8/16/2019 Investigación, Lab Procesos

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 José Daniel Espinosa Romero

Procesos de manufactura PL102, Martes 9:3010:30

Nombre:

Curso y numero de sección:

Número y título de experimento: PRÁCTICA 5, IN!"TI#ACI$N %! C!RÁ&IC'"

Nombre de comp()ero de l(bor(torio:

Pro*esor:

 Joa!u"n Dec#erMar"a José $l%u&a

$driana 'alencia(ernando 'ane)as*esar +coa

 Je-erson *.ceres

+ec( de present(ción:

/n) Julio $l%erto *.ceres

(e%rero, 2 201

PR'C!"'" %! &AN-+ACT-RA %! C!RÁ&IC'".A/%'"A" C!RÁ&ICA"

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IN+'R&! %! /A.'RAT'RI' 25

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El proceso de *(bric(ción de b(ldos(s cer3mic(s se desarrolla en unaserie de etapas sucesias, !ue pueden resumirse del modo si)uiente:

• Preparacin de las materias primas

• *onformacin 4 secado en crudo de la pie5a

• *occin o cocciones, con o sin esmaltado

•  6ratamientos adicionales

• *lasi7cacin 4 em%ala&e

Dependiendo de !ue el producto a fa%ricar sea esmaltado o no, de !ue éste

se fa%ri!ue por un procedimiento de monococcin, %icoccin o tercer fue)o,en un determinado proceso se reali5ar. o no el esmaltado, o se modi7car.la secuencia de las etapas de esmaltado 4 de coccin en la forma adecuada8(i)ura 1

+i4ur( 6 %i(4r(m( de los procesos de *(bric(ción consider(dos

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Monococci%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Bicocci%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Tercer_Fuego&action=edit&redlink=1http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Bicocci%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Tercer_Fuego&action=edit&redlink=1http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Monococci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

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Preparacin de materias primas Molienda en medo $tomi5acin Prensado ;ecado 8*occin Esmaltado *occin 8'ariante sin esmaltado4 con

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+i4ur( 7

En el procedimiento de "a meda, las materias primas puedenintroducirse total o parcialmente en el molino de %olas, !ue es lo a%itual, odesle"rse directamente

$ la suspensin resultante 8%ar%otina se le elimina una parte del a)ua !uecontiene asta alcan5ar el contenido en umedad necesario para cada

proceso El método m.s utili5ado en la fa%ricacin de paimentos 4reestimientos cer.micos es el secado por atomi5acin

El proceso de atomi5acin es un proceso de secado, por el cual unasuspensin puleri5ada en 7nas )otas, entra en contacto con aire calientepara producir un producto slido de %a&o contenido en a)ua

El contenido en umedad presente en la suspensin 8%ar%otina, sueleoscilar entorno a 0,300,@ #) de a)ua < #) de slido seco, este contenidoen a)ua tras el proceso de atomi5acin se reduce a 0,00,0A #) de a)ua <#) de slido seco

El proceso de secado por atomi5acin se desarrolla se)n el es!uema de la(i)ura 3:

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• Bom%eo 4 puleri5acin de la suspensin

• Ceneracin 4 alimentacin de los )ases calientes

• ;ecado por contacto )as caliente)ota suspensin

• ;eparacin del polo atomi5ado de los )ases

+i4ur( 8: !s9uem( del proceso de sec(do por (tomi(ción

Los atomi5adores operan si)uiendo la si)uiente secuencia: la %ar%otinaprocedente de las %alsas de almacenamiento de las plantas de molienda,con un contenido en slidos entre el 0 4 el A0 4 con una iscosidadadecuada 8alrededor de 1000cp, es %om%eada por medio de %om%as depistn al sistema de puleri5acin de la %ar%otina

La %ar%otina 7namente ne%uli5ada 4 diidida, se seca poniéndola encontacto con una corriente de )ases calientes Estos )ases proienen de un!uemador conencional aire)as natural o son los )ases de escape de unatur%ina de co)eneracin

El )ranulado, con una umedad entre el , 4 el A, es descar)ado en unacinta transportadora 4 lleado a los silos para su posterior prensado La

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corriente de )ases utili5ada para secar la %ar%otina 4 o%tener el poloatomi5ado es eliminada por la parte superior del atomi5ador conteniendo uneleado )rado de umedad 4 part"culas de polo mu4 7nas en suspensin

