Granulometrua de arena.1

Granulometría adecuada de arena de fundición

1. Yuriluz, Vega Delgado
DETERMINACIÓN DE
LA GRANULOMETRÍA
DE LA ARENA DE
MOLDEO

2. “UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO”
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLOGICA, MINAS
Y METALÚRGICA
ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA
METALÚRGICA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA METALURGICA


ASIGNATURA: FUNDICI ON Y MOLDEO
DOCENTE: ING. ROBERTO SANCHES GAMARRA
ALUMNA: YURILUZ VEGA DELGADO
CODIGO:141097
HORARIO: 15:00-17:00 (LUNES)



DICIEMBRE-2017
CUSCO-PERU


“DETERMINACIÓN
DE LA
GRANULOMETRÍA
DE LA ARENA DE
MOLDEO”

3. PRESENTACION

El siguiente trabajo denominado “DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA
DE MOLDEO” perteneciente a la asignatura de Fundición y Moldeo tiene por finalidad plasmar los
estudios y resultados de la determinación de la granulometría de la arena de moldeo en el laboratorio
De Ingeniería Metalúrgica.
Vega Delgado Yuriluz

4. INTRODUCCION
En fundición y moldeo de metales y aleaciones una de las primordiales etapas es el moldeo,
que dentro de ello es imprescindible tener en cuenta las características de la arena de moldeo.
El principio de obtención de piezas metálicas mediante el proceso de fundición ha sido desde
sus inicios el mismo, lo que ha evolucionado es el tipo de moldeo que se emplea en el proceso
de colada y las técnicas para obtener el metal en estado líquido (Gerin, 1972). Uno de los
materiales más empleados para la obtención de piezas metálicas fundidas es la arena, la cual
debe tener características apropiadas que le permitan ser utilizadas en la preparación de mezclas
de moldeo para la fabricación de moldes de arena. Los moldes de arena deben también poseer
características y propiedades adecuadas a fin de asegurar la obtención de piezas metálicas con
el menor número de defectos posible (Sertucha & Suárez, 2005). Dichas características
estudiadas sobre la arena son: granulometría de la arena, forma de los granos de arena,
porcentaje de humedad, densidad aparente y contenido de arcilla. El estudio de las arenas de
moldeo es una de las ramas principales de la tecnología de la fundición. Por tanto, el laboratorio
de ensayo de arenas debe ser convertido en un instrumento esencial para el control diario del
trabajo del taller de fundición. Ya que se podrá manejar una fórmula estándar, conociendo las
proporciones adecuadas para la arena de fundición durante el proceso. En la industria de la
fundición de metales, la arena de mayor uso a nivel mundial ha sido la arena de sílice (SiO2 ),
con la cual se han obtenido muy buenos resultados en la fabricación de moldes de arena.

5. CONTENIDO
PRESENTACION...................................................................................................................... 3
INTRODUCCION ..................................................................................................................... 4
GLOSARIO ............................................................................................................................... 6
DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO .............. 7
1. OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................... 7
1.1. Objetivo Especifico ......................................................................................................... 7
2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 7
2.1. Distribución granulométrica ........................................................................................... 7
2.2. Granulometría de las arenas de moldeo .......................................................................... 8
2.3. Módulo de fineza ............................................................................................................ 8
2.4. Índice Finura de las Arenas de Moldeo .......................................................................... 9
2.5. Determinación granulométrica de una arena de moldeo ............................................... 11
3. MATERIALES Y EQUIPO ............................................................................................. 12
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .......................................................................... 13
4.1. Diagrama de flujo ......................................................................................................... 15
5. DATOS EXPERIMENTALES ......................................................................................... 16
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................................................................... 16
7. CONCLUSIONES ............................................................................................................ 18
8. SUGERENCIAS ............................................................................................................... 18
9. CUESTIONARIO ............................................................................................................. 19
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA ......................................................................................... 20
PÁGINAS WEBS .................................................................................................................... 20
ANEXO.................................................................................................................................... 21

