GRES_PORCELANICO Trabajo Terminado

ESTUDIO DEL PROCESO DE FABRICACION DE GRES PORCELANICO Y SUS APLICACIONES

INDICERESUMEN6I.INTRODUCCION71.1OBJETIVOS91.1.1OBJETIVOS GENERALES91.1.2OBJETIVOS ESPECIFICOS91.2IMPORTANCIA91.3JUSTIFICACION101.3.1POR SU NATURALEZA101.3.2POR SU MAGNITUD101.3.3POR SU TRANSCENDENCIA10II.MARCO TEORICO112.1LA CERMICA112.1.1CLASIFICACIN DE LAS CERMICAS122.1.1.1Pastas tradicionales13a)LADRILLERA14b)REFRACTARIOS14c)ARCILLA REFRACTARIA14d)ALFARERA14e)LOZA BLANCA Y LOZA COLOREADA14f)LOZA SEMIVTREA14g)GRES15h)GRES PORCELNICO15i)PORCELANA VTREA15j)PORCELANA BLANCA15k)PORCELANA DE HUESO15l)PORCELANA DURA152.1.2BALDOSAS CERMICAS162.1.2.1CLASIFICACIN DE LA BALDOSAS EN FUNCIN DE LAS MATERIAS PRIMAS16a)Baldosas cermicas de pasta roja16b)Baldosas cermicas de pasta blanca16c)Baldosas cermicas ms o menos porosas172.1.3GRES172.2CLASIFICACION172.2.1CLASIFICACIN DEL GRES DE ACUERDO A SU COMPOSICIN Y PROCESO DE FABRICACIN172.2.1.1Gres Ordinario o Gres Normal172.2.1.2Gres Fino182.2.1.3Gres Blanco182.2.1.4Gres Resistente al Choque Trmico182.2.1.5Gres Elctrico182.2.2CLASIFICACIN DEL GRES DE ACUERDO A SU UTILIZACIN182.2.2.1Gres Rustico182.2.2.2Gres Esmaltado192.2.2.3Gres Porcelnico192.2.3POR SUS ACABADOS202.2.3.1Gres Porcelnico Natural202.2.3.2Gres Porcelnico pulido202.2.3.3Gres Porcelnico estructurado212.2.3.4Gres Porcelnico lapado (semipulido o satinado)212.3MATERIAS PRIMAS212.3.1Arcillas Para Cuerpos De Gres212.3.2Arcillas de Gres222.3.3Arcillas Refractarias222.3.4Arcillas De Bola222.3.5Arcilla de China222.3.6Caoln222.3.7Piedra Cornualles232.3.8Feldespato232.3.9Pedernal o cuarzo232.3.10Chamota232.3.11Bentonita232.4GRES PORCELANICO242.4.1CARASTERISTICAS FUNDAMENTALES242.4.2MATERIAS PRIMAS242.4.2.1arcilla de gres242.4.2.2arcillas refractarias242.4.2.3arcilla de bola252.4.2.4arcilla china252.4.2.5caoln252.4.2.6piedra de cornualles252.4.2.7feldespato252.4.2.8pedernal o cuarzo262.4.3QUEMADORES Y COMBUSTIBLES262.4.3.1Quemadores de gas26a)EL ATMOSFERICO26b)EL DE AIRE COMPRIMIDO O FORZADO262.4.3.2quemadores de petrleo262.4.3.3combustible272.4.4ATMOSFERA DEL HORNO272.4.5CLASIFICACION DE LOS HORNOS272.4.5.1De acuerdo a la fuente de energa27a)HORNOS ELECTRICOS27b)HORNOS DE GAS28c)HORNOS DE PETROLEO Y COMBUSTIBLES SOLIDOS282.4.5.2De acuerdo a la direccin de tiro29a)HORNOS DE TIRO ASCENDENTE29b)HORNOS DE TIRO DESCENDENTE29c)HORNOS DE TIRO HORIZONTAL (TRANSVERSAL)302.4.5.3De acuerdo a la operacin del horno302.4.6HORNOS PARA VIDRIO SALINO30III.INGENIERIA DE PROCESOS313.1MATERIAS PRIMAS313.1.1MATERIALES313.1.1.1Caolines o arcillas caoliniticas313.1.1.2Materiales con contenido de cuarzo313.1.1.3Feldespatos o talcos313.1.2PROCESO DE FABRICACION DEL GRES PORCELANICO323.1.2.1Dosificacin De Materias Primas333.1.2.2Preparacin del Polvo343.1.2.3Prensado38a)PRENSA HIDRAULICA393.1.2.4Secado403.1.2.5Coccin41a)Precalentamiento42b)Coccin42c)Enfriamiento433.2DESCRIPCION DEL PROCESO443.2.1SELECCIN Y ESTUDIO DE MATERIAS PRIMAS443.2.1.1Seleccin443.2.1.2Anlisis qumico453.2.1.3Anlisis mineralgico453.2.1.4Distribucin de tamao de partcula463.2.1.5rea superficial463.2.2DESARROLLO DE FORMULACIONES463.2.3SNTESIS DEL GRES PORCELNICO48a)Molienda va hmeda48b)Secado de la barbotina48c)Molienda va seca48d)Humectacin48e)Prensado48f)Secado49g)Coccin493.2.4EVALUACIN DE DESEMPEO DEL GRES PORCELNICO503.2.4.1Evaluacin reolgico503.2.4.2Evaluacin fsica513.2.5ANLISIS DE DIFRACCIN DE RAYOS X533.2.6ANLISIS TRMICO DIFERENCIAL / TERMOGRAVIMTRICO543.2.7ANLISIS DILATOMTRICO543.2.7.1Comportamiento en crudo543.2.7.2Comportamiento en cocido553.2.8ANLISIS DE MICROSCOPIA ELECTRNICA DE BARRIDO553.3USOS Y APLICACIONES56IV.CONCLUSIONES57V.REFERENCIAS58VI.APENDICE59TABLA 1. Clasificacin de los recubrimientos cermicos segn la absorcin de agua59TABLA 2. Caractersticas tcnicas del gres porcelnico60ANEXOS63

RESUMEN

El presente trabajo desarrolla un gres porcelnico que cumple con las normas internacionales, y su clasificacin se debe a la absorcin de agua que posee.En la preparacin del polvo encontramos el proceso de recubrimiento en el cual se da el uso de la molienda en seco y humectacin o hmedo y atomizado; este nos permite alcanzar tamaos ms finos. Luego en los siguientes procesos sometidos de prensado, secado y coccin obtenemos el producto final, por el cual es opcional darle una decoracin de esmaltado entre otras.Posee un desempeo tecnolgico adecuado en cuanto a su comportamiento reolgico, fsico y en coccin. Se obtuvo su comportamiento trmico mediante el anlisis trmico diferencial/ termogravimetra, as como, por dilatometria y se estudi su microestructura con el apoyo de la microestructura electrnica de barrido.

I. INTRODUCCIONLa historia de los recubrimientos cermicos est relacionada con el eterno deseo del hombre de combinar la belleza con la utilidad y se remonta a los principios de la civilizacin. Egipto, China y Babilonia han sido nombradas por los historiadores como las localidades en donde surgieron las artes cermicas.Los recubrimientos cermicos fueron usados en Egipto muchos siglos antes de la poca de Cristo. Arquelogos han excavado en el valle del Nilo y han encontrado piezas de recubrimientos y lozas esmaltadas y cocidas estimndose su antigedad entre los12,000 y los 18,000 aos.En estos ltimos aos, se han realizado varios estudios con vistas a evaluar la viabilidad de fabricar piezas de gres porcelnico por va seca. El proceso por va seca, que implica menores volmenes de agua y consumo de energa, puede considerarse como una alternativa importante para la produccin de piezas de gres porcelnico a corto plazo, especialmente si tenemos en cuenta los protocolos medioambientales que se han adoptado en los ltimos aos.En la fabricacin de gres porcelnico por va seca, el comportamiento reolgico ya no es un requisito fundamental para la formulacin del soporte cermico empleado, ya que su preparacin no incluye la formacin de suspensiones. Esta diferencia puede permitir el uso de arcillas muy plsticas y de minerales que son algo solubles al agua en composiciones de soportes cermicos destinados especficamente para esta va de fabricacin. Teniendo en cuenta esta posibilidad, el objetivo de este estudio ha sido la evaluacin del uso potencial de algunas materias primas fundentes en las composiciones de gres porcelnico destinadas al proceso de va hmeda, teniendo en cuenta las limitaciones impuestas por sus comportamientos reolgicos.Los agentes fundentes desempean un papel fundamental en las pastas de arcilla porcelnicos, debido a la necesidad de obtener bajos niveles de porosidad en el producto acabado. La baja porosidad se logra mediante la formacin de altos volmenes de fase lquida durante la coccin, que son el resultado de la fusin progresiva de los minerales fundentes usados en la composicin del soporte cermico.Por tanto, los agentes fundentes, que son determinantes a la hora de definir la temperatura de coccin del producto y son responsables de la deformacin piroplstica que sufre el soporte cermico durante la coccin, afectan en gran medida las caractersticas microestructurales de las piezas de gres porcelnico resultantes.Los agentes fundentes utilizados tradicionalmente en las baldosas cermicas preparadas por va hmeda son los feldespatos. Las filitas (los agentes fundentes utilizados habitualmente en Brasil) y las nefelinas pueden utilizarse tambin en las piezas de gres porcelnico en lugar de los feldespatos

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 OBJETIVOS GENERALESEstudiar y seleccionar un proceso de fabricacin del gres porcelnico, as como sus usos y aplicaciones.

