SACMI

Tecnología cerámica aplicada

Volumen II

Obra editada con la colaborración de:

fundación Caja Castellón

SACMI Tecnología cerámica aplicada / SACMI; Asociación Española de Técnicos Cerámicos ; traducción del italiano por Arnold van Gelder. – Castellón de la Plana: Faenza Editrice Ibérica, 2004. 2 v.: il. ; 24 cm. Bibliografía ISBN 84-87683-27-4 (o.c.). – ISBN 84-87683-28-2 (v.1). – ISBN 84-87683-29-0 (v.2). 1. Cerámica industrial 2. Materiales cerámicos. I. Asociación Española de Técnicos Cerámicos. II. van Gelder, Arnold trad. III. Faenza Editrice Ibérica, ed. 666.3

Copyright© 2001 Versión original italiana: SACMI IMOLA s.c.a.r.l. Copyright© 2004 de la presente edición: SACMI IBERICA, S.A. Gran Vía, 263 - 12006 Castellón - España Tel.: +34 964 344 700 - www.sacmiiberica.com ATC - Asociación Española de Técnicos Cerámicos Campus de Borriol, Edif. B-1º - 12004 Castellón - España Tel.: +34 964 200 063 - www.atece.org Traducción al español: Arnold Van Gelden Maquetación: AS&Adesign S.L. Pol. Ind. Ronda Sur Nave 39 12006 Castellón - España www.asadesign.com ISBN: 84-87683-29-0 Depósito legal: CS - 260 - 2004 (Tomo II) Edita: Faenza Editrice Ibérica, S.L. Pol. Ind. Ronda Sur Nave 34 12006 Castellón - España Tel.: +34 964 253 762 www.faenza.es Imprime: Litográfica Faenza S.R.L. Vía Ricci Curbastro, 6. 48018 Faenza RA - Italia Tel. +39 0546 620 592 - Fax +39 0546 620 638 info@litograficafaenza.com www.litograficafaenza.com

ÍNDICE

Introducción ..............................................................................................................................13 Evolución de las tecnologías productivas en el sector de las baldosas cerámicas ......13 Evolución ingenieril para la fabricación de baldosas cerámicas ......................................16 La molienda ................................................................................................................................17 El prensado .................................................................................................................................19 El gres porcelánico y las innovaciones de línea .................................................................22 La cocción ....................................................................................................................................22 Capítulo I- Molienda .............................................................................................................29 Definición y objetivo de la molienda de los materiales sólidos .......................................29 Propiedades de los sólidos .......................................................................................................29 Acciones desarrolladas en la molienda, selección de las máquinas .................................30 Molienda por vía seca y por vía húmeda ..............................................................................32 Maquinaria utilizada habitualmente en las instalaciones de molienda ........................33 Teoría de la molienda en húmedo ..........................................................................................36 Teoría de la molienda discontinua en húmedo por medio de los molinos Alsing ......38 Nota nº 1 ......................................................................................................................................45 Nota nº 2 .....................................................................................................................................45 Cálculo práctico de carga de los molinos discontinuos en húmedo ................................51 Cálculo de la carga de un molino discontinuo (ejemplo) ..................................................52 Molienda continúa en húmedo ...............................................................................................53 Las instalaciones de la molienda continua en húmedo .....................................................53 La tecnología de la molienda continua ..................................................................................55 Descripción y dimensionado de los molinos continuos .....................................................56 Descripción del molino ............................................................................................................57 Dimensionado del molino ........................................................................................................60 Productividad del molino ........................................................................................................60 Parámetros y controles de producción en la sección de la molienda continua y discontinua ..................................................................................................................................63 Definiciones y unidades de medida .......................................................................................64 Anexo: El molino continuo en húmedo y la industria del gres porcelánico ................66 Parámetros tecnológicos y gestionales ...............................................................................67 Capítulo II - Secado por pulverización de las barbotinas cerámicas ....................71 Clasificación de los atomizadores ..........................................................................................72 Descripción general del atomizador con toberas ...............................................................74

Esquema de funcionamiento ...................................................................................................74 Ciclo de atomización .................................................................................................................75 Descripción de los principales dispositivos del atomizador ............................................77 Unidad depuradora de polvo ....................................................................................................86 Dinámica de la formación del “gránulo secado” ................................................................87 Características del polvo atomizado .....................................................................................92 Morfología del grano y granulometría del polvo ..............................................................92 Dimensiones ...............................................................................................................................92 Aptitud a la fluencia del polvo ................................................................................................93 Variaciones de las características físicas del polvo atomizado ........................................96 Relaciones que regulan las condiciones de trabajo de los atomizadores .....................96 Consumo energético ..................................................................................................................98 Esquematización del balance térmico de un atomizador .................................................98 Parámetros fundamentales y ejemplos para evaluar el consumo energético y la capacidad productiva de un atomizador .................................................................... 100 Cálculo del consumo térmico ............................................................................................... 100 Método práctico para calcular la capacidad de evaporación de un atomizador ....... 101 Cálculo del dimensionado y producción del atomizador ............................................... 101 Ahorro energético ................................................................................................................... 103 Recuperación de energía ....................................................................................................... 105 Capítulo III - Prensado ...................................................................................................... 107 Introducción ............................................................................................................................ 107 Sistemas de prensado ............................................................................................................. 107 Prensado en estado semiseco ................................................................................................ 108 Diferentes tipos de prensas .................................................................................................. 108 Prensa de rodillera ................................................................................................................. 108 Prensa de fricción ................................................................................................................... 108 Prensa hidráulica .................................................................................................................... 110 Requisitos de una prensa moderna ..................................................................................... 110 Diferentes tipologías de prensa ........................................................................................... 111 Dispositivos de la máquina ................................................................................................... 114 Estructura de la máquina ..................................................................................................... 115 Diferentes tipos de moldes utilizados para la conformación de las piezas ................. 116 Fases de prensado ................................................................................................................... 119 Principales elementos que constituyen el molde ............................................................. 120 Diferentes tipos de punzón.................................................................................................... 121 Características del polvo cerámico apropiados para el prensado ................................. 121 Variables de la fase de prensado .......................................................................................... 122 Definición de los términos ................................................................................................... 122 Características físicas de las partículas ............................................................................. 123 Fluidez del polvo .................................................................................................................... 126 Granulometría del polvo ........................................................................................................ 127

Densidad aparente, densidad vibrada, índice de Hausner en función de las variaciones de los parámetros del polvo ................................................................ 128 Aspectos tecnológicos relacionados con el prensado del polvo cerámico ................. 132 Relación entre la densidad aparente del material prensado y valores de la carga de rotura en crudo (aspectos prácticos) ...................................... 140 Efecto de la presión de conformación sobre la cocción del polvo cerámico (aspectos prácticos) .................................................................................... 140 Desarrollos futuros del prensado ....................................................................................... 142 Anexo: Características físico-mecánicas en crudo de las baldosas obtenidas con semielaborados de naturaleza diferente (atomizado-granulado-molturado en seco) ...................................................................... 146 Distribución granulométrica del polvo preparado con los diferentes sistemas ....... 146 Compactación y uniformidad de prensado ....................................................................... 148 Resistencia mecánica en verde y en seco ........................................................................... 150 Porosidad y resistencia mecánica de los productos cocidos ......................................... 150 Capítulo IV - Secado ........................................................................................................... 153 Secaderos convencionales de cerámica, con aire caliente .............................................. 154 Valoraciones de tipo tecnológico ........................................................................................ 155 Glosario .................................................................................................................................... 159 Maquinaria .............................................................................................................................. 162 Secaderos rápidos verticales ................................................................................................ 162 Secaderos horizontales .......................................................................................................... 166 Condiciones de evaporación ................................................................................................. 170 Rayos infrarrojos .................................................................................................................... 171 Microondas .............................................................................................................................. 172 Aspectos tecnológicos ........................................................................................................... 172 Relación entre el ciclo de secado y el espesor/dimensión de las piezas .................... 173 Consideraciones generales ................................................................................................... 173 Capítulo V - Técnicas de aplicación de los esmaltes y la decoración ............... 177 Preparación de los esmaltes ................................................................................................. 177 Preparación de las pastas serigráficas ............................................................................... 184 La sección de esmaltado ........................................................................................................ 184 Aplicación de los esmaltes y líneas de esmaltado ............................................................ 186 Equipos principales que componen las líneas de esmaltado .......................................... 190 Equipos especiales .................................................................................................................. 192 La línea de esmaltado ............................................................................................................ 192 Decoración serigráfica .......................................................................................................... 193 La regleta ................................................................................................................................. 194 Serigrafía plana ....................................................................................................................... 194 Máquinas serigráficas rotativas ........................................................................................... 194 Decoración con rodillo .......................................................................................................... 197

Tejidos serigráficos ................................................................................................................ 198 El marco (bastidor) ................................................................................................................. 200 La emulsión ............................................................................................................................... 201 El fotograbado ........................................................................................................................ 202 Las tintas serigráficas ........................................................................................................... 203 Mezclado de la pasta .............................................................................................................. 203 Refinado ..................................................................................................................................... 204 Los vehículos serigráficos ..................................................................................................... 204 Principales técnicas de decoración serigráfica.................................................................. 205 Decoración sobrecubierta .................................................................................................... 205 Decoración bajocubierta ....................................................................................................... 206 Difuminados ............................................................................................................................. 206 Colores lisos ............................................................................................................................. 206 Superposiciones de color ...................................................................................................... 207 Capítulo VI - Cocción ......................................................................................................... 209 Consideraciones generales ................................................................................................... 209 Las transformaciones que se desarrollan en la cocción ................................................. 209 El ciclo de cocción .................................................................................................................. 215 Varios tipos de cocción .......................................................................................................... 217 Los combustibles .................................................................................................................... 219 Hornos de cocción de la cerámica ....................................................................................... 222 Los intercambios térmicos .................................................................................................... 222 Propagación de calor por convección ................................................................................ 222 La realización del horno ....................................................................................................... 223 Instalación de combustión .................................................................................................... 227 Controles ................................................................................................................................... 234 Rodillos ..................................................................................................................................... 238 Rodillos metálicos .................................................................................................................. 238 Rodillos cerámicos .................................................................................................................. 239 Materias primas y formulaciones ....................................................................................... 240 Consideraciones sobre las causas más comunes de la rotura de rodillos .................. 241 Capítulo VII - Líneas de clasificación, empaquetado y paletización ................. 247 Introducción ............................................................................................................................ 247 Análisis y clasificación de las baldosas .............................................................................. 247 La inspección automática de las baldosas ......................................................................... 256 Introducción ............................................................................................................................. 256 Características y funcionamiento de un sistema de visión para baldosas ................. 258 Instalación de un sistema automático de clasificación ................................................... 264 Defectos detectables por un sistema automático de clasificación ................................ 265 Prestaciones y ventajas de un sistema automático de clasificación ............................ 266 Otros usos de un sistema automático de clasificación ................................................... 267

Zona de repartición y apilado ............................................................................................... 268 Empaquetado ........................................................................................................................... 271 Zona de impresión y etiquetado ........................................................................................... 274 Zona de paletización .............................................................................................................. 274 Dimensionado de una sección de clasificación y paletización ...................................... 279 Los sistemas informáticos de control y gestión de la producción................................ 280 Configuraciones para el gres porcelánico ......................................................................... 281 Capítulo VIII - Rectificación ............................................................................................ 283 Introducción ............................................................................................................................ 283 Últimas técnicas y tendencias de las baldosas rectificadas ............................................ 283 Líneas y máquinas para la calibración-pulido-cuadratura del gres porcelánico ...... 284 Fases de elaboración .............................................................................................................. 284 Líneas de cuadratura del revestimiento cerámico esmaltado ....................................... 290 Líneas de pulido-satinado-semirrectificado de cerámica esmaltada y no esmaltada y de tercer fuego ......................................................................................... 291 Anexo ........................................................................................................................................ 291 Depuración y reutilización de las aguas ............................................................................. 292 Problemas y perspectivas de recuperación y aprovechamiento de los fangos de rectificación del gres porcelánico ............................................................... 292 Los fangos de rectificación ................................................................................................... 292 Problemas asociados al uso .................................................................................................. 294 Anexo 1 - El impacto ambiental de la industria cerámica .................................... 297 Los contaminantes en las materias primas del soporte ................................................. 300 Los contaminantes en los esmaltes ..................................................................................... 300 Los contaminantes en las emisiones gaseosas .................................................................. 301 Contaminación atmosférica .................................................................................................. 302 Prevención y depuración ...................................................................................................... 304 Filtración con tela .................................................................................................................. 304 Depuración de los humos ..................................................................................................... 305 Eliminación de las sustancias orgánicas ........................................................................... 306 Contaminación hídrica .......................................................................................................... 307 Depuración ................................................................................................................................ 311 Gres porcelánico ..................................................................................................................... 313 Bajas y residuos sólidos.......................................................................................................... 313 Anexo 2 - Controles de producción ................................................................................ 317 Controles sobre las materias primas o sobre las pastas.................................................. 317 Controles a realizar en la sección de preparación de la pasta ...................................... 329 Controles sobre el polvo atomizado .................................................................................... 330 Controles en la sección de prensas ..................................................................................... 331 Controles sobre el producto secado ................................................................................... 334

Controles a realizar sobre el bizcocho (en el caso de la bicocción) .............................. 335 Controles de la sección de esmaltado ................................................................................ 336 Controles sobre el producto acabado ................................................................................. 337 Controles de laboratorio sobre las materias primas de las fritas y colorantes .......... 338 Criterios generales de realización de los ensayos de control sobre las materias primas de los esmaltes ....................................................................... 340 Anexo 3 - Defectos .............................................................................................................. 341 Defectos asociados a las materias primas ......................................................................... 342 Patologías atribuibles a las características tecnológicas de la pasta ........................... 356 Problemas que se manifiestan después de la cocción, asociados a la naturaleza de las materias primas ............................................................................... 359 Otros defectos procedentes de las materias primas ......................................................... 359 Defectos procedentes de la preparación de la pasta ........................................................ 361 Defectos procedentes del prensado ..................................................................................... 362 Defectos de esmalte y esmaltado ........................................................................................ 365 Defectos procedentes del esmalte ....................................................................................... 365 Defectos de aplicación ........................................................................................................... 366 Falta de acoplamiento entre el esmalte y el soporte ....................................................... 367 Defectos de la superficie esmaltada .................................................................................... 368 Naturaleza y formación de las emisiones gaseosas .......................................................... 369 Influencia de los colorantes .................................................................................................. 373 Defectos procedentes de la aplicación del esmalte ......................................................... 375 Defectos de decoración .......................................................................................................... 379 Defectos procedentes de la cocción con efecto sobre el esmalte................................... 381 Defectos de cocción ................................................................................................................ 383 Estallido de material en el prehorno ................................................................................... 383 Roturas en el precalentamiento .......................................................................................... 383 Rotura por enfriamiento, el llamado “desfilo” o “desventado” ...................................... 388 Localización de las roturas ................................................................................................... 389 Cuarteo ..................................................................................................................................... 390 Uniformidad de contracción en la sección de carga ....................................................... 391 Brillo y tonalidad del esmalte .............................................................................................. 394 Pinchados - agujeros - burbujas en el esmalte .................................................................. 395 Desgasificación ........................................................................................................................ 397 Desgasificación en la cocción del esmalte .......................................................................... 398 Corazón negro ........................................................................................................................ 398 Defectos de planaridad .......................................................................................................... 400 Ángulos bajos ........................................................................................................................... 401 Ángulos altos ........................................................................................................................... 402 Convexidad .............................................................................................................................. 403 Concavidad ............................................................................................................................... 407 Efecto rodillo ........................................................................................................................... 410

Ala de gaviota o bigote ........................................................................................................... 412 Deformaciones asimétricas o alabeo ................................................................................... 413 Monococción porosa ............................................................................................................... 416 Planaridad convexa (monococción porosa) ...................................................................... 416 Planaridad no uniforme en la sección de carga de la monococción porosa ............... 416 Planaridad no uniforme en el tiempo ............................................................................... 421 No uniformidad de calibre en la sección de carga de la monococción porosa ........... 422 Contaminación de la producción ......................................................................................... 424

Introducción

INTRODUCCIÓN

Evolución de las tecnologías productivas en el sector de las baldosas cerámicas Desde el final de la segunda guerra mundial, el sector de la fabricación de los materiales cerámicos tradicionales (ladrillos, sanitarios, vajilla y baldosas) ha conocido un enorme desarrollo y, con respecto a las baldosas cerámicas en particular, se puede hablar de una auténtica “revolución” productiva y de mercado, inducida, por una parte, por el incremento del mercado de la construcción residencial e industrial y, por otra, por los esfuerzos continuos de aumentar los niveles productivos, junto con la mejora de la calidad de vida de los trabajadores del sector. A partir de una organización poco más que artesanal (figura 1) con un gran predominio de trabajo manual, se ha pasado, progresiva aunque rápidamente, al desarrollo de la mecanización para evitar la pesadez del trabajo físico y, a continuación, a través de la racionalización del trabajo, a la sustitución paulatina también de un conjunto de actividades de control y organización, mediante la aplicación de los oportunos sistemas de automatización electrónica de las líneas de producción. El objetivo o, podemos también decir, la consecuencia de estas operaciones de puesta al día de las técnicas productivas ha sido, genéricamente hablando, la uniformidad de la producción y la transformación del papel humano, el resultado esencialmente de la supervisión y control de procesos sumamente automatizados e, incluso en algunos casos, robotizados. Entonces, dentro de esta normalización productiva se ha podido desarrollar una mayor atención a las nuevas formas, nuevas decoraciones, nuevos productos, que han contraORGANIZACIÓN ARTESANAL

MECANIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN

RACIONALIZACIÓN

UNIFORMIDAD DE PRODUCCIÓN TRABAJO MANUAL

ACTIVIDAD DE SUPERVISIÓN

Figura 1.

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Tecnología cerámica aplicada

rrestado el posible aplanado del producto acabado y han inducido, por el contrario, una fuerte aceleración del “círculo virtuoso” de desarrollo tecnológico, impulsando exigencias nuevas y cada vez más complejas para los diseñadores y constructores de equipos y maquinaria, plantas y productos. En este sentido, los tres factores que han resultado críticos para la obtención de las nuevas metas tecnológicas y estéticas y, por consiguiente, en gran medida para el desarrollo de la comercialización de los productos acabados, pueden considerarse los siguientes (figura 2): • La maquinaria, que ha sido adaptada a las exigencias de tolerancia, automatización y prestaciones de los nuevos objetivos de producción que se han ido desarrollando progresivamente. • Las materias primas, que se han tenido que seleccionar en función de las exigencias cada vez más sofisticadas planteadas por las nuevas máquinas y las características tecnológicas de los productos acabados, cada vez con mayores prestaciones. • Los hombres, cuyo papel, con la disminución del número total de trabajadores por unidad de producción, a causa de la difusión de la automatización, ha sufrido una modificación radical: además de necesitar una preparación técnica cada vez más amplia y especializada, especialmente en el sector de la electrónica de proceso, sobre ellos se ha incrementada la presión proyectiva, que requiere un esfuerzo continuo para identificar nuevas soluciones tecnológicas y, sobre todo en la actualidad, la diferenciación cualitativa de los productos, mediante la refinación continua de la investigación estética y funcional aplicada sobre los productos mismos. El resultado de esta revolucionaria expansión productiva en el sector de las baldosas cerámicas es muy conocido por todos y ha llevado algunas naciones, en particular Italia, a asumir el liderazgo en algunos sectores, como aquel de la producción total (y permítenos decirlo, también de la calidad…) y de la exportación mundial. Por otra parte, en el campo de la producción de baldosas, Italia goza de una prerrogaFACTORES DE CRECIMIENTO

LA MAQUINARIA

LAS MATERIAS PRIMAS

LOS HOMBRES

Figura 2.

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Introducción

tiva particularmente prestigiosa: la presencia del mayor complejo mundial de fabricantes de Plantas y Maquinaria, que comprende (figura 3) más de 190 empresas, con unos 7200 empleados y una facturación de aproximadamente 3100 mil millones de lira/año. Ya desde hace bastantes años, este grande esfuerzo productivo, en efecto, ha sido también posible gracias a un gran esfuerzo tecnológico y este último se ha desarrollado en una constante relación de interdependencia con las actividades de Investigación y Desarrollo, gestionadas en un delicado equilibrio entre empresa productora, proveedores de plantas y maquinaria, y proveedores de materias primas. En este sentido, las mejores empresas siempre han sabido seguir con tempestividad las evoluciones del mercado, anticipando más bien las tendencias tecnológicas y estéticas o, mejor dicho, sabiendo imponer al mercado el resultado de la aplicación de ideas siempre nuevas, normalmente favorecidas por la presencia de un distrito productivo altamente concentrado y desarrollado (Italia, España) y de un entramado de pequeñas y medianas empresas, principalmente de carácter metalmecánico, siempre dispuestas a seguir las continuas evoluciones requeridas. Del mismo modo, sin excesivas dificultades, se ha podido reaccionar rápidamente a los nuevos requisitos y demandas, impuestos por la aceptación de la legislación técnica y la normalización correspondiente con respecto a las características mecánicas y físicas de la baldosa (módulo de ruptura, resistencia a la helada, absorción de agua, etc.). Para ilustrar esta evolución de las actividades en este sector es necesario, sin duda, recurrir a una breve reseña de la historia reciente del desarrollo tecnológico de la producción cerámica. La superación, a partir de los años 70, de algunos aspectos negativos asociados al proceso y al producto, ha generado un proceso y un producto más rentable y mercados más amplios, tanto para los fabricantes de baldosas como para los suministradores de la tecnología innovadora, que fueron en este caso los constructores de hornos y prensas. La evolución hacia estas innovaciones de producción se ha desarrollado de acuerdo PRODUCCIÓN DE PLANTAS Y MAQUINARIA EMPRESAS EMPLEADOS FACTURACIÓN EXPORTACIÓN Ladrillos

Vajilla Sanitarios Refractarios

Figura 3.

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190 7200 3100 mil millones 67%

Baldosas cerámicas

Tecnología cerámica aplicada

con un proceso típicamente italiano, cuyos puntos fuertes han sido sustancialmente la presencia de un cierto número de empresas de apropiadas dimensiones, que se prestaron rápidamente a la experimentación tecnología interna, teniendo, siempre de forma interna, los conocimientos, capacidades y el fervor necesarios para poder interpretar y dirigir las experimentaciones mismas. Hubo, además, como ya hemos señalado, una conspicua presencia de empresas mecánicas con una posibilidad autónoma de investigación y, finalmente, un buen intercambio, dentro del sector, de ideas y experiencias. Como consecuencia del anterior, los fabricantes italianos de baldosas se han encontrado, como primeros en el mundo, en posesión de un producto nuevo, sustantivado en la “monococción”, extremadamente competitivo por calidad y precio con respecto a otros tipos de baldosas de pavimento. La contención de los costes energéticos y de la mano de obra no solo ha permitido rentabilizar la innovación, sino que también ha convertido rápidamente en anticuado el sistema tradicional, excepto para determinados nichos de mercado. En esta situación de transformación, el aspecto que caracterizaba la producción era el cuerpo cerámico, mientras que el aspecto estético, condicionado por la escasa familiaridad con las nuevas técnicas, se caracterizaba por los esmaltes mates o rústicos, que debían dar la idea de resistencia. Después de un cierto tiempo, el resultado total fue el aplanado total del mercado de estos productos, tanto en el mercado nacional como en la exportación. Entonces, una vez más, los motivos de malestar del momento generaron un aumento del nivel de investigación estética, con el uso de nuevas decoraciones, granillas y granulados, y con el nacimiento de productos cada vez más brillantes, más decorados y con un número creciente de aplicaciones y serigrafías. En este punto, el mercado de la tecnología ha desarrollado medios cada vez más sofisticados para el prensado y la movimentación automática de las piezas, lo que ha permitido reducir las bajas de producto, aumentar la calidad y proporcionar una mayor flexibilidad de las plantas. Evolución ingenieril para la fabricación de baldosas cerámicas Como hemos señalado, las baldosas cerámicas han adquirido una difusión singular a escala mundial no solo porque las materias primas son más o menos localizables en cada parte del mundo y porque el proceso de fabricación puede considerarse relativamente sencillo, sino sobre todo gracias a la consolidación de tecnologías basadas en máquinas fiables y capaces de proponer productos de alto nivel cualitativo. Por lo tanto, siempre ha revestido una gran importancia el dinamismo del sector, que ha permitido una continua evolución del proceso y del producto. Si examinamos la situación general a partir del final de los años 70 u 80 (según la nación y el período de maduración industrial - figura 4) podemos apreciar que se ha producido una transición de la bicocción tradicional a la bicocción y monococción rápida con, al mismo tiempo, una consolidación de la molienda en húmedo y la elaboración de formatos cada vez más grandes y de mayor valor estético y decorativo, que han requerido importantes ajustes en los molinos, prensas y línea de esmaltado.

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Introducción PRODUCCIÓN DE BALDOSAS CERÁMICAS EN EUROPA (año 2000) (Millones de m2/año)

ITALIA ESPAÑA TURQUÍA ALEMANIA PORTUGAL FRANCIA REP. CHECA POLONIA RUSIA

Figura 4.

La molienda Desde los sistemas de molienda de funcionamiento mayoritariamente en seco, con molinos pendulares o de discos (con clavijas), en el transcurso de unos veinte años, se ha pasado, gracias también al aumento de la demanda productiva y a la exigencia de distribuciones granulométricas cada vez más desplazadas hacia valores centrados alrededor de las 10 micras, con residuos sobre tamiz de 63 μm igual a cero (y en algún punto porcentual de 45 μm), a grandes molinos en húmedo, con molienda continua, cuya presencia, ya desde hace más de una decena de años, se considera consolidada con todas las características de una tecnología madura. De hecho, aunque para una producción de pavimento de monococción de bajas prestaciones en una pasta roja de composición predominantemente arcillosa, todavía se valora la aplicación de tecnologías de molienda en seco, la demanda creciente de pasta blanca formulada de manera compleja, junto con el incremento de las características tecnológicas de las piezas acabadas, ha orientado el mercado hacia el uso cada vez más extendido de sistemas de molienda en húmedo, seguido de la evaporación por atomización del exceso de agua. Esto, obviamente, a causa del mejor rendimiento cualitativo de los semielaborados y de la mayor flexibilidad de producción que esta tecnología proporciona. Los molinos para la molienda continua en húmedo (figura 5) se utilizan, desde hace tiempo, a gran escala en todo el mundo en la industria minera. Además de estas ventajas técnicas, la molienda continua ha provocado modificaciones tecnológicas, energéticas y gestionales (figura 6) en la instalación productiva, si se comparara con la molienda discontinua, ya que: • La posibilidad de pesar y formular las pastas de manera continua y automática asegura una mayor constancia y repetibilidad en el tiempo de las características físicoquímicas de la barbotina. • La posibilidad de disminuir el contenido de agua en el molino, ya que la descarga dinámica y la temperatura (hasta 20 °C más alta) de la barbotina, generalmente tixotrópica, permite el uso de suspensiones más densas, pero igualmente fluidas, sin 17

Tecnología cerámica aplicada

Figura 5.

VENTAJAS DE LA MOLIENDA CONTINUA

CONSUMO PRODUCTIVIDAD ENERGÉTICO

CONSUMO ELÉCTRICO ESPECÍFICO

MOLIENDA DISCONTINUA

PERSONAL REQUERIDO

ÁREA REQUERIDA MOLIENDA CONTINUA

Figura 6.

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Introducción

problemas de descarga: esto supone una obvia ventaja energética en la siguiente fase de atomización (reducción del consumo en un 15%). • La posibilidad de reducir el espacio requerido por la sección de molienda y el número de trabajadores facilita la gestión, incluso con el incremento de la capacidad productiva del sistema. Por otra parte, al poder utilizar materias primas arcillosas solamente disolubles por la acción de agitadores de alta velocidad, la molienda continua puede ser organizada convenientemente para la consiguiente alimentación en continuo de barbotinas previamente preparadas, en cuyo caso la productividad del sistema, que concentra sus potencialidades en las materias primas duras, puede aumentar hasta un 40%. Los molinos en húmedo con molienda continua son, obviamente, más adecuados para las plantas de dimensiones considerables, donde las ventajas descritas anteriormente encuentran su máximo desarrollo, aunque también presentan interesantes posibilidades de uso en plantas de dimensiones medianas, donde pueden funcionar como sistemas de preparación de la composición base, sujeta a las correspondientes correcciones de carga; las dimensiones disponibles en el mercado van, en efecto, desde 40,000 litros de capacidad útil (24 toneladas de carga de molienda de sílice) a 150,000 litros (100 toneladas de carga de molienda). El prensado La reciente gran innovación de producto, que ha ido conquistando cuotas del mercado cerámico cada vez mayores, denominada gres porcelánico, ha contribuido a inducir, por cuanto se refiere a la evolución tecnológica de las instalaciones productivas, la demanda del incremento de las prestaciones de las otras fases del proceso productivo: por ejemplo, hemos asistido a una gran evolución en el campo del prensado, donde se ha tenido que volver a diseñar máquinas y sistemas accesorios, para poder satisfacer las exigencias de un incremento de formato, fabricado sin reducción, sino al contrario, con el aumento de la carga específica. Los formatos de 30 × 30 a 40 × 40 cm han superado el 50% del total y los formatos más grandes, hasta el 90 × 180 y superiores, hasta hace poco tratados como objetos de curiosidad o excepciones, han entrado en la gama productiva habitual (figura 7). Esta tendencia hacia el formato grande ha sido determinada, entre otras razones, por la posibilidad de gestionar un menor número de piezas a igualdad de la superficie fabricada, teniendo, luego, la posibilidad de ejecutar decoraciones más eficaces como las serigrafías y aplicaciones en seco, gracias precisamente a la gran superficie de las piezas que, incluso, ha permitido de “imitar” casi perfectamente las más variadas y preciadas placas de piedra natural. Además, los grandes formatos permiten una amortización más rápida de las inversiones realizadas, gracias al sustancial aumento del valor añadido del producto. Las instalaciones permiten un mayor aprovechamiento, ya que no se genera una disminución de la velocidad de los ciclos productivos, sino solamente un incremento de la productividad en metros cuadrados fabricados; el mercado ha aceptado de buen grado los nuevos formatos por el hecho, además de su valor estético, que aseguran una mayor economía en la colocación, también en el caso del pavimento sobreelevado y las paredes exteriores ventiladas (figura 8), y el menor número de juntas de colocación. 19

Tecnología cerámica aplicada

Figura 7.

Figura 8.

Todo esto se ha hecho posible a raíz de la rápida adaptación de las prensas y los moldes a las demandas de los fabricantes de cerámica. Actualmente, las prensas para la producción de baldosas de gran formato funcionan con cargas muy elevadas (hasta 7000 toneladas - figura 9), con alvéolos que están llegando rápidamente a dimensiones de 1000 × 2000 mm. Los parámetros constructivos deben, por lo tanto, tener en cuento las exigencias de rigidez y precisión de las alineaciones, ausencia de torsiones, etc., de las estructuras de este tipo: esto se ha alcanzado mediante varias realizaciones constructivas, que permiten la obtención de estructuras no soldadas y oportunamente precargadas. 20

Introducción

Figura 9.

Otra evolución importante ha sido la de los sistemas de carga, que permiten actualmente un gran número de operaciones múltiples y una óptima homogeneidad de carga, también en alvéolos de dimensiones realmente singulares. Por lo que se refiere al prensado, finalmente, cabe destacar la introducción de los moldes de compensación de presión, llamados isostáticos (figura 10), donde se introduce un fluido incompresible dentro del molde, entre una parte rígida y una deformable en contacto con el polvo a prensar: durante el prensado, dicho fluido compensa las diferencias de densidad debidas a la no uniformidad de la carga blanda. MOLDES ISOSTÁTICOS

Figura 10.

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Tecnología cerámica aplicada

Las ventajas obtenidas de este sistema sencillo, transferido de la producción de los materiales cerámicos técnicos, incluyen, sobre todo en el caso de las baldosas de formato grande, una drástica reducción de los calibres, la desaparición de varios otros defectos dimensionales de las piezas, que se manifestaban a menudo solamente después de la cocción, y el aumento del rendimiento de la prensa. El gres porcelánico y las innovaciones de línea Continuando con el análisis de las principales innovaciones implantadas en estos últimos años en el campo de la tecnología productiva de las baldosas cerámicas, es sin más necesario hacer un inciso, no en una innovación de proceso en particular, sino en una innovación de producto que ha tenido una gran influencia (y tendrá previsiblemente una influencia todavía mayor en el futuro) sobre el mercado de la cerámica de revestimiento y pavimento, y en la configuración de las plantas: el Gres Porcelánico. Este tipo de material cerámico, que se sitúa en la banda alta de las características tecnológicas de los productos, se clasifica genéricamente dentro de la norma ISO 13006 – BIa (figura 11). En Italia, este material ha sabido ganar una cuota importante del mercado, pasando de los 8 millones de metros cuadrados en 1985 a los más de 300 Mm2 previstos para el año 2001, representando, en Italia, más del 30% del pavimento fabricado. Ya que en Italia, un 62% de esta producción se exporta, principalmente hacia Europa, es previsible que en poco tiempo crezca la demanda productiva europea y mundial. El desbordante éxito comercial de este producto ha tenido una serie de consecuencias, como hemos señalado, sobre el proceso productivo, que ha tenido que adecuarse tecnológicamente a las exigencias del nuevo producto: la diferente composición química y mineralógica (figura 12) plantea, como hemos visto, la necesidad de mayores prestaciones de la instalación de molienda, ya que la compactación y la gresificación máxima se obtienen, no solo por una precisa clasificación de las materias primas, sino por la óptima CLASIFICACIÓN DE LAS BALDOSAS CERÁMICAS PRENSADAS GRUPO DE PERTENENCIA

ABSORCIÓN DE AGUA (%)

TIPOLOGÍA DE PRODUCTO MONOCOCCIÓN POROSA O BICOCCIÓN RÁPIDA MONOCOCCIÓN (SEMIGRES) MONOCOCCIÓN GRESIFICADA MONOCOCCIÓN RESISTENTE A LA HELADA GRES PORCELÁNICO

Figura 11.

