Universidad Nacional de Trujillo Laboratorio de Materiales Cerámicos
Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería de Materiales
Práctica Nº : Determinación de la absorción de agua, densidad aparente, porosidad aparente en cerámicos cocidos (ASTM C 373) I.
RESUMEN
II.
OBJETIVOS 2.1. Determinar las características físicas como la absorción de agua, densidad de masa, porosidad aparente y gravedad específica aparente en cerámicos cocidos, bajo norma ASTM C 373 en cuerpos refractarios bajo la norma ASTM C20. 2.2. Comparar el comportamiento físico de la absorción de agua, densidad de masa, porosidad aparente y gravedad específica aparente en cuerpos cerámicos.
III.
MARCO TEORICO 3.1.
La Densidad La medición de la densidad es una herramienta para determinar el grado de densificación de un cuerpo cerámico, o para determinar propiedades estructurales que pueden ser requeridos para una aplicación dada. Se sabe que los materiales cerámicos tienen porosidades abiertas y también porosidades cerradas y en función a ellos varían sus propiedades Fig. 1.
Figura 1. Poros en los materiales cerámicos: A: abiertos, C: cerrados. La densidad es la concentración de la materia (medida por la cantidad de masa) presente en una unidad de volumen. Sin embargo, dependiendo de si la porosidad está presente y cómo ésta es tratada, diferentes volúmenes pueden ser determinados para el mismo objeto. Usando cada uno de estos volúmenes se obtendrán valores diferentes para la densidad. Basado en esto, tres clases de densidades pueden ser definidas: 3.1.1. La densidad teórica o verdadera: Es la densidad del material compactado, es decir, excluido de toda la porosidad. El volumen verdadero (Vs) que es el volumen que ocupa únicamente la porción sólida Esta densidad para un cuerpo cristalina es calculada utilizando la constante de red de su celda unitaria, su peso de la formula química incluida en la celda unitaria, y el número de avogadro. Para sustancias que contienen fases cristalinas múltiples o que incluyen fases vidriosas es determinado por medición.
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3.1.2. La densidad global o Bulk: Es el cociente de su masa seca (m) dividida por el volumen global (Vb), en el que se incluyen los poros. El volumen global es la suma del volumen del sólido (Vs) más el volumen de los poros abiertos (Vpa) más el volumen de los poros cerrados (Vpc).
m Vs V pc V pa
3.1.3. La densidad aparente: Es el cociente de su masa seca dividida por el volumen aparente (Va), en el que viene a ser la suma del volumen del sólido (Vs) más el volumen de los poros cerrados (Vpc)
m Vs V pc
El principio utilizado para medir estas dos últimas densidades es el Principio de Arquímedes. Fig. 2. Un objeto situado en un fluido pierde una cantidad de peso igual al peso del fluido que este desplaza. Si un objeto es pesado en aire y luego es completamente sumergido en un líquido tal como el agua y pesado de nuevo (mientras está sumergido), la diferencia en peso es igual al peso del agua que el objeto desplaza. Consecuentemente, dividiendo la pérdida en peso del objeto sumergido por la densidad del líquido (ρL) utilizado da el volumen sumergido del objeto.
Volumen Aluminio = 100cm3 Densidad Aluminio = 2,7 g/cm3 Masa del Aluminio = 270 g Peso del Aluminio = 2,7 N
Vol. Agua desplazada = 100cm3 Densidad Agua = 1,0 g/cm3 Masa Agua desplazada = 100 g Peso Agua desplazada = 1,0 N
100cm3
100cm3
Figura 2. Demostración del principio de Arquímedes Basado en esto, para determinar el Vb (volumen global) y Va (volumen aparente) solo se necesita de tres pesadas: el peso del objeto seco (Wd), el peso del objeto saturado (Ws) y el peso sumergido del objeto saturado (Wss). Con dichos valores se determina:
Vb Puesto que también
Ws Wss
V pa
L
Ws Wd
Va Vb V pa , reemplazando obtenemos:
Va
Wd Wss
L
L
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Por lo tanto las expresiones resultantes son:
L
Wd W x d L Vb Ws Wss
a
Wd W x d L Va Wd Wss
3.2. 3.3.
Materiales cerámicos Porosos y Compactos
3.3.1.