6. GLOSARIO
Clasificación granulométrica: medición y graduación que se lleva a cabo de los granos de una
formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de los suelos, con fines de
análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia
de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica.
Arena de moldeo: mezcla preparada en base a una arena generalmente sílice, aglutinante y
agua, que se emplea en la fabricación de partes de un molde.
Microscopio: Instrumento óptico para ampliar la imagen de objetos o seres, o de detalles de
estos, tan pequeños que no se pueden ver a simple vista; consta de un sistema de lentes de gran
aumento.
Tamizadoras Ro-Tap: Las tamizadoras de laboratorio Ro-Tap® desarrolladas por W.S.
Tyler™ son requeridas en numerosos estándares ASTM y son bien reconocidas en la industria
norte americana. La compañía WS Tyler™ es igualmente la líder norte americana en tamices
analíticos de todas las dimensiones. Estos tamices son fabricados según lo estándares ASTM
E-11 e ISO 3310-1.
Tamiz: instrumento formado por un aro una red tensada muy tupida que sirve para hacer pasar
por él sustancias en polvo y separarlas de las impurezas.
Granulometría: Es la propiedad que se encarga de la forma y tamaño del grano, existen
distintas normas para regular el tamaño del grano, entre ellas la AFS.
Molde: Pieza de fundición elaborada a partir de arena silícea, de arcillas refractarias o de metal
que se emplea para recibir al metal fundido, esperando su solidificación y adquiriendo forma
definida

7. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 7

DETERMINACIÓ N DE LA GRANULOMETRÍA DE LA
ARENA DE MOLDEO
1. OBJETIVO GENERAL
- Determinar la granulometría de la arena de moldeo mediante el índice de finura A.F.S
y determinar la forma de los granos de la arena.
1.1. Objetivo Especifico
- Describir la morfología de la arena de moldeo
- Realizar muestreo de la arena de moldeo
- Adquirir habilidades y destrezas en la elaboración de ensayos de las propiedades físico-
mecánicas (humedad, permeabilidad, cohesión, granulometría y dureza) de las arenas.
- Conocer sobre los distintos tipos de arenas disponibles para realizar un adecuado
molde para el proceso de fundición.
2. MARCO TEÓRICO
2.1. Distribución granulométrica
Se las puede clasificar de acuerdo a su tamaño, para lo cual se lo mide según la AFS
(American Foundrimen Society).

fuente: Fuente: PASTOR, Mario. Apuntes de fundición. ESPOCH. Riobamba. Pág. 51.

8. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 8

2.2. Granulometría de las arenas de moldeo
La tabla1.1 muestra la adecuada distribución granulométrica de los distintos tipos de arenas
empleadas en el proceso de fundición.
Tabla 1.3. Distribución granulométrica típica de los distintos tipos de arenas empleados en la
industria de la fundición

Fuente: http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/1680/1/quispe_tj.pdf
2.3. Módulo de fineza
Las arenas empleadas en el sistema de moldeo deben tener una graduación bien definida con
un 70% y más de los granos retenidos en 3 mallas adyacentes. El Número de Fineza de la AFS
(American Foundry men’s Society), expresa de manera aproximada el tamaño de malla de ese
tamiz que dejaría pasar solamente granos de arena de tamaño uniforme; es decir, expresa el
promedio de los tamaños de todos los granos de la muestra. La homogeneidad de estas arenas
queda descrita en la siguiente tabla.

Fuente: Clasificación de las arenas de acuerdo a su índice de finura. Tomada de
http://www.pedeca.es/revistaonline/fundipress/45/files/assets/basic-html/page43.html

9. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
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Tabla 1.2. Influencia de la homogeneidad de las arenas de moldeo

Fuente: http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/1680/1/quispe_tj.pdf
2.4. Índice Finura de las Arenas de Moldeo
Según la ASF (Asociation Society Froundry man’s) establece un procedimiento para la
determinación de índice de finura o finesa de las arenas de fundición. Se debe de tomar el
residuo de arena que se usó en la determinación del contenido de arcilla, en las arenas de
moldeo. Esta muestra es pesada y tamizada por 15 min en un juego de tamices determinadas
por el usuario a criterio (esto varia en que rangos se desea determinar el índice de finura).
Luego de los datos obtenidos por el tamizaje, se determinar los porcentajes de peso retenidos
en cada malla del juego de tamiz seleccionado.
Luego los porcentajes obtenidos es multiplicado por un factor determinado para cada tamiz, y
dividiéndola entre el residuo de arena obtenida luego de la eliminación de arcillas, según la
siguiente formula:
Í??????�??????�� ????????????????????????????????????=??????=
∑(??????
??????.??????)
∑??????
??????

