-Sistema de inmersión de la muestra. Consta de una silla metálica y un puntero de ajuste soldados a un tornillo micrométrico.
-Recipiente 1.500 gr. de mercurio.

FIGURA 4-7 Detalle del sistema de inmersión de la muestra

Figura 4-8 Posición del sistema de inmersión en el tarado de la balanza y en la realización de la medida.

En la figura 4-9 (1, 2, 3 y 4) se muestran esquematizados los pasos a seguir en la realización de la medida.

1. FIJACIÓN ALTURA BRAZO
2. PUNTERO A NIVEL Y PUESTA "0"
3. ELEVACIÓN GUÍA, GIRO BRAVO E INTRODUCCIÓN MUESTRA
4. PUNTERO A NIVEL, LA MUESIRA SUMERGIDA Y MEDIDA DE EMPUJE

FIGURA 4-9

Método operativo para la determinación de la Dap por inmersión de la probeta en mercurio
El Vap y la Dap se calculan mediante las siguientes expresiones:

Vap = W3 / (

Dap = W1 / W3 x (

Donde:

W3 Peso de la muestra sumergida en mercurio (gr.). Es igual a W1 + W2. 

p Densidad del mercurio.

Errores accidentales más frecuentes en la determinación de la densidad aparente
 Podemos distinguir dos tipos de errores accidentales: 

- Humedad residual de la muestra.
-Temperatura del mercurio incontrolada.

Humedad residual de la muestra

Ya habíamos indicado que la medida de la Dap por este método debía realizarse en muestras secas.
El error relativo que se comete en la determinación de la Dap de una muestra supuestamente seca, pero con un porcentaje de humedad será:

(= Dap (H) - Dap (S) / Dap (S) x 100

Dap(H) = W1 + (W1 . H / 100) / Vap = W1 (1 + H / 100) / Vap

Dap (S) = W1 / Vap

( = W1 (1 +H / 100) - W1 / W1 x 100

(= H (%)

Como se ve el error relativo cometido coincide con el valor de la humedad residual. A la vista de esta ecuación, es posible calcular la Dap de la muestra en seco determinando la Dap de la pieza recién prensada si conocemos la humedad de prensado.

Temperatura del mercurio incontrolada

A 25° C la densidad del mercurio es de 13'5325 gr./cc. y varía con la temperatura mediante la expresión:

(Hg= 135325 - 0'0025 (T-25)

Si no tenemos en cuenta la temperatura real del ensayo cometemos el siguiente error relativo:

( = Dap (25) - Dap (T) / Dap (T) x 100 = 0'0025 ( T / 13'5325 - 0'0025 ( T =
	
( = 0'018 . ( T

Como se puede ver el error que se comete al no considerar la variación de la densidad del mercurio con la temperatura es muy reducido.

4.4.2.2. Determinación de la porosidad en crudo por el método de impregnación en xileno

Consiste en determinar la masa de xileno absorbido en los poros de una pieza seca. Para ello se tiene la pieza sumergida en dicho líquido orgánico durante dos horas.
El resultado se expresa como capacidad de absorción de xileno (C.A.X.).

C.A.X. = Peso de líquido absorbido / Peso de la pieza seca x 100

La porosidad en crudo de una pieza y el C.A.X. vienen relacionados:

Porosidad en crudo = Vp / Vp + Vs x 100

C-A-X. = m1 / ms x 100

Siendo:

Vp: Volumen de los poros.
Vs: Volumen real del sólido.
ms: Masa del sólido.
m1: Masa del líquido.

Admitiendo que todos los poros de la muestra están llenos de xileno.

Vp = m1 / D1	;	Vs= ms / Ds

Donde:

Dl: Densidad del xileno.
Ds: Densidad del sólido.
Combinando ambas ecuaciones:

Porosidad (%) = [ (m1 / D1) / (m1 / D1 + ms / Ds) ] x 100

Multiplicamos y dividimos esta ecuación por D1/ms

Porosidad (%) = [( m1/ D1 x D1 / ms) x 100] / [(m1 / D1) x (D1 / ms) + (ms / Ds) x (D1 / ms)]

Porosidad (%) = C.A.X. / [(C.A.X./ 100) + (D1 / Ds)]

Errores accidentales más frecuentes

Estudiaremos tres posibles errores: 
- Humedad residual de la muestra.
- Tiempo de permanencia incorrecto. 
- Temperatura incontrolada.

Humedad residual de la muestra

En la realización de esta técnica experimental es absolutamente necesario que la nuestra esté completamente seca, ya que humedades superiores a un 0'5% nos dan errores relativos extraordinariamente elevados.

Tiempo de permanencia incorrecto

El tiempo de permanencia de la muestra en xileno ejerce una influencia muy marcada en los valores del C.A.X.
Se puede, sin embargo, efectuar la medida con tiempos de permanencia sensiblemente distintos a dos horas (10 minutos).

Temperatura incontrolada

La temperatura del xileno no ejerce ningún efecto en la velocidad de absorción del líquido en la muestra, por lo que el valor de la C.A.X. no vendrá afectado.

4.4.3. Influencia de las variables de proceso en las propiedades de la pieza cocida

Consideraremos como variables de proceso:

- Presión de prensado (P).
- Humedad de prensado (H). 
- Granulometría (G).

Estas variables son objeto de control en etapas del proceso de fabricación, como atomizado (vía húmeda), molienda y, por supuesto, en el prensado.
En este apartado vamos a estudiar como influye cualquier variación de estas variables tanto en la pieza prensada, en crudo, como en la calidad del producto acabado, es decir, en la pieza ya cocida. Para ello, primero vamos a describir tres tipos de diagramas que nos van a ser de gran utilidad en este estudio:

- Diagramas de compactación. 
- Diagramas de cocción/Dap.
- Diagramas de isocompactación.

Diagrama de compactación

Se representa en ordenadas la densidad aparente, y en abcisas la humedad (Figura 4-10), representándose la relación entre ambas variables a diferentes presiones de prensado. Estos diagramas, por tanto, muestran la evolución de la compactación de una muestra (Dap) frente a la presión y humedad de prensado.

FIGURA 4-10. Diagramas de compactación.

Diagramas de cocción

Se trata de diagramas en los que se representa la contracción lineal y absorción de agua frente a la temperatura máxima de cocción, a diferentes densidades aparentes en seco (Figuras 4-11 y 4-12).
La figura 4-11 muestra un diagrama contracción lineal/temperatura de cocción para probetas con diferentes densidades aparentes. 
La figura 4-12 muestra un diagrama Absorción de agua/temperatura de cocción también a distintas compactaciones.
A la vista de los diagramas CI/T y Aa/T se deduce:	

a) El aumento de la densidad aparente (compactación) trae como consecuencia:

- Una disminución de la contracción lineal Cl y de la absorción de agua Aa para una misma temperatura de cocción.
- Una reducción de la temperatura de vitrificación.
- Una variación menos acentuada de la contracción lineal Cl con la temperatura lo que favorece la estabilidad dimensional y ortogonalidad de las piezas, frente a posibles variaciones de la temperatura.	

FIGURA 4-11. Diagrama CL = f(T, Dap)

b) Para temperaturas más bajas que la temperatura de hinchamiento, más baja de 1.130° C, cuando aumenta la temperatura máxima de cocción se produce un incremento de la variación de la contracción lineal con la densidad aparente y una disminución de la absorción de agua.

Diagrama de isocompactación

Se obtienen a partir de los diagramas de compactación.
Representan los conjuntos de valores de presión y humedad a los cuales la densidad aparente permanece constante en un determinado valor (Figura 4-13).

