UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE INGENIERA DE MATERIALES

FORMULACIN DE PASTAS PARA LA FABRICACIN DE BALDOSAS POR EL MTODO TAGUCHI

Por: Mariana Cristina Mario Blanco

INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero de Materiales

Sartenejas, Abril de 2011

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE INGENIERA DE MATERIALES

FORMULACIN DE PASTAS PARA LA FABRICACIN DE BALDOSAS POR EL MTODO TAGUCHI

Por: Mariana Cristina Mario Blanco

Realizado con la asesora de:

Prof. Thierry Poirier

INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero de Materiales

Sartenejas, Abril de 2011

FORMULACIN DE PASTAS PARA LA FABRICACIN DE BALDOSAS POR EL

MTODO TAGUCHI

Realizado por:

Mariana Cristina Mario Blanco

RESUMEN

La presente investigacin se llev a cabo en la empresa Balgres, C. A. El objetivo de este

trabajo fue la formulacin de mezclas con diversas materias primas para la elaboracin de

baldosas monoporosas, las cuales se fabricaban hasta ahora con una nica arcilla. Las materias

aadidas fueron: arcilla pirofiltica, feldespato, rechazo (chamota) y carbonato de calcio y las

propiedades estudiadas fueron: curvas de defloculacin, plasticidad, contraccin lineal,

resistencia mecnica en verde y cocido y absorcin de agua. El diseo experimental se realiz

utilizando la metodologa Taguchi que permiti establecer un arreglo ortogonal L9(43) para

cuatro factores en tres niveles. Los resultados obtenidos con el programa computacional

estadstico Minitab 15, permitieron determinar la influencia que tiene cada factor sobre las

propiedades estudiadas y proponer rangos ptimos para la mejora de la calidad de las baldosas.

Los problemas que presentaba la pasta anterior eran: excesiva contraccin lineal, baja resistencia

mecnica en cocido, alta viscosidad y grietas superficiales. Con la incorporacin de las otras

materias primas, se concluy que estas proporcionan una mejora en las propiedades de la pasta.

Se propusieron dos mezclas, mezcla final 1: 89% arcilla Valentina, 3% chamota, 8% caliza y

mezcla experimental 5: 70% arcilla Valentina, 8% arcilla pirofiltica, 2% chamota, 10% caliza y

10% feldespato, con un costo asociado por molino de carga de 3520BsF y 3666BsF,

respectivamente.

DEDICATORIA

A mis padres, Carolina y Aldo

por su apoyo y ayuda incondicional

en todo lo que he querido hacer y ser en la vida

AGRADECIMIENTOS

A mi familia por todo el apoyo incondicional que me ha brindado siempre, su cario y

nimos para no decaer ante ninguna adversidad y hacerme quien soy hoy en da. A mis padres,

hermanos, abuelos, primos, tos, hermanos, y aquellos amigos que ya siento como de mi familia.

A mis viejitos que aunque no estn conmigo fsicamente se que siempre me estn viendo y

cuidando de m.

A mi mejor amigo Jess por estar siempre pendiente de m en las buenas y en las malas,

cuidarme, animarme, quererme, consentirme, apoyarme, ayudarme, etc., etc.

A mis amigos con los que he vivido muchsimas experiencias, por hacerme rer

infinitamente, cuidar de m, quererme, consolarme y muchas cosas ms.

A todo el personal del laboratorio E de la universidad: Carmen, Pito; Keysler; Anton, Xavier

y especialmente a Mnica y Jenny por adoptarme, alimentarme, cuidarme y siempre estar

pendientes de m.

A mi tutor, el Prof. Thierry que me permiti conocer el maravilloso mundo de la cermica y

por todo su apoyo durante la realizacin de esta pasanta y mi carrera.

A todo el personal obrero, administrativo y gerencial de Balgres que me brind su ayuda, en

especial al Ing. Wilton, Tibor y el Sr. Gyuri.

