G-6 Conformado Por Colaje de Barbotina de Productos Ceramicos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MATERIALES

TEMA: “Conformado por Colaje de Barbotina de Productos Cerámicos” CURSO: Procesamiento de Cerámicos DOCENTE: Ing. Iván Eugenio, Vásquez Alfaro INTEGRANTE: - CARRANZA RODRIGUEZ, Susana - DIAZ ANICETO, Saúl - MORILLO MINCHOLA, Anthony - NECIOSUP ZAVALETA , Claudia - PEREZ MEDINA, Robert - RODRIGUEZ SANDOVAL, Ernesto. - SAGARDIA RENTERIA, Luis Miguel - ULLOA ZAVALETA, José Luis - VILLANUEVA SANCHEZ, Jean TURNO: Mañana GRUPO: 6 FECHA: 17 de Junio Trujillo – Perú Junio – 2016

CONFORMADO POR COLAJE DE BARBOTINA DE PRODUCTOS CERÁMICOS

I.OBJETIVO 1.1. Fabricar moldes de yeso de consistencia adecuada para colaje de barbotina. 1.2. Aprender a desarrollar una de las técnicas de elaboración de moldes de yeso. 1.3. Comprender la importancia de utilizar el yeso como material de molde. 1.4. Realizar la preparación de la pasta cerámica (barbotina) a una consistencia adecuada para el colaje. II.

RESUMEN En el presente trabajo se ha realizado la técnica de conformado Slip coating (colado por barbotina), esta técnica es muy usada en la fabricación de piezas cerámicas mayormente utilizados en la alfarería, teniendo en cuenta las condiciones y materiales a utilizar en este proceso, siendo el principal factor la relación agua/yeso utilizados para los moldes, ya que, estos serán los encargados de la conformación y reproducción de una pieza por colada de barbotina, otro factor importante sería también la composición de la barbotina la cual se detallara en este informe. En el presente trabajo se utilizaron 2 tipos de barbotina: blanca y roja. Se obtuvieron satisfactoriamente los resultados esperados.

III.

MARCO TEÓRICO 3.1. Yeso El material para molde poroso para colaje de barbotina (slip casting) más usado es el yeso, debido a la capacidad que tiene para elaborar moldes con buena lisura y buen detalle superficial, la alta porosidad esencial (para la succion capilar de deshidratación de la barbotina) y las microdimensiones de los poros, el corto tiempo de fraguado, la pequeña expansión dimensional de fraguado (alrededor del 0.17%) la cual ayuda a la liberación de los moldes, y su costo relativamente bajo. Para la conformación de los moldes de yeso se da la reacción del yeso en polvo con agua para producir el yeso solidificado que tiene la configuración de molde preestablecida (la forma o cavidad del producto de cerámica que se quiere obtener.[1] Yeso (Plaster of Paris) (polvo) + Agua → Yeso solidificado (Gypsum) CaSO4 . 0.5H2O + 1.5 H2O → CaSO4 . 2H2O Para producir el yeso solidificado, durante el fraguado se da la nucleación y el crecimiento de los cristales de yeso en forma de agujas y plaquetas las cuales forman una red que las convierten firmemente interconectadas con orientaciones aleatorias, las que proveen de resistencia al molde. [1] Según la reacción anterior, para la hidratación del yeso (polvo/plaster of parís), se necesitaría una relación de agua / Yeso de 18.6 /100 (ej. 18.6 Kg de agua en 100 kg de polvo de yeso) para así poder formar el yeso solidificado (Gypsum), pero solo es de forma teórica ya que en la práctica actual se adiciona más agua para impartir fluidez a las