FIGURA 4-13. Diagrama de isocompactación

4.4.3.1. Influencia de las variables de proceso en la compactación 

a) Influencia de la presión y humedad

En la figura 4-14 se muestra un diagrama de compactación para una pasta de gres. La zona marcada con trazo intermitente corresponde a la situada en las condiciones de trabajo habituales en la industria.
De la observación de este diagrama se deduce:
- Para un determinada presión de prensado, a medida que aumentamos la humedad, la densidad aparente aumenta (hasta llegar a una humedad determinada -humedad crítica- a partir de la cual disminuye).
Esta humedad crítica se encuentra muy lejos de las condiciones de trabajo habituales, por lo que no la consideraremos.
 
- Para una determinada humedad de prensado la densidad aparente aumenta si aumenta la presión de prensado.

FIGURA 4-14 Diagrama de compactación Dap = t'(I', 11) 

c) Influencia de la molienda

Se estudian, a continuación, los diagramas de compactación correspondientes a tres moliendas diferentes: G/1; G/2; G/3 obtenidas mediante diferentes tiempos de molienda en vía húmeda de una pasta industrial.

Molienda		Tiempo (*)		Granulometría	
G/1			3 horas			80% con d <20 (
G/2			5 horas			80% con d <16 (
G/3			12 horas		80% con d <8 (

(*) Se refiere a tiempo de molienda en laboratorio.

Estas moliendas se realizaron en vía húmeda. Los resultados no son aplicables a otro tipo de molienda.
 Los diagramas siguientes (Figuras 4-15, 4-16 y 4-17) muestran los diagramas de compactación de la pasta a las distintas granulometrías.

FIGURA 4-15. Diagrama de compactación para la pasta de granulometría G/I
 
FIGURA 4-16. Diagrama de compactación para la pasta de granulometría G/2

FIGURA 4-17. Diagrama de compactación para la pasta de granulometría G/3

De la observación comparada de estas gráficas se deduce:
- Para idénticos valores de humedad y presión, las densidades aparentes más bajas (o sea, las compactaciones más bajas) se obtienen con las distribuciones granulométricas más finas.
- Una pasta excesivamente molturada (G/3) no alcanza las densidades aparentes de las pastas menos molturadas, aunque se aumente la presión y humedad de prensado (dentro de los límites de aplicación industrial).
 
4.4.3.2. Influencia de las variables de proceso en la resistencia mecánica en seco
a) Influencia de la presión y humedad

La relación densidad aparente/resistencia mecánica está ligeramente afectada por las variables de prensado (presión y humedad). Para piezas con idénticas densidades aparentes en crudo, las obtenidas con humedades mayores presentan resistencias, mecánicas más elevadas que las obtenidas, con menor humedad (y, por tanto, mayor presión).

b) Influencia de la molienda

El aumento del tiempo de molienda no conlleva necesariamente un incremento de la resistencia mecánica en seco.

4.4.3.3. Influencia de las variables de proceso en la Contracción lineal y Absorción del agua

a) Influencia de la presión y humedad

Si se aumenta la presión y/o la temperatura aumenta la velocidad de formación de fase líquida.
En la figura 4-18 se representan gráficamente los valores de contracción lineal y absorción de agua (porosidad abierta), en función de la temperatura de cocción a distintas densidades aparentes.

FIGURA 4-18

Del análisis de estas temperaturas gráficas se deduce:
- Un aumento de densidad aparente lleva a una disminución de la contracción lineal para una determinada temperatura de cocción.
- Si aumentamos la densidad aparente, tendremos una variación menos acentuada de la contracción lineal y de la absorción de agua, lo que favorece la estabilidad dimensional de la pieza (ausencia de calibres y descuadres).

b) Influencia de la molienda

Al aumentar el tiempo de molienda, se obtiene una mezcla más íntima de componentes y se reduce el tamaño de las partículas más gruesas, lo que acelera las reacciones de formación de fase líquida y de vitrificación.
En las figuras 4-19 y 4-20 se detallan los valores de contracción lineal y absorción de agua en función de la temperatura de cocción para las tres granulometrías que hemos señalado anteriormente (G/1; G/2; G/3). La presión y humedad se mantienen constantes.

FIGURA 4-19

De la observación de esta representación gráfica se deduce:
- A mayor molienda tendremos una disminución de la absorción de agua y un aumento de la contracción lineal, para una misma temperatura.
- A mayor molienda se obtiene una variación más acentuada de la porosidad y de la contracción lineal, lo que favorece la aparición de calibres y descuadres.
- Con granulometrías excesivamente finas resulta difícil evitar la aparición de calibres y descuadres.

FIGURA 4-20

4.4.4. Tipos de prensas

Se pueden considerar tres tipos fundamentales de prensas, según el principio que utilicen para el conformado del producto:

- Prensas mecánicas. 
- Prensas hidráulicas. 
- Prensas isostáticas.

Veremos a continuación las características del primer y segundo tipo de prensas. Dado que las prensas isostáticas no se utilizan en el campo de la fabricación de azulejos y pavimentos, no serán estudiadas aquí.

4.4.4.1. Prensas, mecánicas

Este tipo de prensas convierten una gran cantidad de energía cinética, acumulada generalmente en un volante de rotación en trabajo de deformación por compresión. Según el sistema mecánico empleado para conseguir esto se pueden subdividir en:

- Prensas de excéntricas. Utilizan un sistema de levas.
- Prensas de fricción: Utilizan un sistema de acoplamiento tornillo-tuerca.
 
Las prensas de fricción continúan aún siendo utilizadas, sobre todo en la fabricación de azulejos de revestimiento.

Características de la prensa de fricción 

Ventajas:
Es una máquina rápida, o sea, de alta producción.
La relación "fuerza de prensado/peso de la máquina" es alta, es decir, se trata de una máquina ligera capaz de alcanzar elevadas presiones de prensado.
La relación "productividad/potencia eléctrica instalada" es, asimismo, elevada. Se trata de una máquina de concepción mecánica simple, y que por lo tanto no precisa de un mantenimiento excesivamente especializado.

Desventajas:
Esta prensa, por sus características, no es capaz de garantizar un prensado rigurosamente uniforme. Esto la descalifica para su adaptación a procesos del tipo de fabricación de pavimentos de gres, en el que, como ya sabemos, es muy importante el mantenimiento de las variables de prensado (presión y humedad) estrictamente constantes, o al menos variables dentro de límites aceptables y controlados.
La prensa de fricción (Figura 4-21) dispone de un volante mandado a través de una transmisión a fricción; la banda de cuero que rodea el volante entra en contacto con los discos con los que fricciona y de los que recibe el movimiento.

Estas prensas pueden desarrollar una fuerza de hasta 500 Ton. (PE 502 de Sacmi) con un máximo de 35 ciclos/minuto.

4.4.4.2. Prensas hidráulicas

En este tipo de prensas (Figura 4-22), la acción de prensado se realiza mediante la transformación de la energía hidráulica en fuerza de deformación. El órgano principal de movimiento de la máquina es un pistón de doble efecto que se mueve en el interior de un cilindro.

FIGURA 4-22. Prensa hidráulica
 
Dos características fundamentales de estas prensas han hecho que tengan una importantísima difusión en la industria cerámica:

-Constancia de la fuerza de prensado. 
- Constancia del tiempo del ciclo.

Constancia de la fuerza de prensado

A igualdad de todas las condiciones que afectan al polvo a prensar (granulometría, humedad, distribución del polvo en el molde, etc.), y de todas las que afectan a la cocción, es evidente que la contracción viene influida por la presión de prensado.
Ya se ha estudiado el efecto de la presión de prensado en la contracción lineal a una determinada temperatura de cocción.
Estas prensas, a diferencia de las de fricción, permiten mantener constante la presión de prensado y, por lo tanto, la contracción del producto. Esto las hace aconsejables para productos de gres.

Constancia del tiempo del ciclo

Este tipo de prensas permiten mantener constante la duración del ciclo de prensado, lo que las hace fácilmente adaptables a ciclos productivos altamente automatizados, especialmente los que se refieren a monococción en línea continua, sin pulmones de reserva.