Refractarios: Materiales con alta resistencia, estabilidad mecánica e inertes químicamente a temperaturas del orden de 1400ºC y superiores.
3.3.2. Características generales -
IV.
Soportan altas temperaturas sin fundir o descomponerse elevada estabilidad térmica Elevada Resistencia a fluencia Químicamente inertes bajo medios agresivos Como refractario ideal tiene Altadensidad
EQUIPOS, MATERIALES E INSTRUMENTOS 4.1. Equipos -
Balanza H.W. Kessel, serie FX – 3000i, 3200 gr., ± 0.01 gr. Cámara digital. Horno de secado, termostáticamente controlado, 110 ± 5 °C. Horno Mufla, que pueda mantener una temperatura continua de 750 ± 10 °C . Sistema de suspensión basado en el principio de Arquímedes.
4.2. Materiales Agua destilada Muestras amorfas de pesos mayores a 50gr.: ladrillos refractarios, porcelana, concreto (no interesa forma geométrica) 4.3. Instrumentos - Probeta de vidrio graduada de 1000 ±0.05ml - Desecador, de tamaño apropiado que contenga sílica gel, fosfato de calcio anhidro ó sulfato de cobre, etc. - Utensilios: guantes, tenazas - Paño de secado (absorbente) - Cocina eléctrica - Olla de ebullición con cuatro distribuciones. V.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 5.1. Obtener una porción de nuestra sólida no menor a 50 gramos al cortar o romper un bloque cerámico y remover todas las partículas adherentes de cada muestra. 5.2. Secar la muestra de ensayo calentándola en una estufa a 110 +/- 5 º C durante un tiempo de 15 hrs, luego permitir enfriarla
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en un desecador a atmósfera controlada (recipiente hermético con CuSO4) hasta la temperatura ambiente; pesar para determinar la masa seca, “D”. 5.3. Sumergir las muestras en agua potable, hervirlas por 5 horas manteniendo sumergida la muestra, evitando el contacto con las paredes y el fondo del recipiente, al término de las 5 horas dejar enfriar por 24 horas. 5.4. Pesar la muestra cuando esta se encuentre suspendida en agua, es decir se obtiene la masa “S”, empleando un dispositivo de densidad basado en el principio de Arquímedes. 5.5. Secar la muestra ligeramente con paño de algodón (libre de hilachas) humedecido para remover toda el agua en exceso de la superficie de la muestra y determinar la masa de la muestra saturada en agua, es decir pesar para obtener el peso saturado “M”. VI.
RESULTADOS Considerar ρH20 = 1 gr. /cm3 a temperatura ambiente Para las mediciones realizadas considerar: M = masa saturada en agua, S = masa sumergida en agua, D = masa seca o en seco Tabla 1. Datos de Ensayo.
Muestra
Código
Peso de la muestra seca D(g)
Ladrillo refractario Porcelana Concreto
Peso de la muestra sumergida S(g)
Peso de la muestra saturada M(g)
LR PC C
Calculo de Parámetros: Volumen Global o Bulk , Volumen de poros abiertos, Vpa Volumen de porciones impermeables, VPI Porosidad Aparente, Absorción de agua, Gravedad específica aparente, Densidad global o Bulk,
V = (M - S)/ ρH20 Vpa = (M - D)/ ρH20 VPI = (D - S)/ ρH20 P = {(M – D)/V)} x 100 A = {(M – D)/D)} x 100 T = D / (D - S) B=D/V
Tabla 2. Resultados de los parámetros calculados en el ensayo para cada grupo. Resultados Volumen Global o Bulk Volumen de poros abiertos, Vpa Volumen de porciones impermeables, VPI Porosidad Aparente, P Absorción de agua, A Gravedad específica aparente, T Densidad global o Bulk, B
Grupo 1 LR PC
C
LR
Grupo 2 PC
C
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-
Realizar una gráfica de los parámetros desarrollados en la que incluya los resultados de cada grupo para todos los materiales utilizados en la práctica.
VII. -
DISCUSION DE RESULTADOS Analizar y comparar los resultados obtenidos de cada grupo. Explicar el fenómeno que ocurre y el porque de la diferencia de los resultados para cada material. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA Y ANEXOS
VIII. IX.
