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ESTUDIO DE CARACTERIZACION

TECNOLOGICA DE MATERI9AS PRIMAS,

PRODUCTO TERMINADO Y DESARROLLO DE

NUEVAS MEZCLAS EN NICARAGUA

ELABORADO POR:

Químico MSc:

Camilo Quintero

MINTEC CERAMIC LTDA

Nicaragua, 15 de Julio de 2013

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INDICE Pag.

Explotación y preparación de la materia prima……..………………………..……. 3

Análisis tecnológico y de materias primas………………………………….….…… 5

Granulometría y textura……………………………………………………….……… 6

Prueba de HCl………………………………………………………………………… 13

Prueba de sulfatos…………………………………………………………….……. 14

Límite plástico…………………………………………………………………..……. 14

Contracción de secado…………………………………………………………..…. 14

Absorción de agua…………………………………………………………………… 17

Pérdidas por calcinación……………………….………………………………….... 18

Análisis químico ……………………………………………………………………… 22

Desarrollo Nuevas Pastas……………………………………..……………………. 28

Evaluación producto terminado…………………………………………………….. 38

Conclusiones y recomendaciones…………………………………………………. 43

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INFORME FINAL

“Resultados Caracterización Tecnológica de Materias Primas

Nicaragua y Desarrollo de Nuevas Alternativas de Pastas de

Producción”

La caracterización tecnológica de materias primas es de vital importancia para predecir el comportamiento de las mismas en el proceso productivo y de esta forma poder obtener los resultados de eficiencia y calidad requeridos por el empresario y por el cliente final. A continuación de describen los resultados obtenidos en el muestreo y a nivel de laboratorio para las empresas visitadas en Nicaragua.

1. Explotación y preparación de la materia prima.

En la industria de la construcción en Nicaragua no se usan los productos de arcilla como como materiales principales para el desarrollo de proyectos tanto de vivienda como de desarrollo industrial. En la actualidad los fabricantes de productos cerámicos no tienen un buen nivel técnico en sus empresas, lo que llevado a que cada vez más los productos de concreto desplacen los productos de arcilla y esto lleva a que los productores estén en condiciones difíciles para el funcionamiento y mantenimiento de sus empresas. De destacan las siguientes características en las explotaciones:

La mayoría de empresas tienen terrenos propios lo que es una gran limitante para NO

asegurar la calidad en el tiempo del producto final. Las empresas que no tienen mina propia compran arcillas de diferentes frentes de explotación, lo que genera constantes variaciones en el producto terminado.

A excepción de la Planta El San Pablo, ninguna de las empresas evaluadas retiran el

material vegetal denominado Horizonte A (descapote) lo que ve reflejado en la mala calidad

(el material vegetal al quemarse genera orificios y espacios superficial del producto terminado

vacíos que afectan la resistencia mecánica del producto final y sus características estéticas).

Las explotaciones son realizadas poca profundidad (< 60 cm), esto afecta de manera

ostensible la calidad de las materias primas explotadas ya que a poca profundidad se tiene mayor cantidad de material vegetal.

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Las materias primas se explotan para hacer un consumo casi inmediato por lo que NO

de las mismas. Se debe recordar que el añejamiento en las materias se hace añejamiento

primas es de vital importancia para mejorar la calidad del producto terminado, ya que las arcillas liberan gases y mejoran su plasticidad durante este periodo de tiempo.

En ninguna de las empresas evaluadas se hace la explotación con retro excavadora

por lo que el rendimiento en la explotación es muy bajo y la homogeneidad de la explotación no es la mejor.

En de las empresas evaluadas se realiza procesos de de ninguna molienda y tamizado

las materias primas originando problemas de calidad en el producto final.

Se debe recordar que los granos gruesos de arena son generadores de grietas tanto en el secado como en la cocción, además de esto los granos de arena no reaccionan con la temperatura por lo que bajan la resistencia mecánica del material y elevan la absorción de agua. Además de esto en la ciencia cerámica las reacciones se facilitan cuando el tamaño de partícula es pequeño, esto es, cuando se ha molido la materia prima.

En solo una de las plantas evaluadas (San Pablo) se tiene una fórmula de pasta de

lo que ayuda a que las variables de proceso y las del producto producción establecida

terminado no cambien entre bache y bache de producción.

En más del 90% de las plantas evaluadas se usa aserrín y excremento de animales

. Esta es una práctica que para mezclarlo las materias primas de la pasta de producción

genera defectos internos y externos en el producto terminado haciendo que se suba la absorción de agua y se baje la resistencia mecánica, además de generar un aspecto superficial poco atractivo.

La homogenización y mezclado de las materias primas que componen la pasta de

producción es muy poca lo que puede generar grandes variaciones en las condiciones de proceso y del producto terminado.

La mayoría de productores secan los productos directamente al sol, generando de esta

forma grietas en el producto terminado.

En todas las plantas visitadas existe luz eléctrica domiciliaria, pero en más del 90% no

existe la infraestructura adecuada para el desarrollo industrial, esto es, transformadores, tensión a 220 V o 440 V, etc.

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2. Análisis tecnológico de materias primas y pastas de producción.

En la Figura 1 se describe el procedimiento usado para realizar la caracterización de las materias primas y de las pastas actuales de producción.

