materiales petreos artificiales

5/23/2018 materiales petreos artificiales

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TEMA 4.- MATERIALES PTREOS ARTIFICIALES. CERMICOS.

4.1.- INTRODUCCIN.

El ladrillo es el primer material creado por el dominio de la inteligencia humana sobre los cuatro elementos:tierra, aire, agua y fuego. Ese material, tan dcil y humano - en el que el barro, tras laborioso amasado, hbilmoldeo y paciente secado, se hizo piedra al calor de un fuego penosamente encendido - presente, ya,caractersticas y morfologa, en sus fbricas, netamente especficas y totalmente diferentes de las de las

piedras naturales.

Una de ellas es la de proceder de una fabricacin en serie; todos los ladrillos de un tipo han de ser iguales yel nmero de tipos, forzosamente reducido.

Las dificultades de secado y coccin de las arcillas - que las modernas tcnicas no han logrado ms quereducir parcialmente - , obligan a tamaos y actualmente, a formas adaptables a la produccin en prensa oen hilera (extrusin).

En el ladrillo, en fin, no hay que olvidar el color, porque, aunque no permitan tanta riqueza como laspiedras, presentan sobrada variedad de matices, para dar a una obra, e incluso a una poblacin entera, unambiente personal, de alegre verdad y de delicada vibracin, difcilmente alcanzable con otros materiales.

En la fbrica de ladrillo, cada uno pierde, dentro del conjunto aquella personalidad con que se acusaba elgran bloque de mampostera. El ladrillo es algo ms humilde, ms personal, ms gregario si se quiere; peroan as las pequeas diferencias de uno a otro pueden prestar al conjunto una vibracin y una textura queindudablemente es una de las causas de su belleza.

Concepto de ptreos artificiales.

Llamamos ptreos artificiales a aquellos materiales que tienen caractersticas similares a los naturales o porlo menos aspecto, habiendo sido obtenidos mediante un proceso de fabricacin, a partir de rocas naturalescomo materias primas, con la intencin de conseguir mejorar alguna de las propiedades de los ptreosnaturales y sobre todo por economa al permitir conseguir piezas complejas por simple moldeo evitando latalla.

Existen tres tipos bsicos de ptreos artificiales:

Cermicos: Propiamente dichos. Se obtienen por transformaciones fsico-qumicas de las arcillas medianteel calor, moldendose previamente las piezas gracias a la plasticidad que adquieren las pastasarcillosas con cierto contenido de agua.

Vidrios: De carcter cermico, se obtienen sin embargo de forma distinta al fundir xidos silcicos a altatemperatura, logrando una masa vtrea que se moldea y adquiere rigidez al enfriarse.

Aglomerantes: Obtenidos por la accin del calor sobre materias primas naturales, consiguindose unproducto anhidro o semianhidro que tiende a reaccionar con el agua en un proceso qumicodenominado hidratacin con efectos fsicos de solidificacin y mecnicos de adquisicin deresistencias. Su moldeo en forma de pastas con agua, y en ocasiones con ridos, permiteobtener en fro, piezas similares a los ptreos naturales.

En la tabla 4.1.1, se detalla la evolucin de la produccin de los productos cermicos ms significativosempleados en construccin en los ltimos diez aos. Como puede observarse, superada la crisis del sector dela construccin que tuvo lugar en Espaa al principio de los 90, tanto la produccin total como la


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facturacin han recuperado al menos los valores correspondientes a los ltimos aos de la dcada anterior.Estas cifras ponen de manifiesto el escaso o nulo aumento del precio medio del producto a lo largo del

perodo de tiempo considerado, lo que significa que solamente las empresas competitivas, es decir, aquellasempresas que han podido o han sabido optimizar los costes de produccin son las que han sido capaces demantenerse en estos ltimos aos. En efecto, como refleja esta misma tabla, la reestructuracin del sectorque ha tenido lugar en estos ltimos aos se ha visto plasmada en una reduccin importante del nmero deempresas y trabajadores, aunque la capacidad de produccin s ha recuperado los niveles propios del

principio de esta dcada.

Tabla 4.1.1.- Evolucin de la produccin de los productos cermicos.

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004N de empresas 600 540 480 485 483 458 444 438 441 446 390 390 395

N de Trabajadores 15 000 13 000 12 400 10 155 10 504 9 998 9 690 9 536 9 902 10 208 10200 10200 10250

Produccin Total (tx106) 14.7 13 12.5 18.6 18.3 19.17 18.7 18.9 20.9 23.5 23.5 24.5 26.0

Produccin da (t) 44545 39393 37878 56616 58566 58118 56925 57492 63597 71351

Valor (Millones US$) 525 433.3 400 500 583.3 613 617 623 1050 923

Durante los aos 1998 y 1999 se registr un crecimiento en la demanda tan fuerte que en algunas zonas deEspaa (Andaluca, Madrid y Barcelona) los plazos de entrega de ladrillos alcanzaron los seis meses. Comoresultado del desequilibrio entre la demanda y la oferta se produjo un importante aumento de los precios (de4.2 cntimos$/unidad a 14,4 c$/unidad) que en realidad no vienen sino a compensar la estabilidad o bajadade precios de perodos anteriores.

En los ltimos aos se ha producido un significativo aumento de la capacidad de produccin del sector porla entrada en funcionamiento de una serie de nuevas plantas construidas entre el ao 1998 y el ao 2000 (25nuevas plantas de produccin con una inversin total que rondar los 451 M). El nivel de produccin, en elao 2000, se cifr en 23 545 764 t (71351 t/da), lo que supuso un incremento de la produccin con respecto

a 1999 de 2 568 654 t (7 784 t/da). Los precios ahora se han estabilizado en el entorno de los 6 c$/u.Para alcanzar tales producciones ha sido necesaria la introduccin de una serie de innovaciones tcnicas ytecnolgicas que son las que han permitido generar un mayor nmero de productos para hacer frente a laformidable demanda. La figura 4.1.1 refleja la evolucin de la produccin por tipos de productos en el

perodo 1990 - 2000.

Figura 4.1.1.- Evolucin de la produccin por tipos de productos en el perodo 1990 2000.


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Otro factor que ha condicionado sobremanera el aumento de la produccin han sido las nuevas instalacionesde alta produccin automatizadas. Destacan sobre todo las plantas de bloques de gran formato, endetrimento de otro tipo de ladrillo hueco de menor tamao. Todo ello ha dado como resultado ladesaparicin de instalaciones obsoletas y la instalacin de industrias de elevada produccin y rentabilidad.

Las empresas fabricantes de materiales para la construccin de arcilla cocida se distribuyen a lo largo yancho de todo el pas, no existiendo, salvo algunas excepciones (como es el caso de las provincias de Toledoy Barcelona donde se ubica aproximadamente el 25% de la produccin nacional) reas de elevadaconcentracin industrial. El 31 % de la produccin nacional se fabrica en las provincias lindantes con elMediterrneo, desde Girona hasta Murcia. Por otro lado, la mitad norte del interior de la pennsula mantieneun valor de aproximadamente el 25 % y la parte meridional asciende al 27.2 %.

La industria de ladrillos y tejas ha seguido una clara tendencia a la mejora de la eficiencia con una reduccinen el nmero de compaas y un mantenimiento o incluso incremento de la produccin. De acuerdo conHYSPALIT, la tendencia previsible ser la reduccin en el nmero de fbricas a un total de 200 debido aque todava existen 162 hornos Hoffman en pequeas fbricas que suministran a mercados rurales conescasos requisitos en cuanto a la calidad de los productos.

El mapa de la figura 4.1.2 incluye la distribucin de la capacidad de produccin espaola por provincias enel ao 2000.

Figura 4.1.2.- Distribucin de la capacidad de produccin espaola por provincias en el ao 2000.


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Alrededor de un 80 % de las compaas de ladrillo cara vista y la totalidad de las de teja prensada (ms de40 empresas) han obtenido la certificacin de AENOR por cumplir la norma ISO 9002.

En el ao 2001, el consumo de arcillas para pastas rojas en Espaa fue de 33 Mt (100210 t/da), con las quese fabricaron 26.45 Mt de productos (80168 t/da). La distribucin del mismo por comunidades autonmicas

puede verse en la tabla 4.1.2, mientras que la figura 4.1.3 recoge el tanto por ciento de participacin de lasprincipales provincias consumidoras.

Figura 4.1.3.- Tanto por ciento de participacin de las principales provincias consumidoras de arcillas parapastas rojas.

Otros consumos dignos de mencin, dentro del proceso de fabricacin, son unos 4,57 hm3 de agua deamasado y para la generacin de vapor, 1139791 MW de energa elctrica y 1112020 tep de combustibles.Entre los costos de fabricacin, destaca el costo energtico, que puede alcanzar el 30 % del total. Lasmaterias primas, fundamentalmente la arcilla, suponen un 15 %.

Tabla 4.1.2.- CONSUMO NACIONAL DE ARCILLA PARA CERMICA ROJA (2001).

t/da cocidas t/ao cocidas t/ao sin cocer

Andaluca 14 803 4 884 990 6 106 239

Castilla-La Mancha 17 620 5 814 600 7 270 251Catalua 11 183 3 690 390 4 612 989

C.Valenciana 11 188 3 692 139 4 615 174

Castilla-Len 7 533 2 485 725 3 107 157

Galicia 4 552 1 502 160 1 877 700

Aragn 3 407 1 124 310 1 405 388Madrid 1 585 522 984 653 730

La Rioja 2 635 869 550 1 086 938Extremadura 1 060 349 800 437 250

Asturias 1 320 435 600 544 500Murcia 440 145 200 181 500

Navarra 880 290 400 363 000

Baleares 1 062 350 460 438 075

Cantabria 580 191 400 239 250

Pas Vasco 320 105 600 132 000TOTAL 80 168 26 455 308 33 069 135

La distribucin del consumo de arcillas cermicas en 2001, que pas de 45 Mt, puede verse en la tabla 4.1.3.


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Tabla 4.1.3.- Distribucin del consumo de arcillas cermicas en 2001

USO NACIONAL t/ao

Pasta roja (ladrillera y tejas)Pasta roja (pavimentos y revestimientos)

Arcillas rojas (cementos)

33 069 1359 780 000

2 664 000

TOTAL 45 513 135

Los consumos medios de materia prima, tanto sea de soporte en pasta blanca como en roja que se hanutilizado en las estimaciones, son aproximadamente:

18 -22 kg/m2para revestimiento20 -25 kg/m2para pavimento

La figura 4.1.4 muestra la produccin y exportacin de pavimento y revestimiento cermicas en los ltimosaos. Espaa creca hasta 1988 mantenindose casi constante entre ese ao y 1991. En la ltima dcada, elsector ha experimentado una fuerte reactivacin cifrndose su produccin en 2000 en 621 millones de m2,con un total de ventas de 3606 M. Las exportaciones tambin han venido creciendo en los ltimos aos. Enel 2000 se export ms del 50% de la produccin por un importe de 1875 M.