A Muga por ensaarme una de mis ms grandes pasiones en la vida: el baile, y por

permitirme conocer personas y lugares maravillosos durante casi cuatro aos y hacerme una

mejor persona.

iv

NDICE GENERAL

RESUMEN......iii

DEDICATORIA ...................................................................................................................... v

AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................... vi

NDICE GENERAL ............................................................................................................... iv

NDICE DE TABLAS ............................................................................................................ ix

NDICE DE FIGURAS .......................................................................................................... xi

INTRODUCCIN ................................................................................................................... 1

CAPTULO 1: MARCO TERICO ................................................................................... 4

1.1 Descripcin de la empresa ......................................................................................... 4

1.1.1 Resea histrica e incidencia en el proceso productivo ..................................... 4

1.2 Descripcin del proceso productivo .......................................................................... 5

1.2.1 Materia Prima ..................................................................................................... 6

1.2.2 Molienda ............................................................................................................. 6

1.2.3 Atomizacin ....................................................................................................... 7

1.2.4 Prensado ............................................................................................................. 7

1.2.5 Secado ................................................................................................................. 8

1.2.6 Esmaltacin ........................................................................................................ 8

1.2.7 Sinterizacin. ...................................................................................................... 8

1.2.8 Seleccin y embalaje. ......................................................................................... 8

1.3 Especificaciones de Planta ........................................................................................ 9

1.4 Materia prima ............................................................................................................ 9

1.4.1 Arcillas ............................................................................................................. 10

1.4.2 Arcillas Ilticas (K,Ca,Mg,H)Al6(Al2Si10O30)(OH)6 ........................................ 10

1.4.3 Arcillas pirofilticas Al2(Si4O10)(OH)2 ............................................................. 11

v

1.4.4 Desgrasantes ..................................................................................................... 13

1.4.4.1 Feldespatos ................................................................................................ 13

1.4.4.2 Caliza ......................................................................................................... 15

1.4.4.3 Rechazo (Chamota) ................................................................................... 16

1.4.4.4 Defloculantes ............................................................................................. 16

1.4.5 Agua ................................................................................................................. 17

1.4.5.1 Slido totales (disueltos y suspendidos) .................................................... 18

1.4.5.2 Cloruros y sulfatos. .................................................................................... 18

1.4.5.3 Dureza del agua ......................................................................................... 18

1.5 Ley de Mezclas ........................................................................................................ 19

1.6 Metodologa Taguchi ............................................................................................... 19

1.6.1 Arreglo ortogonal ............................................................................................. 21

1.6.2 Matriz ortogonal ............................................................................................... 21

CAPTULO 2: PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .................................................. 23

2.1 Diseo experimental por Metodologa Taguchi ...................................................... 24

2.1.1 Establecimiento de factores y niveles controlables .......................................... 24

2.1.2 Seleccin del arreglo ortogonal ........................................................................ 24

2.1.3 Asignacin de niveles y factores ...................................................................... 25

2.2 Realizacin de pruebas experimentales ................................................................... 26

2.2.1 Determinacin de la densidad de las materias primas utilizadas en estado

slido. ................................................................................................................................ 26

2.2.2 Determinacin de la densidad (polvo) de las mezclas experimentales ............ 26

2.2.3 Preparacin de las barbotinas ........................................................................... 26

2.2.4 Medicin de la densidad de la barbotina .......................................................... 27

2.2.5 Determinacin del Residuo .............................................................................. 27

2.2.6 Curvas de defloculacin ................................................................................... 27

vi

2.2.7 Determinacin de la viscosidad con la copa Ford N 4 .................................... 28

2.2.8 Elaboracin de las mezclas propuestas con la cantidad de defloculante ptimo

........................................................................................................................................... 28

2.2.9 Elaboracin de probetas ................................................................................... 28

2.2.10 Secado y Sinterizacin ................................................................................... 29

2.2.11 Sinterizado en planta ...................................................................................... 29

2.2.12 Sinterizacin en el Laboratorio de Procesos Cermicos de la Universidad

Simn Bolvar .................................................................................................................... 30

2.3 Propiedades finales de las mezclas .......................................................................... 30

2.3.1 Determinacin del lmite plstico ..................................................................... 30

2.3.2 Caracterizacin de propiedades en verde ......................................................... 31

2.3.2.1 Mdulo de Rotura en verde. ...................................................................... 31

2.3.3 Caracterizacin de propiedades en probetas sinterizadas ................................. 32

2.3.3.1 Contraccin lineal ...................................................................................... 32

2.3.3.2 Prdida al fuego ......................................................................................... 32

2.3.3.3 Absorcin de agua y porosidad ................................................................. 32

2.3.3.4 Mdulo de Rotura en cocido ..................................................................... 32

2.4 Anlisis de varianza ................................................................................................. 33