4.4.4.3. Comparación entre la prensa hidráulica y la prensa de fricción

Estableciendo una comparación entre la prensa hidráulica y la prensa de fricción podemos decir:
- En la prensa hidráulica es posible establecer con exactitud la fuerza de prensado. No es tan simple con la prensa de fricción.
- En la prensa hidráulica se mantiene la constancia de la fuerza de prensado en cada ciclo y la constancia de la cadencia de los ciclos en el tiempo.
No se puede decir lo mismo de la de fricción a causa de la variación del coeficiente de razonamiento entre el cuero del volante y la superficie de los discos.
- Con la prensa hidráulica es posible realizar un ciclo de prensado más sofisticado, pues se puede regular, además de la fuerza y duración del ciclo, también la velocidad de aplicación.
- Los moldes montados sobre una prensa hidráulica tienen una vida más larga que los montados sobre una de fricción.
- La prensa hidráulica necesita un menor mantenimiento mecánico que la prensa de fricción, aunque más cualificado.
- La relación "productividad/potencia instalada" está a favor de la prensa de fricción, es decir, a igualdad de potencia instalada y de fuerza máxima de prensado es más rápida la prensa de fricción. Esta ley es válida hasta un formato de 20 x 20, para formatos superiores se invierte.
- La relación "fuerza máxima de prensado/peso de la máquina" en la prensa de fricción es superior, es una máquina más ligera y, en definitiva, menos costosa que la hidráulica.

Naturalmente junto a estos tipos bien definidos de prensas, existen híbridos, o sea, prensas que combinan características de las mecánicas y de las hidráulicas.
No siempre una mayor complejidad en la construcción de una prensa va acompañada de ventajas efectivas y sensibles, en especial para aquellas que trabajan en líneas automáticas.

4.4.5. Moldes

En el molde (Figura 4-23) tiene lugar el conformado de la pieza, en forma geométrica exacta, aprovechando la fuerza de la prensa.
Conceptualmente, los moldes son iguales tanto en la prensa de fricción como en las hidráulicas.
Podemos considerar las siguientes partes de un molde:

- Punzones (superior e inferior). 
- Matriz. 
- Sistema de calefacción.

FIGURA 4-23. Molde

Punzones superiores

Generalmente están construidos en hierro normal, sin templar, soldados en sus cantos y, en la mayoría de los casos, con su superficie cubierta con una goma.
En monococción y muchas veces en bicocción, las costillas de la pieza van grabadas, en este punzón. Se debe tener especial atención en el diseño de éstas, ya que pueden causar importantes defectos en el producto acabado como son:

- Sombras y reflejos en las piezas ya terminadas en los espacios destinados a los anagramas, costillas muy gruesas, etc., que ocasionan diferencias de compactación.
- Diferencias de desgasificación a causa de diferencias de compactación producidas por costillas muy marcadas.
La holgura de los punzones superiores respecto a la matriz debe ser de 0'20 mm.

Punzones inferiores

Es conveniente que estén fabricados con hierro templado debido a su mayor duración.
Estos punzones son muy sensibles, por su movimiento, a golpes, rozaduras, etc., que provocan defectos en la pieza prensada.
Se debe procurar que estén bien ajustados tanto en el montaje como en la regulación de la temperatura de calefacción.
Deben tener una holgura de 0'12 mm. respecto a la matriz.

Matriz

La matriz alberga los punzones inferiores y parte del sistema de calefacción (también se pueden calentar los punzones superiores).

Sistema de calefacción

Funciona mediante resistencias situadas en la matriz y en los punzones inferiores, su misión es calentar ligeramente el molde a fin de evitar el continuo ensuciamiento.
Regulando la calefacción se puede también ajustar holguras de los punzones aprovechando su dilatación.
Conviene prestar una especial atención a la regulación de temperaturas de los punzones ya que un excesivo calentamiento puede provocar, debido a una excesiva dilatación, rozaduras e incluso bloqueos.

Podemos distinguir tres tipos fundamentales de moldes: 

- Moldes penetrantes.
- Moldes espejo.
- Moldes espejo invertido.

Moldes penetrantes

Es el tipo de molde más extendido, ya que facilita una mayor uniformidad en el prensado.

FIGURA 4-24. Molde penetrante

La cara fina de la pieza está en la parte inferior (punzón inferior) y por lo tanto expuestos a rozaduras al salir la pieza. El punzón superior "penetra" en la matriz en la operación de prensado. 

Moldes espejo

Tiene la matriz móvil y el punzón superior mayor que el alvéolo, de modo que durante el prensado, éste oprime la matriz que desciende.

FIGURA 4-25. Molde espejo

Con este tipo de moldes es posible prensar con la cara lisa hacia arriba, evitando daños superficiales en la extracción y salida de la pieza.
El molde espejo normal no se utiliza nunca en monococción por la imposibilidad que representa efectuar la extracción a causa del rebaje lateral característico de las piezas de monococción.
Estos moldes espejo son muy complejos en cuanto a su instalación, produciéndose frecuentemente importantes defectos en la pieza, si la instalación no ha sido perfectamente ajustada.

Moldes espejo invertido

Pierde la gran ventaja del molde espejo normal de tener la cara fina de la pieza en la parte superior.
Tiene, sobre todo, un importante defecto: la menor uniformidad de prensado y esto, en la fabricación de pavimentos gresificados, es como ya sabemos, causa suficiente para rechazarlos.
La duración de los punzones superiores es prácticamente ilimitada en el caso de los moldes de espejo y de espejo invertido, lo que supone un considerable ahorro económico.

FIGURA 4-26. Ciclo de prensado

4.4.6. Ciclo de prensado

En la Figura 4-26 se muestra el esquema de un proceso de prensado en seco. Este proceso lo podremos dividir en las siguientes etapas:
- Llenado de moldes. 
- Primera prensada.
- Desaireación (relajación). 
- Segunda prensada. 
- Eyección.
- Salida de la pieza.

Frecuentemente se realiza hasta una tercera prensada, por lo tanto, con dos desaireaciones.
El llenado del molde se realiza con el carrillo de alimentación que consiste en una rejilla portapolvo que extrae el polvo de la tolvita de la prensa y lo transfiere, por caída en la cavidad del molde, de la forma más uniforme posible.
En la figura 4-27 se puede ver cómo se combina el llenado de los moldes con la prensada y salida de la pieza, de forma que la alimentación del polvo a prensar y la salida de la pieza se efectúa automáticamente.

FIGURA 4-27

4.4.7. Presión de prensado

Vamos a estudiar algunos conceptos necesarios para conocer el proceso de prensado

Relación de compresión (RI)

Esta relación nos determina la altura de carga en el molde.

RI = altura del polvo sin prensar / espesor de la pieza prensada

Este valor es función del tipo de preparación del polvo, de la granulometría y de la humedad.
Los valores normales para productos atomizados deben estar entre 1'8 y 2'2 y para los preparados por vía seca entre 2'6 y 3, con valores superiores a 3 podemos tener problemas por la cantidad de aire a extraer (desaireación).

Índice de prensabilidad (Ps)

Es la relación entre el valor de la resistencia mecánica en seco y en verde.

Ps. = resistencia mecánica en seco / resistencia mecánica en verde

El índice de prensabilidad debe ser igual o superior a 2, si es inferior se podrían presentar problemas de falta de compactación de la pieza a la salida del secadero con riesgo, por tanto, de grietas y roturas en las sucesivas etapas del proceso de fabricación.

Producción de una prensa

La producción de una prensa viene dada por el número de golpes/minuto que da dicha prensa.