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Los siguientes son los procedimientos llevados a cabo y las normas sobre las que se basa cada procedimiento.

: Siguiendo la Norma ASTM C371-89 “Standard Determinación del Residuo sobre Tamiz

Method for Wire-cloth Sieve Analysis of Nonplastic Ceramic Powders” y la Norma ASTM C325-81 “Standard Method for Wet Sieve Analysis of Ceramic Whiteware Clays”.

: Siguiendo el procedimiento para la determinación Determinación de Textura por Hidrometría

estándar del tamaño de partícula en suelos según la Norma ASTM D422.

Siguiendo Determinación de la Contracción de Secado y la Contracción de Cocido:

procedimientos del “Manual para el Control de Calidad de Materias Primas Arcillosas. Instituto de Tecnología Cerámica, Castellón, España. 2004”.

: Siguiendo la Norma Técnica Colombiana NTC 4017 Determinación de la Absorción de Agua

“Métodos para Muestreo y Ensayos de Unidades de Mampostería y otros productos de Arcilla”, la Norma Técnica Colombiana NTC 4321 “Baldosas Cerámicas. Pruebas y Ensayos” y la Norma Europea EN ISO 10545-3 AENOR “Baldosas Cerámicas. Parte 3: Determinación de la Absorción de Agua, la Porosidad Abierta y la Densidad Aparente”.

: Siguiendo procedimientos del “Manual para el Determinación de las Pérdidas por Calcinación

Control de Calidad de Materias Primas Arcillosas. Instituto de Tecnología Cerámica, Castellón, España. 2004”. Los resultados de cada planta se muestran en el Anexo 1.

2.1 Granulometría y texturas

En las Tablas 1 y 2 y las Figuras 2 y 3 se muestran los resultados obtenidos para las

empresas evaluadas.

La prueba de granulometría es útil (complementaria con la textura) para conocer los

porcentajes de arenas presentes en las muestras y de esta inferir determinar de manera

rápida muchos de los comportamientos en las diferentes etapas del proceso.

Se debe recordar que un elevado porcentaje de arena es un indicativo de que las arcillas

necesitan mayor temperatura para poder cerrar los poros en la cocción por ende a bajas

temperaturas de cocción darán altas absorciones de agua y bajas resistencia en cocido.

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Como resumen se tiene que el porcentaje de arena afecta el proceso cerámico de la siguiente

forma:

A mayor porcentaje de arena menor contracción de secado.

A mayor porcentaje de arena menor dureza de extrusión.

A mayor porcentaje de arena menor resistencia en seco.

A mayor porcentaje de arena menor contracción en cocido.

A mayor porcentaje de arena mayor absorción de agua.

A mayor porcentaje de arena menor resistencia a la compresión.

De los resultados encontrados para el residuo se puede concluir:

Las contienen arcillas amarillas porcentajes de arena superiores al 30% pudiendo llegar en

. Los elevados porcentajes de arena predicen que son materiales algunos casos hasta el 60%

de baja compactación, baja plasticidad, que no deben usarse solos como una pasta de

producción por que tendrán baja resistencia en seco y en cocido y alta absorción de agua.

Algunos de estos materiales tienen granos gruesos de cuarzo y deberían ser molidos y/o

tamizados para que no deterioren las propiedades técnicas y estéticas del producto final.

Las contienen lo que predice arcillas negras porcentajes de arena entre el 15% y el 40%

que son materiales plásticos, que deben proporcionan buena compactación, que no deben

usarse solos como una pasta de producción por que tendrán altas contracciones de secado,

riesgos de fisuras y largos tiempos de secado.

8

Tabla 1. Residuos y textura “Plantas Nicaragua”.

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Figura 2. Diagrama de Winkler “Plantas Nicaragua”

Muestra Icono

Rodolfo Varela

Tierra Amarilla

Rodolfo Varela

Tierra Negra

Don Eladio Pasta

Producción

Don Eladio Tierra

Negra

Florentinos Pasta

Producción

Florentinos Tierra

Amarilla

Florentinos Tierra

Negra

El Gallo Pasta

Producción

El Gallo Tierra

Amarilla

El Gallo Tierra

Negra

Don Eladio Tierra

Amarilla

Rodolfo Varela

Pasta Producción

10

Tabla 2. Residuos y textura “Plantas Nicaragua”.

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Figura 3. Diagrama de Winkler “Plantas Nicaragua”

12

Las contienen pastas de producción porcentajes de arena que oscilan entre el 25% y el

; los porcentajes de arena idóneos para la fabricación de productos 40% en algunas plantas

cerámicos extruidos oscilan entre el 16% y un máximo de 35%.

Es de resaltar que en algunos casos las materias primas individuales son muy arenosas y la

pasta de producción tomada tiene poca arena, esto denota que en el proceso productivo hay

una mala homogenización y existen baches muy arenosos y otros baches muy arcillosos.

Se puede concluir que de las materias primas usadas en Nicaragua, las arcillas amarillas

son más arenosas que las arcillas negras y se debe buscar una mezcla en las que los

porcentajes de arena estén entre el 16 y un máximo del 35% hasta donde las materias

primas y las reservas lo permitan. La ubicación ideal debería estar dentro del sub-triángulo

verde que está en el Diagrama de Winkler.