suspensiones de yeso dado. Un rango de proporción de peso Agua/Yeso de 60/100 a 80/100 es usado en las suspensiones para la producción de moldes. En algunos casos es común el uso de agua caliente en la mezcla para obtener una estructura de molde más consistente (aumenta la resistencia compresiva), además que reduce el tiempo de fraguado (solidificación). [1] La alta relación agua/ yeso usada para moldes de colaje industrial produce la más alta porosidad y un tamaño de poro ligeramente mayor, la cual aumenta la absorción de agua pero disminuye la resistencia. Moldes fuertes que requieren alta presión mecánica son preparadas a una relación Agua/Yeso de alrededor 40/100; el aire de ser agotado a través del molde después del fraguado inicial para mantener canales de poros continuos. [1] El tiempo de fraguado y la estructura porosa del molde de yeso depende de la temperatura y los electrolitos del agua y de la intensidad y tiempo de mezclado. Estas variables deben ser controladas para obtener moldes con comportamientos reproducibles. [1] Las limitaciones de los moldes de yeso son su baja resistencia compresiva cuando está parcialmente saturado con agua, erosión en uso debido a su baja resistencia a la abrasión y a la significante solubilidad del yeso en agua, su resistencia al choque térmico relativamente bajo, y potencial de desecación (deshidratación) del yeso cuando es calentado por encima de los 40ºC durante el secado. [1] 3.1.1.

Aplicaciones del Yeso:

El yeso es uno de los minerales más ampliamente utilizados en el mundo. En la actualidad existe una amplia gama de aplicaciones: Gracias a su capacidad de expansión y rellenar todos los pequeños espacios, el yeso se utiliza para hacer moldes en la fabricación de estatuas, de piezas cerámicas, de placas dentales, de tablillas quirúrgicas y de piezas metálicas delicadas para instrumentos de precisión. El yeso no calcinado se usa como fertilizante en terrenos secos y alcalinos; también se utiliza como lecho en el pulido de planchas de vidrio y como base en pigmentos para pinturas, además de retardador en cemento Portland. [2] El yeso se utiliza en la industria cerámica para tres fines relacionados entre sí:   

Construcción de moldes, esto requiere un yeso uniformemente denso que pueda tallarse fácilmente. Fabricación de moldes para prensado y orneado en arcilla plástica. Fabricación de moldes para materiales moldeados con barbotina.

El material para molde poroso para colaje de barbotina (slip casting) más usado es el yeso, debido a la capacidad que tiene para elaborar molde con buena lisura y buen detalle superficial, la alta porosidad esencial (para la succión capilar de deshidratación de la barbotina) y las microdimensiones de los poros, el corto tiempo de fraguado, la pequeña expansión dimensional de fraguado (alrededor del 0.17%) la cual ayuda a la liberación de los modelos, y su costo relativamente bajo. [2] Para la conformación de los moldes de yeso se da la reacción del yeso en polvo con agua para producir el yeso solidificado que tiene la configuración de molde preestablecida (la forma o cavidad del producto de cerámica que se quiere obtener). [2]

Para producir el yeso solidificado, durante el fraguado se da la nucleación y el crecimiento de cristales de yeso en forma de agujas y plaquetas las cuales forman una red que las convierten firmemente interconectadas con orientaciones aleatorias, las que proveen de resistencia al molde. [2] 3.2. Colaje por Barbotina El colaje de Barbotina o Slip Casting es el método industrial de cerámicos más común que se utiliza en la industria manufacturera. El colaje de Barbotina es un proceso económico que es ampliamente usado para producir formas complejas de un amplio rango de materiales basados en cerámicas. Las aplicaciones son numerosas, en las que se incluyen artículos de artesanía, porcelana china artículos sanitarios, crisoles, medio de filtro, tubería estructural, implantes de hueso. Componentes de automóviles y componentes de máquinas térmicas, etc. El colaje de Barbotina es utilizado para producir formas cerámicas complejas de un amplio rango de materias primas incluyendo arcilla, la alúmina e incluso el carburo de silicio y el nitruro de silicio. [3] La Barbotina es una suspensión de polvos coloidales en un líquido inmiscible (normalmente agua). El colaje de Barbotina se refiere al vaciado de la Barbotina dentro de un molde permeable (normalmente yeso) La técnica de colaje de Barbotina consiste primero en preparar la arcilla como una suspensión acuosa a la que se le agrega un dispersante (defloculante), que permite que la arcilla necesite menos agua para que sea fluida. Esto ayuda al proceso de colaje. Luego, dicha suspensión llamada Barbotina se vacía en un molde de yeso permeable y se deja reposar un periodo de tiempo. Los poros en el yeso son más pequeños que las partículas cerámicas de la barbotina. El yeso absorbe el agua por succión de capilaridad y se comienza a formar una capa de partículas densamente empaquetadas contra las paredes del molde. La barbotina en el centro permanece fluida. Una vez que esta capa se ha engrosado lo suficiente para formar el objeto cerámico, la barbotina fluida que está en el interior se vacía y se deja el molde que drene un momento. Luego el objeto formado contraerá en un estado líquido, pueden ser hechas por esta técnica formas muy complicadas. El molde puede ser utilizado muchas veces de este modo pueden ser producidos copias múltiples del mismo objeto. El colaje de barbotina tiene muchas variantes de las cuales son dos las más comúnmente utilizadas: 3.2.1.