Cálculo de la presión de prensado

Vamos a calcular la presión del cilindro de la prensa en función de la superficie a prensar y de la presión que queramos aplicar a la pasta, en la Figura 4-28, se considera una prensa capaz de desarrollar aproximadamente 800 Ton., se tiene:

siendo:
A.-Superficie en cm2. 
B.-Presión unitaria Kg./cm2. 
C.-Presión del cilindro Kg./cm2. 
D.-Fuerza de la prensa Ton.

FIGURA 4-28

Ejemplo:

Supóngase que se desea calcular la presión manométrica necesaria para prensar con una presión real (Presión unitaria) de 200 Kg./cm2. El molde utilizado está equipado con dos salidas de 20 x 30 cm.
En primer lugar se calcula la superficie total de prensado (Sp).

Sp = (20 x 30) 2 = 1.200 cm2

En el eje de abcisas (A) se toma el punto correspondiente a 1.200 cm2. Levantamos la vertical desde dicho punto hasta encontrar la recta (B) correspondiente a la presión unitaria 200 Kg./cm2. Llevamos la horizontal al eje de ordenadas para obtener el valor de (C), presión del cilindro 150 Kg./cm2 y también el valor de (D) 240 Ton., que es la fuerza que desarrolla la prensa.

4.4.8. Defectos de prensado.

Algunos de los defectos de prensado que estudiaremos se pueden atribuir a variación de carga de los moldes por lo que estudiaremos con más detalle este apartado.

Variación de la carga del molde en la prensa

Suponiendo que las condiciones de colocación del molde son correctas, atribuiremos las diferencias de carga a los siguientes puntos:

Distribución de las regletas

Las regletas del carro tienen como función arrastrar el polvo hacia delante y hacia atrás, para llenar el molde y distribuirlo de forma uniforme. Donde hay regletas no hay polvo y, por tanto, cargará menos en esa zona.
Se deberá comprobar que las regletas estén bien distribuidas, que no estén torcidas, dobladas o sucias y que su altura sea la adecuada.
Como norma general se recomienda que estén más juntas y en mayor número detrás que delante, ya que es detrás donde el carro pasa dos veces.

Velocidad el carro

Cualquier variación en la velocidad del carro producirá una variación en la distribución de la carga, si la velocidad es muy rápida puede lanzarnos el polvo hacia delante hasta el punto que nos deje huecos en la matriz del molde.
La velocidad del carro de alimentación deberá ser regulada de acuerdo con la primera caída de los punzones superiores.

Nivelación correcta del carro

Hay que comprobar que el carro esté nivelado en la posición de reposo y también en movimiento.
Puede que en ocasiones nos interese desnivelar ligeramente el carro de alimentación para compensar algún defecto de carga más difícil, pero por lo general interesa que esté bien nivelado.

Distribución del polvo en la tolvita de alimentación

En la tolvita de alimentación del carro no deben acumularse agregados gruesos en unas zonas y finos en otras porque, aun cargando correctamente, nos darían diferencias de compactación en la pieza, ya que en el mismo volumen caben menos gruesos que finos y se compactaría más en esta última zona.
Existen dispositivos mecánicos para procurar una buena distribución.

Limpieza de la goma y rascador

Es muy importante que tanto la goma expulsora como la regleta niveladora, estén en buen estado y limpios, ya que igualan la parte superior de la carga.

Una vez estudiadas las causas de variación de la carga del molde en una prensa, vamos a enumerar los principales defectos achacables a la operación de prensado para, posteriormente, ver sus causas y posibles soluciones y prevenciones.

Los principales defectos que nos podemos encontrar son:

- Sobre-prensados.
- Descuadres (en cocido). 
- Rebabas y "Serretas". 
- "Pegados" de suciedad. 
- Luneta.
- Calibres.
- Diferencia de porosidad. 
- Grietas y partidos. 
- "Ahojados" ("fullats"). 
- Despuntados. 
- Piezas flojas. 
- Corazón negro. 
- Gotas de aceite.
- Diferencias de espesor y peso.

Sobre-prensados

Este defecto se refiere a zonas de una misma pieza que presentan mayor compactación porque la carga es excesiva.
Pueden ser producidas por grumos de mayor humedad no tamizados, costras de las paredes de los silos y tolvas, etc.
Para prevenir este defecto es totalmente necesario un seguimiento de la limpieza y estado de los silos, tolvas y tamices.

Descuadres (cocido)

Ya se ha indicado, en repetidas ocasiones, que una diferencia de compactación puede dar, a una determinada temperatura de cocción, diferencias en la contracción lineal de la pieza.
Si las diferencias de compactación tienen lugar en una misma pieza (debido a la variación de la carga del molde de la prensa), las diferencias ele contracción lineal sedarán en una misma pieza, dando el defecto de "descuadre" (Figura 4-29). Se trata de un defecto que se presenta preferentemente en piezas de gres.

"Rebabas" y "serretas"

Se llaman "rebabas" a las películas finas de material prensado que aparecen de vez en cuando en el borde de la cara de la costilla. Tienen su origen en la excesiva holgura que pueda darse entre el punzón y la matriz del molde, bien sea por desgaste de ésta, o por deficiente calentamiento, con lo que el problema se acentúa a medida que el molde se va desgastando.

FIGURA 4-29. Descuadre

Las "serretas" aparecen frecuentemente en la cara lisa de la pieza. Consiste en la aparición de "dientes de sierra" característicos en los bordes del azulejo por la cara lisa.
Estos dos defectos se dan cuando empieza a desgastarse el molde por el uso. Es conveniente, por tanto, controlar el número de golpes dados por el molde y proceder a su cambio cuando rebasen un número preestablecido.

Pegados de suciedad

Se trata de porciones de arcilla pegadas a la cara lisa de la pieza y que provocan, por tanto, relieves en la pieza.
Para evitar este defecto se deberá controlar perfectamente la limpieza de los moldes así como la calefacción de los platos y matriz.

Luneta

Se denomina "luneta" la curvatura, tanto hacia el interior como hacia el exterior, de la pieza.
Se puede verificar en un solo lado, o en los dos, tal como se puede observar en la figura 4-30.

FIGURA 4-30. Lunetas

Es un defecto que se puede presentar indistintamente en material gresificado y poroso.
En el caso de materiales gresificados se trata de diferencias de compactación causadas por mala distribución de la carga de los platos. Se trata, pues, de un defecto similar al ya estudiado de "descuadre".
Si el defecto aparece en materiales porosos (fundamentalmente obtenidos por el método de bicocción) tiene su origen, por lo general, en defectos de cocción, es decir, diferencias de temperatura en una u otra cara.

Calibres

Entendemos que se trata de diferencias de medidas en la producción habitual.
En primer lugar debemos averiguar si los diferentes calibres coinciden con los diferentes platos de la prensa, es decir, si cada plato de la prensa nos da un calibre, o un azulejo de diferente medida tras la cocción. (Esto se puede controlar muy fácilmente puesto que en las costillas de la pieza vendrá marcado el número de plato).
Como es fácil de suponer, dos calibres diferentes, se deben, a igualdad de otras condiciones, a diferencias de compactación. Deberemos, por tanto, controlar estrictamente la operación de prensado manteniendo sus variables (presión, humedad, granulometría) entre límites aceptables y previamente determinados.

Diferencias de porosidad

Son también debidas a diferencias de compactaciones (a igualdad de otras variables del proceso) y vendrán acompañadas de descuadres y/o lunetas si se dan en la misma pieza, o de calibres si se dan entre piezas diferentes.

Grietas y partidos

La mayoría aparecen tras la cocción, no siendo detectables antes a simple vista.
Pueden ser la consecuencia de zonas muy débiles causadas por una deficiencia de arcilla en la carga, o también por golpes inapreciables durante el proceso (en guías empujadores) de entrada y salida del secadero, máquinas de carga, etc.).
Se pueden detectar las grietas pintando las piezas con una fina capa de gasoil a la salida del secadero.