Figura 4.1.4.- Produccin y exportacin de pavimento y revestimiento cermicas

El anlisis del destino de las exportaciones por reas geogrficas descrito en la figura 4.1.5 pone demanifiesto la gran competitividad del producto espaol, con una gran penetracin en los mercados europeoy norteamericano, ambos con gran poder adquisitivo y alto nivel de exigencia.


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Figura 4.1.5.- Exportacin de baldosas cermicas (MEuro).

Esta gran expansin experimentada por las industrias de pavimento y revestimiento cermicos, las haconvertido en uno de los sectores ms dinmicos y competitivos del Estado Espaol que adems acaba desobrepasar a su ms directo competidor: Italia.

Este subsector industrial est constituido en Espaa por unas 230 empresas, el 80 % de las cuales, quefabrica ms de 90 % de la produccin total, estn concentradas en la provincia de Castelln (municipios deAlcora, Onda, Castelln, Villarreal, Nules, San Juan de Mor y Villafams). El sector emplea a ms de23000 trabajadores.

En la tabla 4.1.4 se muestran las principales empresas espaolas fabricantes de baldosas.

Tabla 4.1.4.- Principales empresas espaolas de baldosas

Porcelanosa, S.A.Taulell, S.A.Venis, S.A.Pavimentos Mediterraneos, S.A.Cermica Saloni, S.A.Vives Azulejos y Gres, S.A.Cermicas del Foix, S.A.Azuvi, S.A.Grespania, S.A.

En la tabla 4.1.5 se recoge la produccin en kt de arcilla comn de Estados Unidos, Espaa, Reino Unido y

la Repblica Checa durante el quinquenio 1997-2001. Espaa es probablemente el primer productor yconsumidor mundial de arcillas rojas.

Tabla 4.1.5.- Produccin en kt de arcilla comn de Estados Unidos, Espaa, Reino Unido y laRepblica Checa

1997 1998 1999 2000 2001

Estados Unidos Arcilla comn 24 600 24 500 24 800 23 700 23 700

Espaa Arcilla comn 20 000 21 000 25 000 28 000 45 500

Reino Unido Arcilla comn 11 322 12 281 11 386 s.d. s.d.

Repblica Checa Arcilla comn 759 1030 636 601 585Fuentes: Czech Geological Survey; Min. Comm. Summ.,2002 USGS; UK National Statistics; EstimacionesIGME.


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En la figura 4.1.6 pueden verse los datos del sector de la construccin de viviendas, donde se da laevolucin desde el ao 1980 al 2002 de las viviendas iniciadas, las terminadas, la actividad de la edificaciny de los proyectos visados.

DATOS DEL SECTOR 1.980 - 2.002

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

550.000

600.000

650.000

1.980

1.981

1.982

1.983

1.984

1.985

1.986

1.987

1.988

1.989

1.990

1.991

1.992

1.993

1.994

1.995

1.996

1.997

1.998

1.999

2.000

2.001

2.002

Viviendas IniciadasViviendas Terminadas

Actividad de la Edificacin

Proyectos Visados

Figura 4.1.6.- Evolucin de las viviendas iniciadas, las terminadas, la actividad de la edificacin y de losproyectos visados

4.2.- HISTORIA DE LOS ELEMENTOS CERMICOS.

El hombre ha intentado imitar la piedra natural casi desde su origen, tanto en zonas donde esta no abundabacomo por conseguir piezas de forma rpida y sencilla.

La cermica es el primer ptreo artificial que se conoce por su utilizacin en cuencos y tiles caseros dealfarera, siendo tan extendida su fabricacin que son uno de los elementos principales de estudio para losarquelogos, tanto por su buena conservacin como por sus caractersticas peculiares en cada civilizacin.

Es en Mesopotamia y Caldea donde se utiliza por primera vez en construccin, tanto como arcillas sin cocero adobes como cocida e incluso vitrificada para darle impermeabilidad.

Los primeros ladrillos de que se tienen noticias, pertenecan a uno de estos dos tipos: una pasta de arcillacon pedazos de paja que trabara la masa y secado al sol, o una masa de arcilla cocida al fuego.

Los romanos usaron ampliamente este material, que eran siempre cocidos al fuego y de gran tamao. Enmuchas ciudades del mundo dominadas por los romanos, quedan muros, arcos y bvedas y otros elementosestructurales construidos con ladrillos.


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El uso de los cermicos en Roma se extiende enormemente en forma de ladrillos macizos o " tgulas" decubricin. Ejemplos importantes como el Teatro de Mrida se encuentran en Espaa.

Es a los rabes sin embargo, a los que corresponde revalorizar este material en Espaa, ya que durante sudominacin dejaron muestras de la exquisita tcnica ladrillera en obras como la Mezquita de Crdoba, laGiralda de Sevilla, la Alcazaba de Granada, etc.

Los rabes, que retoman muchos elementos de las construcciones romanas, darn enorme importancia a estematerial y lo usan profusamente tanto en ladrillos como en tejas, pavimentos y revestimientos vidriados.

En Espaa la arquitectura mudjar sigue esta tradicin por el uso de materiales cermicos y en Europa tienefuerte influencia como por ejemplo en el gtico ingls.

Con menos repercusin, la cermica se utiliza en el Renacimiento y Barroco y muy poco en el Neoclsico.

En la actualidad, la arquitectura espaola obtiene grandes xitos en la aplicacin de los ladrillos, lo mismo

como elemento constructivo que como elemento decorativo. Con las nuevas tecnologas, el uso demateriales cermicos en todas las partes constructivas de las obras, est sumamente extendido, tanto en obraoculta como vista, en exteriores como en interiores.

Desde el moldeo a mano de los ladrillos y su posterior secado a la intemperie, hasta las actuales mquinasde moldeo con rendimiento de varios miles de piezas/hora, el subsiguiente secado artificial y posteriorcoccin en hornos continuos, ha habido que recorrer un largo perodo de tiempo, perfeccionando da a da lamaquinaria, y del ladrillo macizo se pas al ladrillo hueco y de ste a las grandes piezas que se emplean, porsus dimensiones y formas, en fases especficas de la edificacin.

4.3.-MATERIAS PRIMAS.

Los materiales cermicos se obtienen a partir de distintos tipos de arcillas, que son rocas sedimentarias deorigen mecnico formadas en la fase detrtica de partculas muy finas.

Se denominan arcillas aquellas substancias terrosas formadas principalmente por silicatos alumnicos conmateria coloidal y trozos de fragmentos de rocas, que generalmente se hacen plsticas cuando estnhmedas y ptreas por la accin del fuego. La fabricacin tiene su fundamento en la plasticidad o capacidadde moldeo por deformacin plstica que tienen las arcillas segn su contenido de agua. Una vezconformadas las piezas, por desecacin y coccin se producen las transformaciones irreversibles que le dancarcter ptreo.

Estas propiedades dan a las arcillas su utilidad, puesto que se les puede moldear en casi todas las formas, lascuales conservan despus de ser sometidas a la accin del fuego. La arcilla tiene muchos otros usos ademsde la cermica, principalmente en la construccin y fabricacin. El vocablo arcilla proviene del latnalguilla , palabra asignada a las materias arcillosas.

Las arcillas son rocas o materiales terrosos de origen secundario que se han formado en la naturaleza porla meteorizacin y la erosin fsico-qumica de las rocas gneas causada por el agua, el CO2 y los cidosinorgnicos. Los depsitos o yacimientos mas importantes se han formado a partir de los feldespatos (cuyacomposicin varia desde el KAlSi3O8 hasta el NaAlSi3O8 y el CaAl2Si2O8) de rocas tales como elgranito ( Feldespatos 66 %, cuarzo 26 %, micas 7.5 %, otros minerales (circn, magnetita, apatito,ilmenita, etc. 0.5 %). En la figura 4.3.1 puede verse un esquema simplificado de la gnesis de los materialesarcillosos.


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Estn constituidas esencialmente por aluminosilicatos hidratados con una estructura laminar o de capas,acompaados de otros minerales denominados accesorios entre los que podemos citar cuarzo, calcita,xidos y sulfuros de hierro, yeso, rutilo (Ti02), ilmenita (FeTiO3), dolomita, lcalis (que se derivan

principalmente de las micas y feldespatos, aunque parte se debe al intercambio catinico de las propiasarcillas), materia orgnica, etc.

Por lo general, las arcillas son mineralgicamente filosilicatos de tamao de grano muy fino y morfologalaminar lo que les confiere un elevado valor de superficie especfica y por lo tanto una amplia superficie dereaccin fisicoqumica que facilita su interaccin con multitud de sustancias en especial con compuestos

polares como el agua. De ello se derivan sus propiedades plsticas y reolgicas y su capacidad de cambiocatinico. Este conjunto de propiedades hace que las arcillas tengan muchas aplicaciones industriales en loscampos de la cermica, los absorbentes y el petrleo.

Desde el punto de vista mineralgico, las arcillas son rocas de gran complejidad debido a la gran variedadde minerales de arcilla existentes y que pueden coexistir varios en un mismo material arcilloso. Dichosminerales pueden clasificarse en varios grupos como muestra en el cuadro 4.3.1. Entre ellos puedendestacarse el grupo de la caolinita, de la montmorillonita y de la illita (Arcillas expansivas).

En el cuadro 4.3.2 se da una clasificacin de los materiales arcillosos tomando como base diversos criteriospara realizarla.

Figura 4.3.1. - Esquema simplificado de la gnesis de las arcillas .


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Cuadro 4.3.1.- Minerales arcillosos.

GRUPO MINERAL FORMULA

CAOLIN Nacrita,DicquitaCaolinita

Halloisita

Al2O3.2SiO2.2H2O

Al2O3.2SiO2.4H2O

MONTMORILLONITA MontmorillonitaNontronitaBeidellitaHectorita

Saponita

Al1.67Mg0.33Si4O10(OH)2 Mg (Al,Fe)Fe2 Al0.33Si3.67O10(OH)2 TALCOMg3Si4O10(OH)2

Al2 Si3.67Al0.33O10(OH)2 PIROFILITAAl2Si4O10(OH)2Li0.33Mg2.67Si4O10(OH)2 Al (Mg,Fe, Li)Mg3Si3.67Al0.33O10(OH)2 Si (Al)

MICA MoscovitaParagonitaPlogopitaMargaritaBiotita

Lepidolita

KAl2(Si3Al)O10(OH)2 PirofilitaNaAl2(Si3Al)O10(OH)2KMg3(Si3Al)O10(OH)2 TalcoCaAl2(Si2Al2)O10(OH)2K(Mg, Fe)3(Si3Al)O10(OH)2

K(AlLi2)Si4O10(OH)2

ILITA K2(Al)4(Al2SiO6)O20(OH)4Mg2+, Fe2+

CLORITA (Mg3).(Mg3-xAlx). (Si4-xAlx).O10.(OH)8

PALIGORSQUITA Paligorsquita

Sepiolita

Mg5Si8.O20.(OH)2.8H2O

Mg5Si8.O20.(OH)2.H2O

VERMICULITA (Mg, Fe)3(Al, Si)4.O9.(OH)3.3.5H2O

ESMECTITA Al2O3.4SiO2.H2O X0.33

(Fe2+,Fe3+,Mg2+, Cr3+, Mn3+, Mn2+, Li+) Fe3+(Na+, K+,Mg2+,


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Cuadro 4.3.2.- Clasificacin de los materiales arcillosos.