Colaje por Drenaje (Drain casting):

Involucra colaje por un periodo de tiempo limitado para depositar una capa de partículas cerámicas de espesor determinado o deseado, es decir con este tipo de colaje se obtienen piezas cerámicas huecas. En la fig.1 se muestran las cuatro etapas principales del colaje por drenaje. [4]

Figura N° 1: etapas del colaje por drenaje: (A) llenado de barbotina; (B) succión capilar del agua (C) drenaje de barbotina sobrante (D) extracción del objeto en “verde” formado. Fuente: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema6.Yesos.Escayolas.pdf

3.2.2.

Colaje en solido (solid Casting)

Es idéntico al colaje por drenaje, excepto que la barbotina se añade continuamente hasta que se forme el sólido completo (no una capa de cierto espesor). [4] 3.2.3.

Proceso de preparación de pastas

La preparación de las pastas para cerámica comprende las siguientes operaciones: ⁻

Dosificación

⁻

Trituración y molienda: molinos de muelas, martillos, cilindros, de bolas.

⁻

Tamizado: tamices rotativos y vibratorios; separadores neumáticos.

⁻

Mezcla y humidificación: amasadoras y humectadoras.

⁻

Filtración y escurrido: filtro prensa, rotativo o vacío, centrifugas.

⁻

Desecación: secaderos, atomizadores.

⁻

Estacionamiento y homogenización: silos de reposo.

De estas operaciones, se eligen los procesos y aparatos más adecuados según la conformación de las piezas, se vaya a seguir por vía húmeda o barbotina, estado plástico o semi-seco, y según se exija o no la purificación o separación de algún componente de las materias primas. Para el colado, se prepara una barbotina especial, agregándole Defloculantes. A continuación se concretan un par de fórmulas para hacer una pasta de barbotina la proporción de los defloculantes. Entre ambos n deben superar el 7g/1ml del peso de la pasta seca, generalmente se agrega primero el silicato sódico y luego el carbonato de sodio (ojo, no de calcio) disuelto en agua. El silicato puede llegar a un 3 a 4 g/1 ml, el carbonato algo menos, 2 a 3g/ 1 ml (generalmente la mitad del silicato). [5] -

Arcilla

65%

-

Cuarzo

15%

-

Feldespato

10%

-

Carbonato de calcio

10%

-

Agua: 45% del peso de los ingredientes secos

-

La proporción de los defloculantes según se indica en el párrafo anterior.

Otra fórmula más sencilla que la anterior: -

Arcilla

70%

-

Cuarzo

18%

-

Carbonato de calcio

12%

-

Las proporciones de agua y defloculante similares a la anterior

4. EQUIPOS, MATERIALES E INSTRUMENTO 4.1. EQUIPO  Balanza Analítica.  Horno o estufa de secado. 4.2. MATERIALES  Modelo plástico – loza – madera, etc.  Yeso refinado para molde  Caja de moldeo de melanina: 4 tableros laterales, 1 tablero horizontal de trabajo, 4 prensas sujetadoras.  Recipiente plástico para mezclado.  Brocha, pincel y lápiz – marcador.  Agente de separación (jabón).  Espátula de metal, cuchara y herramientas de madera para escultura.  Agua.  Arcilla Blanca y Rosada.  Tiza mineral.  Sílice (Cuarzo).  Silicato de sódico (alcasil).  Esponja. 4.3. INSTRUMENTOS        

Soporte de madera para drenar moldes. Recipiente cilíndrico de plástico de 2 litros. Balde de plástico de 5 litros Juego de paletas de madera y cuchillas de alfarero. Brocha de 2”. Malla o Tamiz Nº100 o más fino. 1 cuña de madera. 1 Martillo de madera.