De los resultados de los análisis de textura se tiene lo siguiente:

Las se clasifican como suelos “ con tierras amarillas francos” y “franco-arenosos”

porcentajes de arena que están entre el 30% y el 60% y porcentajes de arcilla que no superan

el 30%; estos valores ratifican que estas materias primas no pueden usarse como único

componente en las pastas de producción.

Las se clasifican como suelos con porcentajes arcillas negras “francos” y “franco-arcillosos”

de arcilla superiores al 35% llegando en algunos casos al 45%.

Las arcillas negras deben usarse dentro de la formulación de la pasta como componente

mayoritario para lograr una buena gresificación (buena resistencia mecánica en cocido y baja

porosidad) sin exceder límites que comprometan la calidad del producto en el proceso de

. secado

13

Se debe resaltar que algunas arcillas negras NO tienen la cantidad de arcilla suficiente y esto

puede ser una limitante en el momento de conformar por extrusión, por lo que se requeriría tener

cañones de extrusión más largos y en forma de cono para ayudar a compactar la arcilla.

Las tienen grandes variaciones y ello es reflejo de la falta de pastas de producción

conocimiento de las materias primas individuales y de su forma de mezclarlas.

Las pastas de producción deberían estar ubicadas en el grupo 3 o grupo 4 del triángulo de

Winkler con porcentajes de arcilla entre el 35% y el 50% y con porcentajes de arena entre el

15% y el 35%, ideal estar en el sub-triángulo verde del Diagrama de Winkler.

Teniendo en cuenta estas premisas se puede concluir que las pastas de producción de Don

Eladio y Rodolfo Varela son las mejores pastas de producción y están dentro de los límites

recomendados por Winkler.

Las otras empresas aunque tienen materias primas aceptables (con bajos porcentajes de

arcilla) formulan mal sus pastas y están fuera de los rangos recomendables.

Se concluye que desde el punto de vista de tamaño de partícula con las materias primas

existentes en las diferentes plantas es posible diseñar nuevas pastas para de esta forma tener

, pastas de producción con las que se tengan las calidades requeridas por el consumidor pero

se debe recalcar que las materias primas tienen bajos porcentajes de arcilla lo que puede ser

. una limitante a la hora de conformar por extrusión

2.2 Prueba al ataque por HCl

La prueba de ataque con ácido clorhídrico diluido HCl es negativa para las pastas de

producción y para las materias primas individuales, lo que descarta la presencia de

carbonatos y de defectos tipo caliche en el producto terminado.

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2.3 Prueba Cualitativa de Sulfatos

La prueba de sulfatos tiene como objetivo evaluar la presencia de sulfatos para determinar si

existirán eflorescencias en el producto terminado (manchas blancas en el producto

terminado).

En ninguna de las materias primas ni en las pastas de producción se observa la presencia de

sulfatos, lo que garantiza que nos e presentaran eflorecencias en el producto terminado.

2.4 Agua de extrusión (Límite Plástico LP)

La plasticidad fue determinada como el límite plástico y este representa la cantidad mínima

de agua necesaria para que una materia prima pueda formar un cilindro de 3mm de diámetro

sin romperse.

Todas las muestras presentan porcentajes de agua de plasticidad dentro de los rangos

normales usados en materias primas para la fabricación de productos de gres (rangos

normales de agua de extrusión para pastas extruidas a mano están entre 18 y 30%).

2.5 Contracción de Secado

Las probetas fueron conformadas en gaberas metálicas en forma manual usando el

porcentaje de agua de plasticidad encontrado en el numeral 2.4.

Contracciones normales para una arcilla conformada manualmente no deben ser

superiores al 10 % para que no se presenten problemas de fisuras y deformaciones en

esta parte del proceso.

En la Gráfica 1 se observa que ninguna de las muestras presentan contracciones de secado

superiores al 10% lo que asegura que no haya tendencia a las fisuras ni deformaciones.

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Las arcillas que mayores contracciones tienen son la Arcilla Negra de Los Florentinos

. (9,07%) y la Arcilla Negra de Yalaguina (9,09%)

Con el conformado con extrusora las contracciones deben ser menores ya que la máquina

. ejerce una mayor compresión y se requiere menor agua de extrusión

Las más bajas contracciones la tienen la Planta de Don Eladio, la Planta de Rodolfo

Varela y la Planta San Pablo.

2.6 Contracción de Cocido

Aunque inicialmente fue acordado hacer una quema a una sola temperatura, se decidió hacer

quemas a dos temperaturas para de esta forma evaluar de forma más completa el

. comportamiento de las materia primas

La curva de cocción fue realizada a dos temperaturas (950°C y 1050°C) con un tiempo de

mesa representativo de varios tipos de horno (120 minutos).

Contracciones normales para arcillas usadas para la fabricación de producto por

extrusión no deben superar el 2,0% a temperaturas no mayores a 970°C y a 1050°C no

deben ser mayores al 4%.

En la gráfica 2 se puede observar que bajo las condiciones de ensayo hasta 950°C los

materiales de tienen contracciones El Gallo, Los Florentino, San Pablo y COOPALEVE

superiores al 2%, lo que podría generar problemas de fisuras y deformaciones en la cocción,

además de esto controlar los tamaños del producto final resulta muy difícil.