1.1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS1. Detallar las materias primas para la fabricacin del gres porcelnico.2. Indicar y explicar una tcnica operacional para la fabricacin del gres porcelnico.3. Detallar sus usos y aplicaciones

1.2 IMPORTANCIA

El estudio de la produccin del gres porcelnico nos permite conocer particularidades que lo diferencian de los dems materiales cermicos; ya que, es el recubrimiento cermico con mejores caractersticas tcnicas; contribuye en el aislamiento trmico y optimiza el uso de la energa empleada para refrigerar o calentar los espacios interiores de fachadas.

1.3 JUSTIFICACION

1.3.1 POR SU NATURALEZAEl gres porcelnico posee la capacidad de absorber las ondas sonoras, debido a ello existen industrian de construccin lo utilizan para las fachadas de edificios, departamentos entre otros.

1.3.2 POR SU MAGNITUDDebido a la demanda de este material en el Per, en los ltimos aos aument la importacin de este cermico.

1.3.3 POR SU TRANSCENDENCIABusca incrementar el inters de las personas en este producto por las mejores caractersticas que posee, aumentando as el consumo. Busca darle valor agregado al material cermico.

II. MARCO TEORICO

2.1 LA CERMICATradicionalmente se ha definido a la cermica como el arte de fabricar objetos de arcilla cocida. Esta definicin debe su origen a que las primeras cermicas que trabajo y conoci el hombre, fueron materiales arcillosos que encontr en la naturaleza a los cuales solo tuvo que agregar agua para poder modelarlos. Sin embargo, pronto descubri que poda obtener mejores resultados, si las arcillas encontradas naturalmente eran mezcladas con otros materiales que le permitieran mejorar sus caractersticas antes o despus de la quema, logrando as un paulatino perfeccionamiento en las piezas realizadas.Hoy en da, el concepto de cermica abarca no solamente a aquellas en las cuales, la arcilla sigue siendo el material indispensable y ms importante, comprende en un sentido ms amplio, a todo artculo elaborado a partir de sustancias inorgnicas, primeramente moldeadas y posteriormente endurecidas por el fuego. Esta definicin se genera a partir del desarrollo de las llamadas nuevas cermicas, las cuales han surgido como resultado de la aparicin de necesidades cada vez ms especficas, en donde para satisfacerlas, se han creado pastas cuya composicin se encuentra exenta de sustancias arcillosas. Sin embargo, estas se clasifican dentro del mismo campo de conocimiento, debido a que, al igual que las arcillas, requieren ser moldeadas en crudo y despus ser expuestas al fuego para su endurecimiento, convirtindose as en materiales cermicos.La cermica tradicional, a la cual nos referiremos en este documento, es tambin denominada como la qumica de los silicatos ya que las materias primas clsicas que intervienen en su composicin son: Arcilla Slice y Feldespato contienen como elemento comn al slice

2.1.1 CLASIFICACIN DE LAS CERMICAS Debido a que la cermica en general es resultado de una combinacin de sustancias minerales, los tipos de pastas o cuerpos cermicos y las caractersticas que pueden presentar cada uno, son por lo tanto muy numerosas, de tal manera que los criterios de clasificacin suelen ser muy diversos, algunos de ellos son: por su temperatura de quema (baja, media y alta), por su densidad (porosas y densas), por su color (blancas o coloreadas) o por su uso. De acuerdo a su composicin, la cermica se puede dividir en tres grandes grupos:

Fuente: El Comit Europeo de Normalizacin

2.1.1.1 Pastas tradicionalesComprende a los cuerpos cermicos curo componente principal es una arcilla o una mezcla de arcillas, combinada principalmente con slice y feldespato; o bien, el trabajo directo con arcilla como materia prima nica, lo cual es poco frecuente. Las diferentes pastas cermicas pertenecientes a este grupo son logradas debido a la variacin de los porcentajes de arcilla, slice, feldespato y otros materiales que pudieran intervenir en la composicin, y a las diferentes clases de arcillas que existen en la naturaleza, todo ellos formulado para que a una determinada temperatura se obtenga un tipo de material cermico. Estas variaciones pueden ser tan sutiles que la frontera entre una pasta y otra, puede no estar bien delimitada. Los cuerpos cermicos pertenecientes a este grupo son:

a) LADRILLERAEs un material poroso, tosco y de color, preparado por los mtodos ms directos a partir de arcillas naturales, usado en la fabricacin de ladrillos.b) REFRACTARIOSMateriales resistentes al calor que se emplean en aquellas partes del horno, que deben resistir una alta temperatura sin deformaciones. Pueden dividirse en productos pesados y/o de grano grueso para usos generales, y en piezas finas demandadas para usos especiales. Se clasifican de acuerdo a su refractariedad y a su naturaleza qumica.c) ARCILLA REFRACTARIALas pastas de arcilla refractaria son moderadamente finas, porosas, blanquecinas y utilizan arcillas refractarias naturales. Su estructura permite la fabricacin de piezas resistentes de gran tamao, como baldosas para piso.d) ALFARERAPasta cuyo componente principal o nico es el barro, es porosa, de color y con poca resistencia mecnica. Se le conoce tambin como maylica, terracota o barro (termino comn utilizado en Mxico). Se usa en gran diversidad de productos de uso cotidiano.e) LOZA BLANCA Y LOZA COLOREADAPasta fina, porosa y blanca, o pasta blanca que ha sido coloreada por medio de xidos metlicos, respectivamente. De resistencia media, se usa para la fabricacin de productos decorativos y para el hogar.f) LOZA SEMIVTREADe menor absorcin y mayor resistencia que la loza blanca, se utiliza principalmente para la fabricacin de vajillas.

g) GRESConocido tambin como Stone-ware, seki yaki o simplemente cermica de alta temperatura; es una pasta opaca e impermeable de color variable, gran resistencia y con un alto contenido de arcilla en su composicin. Se usa en la produccin de pisos, tuberas y piezas.h) GRES PORCELNICOVariantes del gres fabricado a partir de materias primas seleccionadas, puede trabajarse en una gran cantidad de procesos manuales e industriales, lo mismo que en piezas muy grandes. Se utiliza para la produccin de vajillas de mesa, artculos varios y piezas de arte. Este material puede ser texturizado agregndole chamota o arcilla refractaria.i) PORCELANA VTREAPasta blanca opaca, de alta resistencia, vitrificada y absorcin de agua casi nula. Se usa en la fabricacin de sanitarios y vajillas de hotel.j) PORCELANA BLANCAEs fundamentalmente una pasta fina, de color blanco o marfil, ms o menos translucida y muy resistente. Su nombre se debe a que su temperatura de quema no rebasa los 1300C, fue desarrolladla y fabricada originalmente en Europa para simular la porcelana china. Se usa en la fabricacin de piezas artsticas, para el hogar y decorativas.k) PORCELANA DE HUESOPuede clasificarse tambin como una porcelana blanda, es una pasta de color marfil o blanco, muy resistentes al impacto. Su principal caracterstica es su translucidez, la cual se debe al alto contenido de cenizas de hueso. Es usada particularmente en Inglaterra, en la fabricacin de vajilla.l) PORCELANA DURACocida a altas temperatura (1300-1450C) y preparada con materiales muy seleccionados, resulta ser una pasta blanca de alta calidad, completamente vitrificada, translucida, muy dura y resistente. Tiene los mismos usos que la porcelana blanda.

2.1.2 BALDOSAS CERMICASSon productos obtenidos a partir de arcillas naturales y otros componentes minerales, a veces con aditivos de diferente naturaleza, que tras un proceso de modelado (dar forma), se someten a operaciones de secado, aplicacin de esmaltes y decoraciones, as como otros tratamientos, para desembocar en uno o varios procesos de coccin que confieren el estado final y, en consecuencia, las propiedades tcnicas y estticas.Por su geometra, al ser placas de poco grosor y dimensiones ms o menos regulares, se utilizan para el revestimiento de suelos y paredes. Son productos ligados a la Arquitectura que deben considerarse como semielaborados del sector de la construccin, que alcanzan la categora de producto acabado cuando ya estn colocados en el suelo o en la pared.