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Introducción

COMPOSICIONES DE GRES PORCELÁNICO

Figura 12.

distribución granulométrica, necesaria para la obtención de una mayor superficie de contacto entre las partículas, para conseguir la mejor sinterización en cocido. Este objetivo ha influenciado incluso los parámetros (y la maquinaria) de prensado, mediante los cuales se trata de optimizar la compactación y, por lo tanto, la reactividad a alta temperatura: para ello se utilizan normalmente cargas de prensado entre 350 y 450 kg/cm2. Ya que se prefieren, como hemos visto, los formatos grandes (más de 65% de las piezas de gres porcelánico presenta dimensiones mayores o iguales a 33 × 33 cm), esto ha llevado a la necesidad de contar con prensas cada vez más potentes y grandes, como ya indicado anteriormente. Otra evolución de proceso relacionada con la implantación del gres porcelánico ha sido la modificación radical de los esquemas de decoración. Dadas las características de especial dureza superficial y resistencia a la abrasión, hasta hace 3-4 años el gres porcelánico se fabricaba exclusivamente sin aplicaciones de recubrimiento vítreo, tipo esmalte, que habrían disminuido sus prestaciones. Esto ha planteado inmediatamente el problema de poder obtener, con técnicas alternativas, un resultado estético que permitiera desvincularse de las primeras producciones de colores lisos o los llamados “granitos” cerámicos, obtenidos sencillamente coloreando las pastas con los oportunos óxidos y mezclando otras pastas, de diferentes colores, previamente granulados o atomizados (figura 13). De este modo, se han puesto a punto nuevas técnicas de decoración que han permitido, entre otros logros, y sin comprometer las citadas prestaciones técnicas, realizar nuevas tipologías, induciendo una marcada diferenciación de producto en el mercado, facilitando su difusión en sectores tradicionalmente orientados a productos de elevado valor estético. Estas evoluciones tipológicas han permitido también recuperar el uso de las líneas de esmaltado, concebidas sin embargo para los nuevos tipos de aplicación. 23

Tecnología cerámica aplicada GRES PORCELÁNICO DIFUMINADO

GRES PORCELÁNICO ABIGARRADO

Figura 13.

Considerando la posibilidad y la oportunidad, como a menudo sucede en los productos de toda masa como al gres porcelánico, de proceder a una rectificación después de la cocción para incrementar las cualidades estéticas del producto, se han ido desarrollando decoraciones obtenidas por la aplicación y la decoración con sustancias pigmentantes dispersas en los oportunos vehículos (agua, glicoles, PEG, ácidos policarboxílicos, etc.), mediante la absorción selectiva de los semielaborados (baldosas prensadas y secas, o también previamente bizcochadas a 900 - 1000 °C), con el desarrollo de la acción colorante dentro de la pasta mismo. Esto ha permitido una fuerte revaloración estética de los productos, con la utilización de nuevo, por ejemplo, de la decoración serigráfica (figura 14), sin alterar las características másicas y, sobre todo, superficiales del material. La eventual aplicación de una rectificación final ha podido, además, plantearse en función de la profundidad de absorción de los pigmentos por parte del cuerpo cerámico y de la necesidad de obtener el difuminado de las decoraciones, que aumentara el aspecto “natural” del producto acabado. Todas estas nuevas exigencias, dirigidas a la recuperación de la esteticidad del producto, han fomentado la realización de una gran innovación en las máquinas accesorias, cubriendo las más variadas exigencias de granulación, regranulación, micronización, carga múltiple en prensa, aplicación, decoración, e impulsando incluso un gran esfuerzo de investigación en el campo de los precursores, materias primas, pigmentos, sales solubles pigmentantes, etc. (figura 15). En los últimos años, la creciente demanda de diferenciación y de cualidades estéticas también ha llevado a la recuperación en gran medida del uso de las técnicas de esmaltado de las superficies del material tipo gres porcelánico, mediante el uso de vidrios o vitrocerámicos especiales, con óptimas características de resistencia al ataque químico, a las manchas y de resistencia mecánica; la recuperación de estas posibilidades de decoración, multiplicadas por la fantasía y genialidad de los diseñadores y los sistemas de aplicación, ha seguido a la par la consolidación del gres porcelánico como material de revestimiento prestigioso, por ejemplo en los locales públicos, en interiores y exteriores de edificios 24

Introducción GRES PORCELÁNICO DECORADO CON SALES

Figura 14. TIPOLOGÍAS DE POLVO DE PRENSA ATOMIZADO MOLTURADO EN SECO MICRONIZADO PIGMENTOS REGRANULADOS ESCAMAS GRANILLAS PELETIZADOS

Figura 15.

enteros, eventualmente por medio de la realización de paredes autoventiladas para las cuales el gres porcelánico, gracias a sus propiedades técnicas y cualidades geométricas, también a menudo calibrado, biselado etc., debe considerarse extremadamente idóneo. La cocción La implantación de los grandes formatos y de los materiales de alta compacidad y sinterización prácticamente completa ha tenido también repercusiones obvias en la fase del proceso tecnológico de fabricación de las baldosas, que representa la validación final de todas las operaciones efectuadas anteriormente: la cocción. 25

Tecnología cerámica aplicada

La cocción es indudablemente uno de los puntos de todo el proceso tecnológico que ha experimentado las mayores innovaciones técnicas e ingenieriles de las últimas décadas, determinando, como hemos indicado en la introducción, también la necesidad de buscar adecuadas formulaciones de composición, idóneas para los nuevos ciclos de cocción. La disponibilidad del horno monoestrato de rodillos, implantado rápidamente a partir de la mitad de los años 70, ha permitido, en efecto, alcanzar ciclos de cocción de aproximadamente 25-65 minutos para productos que van desde el bizcocho más sencillo para la sucesiva segunda cocción, a la pasta más densa y espesorada para el gres porcelánico. La elevada flexibilidad de carga y regulación de este tipo de horno ha permitido el ajuste del diagrama de cocción en función de los formatos, espesores, pastas y tipo de esmaltes aplicados; las consideraciones que se pueden hacer con respecto a la evolución reciente de estos hornos, con relación a la flexibilidad, electrónica de control, consumos, productividad y adaptabilidad a los productos son seguramente conocidas. Puede resultar conveniente, sin embargo, examinar brevemente las innovaciones más recientes, que han permitido la obtención de prestaciones siempre mejores: en particular, se ha tratado de optimizar la distribución de la temperatura en la sección y en el desarrollo del horno, mediante la adopción de quemadores entubados o encajados (figura 16) que permiten, además de una distribución mixta de calor, por convección y radiación, la orientación de la fuente de calor hacia aquellas zonas del horno que más atención requieren, como p. ej., las paredes y el centro. Por otra parte, el uso de estos dispositivos permite una programación realista de la regulación de la temperatura en el primer precalentamiento del material, mediante el aprovechamiento de los humos de baja temperatura, y se encuentra en fase de experimentación el ajuste fino de las zonas de enfriamiento, con sus indudables ventajas en el tratamiento de los materiales de grandes dimensiones o masa importante. La posibilidad de regular el ciclo temperatura/tiempo puede, entonces, llevar a la obtención de ciclos especiales, para la consecución de efectos cromáticos concretos en las mismas materias primas que contienen hierro, manganeso y otros elementos cromóforos, o en aplicaciones de esmalte, o en la pasta preparada a propósito.

QUEMADORES INNOVADORES

Figura 16.

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Introducción

Los aspectos tecnológicos innovadores señalados aquí no representan, obviamente, más que algunos ejemplos del continuo esfuerzo de puesta al día que vive todo el sector productivo cerámico, desde las materias primas a los aditivos reológicos y serigráficos, desde las fábricas de colores a los fabricantes de baldosas y, en particular, a los fabricantes de maquinaria y plantas, que cada vez más desempeñan el papel de divulgadores de conocimiento, dedicados a la investigación y desarrollo del sector mismo. Del mismo modo se habría podido ejemplificar los esfuerzos recientemente efectuados para optimizar las líneas de clasificación (figura 17), empaquetado y almacenamiento, mediante la difusión de controles electrónicos sofisticados que cuentan con sistemas “inteligentes” de visión y clasificación de los productos en línea, sistemas de guiado automático, por láser o filoguiado (figura 18), etc.

Figura 17.

Figura 18.

27

Tecnología cerámica aplicada

Nada se ha dicho sobre las principales innovaciones en el campo del esmaltado y de la decoración serigráfica, hoy disponibles también mediante sistemas no intermitentes; tampoco hemos comentado el enorme esfuerzo de adecuación a la normativa ambiental, la cual, especialmente en los distritos de alta concentración industrial, representa un aspecto no indiferente a tener en cuenta en el diseño de un nuevo producto o una nueva línea de producción. El presente tomo, que versa sobre las diferentes fases de fabricación de la baldosa cerámica, desde la molienda hasta la clasificación y el empaquetado, tratará de aclarar e ilustrar de manera sintética, pero puesta al día y exhaustiva, la tecnología de esta producción, integrando las informaciones preliminares sobre las materias, los productos y las reacciones, presentadas en el primer tomo.

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Molienda

Capítulo I MOLIENDA

Definición y objetivo de la molienda de los materiales sólidos Cuando se habla de la molienda de sólidos, se entiende toda una serie de operaciones, tendentes a la reducción de las dimensiones de los materiales que va desde la pretrituración gruesa hasta una pulverización extrema. La molienda no pretende solamente obtener pequeñas partículas de un tamaño de partida aproximado, sino más bien de producir un material con un determinado diámetro medio de partícula y una distribución granulométrica adecuada para el producto que se quiere obtener. En general, los objetivos finales del proceso de reducción de las dimensiones de los sólidos son varios, pero se puede considerar que el aumento de la superficie específica de los materiales permite conseguir una elevada homogeneidad de la masa y, además, la obtención a continuación de las reacciones químicas más completas en tiempos breves. (Véase al respeto, el capítulo correspondiente en el Tomo 1). Propiedades de los sólidos Algunos factores y propiedades de los materiales influyen en gran medida sobre la eficacia de la molienda; los más importantes son: a) Dimensiones lineales de las partículas del material a molturar, como pueden ser: - el diámetro, en el caso de las partículas esféricas; - el borde, en el caso de las partículas de forma cúbica, etc. Las arcillas generalmente se suministran a los fabricantes cerámicos en un tamaño máximo de 10-20 cm. b) Dimensiones de la superficie externa de las partículas a molturar. El cálculo será fácil de realizar cuando se trata de formas esféricas o cúbicas; de todas formas, también se podrá realizar para las formas más complejas o irregulares. Las arcillas, después de su extracción en cantera, se presentan en terrones sub-esféricos, con formas aplastadas equidimensionales o alargadas con diferentes dimensiones, o, en el caso de las arcillas esquistosas, en formas laminares. Los materiales duros como la calcita, dolomita, feldespato y sílice se presentan en formas cúbicas o paralelepípedas, con bordes más o menos redondeados, o en escamas aplastadas de diferentes dimensiones. c) Dureza Es uno de los parámetros más importantes para la molienda de los materiales. Es fundamental el conocimiento de: 29

Tecnología cerámica aplicada

- la resistencia a la compresión: particularmente importante para la molienda en seco de los materiales duros; - la resistencia al impacto: entra en juego en el caso de la molienda en seco de las arcillas y de la molienda en húmedo de los materiales duros; - la resistencia a la abrasión: importante en la molienda en húmedo de los materiales duros. d) Estructura del material Puede ser compacta o heterogénea, con planos de fractura casuales o con caras de exfoliación bien determinadas. En general, las arcillas poseen una estructura compacta, pero algunas presentan a menudo planos de fractura. En la cerámica también se utilizan arcillas esquistosas, con caras de exfoliación claras y bien definidas. Los materiales duros presentan estructuras compactas, como las cuarcitas, feldespatos, calizas sedimentarias químicas y metamorfoseadas muy fisuradas, como las calcitas y dolomitas de sedimentación homogénea y no excesivamente diagenizadas. e) Peso específico No reviste gran importancia para la molienda de los materiales sólidos compactos. En el caso de las mezclas naturales o con partículas de diferente composición mineralógica, el peso específico asume una importancia significativa en la molienda y en los dispositivos de transporte al interior de la planta; de hecho, a causa del diferente peso específico entre los componentes de la mezcla, se pueden producir fenómenos de segregación. Para los materiales cerámicos a continuación se presentan algunos valores de peso específico: Arcillas Cuarzo Feldespatos Calcita Dolomita

de 2.5 a 2.8 2.65 de 2.53 a 2.67 2.75 2.95

g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3

f) Humedad e higroscopicidad Ejercen un efecto importante sobre la eficacia de la molienda ya que reducen el rendimiento de los equipos. Con el aumento de la humedad disminuye la capacidad productiva de la molienda, naturalmente a igualdad del grado de finura a obtener. g) Tendencia a la aglomeración (o a la floculación) También conduce a una reducción del rendimiento de la molienda. En la figura 1 se presentan otros factores que pueden influenciar significativamente la molienda, particularmente en crudo, de las pastas cerámicas. Acciones desarrolladas en la molienda, selección de las máquinas Las acciones desarrolladas durante la molienda son: a) compresión simple (aplastamiento); b) percusión (del órgano de la máquina sobre el material); c) impacto (del material sobre la oportuna parte de la máquina); 30

Molienda CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MORFOLÓGICAS DE LAS MATERIAS PRIMAS CERÁMICAS QUE CARACTERIZAN EL PROCESO DE MOLTURACIÓN ARCILLAS NATURALEZA MINERALÓGICA PLASTICIDAD INTERACCIÓN ELECTROSTÁTICA CON EL AGUA ESTAS CARACTERÍSTICAS SE IDENTIFICAN MEDIANTE EL ANÁLISIS DE: PORCENTAJE Y NATURALEZA DE LOS MATERIALES RESIDUALES DIMENSIONES DE LAS PARTÍCULAS ARCILLOSAS SUPERFICIE ESPECÍFICA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO IÓNICO PRESENCIA DE SALES SOLUBLES MATERIALES NO ARCILLOSOS TAMAÑO Y DISTRIBUCIÓN DE GRANO ESTRUCTURA BASE

Figura 1. Factores de tipo morfológico y reológico que condicionan la molturación.

d) abrasión; e) corte. Todas las máquinas utilizadas en los procesos de molienda trabajan en función de los principios detallados anteriormente. les:

El trabajo de reducción granulométrica puede ser subdividido en dos fases principa-

- trituración, cuyo campo de aplicación se extiende desde los bloques gruesos de material de la cantera hasta las dimensiones del orden de algún milímetro. Asimismo, se puede distinguir la trituración primaria o pretrituración de los bloques todo uno de la cantera, hasta una dimensión del orden de unos 100 milímetros, de la trituración secundaria, para la producción de gránulos de dimensiones del orden de 10 mm. - molienda, cuyo campo de aplicación se extiende hasta dimensiones micrónicas. Se distingue, aquí, la molienda primaria, hasta 0.5 mm, de aquella fina o secundaria que proporciona partículas de dimensiones de unas decenas de micrómetros, y de la micronización final, con la cual se alcanzan dimensiones del orden de unas micras (figura 2). Para la definición del campo de acción de la maquinaria más utilizada y para proporcionar una orientación, aunque solo a grandes rasgos, para el usuario en la selección del equipo más apropiado, se puede seguir el siguiente esquema: 31

Tecnología cerámica aplicada OPERACIONES BÁSICAS DE LA MOLTURACIÓN TAMAÑO DE GRANO TRITURACIÓN

ENTRADA

SALIDA

30-20 mm

5-10 mm

- TRITURACIÓN PRIMARIA

100 mm

- TRITURACIÓN SECUNDARIA

5-10 mm

MOLIENDA

ENTRADA

SALIDA

5-10 mm

150’’

Rotativa 0÷0.2 1680÷1700 >150’’

Rodillo 0÷0.2 1550÷1600 25÷30’’

El refinado de la pasta o tinta serigráfica, efectuado tradicionalmente por sencillas refinadoras de muelas que no garantizaban una eficaz dispersión, se realiza actualmente mediante el uso de equipos más sofisticados, como molinos de microbolas. Estos últimos se componen de: - un recipiente cilíndrico con tapadera estanca; - una cámara de molienda revestida de alúmina dura con esferas de alúmina con un diámetro de 5 mm; - un motor estanco sobre cuyo árbol están acopladas las ruedas móviles, situadas a dos niveles en el recipiente y en el fondo de la cámara de molienda, que funciona como centrifugadora. La pasta serigráfica, mezclada de manera aproximada, se introduce en el recipiente y desde allí, por una abertura circular central, es aspirada en la cámara de molienda. Esto se produce sobre todo en la zona periférica, donde se desarrolla la máxima energía de molienda, dada por la centrifugación de las esferas y la pasta. Impulsada por la centrifugación, la pasta, por ranuras helicoidales practicadas en el fondo del recipiente, vuelve a este. El control de la calidad cerámica de la tinta se realiza por estafetas, tanto para las materias primas individuales (fritas, colorantes), como para la pasta, que generalmente necesita ser ajustada para mantener constantes los efectos cromáticos deseados. Los vehículos serigráficos El vehículo serigráfico constituye el disolvente de la tinta y transforma los polvos colorantes en una suspensión fluida. Son sustancias que, desde el punto de vista cerámico, poseen una importancia muy limitada ya que no influyen en el producto acabado. Sin embargo, desde el punto de vista serigráfico representan el factor determinante para las características de la tinta y para la buena reproducción de la imagen. Los más difundidos son los glicoles y poliglicoles a base de óxido de etileno, propileno y polímeros. Son compuestos químicos, elaborados industrialmente, que poseen un elevado poder humectante en los polvos; son óptimos ligantes y dispersan perfectamente el color, creando una masa fluida corrediza y adherente a las superficies. Se mezclan con los polvos secos, en relaciones diferentes, en función del tipo de tecnología de aplicación. Las 204

Técnicas de aplicación de los esmaltes y la decoración

condiciones óptimas de formulación deben ser comprobadas en la producción. Se puede variar la relación entre la base seca y el vehículo, de acuerdo con los siguientes intervalos: - serigrafía plana o rotativa, base 20÷100: vehículo 100; - serigrafía con rodillo, base 80÷120: vehículo 100. PRINCIPALES TÉCNICAS DE LA DECORACIÓN SERIGRÁFICA Decoración sobrecubierta El factor que más influye en este tipo de decoración es la humedad de la superficie esmaltada a imprimir. Si la humedad es demasiado grande, puede aumentar excesivamente la adherencia entre el esmalte y la pantalla, con la consiguiente obturación de las mallas del tejido. Si en cambio el esmalte está demasiado seco, disminuye la cohesión entre la capa superior del esmalte y las inferiores, de forma que la primera tiende a “espolvorear”, es decir, pegarse a la pantalla serigráfica. Este último inconveniente puede ser superado eficazmente con el uso de los oportunos fijadores. El grado de humedad de la superficie esmaltada en un punto determinado de la línea depende fundamentalmente del tiempo que transcurre entre la aplicación del esmalte y la impresión (longitud de la línea, su velocidad), de la naturaleza del esmalte (composición, granulometría), de la porosidad del soporte y de la presencia o ausencia de las decoraciones bajocubierta. Los parámetros que más provechosamente pueden ser modificados para ajustar el tiempo de secado son la velocidad de la línea (cuyo valor máximo se alcanza cuando empiezan a averiguarse roturas por choque en el tapiz de baldosas) y la composición del esmalte, actuando sobre el porcentaje de sustancias plásticas presentes (caolín, arcilla) o con el uso de aditivos. Mucho menos apreciables son las variaciones del tiempo de secado que se obtienen con una molienda más o menos enérgica del esmalte sin incurrir en alteraciones de sus características en cocido. Además de la humedad de la superficie a imprimir, otro factor que influye en la decoración sobre el esmalte es la presión de la regleta. Si es demasiado débil, puede decorar de modo impreciso o incompleto; si es demasiado fuerte, el primer color puede adherir en la pantalla de la segunda aplicación; si es irregular, genera depósitos de espesor irregular que se traducen en diferencias en las tonalidades cromáticas. Los mismos defectos también pueden tener causas diferentes. Un color puede pegarse bajo la siguiente pantalla cuando las dos aplicaciones están demasiado próximas, o si la primera tinta tiene un tiempo de secado excesivo. Las decoraciones imprecisas y/o incompletas pueden tener su origen en pantallas defectuosas, una distancia demasiado grande entre tejido y baldosa, guía de las baldosas fuera de nivel. Diferencias de espesor en el dispositivo se producen por: diferencias de velocidad de expulsión, baldosas de espesor inconstante, pantalla desgastada, variaciones en la composición y/o en la viscosidad de la tinta. Otros defectos que se puedan presentar son: diferencias al emplear colores reactivos, causadas por la ausencia de paralelismo entre los planos de la pantalla y la regleta; rayas 205

Tecnología cerámica aplicada

que pueden deberse a una regleta inadecuadamente afilada o a un tejido desgastado. Decoración bajocubierta Este tipo de decoración se aplica directamente sobre el soporte, que debe estar preventivamente bien limpio y ligeramente rociado con agua, para asegurara una humectabilidad y capacidad de absorción de agua uniforme. Además de lo anterior, en la serigrafía bajocubierta es conveniente también aplicar un fondo de preparación que sirva de base a la tinta serigráfica. Aparte de los defectos ya señalados para las decoraciones sobrecubierta, un inconveniente característico de la decoración bajocubierta es la aparición en cocido de pequeñas depresiones, agujeros o grietas correspondientes a las decoraciones, típicamente a las muy sutiles. El origen de estos defectos puede estar en la presencia de gránulos de dimensiones excesivas (escasa molienda del polvo) o en una velocidad de secado demasiado baja de la parte que, en el momento de la aplicación, puede actuar de forma hidrófuga. Difuminados La reproducción de superficies difuminadas se obtiene a partir de un cuadro serigráfico en forma de conjunto de puntos de diferentes formas, dimensiones y distribución superficial. La decoración de difuminados, tanto sobre esmalte como directamente sobre el soporte, necesita un particular cuidado en la selección y preparación de los materiales, en particular por lo que se refiere al esmalte serigráfico, el tipo de regleta y especialmente el tejido de la pantalla. El esmalte debe ser molturado muy finamente, hasta alcanzar valores de residuo alrededor del 0.5% con 16000 mallas/cm2, mientras la regleta debe ser elegida con un perfil tendencialmente de ángulo vivo, para obtener una elevada nitidez de trato con la mínima abrasión, y de adecuada dureza. El tejido debe tener mallas muy regulares y debe seleccionarse en función de una serie de pruebas orientadas a obtener los efectos buscados por la producción. Generalmente, para este tipo de aplicación, el tejido más adecuado es el poliéster con un número de hilos/cm de aproximadamente 100-120. Finalmente hay que destacar que este tipo de decoración, cuando se imprime directamente sobre el soporte, resalta los defectos superficiales como las estrías, por lo que resulta preferible, sin duda, dotar la prensa de moldes de espejo. Colores lisos Cuando se quiere serigrafiar una gran superficie de un solo color es necesario que la superficie de impresión sea perfectamente uniforme, limpia y libre del mínimo defecto. Si se imprime sobre esmalte es absolutamente esencial que no genere polvo. Un soporte polvoriento puede perjudicar la uniformidad y generar sombras y/o puntos oscuros. El tejido aconsejado para este tipo de aplicación es el poliéster, dada su gran estabili206

Técnicas de aplicación de los esmaltes y la decoración

dad dimensional en el tiempo, con como máximo 77 hilos/cm. La pasta serigráfica debe poseer una buena capacidad de dilatación, que permite cerrar los espacios dejados por los hilos en su cruce. Superposiciones de color Se sabe que la superposición de dos colores genera un tercero. Aprovechando este hecho en la serigrafía es posible aumentar el número de colores con respecto a aquel de las aplicaciones. Generalmente se aplican decoraciones de espesor decreciente y, en todo caso, sutiles (mallas de 60-70 hilos/cm) para favorecer así el secado, y regletas blandas; a veces se utilizan colores fundentes sobre colores firmes. Aplicando la serigrafía directamente sobre el soporte se puede sobreponer dos colores, integrando entre ellos incluso un estrato de

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Tecnología cerámica aplicada

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Técnicas de aplicación de los esmaltes y la decoración

Capítulo VI COCCIÓN

Consideraciones generales La cocción es la operación fundamental del proceso tecnológico, ya que da origen al material cerámico, transformando las materias primas de la pasta en nuevos compuestos cristalinos y vítreos que confieren al producto cocido unas propiedades concretas: la insolubilidad y la solidez que garantizan el mantenimiento de la forma, la resistencia mecánica, la porosidad o la impermeabilidad, la resistencia química, etc..... Por lo que se refiere al revestimiento vítreo, la cocción provoca su fusión, la formación de una capa continua vidriada, bien anclada y compenetrada con el soporte, con particulares propiedades químicas y físicas y con determinadas características estéticas. La cocción consiste en el calentamiento, por lo tanto, en la transmisión de energía al producto seco hasta una temperatura establecida y durante un tiempo determinado, para que se puedan desarrollar las transformaciones químicas y físicas que llevan a la pasta y al esmalte a adquirir las propiedades requeridas del producto cerámico. En el pasado, la temperatura a alcanzar, el tiempo y las modalidades de cocción se decidieron en función de la experiencia; actualmente, los mismos parámetros operativos se establecen en función de los conocimientos químicos y del comportamiento técnico de las materias primas empleadas, y a través de los análisis preliminares realizados sobre las mismas, especialmente mediante los análisis térmicos (véase el primer tomo). Los equipos actualmente disponibles permiten reproducir, de modo cada vez más preciso, las condiciones de operación, realizando cocciones extremadamente controladas, la base indispensable de cualquiera producción normalizada y serial. Las transformaciones que se desarrollan en la cocción La cocción se realiza a través de la propagación de calor dentro del horno y en la masa de los productos cerámicos. El calentamiento provoca la dilatación de los productos, a causa del aumento de la amplitud de las vibraciones de los átomos que los compone. La magnitud de este fenómeno depende de la naturaleza química del material, de su estructura cristalina o vítrea y de sus proporciones relativas, de las transformaciones que se desarrollan durante el calentamiento; se ha constatado que los compuestos cristalinos presentan una mayor dilatación con respecto a los vítreos, como las estructuras compactas con respecto a las porosas. Ya que los materiales que componen los productos sufren, en el transcurso de la cocción, transformaciones que conducen a la desaparición de determinados compuestos y a la formación de otros nuevos, la dilatación refleja esta evolución con un desarrollo en función de la composición inicial de la pasta, de las transformaciones que se producen y 209

Tecnología cerámica aplicada

Dilatación (‰)

Dilatación (‰)

de la temperatura alcanzada. Por lo tanto, en la primera cocción, a igualdad de la temperatura final alcanzada, una pasta presenta un comportamiento dilatométrico diferente de lo que se obtendría durante calentamientos sucesivos: la dilatación térmica relativa a la primera cocción es irreversible, mientras que la de una composición de pasta ya cocida y calentada de nuevo es reversible (figura 1). Otra transformación física que se produce durante la cocción es la fusión de los fundentes integrados en la composición de la pasta o del esmalte. En el sector cerámico se encuentra la fusión de mezclas eutécticas que permite la obtención de una fase líquida a temperaturas más bajas de aquellas necesarias para fundir los materiales individuales; se ha constatado que cuanto más numerosos y complejos son los posibles eutécticos entre los óxidos aportados por las materias primas, más fundente resulta la composición. La acción de fusión contrasta, en sucesión, con aquella expansiva descrita anteriormente, y provoca una serie de transformaciones estrechamente correlacionadas entre sí: disminución de la porosidad → aumento de la densidad → reacciones sólido-sólido y sólido-líquido → incremento de las propiedades tecnológicas. Con el aumento de la temperatura crece progresivamente la proporción de fundido y, al mismo tiempo, disminuye la viscosidad del sistema. Se verifica un gradual reblandecimiento del conjunto y una progresión de los fenómenos ligados a la formación de la fase líquida: infiltración del líquido en las cavidades de la masa, disolución de los gránulos, difusión del material disuelto en el residuo de la fase líquida, cristalización del soluto en equilibrio con el disolvente una vez alcanzada la saturación. Al mismo tiempo, aumentan los inconvenientes relativos a esta reducción de la viscosidad de la pieza, que comportan un control más difícil de la curva de gresificación del material (desarrollo de la contracción y absorción de agua en función de la temperatura) y la posibilidad de defectos de planaridad debidos a la falta de homogeneidad de la superficie de apoyo de la baldosa, que avanza sobre rodillos en movimiento.

Figura 1. Curva dilatométrica de la pieza cruda y cocida.

210

Cocción

En los esmaltes, a causa de la composición más rica en fundentes, el material se transforma casi completamente en un líquido dotado de una cierta viscosidad: pueden quedar sin disolverse las sustancias agregadas intencionadamente para provocar determinados efectos como la opacidad del vidrio o su coloración por la pigmentación. Los procesos de infiltración, disolución, difusión y cristalización también se desarrollan en la zona de contacto entre el esmalte y el soporte, y son los responsables de la formación de la capa intermedia que ancla el esmalte en el bizcocho. La profundidad de esta capa depende de la refractariedad del soporte y de su permeabilidad (figura 2). En el interior del horno, durante el proceso de cocción, se pueden identificar zonas térmicas críticas, a causa de las reacciones de tipo genéricamente químico que se puedan desarrollar: - hasta poco por encima de 100 °C: eliminación del agua higroscópica, o la humedad residual después de un secado no perfecto, o la reabsorbida en la fase de esmaltado y del ambiente; - hasta 200 °C: eliminación del agua zeolítica o de cristalización, cuyas moléculas están ligadas por absorción en las estructuras cristalinas; - entre 350 °C y 650 °C: combustión de las sustancias orgánicas, que pueden estar presentes en diferentes proporciones en las arcillas, y la disociación oxidante de los sulfuros minerales (p. ej. pirita FeS2) con la liberación de anhídrido sulfuroso; - entre 450 °C y 650 °C: eliminación del agua de constitución (deshidroxilación) y consiguiente destrucción del retículo cristalino arcilloso; - a 573 °C: transformación alotrópica del cuarzo α en β, que genera un brusco aumento de volumen; - entre 800 °C y 950 °C: descarbonatación de la caliza y la dolomita con la liberación de CO2; - a partir de 700 °C: formación de nuevas fases cristalinas constituidas por el SiO2 de los silicatos y silicoaluminatos complejos;

Figura 2. Capa intermedia: anclaje del esmalte en el soporte.