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Gráfica 1. Contracción de Secado de Materias Primas y Pastas de Producción.

Máxima contracción de secado recomendada

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El resto de arcillas tiene una contracción de cocido que está dentro de los límites recomendados

para esta temperatura de cocción.

A 1050°C las tienen contracciones superiores al 4%, Arcillas Negras de El Gallo y Los Florentino

lo que podría generar problemas de fisuras y deformaciones en la cocción, además de esto

controlar los tamaños del producto final resulta muy difícil.

Se observa un fenómeno que no es muy común y es que a pesar de no existir elevados

porcentajes de arcillas (no mayores al 45%) si existen grandes contracciones en cocido y esto muy

seguramente debe estar relacionado con el hecho de que se trata de suelos provenientes der

rocas volcánicas que tiene elementos fundentes en su composición.

Las se Arcilla Amarilla de Rodolfo Varela y la Arcilla negra y Pasta de producción de Yalaguina

deforman a 1050°C lo que es una limitante en la formulación de las pastas de producción si se

quieren obtener productos que requieran altas temperaturas como tejas, pisos, adoquines de

tráfico vehicular entre otros.

El resto de arcillas tiene contracciones inferiores al 4% por lo que no se esperas que se tengan

mayores problemas en el producto terminado.

2.7 Absorción de Agua

La absorción de agua es una de las variables más importantes al momento de evaluar una

materia prima arcillosa para uso cerámico, ya que las normas de producto terminado están

creadas en base a este valor y a la resistencia mecánica del producto final.

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Gráfica 2. Contracción de Cocido a 950°C de Materias Primas y Pastas de Producción.

Máxima contracción de cocido recomendada a

950°C

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Gráfica 3. Contracción de Cocido a 1050°C de Materias Primas y Pastas de Producción.

Máxima contracción de cocido recomendada a

1050°C

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“Se puede afirmar que una buena arcilla para ser usada en la producción de productos

de gres es aquella que a relativamente bajas temperaturas, esto es, entre 950ºC y

1050ºC, presenta valores de absorción de agua que cumplen con la norma de producto

terminado que se quiere producir”.

La absorción de agua de productos como ladrillos macizos y los bloques de perforación

vertical, se rige por la norma ASTM C67 y exige un máximo de absorción de agua del 16%.

En la Gráfica 4 se muestran los resultados obtenidos a 950°C para las materias primas y

pastas de producción de las plantas evaluadas.

A 950°C , el resto de materias los únicos materiales que cumplen son los de Rodolfo Varela

primas y pastas de producción tienen porcentajes de absorción de agua que están alrededor

del 22% -Gráfica 5-, lo que nos lleva a concluir que estas arcillas necesitan una alta

temperatura para gresificar (para cerrar los poros), hecho que resulta en otra limitante para la

producción.

Es posible que las altas absorciones puedan ser debidas al hecho de que casi todos los

productores adicionan aserrín y excremento animal que al quemarse dejan poros en el interior

. del material y que con las condiciones de quema resulta muy difícil cerrarlos

A 1050°C la única arcilla que logra bajar absorción de agua es la de Yalaguina, el resto de

. materiales sigue con la misma porosidad

De los anteriores resultados podemos concluir que para poder cumplir con lo exigido

por la norma técnica, es necesario no introducir el material orgánico en las materias

primas y no adicionar aserrín ni excremento animal a las pastas de producción para

bajar la absorción de agua.

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Gráfica 5. Absorción de Agua a 950°C de Materias Primas y Pastas de Producción.

Máxima absorción de agua permitida.

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La temperatura recomendada debe ser de 1000°C a 1020°C con tiempos de

permanencia mayores a 60 minutos para de esta forma asegurar que se logra una

buena gresificación.

2.8 Pérdidas por Calcinación

Las pérdidas por calcinación son un indicativo de la cantidad de materia orgánica que

presentan las materias primas y las pastas de producción dentro de su composición.

Cantidades superiores al 8% de pérdidas por calcinación implican que la cocción debe

hacerse de forma lenta ya que de no ser así el producto puede fisurarse o estallarse en el

. horno si la velocidad de cocción es demasiado alta

La Gráfica 7 nos muestra que las pérdidas por calcinación de la gran mayoría de las

muestras son superiores al 8% hecho que ratifica que la adición de material orgánico afecta

esta propiedad.

Con la forma de producción actual es necesario hacer cocciones lentas para evitar material

fisurado o estallado y ello lleva a mayores tiempos de producción elevadas porosidades. En el

informe final se evaluará si ello afecta la resistencia mecánica del producto terminado.

3. Análisis Químico por fluorescencia de rayos X FRX.

Los análisis químicos son de gran utilidad para conocer si en la arcilla se presentan elementos

anómalos a su composición y de esta forma nos permitan predecir el comportamiento de

estas en el proceso cerámico. Aunque el análisis químico no es suficiente para predecir el

comportamiento de una arcilla para uso cerámico, si es de gran utilidad para predecir

comportamientos básicos.

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Gráfica 6. Absorción de Agua a 1050°C de Materias Primas y Pastas de Producción.

Máxima absorción de agua permitida.

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Los análisis químicos realizados a las materias primas y pastas de producción fueron

realizados por fluorescencia de rayos X por el método de Perla. Los resultados se muestran

en el Anexo 2.