2.1.2.1 CLASIFICACIN DE LA BALDOSAS EN FUNCIN DE LAS MATERIAS PRIMAS

a) Baldosas cermicas de pasta rojaBaldosas fabricadas con arcillas que, durante el proceso de coccin, adquieren coloracin que va desde el amarillo paja hasta el rojo o marrn intensos, en funcin del contenido de xido de hierro y, en menor medida, xido de manganeso.

b) Baldosas cermicas de pasta blancaBaldosas fabricadas a partir de arcillas que no contienen xidos colorantes en su composicin y que, por ello, dan una coloracin blanca o blancogriscea despus de la coccin.

c) Baldosas cermicas ms o menos porosasEn funcin del contenido de carbonatos de las arcillas que intervienen en la composicin y, secundariamente, de los procesos de conformacin y de coccin.Las arcillas gresificables, con un muy bajo contenido en carbonatos, permiten la coccin del cuerpo cermico a temperaturas superiores a los 1.100C, siendo determinante para la obtencin de productos muy poco o nada porosos (greses en general y gres porcelnico en particular).

2.1.3 GRES Los cuerpos de gres son mezclas de arcillas, ya sean de gres, refractarias o de bola, modificados por la accin del feldespato o piedra Cornualles, que actan como fundentes, cuarzo o pedernal, que separan las partculas y dan blancura , y arcilla de china o caoln ,que reducen el encogimiento y plasticidad e incrementan la blancura y la cualidades refractarias.El gres es utilizado en piezas de pavimento, mosaico, tubos, codos para caeras y aisladores elctricos.

2.2 CLASIFICACION2.2.1 CLASIFICACIN DEL GRES DE ACUERDO A SU COMPOSICIN Y PROCESO DE FABRICACIN

2.2.1.1 Gres Ordinario o Gres NormalEs bsicamente una pasta densa pero econmica, de color ante o azulado, cuya caracterstica ms importante es su resistencia al ataque por todos los agentes qumicos, excepto el cido fluorhdrico y sus derivados, y los custicos alcalinos calientes. Con l se pueden modelar grandes piezas, debido a que se prepara con arcillas plsticas de grano fino y gran resistencia mecnica en verde.

2.2.1.2 Gres FinoHecho con materias primas ms cuidadosamente seleccionadas, preparadas y mezcladas; se emplea para vajillas y piezas artsticas.

2.2.1.3 Gres BlancoEs un producto de calidad que requiere materias primas ms puras y un proceso ms refinado, eliminando cualquier posibilidad de contaminacin.

2.2.1.4 Gres Resistente al Choque TrmicoTiene adiciones especiales o tratamientos trmicos especiales, para hacerlo ms resistente a los cambios de temperatura.

2.2.1.5 Gres ElctricoLleva adiciones especiales con las que se consigue mejorar las mediocres propiedades elctricas del gres normal.2.2.2 CLASIFICACIN DEL GRES DE ACUERDO A SU UTILIZACIN

2.2.2.1 Gres RusticoEs una familia que entra plenamente en la clasificacin de gres cermico, con una porosidad abierta contenida que lo hace idneo para su utilizacin en pavimentos residenciales interiores y exteriores.La mayora de los greses rsticos se obtienen mediante conformacin por extrusin, aunque tambin hay greses rsticos prensados.El adjetivo de rsticos es consecuencia fundamentalmente de la destonificacin de la cara vista y de la textura ms o menos rugosa de esa superficie. En consecuencia, son productos que suelen tener un buen comportamiento antideslizante. Normalmente presentan una buena resistencia qumica, a los niveles de exigencia propuestos en la norma.

2.2.2.2 Gres Esmaltado Soporte poco poroso, coloreado o blancoSon baldosas cermicas en la categora de los greses, aunque presentando una gran diversidad de coloraciones del soporte y tambin de la porosidad abierta (entre un 2 y un 6%).La porosidad abierta har que sean resistentes a ciclos de hielo/deshielo o no, a la par que permitirn la colocacin con morteros de cemento o excluirn esta tcnica de colocacin. Son greses esmaltados y, por tanto, con un buen comportamiento a las manchas y gran facilidad de limpieza salvo que presenten texturas muy rugosas.Dado que esta familia de baldosas cermicas representa la oferta mayoritaria destinada a pavimentacin residencial.Presentan una resistencia mecnica media que permite su uso en cualquier pavimento residencial. En funcin de esa resistencia mecnica y del formato de la baldosa, podr ser compatible con aplicaciones no residenciales.

2.2.2.3 Gres Porcelnico Son baldosas cermicas de capacidad de absorcin de agua inferior en todos los casos al 0,5%, estando las producciones actuales por debajo del 0,1%. En todos los casos son baldosas resistentes a la helada.La conformacin por prensado con tcnicas de coloracin en masa a partir de las materias primas, o la aplicacin de la doble carga en fase de conformacin, as como los relieves obtenidos, dan como resultado un producto con una gran diversidad de coloraciones y texturas en su versin natural. La aplicacin de sales solubles de forma continua o selectiva mediante decoracin serigrfica enriquece la oferta de acabados y decoraciones.La comercializacin de baldosas sin ningn tratamiento posterior a la coccin ni aplicacin de sales solubles dan como resultado una baldosa mate, con una microrrugosidad superficial y con una mayor o menor resistencia a las manchas en funcin de la porosidad abierta residual de su cara vista.La aplicacin de sales solubles antes de la coccin sobre su superficie da la terminacin satinada, con un mejor comportamiento de resistencia a las manchas y facilidad de limpieza.La versin pulida por accin mecnica sobre la superficie da un brillo semejante al vidrio plano, aunque disminuye la resistencia a las manchas y sobre todo la resistencia mecnica a la prdida de aspecto, recomendndose su uso nicamente para revestimientos y pavimentos residenciales sin contacto directo con el exterior.

2.2.3 POR SUS ACABADOS

2.2.3.1 Gres Porcelnico Natural Es un producto cermico de pasta compacta, que presenta una superficie no pulida. Como no es en absoluto absorbente, no requiere ninguna proteccin antimancha sino slo un mantenimiento adecuado. Para una limpieza correcta despus de la colocacin es indispensable realizar un lavado cido. En caso de gres porcelnico metalizado, verificar previamente la resistencia del material a los productos cidos.

2.2.3.2 Gres Porcelnico pulidoElGres Porcelnicose puede pulir durante la produccin para otorgarle un aspecto particularmente resplandeciente. Con este tipo de elaboracin, el material se convierte en ms absorbente y sensible a las manchas, por lo que se recomienda realizar un tratamiento antimancha con productos de base solvente.

2.2.3.3 Gres Porcelnico estructuradoElGres Porcelnico estructuradopresenta una superficie muy spera y con relieves y es particularmente indicado para pavimentos exteriores. Para una limpieza correcta despus de la colocacin es indispensable realizar un lavado cido. Si se coloca en interiores, se recomienda un tratamiento de proteccin que atene la absorcin de la suciedad y facilite el mantenimiento ordinario.2.2.3.4 Gres Porcelnico lapado (semipulido o satinado)ElGres Porcelnico lapadopresenta una superficie lisa pero no totalmente pulida y reflectante. Para una limpieza correcta despus de la colocacin es indispensable realizar un lavado cido, tras verificar la resistencia del material. Si se observa la necesidad de aplicar al material una proteccin antisuciedad-antimancha, se recomienda ponerse en contacto con la oficina tcnica Fila.

2.3 MATERIAS PRIMAS

2.3.1 Arcillas Para Cuerpos De GresAlgunas arcillas naturales soportan temperaturas mayores a 1280C, su contenido en fundentes es bajo, pero alto en almina y slice.La mayora de los ceramistas trabajan con arcillas naturales del gres, pero integradas en cuerpos especialmente formulados para conseguir los efectos deseados. Para modificar la textura de la arcilla se puede aadir arena o chamota de distintas granulaciones y tintes comerciales y/u xidos metlicos para alterar el color final.

2.3.2 Arcillas de GresMineral resultante de la descomposicin de rocas feldespticas .Su composicin y sus propiedades variables, soporta temperaturas hasta 1200C.Por ser arcilla secundaria tiene un buen grado de plasticidad e incluye una gran proporcin de partculas de tamao medio.2.3.3 Arcillas Refractarias Soportan temperaturas superiores a 1300C, son arcillas secundarias con bajo contenido en fundentes, y por tanto, muy plsticas.2.3.4 Arcillas De BolaArcilla secundaria, altamente plstica debido al pequeo tamao de sus partculas, con un elevado ndice de encogimiento durante el secado y coccin .En estado natural puede ser azul, gris o negra debido a la presencia de un material orgnico; pero al cocer toma un color blanco o crema.2.3.5 Arcilla de ChinaArcilla primaria, resultante de la descomposicin hidrotrmica de la caolinita, extrada del mimo lugar que se ha producido la descomposicin. Es blanca al cocer, refractaria y su ndice de encogimiento durante el secado y la cochura es menor que el de la arcilla de bola. 2.3.6 CaolnMuy similar a la arcilla de China, aunque al cocer tomo un color mas clido, a causa de las impurezas.