CRITERIO TIPO DE MATERIAL ARCILLOSO

Con relacin a suestado deagregacin.

CRISTALINO (Caolinita)

AMORFO (Alofanita)

Con relacin a laestructura que

presenta la materiacristalina

ESTRUCTURA EN CAPAS (Caolinita, Montmorillonita)

ESTRUCTURA EN CADENAS (Paligrosquita, Sepiolita)

Con relacin a lacarga elctrica de lascapas

CAPAS CARGADAS NEGATIVAMENTE

CAPAS NEUTRAS

Con relacin a ladisposicin de lascapas aluminato-silicato

UNA DE ALUMINATO CON OTRA DE SILICATO (1:1) Caolinita T:O

DOS DE SILICATO CON UNA DE ALUMINATO(2:1) Montmorillonita T:O:T

DOS DE SILICATO CON DOS DE ALUMINATO (2:2) Clorita T:O:T:O

Con relacin a suplasticidad

BALL-CLAY (Altamente plsticas)Color oscuro debido a las impurezas, pero blancas despus de cocidas. Finsimas

partculas de caolinitas desordenadas.

FIRE CLAY (Menos plsticas)Caolinita desordenada. Se vuelven plsticas por la molienda

FLINT-CLAY (No plsticas)Caolinita ordenada y cristalizada. Duras densas y altamente refractarias,

CHINA-CLAY

Los minerales de arcilla tienen un tamao de grano muy pequeo (< 2 micras) y una elevada superficieespecifica. La superficie especfica o rea superficial de una arcilla se define como el rea de la superficieexterna ms el rea de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partculas constituyentes,

por unidad de masa, expresada en m2/g.


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Las arcillas poseen una elevada superficie especfica, muy importante para ciertos usos industriales en losque la interaccin slido-fluido depende directamente de esta propiedad. Los valores de superficieespecfica de diferentes arcillas son:

Caolinita de elevada cristalinidad: hasta 15 m2/gCaolinita de baja cristalinidad: hasta 50 m2/gHalloisita: hasta 60 m2/gIllita: hasta 50 m2/gMontmorillonita: 80 a 300 m2/gSepiolita: 100 a 240 m2/gPaligorskita: 100 a 200 m2/g

En estado puro son de color blanco denominndose caoln, conteniendo casi siempre impurezas de xidos ohidrxidos de hierro, cuarzo, carbonatos, sulfatos y substancias orgnicas que las colorean en amarillos,grises, rojos, etc...

En general las arcillas se presentan con bastantes impurezas pero lejos de ser un inconveniente, a veces esuna ventaja, desde el punto de vista prctico. En el cuadro 4.3.3. puede verse la diferencia entre la caolinitaqumicamente pura y una arcilla grasa, usual en cermica.

Cuadro 4.3.3.- Diferencia entre las caractersticas de una caolinita qumicamente pura y una arcillagrasa, usual en cermica.

Existen numerosas variedades que se diferencian por su relacinmin

Silice

Alu a, el agua de constitucin y su

estructura, con independencia del contenido de impurezas citado. Aparecen normalmente mezcladas conotras en la Naturaleza.

Las estructuras de los minerales arcillosos son complejas y variadas con tomos de oxgeno, slice,hidrxido, formando grupos de tetraedros y octaedros combinados, con aspecto laminar o fibroso. En lasfiguras 4.3.2 y 4.3.3 puede verse la estructura de la caolinita y de la montmorillonita, respectivamente,aprecindose la combinacin de los grupos de tetraedros y octaedros.

De las hojosas o laminares, que son las utilizadas en construccin, las principales son las caolinitas depropiedades refractarias por su alto punto de fusin, usndose en la fabricacin de gres y loza. Las illitas omicas son las ms abundantes y empleadas en la industria. Las montmorillonitas son poco utilizadas.Las deestructura fibrosa como las sepiolitas y poligoskitas, son capaces de retener gran cantidad de agua conaumento de volumen. No se aplican en construccin.

En la tabla 4.3.1podemos ver la composicin qumica de diversas arcillas.


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Tabla 4.3.1.- Composicin qumica de las arcillas.

Figura 5.3.2.- Estructura ideal de un filosilicato 1:1 (T:O) dioctaedrico (Bilaminar). Caolinita.


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Figura 5.3.3.- Estructura ideal de un filosilicato 2:1 (T:O:T) dioctaedrico (Trilaminar). Montmorillonita

Aunque se trata de un mineral abundante, las buenas arcillas escasean cada vez ms, existiendo dificultadespara encontrar nuevos yacimientos para la fabricacin de azulejos, gres, sanitario etc.

Las arcillas industriales se pueden clasificar en los siguientes grandes grupos:

1.- Arcillas rojas o comunes2.-Arcillas de coccin blanca, caolines, halloisitas y arcillas refractarias3.- Bentonitas y tierras de Fuller4.- Sepiolitas y paligorskitas

Cada uno de estos grupos puede tambin ordenarse en funcin de sus principales usos industriales.

As las arcillas rojas tienen aplicacin fundamentalmente en la cermica industrial (pavimentos,revestimientos y cermica estructural) y alfarera, las arcillas de coccin blanca tambin se emplean encermica industrial, los caolines en las industrias del papel y la cermica, las halloysitas en cermicaartstica (porcelanas), las arcillas refractarias en chamotas para pavimentos de gres natural, las bentonitas enla industria de los absorbentes y el petrleo, las tierras de Fuller como absorbentes industriales, y finalmentelas sepiolitas y paligorskitas en el campo de los absorbentes domsticos.

Para la fabricacin de materiales cermicos se utilizan las siguientes materias primas:


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Plsticas:

Arcillas naturales de una o ms variedades para poder conseguir mejores propiedades. Desde el punto devista mineralgico su composicin es mayoritariamente caolinita con montmorillonita como componentesubordinado. Suelen acompaar halloysita, illita y pirofilita, adems de los minerales no arcillosos comocuarzo, feldespato, micas y vidrio volcnico. Las arcillas plsticas a menudo se clasifican de acuerdo con eltamao de partcula (contenido de partculas inferiores a 0.5 m).

La arcilla denominada china Clay es una rrcilla formada principalmente por caolinita bien cristalizada.Posee una alta plasticidad, es qumicamente inerte y produce blancura y brillo. Aplicaciones: carga en papel,

plsticos, medicamentos, etc. Fabricacin deproductos de coccin blanca

Las arenas caolinferas (Ball clay) son una mezcla de caolinita, illita, esmectita, cuarzo, y materiaorgnica. Tienen una mayor razn slice/almina, una granulometra ms fina (pasta ms densa), una mayorviscosidad y aportan fuerza y maleabilidad al cuerpo cermico. Durante la coccin, funden cementando a las

partculas refractarias. Aplicaciones: materia prima en cermica estructural, sanitarios, etc.

La dosificacin de la pasta cermica ms conveniente, mediante la mezcla de arcillas y otros minerales, esuna prctica de uso propia de cada industria para cada producto. Las especificaciones de la materia primason establecidas en funcin de la tecnologa empleada y el destino del producto a elaborar.

Las pastas cermicas deben tener caractersticas tales que permitan su conformacin en crudo, un secadosatisfactorio y de buena calidad, adecuada resistencia, temperatura de fusin ajustada, y otras caractersticasespecficas de acuerdo con el producto final. En la fabricacin de lozas, las especificaciones referidas alcolor son menos exigentes debido a la cobertura con esmalte que se realiza a la pieza.

No plsticas:

Materias que se agregan a las arcillas para disminuir su excesiva plasticidad, rebajar su temperatura decoccin, aumentar su porosidad, colorear o recubrir de esmalte las piezas.

Se utilizan dos tipos fundamentales:

Desgrasantes:

Los desgrasantes son materiales arenosos que reducen la excesiva plasticidad de algunas arcillas, pues asno retienen tanta cantidad de agua disminuyendo su adherencia al estar hmedas, por lo que es menor ladificultad para su manejo y moldeo. Adems se logra que la contraccin de las piezas sea menor al secarsela pasta. Se deben aadir finamente molidos para no quitar homogeneidad.

Los ms utilizados son:

- La arena de cuarzo (SiO2) o anhidrido silcico, que puede estar presente en la propia arcilla o aadirse.Aumenta de volumen al elevar la temperatura reduciendo la contraccin de la pasta aunque uncalentamiento brusco produce una expansin violenta que podra romper la pieza.

- El feldespato potsico que da transparencia a las porcelanas y lozas y sirve tambin para fabricar esmaltescermicos.

- La chamota o barro cocido es el ms utilizado y econmico por proceder de piezas rotas o defectuosas quese pulverizan aadindose a la arcilla y no se contrae al volverse a cocer.


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A veces se utilizan desgrasantes orgnicos como serrn o carbn que al quemarse en el horno dan piezas dealta porosidad y poco peso.

Fundentes:

Se aaden a la pasta para reducir la temperatura de coccin ya que bajan el punto de fusin del material,abaratando costos y permitiendo la parcial vitrificacin de las piezas.

- El Carbonato clcico es el ms utilizado ya que muy frecuentemente es impureza de la arcilla, no siendonecesario aadirlo. El aporte calizo es sin embargo perjudicial para la pieza y conviene reducirlo o molerlofinamente. Tambin se usan sosa y potasa.

La dosificacin de estas materias primas depende del tipo de producto a conseguir, clasificados de acuerdo asu permeabilidad y grado de vitrificacin, o vidriado parcial en sus caras en productos cermicos porosos,semipermeables e impermeables.

4.4.- PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS.

Previamente al estudio de la fabricacin de los productos cermicos es necesario sealar las propiedades dela arcilla en que se basa la misma y permiten obtener piezas de carcter ptreo.

Tamao de la partcula:

La estructura laminar y el tamao inferior a la micra de los granos de los minerales arcillosos tienen graninfluencia en la plasticidad ya que se produce un fenmeno fsico de retencin de agua con aumento devolumen que acta como lubricante haciendo resbalar las partculas entre s. Este aumento de volumen

puede llegar a ser del 200 %.