De los análisis químicos se pueden sacar las siguientes conclusiones:

Los contenidos de SiO2 están dentro de rangos normales para materiales arcillosos.

Los contenidos de alúmina –Al2O3- no son superiores al 18% lo que refleja que no existen

materiales con carácter refractario.

El contenido de óxidos fundentes –Na2O y K2O- es muy bajo y solo es significativo en las

muestras de Rodolfo Varela lo que explica en parte la gresificación de estas muestras.

En ninguna de las muestras existen elementos contenidos elevados de CaO, MgO o SO3, lo que

refleja que no se presentaran problemas marcados de eflorescencias en el producto terminado.

Las pérdidas por calcinación ratifican que las materias primas contienen elevados porcentajes

de materia orgánica.

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Gráfica 7. Pérdidas por Calcinación a 1050°C de Materias Primas y Pastas

Máximas Pérdidas por Calcinación.

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4. Conclusiones.

Como conclusiones generales de la caracterización tecnológica de las materias primas y

pastas de producción de las plantas evaluadas se tiene:

Las empresas evaluadas tienen un nivel muy bajo en la explotación minera habiendo solo

dos casos que valdría la pena potencializar a corto plazo.

La falta de terrenos propios genera una gran variación e las propiedades del producto

terminado.

Los contenidos de arcilla en muchas de las arcillas y pastas son inferiores al 30% lo que

puede dificultar el conformado con extrusoras.

En todas las empresas es necesario implementar molienda y tamizado de las materias

primas para de esta forma mejorar la calidad del producto terminado tanto técnica como

estéticamente.

En solo dos empresas existe una buena infraestructura (ramadas de secado, luz eléctrica,

etc.) que hace interesante el potencializar a dichos empresarios.

Todas las arcillas tienen bajas contracciones de secado lo que asegura que existirán

muchos problemas en esta etapa del proceso.

En ninguna de las empresas evaluadas existe conformado por máquina.

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A 950°C y a 1050°C algunas arcillas tienen contracciones muy elevadas lo que genera

dificultades en el manejo de fisuras y tamaños en el producto terminado.

Revisando las absorciones de agua a 950°C y a 1050°C se encuentra que la mayoría de

arcillas y pastas de producción están por encima del 16% incumpliendo con lo exigido por la

Norma ASTM C67.

Las altas porosidades pueden ser explicadas debido a la gran cantidad de materia

orgánica en la composición de las arcillas y pastas (adiciones de excremento animal).

Con estas premisas se procederá a hacer las reformulaciones para evaluar el comportamiento

. de las materias primas al conformar con extrusora

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5. Desarrollo de Nuevas pastas.

El desarrollo de nuevas pastas ha sido realizado teniendo en cuenta los siguientes

parámetros de las materias primas individuales:

Los contenido de arena, arcilla y limo.

Las contracciones de secado y en cocido.

Las absorciones de agua.

Las pérdidas por calcinación.

Basados en estos resultados y teniendo en cuenta la temperatura idónea de cocción

identificada en la caracterización tecnológica que es de 1000°C y una mesa de cocción de 60

minutos, se procedió a reformular cada una de las pastas de las plantas evaluadas.

Las reformulaciones tienden a ubicar las nuevas pastas dentro de las zonas recomendadas

para la fabricación de bloques perforados (grupo 4 del triángulo de Winkler) y a disminuir la

contracción en secado, la contracción en cocido, las pérdidas por calcinación y disminuir la

absorción de agua del producto final.

Para ello se han caracterizado los productos terminados de cada productor y se han

comparado la absorción de agua de las actuales pastas de producción con las nuevas pastas

obtenidas, así como las resistencias a la compresión.

Para la reformulación de las pastas se han aplicado las siguientes prácticas que deben ser

implementadas a nivel industrial:

Tamizado de las muestras para retirar el material orgánico (raíces, hojas, aserrín,

excremento animal) y los granos gruesos de cuarzos.

Trituración y molienda realizada en un molino de atrición, simulando la molienda

industrial de un molino de martillos en el que el residuo sobre malla 10 (2mm diámetro)

no sea superior el 10%.

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Dosificación de las materias primas de acuerdo a proporciones definidas.

Humectación de acuerdo al agua de extrusión determinada a nivel de laboratorio.

La nueva formulación encontrada tiene aplicación tanto para productos hechos a mano como

para productos extruidos, ya que tiende siempre a mejorar las características de los productos

producidos actualmente.

Las nuevas formulaciones se muestran en la Tabla 3. Allí mismo se observan los resultados

de arenas, limos y arcillas de estas nuevas pastas.

Tabla 3. Hidrometrías de Nuevas Pastas de Producción.

Los resultados nos muestran que a excepción de las muestras que usan una sola arcilla, en

todas las reformulaciones se logra bajar el contenido de arena y elevar el contenido de arcilla

lo que redundara en una mejor compactación logrando así mejorar las propiedades del

. producto final como la absorción de agua y la resistencia a la compresión

Los resultados del comportamiento físico cerámico de las nuevas pastas paras cada planta se

muestran en la Anexo 3.

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Como conclusiones generales del desarrollo de nuevas pastas se tiene:

La molienda y el tamizado de las materias primas genera una superficie del producto

terminado sea muy tersa, lo que redunda en la calidad del producto final.