Ahojados

Este defecto consiste en la presencia de aire ocluido en el interior de la pieza.
Se debe a una mala desaireación en el prensado. Se corrige frecuentemente aumentando ligeramente el tiempo de desaireación.

Despuntados

Se trata de piezas con bordes rotos, generalmente por pequeños golpes en la lírica de producción.
Si los moldes están ya muy desgastados, las piezas prensadas serán más flojas en los bordes, por lo que se facilitará este defecto.

Piezas flojas

Se trata de piezas con una resistencia mecánica muy baja y que, por tanto, se rompen con gran facilidad en su transporte.
Ya sabemos cuáles son todas las causas que pueden llevara una resistencia mecánica baja, aunque en producción este defecto se dará sobre todo causado por repentinos descensos de la humedad del polvo.

Corazón negro

No se trata de un defecto propiamente de prensado, aunque lo hemos incluido porque se puede provocar o solucionar en prensas.
Consideradas correctas la composición de la pasta y las variables de cocción, puede aparecer corazón negro por un exceso de presión o de humedad.

Gotas de aceite

En procesos de monococción en ciclo rápido se suelen utilizar prensas hidráulicas. Cualquier fuga de aceite del circuito hidráulico de la prensa que vaya a mezclarse con el polvo de prensado dará, en la cocción, abombamientos en la pieza causados por la carbonización y parcial combustión del aceite.

Diferencias de espesor y peso

Pueden darse diferencias de espesor en una misma pieza, debidos a una distribución incorrecta del polvo en el molde o bien por incorrecciones de fabricación o montaje de los mismos.
Si las diferencias de espesor se dan entre piezas diferentes pero del mismo molde, llevarán consigo, como es lógico, diferencias de peso.

4.4.9. Controles en la operación de prensado

Tal como se muestra en la Tabla N.° 4, se pueden dividir los controles a efectuar en la operación de prensado en dos grandes grupos:
 -Controles externos, en alimento y producto.
-Controles en máquina.

En el prensado el alimento es el granulado obtenido en el proceso de atomización (si la pasta se ha obtenido por vía húmeda) o el polvo obtenido por molturación en molinos pendulares (vía seca).
Los principales controles a efectuar son los que allí describimos:
- Control de humedad.
-Control de granulometría.

El producto es, lógicamente, la pieza compactada y con un contenido en humedad que habrá que eliminar (operación de secado) para su posterior cocción. 
Los controles que interesan en este producto son:
- Resistencia mecánica.
- Compactación y distribución de compactaciones.
- Defectos. Estos, como veremos más adelante, pueden ser visibles o no y en cada caso existe un método de control.
En máquina podemos distinguir para su estudio dos tipos de controles, aquellos que afectan al proceso de prensado propiamente dicho y un gran grupo de controles que afectan a la sincronización de la máquina, o lo que es lo mismo, al ciclo de prensado.

TABLA Nº 4. CONTROLES DE PRENSADO



Alimento

Humedad

Granulometría





Externos




Producto

Resistencia mecánica

Compactación






Defectos
Grietas
Defectos superficiales
Despuntados




Proceso

Presión de prensado


Espesor de la pieza








Ciclo


Sincronizaciones

Velocidad carro
Bajada traviesa
Caída de platos
Desaireación



 
Presión primera prensada

Calefacción punzones

Estado de los moldes

Producción (golpes/minuto)



TEMA 5

SECADO


5.1 INTRODUCCIÓN

5.2 PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS HÚMEDOS

5.2.1.Contenido en humedad 
5.2.2. Humedad de equilibrio

5.3. MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN SÓLIDOS

5.4. MECANISMOS DE LA OPERACIÓN DE SECADO

5.5. FASES DE SECADO

5.6. INFLUENCIA DE VARIABLES EN LA VELOCIDAD DE SECADO

5.6.1. Temperatura del aire
5.6.2. Humedad relativa del aire 
5.6.3. Velocidad del aire
5.6.4. Espesor de las piezas a secar

5.7. COMPORTAMIENTO DE LAS PASTAS CERÁMICAS EN EL SECADO

5.7.1. Papel de los desgrasantes en el secado

5.8. ATOMIZACIÓN

5.8.1. Variables a controlar en el proceso de atomización 
5.8.2. Ventajas del proceso de atomizado

5.9.  CONTROLES EN LA OPERACIÓN DE SECADO

5.10. SECADEROS INDUSTRIALES

5.10.1. Secadero túnel 
5.10.2. Secadero rápido

TEMA 5. SECADO
 
5.1. INTRODUCCIÓN

En términos generales se entiende por secado la operación de eliminar un líquido de una sustancia que lo contiene.
Más concretamente, cuando se presenta el secado en el proceso de fabricación cerámico, se refiere a la eliminación de agua de la sustancia que lo contiene (piezas obtenidas por prensado, barbotinas, etc.).
En la mayor parte de secaderos, el secado de los materiales cerámicos se efectúa mediante la circulación de aire caliente. El aire sirve como portador de energía y transporta además el vapor de agua.
En este tipo de secado, que puede considerarse como un secado por convección, tiene, como se verá más adelante, una gran importancia la humedad del aire. Cuanto menor sea ésta y mayor su temperatura, mayor cantidad de agua se podrá eliminar de los productos a secar.

El proceso de secado depende de cuatro factores esenciales: 

- El estado del aire (temperatura y humedad).
- Cantidad de aire que está en contacto con el material a secar en un momento determinado.
- La superficie específica del material, es decir, la relación superficie/volumen.
- La naturaleza de la superficie del material.

La duración del secado está determinada por la acción conjunta de estos cuatro factores.
Conviene, por último, citar las diferencias que existen entre desecación y deshidratación:

- Desecación: Es la eliminación del agua de un material hasta que se encuentra en equilibrio con el aire que la rodea.
- Deshidratación: Eliminación del agua de un producto hasta un nivel próximo al 0%.

5.2. PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS HÚMEDOS

5.2.1. Contenido en humedad

Es la cantidad de agua que contiene el sólido. Puede expresarse de dos formas: 

- Sobre base seca. Es decir, la relación entre Kg. de agua/Kg. de sólido seco. 
- Sobre base húmeda. Kg. de agua/Kg. de sólido húmedo.

En el caso concreto de materiales cerámicos, el agua contenida proviene, en parte, del agua aportada durante el proceso de formación de las piezas y en parte del agua que contenía la materia prima. Esta agua está distribuida en la pieza de forma prácticamente homogénea.
El modo de unión de la humedad en la arcilla puede ser de naturaleza diferente, pudiendo distinguir:

- La unión física.
- La unión físico-química. 
- La unión química.

No vamos a comentar la unión química (agua de cristalinidad) ya que subsiste después del proceso de secado y sólo se elimina a temperaturas más elevadas.
El agua unida físico-químicamente es, por ejemplo, el agua presente entre las hojas de la montmorillonita. Esta unión es más sólida que la unión física.
El agua ligada físicamente aparece esencialmente bajo dos formas:

- Humedad capilar.
- Humedad superficial.

La humedad capilar presenta la unión más débil. El agua llena las cavidades existentes entre las partículas de arcilla. Esta agua se denomina agua de los poros.
La humedad superficial rodea las partículas, siendo la intensidad de la unión dependiente entre otros factores del proceso de hidratación.
Según la naturaleza de la materia prima la proporción de cada uno de los tipos de aguas puede ser muy diferente, por lo que la velocidad de secado estará influida por la naturaleza de la materia prima.

5.2.2. Humedad de equilibrio

Es el contenido en humedad de un sólido que está en equilibro con aire a una determinada temperatura y humedad relativa. Se expresa por (e.
En la figura 5-1 se muestra una curva de equilibrio, a una determinada temperatura, de un sólido húmedo (contenido en humedad () en contacto con el aire (humedad relativa ().