Fluidizacin:

Debido a la cualidad anterior, las arcillas se pueden mantener en suspensin en el agua un cierto tiempo anestando esta en reposo. Posteriormente se depositan en estratos del mismo modo en que se form la rocaoriginal.

Plasticidad:

La caracterstica fsica ms significativa de las arcillas es la plasticidad, que es la capacidad de deformarsesin agrietarse ante un esfuerzo mecnico conservando la deformacin al retirarse la carga (No se producerebote elstico). En las arcillas depende fundamentalmente del contenido de agua, si est seca no es plstica,

se disgrega, y con exceso de agua se separan las lminas. Depende tambin del tamao de partcula y de laestructura laminar. Cuando esta convenientemente humedecida puede adoptar cualquier forma. Esta

propiedad se debe a que el agua forma una envoltura sobre las partculas laminares, produciendo un efectolubricante que facilita el deslizamiento de unas partculas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobreellas.

La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia de su morfologa laminar, tamao de partculaextremadamente pequeo (elevada rea superficial) y alta capacidad de hinchamiento. En general, cuantoms pequeas son las partculas y ms imperfecta su estructura, ms plstico es el material.

El agua se presenta en las arcillas en tres formas: Hidratacin (qumicamente combinada), plasticidad,(rodeando las partculas minerales) o intersticial (rellenando los huecos entre los granos) ( Figura 4.4.1.a).


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En la figura 4.4.1.b se representa la consistencia de una arcilla en funcin de la humedad. En ella sedistinguen tres fases:

(i).- Etapa inicial, en la cual solo tiene lugar un pequeo aumento de la consistencia al incrementar elcontenido de humedad.

(ii).- Una etapa intermedia, en la cual tiene lugar un repentino aumento de la consistencia.

(ii).- Una etapa final, la cual la consistencia disminuye bruscamente.

En la primera etapa las pelculas de agua, de espesor variable, rodean a las partculas o grupos de partculasde arcilla, produciendo un efecto macroscpico semejante a la granulacin.

En la segunda etapa, el agua libre ocupa los intersticios existentes entre las partculas de arcilla dando lugara fuerzas de atraccin capilares debidas a la tensin superficial del agua, que cohesionan el sistema

particulado produciendo un aumento de la consistencia que alcanza rpidamente un mximo.

En la tercera etapa, cuando la cantidad de agua que se aade es superior al contenido que hace mxima a laconsistencia, lo que ocurre es que aumenta el espesor de la pelcula de agua entre las partculasdebilitndose las fuerzas de atraccin capilares y el sistema particulado comienza a comportarse como unlquido. Bajo esas circunstancias, la consistencia disminuye rpidamente y se aproxima a cero.

(a)

(b)

Figura 4.4.1.- (a).- Formas de presentacin del agua en las arcillas.(b).- Consistencia de una arcilla en funcin de su contenido de humedad.


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Las arcillas de acuerdo al grado de plasticidad se clasifican en magras y grasas.

Las arcillas grasas son las que poseen una gran plasticidad, incluso para pequeas humedades. Presentanen su constitucin una gran concentracin de minerales arcillosos y una baja concentracin en arenassilceas. Se moldean con facilidad, pero su gran adherencia impide el desmoldeo correcto del productomoldeado. Son untuosas al tacto.

Por su parte, las arcillas magras son las poseen una baja plasticidad. Son quebradizas y arenosas.

Esta plasticidad se puede aumentar con hidrxido, carbonato o silicato sdico, con cal, oxalato y humus. Lamisma se puede reducir con la utilizacin de desgrasantes.

En la industria normalmente se ensayan distintas proporciones de agua hasta que con la aplicacin de unaenerga determinada, que es una constante de la mquina utilizada, se consigue el efecto deseado: laextrusin, el prensado, etc. Este concepto est intimamente unido al de "trabajabilidad".

Una pasta presenta comportamiento plstico, desde que puede considerarse deformable con el

procedimiento utilizado hasta que presenta una resistencia a la compresin inferior a 0.03 2Kgfcm , momento

en el que se considera que adquiere las propiedades de un lquido viscoso. Esta resistencia a la compresincoincide con la que presentan las pastas elaboradas con la cantidad de agua correspondiente al lmite lquidode Atterberg.

En principio, un aumento de la plasticidad de una pasta produce:

- Una mayor ductibilidad de los productos moldeados.- Una retencin mayor de agua que se traduce en una mayor contraccin de secado y un aumento de laposibilidad de formacin de grietas.

- Una disminucin de la velocidad de formacin de pared en el caso de moldeo por colado.

Limites de Atterberg.

Segn Atterberg una arcilla es ms plstica cuanto ms separados estn su lmite plstico (Tanto por cientode agua mnimo que hace que sea moldeable una pasta cermica) y su limite liquido (porcentaje de aguaaadida a la pasta que hace que sta no tenga la suficiente resistencia mecnica para ser moldeable).

La tcnica experimental de la determinacin de los lmites est basada en los trabajos realizados porAtterberg, completados posteriormente por Casagrande. Puede usarse para el estudio del comportamiento delas mezclas de cualquier material de granulometra fina con agua.

Para el estudio del problema se considera una pasta de agua y arcilla que se seca progresivamente, pasandodel estado lquido al plstico y finalmente al slido. Es fcil intuir que existirn unos puntos en los que se

pasa de un estado a otro, al menos en teora, es decir, lmites de cada estado. Estos son los definidos porAtterberg como lmite liquido (LL) y limite plstico (LP). (Figura 4.4.2).

EL limite liquido (LL) es el punto de paso del estado liquido al plstico y se mide por la cantidad de aguaque contiene el material en el momento en que se pierde la fluidez de un lquido denso.

EL limite plstico (LP) es el punto en el que se pasa del estado plstico al semislido, y se mide por la

cantidad de agua que contiene un material en el momento en que se pierde la plasticidad y deja de sermoldeable.


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DEJA DE SER PIERDE LAMOLDEABLE FLUIDEZ

LR = Ws = lmite de retraccin = terrn duroLP = Wp = lmite plstico = arcilla moldeable.LL = Wl= lmite lquido = humedad en que el arcilla tiene una consistencia pastosa fluida.

Figura 4.4.2.- Lmite liquido (LL) y limite plstico (LP).

Atterberg defini un tercer limite a partir del cual las prdidas de agua no afectan dimensionalmente alslido: es el lmite de contraccin que como los anteriores se mide por la cantidad de agua que contiene la

pasta al alcanzar el estado que cesa la disminucin de volumen que acompaa a la desecacin.

El conocer los limites de Atterberg de una arcilla no indica cual es el agua ptima de amasado, pero siseala los lmites entre los que se debe buscar; no aclara nada acerca de la calidad de las barbotinas que se

pueden obtener, pero s permite compararlas desde el punto de vista de la plasticidad y mantener un controlde calidad que puede aplicarse de igual modo a las materias primas plsticas.

Desde el punto de vista de la plasticidad de pastas arcillosas son interesantes los dos primeros limites. Ellmite de contraccin es til en el estudio del secado, aunque suelen usarse los diagramas de Bourry o las

curvas de Bigot con este fin, ya que adems de que la forma de determinar la contraccin es ms similar alproceso industrial, tanto unos como otros dan idea del desarrollo de la operacin y no es as con el lmite decontraccin.

Segn Casagrande, el lmite de contraccin se puede calcular mediante la siguiente relacin emprica:

2.5 45

45

LL LPSL

LL LP

+=

+

en la que: SL = limite de contraccinLL = limite liquido

LP = lmite plstico

Atterberg tambin defini un "Indice De plasticidad" calculado como la diferencia entre el limite liquido yel limite plsticos. Este lmite indica el margen de contenidos de agua en que es trabajable una arcilla y sedice que una arcilla es ms plstica " que otra si tiene un ndice de plasticidad superior.

Lmite lquido.

La determinacin del lmite lquido se realiza por medio de un ensayo que se encuentra normalizado(NORMA UNE 103-103-94). Se comienza amasando con agua destilada, una determinada cantidad dearcilla (150 a 200 gramos) que pase por el tamiz de abertura 400 m , procurando aadir la cantidad de agua

necesaria para acercarse lo ms posible al lmite lquido. El material retenido por el tamiz de 400 m solodebe consistir en granos de arena, etc. individuales.


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La masa as obtenida se coloca en una esptula y se pasa a la cuchara de Casagrande (Figuras 4.4.3 y4.4.4). Colocada la masa en la cuchara, se abre un surco o canal con un acanalador normalizado. Acontinuacin se comienza a dar vueltas a la manivela, con lo cual, por medio de una excntrica, se levanta lacuchara y se deja caer desde la altura de un centmetro. Se dan dos golpes por segundo. Se contina laoperacin hasta que las paredes del surco se unan por su fondo en una longitud de 13 mm. Si esto ocurredespus de dar exactamente 25 vueltas a la manivela, la arcilla tiene un contenido de humedadcorrespondiente al lmite lquido.

Sin embargo no ser lo normal que la humedad corresponda a la del lmite lquido. Se hacen dos ensayos yse determinan sus correspondientes humedades en tantos por ciento, tomando la arcilla prxima a las

paredes del surco, en la parte donde se cerr. Para que el ensayo sea vlido el nmero de golpes debe estarcomprendido entre 15 y 35. Se ha de obtener una determinacin entre 15 y 25 golpes y otra entre 25 y 35.Si despus de varias determinaciones, el nmero de golpes requerido para cerrar el surco fuese siempreinferior a 25 es que no se puede determinar el lmite lquido y se debe anotar dicha arcilla como no plstica.

Figura 4.4.3.- Cuchara de Casagrande.


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Figura 4.4.4.- Fases para la determinacin del lmite lquido mediante la cuchara de Casagrande.


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Los resultados de estos dos ensayos (Puntos P1 y P2) se llevan a un grfico de doble escala logartmica(Figura 4.4.5), en la cual se representa en abscisas un nmero de golpes o vueltas de la manivela y enordenadas la humedad en tantos por ciento.

Figura 4.4.5.- Representacin del ensayo del lmite lquido. Mtodo de los dos puntos.

En la parte inferior del grfico hay una recta de puntos cuya pendiente es de - 0.117, obtenida trasnumerosas determinaciones, de las que se ha deducido que para la misma arcilla, los puntoscorrespondientes a distintos grados de humedad forman una recta cuya pendiente ms probable es sta.

Para determinar el lmite, lquido se representa sobre el grfico los resultados de los dos ensayos realizadosy posteriormente se traza una recta de pendiente - 0.117, paralela a la de trazos, que equidiste de dos puntosrepresentados.

La humedad del punto de la recta corresponde a la abscisa de los 25 golpes, es precisamente la humedad

correspondiente al Lmite lquido.