2.5 Anlisis de costos .................................................................................................... 34

CAPTULO 3: RESULTADOS Y DISCUSIONES ......................................................... 35

3.1 Densidad de las materias primas utilizadas en estado slido .................................. 35

3.2 Densidad (polvo) de las mezclas experimentales .................................................... 36

3.3 Curvas de defloculacin .......................................................................................... 36

3.4 Propiedades de las barbotinas de las mezclas experimentales. ............................... 38

vii

3.5 Propiedades finales de las mezclas experimentales ................................................. 39

3.5.1 Lmite Plstico .................................................................................................. 39

3.5.2 Mdulo de rotura en verde. .............................................................................. 41

3.5.3 Contraccin lineal ............................................................................................. 42

3.5.4 Prdida al fuego ................................................................................................ 44

3.5.5 Absorcin de agua y porosidad ........................................................................ 46

3.5.6 Mdulo de rotura, placas sinterizadas a 1080C en Balgres, C.A. ................... 48

3.6 Anlisis de Taguchi ................................................................................................. 50

3.6.1 %Contraccin lineal ......................................................................................... 50

3.6.1.1 Grficos de efectos principales para medias.............................................. 50

3.6.1.2 Grficas de contorno .................................................................................. 53

3.6.2 % Absorcin de agua ........................................................................................ 56

3.6.2.1 Grficos de efectos principales para medias.............................................. 56

3.6.2.2 Grficas de contorno absorcin de agua. ................................................... 58

3.6.3 Mdulo de rotura en cocido (quema 1080C horno Balgres) ........................... 61

3.6.3.1 Grficos de efectos principales para medias.............................................. 61

3.6.3.2 Grficas de contorno .................................................................................. 62

3.6.4 Viscosidad en copa Ford N4 ........................................................................... 63

3.7 Seleccin de las mezclas finales y verificacin de las propiedades finales ............ 68

3.7.1 Curvas de defloculacin de las mezclas finales. .............................................. 68

3.7.2 Propiedades de las barbotinas de las mezclas experimentales. ........................ 70

3.7.3 Propiedades finales de las mezcla .................................................................... 71

3.7.3.1 %Contraccin lineal .................................................................................. 71

3.7.3.2 % Absorcin de agua. ................................................................................ 73

3.7.3.3 Mdulo de rotura en verde......................................................................... 74

3.7.3.4 Mdulo de rotura en cocido ....................................................................... 75

3.8 Mezclas Propuestas ................................................................................................. 78

viii

3.8.1 Anlisis de costos de mezclas propuestas ........................................................ 79

CONCLUSIONES ................................................................................................................. 82

RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 83

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 84

APNDICE ........................................................................................................................... 86

ix

NDICE DE TABLAS

Tabla 1.3.1 Especificaciones de planta .................................................................................... 9

Tabla 1.4.3. Clasificacin de la dureza del agua ................................................................... 18

Tabla 2.1 Propiedades, procedencia y costos de materias primas utilizadas ......................... 23

Tabla 2.1.1 Factores y niveles. .............................................................................................. 24

Tabla 2.1.2 Matriz ortogonal L9(43). ..................................................................................... 25

Tabla 2.1.3 Matriz ortogonal L9. ........................................................................................... 25

Tabla 2.2.1 Carga de la materia prima de los molinos para cada las mezclas propuestas .... 26

Tabla 2.4.1 Mezclas finales ................................................................................................... 33

Tabla. 3.1.1. Densidad en solido de las materias primas ....................................................... 35

Tabla. 3.1.2. Densidad, en polvo, de mezclas experimentales .............................................. 35

Tabla. 3.2.2. Densidad, en polvo, de mezclas experimentales .............................................. 36

Tabla. 3.4.1. Propiedades de las barbotinas de las mezclas experimentales ......................... 38

Tabla 3.5.1. Mezclas que cumplen con las especificaciones de planta para la contraccin en

las distintas temperaturas de sinterizacin..................................................................................... 43