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Tecnología cerámica aplicada

- a partir de aproximadamente 900 °C: disociación térmica de las otras sales presentes, como los sulfatos y fluoruros; - si se alcanzan temperaturas superiores a 1000 °C, se pueden evaporar algunos componentes de las pastas y los revestimientos como los óxidos alcalinos, el óxido de plomo, el óxido de cinc, el anhídrido bórico. En el transcurso del enfriamiento, se produce la solidificación del fundido que proporciona la cohesión y solidez a la masa de la pasta así como a aquella del esmalte. En función de los componentes que constituyen el fundido y de las modalidades de enfriamiento, esta consolidación puede llevar a la formación de la estructura vítrea y/o cristalina. En las pastas cerámicas, en general, las dos circunstancias coexisten, ya que el fundido que se forma se constituye de múltiples componentes: los iones de algunos componentes fundidos, por la pérdida de solubilidad a raíz de la reducción de la temperatura, se sitúan en función de la geometría de su estructura cristalina, mientras que el líquido residual se consolida de forma vítrea, ya que los tiempos de enfriamiento, aunque lentos, no lo son lo suficiente para permitir la cristalización completa del material. En los esmaltes, el vidrio fundido se hace progresivamente más viscoso, adquiriendo un aspecto pastoso. Al mismo tiempo se contrae, quedando anclado sin embargo en el soporte que ha corroído más o menos profundamente y cuya porosidad superficial ha permeado. En un primer momento el vidrio se contrae, pero siendo pastoso, se adapta a las tensiones que se puedan generan con el soporte; alcanzada la temperatura de transición vítrea, el vidrio pasa al estado rígido y, si la contracción del esmalte no está en armonía con la del soporte, en su masa se desarrollan tensiones que pueden dar lugar, en el transcurso del enfriamiento, a defectos como el “cuarteo” o los “desconchados”, o pueden quedar latentes y manifestarse después de un cierto tiempo (cuarteo retardado). Otro fenómeno físico, causado por el aumento de la temperatura, es la transformación polimorfa reversible del cuarzo α en cuarzo β (575 °C) y luego, a temperaturas superiores, en tridimita y cristobalita. A estas transformaciones se asocian reordenaciones estructurales expansivas durante el calentamiento, y de contracción en el enfriamiento. Mientras en el primer caso, la estructura total de la baldosa todavía es suficientemente elástica y “desligada” para poder absorber estas dilataciones sin excesivos inconvenientes, la contracción asociada a la transformación de cuarzo β → cuarzo α durante el enfriamiento es soportada por una pieza ya rígida y rica en nuevas fases frágiles: esto comporta la necesidad de programar el ciclo de enfriamiento con particular cautela alrededor de esta temperatura. El mismo razonamiento sería de aplicación, obviamente, si hubiera que someter un material ya cocido a un elevado grado de gresificación, a una nueva cocción: en este caso, habría que adoptar también análogas precauciones en la fase de precalentamiento de las baldosas. La energía suministrada a las materias primas provoca su descomposición y los compuestos derivados de estas reacciones se convierten en los reactivos responsables de la formación de los minerales que constituyen el producto cerámico: estas transformaciones se desarrollan a diferentes temperaturas, de acuerdo con las energías requeridas. 212

Cocción

En el transcurso de estas reacciones se pueden formar algunos compuestos en el estado gaseoso que tienden a alejarse, saliendo a través de los espacios intergranulares: será por lo tanto de primaria importancia que se sometan a cocción baldosas con un grado idóneo de compactación, que permita alcanzar la sinterización óptima, teniendo sin embargo una buena permeabilidad a los gases, para favorecer la expulsión de los productos gaseosos de pirólisis y oxidación y, al mismo tiempo, el intercambio gaseoso con la atmósfera del horno, en particular con el aire y, por tanto, con el oxígeno que contiene. En efecto, también los gases presentes en el ambiente del horno (atmósfera de cocción) pueden activar las reacciones con los materiales presentes en las pastas y en los revestimientos, o con los productos de sus transformaciones. Muy a menudo se trata de gestionar la atmósfera de cocción de modo de orientar la evolución de las reacciones en el sentido deseado: de esta forma, para las transformaciones que desarrollan gases o necesitan oxígeno, se crean circulaciones de aire que favorezcan la renovación gaseosa y la creación de una atmósfera oxidante; por el contrario, cuando se quiere obtener un ambiente pobre en oxígeno, o incluso reducir los óxidos presentes, se reduce la circulación del aire y/o se admiten sustancias que producen en el ambiente de cocción gases reductores como CO y H2O. Esto puede obtenerse variando la introducción de aire en la atmósfera del horno, por la oportuna regulación de los aires secundarios de los quemadores, o variando la consigna de presión relativa de los gases en las diferentes zonas del horno, situando, por lo tanto, en presión o en depresión las diferentes partes del horno mismo. Por ejemplo, las sustancias orgánicas presentes se queman, como hemos visto, entre aproximadamente 300 y 450 °C, generando anhídrido carbónico y vapor acuoso; si el calentamiento es gradual, la circulación de aire es buena y no se produce una vitrificación superficial, la combustión se completa a unos 600 °C, dejando residuos mínimos y generando una porosidad fina. En el caso contrario, las sustancias orgánicas sufren una destilación seca con la producción de carbono y otros productos de reducción, que ennegrecen la masa de la pasta (defecto de corazón negro); el carbono reacciona con los óxidos circunstantes solo a temperaturas más altas, con su reducción de acuerdo con el siguiente esquema (Me = metal genérico): Me2O3 + C → 2MeO + CO↑ o bien MeO + C → Me + CO↑ Estas reacciones comportan un desarrollo gaseoso de óxido de carbono y determinan un cambio de color hacia el gris negro, un desarrollo alveolar de la masa y una sobrecocción local. En el mismo intervalo térmico (350-500 °C) se inicia la oxidación de la pirita, eventualmente presente como impureza, que se completará a una temperatura más alta: FeS2 + O2 → FeS + SO2 ↑ 4FeS + 7 O2 → 2Fe2O3 + 4 SO2 ↑

213

Tecnología cerámica aplicada

Si la atmósfera es oxidante, el anhídrido sulfuroso se transforma en SO3 y, al reaccionar con los óxidos básicos (CaO) de la pasta o del esmalte, puede formar sulfatos: CaO + SO3 → CaSO4 La presencia de sulfato de calcio en el producto cocido es perjudicial, ya que puede disolverse en agua dentro de la pasta y aparecer en forma de eflorescencia salina en la superficie de los bizcochos o puede provocar la separación de un esmalte eventual. En el intervalo térmico entre 650-950 °C, se comprueba la descomposición de los carbonatos de metales alcalinotérreos con el desarrollo de anhídrido carbónico y la formación del óxido del metal: en un primer momento se descomponen los carbonatos de magnesio, y luego los de calcio y, para un mismo tipo, primero aquellos no cristalizados o los con estructuras cristalinas imperfectas: CaCO3 → CaO + CO2 ↑ Al tratarse de una reacción reversible, esta descomposición está favorecida por la eliminación de los productos del ambiente de cocción: una buena circulación del aire y la presencia de minerales arcillosos, que reaccionan con el óxido de calcio formando silicatos y silicoaluminatos de calcio, favorecen una gradual, plena disociación del carbonato con el completo desarrollo de su acción fundente. También las granulometrías finas favorecen la descomposición: en efecto, los gránulos grandes de caliza solo pueden descomponerse superficialmente o, en todo caso, no permitir la reacción completa del óxido de calcio con los demás óxidos. La constitución, a alta temperatura, de compuestos cristalinos de neoformación como los silicatos y silicoaluminatos de calcio provoca, en la masa de la pasta, un aumento de volumen que recupera y, en alguna medida, supera la contracción observada anteriormente con la destrucción del retículo cristalino de los minerales arcillosos. Este aumento de volumen permanece también después del enfriamiento y explica por qué los productos constituidos por estas pastas, cuando se cuecen a dichas temperaturas, no producen una contracción de sus dimensiones, sino más bien una dilatación. La fase líquida que se forma a alta temperatura, gracias a la presencia de feldespatos ricos en elementos alcalinos, es inicialmente muy viscosa y esto asegura a los productos un cierto mantenimiento de la forma; a continuación, la viscosidad disminuye con el aumento de la T, más velozmente para las composiciones sódicas, más lentamente para las potásicas. Los feldespatos son, por lo tanto, el vehículo de la gresificación que caracteriza los productos que presentan una escasa porosidad: de hecho, la fase líquida llena los poros y, con el aumento de la temperatura, solubiliza cada vez más los óxidos de los minerales arcillosos causando una notable contracción y la densificación de la masa. Una vez alcanzada la saturación del líquido, se separan cristales aciculares de mullita, silicato de aluminio, los cuales, al entrelazarse entre sí en la matriz vítrea, forman una estructura de notable resistencia mecánica. Este tipo de mullita, conocida como la secundaria, es típica de las pastas muy aluminosas, como las de porcelana (50% de caolín, 25% de cuarzo, 25% de feldespato) cocidas a temperaturas muy altas (1350 °C), con la 214

VISCOSIDAD (poise x 103)

Cocción

Mullita formada en una pasta de porcelana – S mullita primaria, A mullita secundaria formada a partir de la fase vítrea feldespática, V fase vítrea, Q gránulo de cuarzo en fase de disolución.

ORTOCLASA

ALBITA

Viscosidad de los feldespatos en función de la T.

Figura 3.

formación de abundante fase líquida. La cristalización persiste hasta que el líquido posee suficiente fluidez. Por lo que se refiere a los esmaltes, las composiciones constituidas predominantemente de fritas no presentan particulares reacciones químicas, puesto que estas se han desarrollado ya durante la operación de fritado. Las composiciones a base de materias crudas presentan una reactividad que depende de la naturaleza química de las materias mismas: a veces se generan fusiones debidas a la formación de mezclas eutécticas, en otros casos se produce la disolución de los materiales sin que experimenten transformaciones químicas, como en el caso de las fritas a las cuales se han aditivado compuestos como el silicato de circonio o cuarzo. Las reacciones químicas más significativas son las relacionadas con la formación de nuevos compuestos que cristalizan en la masa vítrea, opacificando el vidrio o matificando su superficie, o bien las que conducen a la formación de determinados colorantes o que dan lugar a efectos decorativos especiales. El ciclo de cocción La sucesión de valores de temperatura a los cuales se somete un producto durante la cocción y los tiempos que regulan su aumento constituyen el ciclo térmico de cocción. En el proceso cerámico, un ciclo térmico se compone de al menos tres fases: a) aumento de la temperatura desde el valor ambiental hasta un valor máximo esta215

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blecido, después de repetidos ensayos, considerado óptimo para la obtención de las propiedades deseadas del producto cerámico; la velocidad de aumento de la temperatura se regula de forma conveniente en función de los parámetros intrínsecos del material y de las condiciones de trabajo; b) tiempo de permanencia del producto a la máxima temperatura; la duración de esta fase depende de las dimensiones del producto y del horno; cuanto más elevados son estos parámetros, mayor es la exigencia de uniformar la temperatura para que las transformaciones físicas y química previstas se cumplan; c) reducción de la temperatura hasta alcanzar los valores ambientales de acuerdo con un programa que tenga en cuenta la sensibilidad del cuerpo cerámico a los gradientes térmicos y exigencias particulares; por ejemplo, en esta fase se considerará eventualmente la necesidad de favorecer fenómenos de cristalización, ralentizando el enfriamiento en algunos intervalos de temperatura. Las mismas reacciones químicas y físicas desarrolladas en la cocción, en función de su carácter “endotérmico” o “exotérmico”, provocan en la masa de los productos variaciones de temperatura a tener en cuenta en el diseño del ciclo de cocción. En líneas generales, las reacciones de descomposición, deshidratación y los fenómenos de transformación de un estado más condensado a uno menos condensado (por ejemplo una fusión o una evaporación) son endotérmicos; las oxidaciones, las combustiones, la transición de un estado desordenado a uno más ordenado, como en la cristalización, son transformaciones exotérmicas. De acuerdo con los intervalos de temperatura a las que se pueden generar tensiones en las piezas, el ritmo de aumento o disminución de la temperatura (�T/t = gradiente térmico) debe sufrir las oportunas ralentizaciones, mientras para las otras temperaturas el ritmo puede ser incluso muy rápido. Por lo tanto, para programar adecuadamente el ciclo térmico (curva temperaturatiempo) de una cocción, es importante conocer los fenómenos que se desarrollan y las temperaturas a las que se producen; además, a igualdad del material a cocer, desempeñan un importante papel en la determinación del gradiente de aumento de la temperatura y el tiempo de permanencia, las dimensiones de las piezas, la densidad de la carga (el calor se propaga mejor si hay menos piezas y estas sean de dimensiones uniformes) y la difusividad térmica del material, dada por la conductibilidad térmica/calor específico y la densidad. El diseño de la curva de cocción consiste, por consiguiente, en el difícil arte de conciliar la mejor productividad del horno con la buena calidad del producto. Durante muchos siglos, se ha apostado por grandes cámaras de enhornado que necesitaban largos tiempos de cocción para tener una penetración uniforme del calor en la masa de los productos, sin provocar disparidades térmicas en los mismos. Hacia la mitad de los años 70, con la implantación de los hornos de rodillos para la cocción monoestrato de las baldosas, la duración de la cocción ha pasado, sobre todo en los ciclos industriales, a tiempos relativamente breves (algunas decenas de minutos). A partir de los estudios de las cocciones rápidas se desprende asimismo, que con la aceleración de los tiempos de calentamiento, las transformaciones químico-físicas típicas de la cocción sufren un desfase: se crea un gradiente entre la temperatura del horno y aquella de los productos, que representa la inercia y el desfase con el que se desarrollan estas reacciones. Este fenómeno se justifica por el hecho que hace falta un cierto tiempo para que el calor se difunda de modo ho216

Cocción

mogéneo desde el horno hacia el interior de la masa de los productos; se ha demostrado que, al aumentar los coeficientes de transmisión de calor en el material, la diferencia de temperatura disminuye. Por consiguiente, una indicación válida, tanto para las cocciones lentas como para las rápidas, es prever en el gráfico de cocción una permanencia a la temperatura más alta para uniformar el nivel térmico y el desarrollo de las reacciones. La cocción rápida ha dado lugar a cambios radicales en la carga de los hornos, en la estructura del horno, así como en la formulación de las pastas y de los recubrimientos. Los objetos sometidos a cocción rápida son enhornados de modo de exponer al calor la superficie más amplia posible; por esta razón se disponen de forma individual en un plano, formando una única capa, para recibir el calor de todas las direcciones, del modo más uniforme. El ritmo de calentamiento o enfriamiento solo debe ser ralentizado en las zonas críticas, mientras que en los otros intervalos de temperatura se adoptan gradientes térmicos muy altos. Los hornos están construidos de materiales refractarios de baja inercia térmica, capaces de acumular poco calor, que se distribuye de manera uniforme en el interior por diferentes quemadores. Estas modificaciones han permitido mantener bastante alta la productividad, incluso con un menor contenido de material en el horno. Diferentes tipos de cocción Las modalidades de realización de la cocción cerámica pueden ser diferentes en función de la tipología del producto que se quiera obtener. La cocción puede afectar la masa de la pasta que constituye el cuerpo del objeto, el esmalte y las decoraciones, o bien el esmalte junto con el soporte. En el primer caso, tenemos la cocción del soporte o del bizcocho; en el segundo, la cocción del esmalte en el ámbito de una tipología técnica conocida como la bicocción, mientras en el tercer caso tenemos la monococción (figura 4). La cocción solo del soporte alcanza niveles térmicos tales a determinar las cualidades finales del producto como la resistencia mecánica, la porosidad o la impermeabilidad, el color.... Para algunas cerámicas, esta cocción es única y definitiva como para las terracotas, refractarios, gres rojo, clínker no esmaltado y el gres porcelánico no esmaltado. En la bicocción, la cocción del soporte es solo el primer tratamiento térmico que confiere solidez y resistencia mecánica, inercia química y térmica con respecto al esmalte que podrá ser cocido a continuación a temperaturas más bajas (generalmente 30-40 °C menos, para evitar que la capa vítrea fundida pueda sufrir inconvenientes procedentes del soporte). Es el caso de los llamados materiales de fayenza, lozas y porcelanas blandas: en general, de las piezas de revestimiento cerámico o vajilla de baja compacidad y cohesión. La monococción es un procedimiento que permite obtener, con un solo tratamiento térmico, los requisitos deseados tanto en la pasta como en el esmalte. Se trata de una técnica que ofrece notables ventajas económicas (acorta el proceso productivo, permite un ahorro de capital y energía, reduce la mano de obra) y técnicas (durante la cocción se produce la formación de una capa intermedia entre el soporte y el esmalte que asegura una mejor adherencia y acoplamiento dilatométrico). 217

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Curva en presencia de corazón negro

Temperatura (°C)

Zona inferior

Zona superior

Tiempo de cocción (min)

Figura 4. Curva de cocción de un material gresificado (monococción)

Sin embargo, la adopción de esta nueva técnica de cocción (años 70) ha requerido ajustes en la estructura de las instalaciones y en la formulación de las pastas y los esmaltes. La pasta debe tener una composición tal de ser suficientemente sólida y resistente ya en el estado crudo para soportar los esfuerzos a los cuales se expone durante la conformación y en las operaciones de esmaltado y decoración; debe emitir, durante la cocción, una cantidad mínima de gas en el momento que el esmalte no esté todavía completamente fundido para evitar la formación de burbujas o pinchados. La pasta debe mantener además una porosidad abierta hasta unos 800-850 °C para permitir un intercambio gaseoso con la atmósfera del horno y evitar la formación del corazón negro; finalmente la composición debe ser tal de reducir al mínimo la contracción que podría provocar deformaciones en las decoraciones. El esmalte, que comprende también la decoración, debe tener una composición tal de madurar a las temperaturas a las cuales la pasta obtiene sus características finales, debe fundir a una T cuando las emisiones gaseosas generadas por el soporte ya han cesado y, en el breve tiempo disponible, debe estirarse y nivelarse para cubrir uniformemente el soporte; además, no debe alterarse a causa de la atmósfera del gas y de los vapores que se desarrollan en el horno durante la cocción y debe ser suficientemente agresivo con respecto al soporte para reaccionar con ello y formar la fase intermedia. Las adecuaciones estructurales requeridas por la monococción han afectado sobre todo los hornos y la automatización de las operaciones aguas arriba del horno. La automatización ha incidido en el almacenamiento y la movimentación del material esmaltado y decorado en espera de ser sometido a cocción, en la alimentación de los hornos y en la descarga del material cocido.

218

Cocción

Los combustibles Normalmente, el calor necesario para la cocción se obtiene aprovechando la reacción de combustión de algunas sustancias sólidas, líquidas o gaseosas o empleando también la energía eléctrica. La combustión es una reacción de oxidación de notable velocidad y, por tanto, exotérmica, que puede utilizarse para generar calor. A causa de esta reacción, el combustible, constituido de compuestos oxidables como el carbono, hidrógeno, azufre, óxido de carbono, hidrocarburos, se combinan, previo desencadenamiento (encendido), con el oxígeno del aire, el comburente, para formar determinados productos de reacción y calor. C + O2

→ CO2 ↑

+ 94,2 kcal/moles

CH4 + 2O2

→ CO2 ↑ + 2H2O↑

+ 192 kcal/moles

H2 + 1/2 O2

→ H2O ↑

+ 58,6 kcal/moles

El calor generado sirve para desencadenar y continuar la combustión. La principal característica de los combustibles, que los diferencia del punto de vista del valor comercial, es el poder calorífico; esto depende de la composición del combustible y expresa la cantidad de calor (kcal) desarrollada en la combustión de 1 kg de material, si se encuentra en el estado sólido o líquido, o de 1 m3 si se trata de combustible gaseoso (tabla 1).

Tabla 1. Propiedades de los gases que intervienen en la combustión, considerados en condiciones normales (0 ºC, 760 mm de Hg, secos). 219

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Durante la combustión se pueden encontrar presentes sustancias que sustraen calor, activando procesos endotérmicos como los cambios de fase (por ejemplo agua → vapor) o simplemente calentándose, como hace el nitrógeno presente en el aire necesario para la combustión. Para que el combustible desarrolle al máximo su poder calorífico, es necesario que se mezcle de la mejor manera con el comburente y que este último esté presente en una proporción por lo menos igual a la teórica prevista para la reacción de combustión. En la práctica, con la exclusión de circunstancias especiales que requieren una atmósfera reductora, para obviar un mezclado imperfecto con el comburente, se utiliza aire en exceso: para los combustibles sólidos se puede utilizar un exceso de aire variable entre 40 y 150%, para los líquidos entre 25 y 60%, para los gaseosos entre 10 y 50%. Los combustibles gaseosos son particularmente ventajosos, ya que se mezclan completamente con el aire. Esto significa que la combustión se desarrolla con una cantidad de aire un poco superior a la teórica. Además, se pueden quemar en proximidad de los productos sin provocar daños, no dejan cenizas, no necesitan precalentamiento y, por lo tanto, se pueden utilizar quemadores relativamente más sencillos; permiten alcanzar temperaturas muy elevadas, tanto por el alto poder calorífico como por la posibilidad de usar aire precalentado, hacen más eficaz el control del calentamiento y de la atmósfera del horno. El metano, también llamado gas natural, es una mezcla de metano, etano y una pequeña cantidad de otros hidrocarburos ligeros: se encuentra en yacimientos propios y en los yacimientos petrolíferos como fase gaseosa. Su poder calorífico se sitúa en unas 8500 kcal/m3. Quema con una llama muy pura y contiene contenidos despreciables de azufre; por consiguiente, es el combustible más utilizado en los hornos de llama libre, donde los gases generados por la combustión entran en contacto directo con los productos. Se distribuye a las industrias en conducciones bajo presión. Por esta razón, antes del uso en los quemadores de los hornos, debe someterse a una descompresión en instalaciones adecuadas. Los combustibles líquidos presentan algunas ventajas: una dosificación y distribución más fácil en las varias posiciones del horno, un mejor mezclado con el comburente por la posibilidad de ser pulverizados, un posible poder calorífico superior, menor producción de cenizas y el uso de quemadores más pequeños y eficaces. Para el mezclado del combustible con aire, con vistas a obtener una eficaz combustión, se adoptan dos métodos: - nebulización del líquido en una corriente de aire generado por un ventilador (es el sistema más utilizado); - evaporización del líquido a través de parte del calor generado por su propia combustión. La nebulización o pulverización es de tipo mecánico y se realiza bombeando el líquido en una tubería que acaba en una tobera con un diámetro determinado. Los quemadores pueden estar alojados en las paredes o en la bóveda de la cámara de cocción; en este caso se utilizan quemadores que inyectan, a intervalos de tiempo preestablecidos, una deter220

Cocción

minada cantidad de combustible. Los hornos cerámicos pueden utilizar, como combustibles líquidos, los llamados “aceites ligeros”, destilados del petróleo, presentes comercialmente en dos formas: queroseno y nafta. Normalmente, la segunda es la más utilizada, también por su precio. La combustión suele ser buena, pero todo el sistema de combustión es más caro y el mantenimiento es más laborioso y frecuente con respecto a los sistemas de funcionamiento con gas natural. Los combustibles del tipo “aceites pesados”, se presentan a temperatura ambiente con la consistencia de brea y deben ser precalentados por lo menos a 60 °C para poder circular en los conductos de alimentación y ser llevados a continuación por lo menos a 110 °C para obtener una buena atomización. La combustión no es buena y produce una notable cantidad de residuos carbonosos, anhídridos sulfurosos y otros contaminantes. A causa de estos problemas, los “aceites pesados” se utilizan cuando razones de disponibilidad y economía hacen inviable el uso de combustibles mejores. Entre los combustibles utilizables donde no existen otras posibilidades mejores, cabe destacar los otros gases “pobres” de bajo poder calorífico, como los gases derivados del tratamiento del coque, las mezclas de hidrógeno, metano y CO, etc. El combustible líquido más idóneo para la alimentación de los modernos quemadores es, sin duda, el gas de petróleo licuado - GPL. Se trata de un combustible limpio, de alto poder calorífico, que generalmente no requiere quemadores de tipo muy diferente de los del gas natural; sin embargo, es necesario prever unidades de almacenamiento y distribución, y poseer el conocimiento de la tecnología de uso, ya que se comercializa de forma líquida, pero se utiliza como gas. Por esta razón es necesario contar con los evaporadores adecuados (eléctricos o con quemador), ya que no son aceptables las alimentaciones al horno que provienen solamente de la evaporación espontánea del combustible en el depósito, al no asegurar la constancia de composición del gas, porque tienden a evaporar obviamente primero las fracciones más volátiles. Para evitar que el combustible pueda presentarse todavía en fase líquida en la red de distribución, o que el enfriamiento producido por la descompresión hasta el nivel tipo de 500-600 mm de H2O pueda producir la formación de hielo, es una buena norma atenerse a los valores indicados en las siguientes tablas (tablas 2 y 3). La temperatura del gas está en función de la composición porcentual en peso del GPL, expresada como mezcla de propano y n-butano, y de la presión efectiva registrada aguas arriba de la instalación del GPL del horno, y expresada en bar.

(Propano/n-Butano)

Tabla 2. Temperaturas mínimas y presiones del GPL en las redes de distribución para los usos.

221

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Ejemplo: si el GPL posee una composición de 30% de propano y 70% de n-butano, y la presión en el tubo de alimentación es de 1 bar, la temperatura del gas de entrada no debe ser inferior a 20 °C para tener un margen de seguridad aceptable. Con la misma composición del gas, si la presión fuera 0.5 bar, bastaría una temperatura de 12 °C. Por lo tanto, en el caso de utilizar el GPL como combustible, teniendo en cuenta que muy a menudo la composición en peso no se conoce o puede variar con el tiempo, siempre es aconsejable utilizar presiones alrededor de 0.5 bar para evitar formaciones peligrosas de fases líquidas o la formación de hielo en los equipos de control. Gases (m3) producidos por la combustión estequiométrica de 1 m3 de gas con aire (seco / húmedo)

Tabla 3. Productos de combustión.

HORNOS DE COCCIÓN DE LA CERÁMICA Los intercambios térmicos El horno es la máquina por medio de la cual se realiza la cocción, obteniendo productos con características preestablecidas. Durante las varias fases de cocción de los productos, entre la fuente de calor, los fluidos presentes, las estructuras del horno, los productos a cocer y el ambiente envolvente, se generan intercambios térmicos por medio de todas las modalidades de propagación de calor: la conducción (poca relevante), la convección (principal fuente de transmisión de calor) y la radiación (presente de manera significativa solamente en las zonas de alta temperatura). Propagación de calor por convección La convección, que desarrolla el transporte de calor mediante la circulación del aire (el aire caliente asciende y el más frío desciende), transmite una cantidad de calor que, a igualdad de las otras condiciones, está dada por: Q = ρ · S · ΔT donde S es la superficie expuesta al aire, ΔT la diferencia de temperatura entre el cuerpo cerámico y el gas y ρ representa un coeficiente de convección, que puede asumir valores muy diferenciados, en función de los casos; por otra parte, este coeficiente indica 222

Cocción

de qué manera el calor intercambiado depende en una pequeña parte de la diferencia de temperatura entre el fluido y los sólidos que se calientan, mientras que son en cambio muy importantes para el intercambio térmico las condiciones que facilitan, o que sirven para orientar, el movimiento del fluido. El movimiento de los fluidos puede depender de una posición concreta de la fuente de calor con respecto al conducto de aspiración de los humos, del uso de los quemadores soplados o de alta velocidad, de los ventiladores que provocan una circulación forzada. La convección puede ser acentuada si se enhornan los objetos de modo de permitir a los fluidos de circular libremente entre ellos, y si se disponen los quemadores de alta velocidad en las paredes, a tresbolillo en los lados opuestos, para generar turbulencias y una circulación de gas transversal al movimiento del material. En la propagación de calor por radiación, el calor se transmite por los rayos infrarrojos que son emitidos por todos los cuerpos calientes. La cantidad de calor transmitida depende de la temperatura, de acuerdo con la relación: Q = σ (T24 - T14) siendo T2 y T1 las temperaturas del cuerpo caliente y del ambiente envolvente. Por lo tanto, este mecanismo se hace cada vez más importante con el aumento de la temperatura del horno, tanto que en algunos casos, sobre todo en los hornos de llama libre donde las llamas pueden llegar hasta las proximidades inmediatas de los objetos, se provee a proteger sus superficies con material refractario. La transmisión del calor por radiación es típica de los hornos mufla y la cocción en cacetas: en efecto, es la estructura del refractario que irradia el calor recibido a los objetos enhornados. La radiación también se aprovecha para producir un enfriamiento rápido de los objetos cocidos a alta temperatura: en este caso las radiaciones emitidas por los cuerpos son captadas por tubos de carburo de silicio (dotados de alto poder absorbente para los rayos infrarrojos) dentro de los cuales circula aire tomado del ambiente. La realización del horno Ciertamente, en la actualidad, los hornos más difundidos para la fabricación de baldosas cerámicas son los de monoestrato, donde el material a cocer, transportado de diferentes maneras, pasa en una único estrato por la estructura del horno. También el horno de rodillos bicanal se utiliza por el menor espacio requerido (figura 5). En todo caso, el material crudo avanza por el horno, encontrando sectores cada vez más calientes (zona de precalentamiento), hasta alcanzar la temperatura máxima (zona de cocción), que se extiende durante un cierto tramo (tiempo); el material continúa su desplazamiento encontrando una zona de fuerte y repente enfriamiento, que se suaviza ligeramente para obviar los problemas debidos a la presencia de cuarzo, para luego, ser retomado de manera turbulenta hasta la salida del horno, a una temperatura que oscila entre 40 y 60 °C. El tiempo empleado por el material a recorrer el canal corresponde a la duración del ciclo de cocción y, junto con el caudal de la sección transversal del horno y 223

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Figura 5. Horno monoestrato

el número de capas de material, contribuye a determinar su productividad. La velocidad de avance del material es, de hecho, generalmente constante. El cuerpo del horno monoestrato, con transporte de material sobre rodillos, que es el más utilizado, se compone normalmente de módulos de unos 2 metros, uno al lado de otro, con bastidores tubulares y perfiles metálicos que sostienen la estructura de la pared aislante, en ladrillos refractarios y morteros refractarios aislantes sobre la solera, con placas refractarias y módulos de tapices de fibras aislantes instalados en la pared y en la bóveda. La figura 6 presenta la realización de una pared de horno mediante el acoplamiento de diferentes materiales y muestra el aislamiento térmico obtenido de este modo. La composición de los módulos puede ser extremadamente variada, en función de las exigencias productivas: generalmente se construyen, para la producción masiva de monococción, hornos de 60 a 120 metros de longitud o más, con secciones útiles de 1.3 a 3 metros (área útil de 80 a 360 m2), subdivididas, aproximadamente, en: Prehorno Precalentamiento Cocción Enfriamiento rápido Enfriamiento lento Enfriamiento final

(10% de la longitud total del horno) (31%) (19%) ( 6%) (20%) (14%)

La sección vertical de la cámara de tratamiento térmico se reduce al máximo para acelerar la velocidad de los humos y, por consiguiente, aumentar el intercambio térmico humos-baldosas. La aportación de aire está garantizada por ventiladores apropiados, habitualmente 6, con las siguientes funciones, en orden de la dirección de avance: - aspiración de humos; - soplado de aire combustión; - soplado de aire de enfriamiento rápido; 224

Cocción

AISLANTE DE LA PARED DEL HORNO Temperatura en °C

Figura 6. Esquematización de una pared del horno que muestra el aislante térmico.

- aspiración de los intercambiadores de calor en el enfriamiento lento; - aspiración de aire caliente en el enfriamiento final; - soplado de aire frío en el enfriamiento final. La figura 7 representa una visión lateral y en sección de un típico horno monoestrato de rodillos de última generación. En la figura anterior se aprecia también el tipo de uso de los humos de cocción, que prevé, en las configuraciones más extendidas, el avance del material en contracorriente a los humos de la zona de cocción, que se transportan hacia la chimenea principal que se encuentra a la entrada del horno. Este planteamiento es de una gran relevancia para la gestión energética del horno, ya que, de este modo, se aprovecha el calor transportado por los humos generados y calentados en la zona de cocción para efectuar el precalentamiento del material que avanza; en el caso de las emisiones tóxicas o indeseadas en la zona de precalentamiento, estas se llevan directamente a la chimenea, realizando los oportunos tratamientos de depuración más o complejos y caros. 225

226 Granito cerámico contracción 8%

Monococción contracción 7% (200x200)

Monococción contracción 7%

(100x100)

Figura 7. Sección longitudinal de un horno monoestrato y detalle de las diferentes secciones.

(200x200)

RKS 2070

RKS 1650

RKS 1003

(200x200)

Granito cerámico contracción 8%

RKS 2230

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Cocción

Instalación de combustión Los combustibles gaseosos o gasificados, metano y GPL, se queman directamente en la cámara de combustión para ser luego expulsados como humos dentro del horno, donde transitan las baldosas. Para la combustión se utilizan quemadores con la mezcla de combustible y aire soplado en los conductos adecuados, que puede ser subdividido en aire de tipo primario, como comburente para el combustible, y secundario, para la obtención de la atmósfera de cocción apropiada. Sin embargo, en la mayoría de los casos se utiliza el mezclado directo de aire y combustible en las toberas: en función del diámetro de salida de las cámaras de combustión se pueden obtener así diferentes perfiles térmicos en la sección transversal del horno. La fuerte carga térmica que grava sobre las cámaras de combustión es soportada por materiales constitutivos apropiados y, en especial, por SiC (carburo de silicio) cristalizado de varias formas o impregnado. Al alimentar el aire de manera conveniente, se pueden obtener gases calientes que salgan del quemador a una velocidad superior a 100 m/s, generando chorros direccionales que mantienen inalterada la temperatura a lo largo de un amplio tramo de su recorrido, que coincide, generalmente, con la sección del horno. Ya que los quemadores están dispuestos a tresbolillo por encima y por debajo del plano de los rodillos, se obtiene el máximo remolino de los humos calientes, que contribuye a la obtención de la mayor homogeneidad de calentamiento. Los sistemas tradicionales de modulación de la combustión por medio de los quemadores pueden resumirse en: - sistema de modulación de aire fijo y gas modulado; - sistema de modulación de aire modulado y gas modulado. En el primer caso, una vez regulada, la cantidad de aire que llega al quemador se mantiene constante, independientemente de las variaciones de carga u otro factor que pueda cambiar el valor de la temperatura de consigna en aquella zona: el valor de la temperatura de consigna se mantiene solo por la modulación del gas. De este modo es evidente que el quemador puede trabajar en una correcta relación estequiométrica gas/aire solo en un estrecho intervalo de funcionamiento, siendo el exceso de aire la situación más común. Este sistema es sencillo de construir, permite una buena estabilidad de presión del horno en el caso de lagunas en la carga, pero se demuestra más costoso con respecto al consumo de combustible. En el segundo caso, la cantidad de aire y gas varía en función de una relación constante que depende de las eventuales variaciones de carga dentro del horno u otro factor que pueda modificar el valor de la temperatura de consigna en la zona. El valor de la temperatura de consigna se mantiene por medio de la variación simultánea del aire y del gas y esto comporta una variación de los volúmenes al interior del horno. Por otra parte, los quemadores trabajan mayoritariamente en una relación estequiométrica que es óptima en términos de consumo de combustible. La inestabilidad de presión a causa de las lagunas en la carga, la mayor complicación constructiva y la dificultad de recuperar transiciones de temperatura son algunos aspectos negativos importantes, sobre todo cuando se unen a la progresiva ampliación de los 227

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hornos en términos de anchura y longitud. En los hornos de grandes producciones (anchas secciones) y ciclos particularmente rápidos, donde existe la necesidad de especiales requisitos de estrechas tolerancias dimensionales, se ha ido también consolidando la realización de sistemas de regulación pulsada, en oposición de fase entre las paredes opuestas o la realización de sistemas de distribución ajustable de la llama del quemador por transportadores o deflectores de material refractario: en ambos casos, se pueden obtener de este modo controles térmicos óptimos que, gracias también al desarrollo de la electrónica de proceso y los sistemas de medida cada vez más fiables, permiten limitar las oscilaciones de temperatura absoluta en un intervalo de unos pocos grados centígrados y permiten obtener óptimos resultados de homogeneidad de calentamiento de pared a pared. Finalmente, con relación al sistema de combustión, queda por señalar el gran esfuerzo que se ha realizado para optimizar los consumos energéticos. En este sentido, basta recordar que, para la producción de 1 kg de baldosas esmaltadas, de 300 × 300 mm con absorción de agua del 5-6%, se necesitaba 967 kcal en 1980, mientras que hoy hace falta aproximadamente 480-500 kcal. Una solución sencilla y eficaz es la utilización de aire comburente a una temperatura más elevada que la de ambiente. De este modo se pueden obtener ahorros de combustible del orden de 5-6% con aire a una temperatura próxima a 100 °C. Actuando con una recuperación más radical de la zona de enfriamiento, que permite utilizar aire comburente a temperaturas hasta 230-250 °C, se puede llegar a ahorrar el 12-14% (tabla 4). Sin entrar en el mérito de la distribución de planta, en la tabla a continuación se muestra el desarrollo de los consumos específicos, referido a un horno de boca de 2.5 m, con una longitud de 110 m, ciclo de cocción de 47 minutos, Tmáx de 1220 °C, para la cocción de baldosas tipo gres porcelánico, con contracción de 8%, peso de 20 kg/m2, producción de 6400 m2/d (5350 kg/h producto cocido):

Tabla 4. Consumo específico de un horno monoestrato con relación a la temperatura del aire comburente (aire recuperado).