Lmite plstico (Figura 4.4.6).

El ensayo se realiza con la fraccin de arcilla que pasa por el tamiz de abertura 400 m , con un contenidode humedad algo superior al lmite plstico. Con esta humedad ser posible formar fcilmente una bola conla arcilla sin que se resquebraje.

A continuacin se toman unos 8 gramos de dicha arcilla, se forman con ella una especie de elipsoide, y serueda entre la palma de la mano y una superficie lisa que no absorba mucha humedad, hasta llegar a undimetro de 3 mm. Si al llegar a ste dimetro no ha cuarteado el cilindro de modo que quede dividido entrozos de unos 6 mm de longitud como media, se vuelve a formar el elipsoide con menor cantidad dehumedad y a rodar hasta llegar a dicho tipo de resquebrajamiento. La arcilla se encontrar en su lmite

plstico cuando se cuartee a los 3 mm de dimetro.


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Figura 4.4.6.- Ensayo para la determinacin del lmite plstico.

Diagrama de Casagrande.

El diagrama de Casagrande est representado en la figura 4.4.7.a y cuenta con varios elementos designificado preciso.

La recta de 45 es el lmite entre los puntos que corresponden a materiales reales, por debajo y los puntosque representan materias primas imaginarias, por encima. Este hecho es lgico, ya que en los puntossituados por encima de IP = LL, el llmite plstico es negativo, lo que es absurdo.

La recta de ecuacin IP = 0.9 (LL - 8) es el lmite superior experimental, hasta ahora no se ha estudiadoninguna materia prima cuya representacin se encuentre por encima de dicha lnea.

La tercera recta de ecuacin IP = 0.73(LL - 20) tiene una gran importancia emprica, pues separa las arcillaspuras, sobre ella, de las que contienen algn tipo de coloide orgnico, que estn situadas por puntos pordebajo de la recta.

La recta vertical ue pasa por el punto LL = 5O es una lnea convencional que separa las arcillas de altaplasticidad a la derecha de las de media y baja plasticidad, a la izquierda. I

Determinaciones sistemticas de los limites de Atterberg permitieron a Casagrande delimitar unas zonascorrespondientes a varios tipos mineralgicos que estn representados en la figura 4.4.7.b.

Como desde el punto de vista de la plasticidad se estudian igualmente materias primas puras que mezclas,puede utilizarse como control de materias primas o barbotinas, la medida de la plasticidad.

La zona de propiedades ptimas de las pastas arcillosas para extrusin puede verse en la figura 4.4.8.

Asimismo se han efectuado determinaciones sistemticas del lmite liquido, limite plstico e Indice deplasticidad de barbotinas de colado, siendo los valores medios obtenidos:

LL = 22 a 26 LP = 16 a 19 IP = 6 a 9

y estando todos los resultados comprendidos en el rea punteada de la figura 4.4.9.

Dadas las variables de que depende el ndice de plasticidad, su determinacin es muy til en el control decalidad de las arcillas y equivale, considerado con la suficiente amplitud de criterio, a la suma de losensayos de granulometra fina, capacidad de cambio inico, contenido en sulfatos y materia orgnica activa.


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(a)

(b)

Figura 4.4.7.- Diagrama de plasticidad de Casagrande.


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Figura 4.4.8.- Zonas ptimas de extrusin y secado.

Figura 4.4.9.- Zona para las barbotinas de colado.


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Influencia de la composicin y de la granulometra en el moldeo en plstico.

En primer lugar se va a estudiar el efecto de la influencia, de varios desgrasantes sobre los lmites Atterbergde una arcilla de comportamiento conocido,

Es bien conocido que la plasticidad de las pastas disminuye con el aumento de la cantidad de desgrasante,para ver el efecto de los desgrasantes se han estudiado la adicin de una arena de slice de variasdistribuciones granulomtricas y el efecto de la adicin de la misma arcilla calcinada.

En primer lugar se ha estudiado el efecto de la adicin de una arena silcea, en la tabla 4.4.1 se detallan lasdistribuciones granulomtricas ensayadas.

TABLA 4.4.1.- . Distribuciones granulomtricas de arenas silceas.

Luz de malla ( m ) Arena n 1 (%) Arena n 2 (%)

500 5,2 0

250 17,4 2,5

150 23, 2 1, 9

90 18,7 37,7

75 7,7 14,5


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4.5.- FABRICACIN DE CERMICAS POROSAS.

4.5.1. Introduccin.

La fabricacin de piezas de cermica porosa, con particularidades segn los tipos, pasa por los siguientesprocesos:

- EXTRACCIN Y TRANSPORTE.

- PREPARACIN DE LAS PASTAS.

- MOLDEO.

- SECADO.

- COCCIN.

En la figura 4.5.1.1 puede verse el diagrama de flujo de las distintas etapas del proceso de fabricacin. Asmismo, en las figuras 4.5.1.2 y 4.5.1.3 se la disposicin esquemtica de una planta de fabricacin de ladrillocara vista y de ladrillo hueco, respectivamente.

Figura 4.5.1.1.- Diagrama de flujo de las distintas etapas del proceso de fabricacin.


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Figura 4.5.1.2.- Disposicin esquemtica de una planta de fabricacin de ladrillo cara vista.

Figura 4.5.1.3.- Disposicin esquemtica de una planta de fabricacin de ladrillo hueco.


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4.5.2.- Extraccin y transporte .

Las canteras de arcilla, llamadas tambin barreros (Figura 4.5.2.1

), suelen estar en las inmediaciones de lasfbricas, donde se transformarn en materiales para la construccin.

Figura 4.5.2.1.- Explotacin de arcilla Barrero.

Se utilizan medios mecnicos simples al ser la arcilla una roca disgregada, aunque si est hmeda dificultasu extraccin. La explotacin se realiza a cielo abierto con palas excavadoras de cuchara o de cangilones.

El transporte depende de la proximidad de la fbrica, pudiendo hacerse por vagonetas o cintastransportadoras si est cerca y con camiones volquete o mejor Dumpers para mayores distancias.

En la explotacin a cielo abierto es frecuente tener que desechar una capa de espesor ms o menos grande,de material que no es apto para su utilizacin, ste material en gran parte est formado por; tierra vegetal,arenas, gravas, etc.

4.5.3.- Preparacin de las pastas.

Es el conjunto de operaciones en el que se realiza la mezcla de las materias primas y se dejan las pastaslistas para el moldeo. Las finalidades son las siguientes:

Depuracin:

Eliminacin de elementos gruesos e impurezas nocivas, tanto de los ndulos de cal y arenas, como de lassales.

Divisin:

Reduccin de las arcillas a pequeos fragmentos y de los desgrasantes a polvo para que no causenproblemas de heterogeneidad.

Homogeneidad:

Mezcla ntima de los componentes y perfecto amasado para conseguir una pasta uniforme.


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Grado de humedad:

Debe ser el adecuado para el moldeo dando la plasticidad necesaria pero no excesiva por la retraccin.

Antiguamente se realizaban las siguientes operaciones de preparacin:

Meteorizacin:

Exponiendo la arcilla a la accin de los agentes atmosfricos (lluvia, hielo...) para su lavado y disgregacin.

Maduracin:

La maduracin es un tratamiento de reposo de las pastas de arcilla de corta duracin, en naves, impidiendosu desecacin. Tiene como objetivo homogeneizar la humedad en la pasta de arcilla.

Podrido:

El podrido es un reposo de las pastas de arcilla de larga duracin en naves. Se realiza en locales hmedos yfros, sin luz ni ventilacin con lo que fermenta la arcilla dando un gel aglomerante que mejora la trabaznde sus partculas. Con el podrido tratamos de aumentar la plasticidad de las pastas y reducir su tendencia alagrietamiento en el secado

Levigacin:

La levigacin es un proceso de desleimiento de las arcillas en agua y posterior reposo en balsas. Se realizapara piezas especiales de arcilla depurada. Esta se mantiene en suspensin mediante palas giratorias dandouna pasta lquida que se denomina "barbotina". Con ello se eliminan todas las partculas pesadas pordecantacin y se obtienen arcillas muy depuradas y de tamao muy fino. Actualmente se usa en el moldeo

por colada.

En grandes fbricas en las que la cantidad de arcillas que se manipulan es muy elevada, para llevar a cabotodos los procedimientos descritos anteriormente, es necesaria una gran extensin o amplias naves dondealmacenar las tierras, lo que adems de superficies considerables, lleva consigo la inmovilizacin decapitales.

La preparacin debe de ser barata, por exigirlo as el producto fabricado, es pues, necesario ahorrar espacioy tiempo, esto lo conseguimos utilizando maquinaria apropiada que produzca en las arcillas los efectos quelos tratamientos citados anteriormente, con mucha mayor rapidez, y con unas exigencias espacialesmenores.

La materia prima tal como llega de cantera se hace pasar por un tren de preparacin, que la tritura,homogeiniza y humedece hasta el grado deseado.

La depuracin en cuanto a la cal, no se lleva a cabo en el estricto sentido de la palabra, por medio de cribadose realiza, ya que los ndulos de cal pueden ser finamente divididos y repartidos en toda la masa, lo quehace desaparecer el peligro.

Todo ste proceso se lleva a cabo con maquinas de distintos tipos de acuerdo con la naturaleza de la materiaprima y del fabricante. Hay que tener presente que no puede aumentarse indefinidamente el nmero demaquinas por las que ha de pasar la arcilla, porque se llegara a obtener un resultado opuesto al que se desea.As el molino de rulos, el desmenuzador o los laminadores deben de ser convenientemente elegidos ycombinados de tal forma que se obtenga el mximo de mejora de la materia prima, mximo que no se debede sobrepasar, pues se obtendra un descenso de calidades como qued dicho anteriormente.


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Entonces, en la actualidad, las operaciones mecanizadas que sustituyen a las anteriores son:

Tamizado:

Para eliminar los granos gruesos haciendo pasar el material por tamices o cribas rotativas.

Lavado:

Mediante corriente de agua aplicada en la criba de tamizar, eliminndose as las sales solubles.

Molido:

Fundamental para reducir a polvo las impurezas de arena y caliza. Se utilizan molinos de rulos (Figura4.5.3.1) o de bolas.

Figura 4.5.3.1.- Molino de rulos

Un efecto mltiple de desmenuzado, aplastado, mezcla, humectacin y amasado se logra por la accin delos dos pesados rulos sobre el material.

Mezclado y amasado:

Para homogeneizar la pasta y darle el grado de humedad adecuado, dejndola lista para el moldeo. Serealiza con mezcladoras-amasadoras de paletas helicoidales llamadas malaxadoras (Figura 4.5.3.2).

Figura 4.5.3.2.- Amasadora de doble eje.


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Las palas de amase que, dispuestas de forma especial, efetan un trabajo de "pala contra pala" muy intensoy eficaz.

