aireación en el otro modelo de moldeo con aguja de aireación. Montar
sobre la caja dos la caja uno, retirando el modelo.
Esquema conformado final del molde
2.10. Caso aplicativo
a) Parte experimental
El siguiente esquema sigue los pasos seguidos para la fundición de la pieza de aluminio:

3. RECOMENDACIONES
- El operador de arena se encarga de abastecer de arena de reciclaje a la zaranda para su
posterior tamizamiento.
- El operador debe percatarse de no enviar residuos sólidos que son recogidos en
producción, además debe estar pendiente de no alimentar la zaranda, si es que, la arena
con la que se trabaja presenta mucha húmeda o aún se encuentra caliente.
- El operador de arena debe trasladarse hacia la zaranda una vez esta haya sido apagada,
para proceder a limpiar los huecos por donde se tamiza a la arena de reciclaje ya que
éstos tienden a taparse con su uso. También el operador de arenas debe percatarse de
que la zaranda se halle libre de impurezas solidas o residuos que limiten el
funcionamiento de la zaranda en las siguientes cargas que se realicen al molino de
mezclado

- El operador del molino deberá verificar la consistencia de la preparación de la arena.
Esta actividad es subjetiva, pero se espera que el operador tenga la experiencia
necesaria para reconocer un estado apropiado de la arena que se acaba de preparar
4. CONCLUSIONES
Haciendo énfasis en lo siguiente, se concluye que:
- Se definió conceptos básicos sobre moldeo en arena verde
- Se conoció los fundamentos teóricos y prácticos del moldeo en arena verde

5. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
- Avner, Sydney H., 1988, Introducción a la Metalurgia Física, Ed. McGraw- Hill,
México, 2da edición,
6. PÁGINAS WEB
 https://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_en_arena_verde
 http://www.fundicion-de-aluminio.es/procesos-de-fundicion/moldeo-en-arena-verde/
 http://www.revistasbolivianas.org.bo/pdf/rtft/v10n16/v10n16_a03.pdf
 http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/60372/fichero/PFC+Jose+2+La+fundici%C3%
B3n+en+arena.pdf
 https://es.wikipedia.org/wiki/Bentonita
 https://definicion.de/aglutinante/
 http://repositorio.usfq.edu.ec/bitstream/23000/1945/1/104250.pdf

ANEXOS
Anexo. 1. Esquema del proceso de fundición manual en arena.

Moldeo en arena verde

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Similar a Moldeo en arena verde

Más de yezeta

Último

Moldeo en arena verde