2.3.7 Piedra CornuallesGranito parcialmente descompuesto, contiene feldespato, mica y cuarzo y se funde a temperatura de gres. Su color purpura se debe al presencia de espato flor. Cuanto ms oscuro es el color, ms contenido de este material y su mayor actividad como fundente.2.3.8 FeldespatoMineral natural con un alto contenido de materiales alcalinos combinados con almina y cuarzo .Su composicin es muy variado y funde a temperatura de gres.2.3.9 Pedernal o cuarzo Son fundentes de slice .El cuarzo es una variedad natural granulada .EL pedernal se contiene calcinando y triturando los guijarros de slice hallados en los yacimientos de Creta.2.3.10 ChamotaSirve para designar arcilla o cuerpos sometidos a coccin y triturados pueden aadirse a un cuerpo plstico. La chamota redice el encogimiento de la arcilla durante el secado y la primera coccin, pero se contrae debido a la consolidacin si se cuece hasta su maduracin despus de ser aadida al cuerpo. 2.3.11 Bentonita Arcilla secundaria de tipo de la montmorillonita, de gran plasticidad.

2.4 GRES PORCELANICO

2.4.1 CARASTERISTICAS FUNDAMENTALESLas caractersticas del cuerpo de gres dependen de las arcillas o de la mezcla de estas con otros materiales, cuando es formulado. Los cuerpos de gres que mejor responden al vidrio salino son los que contienen un 60% de slice y un 20% de almina, aproximadamente; el 20% restante es una mezcla de otros materiales cermicos. El hierro acta negativamente rechazando al sodio depositado sobre la arcilla y afectando al vidrio. Adems, las arcillas de grano grueso (las arenosas) producen texturas speras. Las caractersticas de un cuerpo de gres son determinadas por su composicin, as como son determinadas las caractersticas de una arcilla comn.2.4.2 MATERIAS PRIMASLas materias primas utilizadas para el gres, son diversas; de sus cualidades y cantidades depende la calidad de las mezclas y de los cuerpos de gres.2.4.2.1 arcilla de gresMinerales naturales resultantes de la descomposicin de rocas feldespticas. Su composicin y sus propiedades son variables; pueden soportar temperaturas de hasta 1280C. Son arcillas secundarias y tienen buena plasticidad por la finura de sus partculas que incluye una gran proporcin de partculas de tamao medio.2.4.2.2 arcillas refractariasPueden soportar temperaturas superiores a 1300C. Son arcillas secundarias con bajo contenido de fundentes y, por lo tanto, buena plasticidad. Se encuentran con frecuencia asociadas a yacimientos de carbn, que les otorga el color negro y les reduce su plasticidad.

2.4.2.3 arcilla de bola Arcilla secundaria altamente plstica debido al tamao pequeo de sus partculas y con un elevado ndice de encogimiento durante el secado y coccin. En estado natural puede ser azul/gris o negro debido a la presencia de material orgnico, pero con la cochura toma un color blanco o crema, lo que revela el bajo contenido de hierro como contaminante.2.4.2.4 arcilla chinaArcilla primaria resultante de la descomposicin hidroelctrica de la caolinita, extrada del mismo lugar donde se produjo la descomposicin de las rocas madre. Es blanca al quemar, refractaria y su ndice de encogimiento durante el secado y la cochura es menor que el de la arcilla de bola.2.4.2.5 caolnMuy similar a la arcilla china, aunque en algunos casos tiene un color de quema ms plido a causa de las pequeas impurezas que contienen. Es una arcilla primaria resultante de una descomposicin caractersticas de las rocas.2.4.2.6 piedra de cornuallesEs granito parcialmente descompuesto y contiene feldespato, mica y cuarzo y se funde a temperaturas de gres. Cuanto ms oscuro es su color, debido a la presencia de espato flor, ms alto el contenido de este material y mayor su actividad como fundente.2.4.2.7 feldespatoMineral natural con un alto contenido de materiales alcalinos combinados con almina y cuarzo. Su composicin es muy variada y funde a temperaturas de gres. Se emplea como fundente y ligante.

2.4.2.8 pedernal o cuarzoSon fuentes de slice. El cuarzo es una variedad natural granulada, en tanto que el pedernal se obtiene calcinando y triturando los guijarros de slice hallados en los yacimientos de creta (carbonato de calcio).

2.4.3 QUEMADORES Y COMBUSTIBLES

2.4.3.1 Quemadores de gasSon de dos tipos:a) EL ATMOSFERICOExpulsa el gas por la tobera del horno, se basan en mecanismo por el cual una corriente de gas arrastra a otro gas a travs de un surtidor. El gas arrastra aire y se mezclan en su paso hacia la boquilla del quemador y se inflama al penetrar por la tobera del horno. La llama resultante se produce a unos 10cm del extremo del quemador.b) EL DE AIRE COMPRIMIDO O FORZADOEn este caso, un ventilador introduce al aire que a su vez arrastra el gas. El aire y el gas se mezclan en la zona de mezcla y son eyectados por la oca cilndrica y luego se inflaman. Los quemadores de aire forzado se regulan controlando tanto el flujo de aire como el gas.

2.4.3.2 quemadores de petrleoEstos son quemadores del tipo de aire forzado, en los que el aire pulveriza (atomiza) al petrleo y la mezcla se inflama al salir del quemador. Para que la combustin sea completa es preciso el abastecimiento de aire en exceso.

2.4.3.3 combustibleLos combustibles slidos como la madera, se queman en dos fases bien diferenciadas: inicialmente, el calentamiento libera agua y dixido de carbono, luego, a 280C se liberan gases voltiles, los que se inflaman en contacto con la llama; este es el punto de inflamacin de la lea.2.4.4 ATMOSFERA DEL HORNOTiene una gran importancia en la cochura de las piezas cermicas, puesto que afecta a los colores y tonalidades. La atmosfera del horno puede ser oxidante o reductora. Una reduccin seguida de oxidacin, provoca que los colores sean ms clidos, ricos y atractivos. La atmosfera del horno debe ser oxidante o reductora en etapas definidas del proceso de cochura y verificacin.

2.4.5 CLASIFICACION DE LOS HORNOS2.4.5.1 De acuerdo a la fuente de energaSon fuente de energa la electricidad y lo combustibles gaseosos, lquidos o slidos empleados en el calentamiento del horno.a) HORNOS ELECTRICOSSon de uso ms frecuentes en los talleres de cermica, especialmente en aquellos donde se elaboran productos vidriados. Estos son hornos intermitentes o peridicos, puesto que se cargan y descargan estando apagados, y se encienden para el calentamiento y coccin; pero tambin los hay de operacin continua, en los que el cargado y descargado se efecta en pleno calentamiento u operacin y usados generalmente para la quema de piezas decoradas.

b) HORNOS DE GASSon muy populares y ms an lo seran si no fuera por su costo inicial. El mantenimiento es barato y las reparaciones escasas. Permiten la variacin de las condiciones atmosfricas en el interior de la cmara de coccin a diversas temperaturas; pueden alcanzar temperaturas de hasta 1400C y resistir condiciones de reduccin frecuentes. Sus estructuras son de ladrillo, generalmente del tipo aislante, con una camisa de material aislante, y revestidas exteriormente con paredes de acero. Poseen conductos (chimenea) para evacua los gases calientes de la combustin; estos conductos tienen reguladores de tiro. Adems, en las bases de las paredes laterales o en los extremos laterales del piso se encuentran los agujeros o ventanillas de ingreso de la llama rpducida por la combustin.Los hornos pueden ser de tiro directo o ascendente (superior) y de tiro invertido o descendente (inferior). En los de tiro ascendente la llama infresa por la base y tienen la chimenea en la cpula o techo. Actualmente se estn prefiriendo los hornos de gas de tiro invertido o descendente, construidos de modo que las llamas penetran en la cmara, circulan a travs de las piezas y salen por conductos situados en base a la cmara que conduce a la chimenea.Los materiales naturales inevitablemente contienen hierro, que en atmosfera se convierte en xido frrico (color rojo) y en atmosfera reductora, el xido frrico es reducido a ferroso de color azul o verde. (a 1250C)

c) HORNOS DE PETROLEO Y COMBUSTIBLES SOLIDOSLos hornos de petrleo son de construccin similar a los de gas, aunque requieren de quemadores de aire a presin para atomizar el petrleo y hacer que la combustin sea completa. Es necesaria una cuidadosa regulacin del aire y del petrleo, para asegurar una combustin completa y alcanzar las temperaturas ms altas.

Los hornos de carbn vegetal, carbn mineral y lea no utilizan quemadores sino un hogar o cmara de combustin situado detrs, al lado o debajo de la cmara de coccin, hasta la cual ingresa la llama y los gases transportando el calor. Tambin cuenta con una parrilla sobre la que se coloca el combustible slido para facilitar su combustin.