Las amasadoras filtro (Figura 4.5.3.3

) se usan adems para retener y separar las races y otras impurezascontenidas en algunas arcillas. El cambio de la reja filtrante se efecta sin parar la produccin.

Figura 4.5.3.3.- Amasadora filtro.

Raspado y laminado:

Operaciones que mejoran la homogeneidad de la pasta. En el primero se hace pasar la pasta por una boquillaranurada formndose virutas y en el segundo por rodillos laminadores (Figura 4.5.3.4) que la desgarranformando lminas. Luego se vuelve a amasar la pasta.

Figura 4.5.3.4.- Laminador.4.5.4.- Moldeo.

Tiene por finalidad dar forma a las piezas a base de deformar plsticamente las pastas. Estas deben tener elgrado de humedad adecuado (entre 5 y 15 %) con suficiente rigidez para no deformarse en fresco y bajacontraccin al secar. El defecto da pastas heterogneas y difciles de moldear y el exceso peligro defisuracin y piezas muy porosas.

Se deben dar dimensiones algo mayores a las de la pieza acabada por su retraccin al evaporar el agua.

Si al moldear el ladrillo queda alguna discontinuidad en su masa, en el secado primero y en la coccindespus, se pondr de manifiesto, con una grieta mas o menos acusada, aunque la discontinuidad no quedaravisible.


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Un moldeo con excesiva agua, dar lugar a un tiempo de secado mayor, y a cambios dimensionalesmayores. Por el contrario si se pretende evitar la retraccin de secado deben emplearse pastas muy secas.

Este problema es digno de prestarle la mxima atencin, para adoptar en cada caso y momento las medidasque cada caso particular requiera.

Sistemas utilizados:

Manual:

En desuso actualmente, slo se aplica en piezas muy especiales y de baja produccin cuando no interesamontar una instalacin mecanizada.

Da piezas porosas por necesitar bastante agua de amasado pero de superficie rugosa de buena adherencia amorteros.

Mecnicos:El moldeo a maquina tiene por principal objeto el conseguir una produccin mayor, con lo que el costeunitario se rebaja considerablemente, mejorando al mismo tiempo la uniformidad en los productos.

Otra de las ventajas del moldeo mecnico es la enorme disminucin de agua en la mezcla y comoconsecuencia de ello, la necesidad de menor espacio, ya que los ladrillos tienen una resistencia en verdemayor y, por tanto, se pueden apilar para su secado que tambin ser menor en tiempo pues la eliminacinde agua tambin es menor.

Como es lgico, la disminucin de agua, tiene un lmite, puesto que las pasta duras, se manejan con

dificultad y se calientan por rozamiento durante el moldeo, su humectacin es irregular, y las maquinas quelas moldean, tienen rendimientos bajos.

Las pastas duras suelen trabajarse con amasadoras verticales, de pequeas dimensiones, pasando acontinuacin a galleteras de impulsin por cilindros.

Para pastas muy duras se utilizan impulsores de pistn, los cuales adaptados tambin a una amasadoravertical, trabajan mejor y fuerzan las pastas hacia las boquillas.

Existen tres formas bsicas:

Por extrusin (Figura 4.5.4.1):

Esta tecnica de conformado se emplea en la fabricacin de productos de seccion constante. Basicamente elproceso de extrusion consiste en forzar el paso, mediante la aplicacin de una presin, de la pasta con unaconsistencia plastica (Elevada viscosidad) a traves de una matriz. Se han desarrollado varios mtodos paraforzar el paso de la pasta a travs del dado: giro de unos rodillos, empuje de un piston o rotacin de unahelice (tornillo de Arqumedes) como se aprecia en la figura 4.5.4.2 Las maquinas extrusoras de tornillo

pueden ser simples o de tornillos gemelos. Por su parte, las maquinas extrusoras de piston , generalmente,tienen una menor contaminacin por desgaste.


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Las mquinas que realizan esta funcin constan de tres partes principales:

- El sistema propulsor, que tiene por objeto el empujar la pasta a traves de la matriz.- La matriz, que depende del tipo de pieza a realizar- La cortadora, que tiene la misin de cortar la columna que sale de la matriz en piezas de longitud

determinada.

El sistema de hlice est especialmente indicado para masas plsticas, el sistema de cilindros , que secompone de dos o tres cilindros laminadores, se utiliza para pastas consistentes y el sistema de pistn, queempuja la pasta a travs de la matriz por medio de un mbolo, se utiliza para pastas muy desgrasantes.

Las pastas deben tener sobre el 14 20 % de humedad para su moldeo. Se obtienen piezas de adecuadacompacidad.

Figura 4.5.4.1.- Metodo de conformado por extrusin.

Figura 4.5.4.2.- Metodos de extruir una pasta ceramica.


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Las extrusoras o galleteras son mquinas cilindricas o troncocnicas con eje de paletas helicoidales queempuja la pasta hasta una boquilla que la moldea de forma continua (Figuras 4.5.4.3 y 4.5.4.4) . Las

boquillas son recambiables para distintos tipos de piezas. En la mquina se hace el vaco para evitar lapresencia de burbujas de aire en la masa, pues stas producen la rotura de las piezas al calentarse en lacoccin.

La prensa de vaco consiste, esencialmente, en hacer pasar la pasta, a travs de un divisor del que sale enforma de fideos, los cuales se hacen pasar por una cmara donde se realiza el vaco hasta un gradodeterminado. Los fideos de arcilla, son de esta manera desairados, y despus se renen otra vez, secomprimen e impulsan hacia la boquilla, de la que salen con una textura homognea, con la humedaduniformemente repartida, sin cavidades, burbujas ni estratificaciones.

El grado de vaco deber estudiarse para cada caso concreto, siendo funcin de las caractersticas de lamquina y de la arcilla a trabajar, de el depende la calidad del producto, siendo, por tanto, indispensable uncontrol constante del mismo.

El vaco reduce el contenido de agua de la pasta, ya que cada fideo sometido a un vaco del 80, 90 95%

cede, en primer lugar, su exceso de humedad con relacin al fideo menos hmedo, es decir la pasta sale dela mquina de vaco ms dura que cuando entr.

El desaireado produce pues grandes ventajas y puede permitir el uso de pastas muy magras, ya que eldesaireado se encargar de hacerlas plsticas, con estas pastas es donde la mquina de vaco est msindicada y es mayor su eficacia y rendimiento.

Los productos cocidos de pastas desaireadas son ms duros, ms impermeables y menos porosos, contextura ms uniforme y compacta que aquellos de pastas ordinarias, lo que hace que su resistencia a lacompresin aumente en un 10%, por lo que se pueden reducir espesores en las paredes de piezas huecas.

La boquilla es el elemento moldeador propiamente dicho. Rara vez se obtiene un buen rendimiento de unaboquilla en el momento de ser instalada, ya que es necesario un perodo de puesta a punto, que requiereexperiencia habilidad y paciencia.

Conseguir el equilibrio de la boquilla, es un problema complicado, por depender de muchas variables, comoson: el sistema de impulsin de la pasta, la consistencia de sta, su contenido en agua, su homogeneidad, laforma y dimensiones de los productos moldeados etc.

Es necesario conseguir que la columna de arcilla, sea homognea en toda la seccin y que la velocidad desalida sea la misma para todos los puntos de la seccin.

Una vez conseguida la columna de arcilla, o varias paralelas hay que proceder a su corte para obtener lasdistintas piezas. Esto se lleva a cabo mediante aparatos denominados cortadores. El corte de la banda de

pasta puede ser longitudinal o transversal. El corte primero se consigue mediante alambres fijos, para elsegundo existen numerosos procedimientos, segn la naturaleza de la pasta y las caractersticas de la pieza aobtener.

Los elementos cortantes de stos aparatos son de acero, que deben de estar muy tensados y poseer unaresistencia mecnica adecuada para evitar su rotura, que conllevara la paralizacin de todo el proceso, lasroturas son ms frecuentes con pastas magras que con pastas grasas.

Las maquinas cortadoras actan y se regulan para que el corte lo efecten en el descenso de los alambres yen el ascenso de los mismos, aprovechando por tanto todo el recorrido en la bajada y en la subida.


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Figura 4.5.4.3.- Extrusionadora o galletera .


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Figura 4.5.4.4.- Extrusionadora o galletera (Fotos).


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El corte se realiza mediante un bastidor con alambre (Figura 4.5.4.5) en movimientos de sube-bajatemporizados.

Figura 4.5.4.5.- Cortadora de alambresPor prensa:

Se utiliza para piezas con relieves y superficies curvas. Se realiza por estampacin de la pasta en un moldede bronce o acero con una estampa que la comprime fuertemente. Se usan pastas muy secas ( alrededor del 5% de H2O) ya que el desmoldeo es inmediato, por lo que no necesitan secado posterior, dando piezas muycompactas, pero con cierta heterogeneidad.

El prensado se lleva a cabo situando la pasta cermica en un molde rgido o flexible y aplicando unapresin elevada para lograr la compactacion. Es deseable que el material sea de elevada fluidez, lo que se

consigue mediante la granulacin de las materias primas, que le da la forma esfrica a las partculas (Figura4.5.4.6).

Figura 4.5.4.6.- Morfologa del polvo obtenido por atomizacinsecado


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Existen dos tipos de prensado: - UNIAXIAL

- ISOSTATICO (Molde flexible)

Las velocidades de produccin dependen de la geometra de la pieza y del tipo de equipamiento utilizado.Componentes de grandes dimensiones o formas complejas, pueden ser producidas a velocidades de 1 a 15

piezas por minuto. Con componentes de dimensiones mas pequeas y ms simples, se alcanzan velocidadesde hasta varias centenas por minuto

La presin aplicada varia en el intervalo de 20 hasta 300 MPa. Las presiones bajas son comunes en laconformacin de piezas fabricadas a partir de materiales arcillosos, mientras que altas presiones sonnecesarias para los materiales ceramicos tecnicos.

El prensado uniaxial tiene por objeto la compactacin del material dentro de un molde rigido aplicando lapresin en una sola direccin por medio de embolo o punzn rigido. Es un procedimiento de elevadacapacidad de produccin y facil de automatizar.

El tipo de prensa y los utiles seleccionados dependen de la dimensin y forma de las piezas a prensar. As,los modos de prensado, clasificados segn el movimiento de los punzones y del molde, pueden verse en latabla 4.5.4.1 . A su vez, en la tabla 4.5.4.2 se dan los tipos de prensas uniaxiales.

Tabla 4.5.4.1.- Modos de prensado

TIPO MOLDE PUNZON SUPERIOR (a) PUNZON INFERIOR (a)

ACCION SIMPLE FIJO MOVIL FIJO

ACCION DOBLE FIJO MOVIL MOVIL

MOLDE FLOTANTE MOVIL MOVIL FIJO

(a) Simple o compuesto

Tabla 4.5.2.2.- Clases de prensas uniaxiales.