El índice de finura a la vez determina el grado de esferoidal, es decir a mayor área específica
en las mismas mallas a analizar, determina mayor angulosidad y en forma viceversa, granos
con menor área específica determina a la vez un grano más redondo, lo que conllevaría a un
consumo menor de insumos ligantes (resinas, bentonitas), el por tal motivo se usa más el tipo
de arena de grano redondo.

10. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 10

Tabla.1.3 los valores de los factores de los tamices

Fuente: http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/1680/1/quispe_tj.pdf
Las propiedades granulométricas y térmicas de la arena juegan un papel importante en la
calidad de las piezas a fabricar puesto que inciden de manera directa en el proceso de
enfriamiento del caldo y, por lo tanto, en las estructuras del metal una vez solidificado. La
precisión dimensional depende básicamente del coeficiente de dilatación que está en función
del nivel térmico en el que se esté trabajando. Finalmente, las características granulométricas
tales como la distribución del tamaño de los granos, su grado de redondez y la naturaleza de su
superficie están incidiendo directamente sobre la respuesta que el molde ofrezca en el
desarrollo de su función.
La distribución granulométrica de las arenas base podría garantizar buenas propiedades
mecánicas en las arenas de moldeo preparadas, particularmente si se logra ajustar el contenido
de finos, puesto que las partículas finas contribuyen a que exista menor espaciamiento entre
partículas, asegurando un mayor empaquetamiento, lo que mejora la compactabilidad y la
resistencia (Sociedad Norteamericana de Fundidores, 1994; Quintero, 2009). La mayoría de
las propiedades de las arenas dependen de la distribución de tamaños, así como del tamaño de
grano promedio; por tanto, la granulometría es una de las variables que afecta mayormente las
propiedades de las arenas de moldeo Además del tamaño de grano promedio, la distribución
granulométrica tiene un efecto pronunciado en la permeabilidad. Al igual que la composición
química, el número de fineza AFS y la distribución granulométrica son características de gran
importancia de la arena base (Heine et al., 1967).

11. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
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2.5. Determinación granulométrica de una arena de moldeo
La finura de una arena de moldeo se determina por el tamaño y distribución de sus granos, el
objeto del ensayo es obtener la curva de distribución granulométrica de la arena. La finura de
la arena afecta las propiedades físicas que desarrollan las mezclas de arena para fundición,
permeabilidad, resistencia, plasticidad, etc.
El procedimiento para la separación del tamaño de grano a través de una serie de cedazos
metálicos de mallas decrecientes y organizados en forma vertical, consisten :
1) Pesar 100 gramos de arena sílice.
2) Colocar la muestra en el cedazo superior cubierto con la tapa, y se inicia la vibración
que debe ser de quince minutos. Este procedimiento es aplicable a arenas que no
contienen arcilla, arenas aglutinadas en forma natural o sintética, de las cuales se
determina la cantidad de arcilla por lixiviación.
3) Determine el índice de finura del grano (IFG) de acuerdo con las siguientes
instrucciones:
- Pese cuidadosamente la arena sílice retenida en cada tamiz, según la expresión: %
retenido en cada malla= (Ws/Wt) x 100; donde Ws es el peso retenido en el tamiz
considerado; Wt es el peso total retenido.
- Determinar la sumatorio de esos porcentajes.
- El peso de arena silícea retenido en cada tamiz, multiplicarlo por cada valor dado en la
tabla.Sumar los productos anteriores.
- Calcular el índice de finura del grano así: IFG= (∑(Xi mi )/∑Xi )
o Donde Xi es el porcentaje de arena silícea retenida en el tamiz i y m es el factor
multiplicante por cada malla.
- Elabore el grafico del porcentaje retenido en cada tamiz y determine como es la
permeabilidad en esa arena.
La gráfica del porcentaje retenido en cada tamiz vs el número del tamiz representa la curva de
distribución de la arena o la frecuencia de distribución del tamaño del grano basada en el
análisis granulométrico. Las formas de los granos de la arena se pueden observar al
microscopio con 40 aumentos.

12. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 12

Tabla.1.4 Ejemplo de la determinación de granulometría para arena
Número de
tamiz
%arena
retenida(B)
coeficiente
(C)
producto
BxC
4 0,6 6 3,6
6 0,6 6 3,6
10 5,2 6 31,2
16 14,5 10 145
20 11,5 16 184
30 5,58 20 111,6
40 3,43 30 102,9
60 0,37 40 14,8
80 0,23 60 13,8
100 0,19 80 15,2
Fondo 2,16 100 216
Total 44,36 88,72 (Suma
BxC) 741,7
IFG= 741,7/88,72=8,36
Fuente: http://tecnologiadelosmaterialesupel-ipb.blogspot.pe/2013/10/guia-practica-de-ensayo-de-arenas.html

3. MATERIALES Y EQUIPO

Arena de moldeo Tamices Rotap Espátula
Brochas Microscopio Balde Balanza

13. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 13

Fuente: elaboración propia
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Alistar materiales y equipos para realizar la practica
•
• Muestrear arena de moldeo y seguir procedimientos de la anterior practica para sacar
la arcilla, luego pesar más de 200gr para realizar la práctica.
•
• Limpiar, clasificar y ordenar los tamices
•
• Hacer pasar los 200gr por los tamices

14. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 14

•
• Poner los tamices ya ordenados y contenidos de arenas al rotap durante 15 minutos
•
• Pesar todas las muestras obtenidas en cada tamiz, poner cada muestra en recipientes
adecuados y rotularlos
•
• Realizar un análisis al microscopio de su morfología

15. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 15

•
4.1. Diagrama de flujo

Fuente: elaboración propia
Granulometría de Arena de moldeo
Morfología de arena
Análisis granulométrico
Secado
Desarcillar la arena
Muestra representativa
Cuarteo
Homogenizar
Muestreo
Arena de moldeo

16. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
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5. DATOS EXPERIMENTALES
Se obtuvieron los siguientes datos en cada tamiz, con 200g de arena de moldeo
µm mm gr % retenido
8 2.38 0 0.000
14 1.41 0.28 0.141
30 0.595 3.64 1.830
40 0.4 4.74 2.383
50 0.297 10.44 5.249
70 0.21 27.34 13.747
100 0.149 48.58 24.427
-100 -0.149 103.86 52.222
Fuente: elaboración propia
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Realizando cálculos en la hoja de cálculo de Excel se obtienen los siguientes resultados:
µm mm gr %
retenido
factor producto xi*f índice de
finura
8 2.38 0 0.000 3 0.000
79.383
14 1.41 0.28 0.141 5 0.704
30 0.595 3.64 1.830 20 36.605
40 0.4 4.74 2.383 30 71.500
50 0.297 10.44 5.249 40 209.976
70 0.21 27.34 13.747 50 687.349
100 0.149 48.58 24.427 70 1709.875
-100 -0.149 103.86 52.222 100 5222.245

198.88 100

7938.254

Fuente: elaboración propia
En el desarrollo de la práctica y la realización de cálculos, para la muestra de arena se obtuvo
un índice de finura A.F.S igual a 79.383, el cual está íntimamente relacionado con la forma
de los granos que la constituyen. Al comparar este valor con los valores A.F.S, se puede
clasificar la muestra de arena como una arena con un grano fino.
Determinación del grado:

Fuente: (AFS). Clasificación del grado de la arena de acuerdo con el índice de finura.

17. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 17

• La arena ideal es la redonda ya que una mayor cantidad de granos pueden ser compactados
en un determinado volumen, proporciona buena cantidad de permeabilidad y requiere
menor cantidad de aglutinante para ser recubierto.
• Al contrastar las formas tanto de la arena REPRESENTATIVA patrón (completamente
circular) y la muestra de arena en estudio con ayuda de un microscopio, se puede decir que
esta última tiene una forma entre circular y angular, por lo que se determina que la forma
de la arena en estudio es sub-angular.

Fuente: Elaboración Propia
MUESTRA
REPRESENTATIVA
MUESTRA DE
MALLA 14
MUESTRA DE
MALLA 30
MUESTRA DE
MALLA 40
MUESTRA DE
MALLA 50
MUESTRA DE
MALLA 70
MUESTRA DE
MALLA 100
MUESTRA DE
MALLA -100

18. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 18

7. CONCLUSIONES
Se llego a las siguientes conclusiones:
✓ Se determino la granulometría de la arena de moldeo:
o El índice de finura de la muestra de arena ensayada resultó un valor de 79.383
con lo que corresponde a arena de grano grado N°4. Dado que se encuentra
entre el rango de 70-100.
o La muestra de arena que se tomó para ser tamizada tenía un peso de 200
gramos. Después del tamizado, al sumar el retenido de cada tamiz, la muestra
de arena tuvo un peso de 198.88gramos. Esto indica que hubo una pérdida de
material debido al traslado de cada tamiz a la bandeja para ser pesado. La
pérdida total de arena en el proceso equivale a 0.56%
✓ Se describió la morfología de la arena de moldeo:
Según los resultados y cálculos obtenidos del desarrollo de la práctica, se puede decir
que la muestra de arena es una arena con una distribución granulométrica de tamaño
de granos homogéneos, los cuales proporcionan una buena permeabilidad en molde
hecho con esta arena.
✓ Se realizo muestreo de la arena de moldeo
✓ Se adquirió habilidades y destrezas en la elaboración de ensayos de las propiedades
físico-mecánicas (humedad, permeabilidad, cohesión, granulometría y dureza) de las
arenas.
✓ Se conoció sobre los distintos tipos de arenas disponibles para realizar un adecuado
molde para el proceso de fundición.
8. SUGERENCIAS
- Es necesario el empleo de un molde más permeable o arena de grano grueso para evitar
que el vapor de agua se agite a través del metal particularmente cuando grandes áreas
planas serán recorridas
- Ya que nuestra arena es fina por el índice de finura igual a 79.383.

19. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 19


Entonces las arenas finas son recomendables y frecuentemente empleadas para la
fabricación de las arenas pre-revestidas (proceso de cáscara) producciones de
pequeñas piezas altamente aleadas, y cuando se requieren piezas de poco espesor que
necesitan de un gran acabado superficial.
- Si ajustamos el contenido de finos, puesto que las partículas finas contribuyen a que exista
menor espaciamiento entre partículas, asegurando un mayor empaquetamiento, lo que mejora
la compactabilidad y la resistencia (Sociedad Norteamericana de Fundidores, 1994; Quintero,
2009).
- Ya que se determinó un grano redondo, lo que nos conllevaría a un consumo menor de insumos
ligantes (resinas, bentonitas), el por tal motivo se usa más el tipo de arena de grano redondo.
9. CUESTIONARIO
1) Realizar una representación gráfica de la distribución granulométrica de una
arena formada por varias sedimentaciones.

Fuente: elaboración propia
2) ¿Qué tipo de curva representa la distribución granulométrica de las arenas?
La distribución de los diferentes tamaños de grano es decir el porcentaje de arena
retenido sobre cada tamiz (histograma), da una mejor visión de cómo están los granos
cercanos entre sí, o que tan empaquetado se encontrarán cuando se forme un molde o
un macho.

20. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 20

BIBLIOGRAFÍA CONSULT ADA
- CAPELLO, E. Tecnología de la Fundición. Barcelona. Gustavo Gills.
- PASTOR, Mario. Apuntes de fundición. ESPOCH. Riobamba. Pág. 51.
PÁGINAS WEBS
- https://es.wikipedia.org/wiki/Clasificaci%C3%B3n_granulom%C3%A9trica
- http://cef.uca.edu.sv/descargables/tesis_descargables/arenas_fudicion.pdf
- http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/geologia/Vol7_N14/a04.pdf
- http://docentes.uto.edu.bo/pvenegasl/wp-content/uploads/MET_3366-GUIA_LAB-
01.pdf
- http://lavallab.com/es/products/tamizadores-zarandas-tamices/tamizadoras-ro-tap/
- https://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio
- http://teacher.buet.ac.bd/bazlurrashid/mme346/e_2_appendix_a.pdf
- https://es.thefreedictionary.com/tamiz
- http://www.scielo.org.ve/pdf/rfiucv/v30n3/art10.pdf
- http://www.afsinc.net/pdfs/TOC/GM9702.pdf
- http://teacher.buet.ac.bd/bazlurrashid/mme346/e_2_appendix_a.pdf
- http://tecnologiadelosmaterialesupel-ipb.blogspot.pe/2013/10/guia-practica-de-
ensayo-de-arenas.html
- http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/libros/2011/vetter_plateros/glosario.pdf

21. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
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ANEXO
Anexo1.1 Preparación de muestra

Anexo.1.2 Pesar y secar muestra

Anexo.1.3 Preparación de materiales para la clasificación granulométrica

22. DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE LA ARENA DE MOLDEO-INGENIERIA METALURGICA-UNSAAC
pág. 22

Anexo.1.4 Desarrollo general de la practica en el rotap

Anexo.1.5 Toma de datos de la practica

Anexo.1.6 Presentación y observación al microscopio de las muestras