5. PROCEDIMIENTO 5.1. Preparación molde de yeso 

Conseguimos piezas en la cual de esas hicimos moldes de yeso para luego fabricar con barbotina.



primero analizamos bien el modelo (objeto o replica) para determinar dónde va la línea de partición.



Una vez analizado bien el modelo o replica llenamos de barro hasta la línea de partición, tapamos bien con barro si hay orificios en la réplica.



Una vez tapado formamos un cuadrado donde se colocaran círculos de barro que ayudaran a sujetar al molde de yeso, encuadramos bien.



Una vez tapado hasta la mitad de la línea de partición con una brocha aplicamos agua enjabonada por todo el modelo y el barro, esto hará que no se pegue el yeso con el barro.



Encajamos con madera o mayólica en todo el contorno del modelo ajustando bien para no derramar, en caso aparezcan derramamiento en las esquinas con barro sellar. Si la pieza es plana solo encajar con barro.



Lista la caja de moldeo para el vaciado del yeso. Preparar el yeso con una proporción agua/yeso de 0.75, primero echar agua y luego el yeso nunca al revés más yeso que agua.



Cuando ya se vea una sola mezcla vaciar sobre la caja de moldeo rápidamente mientras esta todavía fluido el yeso. Debe cubrir el modelo por lo menos 1 pulgada sobre el punto más alto.



Una vez seco el yeso retiramos la madera o mayólica para luego quitar el barro que separaba la línea de partición.



Limpiamos el yeso y con una brocha aplicar agua enjabonada sobre la otra parte del modelo. Colocamos mayólica o madera para formar la caja de moldeo y agregar yeso mientras este fluido, también cubrir a una pulgada del punto más alto.



Secado el yeso tratamos de abrir el molde de yeso donde encontraremos una parte hembra y la otra macho, retiramos el modelo (objeto o replica) con sumo cuidado.



Dejamos secar el molde de yeso por 4 días sobre el sol.

5.2. Fabricación de piezas con barbotina 

Una vez secado el molde de yeso por 4 días se puede hacer el colado de barbotina.



Se llena el molde de yeso con barbotina liquida hasta que llene completamente. Ajustar con jebe.



El yeso comienza luego a absorber la barbotina favoreciendo que se forme una capa densa en las paredes internas del molde tomando su forma. Estar atento al molde para seguir llenando de barbotina en algunos casos.



Cuando el espesor de esta capa es adecuado se vacía el molde de la barbotina fluida sobrante.



Luego se deja el molde boca abajo unos minutos para que termine de drenar.



Después se deja secar unos cuantos minutos para que alcance una cierta consistencia y quede listo para ser desmoldado.



Se procede a desmoldar la pieza cerámica retirando las bandas y se extrae la pieza con cuidado.



Se procede con luego con las operaciones de acabado, primero utilizamos cuchillas para desbarbar lo sobrante y se redondea los filos agudos.



Luego se pulen con esponja humedecida con agua toda la superficie dándole esta forma un acabado liso y mejorado a la pieza cerámica.



Se deja secar en ambiente unos días para luego ponerlo al horno donde será la primera cocción para obtener el denominado biscocho, a una temperatura adecuada a la pieza.

VI.

RESULTADO

Figura N°2: Obtención de nuestro molde de yeso Fuente: Propia

Figura N°3: Obtención de las piezas de barbotina (rosada y blanca) Fuente: Propia

Figura N°4: Obtención de las piezas de barbotina cocidas Fuente: Propia

VII.