De las nuevas pastas solo las de pudieron ser extruidas en Don Eladio y Rodolfo Varela

productos huecos; la explicación a este fenómeno es que los porcentajes de arcilla de las

materias primas son muy bajos ( ) y por menores al 30% de arcilla según Diagrama de Winkler

ello para conformar este tipo de productos es necesario tener un embudo de compactación a

la salida de la extrusora para de esta forma lograr que las arcillas cohesionen de mejor forma.

El agua de extrusión de todas las reformulaciones es más baja y es debido a que al extruir

con máquina se requiere menor cantidad de agua para poder amasar la muestra.

La contracción de secado en las nuevas pastas es más baja comparada con las pastas

actuales de producción (Gráfica 8), esto ayuda a que las piezas no se deformen y/o se

agrieten en el secado. En general todas las contracciones de secado están por debajo del

10% que es la máxima contracción recomendada.

La contracción de cocido de todas las muestras a 1000°C es menor al 4% (Gráfica 9) lo

que asegura que no habrá problemas de deformaciones y fisuras a esta temperatura.

La absorción de agua de las nuevas pastas de producción disminuye en todos los casos

(Gráfica 10) mostrando que las prácticas efectuadas en la preparación de las materias primas

(exclusión de la materia orgánica), la nueva formulación y la nueva temperatura mejoran la

calidad del producto terminado.

31

Gráfica 8. Contracción de Secado de Nuevas Pastas de Producción.

Máxima Contracción de Secado

recomendada

32

Gráfica 9. Contracción de Cocido de Nuevas Pastas de Producción.

Máxima Contracción de

Cocido recomendada

33

De acuerdo a los resultados obtenidos las pastas de Don Eladio y Rodolfo Varela cumplen

con lo exigido por la norma técnica ASTM C-67 (Máximo de absorción del 16%).

Las plantas Yalaguina, San Pablo y COOPALEVE están muy cercanas al 16% por lo que

industrialmente con un leve aumento de temperatura y/o un mayor tiempo de residencia a la

máxima temperatura se cumplirá con la exigencia de la norma.

Las plantas de El Gallo y Los Florentino están bastante lejanas de cumplir con la norma y

para lograrlo se tendrían que realizar las siguientes acciones:

Moler más fino la pasta con molinos de martillos.

Usar extrusoras con vacío de buena dureza de extrusión para de esta forma mejorar la

compactación.

Usar embudos de compactación y boquillas que ayuden a mejorar la compactación de

la pasta.

Elevar la temperatura y/o el tiempo de residencia a la máxima temperatura para de esta

forma mejorar la gresificación.

Las pérdidas por calcinación de las nuevas pastas son más bajas lo que demuestra que el

tamizado tiene un buen efecto y de esta forma se deben generar menos poros en las piezas

terminadas (Gráfica 11).

Es de resaltar que a nivel industrial se espera que baje aún más las pérdidas ya que aunque

se tamizó en el laboratorio algo de aserrín se pasó a las nuevas pastas, por eso es importante

no agregar aserrín y tamizar las materias primas antes de mezclarlas.

34

Gráfica 10. Absorción de Agua a 1000°C de Nuevas Pastas de Producción.

Máxima Absorción de Agua bajo la Norma

ASTM C-67

35

Gráfica 11. Pérdidas por Calcinación a 1000°C de Nuevas Pastas de Producción.

Máximas Pérdidas por Calcinación Recomendables

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La resistencia mecánica a la compresión fue determinada en piezas de laboratorio

conformadas a mano y a piezas de laboratorio extruidas. En la gráfica 12 se observan los

resultados obtenidos para los dos tipos de piezas. Se debe aclarar que las piezas

conformadas a mano fueron quemadas a 950°C, mientras que las piezas extruidas fueron

quemadas a 1000°C.

Se observa que con las nuevas reformulaciones todas las nuevas pastas elevan si

resistencia mecánica a la compresión y esto es debido a:

Se retira el material vegetal mediante tamizado lo que hace que no se generen poros

dentro de la pieza.

Se reformulan las pastas tendiendo a disminuir los porcentajes de arena (que es un

inerte con la temperatura) y se aumenten los porcentajes de arcilla (que gresifican con

la temperatura).

Se disminuye el tamaño de partícula mediante molienda y tamizado lo que hace que

los poros cierren más fácilmente con la temperatura.

Se conforma con máquina y con ello hay una mayor cohesión en las piezas lo que

redundan en una mejor resistencia del producto cocido.

Se eleva la temperatura y el tiempo de residencia a la máxima temperatura con lo que

se consigue que los poros se cierren más fácilmente.

La norma ASTM C-67 exige una resistencia mínima de 200 Kg/cm2 promedio 5 unidades para

ladrillos macizos de uso estructural y 140 Kg/cm2 por unidad para ladrillos macizos de uso NO

estructural; los resultados nos muestran que para uso estructural ninguna de las piezas

evaluadas a nivel de laboratorio cumplen con el requisito de la norma.

Para uso no estructural todas las nuevas formulaciones están por encima de los 140 Kg/cm2,

. siendo la mejor la de Don Eladio con 161,92 Kg/cm2

37

Gráfica 12. Resistencia Mecánica a la Compresión Nuevas Pastas.