2.4.5.2 De acuerdo a la direccin de tiroa) HORNOS DE TIRO ASCENDENTEEs el tipo de horno ms sencillo y permite que los gases calienten de la combustin y el fuego, penetren en la cmara de cochura (zonas principal del horno) directamente desde el hogar o quemador a travs de ventanillas ubicadas lateralmente en la base, y orientadas por una pared interior y de baja altura, describiendo un recorrido ascendente a la chimenea que se abre en la parte superior del horno.

b) HORNOS DE TIRO DESCENDENTESon los hornos en los que el fuego ingresa lateralmente por la base y los gases calientes o residuales producto de la combustin, son obligados a realizar recorridos ms largos, en la cmara de cochura, inicindose con el ascenso(hornos de tiro ascendente) y luego el descendente a travs de las piezas, cediendo o transfiriendo una mayor cantidad de calor a los cermicos, para luego abandona la cmara por el o los conductos de aspiracin ubicados en la base del horno y que conducen a la chimenea.

c) HORNOS DE TIRO HORIZONTAL (TRANSVERSAL)Estos hornos tienen una forma rectangular, estrecha y alargada, de tal manera que los gases calientes se desplazan a travs de las piezas cermicas ms o menos horizontalmente en la cmara de cochura, la cual esta provista de los hogares y una pared de pantalla en el extremo; la salida hacia la chimenea se encuentra en el fondo del extremo. La eficiente de estos hornos es mayor que la de los ascendentes por lo tanto el consumo de combustible es menor.

2.4.5.3 De acuerdo a la operacin del hornoEste criterio se refiere a la forma especfica del horno. As, hay hornos destinados solo para la primera quema (bizcochados) o solo para la quema de barnizado; otros son de operacin mltiple. Una variante de este criterio es la condicin atmosfrica del horno, segn la cual, hay hornos de oxidacin, neutro y de reduccin, o sus combinaciones.Otros autores clasifican a los hornos intermitentes o peridicos y hornos continuos. Una clasificacin ms comercial est basada eb la temperatura de coccin del producto cermico, teniendo a los hornos para gres y porcelana. Hornos para terracota, hornos para refractarios, para sanitarios, para maylicas y azulejos, etc.2.4.6 HORNOS PARA VIDRIO SALINOEl equipo fundamental para el vidrio salino es un horno de llama viva a fin de que los vapores se sal puedan ser transportados por los gases calientes producto de la combustin, hasta cada una de las piezas cermicas de la carga. Segn el combustible usado estos hornos pueden ser de lea, aceite, petrleo o gas. Los hornos de tiro descendente trabajan mejor pata el salinado, porque dan una mejor distribucin de los vapores a su paso por entre los cermicos.

III. INGENIERIA DE PROCESOS

3.1 MATERIAS PRIMAS

3.1.1 MATERIALESLas materias primas utilizadas en la produccin del gres porcelnico pueden ser clasificadas de la siguiente manera:3.1.1.1 Caolines o arcillas caoliniticasLa funcin principal de este grupo es proporcionar a la formulacin la plasticidad necesaria para obtener, por medio de la operacin de prensado, recubrimientos en crudo con caractersticas mecnicas adecuadas para facilitar la manipulacin y transporte del producto sin cocer. Usualmente es utilizada una mezcla de caolines o arcillas en la fabricacin del gres porcelnico.

3.1.1.2 Materiales con contenido de cuarzoLa funcin del cuarzo es formar el esqueleto del soporte cermico, una funcin no plstica y estructural necesaria para controlar los cambios en las dimensiones del producto durante las etapas de secado y cocido.

3.1.1.3 Feldespatos o talcosLa funcin de este grupo es actuar como fundente con la finalidad de producir abundante fase liquida con caractersticas de flujo adecuado durante la etapa de coccin. La presencia de la fase liquida es indispensable para obtener las excelentes caractersticas tcnicas del gres porcelnico.

3.1.2 PROCESO DE FABRICACION DEL GRES PORCELANICOEl gres porcelnico es el resultado de un proceso de produccin el cual, en lo general, es muy similar al utilizado en la fabricacin de cualquier recubrimiento cermico. Cada etapa del ciclo de produccin se debe explicar detalladamente, ya que cada uno hace que el gres porcelnico sea el recubrimiento cermico con mejores caractersticas tcnicas.El diagrama de flujo del ciclo de produccinMATERIAS PRIMAS

PREPARACION DE POLVOS

PRENSADO

SECADO

COCCION

SELECCION

PRODUCTO TERMINADO

3.1.2.1 Dosificacin De Materias PrimasEl proceso cermico comienza con la seleccin de las materias primas que deben formar parte de la composicin de la pasta, que son fundamentalmente arcillas, feldespatos, arenas, carbonatos y caolines.Las materias primas cermicas son minerales o acumulaciones de rocas con las que se pueden fabricar productos cermicos, bien en su estado natural o con un tratamiento previo. De acuerdo con su comportamiento con el agua se dividen tradicionalmente en materias primas plsticas y no plsticas o desgrasantes.Ejemplos simples de materias primas plsticas son los caolines y las arcillas, mientras que el cuarzo y el feldespato son ejemplos de materiales no plsticos.La composicin de la pasta debe ser elegida en funcin de las caractersticas de la pieza cermica que se desea obtener y del proceso de fabricacin a emplear. Por tanto, la calidad del producto depender plenamente de la mezcla de materias primas empleadas y del procedimiento seguido en la fabricacin. En general, una pasta es idnea para la fabricacin de un producto cermico cuando cumple una serie de condiciones: La relacin de materiales plsticos y materiales desgrasantes debe ser tal que confiera a la pasta cermica la plasticidad necesaria para realizar un adecuado moldeo y a la pieza conformada la suficiente resistencia mecnica en verde y en seco. Si la preparacin de la muestra se realiza por va hmeda, debe ser fcilmente desfloculable. Por ltimo, la pasta cermica debe poseer una adecuada composicin qumica y mineralgica de manera que, las transformaciones fisicoqumicas que tienen lugar durante el proceso de coccin, confieran al producto acabado las caractersticas deseadas (coeficiente de dilatacin, resistencia mecnica, porosidad, etc.). Asimismo, la pasta debe ser lo ms insensible posible a las variaciones de la temperatura de coccin dentro de ciertos lmites.

3.1.2.2 Preparacin del PolvoLa preparacin de los polvos consiste en una serie de operaciones dirigidas a la obtencin de un material de composicin homognea y distribucin de tamao de particula adecuada.Existen dos clases de tecnologas que pueden ser usadas en esta etapa del proceso de produccin del recubrimiento: Molienda en seco y humectacin Molienda en hmedo ya tomizadoA pesar de que la opcin de molienda en hmedo y atomizado es la menos conveniente desde un punto de vista energtico, y por tanto la mas costosa, es la que se utiliza en la fabricacin del gres porcelanico por los siguientes motivos: La molienda en hmedo nos permite alcanzar tamaos de partcula ms finos con lo cual se puede obtener un recubrimiento homogneo y denso durante la coccin. En la molienda en hmedo, debido a que se utilizan cantidades de agua del 35-40 %, se puede lograr una ptima homogeneizacin de las materias primas que conforman el polvo. El atomizado produce polvos granulares con morfologas y distribuciones de tamao de particula apropiadas para el correcto llenado de los moldes en las prensas con lo cual es posible conseguir buenas compactaciones en el recubrimiento, y por tanto, favorecer la sinterizacion en la etapa de coccin.En el proceso de molienda hmedo, se utilizan los llamados molinos de bola, en donde el elemento molturante consiste en esferas cermicas o bolas de cuarzo. A la suspensin obtenida de la molienda en hmedo se le conoce como barbotina y contiene entre el 35 40 % de agua. La barbotina es inyectada a alta presin ( 25 30 atmosferas) por medio de bombas hidrulicas a una serie de aspersores localizados en la parte superior de un equipo conocido como atomizador o secador por aspersin en donde entra en contacto con aire caliente a temperaturas del orden de los 500 600 C. Despus de dosificar la cantidad adecuada de cada materia prima que compondr la pasta, se realiza una molturacin por va hmeda mediante molinos de bolas continuos o discontinuos, para disminuir an ms el tamao de partcula. La materia prima en seco correctamente dosificada, es introducida en el interior del molino, en el que se introducir agua y elementos molturantes.

Molino DiscontinuoMolino contino

Molino de Bola

Aunque esta molturacin tambin se puede realizar por va seca, se emplea ms la molienda va hmeda, ya que la arcilla obtenida mediante va seca no es del todo satisfactoria porque sus partculas presentan poca fluidez, lo que hace que en ocasiones la arcilla no quede bien distribuida sobre el plato de la prensa, creando una deficiencia que provoca defectos de descuadres y lunetas. Tambin son frecuentes variaciones incontrolables de la humedad, que hacen que se tenga que modificar la presin de prensado.La molienda tiene los siguientes objetivos: Facilitar el mezclado y homogeneizacin del material Aumentar la velocidad de reaccin Obtener partculas de material con una determinada distribucin de tamaos que permita las reacciones qumicas y las transformaciones fsicas necesarias.