La implantacin del proceso de secado por atomi5acin para la o%tencin dela materia prima del soporte 8polo atomi5ado, conllea unas importantesenta&as !ue faorecen el desarrollo de las posteriores etapas del procesode fa%ricacin >na de las enta&as m.s importantes es la o%tencin de)r.nulos m.s o menos esféricos, uecos en su interior 4 mu4 uniformes, lo!ue con7ere al polo atomi5ado una eleada Fuide5, facilitando lasoperaciones de llenado de los moldes de las prensas 4 prensado de pie5as

de )ran formato+tras enta&as a destacar son la consecucin de dos operaciones, secado 4)ranulacin, a la e5 4 con el mismo e!uipo Por otra parte el control de lasaria%les del proceso presentan una )ran simplicidad aun!ue, de%e tenerseen cuenta, la eleada ri)ide5 en las condiciones l"mites de operacin, !ueienen impuestas por las caracter"sticas )eométricas 4 constructias de lainstalacin $dem.s ca%e destacar el car.cter continuo del proceso, por lo!ue puede ser automati5ado

En cuanto al coste ener)ético de este proceso de secado es mu4 eleadopero se consi)ue aumentar la renta%ilidad del mismo, por el

aproecamiento del calor de los )ases 4 )eneracin de electricidadmediante la implantacin de tur%inas de co)eneracin

$masadoEl proceso de amasado consiste en el me5clado intimo con a)ua de lasmaterias primas de la composiocin de la pasta, con esto se consi)ue unamasa plastica facilmente moldea%le por e=trusin

*onformacin de las pie5as

Prensado en secoEl procedimiento predominante de conformacin de las pie5as pie5a es elprensado en seco 8A de umedad, mediante el uso de prensasidr.ulicas Este procedimiento de formacin de pie5a opera por accin deuna compresin mecanica de la pasta en el molde 4 representa uno de losprocedimientos mas ec onomicos de la fa%ricacin de productos cer.micosde )eometria re)ular

El sistema de prensado se %asa en prensas oleodin.micas !ue reali5an elmoimiento del pistn contra la matri5 por medio de la compresin deaceite 4 presentan una serie de caracter"sticas como son: eleada fuer5a de

compactacin, alta productiidad, facilidad de re)ulacin 4 constancia en eltiempo del ciclo de prensado esta%lecido

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Las prensas se an desarrollado muco en los ltimos a?os 4 son e!uiposcon automatismos mu4 so7sticados f.cilmente re)ula%les 4 mu4 ers.tiles

E=trusinB.sicamente el procedimiento de con formacin de pie5a por e=trusinconsiste en acer pasar una columna de pasta, en estado pl.stico, a traésde una matri5 !ue forma una pie5a de seccin constante

Los e!uipos !ue se utili5an constan de tres partes principales: el sistemapropulsor, la matri5 4 la cortadora El sistema propulsor mas a%itual es elsistema de élice

;ecado de pie5as conformadasLa pie5a cer.mica una e5 conformada se somete a una etapa de secado,con el 7n de reducir el contenido en umedad de las pie5as tras suconformado asta nieles los su7cientemente %a&os 80,20, , para !uelas fases de coccin 4, en su caso, esmaltado se desarrollen adecuadamente

En los secaderos !ue normalmente se utili5an en la industria cer.mica, elcalor se transmite ma4oritariamente por coneccin, desde )ases calientesa la super7cie de la pie5a, participando li)eramente el mecanismo deradiacin desde dicos )ases 4 desde las paredes del secadero a dica

super7cie

Por lo tanto, durante el secado de pie5as cer.micas, tiene lu)ar simult.nea4 consecutiamente un despla5amiento de a)ua a traés del slido medo4 a traés del )as El aire !ue se utili5a de%e ser lo su7cientemente seco 4caliente, pues se utili5a, no slo para eliminar el a)ua procedente del slidosino tam%ién para suministrar la ener)"a en forma de calor, !ue necesitaesa a)ua para eaporarse

$ctualmente el secado de las pie5as se reali5a en secaderos erticales uori5ontales 6ras el conformado de las pie5as éstas se introducen en el

interior del secadero, en donde se ponen en contacto en contracorriente con)ases calientes Estos )ases calientes son aportados por un !uemador aire)as natural o por )ases calientes procedentes de la cimenea deenfriamiento del orno El principal mecanismo de transmisin de calorentre el aire 4 las pie5as es el de coneccin

En los secaderos erticales las pie5as se colocan en planos met.licos,formando entre arios planos diferentes unidades denominadasa%itualmente GcestonesH El con&unto de cestones se muee por el interiordel secadero erticalmente, entrando el con&unto cestnpie5a en contactocon los )ases calientes Iormalmente la temperatura en este tipo desecaderos es inferior a 200* 4 los ciclos de secado suelen estar entre los3 4 0 minutos