Mínima Resistencia a la Compresión bajo la

Norma ASTM C-67

38

Los ladrillos huecos obtenidos con las pastas de Don Eladio y Rodolfo Varela tienen los

siguientes valores de absorción y resistencia mecánica:

: Absorción de agua Don Eladio . 15,66%

Resistencia mecánica a la Compresión . 30,87 Kg/cm2

: Absorción de Agua Rodolfo Varela . 13,01%

Resistencia Mecánica a la Compresión . 32,54 Kg/cm2

La norma ASTM C-67 pide 16% máximo de absorción de agua y 30 Kg/cm2 mínimo de

resistencia a la compresión para bloques de perforación horizontal de uso no estructural.

Vemos que en este caso las dos muestras cumplen con los requerimientos de la norma.

6. Evaluación del Producto Terminado.

: En la toma de muestras se tomaron 5 6.1 Absorción de agua y resistencia a la compresión

especímenes de cada planta, para evaluar la absorción de agua, la resistencia a la

compresión de cada productor. Los resultados se muestran en la Tabla 3 y son el promedio

de estas 5 muestras.

Se observa como de los productos evaluados el único que tiene una absorción de agua

menor al 16% es el de Rodolfo Varela; el resto de productos tiene una elevada absorción.

De las 5 muestras evaluadas de Los Florentinos, cuatro (4) se deshicieron lo que denota

que el producto quedo esta crudo y por ello la falta de cohesión.

Las mayores resistencias a la compresión la tienen la planta de Rodolfo Varela y

Yalaguina, superando los 100 Kg/cm2 con lo que cumplirían con la norma exigida para

productos macizos no estructurales, pero No cumplirían para estructurales.

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Tabla 3. Absorción de Agua y Resistencia a la Compresión del Producto Terminado.

El hecho de encontrar más bajas resistencias a nivel industrial que a nivel de laboratorio

muestra que la cocción a nivel industrial no es deficiente y al respecto se proponen los

siguientes cambios:

Recubrir los hornos por dentro y por fuera con una lechada de material semi refractario

para de esta forma evitar fugas en el horno.

Ayudar a la cocción con ventiladores para hacer más eficiente la combustión.

Cubrir los hornos en la parte superior (tejas) para que el choque térmico no los

deteriore tan rápidamente y halla perdida de calor por las grietas.

Monitorear por medio de termocuplas la temperatura y el tiempo de residencia a la

máxima temperatura para de esta forma mejorar la gresificación del material.

Realizar la prueba de absorción de agua en la planta de producción para de esta forma

hacer seguimiento al producto terminado.

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: En la tabla 4 se muestra e alabeo del producto terminado 6.2 Alabeo del producto terminado

en cada planta.

Tabla 4. Alabeos del Producto Terminado.

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Se observa como la planta que menores desviaciones presenta es la Planta San Pablo y esto

tiene explicación en los siguientes factores:

La contracción de secado del material es menor al 8%.

Los patios de secado están perfectamente nivelados, lo que hace que las piezas no se

deformen en el secado.

El proceso de secado se hace bajo ramadas lo que evita que la velocidad de secado

sea elevada y se produzcan deformaciones.

La cocción en esta planta se hace en forma controlada.

El resto de plantas presentan alabeos pero debido a que no existe una norma de referencia

en productos de gres Nicaragua, no se puede decir que están fuera de normatividad.

: Se tomaron la 6.3 Absorción de agua y resistencia al compresión de bloques de cemento

absorción de agua y la resistencia a la compresión 4 de bloques de cemento comprados en

diferentes sitios de Nicaragua. Los resultados son presentados en la Tabla 5.

Tabla 5. Absorción de Agua y Resistencia a la Compresión de Bloques de Cemento.

Las muestras de cemento tienen bajas resistencias llegando a ser incluso menores a las de

algunas muestras de arcilla.

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Las absorciones de agua de los productos de concreto son elevadas lo que hace que la

succión de agua sea elevada por lo que las unidades construidas con estos productos son

susceptibles a tener manchas de agua.

Las piezas de arcilla tienen como peso promedio de 3,5 Kg mientras que las piezas

de cemento tiene un peso promedio de 7,8 Kg; se debe hacer énfasis ante los

constructores y las personas del común que una casa construida con piezas de

cemento pesará más que una construida con piezas de arcilla teniendo las piezas de

arcilla una mayor resistencia.

Esto quiere decir que las bases de una construcción realizada con piezas de cemento deben

soportar mayor carga lo que requerida mayores cantidades de base, cemento y varillas al

momento de construir.

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7. Conclusiones y Recomendaciones…..

De la caracterización tecnológica de las materias primas se concluye…..

Las arcillas amarillas contienen porcentajes de arena superiores al 30% pudiendo llegar en

algunos casos hasta el 60%, lo que predice baja compactación y baja plasticidad.

Las arcillas negras contienen porcentajes de arena entre el 15% y el 40% lo que predice

que son materiales plásticos y que deben proporcionar buena compactación.

Las pastas de producción contienen porcentajes de arena que oscilan entre el 25% y el

40% en algunas plantas; los porcentajes de arena idóneos para la fabricación de productos

cerámicos extruidos oscilan entre el 16% y un máximo de 35%.