De acuerdo con las reacciones que deben desarrollarse a las diferentes temperaturas y a la realización estructural del horno, es entonces posible describir esta máquina térmica mediante la siguiente esquematización: 1 - Prehorno Es la zona de entrada de las baldosas en el horno, destinada a la eliminación del agua higroscópica residual después del proceso de secado principal, después del esmaltado y después de la estancia en un ambiente higroscópicamente desfavorable: es aceptable una humedad máxima no superior al 2% en peso. Se inicia también la eliminación del 228

Cocción

agua zeolítica de las arcillas. Generalmente, esta sección no está dotada de un equipo de calentamiento autónomo; los humos proceden de la cocción, aspirados por el ventilador por tomas dentro del horno, por encima y por debajo del plano de rodillos al inicio del prehorno. La temperatura está registrada por un único termopar en la bóveda. El prehorno trabaja en el intervalo de temperatura de 200-500 °C: teniendo en cuenta el ciclo rápido y la endotermia de la evaporación, el material presenta una temperatura de 50-200 °C. El único dispositivo disponible para la determinación de la temperatura es una toma de aire de ambiente, en la bóveda y en el suelo al final del prehorno, ajustable con el registro. La sección vertical de la cámara de paso del material (lugar de trabajo) es reducida para acelerar la velocidad de los humos y, por consiguiente, aumentar el intercambio térmico humos-baldosas. El aislamiento de las paredes y bóveda es de fibra aislante, en placas rígidas ancladas en la estructura metálica de los módulos; para el suelo se emplea albañilería aislante, de mayor resistencia mecánica, para no generar degradaciones en las intervenciones de eliminación de las piezas rotas que se pueden acumular. 2 - Precalentamiento Es la fase del proceso de cocción dedicada a la desgasificación del cuerpo cerámico, indispensable para que no se ocasionen luego, en la cocción, hinchamientos, burbujas, agujeros, porosidad del esmalte y tonos. El intervalo de temperatura que le compite está condicionado en gran medida por la tipología del producto a cocer y, aún más, por la tipología del esmalte más o menos bajofundente. Es aplicable, por lo tanto, el concepto que el precalentamiento acaba donde empieza la fusión; la porosidad superficial de las baldosas se reduce, perdiendo rápidamente permeabilidad a los gases. Planteadas estas premisas, el intervalo de temperatura del precalentamiento puede estar entre 500-700 °C o 500-1000 °C, si el esmalte es de buena factura; se puede extender de forma excepcional hasta los 1100 °C para las pastas y esmaltes excepcionalmente alto-fundentes. Otra función del precalentamiento es la de acompañar la transformación alotrópica del cuarzo α en cuarzo β, sin que se produzcan roturas por un exceso de tensiones durante el fuerte aumento de volumen del cuerpo cerámico. Como consecuencia de la diferencia de temperatura entre el ambiente y las baldosas en rápido avance, los fenómenos que se desarrollan en el precalentamiento deben ser parametrizados con las temperaturas en el canal de cocción para, de este modo, identificar los intervalos de temperatura más eficaces para dichos fenómenos. El precalentamiento está dotado de una robusta instalación de quemadores alojados en la pared, por encima y por debajo del plano de rodillos. Únicamente en los hornos destinados a la cocción del esmalte faltan los quemadores debajo del plano de rodillos, con excepción del final de la zona de cocción. Los quemadores se subdividen, para el abastecimiento de combustible, en grupos de múltiples piezas distribuidos en dos módulos del horno, escalonados simétricamente entre el lado derecho e izquierdo. Los grupos por encima y por debajo del plano de rodillos siempre se separan para la regulación. La sección vertical de la cámara del horno está aumentada con respecto a la del prehorno y el dimensionado de los módulos es mayor para albergar un aislamiento de mayor espesor. Las paredes están construidas de ladrillos aislantes en la sección delante de la cámara de paso y con fibras refractarias en un segundo orden. La bóveda está realizada con 229

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bloques de refractario ligero, suspendidos con anclajes metálicos en sistemas tubulares apoyados en la estructura de los módulos. En el segundo y tercer estrato encontramos fibras refractarias y una placa aislante de cobertura. El suelo está construido completamente de albañilería aislante de diferentes calidades o de material refractario triturado. Para la protección de los esfuerzos mecánicos, el aislante del suelo está protegido por sutiles láminas de material refractario denso, colocadas en seco. Para el paso de los rodillos a través de la pared se utilizan piezas especiales perforadas de material refractario denso, montadas en seco. El aislamiento de las paredes a este nivel se completa con fibra aislante de borra, comprimida alrededor de los rodillos. 3 - Cocción Se trata de la zona de las máximas temperaturas, a partir de aproximadamente 1000 °C. Con relación a la calidad del aislamiento térmico, las paredes presentan al fuego ladrillos de tipo refractario aislante con características refractarias muy destacadas y fibras aislantes para complementar el aislamiento. En particular, los espesores del aislamiento presentan un dimensionado diferente, por las temperaturas previstas necesarias para las características específicas del producto. Hay que tener en cuenta, que para adecuar de forma óptima el aislamiento a las temperaturas en la zona de 1100-1250 °C, se utilizan 3 diferentes niveles de aislamiento: esto es necesario para el funcionamiento no crítico del horno a expensas de una planta optimizada. Toda la zona de cocción está dotada de quemadores en la pared, dispuestos por encima y por debajo del plano de rodillos. Es casi exclusivamente en la zona de cocción donde la baldosa adquiere las características finales de dimensión, planaridad, gresificación y desarrollo del esmalte. Por lo tanto es indispensable el control particularmente ajustado de las temperaturas y la óptima factura del plano de rodillos, teniendo en cuenta que determinados productos sufren un reblandecimiento decisivo. Para controlar y gestionar la influencia de la zona contigua de enfriamiento rápido, la zona de cocción termina con una doble barrera física, constituida por un muro transversal que secciona la parte baja del canal de cocción hasta el límite del plano de rodillos y por placas rígidas de fibra aislante (reductores de tiro), integradas mediante una adecuada apertura practicada en la bóveda del horno, que secciona el canal de cocción por encima del plano de rodillos. Otros seccionamientos análogos del canal de cocción en la zona de cocción o precalentamiento, fuentes de un mantenimiento frecuente y a veces incómodo, no suelen aportar resultados apreciables: por consiguiente, se plantean solo en casos de potencial utilidad, es decir, en hornos muy cortos o para la cocción de productos de exigencias concretas muy específicas. 4 - Enfriamiento rápido Se trata de la zona de temperatura entre la máxima temperatura de cocción y los 600 °C. Sirve para enfriar las baldosas el más rápidamente posible hasta temperaturas netamente por encima de la transformación alotrópica del cuarzo. Esta fase del proceso de cocción, por la impresionante velocidad de reducción de temperatura y la reconducción al estado sólido del soporte y del esmalte, es sin duda bastante crítica para las baldosas. La instalación para el enfriamiento rápido está constituida esencialmente por tubos de 230

Cocción

soplado integrados en la pared por encima y por debajo del plano de rodillos, que introducen aire frío por medio de perforaciones alineadas en la cámara del horno. La perforación de los sopladores permite distribuir, con buena homogeneidad, el aire en la sección de carga del horno; los tubos de soplado pueden orientarse en función de las necesidades; están elaborados de acero austenítico o, cuando se quiere, de carburo de silicio para los más expuestos a alta temperatura. La temperatura en la zona de enfriamiento rápido está controlada por un termopar por encima y otro por debajo del plano de rodillos. Un equipo accesorio para el enfriamiento rápido es un intercambiador de calor elaborado con tubos de acero insertados debajo de la bóveda del horno, transversal al canal de cocción: en su interior circula el aire de combustión destinado a los quemadores. La doble función del intercambiador reside en la posibilidad de potenciar la acción de enfriamiento del soplado y de proporcionar aire precalentado, normalmente a unos 100120 °C, como aire de combustión para los quemadores. Esta temperatura asegura un aire ya suficientemente dilatado en volúmenes, sin humedad, que no resulte perjudicial para las estructuras internas de la cámara en el caso de apagarse los mismos quemadores. El aislamiento térmico de las paredes de la zona de enfriamiento rápido está elaborado con ladrillos refractarios aislantes delante del canal de cocción y fibras aislantes en un segundo orden. Los espesores son reducidos, a consecuencia de las temperaturas relativamente bajas de la cámara de paso. 5 - Enfriamiento lento Es la fase del proceso de cocción dedicada a la delicada retransformación alotrópica del cuarzo. El acontecimiento comporta una fuerte disminución volumétrica del cuerpo cerámico; debe desarrollarse con la debida lentitud y gradación para que la transformación se desarrolle con suficiente simultaneidad en toda la baldosa: en el cuerpo cerámico, ya rígido, las tensiones pueden producir fácilmente la característica rotura “de vidrio” que, en los productos de gresificación medio-alta, proporciona a la fractura un aspecto liso, brillante, concoidal y con aristas cortantes. El intervalo de temperatura en cuestión está comprendido entre 600 y 450 °C, a lo cual corresponden temperaturas reales de la baldosa entre 700 y 500 °C. La instalación de esta zona está constituida por un sistema de tubos intercambiadores de calor transversales al horno debajo de la bóveda, por los que un ventilador hace circular aire frío aspirado del ambiente. El sentido de la circulación del aire, en tubos sucesivos, se alterna de la derecha a la izquierda y de la izquierda a la derecha. El sistema puede seccionarse en su longitud con adecuadas válvulas sobre el colector de aire caliente. La sección vertical de la cámara del horno es de nuevo reducida, así como el dimensionado de los módulos, para albergar el aislamiento más ligero, suficiente para las bajas temperaturas. El aislamiento de la bóveda está realizado con placas rígidas de fibra, ancladas en la carpintería de los módulos; las paredes en la sección delante de la cámara de paso presentan ladrillos y fibras en un segundo orden; el suelo está construido de ladrillos aislantes. El material refractario en esta zona del horno desempeña un papel de aislamiento térmico secundario, lo cual es útil para mantener una temperatura adecuada 231

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en la cámara de paso durante los huecos de carga. La zona acaba con una doble barrera transversal al horno, a una distancia cercana. Ambas barreras están constituidas por un muro en seco que secciona la cámara de paso debajo del plano de rodillos y por placas de chapa de acero austenítico introducidas en las aberturas correspondientes en la bóveda; la parte final de estos reductores de tiro puede bascular si resulta impactada por el material que avanza. Estos seccionamientos tienen el objeto de controlar el tramo en contracorriente con la carga de los grandes volúmenes de aire en juego en el enfriamiento final. 6 - Enfriamiento final Es la última fase del proceso de cocción y tiene la función de reducir al máximo el calor latente del producto que ya ha superado el punto crítico de la retransformación del cuarzo. Está equipada de un sistema de soplado de aire frío directo por encima y por debajo del material, por grupos de tres tubos transversales perforados, con la posibilidad de ajustar el caudal de aire de cada grupo mediante un registro en la alimentación de aire. Un segundo ventilador extrae de la cámara de paso el aire que se ha calentado en contacto con el producto mediante tomas en la bóveda, por tolvas con válvula de mariposa de regulación. Las tomas de aspiración del aire caliente se extienden hacia la zona de enfriamiento lento con una toma entre las dos barreras entre la zona de enfriamiento lento y la final, y una toma inmediatamente aguas arriba de las barreras: esta toma es útil en las fases de calentamiento de los hornos y para establecer el equilibrio necesario en el tramo de los volúmenes de aire hacia la zona de cocción. Movimentación de los rodillos El sistema de movimentación de los rodillos más utilizado consiste en la transmisión de movimiento a los rodillos con engranajes: para la transmisión angular del movimiento a los rodillos se utiliza un par de engranajes de dientes inclinados. La sucesión de los engranajes motores está acoplada a un árbol de acero: uno por cada módulo del horno. Dos, tres o cuatro árboles están conectados entre sí por empalmes con cajas bicónicas de expansión, elaboradas de modo de obtener en su exterior un doble engranaje: se obtiene de este modo un “arrastre de rodillos”. El árbol recibe el movimiento de un motovariador con reenvío en cadena con regulación automática de la velocidad por medio informático. Adquiere cada vez más favor el alternador del motorreductor actuado por un modulador de frecuencia. Todos los engranajes están protegidos por un cárter cerrado, que sirve también de depósito para el baño de aceite. Circulación de los volúmenes en el horno. Situación de presión en la cámara de paso El balance de los volúmenes en el horno es de notable importancia y se puede deducir a partir del dimensionado de los ventiladores utilizados. Los volúmenes se introducen por medio del ventilador para el aire de combustión, así como por aquel para el enfriamiento rápido directo y aquel para el soplado de aire frío en el enfriamiento final. Los volúmenes se extraen mediante el ventilador de humos y el ventilador de aspiración de aire caliente en el enfriamiento final. 232

Cocción

Las tomas en el horno del ventilador de humos están situadas al inicio del prehorno, simétricamente dispuestas por encima y por debajo del plano de rodillos. No están orientadas en el sentido del recorrido de los humos procedentes de la zona de cocción: generan simplemente una depresión hacia la que fluyen los humos. Las tomas individuales por encima del plano de rodillos y las por debajo del plano de rodillos en su conjunto pueden ser reguladas con válvulas de mariposa: dichas válvulas funcionan como válvulas de distribución del tiro por encima y debajo del plano de rodillos. Se puede limitar el caudal del ventilador de humos en función de las diferentes soluciones de la planta: una válvula de mariposa de gobierno manual, aguas arriba de la boca del ventilador, representa la ejecución tipo. La actuación de la válvula con servomotor controlado por el cuadro del horno o la aplicación de moduladores de frecuencia (variadores de frecuencia) en el motor del ventilador constituyen, con o sin dispositivo para la regulación automática de la presión en horno, soluciones opcionales realizadas a petición. Está disponible además una toma de aire de ambiente en el colector de humos, ajustable manualmente con una válvula de mariposa, que permite reducir la temperatura de los humos cuando esta puede resultar excesiva para el ventilador. Asimismo, representa un órgano de regulación fina de la cantidad de humos aspirados. La distribución del tiro por encima y por debajo del plano de rodillos posee una eficacia limitada: se observa en efecto que ya a 10-12 metros de las tomas en el horno, los humos siguen el recorrido más natural, por encima del plano de rodillos. Esto resulta favorecido por la fácil comunicación entre los dos niveles de la cámara de paso, por los espacios huecos entre rodillo y rodillo de las porciones de la rodillera sin cubrir por la carga. El aire de combustión suministrado a los quemadores, en una cantidad que suele variar entre 5 y 35 m3/h por quemador, se define en función de las necesidades. Dilatado por la temperatura, este representa la gran parte de los volúmenes a evacuar. A estos volúmenes se suma por lo menos una parte del aire soplado en el enfriamiento rápido. El aire soplado en el enfriamiento rápido puede ser completamente o parcialmente aspirado por el ventilador de humos o por aquel de aspiración de aire caliente en el enfriamiento final. Aspirado por el ventilador de humos, al menos en parte, desempeña un papel positivo en el consumo de combustible, puesto que, ya en gran medida sobrecalentado, permite suministrar cantidades inferiores de aire a los quemadores (más frío) y asegura una buena oxigenación de la cámara de paso (figura 8).

Aire de enfriamiento

Aire de combustión

Prehorno

Precalentamiento

Cocción

Enfriam. rápido

Enfriamiento lento

Enfriamiento final

Figura 8. Recorrido de la circulación del aire con aspiración parcial hacia la salida. 233

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Aire de combustión Prehorno

Precalentamiento

Aire de enfriamiento Cocción

Enfriam. rápido

Enfriamiento lento

Enfriamiento final

Figura 9. Recorrido de la circulación del aire y transporte del aire hacia la salida.

Aspirado por el ventilador de aire caliente en el enfriamiento final, con un recorrido equicorriente a la carga, puede ser de notable ayuda para conservar el calor de la cámara de paso en presencia de importantes huecos de carga y, por lo tanto, salvar la cabeza de producción de eventuales roturas en la fase de retransformación del cuarzo (figura 8). La cantidad de aire introducida se modula automáticamente para mantener en la zona de enfriamiento rápido la temperatura deseada; por consiguiente, sobre todo si la alimentación de la carga no es continúa y si los parámetros por defecto del termorregulador actuador no están optimizados, se ocasionan oscilaciones de presión en el horno, como si el horno “respirase”. El aire soplado en el enfriamiento final se distribuye por sopladores transversales al horno, dispuestos por encima y por debajo del plano de rodillos. El aire sale por la perforación del soplado, orientado de forma perpendicular a la carga. Esta configuración de enfriamiento final optimiza el rendimiento y la posibilidad de recuperación energética, ya que los volúmenes de aire a 110-160 °C encuentran fácil posibilidad de uso. La situación de presión del horno es ciertamente un elemento notable de regulación, pero poco determinante de cara a los objetivos del resultado de la cocción. Cuando se atribuye un valor a la presión del horno, esto debe ser referido a un punto de registro en el canal de cocción, teniendo en cuenta que la presión es mínima con relación a las tomas de los humos en el prehorno, y máxima en la zona de enfriamiento rápido por la introducción de grandes volúmenes de aire. Además, en la misma zona del horno, la presión es máxima al nivel de la bóveda y mínima al nivel del suelo, con diferencias muy apreciables. Por comodidad, la presión del horno se registra al nivel de los quemadores por encima del plano de rodillos en el penúltimo módulo de la zona de cocción. Otro modo, menos técnico pero muy práctico y significativo, consiste en la identificación del punto de presión ± 0 entre la depresión del precalentamiento y la presión en la zona de cocción. El siguiente diagrama representa un recorrido de las presiones en la cámara de paso bastante característico (figura 10). En todo caso, se recomienda no aumentar la presión del horno por encima del límite de 0.3 mm de ca, de no equilibrar los tiros de modo que una parte de los humos generados en la zona de cocción se conduzcan hacia la salida del horno: como consecuencia sufre el consumo y aumentan los problemas de desgasificación en el precalentamiento. Controles Existen muchos controles importantes a realizar para la correcta gestión de un horno cerámico, por ejemplo sobre la composición de los humos de salida por la chimenea, sobre 234

Cocción

Enfriamiento final

Enfriamiento indirecto

Enfriamiento rápido

Salida aire de enfriamiento

Aire de combustión

Aire de precalentamiento

A la chimenea

Salida de baldosas

Entrada de baldosas

PRECALENTAMIENTO

COCCIÓN

ENFRIAMIENTO RÁPIDO

ENFRIAMIENTO LENTO

ENFRIAMIENTO FINAL

PRESIÓN

DEPRESIÓN

Figura 10. Distribución de las presiones en el horno

la composición, o al menos el contenido de oxígeno, de la atmósfera al interior del horno, sobre la velocidad y el caudal de los ventiladores etc., pero los principales parámetros a tener bajo control son sin duda la presión y la temperatura. El control de la primera se lleva a cabo valiéndose de equipos muy sencillos, capaces de comprobar el modesto régimen de presión o depresión en las diferentes zonas. Es por lo tanto suficiente recurrir a manómetros de tubo en U, que tienen un extremo abierto en comunicación con la atmósfera del ambiente y el otro unido, por adecuados tubos resistentes al calor, con la cámara de cocción. El líquido de llenado puede ser sencillamente agua y el desnivel que se crea con respecto a la situación de equilibrio antes de la medición da el valor, ya tabulado, de presión o depresión. Muy utilizados también son los deprimómetros inclinados, que funcionan de acuerdo con el mismo principio, y proporcionan buenas resoluciones, hasta 1/20 de mm. Para el control de la temperatura existen varios equipos, basados en diferentes principios de medida, cuya limitación principal es la dificultad de obtener un cuadro verdadero de la distribución de temperatura en las piezas cerámicas o los materiales estructurales, ya que la medida debe realizarse casi siempre sin contacto, porque el material está en movimiento y la cámara de cocción es amplia y cerrada. Entre los equipos más sencillos y de mayor uso cabe destacar los pirómetros termoeléctricos, habitualmente conocidos como termopares, en los cuales dos conductores soldados entre sí a un extremo, por el efecto Seebeck, dan lugar a una fuerza electromotriz proporcional a la temperatura a la cual se encuentra la conexión. De acuerdo con el intervalo de temperatura a controlar es necesario utilizar diferentes pares metálicos: hasta 600 °C cobre y una aleación de cobre/níquel, llamada constantan; hasta 1000 °C una aleación de cromo/níquel, llamada cromel, con una aleación de aluminio/níquel, llamada alumel; para temperaturas más elevadas, hasta unos 1600 °C, varias aleaciones de platino con rodio (Pt/Pt-Rh). Como hemos indicado, la limitación de los termopares deriva de la dificultad de obtener una medida por contacto: se utilizan para el control en continuo 235

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de las varias zonas del horno o para controles ocasionales de los materiales, por ejemplo insertándolos dentro de los rodillos hasta diferentes niveles dentro del horno. Otros medios eficaces de medición de la temperatura son los pirómetros ópticos, que basan su medida, de un objeto focalizado mediante un centrado óptico, en la comparación entre el color de la radiación emitida por el objeto a medir y aquel de una muestra a una temperatura conocida (p. ej. un filamento calentado eléctricamente). Se pueden obtener mayores prestaciones mediante el uso de instrumentos capaces de medir la radiación infrarroja emitida, los pirómetros IR. En este caso, es de extrema importancia la correcta calibración del instrumento, por medio de la selección de un coeficiente de emisión significativo. Asimismo, un método de estimación de la temperatura efectivamente alcanzada por las piezas cerámicas sometidas a cocción es aquel de hacer pasar en el horno, junto con ellas, objetos concretos, realizados con materiales cerámicos de contracción conocida y calibrada con la temperatura: los más utilizados son sin más los anillos de Buller, con un diámetro de unos 63.5 mm, elaborados con una pasta de porcelana. Midiendo el diámetro después de la cocción se puede remontar, mediante las tablas apropiadas, a una temperatura. Estas mediciones tienen la importante limitación de ser en gran medida dependientes también del tiempo de paso por el horno, y solo pueden dar, por lo tanto, una indicación relativa, nunca absoluta, de la temperatura. Pueden ser útiles para controlar la estabilidad térmica transversal en un horno. Ya que el diámetro en crudo no está calibrado, es absolutamente aconsejable registrar la diferencia dimensional efectiva entre la pieza en crudo y cocido, y no realizar atribuciones solamente en función del diámetro en cocido. Con relación a los controles de temperatura señalamos, finalmente, la posibilidad de utilizar adecuados sistemas de adquisición de datos, oportunamente aislados, que se pueden introducir directamente en el ambiente de cocción, junto con el material de carga; estos tienen la capacidad de adquirir y registrar, a lo largo de toda la duración del ciclo, la señal que proviene de los diferentes termopares conectados con ellos. De este modo es posible, mediante la oportuna colocación de los termopares, obtener también informaciones valiosas sobre la inercia térmica del material y sobre la distribución de temperatura entre el exterior y el interior de la pieza. Va más allá de los objetivos del presente tomo profundizar en temas de optimización de la gestión de los hornos para la cocción de baldosas cerámicas, especialmente con respecto a los consumos específicos de combustible, de energía eléctrica, etc. Resulta muy interesante, en cambio, citar un ejemplo del balance térmico indicativo, que permite tener algunos parámetros medios de evaluación sobre los principales consumos; en las figuras a continuación se presentan dos de estos esquemas, relativos a la fabricación de baldosas, calculados para el caso del uso de aire comburente a temperatura ambiente, o de recuperación, con aire precalentado (figuras 11 y 12).

236

Cocción

22%

13%

2.15 kg de humos + aire tecnológico T=250ºC 114 kcal/kgp

9.5%

Pérdidas estructura 70 kcal/kgp

1 kg de mat. a cocer

52.5% Aire caliente 12 kg

Reacciones endotérmicas 50 kcal/kgp

T= 126 °C 276 kcal/kgp

1 kg de mat. cocido T= 90°C 15 kcal/kgp

Horno de Rodillos

Aire comburente

3%

Combustible 525 kcal/kgp

T=30ºC e=1.10

Balance térmico indicativo de un horno de rodillos

Aire comburente T=30ºC

Figura 11. Balance térmico indicativo de un horno de rodillos con aire comburente a 30 ºC. 10%

0.82 kg de humos + aire tecnológico 45 kcal/kgp T=250ºC

16.7%

Pérdidas estructura 70 kcal/kgp

1 kg de mat. a cocer T=30ºC

12%

57%

Reacciones endotérmicas 50 kcal/kgp

1 kg de mat. cocido T=90ºC 15 kcal/kgp

Horno de Rodillos

Aire comburente 0,74 kg 36 kcal/kg T=230°C e=1,10

Aire caliente 104 kg 240 kcal/kgp T=126 °Ckcal/kgp

3.5%

Combustible 420 kcal/kgp

Aire comburente precalentamiento con recuperación de la zona de enfriamiento T=230ºC

Figura 12. Balance térmico indicativo de un horno de rodillos con aire comburente a 230 ºC.

237

Tecnología cerámica aplicada

Rodillos Uno de los principales componentes del horno, el rodillo, ha sufrido una evolución paralela a aquella del horno mismo. De hecho, hemos pasado de los rodillos metálicos a los rodillos cerámicos, “adaptándolos” a medida que las temperaturas de cocción sufrieron un incremento por las necesidades técnicas del producto a cocer, por los ciclos de cocción cada vez más rápidos y por el continuo aumento de anchura de la boca del horno. Se ha observado en efecto que la superación de los 1160-70 °C ha determinado el abandono de los rodillos metálicos, que a estas temperaturas, experimentaron un rápido deterioro, también cuando se construyeron de aceros muy valiosos y caros como el INCONEL 601. Los fabricantes de rodillos cerámicos han proporcionado luego para el técnico cerámico una gama de rodillos, formulados en base a óxidos y no óxidos, optimizados para las diferentes zonas del horno, que presentan una calidad excelente a un coste relativamente contenido, tal de comportar casi completamente el abandono del uso del rodillo metálico. Rodillos metálicos Como hemos indicado en la introducción, los primeros hornos de rodillos fueron equipados exclusivamente con rodillos metálicos, cuya calidad iba del simple rodillo Mannesmann a los rodillos de acero inoxidable, de tipo cada vez más valioso, a medida que se avanzaba en el horno hacia la zona de cocción. Los rodillos empleados normalmente fueron de las siguientes calidades: - Mannesmann para temperaturas hasta 300 °C - Aisi 310 S para temperaturas hasta 900 °C - Inconel 601 para temperaturas hasta 1170 °C Las principales cualidades de los rodillos metálicos pueden resumirse de la siguiente forma: - gran facilidad de limpieza; en efecto, el coeficiente de dilatación mucho más alto con respecto a los compuestos cerámicos cuyo rodillo se “ensucia” determina la separación de estos compuestos en el momento que el rodillo metálico se enfría bruscamente, por lo que es suficiente extraer el rodillo del horno a temperatura para efectuar su limpieza; - insensibilidad al choque térmico, el rodillo metálico no sufre en absoluto el apagado de emergencia del horno mismo. Por otra parte, el calentamiento también requiere menos precauciones, por lo que los hornos con rodillos metálicos y aislamiento interior de fibra pueden ser encendidos y apagados repetidamente, incluso con una frecuencia semanal; - gran durabilidad en el tiempo, en ausencia de agentes químicos agresivos presentes en la atmósfera del horno; - buena rectilinearidad en aquellas zonas del horno donde existen diferencias pronunciadas de temperatura entre la parte superior e inferior del plano de rodillos. Esto se debe a la gran conductividad térmica de los rodillos metálicos que impide la deformación del rodillo a causa de calentamientos diferenciales. 238

Cocción

Por el contrario, los factores negativos que han determinado el progresivo abandono de los rodillos metálicos con el tiempo han sido los siguientes: - coste, los rodillos metálicos presentan costes aproximadamente tres/cuatro veces superiores a los de los rodillos cerámicos; - durabilidad muy limitada en presencia de agentes químicos agresivos en la atmósfera del horno; en este sentido, son particularmente perjudiciales los compuestos de azufre que reaccionan con el níquel presente en los aceros formando sulfuro de níquel bajo-fundente; asimismo, en casos extremos, se ha observado la presencia de perforaciones en los rodillos después de solo 72 horas de funcionamiento; - imposibilidad de uso a altas temperaturas por el rápido deterioro y por las curvaturas muy marcadas a temperaturas superiores a 1160 °C, excluyendo por consiguiente la posibilidad de su uso para la monococción de pavimento blanco y de gres porcelánico; - imposibilidad de uso en hornos anchos por problemas de curvatura, incluso cuando se someten a cargas de bajo peso. El balance de las ventajas y desventajas ha llevado hoy en día prácticamente al abandono de los rodillos metálicos, con excepción de algunos casos muy específicos como: - monococción porosa blanca de formato grande donde, por las características de la pasta, es necesario tener, en el precalentamiento, grandes diferenciales entre la zona superior e inferior del plano de rodillos; - bicocción poroso donde, siempre por las características de las materias primas empleadas en la pasta, se genera un rápido ensuciamiento de los rodillos en la zona de precalentamiento en el horno del bizcocho. Sin embargo, son casos bastante limitados y se trata normalmente de optimizar las pastas, cuidar la limpieza de la parte inferior de las baldosas, modificando si es preciso también la albañilería y optimizando la gestión del horno para evitar de tener que utilizar los rodillos metálicos. Rodillos cerámicos La evolución de la tecnología de fabricación de las baldosas cerámicas ha comportado el desarrollo paralelo e incremento de las características físico-químico-cerámicas de los rodillos, para adecuarlos a las necesidades de los nuevos productos a fabricar. Ha sido necesario formular nuevas composiciones de rodillos que permitieron alcanzar temperaturas cada vez más altas, ciclos cada vez más reducidos, formatos cada vez más grandes acompañados de deformaciones, sobre todo de planaridad, piezas cada vez más delgadas. Los fabricantes de rodillos han respondido a estas demandas elaborando rodillos más específicos para el uso requerido, diversificando los rodillos, no solo en función de las temperaturas de funcionamiento, sino también teniendo en cuenta las tipologías del material que tuvieron que soportar los rodillos. Hay que destacar asimismo, que en el ámbito de la misma clase de rodillos, ya se ha demostrado claramente que los rodillos responden de manera diferente en función de las 239

Tecnología cerámica aplicada

materias primas que componen la pasta del producto a cocer. Se verifica, en efecto, que incluso ligeras diferencias de formulación entre los rodillos de la misma categoría, preparados por proveedores diferentes, pueden dar lugar a resultados diferentes con relación a la vida útil de los rodillos mismos. La diversificación de los rodillos fabricados ha determinado la creación de rodillos de clases diferentes, que pueden resumirse en: - rodillos estándar; - rodillos semitécnicos; - rodillos técnicos; - rodillos especiales. Puesto que es lógico que cada categoría de rodillo presente también un coste muy diferente, se ha convertido ya en una costumbre normal diferenciar la categoría del rodillo utilizado en las diferentes zonas del horno para limitar los costes de la instalación. Materias primas y formulaciones En la fabricación de los rodillos se utilizan materias primas y semielaborados de calidad elevada, que inciden por lo tanto de modo significativo en el coste final del rodillo. En las tablas siguientes se presentan las composiciones típicas de los rodillos utilizados más frecuentemente:

Tabla 5.