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La concepcin de los secaderos ori5ontales es del tipo orno monoestratode rodillos Las pie5as se introducen en diersos planos en el interior delsecadero 4 se mueen ori5ontalmente en su interior por encima de losrodillos El aire caliente, !ue entra en contacto en contracorriente con laspie5as, es aportado por !uemadores situados en los laterales del orno Latemperatura m.=ima en este tipo de instalaciones suele ser ma4or !ue enel caso de los secaderos erticales 8alrededor de los 30* 4 los ciclos desecado son menores, entre 1 4 2 minutos

En )eneral los secaderos ori5ontales tienen un consumo menor !ue loserticales, de%ido a la me&or disposicin de las pie5as dentro del secadero 4

a la menor masa térmicaLa emisin resultante de la operacin de secado es una corriente de )ases atemperatura del orden de los 110* 4 con mu4 %a&a concentracin depart"culas en suspensin arrastradas de la super7cie de las pie5as por estacorriente

*occin o cocciones, con o sin esmaltadoEn los productos no esmaltados, tras la etapa de secado se reali5a lacoccin $simismo, en el caso de productos esmaltados fa%ricados por%icoccin, tras el secado de las pie5as en crudo se reali5a la primera

coccin

EsmaltadoEl esmaltado consiste en la aplicacin por distintos métodos de una o ariascapas de idriado con un espesor comprendido entre A00 micras entotal, !ue cu%re la super7cie de la pie5a Este tratamiento se reali5a paraconferir al producto cocido una serie de propiedades técnicas 4 estéticas,tales como: impermea%ilidad, facilidad de limpie5a, %rillo, color, te=turasuper7cial 4 resistencia !u"mica 4 mec.nica

La naturale5a de la capa resultante es esencialmente "trea, aun!ue inclu4e

en mucas ocasiones elementos cristalinos en su estructura

Esmaltes 4 fritasEl idriado, al i)ual !ue la pasta cer.mica, est. compuesto por una serie dematerias primas inor).nicas *ontiene s"lice como componente fundamental8formador de idrio, as" como otros elementos !ue actan como fundentes8alcalinos, alcalinoterreos, %oro, cinc, etc, como opaci7cantes 8circonio,titanio, etc, como colorantes 8ierro, cromo, co%alto, man)aneso, etc

Dependiendo del tipo de producto, de su temperatura de coccin, 4 de losefectos 4 propiedades a conse)uir en el producto aca%ado, se formula una

amplia ariedad de esmaltes

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En otros procesos cer.micos 8porcelana art"stica, sanitarios se utili5an en laformulacin de idriados nica 4 e=clusiamente materias primascristalinas, naturales o de s"ntesis, !ue aportan los =idos necesarios Encam%io, en el proceso de paimentos 4 reestimientos cer.micos se ienenusando materias primas de naturale5a "trea 8fritas, preparadas a partir delos mismos materiales cristalinos sometidos preiamente a un tratamientotérmico de alta temperatura

+rit(s: N(tur(le(, ;ent(

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+i4ur( =6 Proceso de *rit(do

El proceso comien5a con una dosi7cacin de las materias primas,preiamente seleccionadas 4 controladas, en la proporcin esta%lecidaMediante transporte neum.tico se trasladan las diferentes materias primasa una me5cladora 8(i)ura @

E=isten )ran ariedad de fritas cer.micas, !ue di7eren en su composicin!u"mica 4 en las caracter"sticas f"sicas relacionadas con ésta *omo se ae=plicado preiamente, los componentes !ue por s" son solu%les o t=icos seaportan siempre en forma fritada para reducir considera%lemente susolu%ilidadK as" sucede con el plomo, el %oro, los alcalinos 4 al)unos otroselementos minoritarios El resto de componentes pueden ser utili5ados enforma fritada o como materia prima cristalina, dependiendo del efecto !uese %usca

Las fritas pueden clasi7carse atendiendo a mu4 diersos criterios: en

funcin de su composicin !u"mica 8plm%icas, %or.cicas, etc, de suscaracter"sticas f"sicas 8opacas, transparentes, etc, de su interalo de fusin

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8fundentes, duras, etc En la actualidad se an desarrollado una serie defritas, destinadas a determinados procesos de produccin, !ue en)lo%anarias de las caracter"sticas %uscadas, 4 !ue acen toda"a m.s dif"cil laclasi7cacin de las fritas cer.micas