Las arcillas negras se clasifican como suelos “francos” y “franco-arcillosos” con porcentajes

de arcilla superiores al 35% llegando en algunos casos al 45%.

Las arcillas negras deben usarse dentro de la formulación de la pasta como componente

mayoritario para lograr una buena gresificación (buena resistencia mecánica en cocido y baja

porosidad) sin exceder límites que comprometan la calidad del producto en el proceso de

secado.

Las pastas de producción tienen grandes variaciones y ello es reflejo de la falta de

conocimiento de las materias primas individuales y de su forma de mezclarlas.

Se concluye que desde el punto de vista de tamaño de partícula con las materias primas

existentes en las diferentes plantas es posible diseñar nuevas pastas para de esta forma tener

pastas de producción con las que se tengan las calidades requeridas por el consumidor, pero

se debe recalcar que las materias primas tienen bajos porcentajes de arcilla lo que puede ser

una limitante a la hora de conformar por extrusión.

Las empresas evaluadas tienen un nivel muy bajo en la explotación minera habiendo solo

dos casos que valdría la pena potencializar a corto plazo.

La falta de terrenos propios genera una gran variación e las propiedades del producto

terminado.

Los contenidos de arcilla en muchas de las arcillas y pastas son inferiores al 30% lo que

puede dificultar el conformado con extrusoras.

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En todas las empresas es necesario implementar molienda y tamizado de las materias

primas para de esta forma mejorar la calidad del producto terminado tanto técnica como

estéticamente.

En solo dos empresas existe una buena infraestructura (ramadas de secado, luz eléctrica,

etc.) que hace interesante el potencializar a dichos empresarios.

Todas las arcillas tienen bajas contracciones de secado lo que asegura que existirán

muchos problemas en esta etapa del proceso.

En ninguna de las empresas evaluadas existe conformado por máquina.

A 950°C y a 1050°C algunas arcillas tienen contracciones muy elevadas lo que genera

dificultades en el manejo de fisuras y tamaños en el producto terminado.

Revisando las absorciones de agua a 950°C y a 1050°C se encuentra que la mayoría de

arcillas y pastas de producción están por encima del 16% incumpliendo con lo exigido por la

Norma ASTM C67.

Las altas porosidades pueden ser explicadas debido a la gran cantidad de materia

orgánica en la composición de las arcillas y pastas (adiciones de excremento animal).

De la reformulación de nuevas pastas se concluye…

La molienda y el tamizado de las materias primas genera una superficie del producto

terminado sea muy tersa, lo que redunda en la calidad del producto final.

De las nuevas pastas solo las de Don Eladio, Rodolfo Varela y San Pablo pudieron ser

extruidas en productos huecos; la explicación a este fenómeno es que los porcentajes de

arcilla de las materias primas son muy bajos (menores al 30% de arcilla según Diagrama de

Winkler) y por ello para conformar este tipo de productos es necesario tener un embudo de

compactación a la salida de la extrusora para de esta forma lograr que las arcillas cohesionen

de mejor forma.

El agua de extrusión de todas las reformulaciones es más baja y es debido a que al extruir

con máquina se requiere menor cantidad de agua para poder amasar la muestra.

La contracción de secado en las nuevas pastas es más baja comparada con las pastas

actuales de producción.

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La contracción de cocido de todas las muestras a 1000°C es menor al 4% lo que asegura

que no habrá problemas de deformaciones y fisuras a esta temperatura.

La absorción de agua de las nuevas pastas de producción disminuye en todos los casos

mostrando que las prácticas efectuadas en la preparación de las materias primas (exclusión

de la materia orgánica), la nueva formulación y la nueva temperatura mejoran la calidad del

producto terminado.

Las pérdidas por calcinación de las nuevas pastas son más bajas lo que demuestra que el

tamizado tiene un buen efecto.

Se observa que con las nuevas reformulaciones todas las nuevas pastas elevan si

resistencia mecánica a la compresión.

Del producto terminado actual se concluye…..

Se observa como de los productos evaluados el único que tiene una absorción de agua

menor al 16% es el de Rodolfo Varela; el resto de productos tiene una elevada absorción.

Las muestras de cemento tienen bajas resistencias llegando a ser incluso menores a las de

algunas muestras de arcilla.

Las absorciones de agua de los productos de concreto son elevadas lo que hace que la

succión de agua sea elevada por lo que las unidades construidas con estos productos son

susceptibles a tener manchas de agua.

Las piezas de arcilla tienen como peso promedio de 3,5 Kg mientras que las piezas de

cemento tiene un peso promedio de 7,8 Kg; se debe hacer énfasis ante los constructores y las

personas del común que una casa construida con piezas de cemento pesará más que una

construida con piezas de arcilla teniendo las piezas de arcilla una mayor resistencia.

Recomendaciones………..

No incluir en la explotación el material orgánico que baja la calidad del producto terminado.

Hacer una explotación en la que se pueda tener el material varios días en añejamiento.

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En el caso de no tener molinos, hacer tamizado de las materias primas para no introducir

granos gruesos de arena que afectan la calidad del producto terminado.

Una vez definida la mezcla, se deben mezclar las arcillas antes de que sean pasadas a las

gradillas para que sean más homogéneas.

Hacer siempre el uso de ventiladores para optimizar la cocción.