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Piezas con un espesor constante y de pequeo valor pueden prensarse adecuadamente con una prensa deaccin simple, en lasque el molde y el punzn inferior permenecen estacionarios y solamente se mueve el

punzn superior.

Si el espesor de las piezas aumenta con el mtodo de la accion simple (Prensado solamente por un lado de lapieza) no se logra una compactacin uniforme de la pieza. Para solucionar el problema anterior se utilizanprensas de doble accin en las que se mueven tanto el punzn superior como el inferior.

Si las piezas presentan una seccin transversal con espesor variable, entonces es necesario usar prensas conun punzn independiente para cada nivel de espesor, que se denominan de doble accin y movimientomltiple, Esto es necesario para lograr una compactacin uniforme en todo el conjunto de la pieza. Esto seilustra en la figura 4.5.4.7 para el caso de un polvo con una relacin de compactacin de 2:1. El punch quedebe compactar la parte de menor espesor debe recorrer una distancia, mientras que el debe compactar la

parte de mayor espesor debe recorrer una distancia A + B, esto no se puede conseguir con un solo punch y,por tanto, son necesarios dos.

En la figura 4.5.4.8 se muestra de forma esquemtica el til necesario para prensar uniformemente una pieza

con tres niveles.

Figura 4.5.4.7.- Esquema ilustrando las diferentes Figura 4.5.4.8.- Representacin esquemticadistancias que debe moverse el punzn para conseguir del til necesario para un

prensadouna compactacin uniforme del polvo cermico. uniaxial en tres niveles.

Las etapas generales en el prensado son:1.- Llenado de molde2.- Compactacin y conformado de la pieza,3.- Extraccin de la pieza

En la figura 4.5.4.9 se muestra de forma esquemtica la secuencia de prensado automatizada de una prensatipica uniaxial de doble accin.

La alimentacin a la cavidad formada por el molde se realiza mediante un mecanismo deslizamiento y sedosifica volumetricamente. Los movimientos del molde y del punzn se coordinan de modo que se induzca

un vaco que ayuda a la deposicin de la pasta en la cavidad del molde. Los punzones inferiores se muevenhacia abajo.


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Los punzones inferiores se posicionan en el cuerpo del molde para formar la cavidad predeterminada(basada en la relacin de compactacin de la pasta) para que contenga el volumen correcto para conseguirlas dimensiones requeridas del producto en verde despus de la compactacin A continuacin, elmecanismo de alimentacin se pone en posicin y llena la cavidad de material.

Una vez realizado el llenado del molde, con la pasta ceramica de elevada fluidez y conteniendo, si esnecesario, los aditivos adecuados, el mecanismo de alimentacin se retira y en su movimiento de retiradaalisa la superficie.

A continuacin, los punzones superiores se mueven hacia abajo entrando en la cavidad y se precomprime lapasta, comenzando el trabajo de compactacin, producindose al mismo tiempo una eliminacin del aire.

Despus, a medida que prosigue el prensado, tanto los punzones superiores como inferiores comprimensimultneamente la pasta cuando se mueven uno hacia el otro de forma independiente y sincronizada a sus

posiciones predeterminadas.

Cuando se ha completado la compactacin, la pieza posee unas tensiones residuales de compresin que la

sujetan en la cavidad del molde.Despus el punzn superior se retira y los inferiores sacan la pieza del molde mediante su empuje quesupera las tensiones residuales de compresin.

Durante la extraccin de la pieza esta incrementa sus dimensiones liberando las tensiones residuales. Eljuego entre el molde y los punzones es de 10 25 m cuando se prensan polvos de tamao de micras y de100 m cuando se prensan partculas granulares. La pared del molde, algunas veces, se puede fabricar concierta divergencia ( < 10 m / cm), con el fin de facilitar la extraccin de la pieza. Por otra parte, las piezas

pueden ser extraidas manteniendo o no contacto con el punzn superior.

En ese momento el mecanismo de alimentacin se mueve a la posicin de llenado empujando a la piezafuera de su posicin encima de los punzones, y comienza de nuevo el ciclo de prensado.

El ciclo descrito se repite de 6 a 100 veces por minuto, dependiendo del tipo de prensa y de la forma de lapieza a fabricar. La capacidad de produccin oscila entre 1 y 20 toneladas, pudiendo alcanzarse las 100toneladas.

Figura 4.5.4.9.- Esquema de trabajo del prensado uniaxial automatizado.


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Sin embargo, el equipo ms comnmente utilizado, particularmente en las ceramicas tecnicas, es la prensacon molde flotante (Figura 4.5.4.10). En este tipo de prensa el movimiento, en funcin del tiempo, de los

punzones y del molde esta sincronizado como se muestra en la figura 4.5.4.11. Las lineas de rayas indican elmovimiento de los componentes de la prensa.

Figura 4.5.4.10.- Ciclo de prensado para una prensa de molde flotante.


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Figura 4.5.4.11.- Movimiento sincronizado de los punzones y del molde durante un ciclo deprensado usando una prensa de molde flotante.

La mayoria de las prensas uniaxiales son de dos tipos:1.- Mecanicas

2.- Hidraulicas.

Las prensas de tipo mecanico tienen una alta capacidad de produccin y son faciles de automatizar. Por suparte, las prensas hidraulicas transmiten la presin a traves de un fluido y pueden ser muy grandes, perotiene un ciclo de trabajo mucho ms bajo que las mecanicas.

En la figura 4.5.4.12 puede verse el esquema de una prensa oleodinmica y sus partes esenciales. Realizanel movimiento del pistn contra la matriz por medio de la compresin del aceite.

Las prensas oleodinmicas presentan una serie de caracteristicas como son: Elevada fuerza decompactacin, alta productividad, facilidad de regulacin, posibilidad de preseleccin del nmero de ciclos

y constancia en el tiempo del ciclo de prensado preestablecido.

Las prensas oleodinmicas estn constituidas por la prensa propiamente dicha, la centralita oleodinmica yel equipo electrnico de automatismo.

La relacin de compactacin se define como:

LLENADO PRENSADO

PRENSADO LLENADO

V DCR

V D= =

En el prensado una relacin de compactacin baja reducira el desplazamiento del punzn y la cantidad de

aire comprimido en la pieza compactada. Es deseable un valor de CR menor de 2. Materiales conteniendogranulos deformables y partculas fragiles y una alta densidad de llenado aseguran un valor bajo de larelacin de compactacin.


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Figura 4.5.4.12.- .Esquema de una prensa oleodinarnica y sus partes esenciales.

2.- Estructura 14.- Cierre mecnico3.- Traversa mvil 15.- Amortizacion a muelle4.- Traversa fija

Cilindro oleodinamico 16.- Freno mecanicoPiston oleodinamico 17.- Central oleodinamica

5.- Deposito de prellenado 18.- Conduccin oleodinamican derecha6.- Valvula de prellenado7.- Multiplicador 19.- Conduccin oleodinnica izquierda8.- Carro: soporte del polvo9.- Carro 20.- Cableado derecho10.- Carro: Motoreductor 21.- Cableado izquierdo11.- Carro: Cepillo del molde 22.- Bomba12.- Carro: Rascador del molde 23.- Automatismo13.- Extractor oleodinamico 24.- Cabina de mando de motor

En la figura 4.5.4.13 puede verse el esquema de una prensa oleodinmica para la fabricacin de baldosascermicas.


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Figura 4.5.4.13.- .Prensa oleodinrnica para la fabricacion de baldosas cermicas.


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Por colada:

El colado es un proceso que permite conseguir la formacin de piezas cermicas empleando pastas enestado barbotina. Este mtodo se emplea para formar objetos que carecen de superficie de revolucin.Dentro de este mtodo existen dos procedimientos, el de colada hueca y el de colada maciza. El

primero sirve para formar paredes delgadas y uniformes y el segundo para formar gruesas eirregulares.

La barbotina para el colado debe tener una cantidad mnima de agua y una fluidez elevada, que seobtiene mediante la adicin de reactivos especiales convenientemente dosificados.

El proceso consiste esencialmente en lo siguiente: La barbotina se introduce en un molde de yeso,que absorbe una cantidad de agua considerable y provoca el endurecimiento de la pasta que esta encontacto con el molde de yeso.

Los reactivos que reducen la viscosidad de la barbotina se denominan defloculantes, de los que losms comunmente empleados son el carbonato sdico, el silicato sdico y sus mezclas Estos

defloculantes al conseguir reducir la viscosidad de la barbotina, a niveles que llegan a ser hasta del30 % de agua permiten un aprovechamiento o mayor de los moldes de escayola, una contraccin desecado menor y tiempos de colado menor ( Tienen que absorber menos agua para que endurezca la

pasta que esta en contacto con la pared del molde. Los controles mnimos a efectuar en una barbotinade colada son la densidad y la viscosidad.

El colado presenta la ventaja con respecto a otros procedimientos de formacin de piezas de que sepueden obtener piezas con formas verdaderamente complejas.

Las barbotinas se preparan tratando la pasta, en plstico o en seco. En plstico proviene de un filtroprensa y se utiliza en fbricas de porcelana de vajillas, de gres y de loza. En seco, la pasta molida se

introduce en un desleidor con el defloculante y la cantidad de agua correspondiente y se utiliza enfbricas de porcelana sanitaria y de refractarios.

La operacin de colado puede efectuarse de dos maneras, al vaco (con un solo molde, figura 4.5.4.14.a)o entre dos moldes (figuras 4.5.4.14.b y 4.5.4.14.c ).

(a) (b) (c)

Figura 4.5.4.14.- Maneras de efectuar la operacin de colado: (a).- Colado a vaco(b).- Colada superpuesta con inyeccin (c).- Colado a presin

El colado al vaco se realiza introduciendo la barbotina en un molde de yeso seco, con lo que se forma porabsorcin del agua de la barbotina una capa de un espesor determinado, dependiendo del tiempo que estala barbotina en el molde, de la densidad de la barbotina, de las caractersticas del molde y del grado de

plasticidad de la pasta.


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El, colado entre dos moldes de yeso se realiza introduciendo la barbotina entre las diversas partes deun mismo molde, de modo que llene el espacio interior completamente. La contraccin de secado de la

pieza permite separarla del molde con facilidad.

4.5.5.- Secado.

Es un proceso fsico basado en la posibilidad de regular el contenido de agua en las arcillas, sin que seproduzcan variaciones qumicas en su composicin.

Por calor, a baja temperatura, se elimina de forma gradual el agua intersticial y parte de la de plasticidadhasta reducir el contenido a un 5 % con fuerte retraccin, que puede producir fisuras en las piezas, por loque debe ser un proceso gradual.

La aplicacin de energa calorfica a una masa arcillosa, el agua que sta contiene sale a la superficie y seevapora.