A una determinada humedad relativa del aire ( tendremos un contenido en humedad del sólido en equilibrio (e.

FIGURA 5-1. Isoterma de equilibrio

5.3. MÉTODOS DF DETERMINACIÓN DE HUMEDAD EN SÓLIDOS

Los métodos de determinación de la humedad en sólidos se puede clasificar en dos grupos:

- Métodos directos. 
- Métodos indirectos. 

a) Métodos directos

Se basan en la eliminación del agua contenida en el sólido y su medida puede efectuarse mediante pesada o químicamente. Son los métodos más exactos.

Algunos de estos métodos:
1. Secado en estufa al vacío. Utiliza temperaturas relativamente bajas y vacíos elevados. En algunos casos es el único procedimiento adecuado si se trata de materiales que se descomponen al aplicarles calor.
2. Secado en estufa a presión atmosférica. Suelen tener circulación de aire. Es más rápida que el anterior y se utilizan temperaturas elevadas (1 10'C). Al igual que en el procedimiento anterior, el contenido en humedad se determina por diferencia de peso.
3. Speedy. (Figura 5-2) Se basa en la medida de la presión del acetileno formado por la reacción del carburo cálcico con el agua.

FIGURA 5-2

4. Métodos químicos. Utilizan el reactivo de Karl-Fisher. Se basan en la reacción química siguiente:

SO2 + l2 + 2 H20 ® 2 I + 2 H+ + SO4H2

Valorando el I formado.

b) Métodos indirectos

Se basan en la medida de alguna propiedad del material que resulta afectado por la mayor o menor cantidad de agua.
Para determinar la humedad con estos métodos debe hacerse previamente un calibrado utilizando muestras de humedad perfectamente conocidas.

Los métodos más importantes son:
1. Medidores de resistencia eléctrica. Miden la variación de resistencia eléctrica de un material, proporcional a su contenido en humedad.
2. Medidores dieléctricos. Miden la capacidad de un condensador que utiliza como medio dieléctrico el material cuya humedad se requiere determinar. La constante dieléctrica de dicho material se ve afectada por su contenido en humedad.

5.4. MECANISMO DE LA OPERACIÓN DE SECADO

Al secar un sólido en el seno de una masa de aire ocurren dos fenómenos (Figura 5-2). En primer lugar, hay una transmisión de calor desde el aire hasta el sólido puesto que existe un gradiente de temperatura entre ambos. Además, hay una transferencia de materia ya que el agua contenida en el sólido se desplaza hacia la interfase sólido-gas y posteriormente pasa al seno de éste.

FIGURA 5-3 Mecanismo de secado

Los subíndices de la figura significan lo siguiente:
(1) Transferencia de materia a través del sólido. Se produce por difusión y capilaridad. La difusión tiene lugar cuando la humedad del producto es baja, mientras que la capilaridad se produce a altos niveles de humedad.
(2) Transferencia de vapor de agua desde la interfase sólido-gas hacia el seno del gas.
(3) Transferencia de energía hacia el producto.
(4) Transferencia de energía desde la interfase del sólido al interior.

El agua presente en las piezas cerámicas proviene en parte del agua aportada durante el proceso de fabricación de las piezas y en parte del agua que contenía la materia prima.
El agua presente en los productos tiene que eliminarse por su superficie, o más exactamente por la interfase sólido aire.
Los procesos de secado comienzan por la migración de las moléculas de agua hacia el seno del aire, con lo que se forma un gradiente de humedad entre la superficie de las piezas y el interior de las mismas. Este gradiente de humedad es la fuerza impulsora de la migración de las moléculas de agua del interior de la pieza cerámica hacia la superficie.
El secado está acompañado de una contracción caracterizada por el hecho de que los capilares se estrechan a medida que avanza el proceso de secado. El estrechamiento de estos capilares favorece la migración de agua hacia la superficie.
Las pastas cerámicas pueden considerarse formadas como partículas de arcilla rodeadas y separadas por películas de agua. A medida que avanza el proceso de secado y, por tanto, se va perdiendo agua, las partículas van acercándose y de este modo tiene lugar la contracción como vemos en la figura 5-4.
La contracción alcanza un valor máximo cuando las partículas entran en contacto.
Lógicamente interesará controlar perfectamente el proceso de secado para evitar la aparición de contracciones demasiado bruscas o de diferencias de contracción en una misma pieza lo cual puede dar origen a tensiones y en consecuencia a grietas y roturas.

FIGURA 5-4

5.5. FASES DE SECADO

La ausencia de homogeneidad, frecuente en las pastas cerámicas, juega un papel importante, ya que ésta produce una eliminación irregular del agua, lo que provoca contracciones en distintos puntos de la pieza y, por tanto, es base para la formación de fisuras.
En algunas ocasiones las fisuras se producen causadas por problemas de baja resistencia mecánica de los productos al choque térmico más que por las pequeñas diferencias de contracción.
Si se supone que el secado se efectúa en condiciones exteriores constantes (temperaturas, humedad relativa y velocidad del aire), se pueden definir tres etapas de secado, como se muestra en las figuras 5-5 y 5-6:

FIGURA 5-5
Humedad de un producto cerámico en función del tiempo

Figura 5-6 
Velocidad de secado en función del tiempo

a) Período de inducción

Se trata de un período de adaptación del producto a las condiciones en las que se va a efectuar el secado. (Tramo A-B.)

b) Primera fase de secado

La primera etapa de secado propiamente dicha se caracteriza por una velocidad de secado constante. Durante este período la evaporación no depende de las condiciones externas de aire.
En las figuras 5-5 y 5-6 se aprecia la zona de velocidad de secado constante entre B y C.
En este período la velocidad con que se elimina agua de la superficie del sólido es igual a la velocidad con que llega a ella desde el interior del mismo. De esta manera la superficie del material se mantiene a humedad constante.
La temperatura en la interfase será constante y el calor que llega se invierte íntegramente en evaporar el líquido.
En este período la velocidad de secado viene determinada por la velocidad de evaporación.

c) Segunda fase de secado

En este período del secado la cantidad de agua que se desplaza por capilaridad o por difusión hacia la interfase es cada vez menor, por lo que la velocidad de evaporación disminuye, disminuyendo también la velocidad de secado.
Esta segunda etapa está comprendida entre C y D y se aprecia la disminución de la velocidad de secado.
Cuando toda la superficie de secado queda seca, éste continúa, dependiendo de las condiciones del aire ((, () y del sólido (naturaleza y humedad) por uno de los mecanismos siguientes:

(1) Existe un frente de evaporación que se desplaza hacia el centro del sólido, de manera que el vapor que se produce es el que se difunde a través de la masa seca hacia el exterior.
(2) Es el líquido el que se difunde a través de la masa sólida y al llegar a la superficie se evapora. La velocidad de secado dependerá de la velocidad de difusión del líquido.

En cualquiera de los dos casos, en este período la velocidad de secado depende de (. (Contenido en humedad del sólido.)
El fin del secado en las instalaciones industriales coincide, en muchas ocasiones, con el fin de la segunda etapa de secado (punto D de las gráficas), una vez alcanzada la humedad de equilibrio para las condiciones de operación.

d) Tercera fase de secado

Esta caracterizada por la expulsión de los últimos restos de humedad; la velocidad de secado disminuye hasta valores próximos a cero.


5.6. INFLUENCIA DE VARIABLES EN LA VELOCIDAD DE SECADO

Nos referimos al secado por convección que es el habitual para productos cerámicos. El funcionamiento de la mayor parte de los secaderos cerámicos está basado en el proceso de convección, en el que intervienen diversos factores de un modo determinante, ejerciendo una influencia más o menos grande en la marcha del secado.
Los factores más importantes son:

- Temperatura del aire.
- Humedad relativa del aire de secado. 
- Velocidad del aire.
- Espesor de las piezas a secar.
- Permeabilidad del sólido (cantidad y tamaño de los poros).