DISCUSIÓN DE RESULTADO

Parámetros a controlar: Tabla N°1: Parámetros de control para la elaboración de los moldes de yeso

RELACION YESO/AGUA (g/cm3)

TIEMPO DE FRAGUADO (Min)

DURACION DEL AMASADO (Min)

100 / 70

21.50

2

100 / 75

24.20

3

100 / 80

22.40

2

Fuente: Propia

Tabla N°2: Temperaturas de cocción de las piezas en el horno

Hora de inicio: 9:20 a.m. t (min) T°C t (min) 10 98 300 20 128 310 30 157 320 40 188 330 50 217 340 60 246 350 70 278 360 80 307 370 90 337 380 100 368 390 110 399 400 120 428 410 130 459 420 140 467 430 150 478 440 160 488 450 170 498 460 180 508 470 190 518 480

T°C 593 597 603 608 612 617 622 627 632 637 641 646 650 654 659 666 671 675 680

200 210 220 230 240 250 260 270 280 290

529 537 548 560 564 568 574 578 585 588

490 500 510 520 530 540 550 560 570

685 689 694 699 704 709 713 718 722

Fuente: Propia

Chart Title 800 700 600 500 TEMPERATURA (°c)

400 300 200 100 0

0

100

200

300

400

500

TIEMPO(Min)

Grafica N°1: Relación temperatura (°C) vs Tiempo (min) durante la cocción en el horno Fuente: Propia a. En la tabla 1 podemos observar que a medida que aumenta la relación Agua / Yeso, la densidad del molde disminuye, aumenta la porosidad y el tamaño de poro es ligeramente mayor, lo que hace que aumente la absorción de agua pero disminuye la resistencia. Para ello nosotros encontramos que le relación óptima para el empleo y preparación de moldes es de 0.75 en relación agua / yeso.

600

b. El poder de absorción de los moldes se reduce cuando aumenta el agua retenida debido al uso continuado. Entonces el molde debe secarse parcialmente. El factor importante en el use del yeso es la homogeneidad. Asimismo es importante la temperatura de la mezcla y eliminación del aire incluido. c. Originalmente la barbotina era simplemente una mezcla de arcilla y agua para lograr una consistencia barrosa o casi líquida, se le agregó a la arcilla disuelta en agua para inducir la dispersión de partículas de la pasta de arcilla formando una emulsión y que ésta se mantenga por mucho tiempo. Para "levigar" (o deflocular) se agrega a la mezcla un electrolito (o defloculante) como silicato soluble de sodio (el más utilizado).

d. Otro aspecto importante es el tratamiento de la superficie del molde para facilitar el desprendimiento. Se han utilizado muchos compuestos, como soluciones de estearina en queroseno y de ceras en benceno, sin embargo el producto más utilizado es el jabón graso de potasa que emplea como barniz de la superficie del molde, de este modo se forma un oleato cálcico resistente al agua. e. En la tabla N°2 podemos observar las diversas temperaturas que debe alcanzar la pieza durante cocción y poder tener una pieza acabada a base de barbotina rosada y blanca; donde se busca obtener le temperatura óptima para la cocción delas piezas que es 700°C en el horno a utilizar. f. En la gráfica N°1 podemos observar la relación temperatura (T°C) vs tiempo (min), donde podemos ver el incremento proporcional de la temperaturas respecto al aumento del tiempo durante el proceso de cocción dela pieza en base de barbotina en el horno. g. El tiempo de fraguado y la estructura de los poros depende de los moldes de yeso depende de la temperatura y de los electrolitos presentes en el agua y de la intensidad y tiempo de mezclado. Estas variables deben controlarse para obtener moldes con un comportamiento reproducible. h. En la industria cerámica los moldes absorben agua de la pasta, y esta agua tiene que eliminarse posteriormente por secado. El secado de los moldes no puede ser muy lento, ya que obligaría a la utilización de un gran número de moldes y no puede ser muy rápido, ya que la estructura del molde se debilita por deshidratación parcial. Siendo el deterioro superficial de los moldes causado por la calcinación producida en un secado rápido la causa más importante de la eliminación de los moldes.