Tabla 3.6.1 Resumen de rangos mezclas sugeridas por grficos de efectos principales ....... 65

Tabla. 3.6.2. Rangos sugeridos por grficas de contorno ...................................................... 66

x

Tabla 3.6.3. Orden de influencia de las materias primas sobre las propiedades estudiadas.. 67

Tabla 3.7.1. Proporciones materia prima de mezclas finales ................................................ 68

Tabla 3.7.2. Propiedades de las barbotinas de mezclas finales ............................................. 70

Tabla 3.8.1 Propiedades de las mezclas propuestas .............................................................. 79

Tabla 3.8.1. Costos de Materias primas ................................................................................ 79

Tabla 3.8.3. Anlisis de costos de mezclas propuestas ......................................................... 80

Tabla 3.8.4. Costos de barbotinas 100% Valentina. .............................................................. 81

xi

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.2.1. Flujograma del proceso productivo de la empresa Balgres, C. A. ..................... 6

Figura 1.4.1. Diagrama ATD-TG correspondientes a muestras de pirofilita: a) procedente de

Hillsboro (NC, EE.UU.), b) procedente de Australia (Pambula) y c) pirofilita purificada por va

qumica por disolucin cida selectiva.[7] ...................................................................................... 12

Figura 1.4.2 Esquema de contacto entre dos partculas por sinterizacin en fase lquida. ... 13

Figura 1.4.2 Esquema de una curva de defloculacin. A) Curva cerrada y rango corto de

trabajo; B) Curva ancha y rango grande de trabajo;C) Curva infinitas y rango infinito. [13] ......... 17

Figura 2.2.1. Ciclos de trmicos del horno de Balgres y el horno del laboratorio de

cermicas de la USB a 1080C ...................................................................................................... 29

Figura 2.2.2. Montaje experimental para quemas en el laboratorio. ..................................... 30

Figura 2.3.1. Diagrama de ensayo de flexin en tres puntos ................................................. 31

Figura 3.3.1. Curvas de defloculacin de las mezclas experimentales (densidad 1,577 g/cm3)

....................................................................................................................................................... 36

Figura 3.4.1. Porcentaje de tripolifostato ptimo vs. Porcentaje de arcilla Valentina .......... 39

Figura 3.5.1. Porcentaje de lmite plstico de mezclas experimentales. ............................... 40

Figura. 3.5.2. Mdulo de rotura en verde de las placas (mnimo: 3Kg/cm2) ........................ 41

Figura. 3.5.3. Contraccin lineal de mezclas experimentales en las distintas quemas. ......... 42

Figura. 3.5.4. Prdida al fuego de las mezclas experimentales en las distintas quemas. ...... 45

xii

Figura. 3.5.5. Absorcin de agua de las mezclas experimentales en las distintas quemas. ... 47

Figura. 3.5.6. Porosidad de las mezclas experimentales en las distintas quemas. ................. 47

Figura. 3.6.1. Grfica de efectos principales para Contraccin lineal 1080C ...................... 50

Figura. 3.6.2. Grfica de efectos principales para Contraccin lineal 1095C ...................... 51

Figura3.6.3. Grfica de efectos principales para Contraccin lineal 1110C ........................ 52

Figura 3.6.4. Grfica de contorno de % Contraccin lineal vs. Caliza. Chamota A).1080C

B) 1095C, C) 1110C ................................................................................................................... 53

Figura 3.6.5. Grfica de contorno de % Contraccin lineal vs. Feldespato. Chamota

A).1080C B) 1095C, C) 1110C ................................................................................................ 54

Figura 3.6.6. Grfica de contorno de % Contraccin lineal vs. Caliza. Arcilla Pirofiltica

A)1080C B) 1095C, C) 1110C ................................................................................................. 55

Figura 3.6.7. Grfica de efectos principales para% Absorcin de agua 1080C ........... Error!

Marcador no definido.

Figura 3.6.8. Grfica de efectos principales para% Absorcin de agua: A) 1095C, B)

1110C ........................................................................................................................................... 57

Figura 3.6.9. Grfica de contorno de % de absorcin de agua vs. Caliza. Chamota.

A).1080C B) 1095C, C) 1110C ................................................................................................ 58

Figura 3.6.10 Grfica de contorno de % de absorcin de agua vs. Feldespato. Chamota.