5.6.1. Temperatura del aire

El aire de secado es el portador de la energía suficiente para evaporar el agua y como transportador del agua que se evapora en las piezas.
El calor necesario para la evaporación del agua en el período de velocidad de secado constante lo aporta el aire.

FIGURA 5-7. Influencia de la temperatura del aire

La velocidad de secado experimenta un aumento a medida que lo hace la temperatura del aire tal como se muestra en la figura 5-7.

5.6.2. Humedad relativa del aire

A medida que la humedad relativa del aire aumenta, disminuye la velocidad de secado (Figura 5-8).
Un ejemplo de esto son los secaderos al aire libre, en los que debido a la elevada
humedad relativa del aire, el contenido en humedad de los productos no disminuye por debajo del 2-3%.

FIGURA 5-8. Influencia de la humedad relativa del aire 

5.6.3. Velocidad del aire

La resistencia que opone la capa límite de aire que se encuentra en los productos cerámicos a la transferencia de materia y energía depende de la velocidad del aire.
A medida que la velocidad del aire aumenta (Figura 5-9), disminuye la resistencia. Esto es válido cuando la etapa controlante del secado sea la evaporación superficial de agua (período de velocidad de secado constante).

FIGURA 5-9. Influencia de la velocidad del aire

Si la etapa controlante del proceso de secado es la difusión del agua a través del sólido (período de velocidad de secado decreciente), no se aprecia ninguna influencia de la velocidad del aire, si ésta es suficientemente elevada para que controle únicamente la difusión a través del sólido poroso, ya que en este caso aunque se aumente la velocidad del aire no puede aumentarse la velocidad de secado.

5.6.4. Espesor de las piezas a secar

Cuanto mayor sea el espesor de las piezas a secar, más lento es el secado.
Durante el período de velocidad de secado constante la velocidad de secado no depende del espesor, ya que la evaporación se desarrolla en la superficie.
Durante la etapa de velocidad de secado decreciente la resistencia a la difusión juega un papel determinante. En este caso la velocidad de secado es inversamente proporcional al espesor.

5.7. COMPORTAMIENTO DE LAS PASTAS CERÁMICAS EN El. SECADO

De lo visto hasta ahora se deduce que el éxito en la operación de secado depende de que consigamos eludir la aparición de tensiones debidas a diferencias de contracción.
Se hace, por tanto, necesario el estudio de la contracción con respecto a la humedad de la pieza y con respecto al tiempo a fin de precisar cuándo tienen lugar las contracciones en la pieza, y, por tanto, cuándo debemos extremar las precauciones y cuándo podemos acelerar el secado por ausencia de tensiones (contracciones).
Los fenómenos de aparición de grietas o de deformación de piezas durante el secado pueden controlarse si no se sobrepasa una velocidad máxima de secado.
Todas las pastas cerámicas presentan un comportamiento diferente, lo que explica las

FIGURA 5-10

velocidades de secado tan variables que se obtienen con diferentes pastas. Influyen marcadamente la composición minerológica, la gran granulometría, la compactación (Dap) la forma y espesor de los productos a secar y el modo de colocarlos en el secadero.
La granulometría y la compactación definen la capilaridad y ésta, como ya sabemos, influye en el período de velocidad de secado decreciente.
Puede representarse la contracción de la pieza secada en función de la humedad del producto, esta gráfica se denomina curva de Bigot (Figura 5-10):
El punto correspondiente a la humedad crítica es el (k. Este punto depende totalmente del material y debe determinarse en cada caso.
La humedad crítica (k es aquella por debajo de la cual las piezas ya no presentan contracción.
A fin de obtener una visión más clara del comportamiento de pastas cerámicas en el secado vamos a estudiar la evolución de la temperatura del producto, de la velocidad de secado y de la contracción con el tiempo.
En la figura 5-11 se observa la variación de la temperatura de la pieza en función del tiempo de secado.

FIGURA 5-11

La curva de trazo continuo normal (1) representa la temperatura en la interfase, mientras que la curva de trazo en negrita (2) representa la temperatura en el interior de la pieza.
En la figura siguiente (Figura 5-12) se representa el comportamiento en el
secado de una pasta de porcelana:

FIGURA 5-12. Comportamiento en el secado de una pasta de porcelana

En la curva se tiene representada la variación de la velocidad de secado con el tiempo (trazo continuo) la contracción (trazo discontinuo) y la temperatura de la pieza (trazo con x).
Estos diagramas han sido trazados para unas condiciones de secado constantes:

T = 500º C.
( = 73 %
G = 2'6 m/seg.

Para esta pasta de porcelana se aprecia lo siguiente:

- El final de la contracción está situado bastante antes que el final de la primera etapa (velocidad de secado constante).
- El secado de la superficie del producto en la segunda etapa, después del punto de inflexión, no produce contracción alguna.
- La temperatura del producto aumenta sólo al final de la primera etapa de secado, y no está ligada con la contracción.

5.7.1. Papel de los desgrasantes en el secado

La adición de los desgrasantes a la pasta disminuye las dificultades en el secado, aumenta la conductibilidad capilar por lo que favorece el transporte de agua hacia la interfase. Darán, por tanto, velocidades de secado más elevadas.
También influye la granulometría del desgrasante.
En la figura 5-13 se observa la evolución del secado de un caolín desgrasado con arena de granulometrías diferentes. Se puede constatar que la velocidad de secado es mayor cuanto más desgrasado está el caolín.

FIGURA 5-13

Por otra parte la contracción en el secado disminuye a medida que la proporción de desgrasante aumenta.
Debemos recordar, por tanto, que pastas muy plásticas presentarán mayores dificultades en el secado.

5.8. ATOMIZACIÓN

Tras la molienda por vía húmeda de la pasta en molinos de bolas, la barbotina producida debe ser secada eliminando el agua hasta una humedad en que pueda ser prensada y con una granulometría constante. Este proceso se realiza en atomizadores (Figura 5-14).

FIGURA 5-14. Esquema de una instalación de atomización

Ciclo de funcionamiento	

La barbotina procedente de las balsas de almacenamiento de las plantas de molienda, con un contenido de agua preestablecido de acuerdo con las características de las materias primas utilizadas (de un 64 a un 68% de contenido en sólidos), y con una viscosidad adecuada, es bombeada a presión constante por medio de bombas de pistón al sistema de pulverización de la barbotina, tal como se indica en la Figura 5-15:

FIGURA 5-15

El sistema de pulverización de la barbotina puede ser:

- Central. Bien por un anillo portaboquillas de pulverización o por un disco giratorio con boquillas incorporadas.
- Lateral. A medida altura el atomizador es rodeado por una serie de entradas de barbotina con boquilla de pulverización, comúnmente denominadas "lanzas".

La abertura de las boquillas de pulverización estará calibrada según las necesidades de granulometría. Se deberá controlar su posible desgaste por abrasión (y, por tanto, la variación de su apertura o luz de pasaje) y sustituirlas cuando sea necesario para asegurar una constancia de tamaño. La barbotina, ahora finamente dividida y nebulizada, se seca mediante una corriente de aire caliente producido en el generador y conducido hasta la torre de secado del atomizador donde se introduce. 
El granulado, con una humedad entre el 5'5 y 6'5% es descargado sobre una cinta transportadora y llevado a silos para su posterior prensado.
El residuo de polvo fino que queda en suspensión en el aire es separado en el ciclón y devuelto a la cinta transportadora. 
La mezcla de aire limpio y vapor de agua es conducido por la chimenea hacia el exterior.