Segn Bourry, durante la eliminacin del agua se observa que:* La pasta disminuye de volumen, proporcionalmente al agua eliminada.* Comienzan a formarse huecos y la pasta sigue contrayndose.* El volumen deja de disminuir, y los huecos que se producen son proporcionales al agua eliminada.

En efecto, si tenemos una arcilla plstica formada por una mezcla muy ntima de partculas de arcillafinamente divididas y agua, esta arcilla debe su plasticidad a que, cuando se molde, las partculas estnseparadas por pelculas de agua de modo que podan deslizarse una sobre otra. Cuando el agua se elimina

por evaporacin, las partculas se aproximan al hacerse ms delgadas las pelculas y la arcilla se contrae. Elcambio de volumen de la arcilla es exactamente igual al agua perdida, y tiene lugar hasta que las partculas

llegan a ponerse en contacto unas con otras.

Los efectos son una prdida de volumen y peso por la evaporacin del agua, color ms claro y adquisicinde rigidez y cierta resistencia mecnica en las piezas.

El mecanismo de eliminacin del agua es complicado. Desde que el ladrillo se encuentra en contacto con elaire tiene lugar la evaporacin en las superficies y la concentracin de agua disminuye en ellas. Entonces ladiferencia de concentracin ser el motor que empuje al agua del interior al exterior, para reemplazar elagua perdida por evaporacin. Estos dos procesos, la evaporacin en la superficie y la difusin a travs delladrillo, se realizan simultneamente hasta que se interrumpa el secado o hasta el final del mismo.

La retraccin de la superficie es debida a la evaporacin del agua, que la somete a una tensin elevada dadala naturaleza incompresible del interior, an mojado. Como queda dicho, si la retraccin de la superficie esexcesiva se originan grietas, y con objeto de evitarlas es necesario que no se produzca un gradiente dehumedad demasiado elevado, para lo cual hay que conseguir una velocidad de difusin lo ms elevada

posible y regular la velocidad de evaporacin en la superficie en relacin con la velocidad de difusin delagua.

Un slido en contacto con un gas, presenta en su superficie una pelcula relativamente estacionaria de estegas, la cual sirve de capa aislante entre el gas y el slido. Esta pelcula es relativamente gruesa cuando lavelocidad del gas es pequea. Si sta velocidad crece, el espesor de la pelcula disminuye rpidamente, perosin llegar nunca a desaparecer.

El fenmeno de la evaporacin en la superficie, es una difusin del agua al aire circundante, a travs de lapelcula de aire que se forma alrededor de la partcula de arcilla.


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La capa interior de la pelcula, es decir, la que est en contacto con la superficie de los ladrillos, se mantienesaturada de humedad. El aire circundante no lo est: esto quiere decir que hay un gradiente de tensin delvapor de agua a travs de la pelcula estacionaria y, debido a el, el vapor de agua se difunde en la atmsferaexterior.

La velocidad de difusin del vapor de agua a travs de la pelcula, es directamente proporcional a lasuperficie del ladrillo, inversamente proporcional al espesor de la pelcula y directamente proporcional a ladiferencia entre la tensin del vapor a la temperatura de la superficie interior de la pelcula y la tensin

parcial del vapor de agua en el aire ambiente.

Como se dijo antes, es necesario aportar una determinada cantidad de calor para que el fenmeno no seinterrumpa. Este calor provendr del aire ambiente y se transmitir por conduccin a travs de la pelcula.

Como la mayora de los lquidos y los gases son malos conductores del calor, no es raro encontrar una granresistencia a la transmisin del calor entre la superficie de contacto entre un fluido y un slido, acompaadade una fuerte cada de temperatura en este punto.

Por eso, durante el secado, la superficie de los ladrillos est fra y permanece fra hasta la evaporacincompleta del agua.

Secaderos.

Antiguamente se realizaba al aire apilando las piezas o en locales cerrados ventilados.

Existen numerosos tipos de secaderos, entre l podemos distinguir:

* Secaderos naturales.

* Secaderos artificiales.* Fuentes de calor.* Secaderos de cmara.* Secaderos tnel.

Los actuales procedimientos industriales son los de secaderos de cmaras o las estufas tneles (Figura4.5.5.1) a base de vagonetas que circulan en contra de una corriente de aire caliente que viene del horno.


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(a)

(b)

Figura 4.5.5.1.- Secadero tnel (a).- Vista lateral (b).- Vista superior4.5.6.- Coccin.

La razn de ser de la cermica, as como su importancia econmica, se basan en el hecho de que la coccinde las pastas previamente moldeadas provoca una modificacin fundamental en sus propiedades, dandolugar a un material duro de consistencia ptrea e inalterabilidad de forma, elevndose su dureza y resistencia

mecnica, resistente al agua y a los productos qumicos y que posee, adems, caractersticas excelentes ymuy diversificadas.

La coccin de los productos cermicos constituye, en consecuencia, la etapa ms importante del proceso defabricacin. En efecto, en esta fase se pone de manifiesto si las operaciones o etapas de fabricacinanteriores se han desarrollado convenientemente y si el producto cocido ha adquirido las propiedades y ca-ractersticas deseadas fijadas por las normas nacionales o internacionales.

En la industria cermica, se entiende por coccin el proceso fsico - qumico de calentamiento, de acuerdocon un plan preestablecido, de las piezas crudas moldeadas, seguido de un enfriamiento segn un plan igual-mente bien definido. En l las arcillas se transforman en silicatos de aluminio cristalinos sin hidratar.

No se conoce exactamente la influencia de algunos factores que intervienen en la coccin, no bastando conelevar la temperatura, pues cada tipo de producto necesita una determinada en funcin de su composicinqumica, sus dimensiones y sobre todo del espesor.


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Si la coccin se hace lentamente, se mejora la calidad, pero con ello aumentan los costos. Industrialmente seestudian las curvas de temperatura-tiempo de cada horno para conseguir el equilibrio del sistema.

Mediante el aporte de calor se produce un proceso de transformaciones fsico-qumicas que modifican laestructura qumica y cristalina de las arcillas de forma irreversible, adquiriendo consistencia ptrea yobtenindose finalmente los productos cermicos.

Adems de las transformaciones permanentes que experimentan las materias primas durante la coccin, quesern estudiadas a continuacin, las piezas sufren igualmente un cierto nmero de modificacionestemporales, entre las que cabe destacar la dilatacin que experimentan como consecuencia delcalentamiento. Tambin es importante tener en cuenta que las piezas cocidas an calientes actan, duranteun cierto tiempo, como acumuladores de calor.

Durante el proceso, se genera una movilidad atmica que conduce a la unin de las partculas y a ladisminucin de la porosidad. La variacin de dimensiones que se produce modifica la porosidad,

dependiendo del proceso de fabricacin y del grado de coccin. Si las variaciones de volumen no seproducen de modo regular durante el proceso de coccin, las piezas presentarn falta de uniformidad ytensiones. Es necesario, pues, controlar la velocidad de coccin ya que una contraccin rpida puede llevar atensiones y provocar la rotura.

En la coccin de productos cermicos preparados con materias primas arcillosas, es importante considerar elintervalo de coccin, es decir, el rango de temperatura entre el inicio de la vitrificacin (formacin de fasevtrea) y el inicio de la deformacin. Este intervalo depende de las caractersticas de la pasta y debe ser loms amplio posible, debiendo estar la temperatura ptima de coccin dentro de dicho intervalo, nodemasiado cerca del inicio de la vitrificacin para que el material no sea demasiado poroso, y no demasiadocerca del inicio de la deformacin para que la pieza no quede deformada.

Con un intervalo de coccin demasiado corto, cualquier pequea diferencia de temperatura del horno haceque el producto pase de poco a demasiado cocido.

Otro factor importante es el tiempo de coccin a la mxima temperatura, que depende de las dimensionesdel producto ya que es necesario un tiempo que permita que las partes centrales del producto alcancen latemperatura requerida.

Otras condiciones para una buena coccin son:

(1).- Uniformidad de la temperatura en el horno lo ms perfecta posible, evitando el contacto directo de la

llama con el producto cermico.

(2).- Control de la curva de coccin (Figura 4.5.6.1) incluso durante el calentamiento y enfriamiento, ya quepueden presentarse tensiones que produzcan roturas.

(3).- Atmsfera del horno controlada.

La cuestin es ms complicada para las piezas gruesas, puesto que la superficie se calienta ms rpidamenteque el interior, y de este gradiente de temperatura resulta una contraccin exterior ms rpida, que puedetener como resultado la fisuracin del producto. Es esencial que la diferencia de temperatura entre el ncleoy la superficie de la pieza, en el momento del paso por los puntos crticos resulte pequea para que loscambios dimensionales que experimente el material en las citadas zonas sea lo ms parecido posible.Entonces, la curva de coccin deber de establecerse en funcin de las caractersticas de los materialesatendiendo a su forma.


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La coccin puede considerarse como la fase ms delicada de todo el proceso de fabricacin cermica,porque un gran nmero de defectos del producto cermico se manifiestan despus de la misma, aunque suorigen est en una etapa anterior del proceso de fabricacin.

Figura 4.5.6.1.- Ciclo de coccin en un horno tnel.

Transformaciones que tienen lugar durante la coccin.

Durante la operacin de coccin intervienen tres factores fundamentales: temperatura, tiempo y atmsferadel horno.

Los fenmenos que se desarrollan durante la coccin pueden clasificarse en fenmenos fsicos y fenmenosqumicos.

Los fenmenos fsicos se manifiestan en todos los materiales crudos o cocidos y pueden citarse la dilatacintrmica, las transformaciones alotrpicas, la densificacin, la fusin de ciertos constituyentes, etc.

La dilatacin trmica es un efecto de la elevacin de la temperatura y se manifiesta de modo que el volumenaumenta en ausencia de transformaciones que modifiquen la naturaleza del material. En el caso general, ladilatacion es isotrpica.

Las transformaciones alotrpicas son propias de las fases cristalinas y pueden producir grandesperturbaciones en el material. As, por ejemplo, el cuarzo presenta una transformacin a los 573 C.Esta transformacin va acompaada de una variacin de volumen del 0.8 %. Este fenmeno es necesarioconsiderarlo en productos crudos o cocidos que presenten cuarzo libre.

A ms alta temperatura, a partir de los 920 C y bajo la accin de mineralizadores, el cuarzo - dacristobalita - con un aumento de volumen del 14.3 %.


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En los productos cocidos, la cristobalita se transforma reversiblemente en la variedad , entre 240 y 170 C,con una variacin de volumen comprendida entre el 3 y el 7%. De estas transformaciones se deriva la bajaresistencia al choque trmico de los productos refractarios a base de slice.

Entre los fenmenos qumicos que se pueden produ

materiales petreos artificiales

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