ESTUDIO DEL PROCESO DE FABRICACION DE GRES PORCELANICO Y SUS APLICACIONES

FIQ-UNACPgina 0Despus de la molienda en molinos de bolas, ya sea en continuo o discontinuo, la barbotina pasa a travs de un tamiz y ocasionalmente de un separador magntico y se almacena en balsas para posteriormente ser bombeada a la torre de secado del atomizador.

Para la fabricacin de gres porcelnico tcnico se necesita, en funcin del modelo a fabricar, atomizado de distintos colores, para realizar efectos decorativos en la pieza durante el prensado. El atomizado de color se obtiene despus de aditiva la cantidad correspondiente de cada color a la barbotina obtenida de la molienda y someterla al proceso de atomizacin.

3.1.2.3 PrensadoUna vez se tiene el polvo acondicionado con la humedad y homogeneizacin convenientes, es conducido por transporte mecnico a los silos, que son capaces de almacenar gran cantidad de material, para ser depositado inmediatamente despus en las distintas tolvas que alimentarn, por medio de una cinta sin fin, a sus respectivas prensas.En la etapa de prensado, el polvo atomizado proviniendo de los silos de almacenamiento y con humedad del 4- 7 % es comprimido entre dos superficies a presiones entre 350 500 kg/cm2Tales presiones causan reacomodo y deformacin parcial en el polvo, lo que permite un alto grado de compactacin en la pieza prensada.En la fabricacin del gres porcelnico se utilizan prensas hidrulicas por su alto grado de control sobre los parmetros de trabajo.Cabe sealar, que la etapa de prensado tiene una marcada influencia sobre las caractersticas mecnicas y microestructurales del producto terminado. a) PRENSA HIDRAULICALa prensa hidrulica se usa con preferencia, eligiendo su fuerza mxima en funcin del tipo de producto (el gres porcelnico necesita de mayor presin especfica) y del tamao de las piezas a fabricar.La operacin de prensado se realiza siguiendo las siguientes etapas: Carga de arcilla en elmolde. Bajada de la traviesa. 1 prensada. Desaireacin. 2 prensada. Extraccin.Una vez prensada, la pieza se limpia con aspiradores para eliminar las partculas sueltas de arcilla, para evitar que en el proceso de secado queden adheridas a la superficie del soporte.A diferencia de los productos esmaltados, algunos modelos de gres porcelnico son decorados en la prensa, mediante tecnologa especfica, obteniendo unos efectos de gran riqueza esttica.Uno de las variables ms importantes en la operacin de prensado es la compactacin. De la compactacin depende la aparicin o no de numerosos defectos en el producto acabado, tales como: calibres, descuadres, curvaturas y grietas.La densidad aparente (relacin entre el peso de la pieza y su volumen aparente, es decir, el volumen del slido ms el volumen de los poros) de piezas prensadas es una variable relacionada con la porosidad en crudo, y por lo tanto es una medida directa de la compactacin.Al aumentar la porosidad de una pieza prensada, es decir, al disminuir su compactacin, disminuye su densidad aparente debido a que el volumen ocupado por los poros es mayor, disminuyendo tambin su resistencia a las roturas.

3.1.2.4 SecadoEl proceso de secado, tiene la funcin de eliminar el agua de la pieza prensada y que fue necesaria al momento de su moldeo.Ya se ha visto como para el conformado de productos cermicos es imprescindible que la pasta se prepare con una determinada cantidad de agua, que oscila entre 5- 7%. Por lo tanto, despus de la operacin de prensado tendr lugar la eliminacin de agua para hacer posible la coccin del producto.El secado de las piezas se realiza mediante la exposicin de stas a una corriente de aire caliente y con un bajo contenido en humedadDe la velocidad con la que se realice esta operacin de secado depender, en gran medida, la aparicin de posibles defectos como grietas, fisuras y curvaturas.El secado de la pieza depende de muchos factores, tales como la temperatura y laHumedad del aire, el grosor, la forma y el tamao de la pieza, la porosidad y la superficie especfica del material, etc.Los secadores Verticales son los ms usados en la fabricacin del gres porcelnico e impulsan dos procesos:1. El calentamiento del material que promueve la difusin del agua del interior del recubrimiento a la superficie.2. La evaporacin y transporte de agua de la superficie del recubrimiento.

En los secaderos industriales el transporte de calor entre el aire y la superficie de la pieza se realiza por conveccin. En TAU se dispone de secaderos verticales automticos situados a la salida de las prensas. En el secadero, que opera a una temperatura mxima de 260 C, las piezas reducen su humedad hasta 0,1 - 0,9% y, a continuacin se dirigen a las lneas de esmaltado a una temperatura de aproximadamente 100 C para el producto esmaltado, mientras que el gres porcelnico tcnico sale del secadero a temperatura ambiente.

3.1.2.5 CoccinLa coccin de los productos cermicos es una de las etapas ms importantes del proceso de fabricacin, ya que de ella dependen gran parte de las caractersticas del producto cermico: resistencia mecnica, estabilidad dimensional, resistencia a los agentes qumicos, facilidad de limpieza, resistencia al fuego, etc.Las variables fundamentales a considerar en la etapa de coccin son, el ciclo trmico, y la atmsfera del horno, que deben adaptarse a cada composicin y tecnologa de fabricacin, dependiendo del producto cermico que se desee obtener.La operacin de coccin consiste en someter a las piezas a un ciclo trmico, durante el cual tienen lugar una serie de reacciones en la pieza que provocan cambios en su microestructura y les confieren las propiedades finales deseadas.Esta coccin se realiza en hornos mono estrato de rodillos, con ciclos de coccin entre 40 y 80 minutos, dependiendo del tipo de producto a cocer.En los hornos mono estrato, las piezas se mueven por encima de los rodillos y el calor necesario para su coccin es aportado por quemadores gas natural-aire, situados en las paredes del horno. Los mecanismos principales de transmisin de calor presentes durante este proceso son la conveccin y la radiacin.horno monoestrato de rodillo

Podemos diferenciar tres etapas bsicas en el proceso de coccin: precalentamiento, coccin y enfriamiento.

a) PrecalentamientoEs el intervalo desde el inicio del proceso hasta temperaturas de 800-900C. Es una etapa fundamental en la definicin del ciclo de coccin y sus limitaciones respecto a los esmaltes a utilizar. Referente a los esmaltes, y dependiendo de su composicin, tiene lugar su completo secado y comienza el reblandecimiento.

b) CoccinAunque en realidad la coccin es el proceso completo, aqu reservamos este trmino para la fase en que se producen las transformaciones deseadas. Se trata del intervalo que va desde los 800-900 C, hasta la temperatura mxima de coccin. En este punto, se puede aumentar ms rpidamente la temperatura sin peligro de ocasionar prdidas. Es en esta fase cuando se completan las reacciones iniciadas anteriormente y se inician otras nuevas (fusin, recristalizacin, disolucin, etc.). Hay que tener en cuenta que estas reacciones son incompletas, sobre todo en ciclos rpidos.

c) EnfriamientoCuando finaliza el aporte calorfico se inicia el perodo de enfriamiento. El sistema evoluciona durante el enfriamiento por lo que las caractersticas finales del producto dependern en gran medida de cmo se ha realizado ste. Durante el enfriamiento, gran parte de la fase vtrea en ocasiones cristaliza. La brusquedad del enfriamiento viene limitada por la ya conocida transformacin del cuarzo. Alrededor de su temperatura de transformacin deberemos enfriar muy lentamente para evitar variaciones bruscas de volumen y, por lo tanto, la aparicin de tensiones en la pieza. Una vez pasada esta temperatura crtica podemos de nuevo enfriar rpidamente sin miedo a provocar roturas. Hay que tener en cuenta que a la salida del horno debemos disponer de piezas fras que no daen los mecanismos de automatizacin de salida, y que, por otra parte, si al final del horno no provocamos un enfriamiento brusco nos veremos obligados a alargar la longitud de ste.Los fenmenos que se producen en las diferentes fases de un ciclo de coccin son los siguientes: 90-110 C: Eliminacin del agua higroscpica que pueda quedar debido a un deficiente secado o por la recogida de agua durante el esmaltado. 150-250 C: Eliminacin de agua ligada. 350-650 C: Eliminacin del agua de constitucin. 400-600 C: Combustin de las sustancias orgnicas. 573 C: Transformacin alotrpica reversible del cuarzo a_b (precalentamiento y enfriamiento). 700-800 C: Inicio de la fusin de los lcalis y xidos de hierro. 800-900 C: Descomposicin de los carbonatos. 800-1000 C: inicio de la fusin de pastas con CaO y FeO con formacin de silicatos. 1050-1120 C: inicio de fusin de los feldespatos y formacin de silicatos y Alumino-silicatos.