La me5cla de materias primas pasa a una tola de alimentacin, desde la!ue entra al orno, donde tiene lu)ar el fritado propiamente dico Laalimentacin del orno se llea a ca%o mediante un tornillo sin 7n, cu4aelocidad controla el Fu&o m.sico de material alimentado al orno El tiempode permanencia del material en el interior del orno iene de7nido por laelocidad de fusin de las materias primas 4 por la Fuide5 del material

fundidoEl orno est. dotado de !uemadores alimentados con )as natural,utili5.ndose como com%urente aire u o=")eno Estos sistemas permitenalcan5ar temperaturas comprendidas entre 1@00100*, necesarias parallear a ca%o este tipo de procesos

Los )ases de com%ustin antes de ser e=pulsados al e=terior a traés de lacimenea se les ace pasar por un intercam%iador de calor, con el 7n derecuperar ener)"a para precalentar el aire de com%ustin

El proceso de fritado puede desarrollarse en continuo, emple.ndose ornos

continuos con enfriamiento del fundido con a)ua o con aire 4 endiscontinuo, con ornos rotatorios 4 enfriamiento por a)ua

Los ornos continuos tienen su %ase est. inclinada con el 7n de facilitar eldescenso de la masa fundida En la salida se sita un re%osadero 4 un!uemador !ue acta directamente so%re el li!uido iscoso en !ue se aconertido la frita a la salida, eitando su %rusco enfriamiento al contactocon el aire 4 facilitando el aciado en continuo del orno

!l en*ri(miento puede re(li(rse:

Con agua El material fundido cae directamente so%re a)ua, lo cual prooca

su inmediato enfriamiento $l mismo tiempo, 4 de%ido al co!ue térmico, seproduce la rotura del idrio en pe!ue?os fra)mentos de forma irre)ularEstos se suelen e=traer del a)ua mediante un tornillo sin 7n, posteriormentetransport.ndolos a un secadero para eliminarles la umedad deltratamiento anterior

Con aire En este caso la masa fundida se ace pasar a traés de doscilindros, enfriados en su interior por aire, o%teniendo un slido laminadomu4 fr.)il, !ue se rompe con facilidad en pe!ue?as escamas

El proceso intermitente se llea a ca%o en el caso !ue se desee fa%ricarfritas de menor demanda En este caso el proceso de fusin se reali5a en un

orno rotatorio 4 normalmente el enfriamiento de la frita se reali5a pora)ua, siendo éstas las nicas diferencias con respecto al proceso continuo

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El orno rotatorio consiste en un cilindro de acero reestido interiormentecon refractario 4 dotado de un sistema de moimentacin !ue permite laomo)enei5acin de la masa fundida En un e=tremo del orno se sita un!uemador !ue diri)e la llama acia el interior del orno

 6anto en el proceso continuo como en el intermitente, los umosprocedentes de la fusin, contienen compuestos )aseosos procedentes de lacom%ustin, )ases procedentes de las olatili5aciones de las materiasprimas alimentadas 4 part"culas arrastradas por los )ases de com%ustin ensu salida del orno Es importante destacar !ue la composicin de éstaspart"culas es parecida a la de la frita !ue se est. produciendo en cada

momento

Esmaltes: Preparacin 4 aplicacin DecoracinEl proceso de preparacin de los esmaltes consiste normalmente ensometer a la frita 4 aditios a una fase de molienda, en molino de %olas dealmina, asta o%tener un reca5o pre7&ado $ continuacin se a&ustan lascondiciones de la suspensin acuosa cu4as caracter"sticas dependen delmétodo de aplicacin !ue se a4a a utili5ar

El esmaltado de las pie5as cer.micas se reali5a en continuo 4 los métodosde aplicacin m.s usuales en la fa%ricacin de estos productos cer.micos

son: En cortina, por puleri5acin, en seco o las decoraciones

La seri)raf"a es la técnica ma4oritariamente utili5ada para la decoracin de%aldosas cer.micas, de%ido a su facilidad de aplicacin en las l"neas deesmaltado Esta técnica se utili5a tanto en monococcin como en %icoccin4 tercer fue)o, 4 consiste en la consecucin de un determinado dise?o !uese reproduce por aplicacin de una o arias pantallas superpuestas 8telastensadas de una lu5 de malla determinada Estas pantallas presentan latotalidad de su super7cie cerrada por un producto endurecedor, de&andoli%re de paso nicamente el di%u&o !ue se a a reproducir $l pasar so%re lapantalla un elemento !ue e&erce presin 8ras!ueta, se o%li)a a la pasta

seri)r.7ca a atraesarla, !uedando la impresin so%re la pie5a

*occin de las pie5asLa coccin de los productos cer.micos es una de las etapas m.simportantes del proceso de fa%ricacin, 4a !ue de ella dependen )ran partede las caracter"sticas del producto cer.mico: resistencia mec.nica,esta%ilidad dimensional, resistencia a los a)entes !u"micos, facilidad delimpie5a, resistencia al fue)o, etc