i. Se debe buscar utilizar para la preparación de moldes el uso del yeso fino para cerámica durante la preparación de los moldes en la relación agua / yeso durante el moldeo delas respectivas piezas cerámicas. j. Las condiciones del yeso para la preparación de los moldes de colada son: - Relación Agua/yeso (consistencia) baja para que las barbotinas para los moldes más densos puedan mezclarse y verterse fácilmente. - Dilatación moderada pero uniforme, de modo que el molde se desprenda fácilmente, sin doblarse o alabearse manteniendo sus dimensiones exactas. - Periodo de fluidez largo para completar varios vertidos. - Regularidad de las propiedades del yeso para que los moldes puedan fabricarse durante largos periodos de tiempo sin variaciones importantes de sus características. - Capacidad de formar moldes se desgastan lenta y uniformemente. VIII.

CONCLUSIONES    

IX.

Se fabricó los moldes de yeso de consistencia adecuada para colaje de barbotina. Se aprendió a desarrollar una de las técnicas de elaboración de moldes de yeso. Se comprendió la importancia de utilizar el yeso como material de molde. Se realizó la preparación de la pasta cerámica (barbotina) a una consistencia adecuada para el colaje. BIBLIOGRAFÍA

[1] Yeso y sus aplicaciones, disponible en: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema6.Yesos.Escayolas.pdf [2] Productos de cerámicos, disponible en: http://www.uaeh.edu.mx/investigacion/productos/5763/cio_lowy_2012 .pdf [3] Cerámico conformado, disponible en: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema5.MaterialesCERAMICOS.CONF ORMADO.Slip.CASTING.pdf [4] Preparación de materias primas, disponible en: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion4.Preparacion.MateriasPrima s.pdf [5] Barbotina, disponible en: http://www.ceramicatrespiedras.com/cursos/tecnicas/barbotina-paracolada/

ANEXO

Materiales:

Figura N°5: Yeso Cerámico Fuente: Propia

Figura N°6: Cuchillo Fuente: Propia

Figura N°7: Barbotina Fuente: Propia

Molde de yeso:

Figura N°8: Molde de arcilla Fuente: Propia

Figura N°9: Se le va dando forma al molde de arcilla. Fuente: Propia

Figura N°10: Preparación del Yeso Fuente: Propia

Figura N°11: Se echa el yeso en el molde Fuente: Propia

Figura N°12: Molde de yeso (parte hembra) Fuente: Propia

Figura N°13: Molde de yeso (parte macho) Fuente: Propia

Figura N°14: Molde en Arcilla Fuente: Propia

Figura N°15: Se echa el Yeso Fuente: Propia

Figura N°16: Molde de Yeso Fuente: Propia

Colado con Barbotina fabricación de la pieza:

Figura N°17: Molde se le hecha la barbotina Fuente: Propia

Figura N°18: Después de 45 minutos se dreno la barbotina Fuente: Propia

Piezas cocidas:

Figura N°19: Piezas sin coser Fuente: Propia

Figura N°20: Se retira con un cuchillo lo que sobresale de las piezas Fuente: Propia

Figura N°21: Piezas cocidas de un perro Fuente: Propia

Figura N°22: Piezas cocidas

Fuente: Propia

Figura N°23: Piezas cocidas Fuente: Propia

Figura N°24: Piezas cocidas Fuente: Propia

Figura N°25: Piezas cocidas Fuente: Propia

Figura N°26: Piezas cocidas Fuente: Propia

Tabla N°3: Presupuesto

Materiales Cantidad Precios (S/.) Yeso 13kg. 39 Barbotina 15kg. 21 Arcilla Blanca 30kg. 26.5 TOTAL 86.5

Cocido de las piezas Tabla N°4: Cronograma de Actividades

Fuente: Propia

x

2-Jun

x

1-Jun

x

31-May

Fabricación de moldes de yeso Secado de los moldes de yeso Colado de la barbotina roja Colado de la barbotina blanca Secado de la pieza barbotina roja Secado de la pieza barbotina blanca

30-May

x

29-May

x

28-May

25-May

x

27-May

24-May

Compra de materiales

26-May

Actividades

23-May

Fuente: Propia

x

x

x

x

x

x

x

x