5.8.1. Variables a controlar en un proceso de atomización

De forma esquemática se pueden clasificar los controles en un proceso de atomización de barbotinas cerámicas en dos grupos según se controlen variables externas, es decir, aquellas que afectan a la barbotina, o variables internas, que serán las relacionadas con el funcionamiento de la instalación.
a) Variables externas 
a. En alimento (barbotina)
b. En producto (granulado)

b) Variables internas

Variables externas

De la barbotina nos interesarán, sobre todo, las siguientes variables:

Contenido en sólidos. Esta relación con la densidad de la barbotina y con el peso específico de los sólidos componentes de la pasta (ver tabla N.° 2 del Tema 2). A menor contenido en sólidos tendremos un mayor contenido en agua que el atomizador tendrá que evaporar con el consiguiente aumento del coste del producto, y disminución de la producción.

Viscosidad. La barbotina debe ser bombeada desde las balsas al sistema de nebulización. En esta operación se utilizan bombas especiales de pistones de material resistente a la abrasión. A mayor viscosidad más se dificulta esta operación, y, por otra parte, la viscosidad aumenta con un aumento de contenido en sólidos, como se puede ver en la figura 5-16.

FIGURA 5-16

Como ya se ha visto es posible disminuir la viscosidad de una barbotina sin necesidad de bajar su contenido en sólidos mediante la utilización de defloculantes. Se suelen utilizar el tripolifosfato sódico y el silicato sódico como defloculantes.

Rechazo. Indica el grado de molturación que ha sufrido la pasta en los molinos de bolas. Ya se ha hecho mención a su importancia y a los factores de que depende.
El granulado obtenido en el atomizador será prensado en prensas generalmente hidráulicas por lo que las características de éste influirán en la calidad de la pieza prensada. Interesa controlar:

Granulometría. La granulometría de un producto es su distribución según sus diferentes tamaños de grano. Influye en los procesos de prensado (sobre todo en la carga de los moldes de la prensa) secado y cocción. Tiene gran influencia en las propiedades del producto acabado.

Se controla mediante series de tamices hasta 40 (.

Humedad. De ella depende la prensabilidad del granulado. Debe estar comprendida en un estrecho margen de valores (entre 5 y 7% aproximadamente) y tiene gran influencia en la compactación de la pieza y en otros factores que afectan la calidad del producto final (aparición del defecto conocido como "corazón negro", etc.).

a) Variables internas

Son las que se refieren propiamente al aparato como tal y pueden afectar las características del granulado (humedad y granulometría), estas variables son:

- Presión de bombeo de la barbotina. Afecta a la producción del atomizador (y, por lo tanto, a la mayor o menor disponibilidad de pasta para el prensado), a la humedad del granulado y a su granulometría .
- Diámetro de las boquillas. Se establece al principio del proceso y debe permanecer constante. Afecta a la granulometría.
- Temperatura de entrada de aire caliente. Influye en la humedad del producto. 

5.8.2. Ventajas del proceso de atomizado

- El secado y la granulación se obtienen al mismo tiempo y con el mismo aparato.
- Se obtienen granos más o menos esféricos de pequeñas dimensiones huecos en su interior, muy informes.
- Simplicidad en el control de las variables de producción (humedad y granulometría).
- El proceso es continuo, lo que permite la automatización. 
- Ausencia de polvo ambiental.

5.9. CONTROLES EN LA OPERACIÓN DE SECADO

Se dividen en dos grupos.

- Controles en proceso. 
- Controles en producto.

Controles en proceso

- Humedad del aire.
- Temperatura del aire caliente.
- Uniformidad en el secadero (respecto a la posición de la pieza). 
- Extracción de la pieza y sincronizaciones de entrada y salida.
- Conducción de aire en el secadero (posición serrandas).

Controles en producto

- Temperatura de la pieza (termómetro de contacto).
- Controles de grietas con gasoil.
- Humedad residual.
- Resistencia mecánica en seco.

5.11. SECADEROS INDUSTRIALES

Pueden dividirse en dos grandes grupos: 

- Secaderos por cargas. 
- Secaderos continuos.

En los secaderos por cargas la operación de secado se divide en tres fases o etapas:

- Carga del secadero.
- Secado. 
- Descarga.

En este tipo de secaderos las posibilidades de automatización y de producción son limitadas. Se usan en el secado de barbotinas de esmaltes o fritas, tejas y piezas extrusionadas así como piezas fabricadas por colado.
En los secaderos continuos la alimentación y la descarga se efectúa continuamente. Tienen una mayor producción y mayores posibilidades de automatización. 
Veremos dos tipos de estos secaderos: 

- Secadero túnel.
- Secadero rápido.

5.10.1. Secadero túnel

En este tipo de secaderos las piezas se desplazan a lo largo del túnel en vagonetas sobre railes.
El calentamiento se efectúa generalmente con aire caliente procedente de los hornos, que se hace circular mediante ventiladores.

FIGURA 5-17. Sección de un secadero túnel.

La dirección del flujo de aire puede ser en contracorriente o en paralelo con respecto a la movimentación de las vagonetas. El primer sistema es el más usual y de instalación más económica.
Los secaderos túnel en contracorriente tienen una entrada de aire en el punto de salida de las vagonetas y entradas distribuidas a lo largo del secadero.

FIGURA 5-18. Esquema de funcionamiento.

En la figura 5-18 se muestra un esquema del funcionamiento del secadero túnel. Este tipo de secaderos pueden dividirse en zonas de humedad controlada de acuerdo con el ciclo de secado:

- Precalentamiento húmedo. 
- Secado gradual. 
- Secado final.

5.10.2. Secadero rápido	

Estos secaderos están constituidos por:
1.- Torre, generalmente vertical, con dos tramos, ascendente y descendente, para la movimentación de cestos y circulación de aire.
2.- Cestas con rellenos de apoyo de tipo universal, es decir, válido para todo tipo de formatos.
3.-Sistema de movimentación de las cestas (grupo motor, cadenas, guías, sistema automático de engrase, etc.).
4.-Generador de calor con cámara de combustión y quemador. 
5.-Ventilador para circulación del aire.
6.-Sistema de recirculación de aire para casos de parada de línea.

En la figura 5-19 se muestra el esquema de un secadero de este tipo.
En los secaderos rápidos las piezas son conducidas directamente de la prensa sin ninguna manipulación, de forma totalmente automática.

FIGURA 5-19. Secadero rápido vertical.

Las piezas salen secas y calientes. La temperatura de salida de las piezas es un factor importante a considerar, ya que influye marcadamente en el esmaltado posterior de los azulejos, como se verá en el siguiente tema.

FIGURA 5-20. Secadero rápido vertical. Sistema mixto co-corriente/contracorriente

La circulación de aire depende de los modelos de secaderos existentes en el mercado, oscilando entre sistemas mixtos de co-corriente/contracorriente a sistemas a contracorriente.

FIGURA 5-21. Secadero rápido vertical. Sistema contracorriente.

En las figuras (5-20 y 5-21) se muestran los esquemas de funcionamiento de un secadero vertical rápido con sistema mixto de co-corriente, subida de cestos, y contracorriente, bajada de cestos (Giavelli GD 10 LL) y de un secadero con régimen de circulación en contracorriente (Sacmi EVA-97).
Con estos secaderos se pueden conseguir ciclos de secado que oscilan entre los 30 y los 120 minutos.
La necesidad de este tipo de secaderos en líneas automatizadas viene determinada por una serie de razones:

a) Razones tecnológicas:

- Resistencia mecánica elevada de las piezas a la salida (25 a 40 Kg./cm2).
- Se consigue la temperatura adecuada para la operación de esmaltado (monococción).
- Secados hasta contenidos de humedad aceptables.
- Mayor posibilidad de control.

a) Razones económicas:

- Espacio reducido (permite recuperar espacio en plantas tradicionales). 
- Permite una total automatización de la línea. 
- Instalación simple y reducida.
- Mayor productividad.