Tabla 6. 240

Cocción

Las diferentes temperaturas y ciclos a los que se cuecen los rodillos son responsables de la formación de las fases cristalinas de diferente calidad y proporción, que luego determinan las características del rodillo acabado. Consideraciones sobre las causas más comunes de la rotura de rodillos Las posibles causas de rotura de los rodillos son esencialmente atribuibles a: Problemas mecánicos Era previsible que el rodillo, siendo un material cerámico, presentara una fragilidad bastante marcada; por esta razón, los esfuerzos mecánicos, como los golpes o presiones excesivas, pueden determinar también la rotura de rodillos nuevos. Por lo tanto, los rodillos deben tratarse siempre con cuidado, empezando por las operaciones de apertura de la caja que los contiene. Otra operación a realizar con cuidado es la limpieza con la máquina apropiada, que debe estar regulada oportunamente para no solicitar excesivamente el rodillo en la limpieza. Otro momento de riesgo de rotura es la introducción del rodillo en el horno; en efecto, si el rodillo no se ha secado con precisión, la salida demasiado brusca del agua puede provocar la rotura. Rotura por fatiga Como hemos visto anteriormente, los rodillos comercializados actualmente se distinguen por su composición mineralógica y, por lo tanto, por su temperatura límite de funcionamiento. Los fabricantes de rodillos proporcionan tablas adecuadas que indican estos límites, pero la temperatura por sí sola es únicamente indicativa, ya que está ligada estrechamente a la carga sobre el rodillo, además de las características del horno y la naturaleza del material a cocer. Para examinar el esfuerzo mecánico que el rodillo debe soportar durante el funcionamiento, esto se calcula aplicando la siguiente fórmula: σ (kg/cm2) = M/W siendo: M = P1 L/8 + P2 (2L-I)/8 W = PGR/32 (De4. Di 4) / De M = momento estático (kg/cm2) W = módulo resistente (cm3) P1 = peso del rodillo entre los apoyos (kg) P2 = peso de la carga (kg) L = distancia entre los apoyos (cm) I = anchura de la carga (cm) De = diámetro externo (cm) Di = diámetro interno (cm)

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Tecnología cerámica aplicada

Agresión química Es la causa principal de la rotura anticipada de los rodillos. Dicha rotura puede producirse dentro del horno durante el normal funcionamiento, en la extracción de un rodillo del horno para las operaciones de limpieza, a causa de una parada de emergencia del horno, o también con ocasión de paradas programadas del horno para el mantenimiento normal. El aspecto de la rotura es bastante característico, ya que normalmente tiende a aparecer como una grieta longitudinal de algunas decenas de centímetros de largo o como una grieta transversal que secciona el rodillo en forma de múltiples cilindros de 15-20 cm de longitud. La parte de los hornos donde se manifiestan los daños tiene una longitud de unos 10 metros y está entre las zonas de precalentamiento y el inicio de la cocción; las temperaturas correspondientes van de 680 °C a unos 880 °C y se pueden observar depósitos salinos en la bóveda y en las paredes del horno. La composición de estas sales, predominantemente K2SO4 y K3Na(SO4)2, señala la presencia de vapores alcalinos y vapores de azufre en la atmósfera de los hornos: las primeras proceden evidentemente del material en cocción y las segundas principalmente del combustible. En algunos casos, estudiados en profundidad, las materias primas empleadas fueron arcillas de alto contenido de sales solubles constituidas por sulfato de sodio, con proporciones menores de sulfato de calcio y sales complejas de potasio y sodio (SO3 = 0.8%). Los rodillos degradados muestran haber sufrido un ataque alcalino, principalmente de parte del potasio, con la formación de fases cristalinas como leucita, kalsilita y sanidina, completamente ausentes en los mismos rodillos antes de su uso. La hipótesis es que el ataque alcalino ocurriera principalmente por un proceso de deposición de sulfato potásico en la superficie expuesta y en los poros de los rodillos y la reacción con la mullita contenida en estos, como por ejemplo: 3Al2O3.2SiO2 + 3K2SO4 → 6KAlSi2O6 + SO3 mullita leucita Precauciones en el uso de los rodillos Existe un conjunto de precauciones sencillas a observar para asegurar un uso correcto de los rodillos, asegurando así su máxima duración posible, compatible con las condiciones de funcionamiento. Las modalidades aconsejadas para el uso óptimo son las siguientes: - El secado de los rodillos antes de la introducción es obligatorio y debe realizarse del modo más uniforme posible. Se aconseja utilizar para este objetivo la parte inicial del horno, ya que el secado que se obtiene colocando los rodillos sobre o en proximidad del horno no es suficiente. - Con el fin de evitar infiltraciones de humedad, los rodillos no deben estar guardados al aire libre, sino siempre en lugares secos y calentados. - Con el fin de obtener un calentamiento homogéneo en toda la longitud del rodillo, la instalación en el módulo del horno debe ser efectuada lo más rápidamente posible y por personal experto. - Con el fin de reducir eventuales pérdidas de calor hacia el exterior del horno y cuando se crea necesario desgasificar el interior del rodillo mismo, el tamponado por me242

Cocción

dio de fibra cerámica debe ser efectuado por una sola extremidad (lado de arrastre). - La velocidad de rotación para la inserción y extracción del rodillo debe ser equivalente, en la medida de lo posible, a la operativa. Después de la extracción, el rodillo debe mantenerse en rotación durante algunos minutos. - En la extracción, los rodillos no deben entrar en contacto con elementos metálicos fríos. Para su movimentación es aconsejable emplear útiles aislados con fibras cerámicas. Para evitar que el rodillo se enfríe demasiado rápidamente, es aconsejable, especialmente para los rodillos técnicos, cubrirlo con fibra cerámica. - Para la zona de máxima temperatura del horno es siempre preferible utilizar rodillos nuevos cuando se sustituyen rodillos para las limpiezas. Los rodillos sometidos a la operación de limpieza deben integrarse siempre hacia el principio de la zona de cocción, reemplazando rodillos todavía limpios que aún pueden ser utilizados en la zona de máxima temperatura. Cuando se realizan estas operaciones, es conveniente que la temperatura de los rodillos no se reduzca por debajo de los 500 °C. Se aconseja el taponado con fibra cerámica dentro de los rodillos para disminuir los fenómenos de agresión química, debidos al efecto “chimenea” del rodillo mismo. - Con el fin de espaciar al máximo las paradas de limpieza y de limitar (en lo posible, la formación de costras), los rodillos deben ser engobados, utilizando, por ejemplo, los siguientes tipos de engobe: Para la fabricación de baldosas porosas de base carbonática: 80.0% ALÚMINA ANHIDRA 20.0% CAOLÍN Para la fabricación de baldosas gresificadas o de baja porosidad: 12% ALÚMINA ANHIDRA 88% MAGNESITA (MgCO3) Engobe universal:

RODILLOS ROTOS CAOLÍN

80% 20%

NOTA: Las modalidades de preparación y aplicación son parecidas para los tres tipos de engobe: - Residuo de molienda: 1.0% sobre tamiz de 45 micras - Adhesivo: 0.3% de CMC - Agua: 68-72% - Densidad de aplicación: 1160-1200 g/litro Problemas originados por los rodillos Excluyendo el problema ligado a la presencia en el horno de rodillos sucios, los rodillos limpios pueden causar problemas con relación al avance del material en el horno. 243

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Zona de cocción El material avanza dispuesto de acuerdo con el siguiente modelo (figura 13). Zona de enfriamiento El material se presenta de acuerdo con el esquema de la figura 14 o, incluso peor, se solapa. Para solucionar el problema se puede intervenir en la zona de cocción o en la zona de enfriamiento. Zona de cocción En la zona de cocción coexisten dos estados del rodillo que tienden a ralentizar el material en el centro con respecto a la zona de las paredes. El primero es el efecto natural de la temperatura que, como se sabe, genera un abombamiento en el centro del rodillo por piroplasticidad. También una variación de solo algún décimo es suficiente para crear un retraso en el avance del centro. Este estado es conocido y presente en todas las cocciones en función de las temperaturas alcanzadas. El otro estado se debe a la tecnología de fabricación del rodillo mismo, la cual, creemos útil recordar, prevé una cocción suspendida, sujetando el rodillo a uno de sus extremos. Esto comporta una “fluencia” hacia abajo, obteniéndose la sección del rodillo que puede representarse de la forma indicada a continuación (figura 15). El rodillo se corta luego a la medida por las líneas punteadas. De este modo, al final de la cocción, el material debería presentar un frente de avance más rectilíneo. En el caso que la nueva disposición del plano de rodillos todavía no diera

Figura 13. Avance del material en la zona de cocción.

Figura 14. Avance del material en la zona de enfriamiento.

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Cocción

Figura 15. Esquematización del proceso de fabricación del rodillo cerámico.

el resultado deseado, es decir, que el avance del material resulta insatisfactorio, se puede recurrir a rodillos de forma bicónica, para imprimir una velocidad periférica máxima al centro y en disminución hacia el extremo. El uso de estos rodillos se aconseja en bloques de 5-8 piezas por módulo de horno después de la zona de cocción, para un total máximo de 30-40 rodillos, hasta la salida de las piezas. Zona de enfriamiento Con relación al enfriamiento “directo”, se crea una situación del tipo presentado en la figura 16. Esta diferencia de temperatura provoca una deformación de los rodillos con una curvatura hacia arriba, creando un efecto opuesto a aquel de la zona de cocción. Está claro que el avance de las baldosas será ahora más veloz en el centro que en la pared. Naturalmente, la creación de un enfriamiento más homogéneo, entre la zona superior e inferior del plano de rodillos, puede ser de gran ayuda.

DONDE T2>T1

Figura 16. Deformación de los rodillos en la zona de enfriamiento. 245

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Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

Capítulo VII LÍNEAS DE CLASIFICACIÓN, EMPAQUETADO Y PALETIZACIÓN

Introducción Antes de proceder a analizar la maquinaria y los equipos que componen una sección de clasificación, es conveniente considerar brevemente algunos aspectos fundamentales: la sección de clasificación se sitúa al final de la fase de elaboración, cuando la baldosa ya ha adquirido todas sus características físicas y estéticas. La sección de clasificación no va a influenciar en modo alguno estas características, solamente puede comprobar y clasificar el producto. La función fundamental de la sección de clasificación es llevar a una subdivisión del producto, con el empaquetado correspondiente, realizada en función de parámetros cualitativamente objetivos, así como criterios sujetivos, a imponer de acuerdo con la relación que la empresa cerámica quiera mantener con el mercado de consumo. En otras palabras, los parámetros sobre los que se basa la división de las baldosas en clases de calidad no son ajenos a consideraciones de carácter comercial con relación al perfil de la empresa y adquieren por tanto un valor relativo. Las funciones desarrolladas en esta sección han estado durante mucho tiempo relativamente poco automatizadas, confiadas principalmente a la pericia de los operadores humanos, precisamente por la dificultad objetiva de concebir y realizar sistemas de “visión” artificial eficientes y fiables; estas funciones son ahora objeto de una continua puesta al día tecnológica, mediante la aplicación de sistemas de formación de imagen, basados en sensores cada vez más sofisticados, por lo que resulta muy difícil hipotetizar los desarrollos del próximo futuro. Análisis y clasificación de las baldosas Se realiza un análisis visual y un análisis de control dimensional y geométrico automático; el análisis visual determina: • Defectos de las baldosas. • Subdivisión de las baldosas en función de tonalidad. El análisis dimensional y geométrico determina: • Subdivisión en clases dimensionales. • Análisis cualitativo correlacionado con defectos de forma. Por consiguiente, hace falta distinguir entre el defecto, entendido como elemento de alteración del valor de la baldosa, y la diferenciación dimensional y de tono que no altera el valor de la baldosa, para que se tenga una agrupación de las mismas en paquetes y palets homogéneos en tono y calibre. 247

Tecnología cerámica aplicada

Para una información más detallada referimos al lector a la normativa internacional (ISO 13006) y al capítulo relativo a la clasificación de los productos acabados (figura 1). Configuración de una sección de clasificación Una sección de clasificación no está compuesta por una máquina individual, dimensionada de forma conveniente en función de la tipología de producto y la productividad requerida, sino más bien de una serie de equipos cuya adopción, en función de las exigencias particulares de la empresa, así como de sus especificidades productivas, origina una configuración de instalaciones fruto de las diferentes posibilidades de combinación de los varios equipos disponibles en el mercado. A continuación se tratará de analizar las principales características de las máquinas que pueden entrar a formar parte de una sección de clasificación, empaquetado y paletización de baldosas cerámicas. Líneas de enlace El enlace con las máquinas aguas arriba, directamente conectadas con el horno o constituidas por sistemas de almacenamiento del material, está formado por líneas de transporte de baldosas encargadas de preparar el flujo de material, generalmente discontinuo y no uniforme, para obtener la mejor condición de entrada a la zona de clasificación. Se introducen por tanto, en el caso de no estar previstos aguas arriba, equipos destinados a uniformar el flujo: el objetivo es la obtención de una continuidad uniforme en el río de baldosas de entrada al banco de clasificación, recuperando las eventuales discontinuidades y no uniformidades, reconstruyendo así un flujo continuo, homogéneo y sin huecos entre una baldosa y otra. La consecución de esta simple condición es básica para la obtención de la máxima linealidad de funcionamiento; basta considerar lo que supone, tener que hacer frente al eventual flujo no homogéneo, incrementando, a igualdad de las baldosas a tratar por unidad de tiempo, la velocidad de los sistemas de transporte sobre los que las baldosas transitan con las consiguientes incomodidades para el operador dedicado a la clasificación, que observa cómo se reduce el tiempo a su disposición para analizar la baldosa a causa la mayor velocidad. Junto a esta función, el transporte de enlace está organizado generalmente para poder acoger diferentes equipos auxiliares, como p. ej. sistemas de control, uno detrás de otro (normalmente cuando están a la salida del horno), sistemas de limpieza con cepillo y ventilador, giradores de baldosas (para orientar oportunamente las baldosas rectangulares), sistemas de acumulación con pulmón compensador vertical para la gestión de las microparadas de la clasificación. Estación de clasificación visual La estación de clasificación visual, el banco de clasificación (figura 2), es la zona donde se produce el análisis cualitativo de las baldosas por el operador u operadores humanos. Las baldosas llegan a alimentar el banco de clasificación con un flujo que debe ser uniforme, continuo y sin huecos entre una baldosa y otra. Así, delante del operador se va creando una especie de plano que, iluminado de manera conveniente (luz rasante y/o luz difusa), permite el análisis y la identificación de los defectos. En concreto, el análisis consiste por una parte en la identificación de defectos superficiales debidos a errores en el ciclo de fabricación (puntos negros, gotas de esmalte, desconchados...), pero también en un análisis dirigido a determinar la pertenencia de la baldosa a grupos homogéneos 248

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

Criterios estéticos 1ª CALIDAD La superficie de uso de las piezas cerámicas debe aparecer integral en cada una de sus partes; para una evaluación estética se debe someter a ensayo una muestra de por lo menos 1 m2 o un número mínimo de baldosas, de acuerdo con lo establecido por la norma. La evaluación se realiza observando la superficie de uso de las piezas a una distancia de 1 m y bajo una intensidad luminosa de 300 lux. El resultado se expresa como porcentaje de baldosas con defectos. Requisitos para la 1ª calidad. Porcentaje de baldosas con defectos. 2ª CALIDAD Se debe someter a ensayo una muestra de al menos 1 m2 o un número mínimo de 30 piezas. La evaluación se realiza observando la superficie de uso de las piezas a una distancia de 2 m y bajo una intensidad luminosa de 300 lux. Requisitos para la 2ª calidad. Porcentaje de baldosas con defectos. 3ª CALIDAD Las piezas que pertenecen a este grupo incluyen todas las baldosas que no cumplen los requisitos establecidos para la 1ª y 2ª calidad. Criterios funcionales Requisitos para la 1ª calidad Las piezas deben satisfacer los requisitos exigidos por la 1ª calidad, establecidos por la norma específica de producto del grupo de pertenencia. Requisitos para la 2ª calidad Dimensionales Las piezas deben satisfacer los requisitos establecidos por la norma específica de producto para el grupo de pertenencia, con una desviación máxima admitida superior al 25% con respecto a las tolerancias indicadas por dicha norma. Propiedades físicas y químicas Las baldosas deben satisfacer los requisitos establecidos por la norma específica. Requisitos para la 3ª calidad Las piezas pertenecientes a este grupo incluyen todas las que no cumplen los requisitos establecidos para la 1ª y 2ª calidad.

Figura 1. Tabla resumida de la normativa.

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Tecnología cerámica aplicada

Figura 2. Banco de clasificación.

de tono, tomando este término en su sentido más amplio, como baldosas que poseen características de afinidad que las permiten ser agrupadas en paquetes cuyo contenido será necesariamente destinado a una colocación común. La acción de análisis realizada por el operador se traduce en un marcaje de la baldosa, destinado a permitir su sucesivo apilado por clases homogéneas. Dicho marcaje puede realizarse de forma material con rotuladores apropiados de tinta especial fluorescente (en este caso la señal será leída a continuación por una fotocélula adecuada) o de forma virtual, por medio de vagonetas codificadas o mesas magnéticas. En este caso, el código de pertenencia de la baldosa se gestiona por un control de posición de la misma que la acompaña hasta la fase de apilado. La capacidad humana de analizar un flujo continuo de material, observando y señalando sus eventuales defectos o variaciones de tonalidad, presenta un límite tanto de constancia temporal como de repetibilidad objetiva. En otras palabras, la necesidad de alternar diferentes operadores y la aleatoriedad de las variables en el examen convierten en delicada una fase orientada a subdividir la producción en función de parámetros no siempre objetivos, pero de elevado valor comercial. Por otra parte, esto se complica a menudo, cuando la necesidad de incrementar la capacidad productiva entraña el funcionamiento de una estación de clasificación visual con dos operadores y, por lo tanto, con un flujo de productos en dos filas, cada una confiada al análisis por una persona distinta, pero cuyas evaluaciones se funden enseguida a valle, dando lugar a paquetes únicos aunque generados por clasificaciones procedentes de dos operadores diferentes. Tanto el límite como la magnitud de la clasificación están todo aquí: una operación delicada y tan impregnada de caracterizaciones y variabilidades que incluso hoy día resulta difícil encontrar una alternativa automática (con relación al reconocimiento de los defectos y las tonalidades), pero al mismo tiempo una operación que precisamente por su 250

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

naturaleza humana constituye una fuente de potenciales errores, así como de la disminución de la velocidad de la productividad; en efecto, la capacidad productiva de una línea de clasificación no depende tanto de la velocidad de ejecución de los ciclos confiados a los equipos automáticos, sino de la presencia de un cuello de botella debido al límite objetivo de la capacidad humana de observar, decidir y actuar. Todo lo anterior justifica el fuerte interés con el cual en el mundo cerámico se sigue el progresivo desarrollo y consolidación de los equipos automáticos dedicados al control de las baldosas. Tramo de controles Enseguida, aguas abajo del banco de clasificación, se sitúa el dispositivo automático de control dimensional y geométrico, que se compone de dos secciones (figura 3): - Dispositivo de control de las dimensiones (calibre) y de los defectos dimensionales (luneta). - Dispositivo de control de la planaridad. El calibre registra las dimensiones de la baldosa, clasificando su flujo de acuerdo con clases homogéneas dentro de los umbrales fijados por el operador: las variaciones de calibre no son, de hecho un defecto, ni del punto de vista exquisitamente técnico, ni de un referente comercial más general. Lo importante es una subdivisión del producto dentro de unos límites estrechos, para evitar que puedan llegar a colocarse de forma contigua baldosas con fuertes diferencias dimensionales. Desde un punto de vista técnico, las medidas se obtienen con fibras ópticas y sensoriales lineales digitales que “fotografían” la baldosa, obteniendo una medida directa, resultante de la comparación con la huella dejada por la muestra patrón; la precisión es

Figura 3. Dispositivo de control del calibre y de la planaridad.

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del orden de 0.1 mm y la repetibilidad es buena, así como la estabilidad con respecto a las perturbaciones introducidas por el sistema de transporte cerámico. Otras soluciones prevén la obtención de las medidas mediante el uso de fotodiodos y codificadores, para obtener así un valor de tiempo y velocidad a partir de cuya interpolación es posible remontar al valor de la distancia; también en este caso, la precisión de la lectura es del orden del décimo de milímetro. Las medidas se efectúan sobre la baldosa, tanto de forma longitudinal como transversal (figura 4).

Figura 4. Medidas realizadas por el calibrador.

Las medidas X1, X2 y X3 identifican las secciones longitudinales paralelas al sentido de avance, las medidas Y1, Y2 y Y3, las secciones transversales perpendiculares al sentido de avance; por lo tanto, no se determina una medida, sino una serie de medidas. A partir de estas, se remonta a un valor único de “calibre” de atribución por medio de varios algoritmos de elaboración y, por consiguiente, a la asignación de la baldosa a una clase de calibre, es decir a un umbral, programable, de un grupo de baldosas dimensionalmente parecidas. Método de las aproximaciones sucesivas Este método se caracteriza por un algoritmo de cálculo que asegura una buena inmunidad a las perturbaciones asociadas a la precisión del sistema (figura 5). Esto se basa en la programación de calibres centrales que representan precisamente el valor “central” de una clase de calibre. A partir de los calibres centrales y de las medidas X1-2-3, Y1-2-3, se obtiene la com252

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización Calibres centrales

Baldosa

Método

Clase de calibre

Figura 5. Método de evaluación del calibre mediante el “calibre central”.

pilación de la tabla 1 donde se presentan los calibres centrales en la primera línea, mientras en cada columna se indica la diferencia entre el calibre central de aquella columna y la medida de la sección correspondiente a la línea. De este modo, en cada recuadro se obtiene un valor de desplazamiento; se seleccionan los valores máximos de cada columna (por lo tanto, el máximo desplazamiento de la medida del calibre central correspondiente) y el valor mínimo de estos valores máximos: en definitiva la desviación mínima del máximo desplazamiento de un calibre central identifica su clase de pertenencia. A modo de ejemplo, véase la tabla con los datos numéricos (tabla 2).

Máximo por columna

Tabla 1. Decimi di millimetro

Máximo por columna

26

Tabla 2.

253

Tecnología cerámica aplicada

Están programadas 4 clases de calibre. El fuera de calibre es =12; se elige el calibre central inferior y se establece por lo tanto la asignación de la baldosa a la clase C2 (4493). Método del lado medio (indicado por las normas UN EN 98) La ventaja de este método reside en la extrema comprensibilidad de la atribución. Se determinan también en este caso las clases de calibre, entendidas sin embargo como intervalos dimensionales (figura 6) con un valor mínimo y máximo impuesto para cada calibre. El calibre es un número calculado como valor medio de las medidas de las secciones: = (X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3)/6. Baldosa Método

Calibre

Clase de calibre

• Umbrales de clasificación: Para la determinación de la clase de calibre es necesario introducir umbrales de clasificación que presentan las siguientes características: - Formación de intervalos consecutivos adecuados para la determinación de la clase de calibre. - Los umbrales de clasificación son en número iguales a las clases de calibre programadas menos uno. Clase de calibre

Umbrales de clasificación

• Determinación del calibre: El calibre es el número calculado como promedio de las medidas de las secciones: calibre = (X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3)/6. • Determinación de la clase de calibre: Es suficiente identificar el intervalo de pertenencia del calibre calculado. Como se puede observar en la tabla, las clases de calibre C1 y C6 son intervalos abiertos en el sentido que todas las piezas que tengan un calibre inferior a S1 y superior a S5 serán respectivamente de la clase C1 y de la clase C6.

Figura 6. Método del lado medio.

254

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

La clase de calibre se da sencillamente a partir del intervalo de pertenencia del valor calculado anteriormente. Método del lado máximo Este método se basa también, como el anterior, en la definición de umbrales, intervalos, dentro de los cuales se hace recaer un valor, en este caso obtenido sencillamente a partir del valor máximo de las secciones X1-2-3, Y1-2-3. Los equipos más modernos ofrecen la posibilidad de utilizar, indistintamente, cualquiera de los métodos indicados previamente. Para establecer la no conformidad de la planaridad de las superficies, se trabaja por medio de sensores telemétricos con calibrado mediante una muestra patrón, y se construye un plano ideal de referencia: la comparación con el plano tomado de la baldosa en tránsito permite detectar sus defectos y desviaciones (tanto de tipo estadístico como de tipo local), determinando por consiguiente la clase de calidad de la misma. En este caso el análisis es meramente cualitativo, en otras palabras la desviación del plano ideal constituye un defecto. La imposición del umbral por encima del cual la presencia de este defecto conduce a la salida de la clase de calidad con la que el producto se introduce en el mercado puede fijarse por el operador. La figura a continuación representa gráficamente los defectos más habituales detectados por los equipos de control descritos anteriormente (figura 7).

Diferencia de lado

Luneta negativa, luneta positiva

Descuadres

Puntas hacia arriba

Concavidad bordes y diagonal

Convexidad bordes y diagonal

Alabeo, coeficiente global

Flechas en los lados

Concavidad diagonal

Convexidad diagonal

Figura 7. Representación gráfica de los defectos dimensionales más comunes. 255

Tecnología cerámica aplicada

Una aplicación recientemente implantada es la medición de los descuadres: estos se pueden medir mediante la aplicación directa de la correspondiente normativo ISO, midiendo por lo tanto en cada lado la magnitud de la desviación de la posición ideal (figura 8), o con equipos presentes en el mercado que proporcionan una medida de la ortogonalidad de los lados a través de una medida indirecta: midiendo la diferencia entre las diagonales y tomando este valor como índice de desviación de los lados perfectamente ortogonales. La indicación es precisa dentro de los límites en que se pueden considerar iguales y paralelos los lados de la baldosa. En efecto, es evidente que las diagonales de un trapecio regular, con lados de dos en dos iguales (por lo tanto de geometría de los ángulos no ortogonales), resultan iguales entre sí. La aplicación de esta otra posibilidad de medida cualitativa encuentra una aplicación después de las líneas de rectificación de los lados de las piezas de gres porcelánico; en este caso, la sucesiva colocación a junta cero impone también el cumplimiento de una elevada clase de precisión en esta característica geométrica.

Sentido de las lecturas positivas o negativas

Figura 8. Dispositivo para la medida de la ortogonalidad de los lados de acuerdo con la normativa.

La inspección automática de las baldosas Introducción Desde hace años la automatización de los procesos productivos representa una garantía de mejora de la producción y consiguiente reducción de los costes y los tiempos. También la industria de la fabricación pavimentos y revestimientos cerámicos conoce desde hace tiempo un alto grado de automatización de todas las fases de proceso. La clasificación de las baldosas es actualmente ya la única fase del proceso productivo dentro de una planta cerámica realizada enteramente por operadores humanos. Esta tarea se desarrolla predominantemente en las secciones de cernido, por operadoras que clasifican las baldosas en función de tono y defecto. 256

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

Normalmente las operadoras están sentadas en un banco, aguas arriba de la línea de clasificación donde pueden inspeccionar visualmente todas las baldosas que se desplazan por el sistema de transporte. En un panel colocado delante de la operadora misma se encuentran muestras de los diferentes tonos del producto que se está inspeccionando. La clasificación de tono de las piezas se realiza contrastando las que pasan con el conjunto de referencia. Al mismo tiempo, la operadora debe ser capaz de identificar eventuales defectos presentes en la pieza con vistas a determinar su disminución de clase de calidad. La operadora misma debe efectuar un marcaje conveniente de las baldosas en función del criterio formulado. En este punto, de acuerdo con los códigos que la operadora ha aplicado sobre las baldosas, la línea de clasificación aguas abajo de la operadora puede empaquetar las baldosas de manera automática. El proceso de inspección y clasificación de las piezas depende completamente de las habilidades e inteligencia del operador humano. De entrada, se puede afirmar que la habilidad del operador en el desarrollo de este trabajo monótono y repetitivo consiste en concentrar su atención sobre las anomalías y defectos que se presentan delante de sus ojos, sin considerar en cambio lo que está correcto. Esta capacidad de la inteligencia humana también permite identificar defectos muy pequeños y nunca vistos antes, también en presencia de baldosas con decoraciones y/o superficies muy complicadas, donde la distinción entre lo que es un defecto y lo que no lo es, no es siempre inmediata. La clasificación de las baldosas efectuada por el operador humano presenta en todo caso aspectos críticos. Esta criticidad no se debe a la capacidad de notar los defectos, sino principalmente a la falta de objetividad y fiabilidad en el tiempo. La introducción de sistemas automáticos para la clasificación de tonos y defectos significa entonces eliminar estos elementos de criticidad, al perseguir los objetivos que la automatización industrial se propone, es decir la mejora del nivel cualitativo y la reducción de los costes. Por este motivo, ya desde principios de los años 90, algunas empresas y consorcios oportunamente creados han concentrado sus energías y competencias en este campo específico. El objetivo de estas máquinas automáticas es indudablemente muy ambicioso y no exento de dificultad por la tendencia de fabricar baldosas que tratan cada vez más de reproducir los efectos y las características de las piedras naturales, o baldosas donde la aleatoriedad y falta de homogeneidad son características estéticas difícilmente distinguibles de los defectos. Una máquina que realiza la clasificación automática de las baldosas debe intentar, en primer lugar, reproducir las actividades desarrolladas por la operadora en la ejecución de la tarea misma. Hemos dicho que las operadoras, sentadas en el banco de clasificación, inspeccionan visualmente las baldosas que llegan bajo su mirada sobre la cinta de transporte. En la práctica, la tarea primaria de la operadora es observar cuidadosamente las baldosas que pasan delante de sus ojos. Está claro, por lo tanto, que el primer paso adoptado por una operadora en el procedimiento de clasificación es el uso del sentido de la vista. Al ob257

Tecnología cerámica aplicada

servar una baldosa, la operadora es capaz de extraer informaciones de tipo global, que concurrirán en la identificación del tono, e informaciones de tipo local que, en cambio, serán utilizadas para la individuación de los defectos. Durante el paso de las baldosas, la operadora debe mantener siempre un cierto nivel de atención que sufre un brusco aumento en caso de detectar anomalías en la baldosa bajo inspección. Sin embargo, en ciertos casos el funcionamiento de la sola función visual puede llegar a engañar a la operadora en el reconocimiento de los defectos. A veces, a lo largo del transporte, sobre las baldosas pueden caer partículas, polvo, pequeños detritos o gotas de líquidos. A primera vista, las baldosas afectadas por estos cuerpos extraños, pueden ser consideradas defectuosas; sin embargo, ya no lo son una vez eliminados estos elementos. Estos son los casos donde la operadora recurre a una veloz limpieza de la baldosa, repasándola con la mano (con guantes). Por consiguiente, podemos concluir que el sentido humano principalmente implicado, en la fase de adquisición de informaciones sobre la baldosa, es la vista, coadyuvada por el tacto en el caso de necesidad para aclarar situaciones dudosas. Las informaciones adquiridas permiten a la operadora evaluar la baldosa y asignarla a una cierta clase. La automatización de esta actividad significa, por lo tanto, ser capaz, en cierto modo, de emular los sentidos humanos implicados y simular sus funciones intelectivas. Es natural, por lo tanto, recurrir a sistemas de visión capaces de “ver” los objetos que deben ser inspeccionados y capaces de tomar las decisiones correspondientes. En un sistema de visión genérico, la función visual está desarrollada por telecámaras. Una telecámara oportunamente guiada es capaz de adquirir una imagen del objeto a inspeccionar y trasladarla al sistema de elaboración capacitada para desarrollar la función decisoria. Sin embargo, un sistema de visión genérico no es capaz de emular el sentido del tacto y, por lo tanto, puede ser fácilmente engañado cuando los objetos, en nuestro caso las baldosas, llegan sucios bajo las telecámaras. Para obviar este inconveniente, que llevaría a evaluaciones erróneas de las baldosas, es necesario equipar el sistema de visión de un sistema de limpieza de las baldosas situado aguas arriba del mismo, a lo largo de la línea de transporte. La complejidad de la realización de un sistema de visión para las baldosas, que se propone como objetivo último aquel de reemplazar a la operadora y, por consiguiente de simular de algún modo los mecanismos decisorios, requiere múltiples competencias en sectores como la óptica, el procesamiento de la imagen y la inteligencia artificial. A pesar de eso, desde hace algunos años se encuentran en el mercado sistemas automáticos para la clasificación de las baldosas y numerosas empresas cerámicas han incorporado estos sistemas en sus líneas de clasificación, de hecho, reemplazando al personal de clasificación. Características y funcionamiento de un sistema de visión para baldosas Ya hemos indicado que la primera tarea de cualquier sistema de visión, que se propone como objetivo la sustitución del operador, es la simulación de la función visual del hombre a través del uso de telecámaras. En el caso concreto de las baldosas, se necesitan telecámaras de alta resolución para 258

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

adquirir las imágenes con el detalle suficiente de permitir también la detección de defectos pequeños en baldosas de gran formato. La segunda tarea es la relativa a la fase decisoria, actividad que en un sistema de visión está desarrollada por el ordenador donde se trata de reproducir, mediante el uso de algoritmos complejos, los mecanismos decisorios adoptados por el operador. La tercera tarea es la de comunicar a los dispositivos automáticos de empaquetado a valle el resultado obtenido a partir de la elaboración de cada imagen individual adquirida. En el caso en estudio, el sistema de inspección puede proceder al marcaje de cada baldosa con códigos análogos a aquellos utilizados por los operadores, por lo tanto, fácilmente comprendidos por los lectores normales ya presentes en las líneas. Aparte de las soluciones técnicas y ópticas adoptadas y del software de elaboración de imaginas utilizado, casi todos los sistemas automáticos de inspección de baldosas presentan aspectos comunes. Teniendo en cuenta que la clasificación de las baldosas se realiza en función de la tonalidad y los defectos, los sistemas de inspección resultantes suelen dividirse generalmente en varios módulos, dedicados a cada uno de estos aspectos que elaboran en paralelo. Esta distinción nace del hecho que se trata de problemáticas diferentes que el personal de la clasificación afronta de modos diferentes. La comprensión de los diferentes automatismos que las operadoras aplican en la evaluación de los tonos y defectos no puede prescindir del análisis de las condiciones de iluminación en las cuales se observan las piezas. Estas condiciones deben permitir a la operadora misma de recoger las informaciones discriminatorias para las decisiones a continuación. También para un sistema de visión existe la necesidad de adquirir, por medio de la telecámara, imágenes que contienen las informaciones útiles para poder extraer las características y/o detectar los defectos de la baldosa bajo observación. Estas consideraciones ponen de relieve la criticidad de la selección de la fuente luminosa y la óptica a utilizar, una selección que, si equivocada, compromete la eficacia del sistema de visión. Con relación al análisis de tono, la operadora observa las baldosas desde lo alto en condiciones de luz difusa. Una visión completa de la baldosa le permite, no solo evaluar el tono en su totalidad, sino también recoger detalles de la pieza que comprometen la integridad de la decoración. Considerando entonces el módulo de análisis de tono, observamos que las baldosas están iluminadas generalmente con una fuente de luz difusa y con la telecámara en posición perpendicular al plano de desplazamiento de las baldosas (figura 9). Este planteamiento puede justificarse como un intento de simular, para la telecámara, condiciones análogas a las existentes cuando la operadora observa las baldosas. La clasificación de las baldosas en función del tono es un problema de colorimetría, es decir, de la medida cromática de una baldosa y de la identificación de este tono en función de clases de tono predefinidas. Mediante la elaboración de lo observado por la telecámara, un sistema de visión para la clasificación de baldosas debe ser capaz de simular la percepción humana del color. Al igual que la percepción del ojo humano, las informaciones relativas al color pueden clasificarse en función de tres parámetros “hue” (tonalidad), “saturation” (saturación) e “intensity” (intensidad), que definen un espacio entre los posibles espacios, el espacio HSI, para la representación del color. 259

Tecnología cerámica aplicada

cámara fotográfica

iluminación

iluminación

baldosa

Figura 9. Método de iluminación y observación automática

Cuando nos referimos a un color, en realidad nos referimos a una “hue” o tonalidad particular. La “hue” permite distinguir entre colores como el verde y el amarillo. La “hue” no es más que la percepción del color que un observador tiene cuando está sometido a diferentes longitudes de onda de luz refleja. Para un observador, la percepción de una imagen empieza en el ojo (figura 10). Los músculos ciliares modifican la córnea que actúa de lente con el objeto de focalizar la luz en la retina, la membrana que reviste la parte interna del ojo. En la retina se encuentran presentes millones de fotorreceptores, que son subdivididos en dos categorías en función del papel que desarrollan en la percepción de las imágenes.

Percepción Visual

iris

retina lente nervio óptico

eje visual fóvea

cornea músculos ciliares

Figura 10. Estructura del ojo humano.