Hasta 1200 C: Sigue formndose vidrio (a 1200C formacin de mulita que provoca un gran aumento de la resistencia mecnica).Despus de la etapa de coccin, todos los materiales cermicos adquieren caractersticas mecnicas que son adecuadas para los usos contemplados del producto.En los recubrimientos de gres porcelnico, la operacin de cocido es llevada a cabo en hornos rpidos y continuos, en los cuales, los recubrimientos son transportados a travs del horno por medio de rodillos cermicos.

3.2 DESCRIPCION DEL PROCESOEn este captulo se explicarn cada una de las etapas experimentales que fueron llevadas a cabo bajo la premisa de desarrollar y caracterizar un gres porcelnico. Cabe recalcar que en el mismo orden en que las etapas experimentales son presentadas, fueron desarrolladas a nivel prctico.

3.2.1 SELECCIN Y ESTUDIO DE MATERIAS PRIMAS

3.2.1.1 SeleccinSe seleccionaron un total de 8 materias primas que son manejadas en las diferentes plantas del grupo LAMOSA.Las materias primas fueron procesadas en molinos de almina con capacidad de 10 kg, teniendo como elemento molturante bolas de almina, hasta alcanzar residuos en malla 230 (63um) inferiores al 1%.

TABLA 8. Materias primas utilizadas en las formulaciones de gres porcelnico.MATERIA PRIMALUGAR DE ORIGEN

CAOLIN 1ESTADOS UNIDOS

CAOLIN 2ZACATECAS, MXICO

CAOLIN 3HIDALGO, MEXICO

CAOLIN 4SAN LUIS POTOS, MXICO

ARCILLA 1ESTADOS UNIDOS

ARCILLA 2ESTADOS UNIDOS

ARCILLA 3SAN LUIS POTOS, MXICO

FELDESPATO IPUEBLA, MEXICO

3.2.1.2 Anlisis qumicoEl anlisis qumico de las materias primas fue obtenido por medio de la tcnica de fluorescencia de rayos X. Para tal efecto, se utiliz un espectrmetro secuencialse de rayos X marca Philips, modelo X' unique II, el cual posee un tubo de rayos X al que se le puede aplicar un voltaje mximo de 100 y una corriente mxima de 75 .

3.2.1.3 Anlisis mineralgicoPor medio de la tcnica de difraccin de rayos X se obtuvo el anlisis mineralgico de las materias primas. El equipo utilizado para tal propsito fue un difractmetro de rayos X marca Siemens, modelo D-5000, el cual posee un nodo de cobre metlico y un ctodo de tungsteno. El voltaje y amperaje utilizado en el desarrollo de las difracciones fue de 35 y 25 respectivamente, se utiliz un filtro de nquel para eliminar las radiaciones .Se utilizaron los siguientes parmetros en el programa:Modo de paso: step seanTiempo de paso: 1.0 sTamao de paso: 0.050 0Posicin inicial ngulo 2G: 5.000 0Posicin final ngulo 20: 90.000

3.2.1.4 Distribucin de tamao de partculaPor conducto de un analizador de tamao de partcula Sedigraph 5100 se obtuvieron las distribuciones de tamao de partcula de caolines y arcillas. El anlisis consiste en colocar 10 g de la muestra seca en 100 ml de agua y posteriormente someter la suspensin a un proceso de agitacin mecnica y ultrasonido durante 5 minutos; despus de lo anterior, se enva la suspensin al analizador Sedigraph 5100. Es necesario alimentar al equipo la densidad de la muestra de inters, que en nuestro caso, fue determinada por picnometria.

3.2.1.5 rea superficialEl rea superficial especfica de caolines y arcillas fue determinada por el mtodo BET en un equipo Gemini 2375 de acuerdo al siguiente procedimiento:*Se pesa aproximadamente 1 g del polvo a analizar.*Se efecta una desgasificacin de la muestra a 200 C durante 2 horas.*Se coloca la muestra en el equipo y se realiza la determinacin usando nitrgeno lquido.

3.2.2 DESARROLLO DE FORMULACIONESEn base a la informacin obtenida de las materias primas se desarrollaron 12 formulaciones de gres porcelnico, los cuales pueden ser visualizadas en la tabla.

Tabla 9. Formulaciones de gres porcelnico

MATERIA PRIMAGP-1GP-2GP-3GP-4GP-5 GP-6GP-7GP-8GP-9GP-10GP-11GP-12

CAOLIN 1100001000010000

CAOLIN 2000100001000010

CAOLIN 3010000100001000

CAOLIN 4001000010000100

ARCILLA 10000454545450000

ARCILLA 20000000045454545

ARCILLA 34545454500000000

FELDESPATO I454545454545454545454545

TOTAL100100100100100100100100100100100100

Como se puede apreciar, la cantidad de feldespato presente en las 12 formulaciones es elevada y se mantiene constante en todas ellas debido a la necesidad de formar abundante fase lquida durante la coccin que permita catalizar el proceso de sinterizacin y as obtener las caractersticas tcnicas deseadas en el producto final.

3.2.3 SNTESIS DEL GRES PORCELNICOa) Molienda va hmeda Se pesan 5 kg de cada formulacin de gres porcelnico.Se aade el material a un molino de tambor, con recubrimiento y bolas de almina, con capacidad de 10 kg. Se agregan 2300 ml de agua, de manera tal que, se alcance una concentracin de slidos aproximada del 70 %. Se aade 0.3 % de tripolifosfato de sodio como defloculante con la finalidad de evitar la gelacin de la barbotina. Se deber moler la barbotina hasta que alcance un residuo en malla 230 (63 fAm) inferior al 1 %. Descargar la barbotina.b) Secado de la barbotinaUna vez que la barbotina ha sido descargada del molino, se coloca en un secador de laboratorio marca Nannetti por espacio de 24 horas a una temperatura de 100 C. Se deber verificar que el % de humedad del material sea inferior al 1 %, en caso contrario, el tiempo de permanencia de la barbotina en el secador deber ser mayor.c) Molienda va seca Introducir el material a un molino de tambor, con recubrimiento y bolas de almina, con capacidad de 10 kg por espacio de 15 minutos. Con la operacin anterior, se homogeneizar el material y se eliminar la presencia de terrones.d) HumectacinUna vez que el material se encuentre homogneo y libre de terrones, se humecta por medio de un mezclador marca Simpson hasta alcanzar una humedad del 7 %.e) PrensadoCuando el barro se encuentre homogneo y a la humedad requerida, ser sometido a la etapa de prensado utilizando una prensa hidrulica marca Gabbrielli, modelo L4, a una presin de 180 bar. Las piezas formadas tienen dimensiones de 100mm x 200 mm y 8 mm de espesor.

f) SecadoSe debern secar las piezas obtenidas en un secador de laboratorio marca Nannetti por espacio de 1 hora a 100 C. La humedad de las piezas deber ser inferior al 1 % antes de pasar a la etapa de coccin, en caso contrario, el tiempo de permanencia de las piezas en el secador deber ser mayor.

g) CoccinEl material es cocido en un horno de rodillos de laboratorio marca Tecnochimica, modelo TSL, a una temperatura de 1200 C y utilizando un ciclo de 70minutos. La curva de coccin utilizada en esta etapa puede ser visualizada en la figura 22.

PESADO MATERIAS PRIMAS

MOLIENDA VIA HUMEDA

SECADO DE BARBOTINA

MOLIENDA VA SECA

HUMECTACION

PRENSADO

SECADO

COCCIN

3.2.4 EVALUACIN DE DESEMPEO DEL GRES PORCELNICOUna vez que se sintetizaron las 12 formulaciones de gres porcelnico propuestas, se procedi a evaluar el desempeo de cada una de ellas en las reas de mayor impacto del proceso de produccin.

3.2.4.1 Evaluacin reolgico Para conocer el comportamiento reolgico de las 12 formulaciones de gres porcelnico se obtuvieron las curvas de defloculacin o curvas de demanda de cada una de ellas evaluadas a una concentracin de slidos del 70 % y utilizando la siguiente metodologa: Pesar 500 g de cada formulacin de gres porcelnico. Colocar el material en un vaso de precipitado de 11. Agregar 230 ml de agua al vaso de precipitado, de manera tal que, se alcance una concentracin de slidos aproximada al 70 % (densidad de barbotina entre 1.70-1.72 g/ml). Someter la barbotina a agitacin mecnica por espacio de 5 minutos. Medir la viscosidad de la suspensin utilizando un viscosmetro marca Brookfield, modelo LVF, mediante la aguja #1. Aadir el defloculante escogido. Someter la barbotina a agitacin mecnica por espacio de 5 minutos. Medir la viscosidad de la suspensin. Repetir los tres ltimos pasos hasta encontrar el punto de inflexin en el valor de la viscosidad de la barbotina.