Las aria%les fundamentales a considerar en la etapa de coccin son, elciclo térmico 8temperaturatiempo, (i)ura , 4 la atmsfera del orno, !ue

de%en adaptarse a cada composicin 4 tecnolo)"a de fa%ricacin,dependiendo del producto cer.mico !ue se desee o%tener

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+i4ur( 5

La operacin de coccin consiste en someter a las pie5as a un ciclo térmico,durante el cual tienen lu)ar una serie de reacciones en la pie5a !ueproocan cam%ios en su microestructura 4 les con7eren las propiedades7nales deseadas

Cocción únic(, monococción y bicocción

Los materiales cer.micos pueden someterse a una, dos o m.s coccionesLas %aldosas no esmaltadas reci%en una nica coccinK en el caso de%aldosas esmaltadas, pueden someterse a una coccin tras la aplicacin delesmalte so%re las pie5as crudas 8proceso de monococcin, o someterse a

una primera coccin para o%tener el soporte, al !ue se aplica el esmaltepara someterlo lue)o a una se)unda coccin8proceso de %icoccin Enal)unos materiales decorados se aplica una tercera coccin a menortemperatura

En ocasiones puede a%er un secado adicional tras la etapa de esmaltadoEsta se llea a ca%o inmediatamente antes de introducir el material en elorno, con el 7n de reducir el contenido en umedad de las pie5as astanieles su7cientemente %a&os para !ue la etapa de coccin se desarrolleadecuadamente

Cocción r3pid(

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La coccin r.pida de las %aldosas cer.micas, actualmente predominante, sereali5a actualmente en ornos monoestrato de rodillos, !ue an permitidoreducir e=traordinariamente la duracin de los ciclos de coccin astatiempos inferiores a los @0 minutos, de%ido a la me&ora de los coe7cientesde transmisin de calor de las pie5as, 4 a la uniformidad 4 Fe=i%ilidad de losmismos

En los ornos monoestrato, las pie5as se mueen por encima de los rodillos4 el calor necesario para su coccin es aportado por !uemadores )asnaturalaire, situados en las paredes del orno Los mecanismos principalesde transmisin de calor presentes durante este proceso son la coneccin 4

la radiacin 8(i)ura

+i4ur( >

$l tratarse de ornos no muFados el contacto de los )ases con el producto

es directo, lo cual me&ora los coe7cientes de transporte de calor,disminu4endo la duracin del ciclo de coccin, reduciendo el consumoener)ético 4 aumentando la Fe=i%ilidad de éstos ornos respecto a losanteriormente empleados para este proceso

Los )ases calientes resultantes de la operacin de coccin se emiten a laatmsfera por dos focos emisores Por una parte los umos procedentes dela 5ona deprecalentamiento 4 coccin, se emiten al e=terior por unacimenea !ue se encuentra a la entrada del orno 4 los umos de la 5onade enfriamiento se emiten por una cimenea !ue se encuentra a la salidadel orno

Los umos procedentes del proceso de precalentamiento 4 coccin secomponen principalmente de sustancias procedentes de la com%ustin 4

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compuestos )aseosos de car.cter contaminante procedentes de ladescomposicin de las materias primas 4 part"culas de polo en suspensinEn cuanto a los umos de la etapa de enfriamiento se trata de aire caliente,pudiendo contener part"culas de polo

 6ratamientos adicionalesEn al)unos casos, en particular en %aldosas de )res porcel.nico, se reali5auna operacin de pulido super7cial de las pie5as cocidas con lo !ue seo%tienen %aldosas omo)éneas %rillantes no esmaltadas

*lasi7cacin 4 em%aladoPor ultimo con la etapa de clasi7cacin 4 em%alado 7nali5a el proceso defa%ricacin del producto cer.mico

La clasi7cacin se reali5a mediante sistemas autom.ticas con e!uiposmec.nicos 4 isin super7cial de las pie5as El resultado es un productocontrolado en cuanto a su re)ularidad dimensional, aspecto super7cial 4caracter"sticas mec.nicas 4 !u"micas

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