260

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

Estos fotoreceptores transforman la información de la densidad de la luz y los colores en impulsos nerviosos que llegan al cerebro por el nervio óptico, donde estos impulsos se interpretan como una imagen. Los fotorreceptores, que son sensibles a la luz y permiten de ver en condiciones de escasa iluminación, se llaman bastoncitos. Estos fotorreceptores no contribuyen al reconocimiento del color. Esta tarea la desarrolla en cambio los fotorreceptores concentrados en la fóvea, designados conos. Existen tres tipos de conos identificados de forma aproximada como rojos, verdes y azules que responden a diferentes longitudes de onda de la luz. En la figura 11 se puede observar la intensidad de la respuesta de estos conos con respecto a la longitud de onda. Si aprecia que, en realidad, el pico de respuesta de los conos no corresponde siempre al color con el cual se identifican. En la figura 11 se observa que para las longitudes de onda entre 430 y 480 nanómetros, la percepción predominante es el azul, entre 500 y 550 nanómetros el verde, y por encima de 610 nanómetros el rojo. La saturación indica el grado de pureza del color, es decir, mide en cierto sentido la ausencia de mezclado con la luz blanca. Un color no saturado aparece como ‘decolorado o apagado’ mientras un color saturado es intenso y vivo. Por ejemplo, el rojo presenta un alto nivel de saturación mientras que el rosa posee un nivel muy bajo. El grado de saturación va de 0 al 100% para los colores puros que, por lo tanto, no contienen luz blanca. En cambio, la intensidad expresa la cantidad de luz reflejada y percibida por el observador. El análisis del valor de estos parámetros permite el reconocimiento del tono y de sus variaciones con relación a una medida de desviación del tono mismo. Las telecámaras de colores utilizadas en los sistemas de visión para las baldosas proporcionan imágenes expresadas en función de las componentes del espacio de color RGB (red, green y azul o rojo, verde y azul). Por lo tanto, resulta necesaria una transformación de la imagen en el espacio de color HSI (hue, saturation e intensity), que se presta mejor

Figura 11. Longitud de onda de las componentes principales, recibidas por los conos presentes en el ojo humano. 261

Tecnología cerámica aplicada

a la determinación del tono. Por otra parte, a través de un análisis de las variaciones locales de hue, saturation e intensity dentro de una imagen, es posible identificar los defectos cromáticos, como p. ej. manchas de color, impurezas, gotas de esmalte... Un sistema automático de clasificación de tono ofrece muchas ventajas con respecto a una clasificación manual. Normalmente, una operadora de clasificación es capaz de detectar ligeras diferencias cromáticas entre dos baldosas que aparecen al mismo tiempo en su campo de visión; sin embargo, no es siempre capaz de evaluar o recordar el color absoluto de una baldosa. Por el contrario, un sistema automático asegura una constancia de criterio en la identificación de un tono. Esta constancia también está asegurada por el hecho que los diferentes sistemas de clasificación en el mercado cuentan con mecanismos de calibración luminosa que permiten que las baldosas se ‘observen’ por la telecámara en condiciones tales a permitir una reproducción constante del color en el tiempo. Es por este motivo que la clasificación automática del tono asegura una estabilidad y una objetividad en el tiempo que no se puede alcanzar con una clasificación manual. Por lo que se refiere en cambio al módulo encargado de la adquisición de los defectos superficiales, se ha observado que los mejores resultados se obtienen observando las baldosas en reflexión directa. La figura 12 presenta el efecto provocado por un defecto que afecta la superficie de la baldosa, en el recorrido óptico de la luz procedente de la fuente de iluminación y dirigido a la telecámara. En condiciones normales, es decir en ausencia de un defecto, la luz que incide en la superficie llega a la telecámara siguiendo el recorrido normal en la reflexión. La luz que incide en la baldosa defectuosa experimenta en cambio una desviación de su recorrido óptico natural y solo una porción de la luz incidente alcanzará por reflexión la telecámara. En la imagen adquirida se podrá notar cómo una imperfección de forma de la baldosa se traduce en una anomalía óptica. En síntesis, se ha tratado una vez más de simular el mecanismo adoptado por la operadora dedicada a la clasificación, que percibe la presencia de un defecto de superficie como una anomalía en la reflexión de la luz con la que se ilumina una baldosa que transita por cámara fotográfica

iluminación

cámara fotográfica

baldosa

iluminación

baldosa

Figura 12. Efecto provocado por un defecto superficial.

262

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

el banco de clasificación. Si observamos detenidamente a la operadora, podemos apreciar que a menudo tratará de modificar su punto de vista sobre la baldosa para poder incluso detectar mejor las anomalías en la reflexión luminosa bajo ángulos diferentes. Estas consideraciones señalan la necesidad de adoptar dos diferentes módulos de iluminación-adquisición para el análisis del tono y para el análisis relativo a los defectos. En el módulo de defectos se emplean telecámaras de blanco y negro, siempre de alta resolución para poder identificar así también los defectos pequeños como grumitos y pinchados en las baldosas de grandes dimensiones. También en el caso de la clasificación manual de los defectos, los resultados dependen de la sensibilidad y tempestividad del operador a la hora de identificar la presencia de anomalías en la baldosa. Sin embargo, la necesidad cada vez más imperativa de aumentar los volúmenes de producción obliga muy a menudo a los operadores de clasificación a trabajar en condiciones que perjudican la eficacia de sus capacidades. Muy a menudo, en particular en el caso de los pequeños formatos, las baldosas pasan muy velozmente bajo los ojos de la operadora que dispone realmente de poco tiempo para analizar el tono y los defectos. Por otra parte se añade el hecho que a menudo las baldosas en la cinta están muy próximas, las unas a las otras, por lo que la operadora las ve pasar como un tapiz, como si se tratase de un proceso continuo. Este hecho impide a la operadora poder inspeccionar visualmente los bordes de la baldosa que están en contacto con los de la baldosa anterior y la siguiente en el sistema de transporte. Incluso cuando las baldosas llegan por separado al banco de clasificación, la operadora logra ver los dos bordes en el lado de avance de la baldosa, pero difícilmente tiene la posibilidad de inspeccionar los bordes más distantes. En algunos sistemas automáticos de clasificación, este problema está solucionado con cuidadosas selecciones ópticas que permiten adquirir imágenes en las cuales, con los oportunos algoritmos, es posible identificar contracciones de esmalte, desconchados y despuntados, incluso de pequeñas dimensiones que podrían escapar a la rápida mirada que la operadora debe aplicar. Con estas soluciones también se pueden identificar roturas y defectos en el bizcocho, no visibles desde lo alto, que no comprometen la estética de la baldosa pero que pueden comprometer su resistencia mecánica. Para que un sistema de visión sea capaz de inspeccionar un producto concreto, este sistema debe someterse a una fase de aprendizaje, análoga a la que seguiría una operadora en el caso de tener que inspeccionar un producto nuevo. El entrenamiento de la máquina se realiza adquiriendo un conjunto de muestras representativas para aquel tono. En este punto, el sistema está capacitado para extraer automáticamente aquellos parámetros característicos que identifican el producto bajo inspección y que serán utilizados para los algoritmos de elaboración de la imagen durante la fase de inspección. El operador que supervisa la máquina debe definir las tolerancias del tono y de los defectos (dimensión mínima, contraste mínimo, umbrales para las clases de calidad...). Es posible también monitorizar la desviación del tono y plantear la creación de un umbral de alarma relativo al fuera de tono, el cual, cuando se supera, requiere la intervención del operador para la creación de un nuevo tono. 263

Tecnología cerámica aplicada

Todo esto se realiza por medio de una interfaz gráfica, fácil de usar, que puede ser utilizada también por personal no experto en la informática. Instalación de un sistema automático de clasificación A partir de las consideraciones anteriores queda claro que, dentro de una planta cerámica, la posición natural de un sistema automático de clasificación de baldosas está dentro de la línea de selección, sustituyendo al banco de clasificación aguas arriba de la máquina de empaquetado. En el caso que toda la gama de baldosas fabricada por una empresa cerámica debe ser inspeccionada de manera automática, se puede considerar la sustitución definitiva del banco de clasificación. En el caso que existen productos sobre los que la clasificación automática no asegura buenos resultados, el sistema de clasificación puede coexistir entonces en la misma línea con el banco de clasificación ocupado por el operador. En este caso, el banco de clasificación tendrá que situarse aguas abajo del sistema automático de clasificación, de modo que cuando se desactiva este sistema, la clasificación se remite integralmente al operador, mientras que cuando se encuentra activo, al operador le ayuda en la clasificación misma. En efecto, en estas condiciones el operador puede ver, a través del adecuado marcaje, cómo se ha realizado la clasificación del sistema, y puede corregir eventualmente el criterio que el sistema ha asignado a la baldosa bajo observación. Por lo tanto, de acuerdo con el planteamiento que se configura, la inserción de un sistema automático de clasificación en una línea existente debe someterse a los vínculos de espacio disponibles en la línea misma. El problema de los estorbos del sistema y los espacios disponibles asume claramente una menor importancia cuando el sistema está incorporado en una línea de clasificación nueva. En general, casi todos los sistemas automáticos de clasificación están dotados de una propia cinta de transporte sobre la que se desplazan las baldosas procedentes del transporte aguas arriba. La necesidad de dotar el sistema automático de clasificación de una propia cinta de transporte nace de la exigencia que las baldosas pasen por las tomas de imagen en las mejores condiciones posibles, es decir, a una velocidad constante y, en lo posible, sin perturbaciones en su movimiento por vibraciones procedentes del resto de la línea. En la definición de las velocidades relativas entre las diferentes cintas de entrada y salida con aquella del transporte del sistema hace falta tener en cuenta un vínculo muy importante. Para que las telecámaras puedan adquirir por separado cada baldosa que se desplaza por la cinta es necesario que las baldosas pasen debajo de la toma de imagen suficientemente espaciadas. La separación de las baldosas puede obtenerse mecánicamente, manteniendo una velocidad de la cinta transportadora mayor que aquella de la cinta de entrada. De este modo las baldosas también pueden viajar pegadas sobre la cinta aguas arriba, pero, llegadas a la cinta transportadora del sistema, se aceleran, en virtud de la variación de velocidad, hasta obtener el espaciado deseado. Típicamente, una cinta transportadora puede desplazarse hasta 40 metros/minuto con puntas de 60 metros/minuto para los sistemas dotados de mayor potencia de cálculo. 264

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

La velocidad de la cinta de salida debe ser tal de no constituir un freno para las baldosas que salen de la cinta transportadora. A la embocadura de la cinta transportadora del sistema de clasificación se encuentra un sistema mecánico de centrado de las piezas, que debe asegurar que las baldosas pasen debajo de las tomas de imagen con una posición lo más perpendicular posible al sentido de movimiento. Si las baldosas no llegan perpendiculares debajo de las tomas de imagen, será necesario contar con una ulterior elaboración electrónica de las imágenes, con el objetivo de devolverlas a la condición de perpendicularidad. De hecho, esto supondría un notable agravio desde el punto de vista informático y, por lo tanto, un potencial empeoramiento de las prestaciones de velocidad de inspección entendidas como número de baldosas inspeccionadas por minuto. En la fase de aproximación a la entrada de la cinta transportadora, la cinta aguas arriba debe estar dotada de guías que conducen las baldosas a la entrada del dispositivo de centrado real. Por otra parte, es conveniente que la cinta de entrada esté en el mismo plano que la cinta transportadora del sistema por un tramo igual a unas 3-4 veces la longitud de la baldosa. Al considerar los espacios necesarios para instalar un sistema en una línea existente, no hay que omitir el espacio necesario para el posicionamiento de un sistema de limpieza, equipado por ejemplo de cepillos y sistemas de soplado y aspiración. Un sistema de estas características tendrá que estar necesariamente aguas arriba del sistema mismo, para asegurar que las baldosas lleguen debajo de las tomas de imagen sin suciedad y detritos que podrían engañar el sistema de clasificación de las baldosas mismas. Por otra parte, teniendo en cuenta las elevadas temperaturas ambientales que caracterizan las plantas cerámicas y el hecho que los equipos electrónicos pierden estabilidad con el aumento de la temperatura, es necesario dotar el sistema de un conveniente sistema de acondicionamiento. Esto debe asegurar que el sistema trabaje a temperaturas inferiores a 40 °C. Defectos detectables por un sistema automático de clasificación Generalmente los defectos, tanto superficiales como de color, se clasifican en función de la tipología y la extensión. Dentro de una imagen, los defectos se detectan por contrastes anómalos y/o alteraciones del contenido cromático de la imagen. Sin embargo, existen algunos límites en la detección de los defectos. Un primer vínculo está representado por la dimensión mínima del defecto que depende de la resolución con la cual las baldosas se adquieren. Considerando que cada imagen puede ser visionada como una matriz de píxeles o puntos, a cada uno de estos puntos corresponde una cierta dimensión física real que depende del campo encuadrado por la telecámara. En la práctica, si consideramos que el campo encuadrado por la telecámara en una dirección, por ejemplo aquella transversal al sentido de movimiento, es de 600 mm y el número de píxeles de la imagen en la correspondiente dirección es 2000, obtendremos una resolución a lo largo de esta dirección de 0.3 mm. Podemos hacer un razonamiento análogo a lo largo de la dirección paralela al movimiento. De acuerdo con estas dos reso265

Tecnología cerámica aplicada

luciones, a cada píxel corresponde por lo tanto una cierta área. Está claro que los defectos inferiores a esta área no podrán ser vistos en la imagen. En general, podemos decir que para que un defecto sea detectable, su dimensión debe superior a 0.5 mm2. Otro vínculo está representado por el contraste del defecto mismo. Cuanto mayor es el contraste del defecto, mayor es la probabilidad de detectarlo. La fiabilidad en la adquisición de los defectos depende por consiguiente del contraste que dichos defectos generan en la imagen en las mejores condiciones de iluminación. La adquisición de los defectos superficiales requiere algoritmos más sofisticados a medida que la superficie misma de la baldosa resulte más compleja: esto el caso de las baldosas muy estructuradas, donde la rugosidad y/o las zonas lisas se mezclan intencionadamente con zonas mates y/o brillantes. La misma consideración puede valer para la detección de los defectos de color en aquellas baldosas donde la decoración presenta un amplio contenido cromático mezclado con elementos aleatorios. Hemos visto por lo tanto que el contraste y la dimensión son dos elementos discriminatorios en la detección de los defectos. Otro aspecto a no descuidar es la identificación del tipo de defecto adquirido. Pueden surgir dificultades cuando un defecto esté identificado solo en parte y no en su totalidad. Este puede deberse al hecho que un defecto genere un contraste significativo solo en una pequeña parte del mismo. También en este caso es preciso recurrir a algoritmos que permitan reconstruir el defecto en su totalidad. Todos los defectos detectados e identificados contribuyen, en función de lo programado por el usuario por medio de la interfaz, a determinar la eventual reducción de la clase de calidad de la baldosa inspeccionada. Prestaciones y ventajas de un sistema automático de clasificación Desde el punto de vista de las prestaciones, entendidas como número de baldosas por minuto, un sistema automático de inspección puede asegurar resultados superiores a los de un operador. Formato (lado paralelo al modo en cm) Sistema de visión Operador en banco individual

20 125 120

25 115 96

30 100 85

33 90 75

40 80 65

45 60 52

50 50 45

En la tabla se presentan los valores medios que permiten comparar las prestaciones de un sistema automático de inspección y las de un operador. De hecho, con el continuo progreso tecnológico del hardware y software, el problema de la velocidad de inspección pierde consistencia. El uso de procesadores cada vez más potentes en paralelo permite trabajar a una alta velocidad de inspección, a pesar de la complejidad de las operaciones requeridas en un normal proceso de tratamiento de imá266

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

genes y el recurso a algoritmos de inteligencia artificial, actividades desarrolladas con el paso de cada baldosa individual. En el estado actual, existen muchos sistemas capacitados, en virtud de estas potencialidades informáticas, para inspeccionar baldosas incluso complejas. Las principales tipologías de productos que puedan ser inspeccionados son las siguientes: • Monococción y bicocción esmaltada con diseños repetitivos, aleatorios, marmoleados con superficie plana o estructurada. • Gres porcelánico (brillante, rectificado y rugoso). • Piedras naturales. Veamos en síntesis cuáles son las ventajas que ofrece un sistema automático de clasificación de baldosas: • sustitución de la estación de clasificación manual; • inspección y control de todas las baldosas fabricadas; • posibilidad de realización de una planta continua desde el horno al empaquetado; • permite reducir los stocks de tono en el almacén; • asegura la objetividad y repetibilidad en el tiempo inalcanzable en la clasificación manual; • puede asegurar una operatividad diaria de 24 horas; • permite una reducción considerable del personal dedicado a la clasificación; • asegura una reducción de los costes fijos de producción. Está claro entonces que la posibilidad de automatizar esta función, para una amplia gama de productos, con todas las ventajas que entraña, suscita un gran interés en la industria cerámica donde desaparecería así la última actividad confiada todavía a los operadores. Otros usos de un sistema automático de clasificación De lo anterior resulta evidente que la incorporación de un sistema de clasificación a final de la línea, aguas arriba del empaquetado, ofrece una serie de claras ventajas. Cuando en una empresa cerámica se lanza un lote de producción es evidente que el objetivo ideal sería conseguir solo fabricar baldosas de primera calidad. Sin embargo, la realidad a veces es muy diferente. A la clasificación también llegan baldosas que, por razones evidentes, serán clasificadas como de tercera calidad e incluso como rechazos. Cuanto mayor es el porcentaje de las baldosas clasificadas en calidades inferiores, más se reduce el rendimiento del lote fabricado: reducción del beneficio, energías y materias primas en parte desperdiciadas, problemas de eliminación de residuos, costes de gestión del almacén…, todos aspectos que concurren a reducir la rentabilidad de la producción. Cuanto más frecuentes son estas condiciones en la producción de una empresa cerámica, más falta hace tratar de identificar y eliminar aguas arriba aquellas causas que provocan el deterioro de la producción. El uso de un sistema a final de la línea no permite, evidentemente, eliminar las causas de la reducción del rendimiento de una planta, ya que las baldosas llegan allí al final del ciclo productivo. 267

Tecnología cerámica aplicada

Por lo tanto, puede resultar útil instalar sistemas automáticos de clasificación aguas abajo de las fases de proceso donde las eventuales anomalías pueden comprometer el resultado final. Se trata en realidad de aplicar un tipo de control de calidad distribuido a lo largo de la línea de producción. Un típico ejemplo podría ser el posicionamiento de un sistema automático de clasificación aguas abajo del secadero para controlar el bizcocho todavía crudo, o aguas abajo del primer horno en una planta de bicocción. Un sistema de clasificación tendrá que ser capaz de detectar defectos mecánicos como grietas, despuntados o imperfecciones en los bordes, y defectos superficiales como partículas extrañas, agujeros y relieves, y de eliminar del proceso productivo las piezas defectuosas. Esto evitaría añadir valor, evitando por lo tanto el gasto de energía y materias primas en las piezas que al final del ciclo de producción serán indudablemente clasificadas en términos de calidades inferiores. A esto hay que añadir que cuanto más tempestiva es la determinación de las piezas defectuosas a lo largo del ciclo productivo, mayor es la posibilidad de poder reciclar al material rechazado: una pieza cruda es reutilizable al 100%, mientras que la eliminación de tiesto es más onerosa. Por consiguiente, a partir del análisis de los defectos que han determinado los rechazos en una determinada fase del proceso productivo, se puede remontar a su causa y, entonces, a la solución de la misma. En consecuencia, poder controlar todas las fases de proceso de una manera sistemática permite aumentar la rentabilidad de la producción, al intervenir directamente en las fases intermedias del proceso productivo.

Zona de repartición y apilado Cuando sale del tramo de controles, la baldosa ha sido examinada en todos sus aspectos. Por el operador humano o por el sistema automático de visión, la pieza ha sido clasificada en función de tono y calidad (p. ej. tono A 1a clase, tono B 1a clase, tono A 2a clase, tono B 2a clase, 3a clase, rechazo; esta podría ser una clasificación típica). Generalmente, el tono dominante no se señala y así el operador intervendría a marcar solamente las baldosas en los otros casos. Una fotocélula dedicada, situada aguas arriba de la zona de conformación de las pilas se encarga de leer y descodificar la señal de marcaje. El dispositivo de calibre divide las baldosas en clases de calibre y en clases de calidad. El dispositivo de planaridad divide las baldosas en clases de calidad. En este punto, la estación de control y gestión posee todos los elementos para llegar a una clasificación de la baldosa: la atribución de la clase cualitativamente más negativa identifica la clase de pertenencia final de la baldosa. En otras palabras, una baldosa que está clasificada de primera calidad por el operador y por planaridad, pero que está rechazada por calibre, acaba rechazada, al igual que una baldosa perfecta por calibre y por planaridad, pero que el operador ha rechazado a causa de varios defectos superficiales.

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Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

1

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Posibles criterios de subdivisión.

La baldosa clasificada de esta forma entra, conducida por dos correas laterales dotadas de un juego elástico para permitir la acogida de calibres diferentes, dentro de la zona de repartición y apilado. Es en esta máquina que se realiza la subdivisión de las baldosas en función de las clases de calidad descritas anteriormente, enviando todas las baldosas homogéneas a una misma estación de apilado donde son extraídas por las cintas para constituir una pila, lista para mandar a la estación de empaquetado a continuación. Aparte de la fase final de obtención de las pilas de baldosas de calidad homogénea, se han adoptado básicamente dos metodologías para realizar la operación: - Apilado directo. - Apilado indirecto. En el primer caso, la extracción de la baldosa se suele llevar a cabo con un par de ventosas accionadas por cilindros neumáticos que intervienen sobre la pila extrayéndola de las cintas de repartición y depositándola sobre la pila en formación, situada a una distancia inferior al espesor mismo de la baldosa (figura 13). Existe, por lo tanto, un juego combinado entre el movimiento del cilindro extractor y del plato del apilador que permite un control de la extracción, asegurando la máxima productividad así como la óptima suavidad de deposición, ya que la velocidad relativa entre la baldosa en extracción y la pila debajo se minimiza para evitar cualquier fenómeno de choque y rozamiento relativo; es, por lo tanto, una solución que se presta también para el uso en aquellos materiales de superficie delicada, donde podrían resultar perjudiciales los apilados que contemplaran 269

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Figura 13. Apilado.

una mayor aspereza en el contacto relativo entre la baldosa y al apilador. La precisión en la ejecución depende totalmente del control informático del mando eléctrico, sin necesidad de interponer ninguno elemento entre la baldosa y el apilador; en las últimas versiones de las máquinas de apilado directo más evolucionadas, también se ha pasado a la sustitución de los motores de CC por motores trifásicos tipo, actuados por variadores de frecuencia sin que esta transformación quitase nada a la bondad de los resultados descritos anteriormente, sino asegurando, por el contrario, una mayor sencillez de funcionamiento y sustitución de los componentes. En el apilado indirecto, la extracción de la baldosa de la cinta se realiza siempre mediante ventosas accionados por cilindros neumáticos (2 o 4), pero la deposición sobre la pila en formación no se produce directamente a una distancia de caída mínima, sino por la interposición de equipos en forma de ruedas o pequeños planos intermedios que se encargan de acompañar la baldosa, partiendo la diferencia de posición existente entre la altura de extracción y la altura de deposición, la cual en este caso es mucho mayor con respecto al apilado directo. Las motorizaciones generalmente son del tipo paso-paso de CC. Otra característica a notar en estos equipos reside en la filosofía puesta en la base del número de estaciones de apilado presentes. Las líneas equipadas de apiladores de resignación dinámica, y en este caso el número de los apiladores es igual al número de las clases de calidad + 2 posiciones de reserva, preparadas para ser empleadas durante las fases de descarga en una girándula donde todas las estaciones acogen alternativamente las varias clases de calidad, conduciendo a una adecuada subdivisión de la carga de trabajo y, por lo tanto, de desgaste, entre todos los apiladores presentes. En cuanto a las líneas equipadas de estaciones de apilado donde cada estación individual está dotada con dobles movimientos autónomos, de forma que al completar una pila, la misma estación enseguida está lista para acoger nuevas baldosas, en esta tipología el número de estaciones obviamente es igual al número de clases de calidad que se quieran plantear. Independientemente de las modalidades de extracción de la baldosa, de la conformación de la pila y deposición de la misma sobre un sistema de transporte, la máquina tiene la tarea muy precisa de desarrollar la función de recogida de información relativa a la 270

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

asignación de clase, y de proceder a una subdivisión segura del material en pilas homogéneas que se entregan a la sucesiva fase de empaquetado del producto. Empaquetado El empaquetado del producto puede realizarse de modo automático o semiautomático; en este último caso la operación se lleva a cabo a través de la interacción entre el dispositivo mecánico y un operador humano que coadyuva las operaciones, interviniendo a realizar su cumplimiento; de otra manera sería totalmente automática y exento de cualquier intervención del operador que no estuviera ligada a condiciones de alarma de la maquina o de reintegro de materiales de consumo. El empaquetado trata de encerrar el material preventivamente preparado en pilas de homogénea composición dentro de un soporte de cartón que facilita su contención, movimentación y transporte hasta al punto de colocación final. La tipología de empaquetado adoptada mayoritariamente para los formatos de pequeña y media dimensión es la de un sistema de troquelaje de cartón alrededor del perímetro de la pila de baldosas mediante varios mecanismos mecano-electrónicos de empuje sobre la pila, recogida y transporte de cartón, con cierre y pliegue de los bordes; se señala en particular la posibilidad de envolver con cierre sobre el último borde (4 puntos de cola) o de realizar el cierre simétrico central sobre la línea central de toda la caja (5 puntos de cola); algunas de las máquinas presentes en el mercado permiten adoptar ambas tipologías con la consiguiente mayor flexibilidad y potencialidad de uso (figura 14).

Sistema de cierre con 4 puntos de fijación adhesiva

Sistema de cierre con 5 puntos de fijación adhesiva

Figura 14. Empaquetado central y lateral con cierre.

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Tecnología cerámica aplicada

El troquelaje perimétrico se caracteriza por la limitada presencia de bajas de producto y, por lo tanto, de costes reducidos, pero tiene su límite en la apertura de la cara superior de la baldosa, y en la dificultad de desarrollarse para longitudes superiores a 2500 mm, manteniendo mientras tanto aquel grado de rigidez y constancia de reacción en la manipulación que ayudan a obtener elevados grados de fiabilidad en el funcionamiento de la máquina. Es por esta razón, que en los formatos medios, grandes y de dimensiones superiores se está consolidando el empaquetado de bandeja, donde el cartón envuelve la pila cubriéndola desde lo alto, envolviéndola y dejando destapada la parte inferior. En este caso, se generan menos problemas asociados al desarrollo del troquelaje, aunque en la distribución representada se puede observar que la incidencia de bajas es porcentualmente superior (figura 15). Las dos tipologías de máquina pueden presentarse por separado o en combinación, dando origen a configuraciones de empaquetadoras donde estén presentes las dos posibilidades de empaquetado, para adecuar, de este modo, la máquina al tratamiento de una gama de formatos más amplia (figuras 16-17-18).

ÁREA CARTÓN CON BAJAS DE PRODUCTO

DIAGRAMA ÁREA CARTÓN / FORMATO

BANDEJA

TROQUELAJE PERIMÉTRICO

FORMATO

Figura 15. Comparación del troquelaje perimétrico (wrap around) y de bandeja (cover).

Una última consideración se refiere a la tipología del adhesivo a utilizar en el cierre: en efecto, en función de la temperatura de las baldosas, se pueden adoptar grupos de aplicación de cola en caliente o en frío. El primer tipo es el más difundido y se caracteriza por la aplicación de puntos de cola mediante dispositivos de fusión y pistolas adecuados; ofrece una óptima adherencia y limpieza de funcionamiento, junto con un mayor rendimiento en la continuidad operativa. Sin embargo, requiere una temperatura de uso que permita la salida de la fase de reblandecimiento y la consiguiente realización de una buena toma entre los materiales puestos en contacto; su límite resulta por lo tanto identificado para aquellas aplicaciones 272

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

Figura 16. Empaquetado de bandeja (cover).

Figura 17. Empaquetado de troquelaje perimétrico (wrap around).

Figura 18. Empaquetadora.

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donde el empaquetado se realiza inmediatamente a continuación de la salida del horno con baldosas de temperatura elevada (producto no superior a 60-65 °C). En estos casos se recurre a aplicaciones de cola vinílica en frío, aplicada con nebulizadores de alta presión; en este caso, el tiempo de toma se convierte en función inversa de la anterior aplicación considerada, aunque estando de todas formas lejos de los resultados de la cola en caliente, que requiere la ejecución de un túnel de prensado donde los bordes a unir (con cola interpuesta) se presionan por dispositivos apropiados para asegurar la consecución completa del objetivo, evitando la sucesiva apertura de las cajas con los consiguientes huecos de productividad por las intervenciones de resolución de estos problemas. Independientemente del sistema de cierre utilizado, tenemos en todo caso a la salida de la máquina empaquetadora una caja de baldosas preparadas para ser adecuadamente marcada y paletizada. Zona de impresión y etiquetado A la salida de la empaquetadora, el paquete se introduce en la zona de impresión donde se procede a la impresión de los datos principales relacionados con el producto empaquetado y expresamente señalados por la normativa. Generalmente, se requiere que estos datos se sitúen en una posición tal de permitir una fácil lectura del paquete después de su depósito sobre el palet. Por esta razón, las posiciones utilizadas normalmente son el lado corto de un tamaño rectangular (o cuadrado) o la parte superior de la caja, sobre el llamado lado de cara vista. El tipo de impresora utilizado suele ser de chorro de tinta y la tinta es generalmente de color negro, ya que es más resistente que los coloreados al efecto decolorante muy a menudo provocado por la luz solar a la cual el producto empaquetado está sometida muchas veces por períodos incluso prolongados. Junto a la información impresa relacionada con la descripción del producto y de su clase de pertenencia (calibre, tono, calidad…), a veces se requiere la impresión de códigos de barras de uso directo por la empresa cerámica o para su uso a continuación en el camino distributivo. La impresión de un código de barras requiere equipos de características superiores; se recurre por tanto a rotuladoras que imprimen sobre un soporte adhesivo que se pega a continuación sobre la pared del paquete o a impresoras especiales de alta definición que ejecutan directamente el código de barras sobre la caja; en este caso, la bondad de la ejecución y la consiguiente bondad de lectura no son funciones perfectamente asegurables, por lo que se procede a menudo al posicionamiento de una fotocélula de verificación inmediatamente después de la impresora misma: en caso de detección de error se activa la alarma correspondiente. Zona de paletización Después de su impresión, el paquete se presenta en la zona de paletización. Se trata de un robot cartesiano, capaz de moverse a lo largo de las 3 direcciones del 274

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

espacio, llevando así a cabo la operación de recogida de los paquetes y el siguiente depósito sobre los palets (figura 19). Para finalizar la operación de homogeneización de la producción, iniciada en la fase de apilado, todas las cajas que llevan el mismo código tendrán que ser depositadas en el mismo palet. Tendremos, por tanto, un número de posiciones de palet igual al número de clases de producto, además de una ulterior posición que actuará de reserva y permitirá continuar con la paletización cuando la terminación de un palet requiere la intervención de evacuación del mismo por medio de carretillas elevadoras manuales o lanzaderas automáticas.

Figura 19. Robot de paletización.

Aparte de estas características fundamentales, la arquitectura con la que se presentan las paletizadoras en el mercado es esencialmente de dos tipos: dispositivos con riel a tierra o con un riel aéreo de carro puente; la mayor flexibilidad de los primeros de poder adaptarse con modularidad y economía a las variables exigencias del mercado cerámico (hay que considerar por ejemplo que la longitud de la vía del trayecto es una función del número de clases de calidad presentes en la clasificación) les hace más difundidos como equipos a situar aguas abajo de una línea de clasificación y empaquetado de baldosas cerámicas. El paquete preparado suele llegar a la zona de paletización desplazándose sobre el sistema de transporte con motorización friccionada, para poder permitir así la acumulación de los paquetes y el consiguiente enlace entre la diferente frecuencia de llegada de los mismos y su siguiente recogida y deposición sobre el palet de destino. Generalmente, el transporte del paquete se produce con la misma base de apoyo con la que ha sido confeccionado (que suele ser la mayor y, por lo tanto, la más estable): llegados al punto de recogida, un dispositivo adecuado de vuelco gira los paquetes sobre la vertical (90°), presentándolos en la posición idónea para las pinzas de agarre y la paletización (figura 20). 275

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Figura 20. Pinza de agarre de paquetes.

