Effect of compaction degree on permittivity of water-glass containing moulding sand

Efecto del grado de compactación en la permitividad de la arena de moldeo con contenido de agua y vidrio

La investigación básica presentada tenía como objetivo determinar una correlación entre el grado de compactación de la arena de moldeo y su permitividad εr a 2,45-109 s^-1. Los resultados de las mediciones sirven de base para la descripción matemática de un sistema tecnológico multicapa como es una combinación de arena de moldeo e instrumentación de fundición. El análisis de los resultados muestra que la compactación influye significativamente en la permitividad de la mezcla de arena que contiene agua-vidrio, ya que el valor de la permitividad aumenta con el incremento del grado de compactación.

INTRODUCCIÓN

Como solución innovadora en la fabricación de moldes y machos preparados con arenas de moldeo que contienen aglutinantes orgánicos e inorgánicos, el calentamiento por microondas es un campo de investigación aún en desarrollo [1-6]. Para conocer las ventajas del secado por microondas de arenas de moldeo que contienen aglutinantes es necesario determinar las relaciones básicas de causa-efecto entre la calidad o las propiedades tecnológicas de las arenas de moldeo y los parámetros aplicados del campo electromagnético.

La arena de moldeo, al ser una mezcla granular [7-8] que contiene moléculas de agua, se considera un material con un componente dieléctrico que, como resultado de la absorción, convierte la energía de las microondas en calor que se emplea para eliminar el agua de la estructura del material. Como propiedad principal del material, que indica si puede calentarse eficazmente en un campo de microondas, se determina la permitividad relativa εr [9] descrita mediante la fórmula (1).

ε_r = ε_r´ - jε_r ´ (1)

donde: ε_r´ - parte real,

j - número imaginario unitario,

ε_r ´ - parte imaginaria.

El valor de este parámetro define la forma en que se polariza el material cuando se le suministra energía de microondas [9]. Depende de varios parámetros relacionados con el material secado [10-11] y, en particular, con el contenido de agua, que es el principal absorbente de las microondas. El análisis de los resultados de exámenes anteriores permite afirmar que la permitividad de las arenas de moldeo que contienen vidrio al agua no depende de la cantidad de vidrio al agua de forma lineal [12].

Con respecto a la acción de un campo de microondas, pueden distinguirse tres fases en la arena de moldeo no endurecida que contiene aglutinante: fase sólida (base de arena), líquida (silicato sódico hidratado) y gaseosa (aire, vapor) [7-9], que se muestra esquemáticamente en la figura 1. Cada una de las fases especificadas de una arena de moldeo presenta propiedades eléctricas diferentes y, en consecuencia, reacciona al campo de microondas aplicado de otra manera. La arena base es un material con baja capacidad de absorción de microondas. El silicato sódico hidratado, como dieléctrico, absorbe la energía de las microondas. Los espacios libres entre estas fases, como áreas con alta transparencia a las microondas [9].