3.2.4.2 Evaluacin fsicaEn el proceso de fabricacin industrial, una vez que las piezas son moldeadas en la etapa de prensado, stas son sometidas a procesos de transporte, decoracin y manipulacin, de forma tal que, los valores de resistencia mecnica a la flexin en verde y en seco debern ser elevados para permitir la conservacin de la integridad de las piezas sin que stas presenten fracturas o desportillados. Es importante aclarar que la resistencia mecnica a la flexin en verde es aquella que se mide en la pieza recin prensada, antes de que pase a la etapa de secado, y con un contenido de humedad entre el 4 - 7 %.La resistencia mecnica a la flexin fue calculada mediante el uso de un flexmetro marca Gabbrielli, modelo CR-4, de acuerdo a lo establecido en la norma europea EN - 100. La frmula aplicada se indica a continuacin:

En donde: es la resistencia a la flexin en N/mm2F es la carga de rotura de la pieza en NL es la distancia entre los rodillos de apoyo en mmb es el ancho de la pieza en mmh el espesor de la pieza medido despus del ensayo en la seccin de rotura en mmLa resistencia mecnica a la flexin en verde, seco y cocido se calcul despus de procesar las piezas en las etapas de prensado, secado y coccin, respectivamente.Cabe sealar, que los ensayos se realizaron sobre piezas completas de dimensiones de 100 mm x 200 mm y 8 mm de espesor.

La absorcin de agua del material cocido est relacionada con el porcentaje de porosidad abierta presente en las muestras y fue determinada de acuerdo a lo indicado en la norma europea EN - 99. La frmula aplicada es la siguiente:

En donde:%A es el porcentaje de absorcin de agua es el peso de la pieza secam2 es el peso de la pieza hmeda

La contraccin lineal total es el cambio dimensional de las muestras sometidas a la etapa de coccin, y que por lo tanto, han sufrido procesos de prdida de agua higroscpica y de constitucin, prdida de material orgnico, cambios alotrpicos, desgasificacin de carbonates, densificacin, etc. La longitud de las piezas fue determinada mediante el uso de un vernier digital marca Mhutoyo, modelo CD-24. La frmula aplicada es la siguiente:

En donde:%C es el porcentaje de contraccin lineal totalL1 es la longitud inicial de la piezaL2 es la longitud final de la piezaCon el mtodo de sntesis y evaluando la absorcin de agua y la contraccin lineal total de las piezas se construyeron los diagramas de gresificacin de las formulaciones de gres porcelnico, utilizando temperaturas de coccin de 1125, 1150,1175, 1200 y 1225 C.

3.2.5 ANLISIS DE DIFRACCIN DE RAYOS X

Despus de haber evaluado las 12 formulaciones de gres porcelnico se escogi la que mejor desempeo present en cuanto a comportamiento reolgico, fsico y en coccin. De esta manera, la siguiente etapa del presente trabajo fue caracterizar el gres porcelnico mediante la identificacin de sus fases cristalinas por medio de la tcnica de difraccin de rayos X utilizando el difractmetro marca Siemens. El estudio se realiz a temperaturas de 25, 400, 600, 800,1000, 1100 y 1200 C con la finalidad de observar la evolucin de las fases cristalinas conforme se desarrolla la sinterizacin del material.El estudio de la evolucin de las fases cristalinas a medida que se incrementa la temperatura de coccin se llev a cabo de la siguiente manera:Utilizando el mtodo de sntesis se obtuvieron las muestras del gres porcelnico a las temperaturas de inters. Posteriormente dichas muestras fueron procesadas en molinos de tambor, con recubrimiento y bolas de almina, de 10 kg de capacidad. El polvo resultante fue tamizado por malla 230 y llevado al difractmetro de rayos X en donde se efectuaron las difracciones a temperatura ambiente.

3.2.6 ANLISIS TRMICO DIFERENCIAL / TERMOGRAVIMTRICOPor medio del anlisis trmico diferencial / termogravimtrico se obtuvo el comportamiento trmico del gres porcelnico de mejor desempeo en proceso. El estudio se desarroll en un equipo marca TA Instruments, modelo Thermal Analyst 2100. Los datos de procesamiento de los experimentos efectuados son los siguientes: Rango de calentamiento: 25 - 1250 C Velocidad de calentamiento: 10 y 15 C/minuto Tipo de crisol: platino Atmsfera: nitrgeno (100 ml/minuto) Referencia: almina

3.2.7 ANLISIS DILATOMTRICOSe realizaron estudios dilatomtricos en crudo y en cocido sobre el gres porcelnico de mejor desempeo en proceso utilizando un analizador termodilatomtrico marca Harrop, modelo TD-722.

3.2.7.1 Comportamiento en crudoCon la finalidad de observar la variacin dimensional lineal del gres porcelnico conforme ocurre el proceso de coccin, se desarroll el anlisis dilatomtrico en crudo sobre una muestra prensada a 180 bar, segn lo estipulado en el mtodo de sntesis descrito en la seccin 3.3 de este captulo, y cortada posteriormente a dimensiones de 20mm x 50 mm y 8 mm de espesor. El rango de calentamiento utilizado en la prueba fue de 25 - 1200 C y la velocidad de calentamiento fue 10 C/minuto.

3.2.7.2 Comportamiento en cocidoCon la intencin de obtener el coeficiente lineal de expansin trmica del gres porcelnico, se realiz el anlisis dilatomtrico en cocido sobre una muestra tratada a 1200 C en un horno de rodillos de laboratorio con un ciclo de 70 minutos y cortada posteriormente a dimensiones de 20 mm x 50 mm y 8 mm de espesor. El coeficiente lineal de expansin trmica se obtuvo de 25 - 100 C y de 25 - 500 C conforme a lo indicado en la norma europea EN - 103, utilizando en el experimento un rango de calentamiento de 25 - 1200 C y una velocidad de calentamiento de 5 C/minuto. La frmula aplicada es la siguiente:

En donde: es el coeficiente lineal de expansin trmica en C"1 es la longitud de la probeta a temperatura ambiente es el aumento de longitud de la probeta es el aumento de temperatura en C

3.2.8 ANLISIS DE MICROSCOPIA ELECTRNICA DE BARRIDOEl estudio de la microestructura del gres porcelnico se efectu por medio de la tcnica de microscopa electrnica de barrido, en la cual, se utiliz un microscopio electrnico marca Philips, modelo XL-30. As mismo, el anlisis qumico de las fases encontradas se obtuvo por medio de la tcnica de espectroscopia de difraccin de rayos X (EDAX). El estudio se desarroll sobre muestras de gres porcelnico preparadas segn lo estipulado en el mtodo de sntesis descrito en la seccin 3.3 de este captulo y cocidas a 1050, 1100, 1150 y 1200 C.

3.3 USOS Y APLICACIONES

El gres porcelnico fue concebido como un producto para uso industrial pero gracias a sus elevadas caractersticas tcnicas y a su constante evolucin esttica ha encontrado nuevos campos de construccin en los campos de utilizacin en la construccin residencial comercial de forma tal que, es posible encontrar en residencias, centros comerciales, aeropuertos entre otras. Este tipo de recubrimiento puede ser utilizado en edificios pblicos, tales como las escuelas y hospitales, as como, en edificios industriales debido a sus caractersticas de buena absorcin acstica y su baja conductividad trmica.

IV. CONCLUSIONES

En el captulo II correspondiente al marco terico se detallaron las materias primas para la fabricacin del gres porcelnico como el feldespato, arcilla de bola, arcilla de china, etc. Se detall y explico las tcnicas operacionales, en la seccin 3.1 y 3.2, utilizando el proceso de molienda hmeda para la preparacin del polvo obteniendo grnulos ms finos. En la seccin 3.3, el gres porcelnico posee una baja porosidad que se refleja con una baja absorcin de agua, y muchas otras caractersticas tcnicas hace que sea un material ptimo que se puede utilizar en la vida diaria.

V. REFERENCIAS

HAMILTON, David. Gres y Porcelana Barcelona Editorial CEAC Segunda Edicin 1992. S. Mestre, E. Snchez, J. Garca, J. Snchez, C. Soler, J. Portoles, J. Sales, Utilizacin de la teora de Kubelka-Munk para optimizar el reciclado de residuos crudos de gres porcelnico Bol. Soc. Esp. Ceram. V. 41429-435 (2002). CULLAR, Javier. Desarrollo y Caracterizacin de un Gres Porcelnico Como requisito parcial para obtener el Grado de MAESTRA EN CIENCIAS con Especialidad en Ingeniera Cermica, setiembre. 2000. D. A. Estrada, Gres cermico Instituto de Cermica y Vidrio C S. I. C. http://www.proalso.es/uploads/File/CPAS/M1_web.pdf 01/02/2013 https://aulavirtual.uji.es/pluginfile.php/1268289/mod_resource/content/0/LMI_Proceso_productivo_Ceramico_TAU.pdf

VI. APENDICE

TABLA 1. Clasificacin de los recubrimientos cermicos segn la absorcin de agua

ABSORCIONMOLDEOGRUPO IA3%GRUPO IIa3%6%GRUPO IIb6%10%GRUPO IIIA10%

AGRUPO AIGRUPO AIIaGRUPO AIIb

GRUPO AIII

BGRUPO BlaA 18> 15*

RESISTENCIA A LA ABRASINmm3)EN 102