Es preciso, en efecto, considerar que generalmente hace falta mediar entre la necesidad de asegurar la estabilidad del paquete en la posición, asegurando la mayor base de apoyo posible, y al mismo tiempo depositar las baldosas con apoyo en el borde, para permitir así la siguiente superposición de otras cajas y otros palets sin comprometer la integridad de las baldosas mismas. De todo eso se deduce que la base de apoyo se da por la dimensión más grande de la baldosa y el espesor del paquete. Si tomamos como ejemplo entonces un paquete que contiene 10 baldosas de espesor de 10 milímetros y una dimensión de 300 × 400, es fácil entender que se paletizará, apoyándolo en el palet sobre la base de 400 × 100 de modo que la altura del paquete sea la dimensión 300. La ecuación de estabilidad del paquete puede indicarse empíricamente por la relación h × 0.2 + 40 = mm de anchura del paquete (300 × 0.2 + 40 = 100 en el ejemplo anterior), aunque en realidad aparecen otros factores no geométricos como la tipología y la calidad del palet sobre el que el paquete está destinado a apoyarse; está claro que los paquetes de escasa base de apoyo no pueden paletizarse individualmente. Por esta razón, en este caso, por ejemplo para los formatos de forma orientativa mayores de 330 × 330 mm, se recurre a una configuración dedicada, no solo de paletización, sino también de la línea de clasificación; en efecto, se empieza por la introducción del dispositivo divisor de pilas en el repartidor para poder configurar de esta forma una pila de baldosas con una dimensión doble de la requerida y poder proceder de este modo a la división en dos partes y el sucesivo empaquetado contiguo de los dos paquetes con el mismo código. Enseguida a valle, está presente el dispositivo de superposición de los mismos y de unión por medio de la cola o de una cinta colocada por un dispositivo dedicado correspondiente (figura 21). Una alternativa, aunque no muy extendida, a un volcador en el punto de recogida, que se vuelve por tanto fijo, reside en volcar en la posición idónea para la paletización enseguida al principio de la rodillera de la paletizadora, de modo que esta última procede 276

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

Figura 21. Divisor de pilas y acopladora.

a la recogida del paquete, yendo a su encuentro y procediendo solamente a la operación del pinzado de agarre cuando esto se encuentre en una posición la más próxima posible delante del palet de destino; esta lógica de funcionamiento, auque por un lado aporta alguna agilización a la operación total, requiere una mayor base de apoyo para asegurar una buena estabilidad del paquete durante la fase de movimentación a lo largo de toda la frente de palets (a veces con una longitud de decenas de metros); por otra parte, esta lógica se presta mal al pinzado de agarre simultáneo de los paquetes que tengan un código diferente y, por lo tanto, están destinados a sucesivas descargas por separado. Volviendo a la operación de recogida y deposición, considerada en su genericidad, observamos que el paquete está agarrado por las pinzas mediante el dispositivo adecuado y con deposición a continuación, girado eventualmente, de manera tal de presentar hacia el exterior del palet, en posición de posible visión la impresión que presenta las indicaciones de producto, así como la llamada cara vista de la baldosa, de forma de señalar todas las características y propiedades de las baldosas. La distribución de la deposición, llamada también la conformación, varía en función del producto, de sus características, dimensiones, exigencias de transporte y presentación; por esta razón, el instrumento para la realización y modificación de esta distribución se integra en el ordenador de mando de la clasificación y está realizado generalmente para responder a las exigencias de sencillez y velocidad en el aprendizaje y en el uso (figura 22). Todo lo indicado hasta ahora es válido esencialmente para los formatos normales de trabajo. Cuando se pasa a dimensiones superiores a las más habituales, cuando desde baldosas se pasan a productos designados más adecuadamente como láminas (600 × 900, 900 × 900, 600 × 1200), entonces el planteamiento adquiere un aspecto que corresponde menos a los cánones normalizables, tanto por lo que se refiere al empaquetado (a veces estos productos no se confeccionan en cajas, sino que son tratados individual y manualmente), como por lo que se refiere a la paletización, que se efectúa apoyando las baldosas directamente en el palet, ya que para alcanzar dimensiones totales estables, la operación de acoplamiento llevaría a tener que levantar masas de magnitudes muy elevadas, que necesitarían equipos de paletización dimensionados de otra manera, dedicados específicamente a la problemática resultante, directa e indirecta. 277

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Figura 22. Interfaz de creación de la configuración.

No se puede concluir el apartado relativo a la paletización sin señalar que en algunas realidades productivas se encuentra la implantación de una empaquetadora semiautomática; con más razón, en estas realidades también la paletización sigue la lógica del uso de una mano de obra dedicada, la cual, por lo tanto, hace superfluos todos aquellos mecanismos precisamente dedicados a la rotación, vuelco y acoplamiento automático, siendo la lógica del operador humano perfectamente capaz de evaluar la eventual necesidad, caso por caso, de intervenir con soluciones para asegurar la estabilidad necesaria para el paquete individual, así como para el palet en conformación. El intercambio de los datos entre la clasificación y la paletizadora se realiza normalmente por contactos limpios y el funcionamiento de un mecanismo de FIFO (First In First Out: es decir, primer producto que entra, primer producto que sale): cada paquete de salida de la empaquetadora se introduce en una memoria (entra en el FIFO), cada paquete retirado por la paletizadora se elimina de la memoria (sale del FIFO); en otras palabras, la paletizadora sabe que hay (p. ej.) 10 paquetes de llegada, que el primero de estos es de código 1, que el segundo es siempre de código 1, que el tercero es de código...; cada vez que un paquete sale de la empaquetadora, el relativo código de pertenencia se comunica al robot que lo añade a la cadena, así como de esta cadena se retira cuando se agarra por las pinzas y se lleva. Cada alteración de los paquetes contenidos dentro de la cadena en la memoria debe ser transmitida a la paletizadora, bajo pena de errores en la fase de deposición con el mezclado erróneo de paquetes de características no homogéneas. El sistema encuentra su límite en la presencia de largos tramos de transporte en el enlace entre la clasificación y la paletizadora. En este caso, resulta más fácil determinar la posibilidad descrita anteriormente. Se obvia estos problemas mediante la introducción de un control directo en la tipología del material a paletizar: sobre el paquete de salida por la empaquetadora se realiza con impresión de chorro de tinta una señal de definición gruesa (claro oscuro con un tamaño de algunos mm); esta señal será leída sucesivamente en el punto de recogida para así transmitir la información del código de pertenencia. Otro sistema consiste en la redacción de un código de barras adecuado, con algunas líneas que contienen los datos necesarios para la paletización; sucesivamente, en el punto de recogida, un escáner apropiado procederá a la lectura. En esta segunda hipótesis, la ti278

Líneas de clasificación, empaquetado y paletización

pología de impresión requerida y el lector necesario son de otra clase de finura y calidad, con respecto al sistema de macromanchas descrito previamente. Dimensionado de una sección de clasificación y paletización Una sección de clasificación no es una máquina, sino un conjunto de equipos individuales, algunos indispensables, otros opcionales, que pueden combinarse en función de las innumerables posibilidades para configurar la planta que mejor responde a las exigencias del cliente. Hemos señalado que los datos fundamentales de entrada a considerar de partida son la producción a desarrollar, los tiempos de trabajo en los cuales distribuir esta producción y la gama de formatos, sin olvidar finalmente que el rendimiento total de la planta o, en otras palabras, el grado de uso de la maquinaria sea una función, aparte de las entradas anteriores, también de la configuración de la línea y de la cultura técnica del personal encargado del uso y del mantenimiento de la maquinaria. En pocas palabras, de igual importancia a la correcta configuración de la clasificación es un uso de los equipos que asegure un rendimiento global de la sección lo más libre posible de huecos productivos asociados a defectos de mantenimiento y el uso inapropiado de dichos equipos. Estos primeros datos se integran dentro de la filosofía de base de la planta: máximo grado de automatismo o fuerte presencia de personal. En este segundo caso tendremos líneas caracterizadas por un empaquetado semiautomático y una paletización manual; la línea se caracteriza por un elevado grado de flexibilidad debido a la fuerte presencia de operadores en las diferentes fases del flujo material; asimismo, la capacidad de un operador humano de adaptarse a las cambiantes condiciones de ambiente y contorno puede gestionarse más fácilmente que las modificaciones informáticas a realizar sobre un PLC. Por otra parte, la presencia de los operadores a lo largo de la línea fija las máximas productividades alcanzables dentro de la capacidad finita de un operador de desarrollar una cierta función. Como valores de referencia, de carácter indicativo, pero no determinantes ya que pueden estar sujetos a notables variaciones, podemos indicar una velocidad de tránsito del flujo de baldosas delante del operador de unos 20 m/min (la bicocción o decoraciones se reducen incluso a 15 m/min) y a una frecuencia de producción del operador encargado del empaquetado de 4/5 paquetes por minuto; alrededor de estos valores se construye la línea. Más complejo sin embargo es el tema de las líneas con empaquetado y paletización automático. En este caso, la presencia humana se limita al banco de clasificación; aquí el operador debe observar el flujo de baldosas en tránsito y para cada unidad individual realizar valoraciones con respecto a la observación cualitativa y el tono, y la consiguiente clasificación de la pieza a través del marcaje. Dejaremos para más adelante, a las reflexiones relativas a la defectología de las baldosas, la consideración de la importancia de esta fase dentro del proceso productivo cerámico, así como la falta de una objetividad general en los criterios a utilizar en la asignación de un determinado defecto o tonalidad dentro de parámetros fijos. Si puede entender entonces la dificultad de establecer a priori cuántas baldosas por 279

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minuto pueden ser analizadas por una persona individual: esto depende del formato, aunque no en una medida estrechamente proporcional a la superficie a examinar, depende de la defectología a investigar, del cuidado puesto en la evaluación de la tonalidad, de la posibilidad de migraciones de las tonalidades a considerar y presenciar, de la tipología del producto, de las selecciones comerciales y estratégicas de la empresa (máximo cuidado en la investigación o, al contrario, minimización de las bajas) etc., con las innumerables otras posibles variables a tener en cuenta. A partir de estas consideraciones, se desprende fácilmente que no posee ninguna veleidad objetiva la indicación de 20 metros por minuto como velocidad a programar en el banco de clasificación, como evaluación de principio del número de piezas (en la hipótesis de flujo continuo y uniforme) analizables por el operador medio sobre un producto medio, con criterios de clasificación medios. Teniendo en cuenta este dato de partida, la configuración de una línea de clasificación, empaquetado y paletización tiene como meta el intento de aprovechar al máximo las capacidades del operador individual (o de la pareja en el caso del banco con una doble fila de baldosas y doble estación de observación). La configuración a investigar es, por lo tanto, la que permite el mejor aprovechamiento de la capacidad humana, evitando la presencia de embudos productivos en los individuales componentes automáticos presentes a lo largo del flujo de material. Esto justifica la oportuna inserción de toda una serie de equipos como: el divisor de pilas, el acoplador de paquetes con cola o cinta, el volcador acoplador en la recogida, la doble pinza de paletización, el dispositivo de agarre y deposición de los palets huecos… La justa combinación de estos equipos proporciona una línea óptima desde el punto de vista de una evaluación global, donde la sencillez ingenieril, maximización del rendimiento y de la economía general y específica, constituyen una ecuación con innumerables incógnitas, no siempre de fácil solución. Los sistemas informáticos de control y gestión de la producción La gestión de la producción de una empresa cerámica se caracteriza en gran medida por el elevado número de códigos necesarios para identificar una producción altamente diferenciada en función de tipología, dimensiones, colores, características… Aparte de productos físicamente diferentes, una empresa cerámica también se distingue por la presencia de diferenciaciones en un mismo producto: basta considerar cómo a una misma denominación nominal pueden corresponder clasificaciones de primera calidad y de segunda calidad, mientras dentro de una misma clase cualitativa, tendremos diferenciaciones de calibre y tono que darán origen a codificaciones diferentes. La inevitable consecuencia es una explosión del número de códigos presentes y una gestión muy complicada del almacén. Todo eso ha llevado a la búsqueda de modalidades informáticas para aumentar el grado de automatismo en la gestión de las informaciones relativas a la producción. Estas informaciones no necesitan crearse, al encontrarse ya presentes en el seno de la lógica de una línea de clasificación, empaquetado y paletización, ya que es precisamente en estos equipos que nace la subdivisión de una única realidad productiva con diferentes 280

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clasificaciones, cualitativas y dimensionales, y la consiguiente conformación del palet con los paquetes de productos homogéneos. Se trata por lo tanto de sintetizarlas, ordenarlas y proporcionar su disponibilidad, por ejemplo, en forma de una base de datos que pueda ser consultada en red, con un nivel informático que no sea ya precisamente de las máquinas dedicadas al tratamiento del producto, sino que pertenezca al sistema informático de gestión de la empresa. Configuraciones para el gres porcelánico La consolidación del gres porcelánico ha influenciado e influye en las configuraciones de la sección de clasificación y paletización, no tanto directamente, ya que la maquinaria de la sección no está afectada funcionalmente por las diferentes características físicas del material, sino indirectamente, a causa de las elaboraciones adicionales, cada vez más importantes, que se aplican y, en consecuencia, del desplazamiento del interés del mercado 2 4

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Figura 23. Distribución de la salida de la línea de fabricación de gres porcelánico.

hacia dimensiones de baldosas siempre mayores (figura 23). Por lo que se refiere a las elaboraciones, en efecto, cabe señalar que una notable cuota del material fabricado se destina a elaboraciones de rectificación superficial y mecanización de los bordes; el producto a enviar a estas elaboraciones puede ser identificado mediante una preclasificación donde, en función de las características deseadas, se obtiene la identificación y el apilado del material. La planta de clasificación y paletización puede contar con varias posibilidades para extraer las baldosas destinadas a la rectificación y/o elaboraciones sucesivas: las opciones descritas a continuación deben considerarse como alternativas a elegir en función de la cantidad porcentual del gres porcelánico a enviar a la rectificación y/o elaboraciones sucesivas, o de la forma de organización de las campañas de producción. Salida de baldosas (1) Las baldosas a rectificar, una vez seleccionadas, deben ser enviadas a una máquina de carga de bancos o vagonetas. Estas podrán ser descargadas a continuación por una máquina de descarga ubicada en cabeza a la línea de rectificación. Esta configuración permite desviar todas las baldosas o solo una parte, mientras que las otras podrán continuar en la línea y ser empaquetadas y paletizadas. 281

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Salida de pilas para las fases de elaboración siguientes (2) Dispositivo integrado en el cuerpo de la maquina y situado a la salida del grupo de apilado de la línea de clasificación. Se encarga de expulsar las pilas destinadas a la rectificación antes de su entrada en el sistema de troquelaje perimétrico (wrap around). Solo las pilas destinadas a la rectificación se desvían y se aparcan en una cinta con correas. Las pilas se cargan a mano sobre las vagonetas o sobre los palets, y se llevan a la sección de rectificación, donde se cargan a mano en la línea de rectificación. También en este caso las otras pilas pueden seguir y ser empaquetadas. Pase por el troquelaje perimétrico (wrap around) del producto a someter a elaboración (3) Toda la producción se rectifica por campañas: en este caso se puede organizar la estación de troquelaje perimétrico de forma que podrá ser atravesada por las pilas sin ser empaquetadas. El dispositivo evita el desgaste precoz del grupo de troquelaje al desplazar las pilas sin arrastre contra los mecanismos de cierre del cartón. Por lo tanto, las pilas se envían a la paletizadora que las retira, naturalmente sin volcador, y las sitúa sobre un palet previamente dispuesto; tendremos así la paletización del producto empaquetado al mismo tiempo que el producto para las ulteriores elaboraciones. Calibre con control de descuadres (4) Se trata de un equipo que clasifica las baldosas cerámicas por dimensión y forma. Mediante un programa de cálculo, el control dimensional establece la longitud de las secciones que determina tanto la clasificación dimensional como la por defecto de forma. El equipo también es capaz de establecer, gracias al análisis de la ortogonalidad, la producción de baldosas cerámicas procedentes de una máquina de rectificación de los bordes y es, por lo tanto, particularmente indicado para ocupar un lugar en la línea de clasificación y empaquetado alimentados por equipos de orto-cuadratura. Otra consecuencia importante del renovado fervor que acompaña el continuo desarrollo de las tecnologías productivas relacionadas con el gres porcelánico es el progresivo desplazamiento hacia dimensiones siempre mayores: formatos como el 450 × 450 o el 600 × 600 ya son difundidos, las dimensiones todavía mayores como 600 × 900 o 900 × 900 no son infrecuentes, aumentos todavía superiores como 600 × 1200 se están imponiendo. Con esta evolución, la adaptación de las configuraciones de clasificación pasa por un aumento de las dimensiones y robustecimiento paralelo de las estructuras, además de una cuidada atención a los detalles más estrechamente relacionados con el empaquetado, el cual, para estos formatos, resulta preferentemente aquel de bandeja (cover).

282

Cocción

Capítulo VIII RECTIFICACIÓN

Introducción La baldosa cerámica, tanto la porosa como la gresificada, de pavimento o de revestimiento, se trata cada vez con mayor frecuencia al final del ciclo productivo tradicional con métodos de rectificación más o menos articulados y sofisticados, con vistas a aumentar su valor estético y, por lo tanto, el valor añadido. Los materiales cerámicos más afectados en este sentido son en todo caso: - GRES PORCELÁNICO: • ESMALTADO (puede comprender también la monococción) • NO ESMALTADO - REVESTIMIENTO POROSO: • ESMALTADO (mono y bicocción) Últimas técnicas y tendencias de las baldosas rectificadas Los primeros planteamientos industriales hacia las baldosas rectificadas se remontan a la mitad de los años 80 y se centran totalmente en el tratamiento puramente superficial de las baldosas de gres porcelánico del tipo granito (sal y pimienta). A continuación, hacia el final de la década se empezaba a rectificar el perímetro de las baldosas que iban aumentando sus dimensiones poco a poco, limitando así la proliferación de calibres en el almacén. Al mismo tiempo, se comenzaba a proponer baldosas realizadas con gránulos grandes, micronizados, escamas, esmaltes peletizados y sinterizados, en la tipología de los productos abigarrados, jaspeados, difuminados, etc. que requerían necesariamente la rectificación superficial y, en mayor medida, la cuadratura, ya que estas baldosas resultaron difícilmente válidas geométricamente. Entonces, se asomaron al mercado los productos de revestimiento pulidos, más tarde solo rectificados, y luego también el gres porcelánico esmaltado (que se puede confundir a menudo con una pieza de monococción bien gresificada) también pulido, pero con tratamientos orientados a efectos muy específicos, como por ejemplo, el lapeado, envejecimiento (anticado), etc. La intención es, concretamente, que el producto asuma un aspecto específico, confundible, especialmente para el pavimento, con materiales hoy visibles en las viejas iglesias, castillos, casas patricias etc., donde el desgaste del tiempo, de los paseos y el encerado superficial han contribuido a modificar su aspecto original y a aumentar su “valor doméstico”, cada vez más buscado en una sociedad altamente tecnificada. Los sistemas “aleatorios” hoy aplicables en las diferentes zonas de elaboración (preparación de la pasta - carga de prensas - estructura de los moldes - corte y elaboraciones 283

Tecnología cerámica aplicada

mecánicas en crudo, esmaltado y decoración, corte y elaboraciones en cocido, mezclado en el empaquetado, etc.) han permitido acercarse mucho al objetivo, especialmente con referencia a las baldosas individuales, mientras parece todavía lejana la solución de continuidad del material colocado, ya que la transición de una baldosa a otra todavía evidencia claramente la técnica moderna del sistema de fabricación. Líneas y máquinas para la calibración-pulido-cuadratura del gres porcelánico En el ámbito de las máquinas de elaboración de los formatos ‘tradicionales’ de gres porcelánico, la actual tendencia del mercado se orienta predominantemente hacia la productividad: se requieren hoy líneas capaces de pulir 200-250 m²/h (1600-2000 m²/turno) y se prevé que se requerirán pronto mayores producciones. Fases de elaboración CALIBRACIÓN, en el sentido de nivelación superficial, La necesidad de calibrar deriva de la planaridad imperfecta de las baldosas naturales y permite uniformar sus espesores en función de las necesidades. Los mandriles en los cuales están sujetos los rodillos diamantados hacen trabajar los útiles “de rectificación” y deben estar provistos de una regulación vertical (generalmente motorizada y visualizada) para facilitar el posicionamiento del rodillo a la justa altura de trabajo a través de la visualización. Normalmente, los mandriles también cuentan con un sistema neumático que permite mantener constante la presión sobre las piezas y de autolevantarse del plano de la baldosa, cuando se producen interrupciones de línea, y de reposicionarse automáticamente cuando esta vuelve a arrancar. Los rodillos diamantados deben tener una buena capacidad cortante, para poder trabajar con baja presión sobre las baldosas y, por lo tanto, minimizar los riesgos de rotura debidos a la fragilidad intrínseca del material. La operación de calibración deja una superficie rayada por microsurcos, debido a la acción de los cristales de diamante de grana grande con los que han sido equipados los rodillos. Normalmente, se utilizan sistemas combinados de rodillos + cabezales satélites + rodillos o rodillos + girador + rodillos. En los formatos tradicionales de sal y pimienta y de aplicaciones de sales penetrantes, etc., la eliminación de material es de 0.7 ÷ 0.8 mm y de 0.6 ÷ 0.9 mm respectivamente; para los productos jaspeados o con granas grandes, la eliminación media es de 1.0 a 1.2 mm o más, no solamente, por lo tanto, para obtener la nivelación de la superficie, sino también y sobre todo para hacer aflorar el diseño, el color o el motivo buscado; en los formatos grandes (a causa de las curvaturas) se pueden considerar valores de 1.0 ÷ 1.2 mm. Para calcular el espesor eliminado hay que considerar que una diferencia de planaridad de + / - 0.5 mm requiere la eliminación de 0.5 × 2 = 1 mm + al menos 0.2 mm para crear un plano perfecto. Las granas utilizadas van desde malla50÷60 en las primeras estaciones hasta malla 140÷180 en las últimas. Es la fase más crítica de cara a los objetivos de calidad del pro284

Rectificación

ducto y de la productividad de la línea; la velocidad de paso es 6 ÷ 7 m/min. Los nuevos sistemas de calibración más eficaces permiten suprimir los problemas asociados al cambio periódico de los rodillos, por el cambio de formato: las nuevas máquinas calibradoras, en efecto, permiten trabajar con formatos del 300 × 300 al 600 × 600 mm, pero también con formatos de 300 × 600, 450 × 900 etc., sin necesidad de cambiar los útiles diamantados. Los rodillos calibradores (figura 1) presentan crestas perfiladas en espiral constituidas de abrasivo diamantado de espesor inicial de aproximadamente 1 cm, que se utilizan hasta su consumo casi completo (duración de 80000 ÷ 100000 m² rectificados). Las camisas diamantadas pueden ser reemplazadas y regeneradas por el suministrador de útiles. Las máquinas de última generación están dotadas de equipos que permiten la sustitución de los útiles abrasivos, con la cinta en movimiento, asegurando una constante calidad de producción. El cambio de los abrasivos se produce sin ningún peligro para el operador, gracias a sistemas de levantamiento de los mandriles a alturas suficientes para permitir un mantenimiento correcto, y cada zona es independiente de la anterior y de la siguiente, por lo que resulta posible intervenir sin interrumpir la elaboración en la línea. Lo indicado anteriormente es válido para todas las líneas hasta la del pulido, que por estos motivos normalmente está equipada de algún cabezal de más de lo estrechamente necesario, o en los programas de trabajo de la máquina, existen sistemas de intervención sobre la velocidad de la máquina misma que contemplan las necesidades del momento, optimizando el rendimiento cualitativo y cuantitativo del sistema. Ya que entre los extremos del rodillo y el borde exterior de la baldosa paralelo al

Figura 1. Máquina de calibración-aplanado de la superficie de la baldosa, con detalle del rodillo diamantado.

285

Tecnología cerámica aplicada

lado de avance sobre la cinta queda una luz de 2÷3 mm (la luz es necesaria, porque si el rodillo tuviera el mismo ancho que la baldosa o incluso superior tendería a consumirse de modo no homogéneo y a trabajar de forma inapropiada sobre el borde, favoreciendo los desconchados), existe la necesidad también de calibrar las dos zonas de la baldosa paralelas a la dirección de avance en proximidad de los bordes. Para este propósito, existen dos alternativas (figura 2a): a) girar la baldosa 90° con un girador después de los primeros rodillos y retomar la calibración; b) insertar un cabezal satélite de desbaste con movimiento transversal entre las estaciones de rodillo. La solución a) entraña mayores estorbos, a igualdad de las estaciones de calibración. Una máquina de calibración para producciones de 1200 m²/turno normalmente consiste en: - 3 rodillos diamantados de desbaste; - 1÷ 2 cabezales satélites con útiles diamantados; - 3 rodillos diamantados de acabado.

Figura 2a. Calibración con y sin rotación de las baldosas.

DESBASTE-RECTIFICACIÓN Sistema combinado de cabezales satélites o cabezales cónicos + cabezales tangenciales (figura 3). El objetivo del desbaste/rectificación es la eliminación de la rugosidad superficial introducida con la calibración.

Después de la calibración

Después del desbaste

Los cabezales de rectificación deben estar perpendiculares al plano de trabajo. En el caso de los útiles (de 5 a 7) de tipo satélite, estos son ligeramente basculantes para poder adaptarse a las superficies irregulares sin ejercer una excesiva presión sobre las piezas y no están completamente perpendiculares a estas, sino presentan inclinaciones de 0.5° ÷ 1° con respecto a la vertical y con iguales o diferentes ángulos sobre la horizontal; cada útil describe y produce, así, diferentes circunferencias concéntricas con respecto al eje vertical del cabezal sobre la baldosa, y tan solo una porción del útil está en su momento en contacto con la superficie a tratar, de modo de favorecer la limpieza continua del útil y evitar que este se empaste con el material eliminado. Para que el material se rectifique homogéneamente también en proximidad de los 286

Rectificación

Figura 2b. Calibradora con rodillos transversales.

Figura 3. Cabezales y máquina para la calibración, desbaste y rectificación.

bordes paralelos a la dirección de avance, es necesario que el plano de soporte o, mejor dicho, la traviesa superior portaútiles oscile en dirección transversal al movimiento. El desbaste-rectificación se suele efectuar en la primera sección de la máquina que realiza también el pulido. En el caso del uso de cabezales con útiles diamantados, las granas utilizadas en las primeras posiciones de desbaste son de malla 50/60, 60/80, 80/100. Cuando no se utilizan cabezales con útiles diamantados, sino cabezales con útiles abrasivos de SiC, se empieza también con granas de malla 46. En general, la fase de desbaste-rectificación finaliza con grana de malla 120, 150, 220. 287

Tecnología cerámica aplicada

Las velocidades de avance van de 5 a 10 m/min, en función de los materiales, de la eliminación del material, de los formatos y de la tipología de la línea. Una sección de desbaste-rectificación para producciones de 1200 m²/turno consiste normalmente en: - 2÷3 cabezales satélites; - 9÷10 cabezales tangenciales. PULIDO Se utilizan cabezales tangenciales. El objetivo del pulido es el refinado de espejo de la superficie sin rayas, sombras y señales de elaboración. Se obtiene con cabezales tangenciales completamente análogos a los empleados para el desbaste, pero con útiles más finos (granas de finura que inician a 400 y terminan con las superiores incluso de malla 1200 y útiles de pulido, constituidos de óxidos metálicos sinterizados). El pulido se efectúa normalmente en la segunda sección de la máquina que realiza también el desbaste-rectificación. También el pulido prevé que el plano de soporte o la traviesa superior portaútiles oscile en la dirección transversal al movimiento. Las velocidades de avance van de unos 6 ÷ 7 m/min. CUADRATURA-BISELADO Se trata de un sistema combinado de mandriles calibradores tangenciales, mandriles calibradores frontales (figura 4) y mandriles biseladores inclinados (figura 5) equipados de útiles diamantados.

Figura 4. Mandril tangencial y frontal.

288

Rectificación

Figura 5. Mandril de biselado inclinado.

Los mandriles tangenciales sirven para efectuar la calibración y para eliminar hasta 3÷4 mm por lado (6÷8 mm totales), mientras que los mandriles frontales sirven para igualar la rugosidad generada por los primeros; los mandriles biseladores sirven para eliminar el canto vivo en el lado de la cara vista de la baldosa y trabajan, sobre el gres porcelánico, con una inclinación de 45°. El sistema de cuadratura-biselado (figura 6) requiere la interposición de un girador entre dos series análogas de mandriles por la necesidad de trabajar sobre los 4 lados. La intensidad de la elaboración requiere un sistema de sujeción de las piezas con la DIMENSIONES DE LA GRANA DIAMANTADA ABRASIVA – (ANSI B74 • 16-1971) TAMIZ EE.UU FEPA

(35/40) no es un tamiz estándar ANSI

de paso

de paso

APERTURAS EN MICRÓMETROS

289

de paso

Tecnología cerámica aplicada

Figura 6. Máquina de cuadratura.

movimentación particularmente prudente, que se puede realizar con una doble serie de correas sobre (de empuje) y debajo (de tracción) de las piezas. El cumplimiento de las estrechas tolerancias de ortogonalidad de los ángulos y el paralelismo de los bordes requiere equipos de centrado eficientes. En las máquinas, el centrado se favorece mediante un dispositivo de empuje de velocidad superior a aquella de movimentación, situado en correspondencia con las ruedas centradoras. Las velocidades de avance llegan a 10-15 m/min. Una sección de cuadratura-biselado para producciones de 1200 m²/turno consiste normalmente, para cada lado de trabajo, en: - 2 muelas tangenciales con alta eliminación de material; - 2 muelas frontales de acabado; - 1 grupo de mandriles de biselado. Líneas de cuadratura del revestimiento cerámico esmaltado Las características principales son: • elevada eliminación de material lateral (incluso más de 1 cm por lado, es decir más de 2 cm total en toda la dimensión correspondiente); • cuadratura con tolerancias de 0.1 ÷ 0.2 mm sobre la diagonal; • perfecto acabado lateral (ausencia de desconchados de esmalte); • presencia de un biselado poco pronunciado y de ángulo ajustable; • elevada productividad (velocidad de avance de 22 a 24 m/min, con producciones superiores a 5000-5500 m² en 20 h); • versatilidad (posibilidad de variar el número y tipo de muelas). Inicialmente se han probado soluciones con útiles de corte, pero con escasos resultados; por consiguiente, se ha pasado a sistemas de cuadratura potenciados, aunque conceptualmente análogos a los utilizados para el gres porcelánico. Configuración tipo (por cada par de lados de trabajo): - 3 muelas tangenciales diamantadas con alta eliminación de material; - 1 muela frontal diamantada; - 1 muela frontal diamantada resinoide; - 1 muela de biselado, capaz de seguir las irregularidades de la superficie y orientable 290

Rectificación

para obtener un biselado poco pronunciado y casi horizontal, con vistas a no eliminar integralmente el esmalte, descubriendo el soporte. Líneas de pulido-satinado-semirrectificado de cerámica esmaltada y no esmaltada y de tercer fuego Estas máquinas están diseñadas para poder desarrollar, sobre formatos pequeños (10 × 30 cm) y medianos (60 × 60 cm), con producciones superiores a 600 m²/turno, las siguientes funciones. • PULIDO (de espejo) de los relieves presentes en los materiales esmaltados de tercer fuego. Se utilizan cabezales frontales individuales (no satélites) equipados con útiles de SiC o diamantados de diámetro 150 ÷ 180 mm. Para efectuar el pulido es necesario que aguas arriba estén presentes algunos platos diamantados para la calibración. • SEMIRRECTIFICADO: consiste en la rectificación ‘suave’, no de espejo, de superficies esmaltadas y no esmaltadas, incluso estructuradas: los cabezales frontales de SiC o diamantados son basculantes y se adaptan a la estructura superficial. • SATINADO-LAPEADO de gres porcelánico esmaltado y de materiales esmaltados no brillantes: la elaboración sirve para promover el brillo de la superficie a través de la reducción de la rugosidad superficial, sin llegar al acabado de espejo. Los cabezales frontales están dotados de cepillos de caucho semirrígido impregnados en SiC. Se trata de líneas diseñadas para ser muy flexibles en términos de tipo de elaboración y formatos elaborados, pero no pueden competir, en las elaboraciones completas, con la productividad de las líneas para el gres porcelánico. Las tareas para las cuales han sido diseñadas consisten en elaboraciones parciales (rectificación no de espejo o pulido de espejo no de campo completo), sobre formatos también medio-grandes (60 × 60 cm): su productividad es insuficiente para efectuar el pulido de campo completo de formatos incluso medios (30 × 30 cm). Anexo Con vistas a ejemplificar mejor los conceptos hasta ahora expuestos, a continuación se presenta un ejemplo tipo de una línea para la calibración-pulido-corte del gres porcelánico de grandes formatos (1200 × 1800 mm). Planta de producción de 800 m²/turno de formato 1200 × 1800 (producto cocido): - CALIBRACIÓN: • 3 rodillos diamantados de desbaste; • 2 cabezales satélites con útiles diamantados; • 3 rodillos diamantados de acabado. - DESBASTE-RECTIFICACIÓN-PULIDO: rectificadora de 18 cabezales con: • 2 ÷ 3 cabezales satélites; • 15 ÷ 16 cabezales tangenciales. 291

Tecnología cerámica aplicada

- CORTE LONGITUDINAL Y TRANSVERSAL: cortadoras completamente automáticas de múltiples discos para reducir las placas en formatos más pequeños (paneles/ encimeras de cocina/bancos de baño). - CUADRATURA (por cada lado de trabajo): • 2 muelas frontales (acabado); • 1 muela de biselado. - ELABORACIONES ESPECIALES: • Fresas de corte especial para reducir las placas pulidas en piezas especiales; Máquinas de contorneado de control numérico para la ejecución de los perfiles • de encimeras de cocina, bancos de baño, mesas, etc. Depuración y reutilización de las aguas Problemas y perspectivas de recuperación y aprovechamiento de los fangos de rectificación del gres porcelánico La cantidad de fangos de rectificación del gres porcelánico es muy elevada. La producción en el año 2000 en todo el territorio nacional italiano ha sido valorada en aproximadamente 70,000 toneladas y estas cifras son destinadas a aumentar en paralelo con el creciente éxito nacional e internacional del producto. Actualmente, los fangos de rectificación del gres porcelánico se almacenan provisionalmente dentro de las empresas, en espera de un uso/tratamiento todavía pendiente de desarrollar, o se entregan a terceros para su eliminación en vertederos controlados. Estas soluciones son inaceptables, no sólo del punto de vista ambiental, sino también económico, teniendo en cuenta la notable calidad de este material, constituido principalmente de polvo de gres porcelánico. A la luz de la nueva normativa italiana en materia de residuos (Decreto Ronchi 22/97 y las siguientes modificaciones e integraciones), el sistema productivo cerámico tendrá que adaptarse, para poder cumplir los objetivos principales que se definen para la prevención y reducción de la cantidad y la peligrosidad de los residuos generados, a realizar mediante tecnologías limpias, instrumentos económicos y de certificación ambiental, y productos compatibles con el ambiente, y para la contención de los vertidos que deben llevarse a cabo en condiciones de máxima seguridad. Los fangos de rectificación Los procesos de rectificación se desarrollan en húmedo, generando cantidades muy elevadas de suspensiones acuosas (por ejemplo, la demanda hídrica de una línea de 70 m2 /hora y formato de 60 × 60 cm es de 1800 l/min). Las aguas a reciclar se depuran en una instalación de clarificación-floculación, con vistas a disminuir el problema de la demanda hídrica, sin extraer el agua constantemente del ambiente circunstante, y sin tener que verterla en el ambiente mismo después de la rectificación, utilizando un sistema de ciclo cerrado. La planta se puede considerar compuesta por dos partes principales: una relativa a la depuración de las aguas a reciclar (cla292

Rectificación

rificadora) y otra relativa al tratamiento y deshidratación de los fangos (filtro prensa). La clarificación se basa en el principio de la sedimentación de las partículas suspendidas en el agua, acelerada por coagulantes químicos (cloruro férrico y de aluminio) que fomentan la aglomeración de las partículas y agentes floculantes (polielectrólitos orgánicos) que favorecen el acrecentamiento de los agregados, formando copos o flóculos de dimensiones tales a asegurar la sedimentación. Una vez sedimentados, los fangos se someten a filtroprensado, reduciendo el grado de humedad hasta un 40% aproximadamente y a continuación se secan. Los fangos de rectificación son el resultado de la operación de eliminación en húmedo de la parte superficial de la baldosa de gres porcelánico, ejecutada con elementos abrasivos a base de carburo de silicio (muelas). Los restos generados se componen de polvo procedente del gres (cuarzo, mullita, silicato de circonio cuando que se encuentra presente como blanqueador, y calcita, carburo de silicio y óxidos alcalinotérreos procedentes de las muelas abrasivas) y agua de lavado. El material presenta una consistencia de lodo y la cantidad que se forma es de aproximadamente 2-3 kg de fangos/m2 de gres rectificado. Ya que su composición no es peligrosa del punto de vista ambiental, los fangos se consideran como un residuo inerte especial. El análisis químico medio de los fangos de rectificación detallado en la tabla 1 refleja una composición parecida al material de origen, en particular por el alto contenido de alúmina y sílice. Los altos porcentajes de óxidos de calcio y magnesio procedentes del ligante de las muelas utilizadas para la rectificación acompañan el alto porcentaje de carbono (determinado por análisis elemental), indicando la presencia de SiC. La pérdida por calcinación presenta un valor elevado a causa de la descomposición de los hidróxidos y derivados hidratados de los metales bivalentes. El análisis difractométrico por rayos X realizado sobre el material ha permitido determinar las principales fases cristalinas. Algunas de ellas son representativas de los

(% en peso)

ÓXIDOS

PPC Tabla 1. Composición química de los fangos de rectificación.

293

Tecnología cerámica aplicada

materiales utilizados en la pasta de gres porcelánico: son particularmente evidentes los picos debidos al cuarzo (SiO2), silicato de circonio (ZrSiO4) y mullita (3Al2O3.2SiO2). Se encuentran también presentes de modo evidente otras fases cristalinas como el carburo de silicio (SiC), calcita (CaCO3) y compuestos solubles de magnesio como el oxicloruro de magnesio (MgOHCl) y la periclasa (MgO), atribuibles al ligante de las muelas abrasivas. El análisis mineralógico de los abrasivos presentado en la tabla 2 muestra la presencia de compuestos atribuibles a la fase ligante: magnesita (MgCO3), sulfato de magnesio (MgSO4), cloruro de magnesio (MgCl2) y a la fase abrasiva: carburo de silicio (SiC) y pómez. COMPONENTES

pómez Tabla 2. Análisis mineralógico de los abrasivos estudiados.

Un análisis realizado sobre las muelas abrasivas de grana diferente ha permitido establecer que existe una correspondencia entre la granulometría y el contenido de cloruros presentes en el ligante. En efecto, el porcentaje de cloruros presente resulta inversamente proporcional a la granulometría de los gránulos de carburo de silicio presentes en ellos, como se puede observar en la tabla 3. g de Cl/kg de muela

Tabla 3. Valores de los cloruros presentes en las muelas abrasivas en función de la grana.

Problemas asociados al uso Los fangos de rectificación del gres porcelánico no pueden ser utilizados en el ciclo productivo porque provocan una serie de efectos indeseables, que incluyen: 1) aumento de la viscosidad aparente y tixotropía de las barbotinas en la fase de molienda en húmedo por acción de las sales solubles (principalmente cloruros); 2) aumento de la fundencia y deformación en la fase de cocción por la presencia de compuestos de calcio y magnesio derivados del ligante (cemento magnésico) de las muelas; 3) elevada porosidad de las 294

Rectificación

piezas debida al notable desarrollo de gas a temperaturas alrededor de 1100-1150 °C por la descomposición del carburo de silicio; 4) emisión de los compuestos volátiles de cloro en la fase de cocción. En particular, la presencia de cloruros volátiles dentro de los fangos, si se incorporan en las pastas, podría comportar problemas de corrosión por la emisión de los gases durante la fase de cocción en los hornos de rodillos industriales. En el laboratorio se ha medido la pérdida gravimétrica a través del análisis termogravimétrica (ATG) de las muestras sometidas a un ciclo térmico entre 20 y 1200 °C; en ello se ha comprobado una reducción importante en el intervalo entre 600 y 800 °C, atribuible a la volatilización de los compuestos de cloro y los carbonatos. Una confirmación de este fenómeno ha venido del análisis químico realizado térmicamente sobre unas muestras tratadas a diferentes temperaturas, midiendo la proporción de cloruros restantes. Como se puede observar en la tabla 4, a partir de 600 °C se produce una reducción importante en la proporción de cloruros (74%), confirmando la liberación indicada por el análisis termogravimétrico.

Tabla 4. Valores de cloro presentes en los fangos de diferentes temperaturas.

Por lo tanto, se puede concluir que no es posible simplemente introducir los fangos de rectificación en proporciones significativas (>5%) en la composición de las pastas cerámicas. Para evitar los problemas asociados al comportamiento reológico de las barbotinas, es posible utilizar procesos de conformación mediante extrusión, evitando la fase de molienda en húmedo de las materias primas; para prevenir los problemas relacionados con el proceso de cocción, podría ser posible aprovechar los fangos en materiales cerámicos esmaltados y no esmaltados, que fueron sin embargo sumamente porosos, para poder consolidarse a temperaturas inferiores a la temperatura de combustión del carburo de silicio. Verificada la causa del problema en la composición química de las muelas de rectificación, se podría proponer, además, el estudio de la revisión del tipo de ligante utilizado, favoreciendo el uso de ligantes de bajo contenido de oxicloruro de magnesio. En el caso de no poder cambiar la tipología de las muelas abrasivas, se podría evaluar la posibilidad de la separación del material procedente de la primera fase del tratamiento 295

Tecnología cerámica aplicada

superficial (muelas diamantadas) sin carburo de silicio y compuestos de magnesio, de modo de reducir los volúmenes en juego. Estudios alternativos prevén la recuperación, encaminando estos residuos al ciclo productivo de materiales refractarios para bajas temperaturas. La investigación ha sido, por lo tanto, orientada hacia la posibilidad de recuperar estos fangos inertes a través de tratamientos térmicos, para la obtención de nuevos materiales de elevada porosidad con propiedades aislantes.

296

El impacto ambiental de la industria cerámica

Anexo 1 EL IMPACTO AMBIENTAL DE LA INDUSTRIA CERÁMICA

Como todas las industrias de proceso y transformación, la industria cerámica ejerce una inevitable influencia sobre el ambiente que la rodea, ya que interacciona con ello con flujos energéticos y materiales. En otras palabras, una empresa de fabricación cerámica constituye un sistema abierto, que del ambiente pide: - materias primas; - agua; - combustibles; - energía eléctrica; y al ambiente devuelve: - productos acabados; - emisiones gaseosas; - residuos sólidos y fangos de fabricación y/o de depuración; - aguas recicladas; - energía térmica; - ondas sonoras. En la práctica, el balance de materiales y energía generado por una fábrica de baldosas cerámicas podría representarse de forma simplificada como en la figura 1. Es conveniente destacar que el potencial contaminante de la industria cerámica es inferior al de otros sectores industriales, sobre todo por el hecho que una fracción relevante de los contaminantes, especialmente los atmosféricos generados en forma de particulado sólido, puede ser eliminada con buenas eficiencias y costes relativamente contenidos, y que la actual práctica común ya prevé la reutilización de una amplia parte de las bajas de elaboración y de los fangos de depuración, y el reciclado de las aguas de proceso. La fabricación cerámica permite, en efecto, gracias a las transformaciones que se desarrollan en la fase de cocción, la inertización de los residuos sólidos y fangos. Sin embargo, el problema no debe ser subestimado, en particular en los casos donde el desarrollo industrial lleve a una maciza concentración de asentamientos productivos en una determinada área, ya que en estas condiciones, no está garantizada la eficaz dispersión de los contaminantes, condición indispensable para una parcial autodepuración del ambiente. En Italia, el ejemplo del distrito industrial de Sassuolo ha permitido adquirir una notable experiencia con respecto al problema de la contaminación asociada a la fabricación de baldosas cerámicas y de intervenir al respecto con creciente eficacia. Los resultados obtenidos en la reducción de la carga contaminante del sector, fruto de las sinergias puestas en marcha gracias a la dedicación de las estructuras sanitarias de prevención y a la concienciación de los empresarios, son evidentes: en los últimos quince 297

Tecnología cerámica aplicada RUIDO

Emisiones gaseosas

Depuración

Materias primas y reactivos PROCESO PRODUCTIVO de las BALDOSAS CERÁMICAS

Agua

Energía

Producto acabado

• Combustible • Eléctrica

Depuración

Bajas/residuos de fabricación

Vertidos/residuos de depuración

Aguas de vertido

Figura 1. Balance de materiales y energía para una fábrica de baldosas (fuente: “Piastrelle Ceramiche & Ambiente” – EdiCer 1995).

años la concentración atmosférica de polvo en las áreas productivas se ha reducido a un cuarto, aquel de plomo a un vigésimo. Gran parte del mérito debe ser atribuido a la innovación tecnológica: en este sentido, cabe destacar la conspicua difusión de la cocción con ciclo rápido en horno de rodillos, que ha permitido reducir la emisión de los compuestos fluorados asociados a la cocción de materiales arcillosos o a la reformulación de los esmaltes a consecuencia de esta revolución en la metodología de cocción, lo que ha llevado a una reducción del contenido de plomo en las fritas. La participación de las empresas de plantas, equipos y maquinaria y los fabricantes de colores en este proceso forma parte de una subdivisión natural de competencias y responsabilidades, que permite el logro de metas ambiciosas en el campo de la ecología y de la tutela de los trabajadores. 298

El impacto ambiental de la industria cerámica

Las posibles intervenciones se articulan a diferentes niveles, aguas arriba y aguas abajo de la fase productiva que genera la carga contaminante. Aguas arriba, actuando de modo para favorecer: - el uso de materiales de menor riesgo ambiental (por ejemplo reduciendo el contenido de boro y de los elementos nocivos en los esmaltes); - el uso racional de combustibles de alto rendimiento de combustión y bajo contenido de azufre; - la difusión de soluciones ingenieriles que permitan una racionalización del consumo energético (como las instalaciones de cogeneración para la producción mixta de energía térmica y eléctrica); - la adopción de tecnologías oportunas (como el transporte del polvo con equipos de confinación que evitan la dispersión de las mismas); - la gestión responsable de los procedimientos relacionados con las fases de mayor impacto ambiental (por ejemplo el lavado de los molinos y de las líneas de esmaltado); - el frecuente control de la eficacia del proceso, sobre todo por lo que se refiere a las principales máquinas térmicas (hornos, secaderos, secaderos por pulverización), y mediante el uso de instrumentos informáticos para la supervisión de los parámetros de funcionamiento de las diferentes secciones. A valle del proceso, las estrategias de éxito son: - la realización de eficaces estructuras de captación y eliminación de los contaminantes en las instalaciones de depuración; - la integración de las mejores tecnologías de depuración, compatibles con los costes, en el diseño del proceso y de la planta; - el estudio de las soluciones más eficaces para la dispersión en el ambiente de las emisiones depuradas. El instrumento de control de mayor validez sigue siendo, en todo caso, la monitorización y el registro del desarrollo en el tiempo de los principales parámetros indicadores: - factores de emisión de los diferentes contaminantes por unidad de producto aguas arriba y aguas abajo de las instalaciones depuradoras; - concentración de los contaminantes en las corrientes de emisión; - rendimiento de las instalaciones de depuración. Hay que señalar que un planteamiento serio no puede limitarse a los contaminantes específicos del proceso (principalmente polvo, flúor, plomo y boro), sino que debe extenderse también a una correcta gestión de las cuestiones de relevancia mundial (recursos energéticos, gases de efecto sierra ligados a los procesos de combustión...). Finalmente, no se puede y no se debe subestimar la ventaja competitiva que las empresas más atentas a estas temáticas puedan adquirir en términos de imagen y, por lo tanto, de fuerza promocional, especialmente en los mercados en rápido crecimiento, donde la conciencia de los consumidores y su percepción de la calidad se desarrollan a diario.

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Tecnología cerámica aplicada

Los contaminantes en las materias primas del soporte SÍLICE: todo el ambiente de trabajo cerámico lo contiene, ya que gran parte de las materias primas utilizadas son ricas principalmente en SiO2: del punto de vista toxicológico, si se inhala la sílice en la fracción granulométrica correspondiente, puede dar lugar a enfermedades crónicas (silicosis). FLÚOR: se encuentra en porcentajes del orden de: 0.0002÷0.042% en el cuarzo y los feldespatos, hasta 0.3% en las arcillas (0.05÷0.17% en Italia), además de 2% en los materiales micáceos como F- (vicariante de OH-, que posee dimensiones similares, en el retículo arcilloso), F2, HF, H2SiF6, SiF4 (reacción con SiO2 del retículo destruido) y/o fluoruros alcalinos como particulado. AZUFRE: en forma de sulfuros minerales, tipo pirita FeS2 (disociación a partir de 300 °C) y sulfatos - SO42-, que se disocian por encima de 800 °C. ARSÉNICO: 2÷15 mg/kg (ppm) en las pastas de gres porcelánico, hasta 100÷150 mg/kg en los pigmentos para la barbotina. CLORO: en las aguas y en las arcillas. SUSTANCIAS ORGÁNICAS: a base de C, H y también sustancias nitrogenadas, en las arcillas (residuos vegetales, ácidos húmicos…). ADITIVOS ORGÁNICOS: utilizados para la corrección reológica, en la preparación de las pastas (acrilatos, etc.). Los contaminantes en los esmaltes FRITAS: Pb, B, As (50÷600 ppm y en algunos minerales metales cromóforos insolubilizados). ESMALTES y PIGMENTOS: varios elementos tóxico-nocivos: sales de níquel, cadmio, cromo VI, cobalto, etc. SUSTANCIAS ORGÁNICAS: fijadores y fluidificantes, resinas vinílicas, CMC,... vehículos serigráficos: disolventes (glicoles y poliglicoles etilénicos y propilénicos); espesantes (ceras, glicerolado de almidón, otros almidones); fluidificantes (poliacrilatos); fijadores: (CMC, alcohol polivinílico, almidones).

300

El impacto ambiental de la industria cerámica

Los contaminantes en las emisiones gaseosas Pueden ser de diferente naturaleza, en función obviamente de las materias primas utilizadas en la pasta y el esmalte, pero también de los combustibles empleados, del tipo de secadero y horno, de la velocidad de tratamiento. La figura 2 trata de resumir su naturaleza (PV = polvo). La mayor parte de las emisiones está asociada al proceso de cocción, donde se puede producir la dispersión en forma de partículas sólidas arrastradas por los gases (humos) de gran parte de las sustancias enumeradas anteriormente, además de la evaporación directa de las sustancias más bajo-fundentes y la gran emisión de los principales productos gaseosos de la combustión, es decir, los óxidos de nitrógeno y los óxidos de carbono. En particular, si el combustible es gas natural, el factor de emisión de CO2, con relación a 1 kcal producida en un horno, debe considerarse igual a 0.23 g/kcal. Si el combustible contiene también pequeñas cantidades de azufre, se convierte en relevante también la emisión de los óxidos de azufre. Además de estos, de particular importancia, son:

Fase/Emisión

Operaciones principales/emisiones Molienda en seco

Prep. materias primas soporte

Molienda en húmedo Secado por pulverización (atomización)

Baldosas cerámicas

Conformación (prensado) Secado Molienda esmaltes Prep. esmaltes y esmaltado

Esmaltado Soplado baldosas esmaltadas Gres porcelánico Bizcocho

Cocción

Esmalte Monococción

Biselado Rectificación

Figura 2. Contaminantes en las emisiones gaseosas (fuente: “Piastrelle Ceramiche & Ambiente” – EdiCer 1995).

301

Tecnología cerámica aplicada

COMPUESTOS DE BORO El ácido bórico (H3BO3) presente en las fritas se evapora en la cocción. Los compuestos de boro pueden formar incrustaciones en las chimeneas. COMPUESTOS DE ARSÉNICO Presentes en pequeñas cantidades en los humos; en el caso de depuración con filtros de manga se acumulan en el reactivo sólido a eliminar y pueden superar el límite legal para los residuos (según la normativa italiana, los residuos de depuración pueden pasar desde residuos especiales a residuos tóxicos y nocivos, con notable agravio de los gastos de eliminación). COMPUESTOS DE AMONIO Se generan en la cocción a partir de sustancias orgánicas nitrogenadas e incluyen también los NOx que se originan en la cocción. Algunos (p. ej. NH4CI) puede condensar, depositándose en las chimeneas. COMPUESTOS DE CLORO Principalmente cloruros que se desprenden en la cocción a partir de la descomposición de los compuestos de cloro contenidos en las materias primas (sobre todo las arcillas). SUSTANCIAS ORGÁNICAS Se trata de los aldehídos, benceno, xilenos, dioxanos, nitroderivados, alcoholes, quetones, ésteres. La presencia en los humos de sustancias orgánicas, introducidas principalmente en el esmaltado, está ligada al funcionamiento en contracorriente de los hornos. Las sustancias orgánicas se evaporan en el precalentamiento (con el desarrollo eventualmente de craqueo), mezclándose con los humos sin alcanzar las condiciones térmicas para la combustión. Pueden tener un efecto cancerígeno (aromáticos) o, más a menudo, un efecto olorígeno de bajo umbral de percepción. Contaminación atmosférica Como hemos visto, las sustancias que se puedan introducir en la atmósfera son de naturaleza muy distinta y se pueden encontrar, sobre todo, en cantidades muy variables; su importancia, en función de los criterios de peligrosidad para el ambiente y, por lo tanto, de la necesidad de medios de prevención y depuración, deben correlacionarse estrechamente también con su toxicidad. Para poder evaluar adecuadamente el impacto de estas emisiones sobre el territorio que rodea la Fábrica y el cumplimiento de la normativa, se requiere por lo tanto un planteamiento técnico riguroso, que no se limita a la simple detección del posible contaminante, sino que define: 1. El caudal específico de las chimeneas (Nm3/kg de producto); 2. La temperatura (para las emisiones calientes); 3. Para cada uno de los contaminantes: FLUJO MÁSICO = masa de contaminante emitida por unidad de tiempo (g/h); FACTOR de EMISIÓN (FE) de un contaminante genérico, siendo la masa de contaminante emitida por unidad de producto (kg). Esto se obtiene a partir de la relación entre el flujo másico del contaminante en g/h y la producción por hora (kg/h). 302

El impacto ambiental de la industria cerámica

Se distinguen: FEM = Factor de emisión medio aguas arriba de la instalación de depuración (g/kg de producto); FEV = Factor de emisión medio aguas abajo de la instalación depuradora (g/kg de producto); i = Eficacia % de depuración de la instalación depuradora; c = Concentración del contaminante en la emisión depurada (mg/Nm3). Los límites de emisión de los principales contaminantes que se puedan encontrar en las emisiones gaseosas están sometidos a una cuantificación tabulable, que considera sus características de toxicidad, a la vez que limitaciones variables de Provincia a Provincia por lo que se refiere a otras formas de perjuicio e impacto sobre el territorio. La referencia de la normativa italiana prevé los siguientes límites: Emisión

Concentración máxima después de la depuración (mg/Nm3) Polvo

Molienda-Prensado Atomización Esmaltado Cocción Hornos de fusión CLASIFICACIÓN

CONTAMINANTE

FLUJO MÁSICO

Sustancias cancerígenas, teratógenas y/o mutágenas Acrilonitrilo

Sustancias inorgánicas presentes principalmente en forma de polvo

Sustancias inorgánicas presentes en forma de gases o vapores

Sustancias orgánicas

Acetaldehído Formaldehído Acroleína Propionaldehído Alcohol metílico Acetona

Polvos totales Los límites detallados representan los valores mínimos: el valor máximo es igual al doble del valor presentado. Para las sustancias cancerígenas etc., los límites indicados representan, de forma correspondiente, los valores mínimos y máximos.

303

Tecnología cerámica aplicada

Prevención y Depuración Obviamente, la primera operación a efectuar para una correcta prevención de la emisión a la atmósfera del polvo y de los efluentes gaseosos es una cuidadosa clasificación de las materias primas y de las instalaciones, teniendo presente el objetivo de minimizar el riesgo ambiental, contener la dispersión de contaminantes y optimizar los caudales gaseosos de los sistemas de aspiración, de forma compatible con la exigencia de saneamiento del ambiente de trabajo y optimización de los consumos energéticos. Las instalaciones, en efecto, deben contar con sistemas de transporte y trasiego cerrados, sistemas de aspiración conectados a las diferentes máquinas, diseñados y realizados tal de minimizar la cantidad de polvo; los hornos deben estar diseñados de modo de reducir al mínimo el consumo de combustible, minimizando las emisiones de los productos de combustión y, si fuera necesario, estar dotados de sistemas de recuperación y combustión de los vapores emitidos en el precalentamiento, etc. Todo esto no es fácil de conseguir en un régimen de producción industrial competitiva, por lo que hay que recurrir, necesariamente, a las instalaciones de depuración. Para la depuración de las emisiones gaseosas, las instalaciones correspondientes se diseñan en función de: - Eliminación del polvo; - Depuración de los humos; - Eliminación de las sustancias orgánicas producidas por la combustión. Aunque va más allá los objetivos del presente tomo una descripción específica de las máquinas necesarias para estos objetivos, puede ser conveniente resumir las principales características en las que se basan; para la eliminación del polvo, por ejemplo, se pueden utilizar las siguientes instalaciones: Eliminación del polvo INSTALACIÓN Ciclones Separadores Venturi Equipos electrostáticos Filtros con tela

FUNCIONAMIENTO Aglomeración por turbulencia Aglomeración por turbulencia Aglomeración Separación

ELIMINACIÓN Fuerza centrífuga Impacto inercial y difusión Atracción electrostática Impacto inercial + interceptación

Filtración con tela Representa uno de los principales métodos aplicados en la cerámica, dado la extensa gama de soluciones posibles, que permite también su uso a temperaturas suficientemente elevadas. Un parámetro de indudable importancia, en estos casos, es la pérdida de carga del flujo de vapores filtrados, que es una función creciente de la resistencia opuesta por el medio filtrante al paso de la corriente gaseosa. En cada instante, esta se obtiene a partir de la suma de dos aportaciones: la resistencia del tejido, que representa una contribución constante en el tiempo y la resistencia de la capa de polvo poco a poco depositada que, con 304

El impacto ambiental de la industria cerámica

vistas a obtener un funcionamiento regular del filtro mismo, debe ser eliminada periódicamente de las paredes filtrantes, por medio de adecuados equipos de sacudida mecánica, inversión de flujo, aire comprimido etc. En la tabla a continuación se presenta un cuadro de los valores típicos de dimensionado y funcionamiento de los filtros de tela, llamados filtros de mangas: Parámetro de dimensionado

Unidad de medida

Valores típicos

m/min

0.8 ÷ 1.2

m/s

0.01 ÷ 0.02

m/min

1.8 ÷ 2.4

Velocidad de filtración

Pérdida de carga

m/s

0.03 ÷ 0.04

Kpa

1.5 ÷ 3.8

mmH2O

150 ÷ 300

Depuración de los humos Esta categoría comprende las instalaciones de depuración capaces de purificar la emisión gaseosa industrial de los contaminantes gaseosos (p. ej. flúor) y de los contaminantes particulados (p. ej. plomo, polvo). Estos últimos son tratados de acuerdo con los principios indicados anteriormente para la eliminación del polvo; los contaminantes gaseosos, generalmente, se tratan en instalaciones que aseguran, en seco o en húmedo, su absorción en una matriz activa (también la simple agua). El reactor de contacto puede estar diseñado como una torre de nebulización, una instalación dinámica tipo Venturi, una columna de platos o de cuerpos de llenado, donde se realiza un lavado de los humos de salida por la chimenea con agua, a menudo aditivada con los oportunos reactivos químicos de absorción, teniendo cuidado de tener una superficie de intercambio la más elevada posible, y de evitar el arrastre de aerosoles o particulado líquido en la salida de la unidad depuradora misma. En los sistemas en seco, de forma idéntica, el gas a expulsar por la chimenea se obliga a circular entre las partículas, convenientemente calibradas, de un adsorbente químico apropiado, o por estructuras de alta superficie de contacto (nidos de abeja o similares) y de alta reactividad con el contaminante gaseoso. Un típico ejemplo de este procedimiento es la captación de flúor por los adsorbentes secos o húmedos a base de cal o caliza dosificada en gran exceso (por lo menos 3:1) con respecto al contaminante. 2HF + Ca(OH)2 → CaF2 + 2 H2O 2HF + CaCO3 → CaF2 + H2O + CO2 El problema principal de estos métodos de depuración, en húmedo o en seco, está en

305

Tecnología cerámica aplicada

la difícil gestión de los productos de reacción, cales o calizas enriquecidas de fluoruro de calcio, que son difícilmente reciclables en las pastas cerámicas, a causa de la acción reológica que desarrollan y la presencia de carbonato de calcio, que altera las características de fundencia de la pasta. Eliminación de las sustancias orgánicas Como ya hemos visto, especialmente en la fabricación de baldosas esmaltadas, es fácil que entre en el horno una cantidad considerable de sustancias orgánicas; en efecto, aparte de aquellas eventualmente contenidas en las materias primas de partida, que se suelen intentar limitar lo más posible a través de una cuidadosa selección de los materiales para evitar los problemas de “corazón negro”, son muchas las sustancias orgánicas que se incorporan durante la elaboración, p. ej. como los aditivos reológicos durante la molienda, y como los vehículos, espesantes, fijadores, etc., para la decoración serigráfica. Durante el tratamiento térmico dentro del horno, todas estas materias primas estarán sometidas a reacciones más o menos complejas, que van desde la simple evaporación, pasando por la disociación oxidante, hasta la pirólisis más o menos compleja, en función de la complejidad de la cadena polimérica constituida por las moléculas presentes. En definitiva, se puede afirmar sin más, que la presencia de una sustancia a base de carbono prácticamente nunca da lugar a la simple reacción de combustión: CH4 +2 O2 → CO2 + 2H2O a causa gradientesdedecalentamiento calentamientoextreextreel proceso combustión, sinosino queque el proceso de de combustión, a causa dedeloslosgradientes madamente veloces que se alcanzan en los hornos cerámicos, forma una serie de compuestos orgánicos de diferente naturaleza, los cuales, por su toxicidad o por el hecho que poseen olores desagradables con umbrales de registro olfativo muy bajos, deben ser captados o eliminados. Normalmente, la captación se puede realizar mediante instalaciones de lecho fijo o lecho fluido, por medio de carbón adsorbente, conocido como carbón activo, o por soluciones acuosas de reactivos químicos adecuados, en las “scrubbers” (depuradoras en húmedo) donde, en contracorriente, los vapores a depurar encuentran una superficie de agua en movimiento. Estos sistemas de absorción presentan niveles de prestación reducidos y una gestión demasiado compleja para poder ser utilizados eficazmente por la industria cerámica. Un método ciertamente mucho más eficaz para la eliminación de los contaminantes orgánicos, pero de gran complejidad del punto de vista de la ingeniería industrial, dado el elevado caudal de humos y elevado coste, es la postcombustión. Dicho procedimiento prevé la captación de los humos a tratar, o al menos una parte de ellos, y un tratamiento térmico a elevada temperatura, tal de provocar la completa combustión de cualquiera sustancia orgánica presente. Casi siempre es posible recuperar una parte de la energía térmica utilizada, dirigiéndola a otras aplicaciones. Sin embargo la eficacia de la eliminación no es total, pero, dependiendo del tipo de sustancia orgánica y la instalación, alcanza valores de aproximadamente 85 ÷ 95%, sin garantizar, por ejem306

El impacto ambiental de la industria cerámica

plo, la completa destrucción de las sustancias odorígenas, que pueden ejercer también su acción con presencias de partes por mil millones (ppb) o menos. En general, donde el problema de los contaminantes orgánicos está muy extendido (p. ej. el ladrillo “aligerado” con poliestireno o serrín de madera), se intenta conseguir la reducción de la carga contaminante en los humos a través de un cuidadoso diseño de los hornos de cocción, donde los vapores emitidos en el precalentamiento, entre 400 y 600 °C, se recuperan parcialmente y se transportan a la zona de cocción, donde pirolizan completamente. Contaminación hídrica Como es lógico, en el conjunto de la fabricación de baldosas cerámicas: a) las fases tecnológicas de mayor importancia con relación a los consumos hídricos son las de la preparación en húmedo de las materias primas para el soporte, y la preparación y aplicación de los esmaltes; b) las emisiones de las aguas a reciclar se producen casi exclusivamente en las fases de preparación y aplicación de los esmaltes. Tanto la composición que el caudal de estas emisiones hídricas son extremadamente variables, en función de la cantidad y tipo de producción, de los esmaltes utilizados y de los sistemas de aplicación, además de otras situaciones no siempre fácilmente cuantificables (organización productiva, planimetría de las secciones, manualidad del lavado, etc.). Por este motivo, no es posible establecer correlaciones de ningún sentido entre los consumos hídricos específicos y la tipología y/o potencialidad productiva. Sin embargo, lo que más influye en el balance de las aguas es la tecnología productiva, y en particular el proceso adoptado para la molienda de las materias primas del soporte. El esquema a continuación muestra, para un ciclo productivo genérico, la posible distribución del agua: balance hídrico (figura 3). Por otra parte, en la figura 4 se puede observar, con más detalle, la utilización del agua en una fábrica cerámica. Se observa, en todo caso, cómo las aguas a reciclar derivan, sustancial y cuantitativamente, de las operaciones de preparación de los esmaltes y del esmaltado, ya estando prevista y generalmente implantada la recirculación integral de las aguas de lavado de los molinos para la molienda en húmedo de las materias primas del soporte (del secadero por pulverización), además del agua de enfriamiento de las prensas. La comparación entre los caudales de aguas depuradas y la demanda hídrica, en todos los ciclos tecnológicos considerados, muestra claramente el interés económico y ecológico de la recirculación. La recirculación integral reduce la demanda hídrica en 86% en el caso de la bicocción y en 48% en el caso de la monococción. Por cuanto se refiere a esta última tecnología, en efecto, casi todas las empresas practican la recirculación en cuestión, utilizando el agua, incluso aunque parcialmente depurada, para la molienda de las materias primas del soporte. En el caso de la bicocción con molienda en seco, la recirculación se produce a favor de las contribuciones hídricas para la humectación de la materia y, sobre todo, para el lavado 307

Tecnología cerámica aplicada

de las líneas de esmaltado. En este caso, sin embargo, el porcentaje de las empresas que recurren a la recirculación integral es inferior. Está claro, entonces, que para poder verter eventualmente a las aguas recicladas en las aguas superficiales alrededor de la fábrica, así como para reutilizar las aguas procedentes de las diferentes fases del proceso productivo dentro del mismo ciclo productivo, es necesario someter los vertidos hídricos a tratamientos de depuración. La observación de los parámetros que determinan la aceptabilidad de un vertido (la concentración máxima en el efluente), tabla 1, permite obtener un cuadro de los contenidos contaminantes a reducir con los oportunos tratamientos.

Efluente gaseoso Demanda hídrica Material de entrada

Agua Fase productiva Material de salida

Aguas recicladas

LEYENDA Los símbolos W representan los caudales específicos, en m3/1000 m2 de baldosas elaboradas en la fase, respectivamente de: WT: demanda hídrica, agua utilizada en la materia prima, así como fluido de proceso. WMI: agua introducida, contenida en el material de entrada. WG: agua formada por reacciones químicas durante la elaboración. Wv: agua emitida como vapor en los efluentes gaseosos o dispersa como vapor en el ambiente de trabajo. WMu: agua emitida, contenida en el material de salida. Ws: aguas recicladas

Agua formada

Balance hídrico de la fase:

Figura 3. Esquema general del balance hídrico para una fase productiva genérica del ciclo de fabricación de baldosas cerámicas y productos para esmaltes (fuente: “Piastrelle Ceramiche & Ambiente” – EdiCer 1995).

308

El impacto ambiental de la industria cerámica

Prod.

Fase

Operaciones principales

Agua utilizada con función de:

Agua emitida como:

Materia prima

Vapor en los efluentes gaseosos

Fluido de proceso

Aguas recicladas

Molienda en seco Humectación Prep. materias primas soporte

Molienda en húmedo Secado por pulverización (atomización)

Baldosas cerámicas

Conformación (prensado) Secado Molienda esmaltes Prep. esmaltes y esmaltado

Esmaltado Soplado baldosas esmaltadas Gres porcelánico

Cocción

Bizcocho Esmalte Monococción

Productos para esmaltes (fabricante de colores)

Biselado Rectificación

Prod. fritas Molienda óxidos Prod. colorantes y compuestos

Secado por pulverización (atomización)

Figura 4. Uso y reciclado hídrico en la fabricación de baldosas cerámicas (L = lavado; R = enfriamiento - fuente: “Piastrelle Ceramiche & Ambiente” – EdiCer 1995).

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Tecnología cerámica aplicada

Tipo

Parámetros químico-físicos

Sustancias sólidas en dispersión

Parámetro/elemento

En el alcantarillado

pH

5,5 - 9,5

5,5 - 9,5

Materiales gruesos

Ausentes

Ausentes

Materiales sedimentables (ml/l)

0,5

2

Materiales totales en suspensión (mg/l)

80

80-200