A).1080C B) 1095C, C) 1110C ................................................................................................ 59

xiii

Figura 3.6.11. Grfica de contorno de % Absorcin de Agua vs. Caliza. Arcilla Pirofiltica

A)1080C B) 1095C, C) 1110C ................................................................................................. 60

Figura 3.6.12. Grfica de efectos principales para Medias: MOR cocido (kg/cm2) ............. 61

Figura 3.6.13. Grficas de Control MOR en cocido (kg/cm2) vs. A) Caliza. Chamota, B)

Feldespato. Chamota, C) Caliza. Arcilla pirofiltica ..................................................................... 62

Figura 3.6.14. Grfica de efectos principales para Medias: Viscosidad copa Ford N 4 (s) . 63

Figura 3.6.15 Grfica de contorno Viscosidad copa Ford N 4 vs. A) Caliza. Chamota. B)

Feldespato. Chamota, C) Caliza. Arcilla pirofiltica ..................................................................... 64

Figura. 3.7.1. Curvas de defloculacin mezclas finales. ....................................................... 69

Figura 3.7.2. %Contraccin lineal quema Balgres 1080C ................................................... 71

Figura 3.7.3. %Contraccin lineal quema laboratorio de Procesos Cermicos 1080C ....... 72

Figura 3.7.4: Absorcin de agua para mezclas finales, quema en Balgres y en horno del

laboratorio a 1080C ...................................................................................................................... 73

Figura 3.7.5. Mdulo de rotura en verde ............................................................................... 74

Figura 3.7.6. Mdulo de rotura en quema ............................................................................. 75

Figura 3.7.7. Humedad de mezclas finales (placas en verde) ............................................... 76

Figura 3.7.9. Fotomicrografas de grietas presentes en placas realizadas con 100% arcilla

Valentina. A) 20X, B) 20X, C) 16X, D) 10X ................................................................................ 77

1

INTRODUCCIN

Las baldosas cermicas es uno de los materiales ms utilizados para la construccin de obras

civiles y la proteccin y decoracin de suelos. Es un material resistente y adaptable a cualquier

superficie. En Venezuela, el mercado de la cermica presenta una alta demanda por la creciente

cantidad de proyectos industriales y urbansticos que se realizan actualmente, por lo que su

calidad constituye un indicador importante para su comercializacin y el ofrecimiento de garanta

a los que hacen uso de ella.

En el pas existen diversas empresas dedicadas a la fabricacin de baldosas. Este trabajo se

bas en el estudio de las baldosas fabricadas en la empresa Balgres, C.A. Esta empresa fabricaba

baldosas de gres y de alta calidad con una produccin mensual de 350.000m2, pero se realiz un

cambio a baldosas monoporosas fabricadas con una sola arcilla que fue acompaado de una

produccin de menos de 100.000m2. Estas baldosas han sido fabricadas con una arcilla llamada

Valentina y estas presentan problemas de alta de viscosidad de pasta, lo cual obliga a sacrificar

densidad en el molino y productividad en el atomizar, alta contraccin lineal, baja resistencia

mecnica en cocido y defectos visuales como grietas superficiales. Estos problemas con la pasta

han ocasionado la disminucin de la calidad de las baldosas y por lo tanto la disminucin de la

produccin.

Para la elaboracin de baldosas cermicas, es necesaria la combinacin de varias materias

primas que aporten las propiedades requeridas. Una nica materia prima no puede satisfacer

todos los requerimientos para obtener baldosas de calidad por lo que se requiere la adicin de

diversas materias primas como: feldespatos, desgrasantes, y diferentes tipos de arcilla, que con su

combinacin satisfagan, regulen y propicien la alta calidad del producto.

Este trabajo pretende estudiar la influencia de diversas materias primas sobre las

propiedades finales de baldosas que originalmente estaban siendo elaboradas, a nivel empresarial,

con una sola arcilla (Valentina). Las materias aadidas fueron: arcilla pirofiltica, feldespato,

rechazo (chamota) y carbonato de calcio y las propiedades estudiadas fueron: plasticidad,

2

contraccin lineal, resistencia mecnica en verde y cocido y absorcin de agua. Tambin se

estudiaron las curvas de defloculacin a una densidad fija.

El empleo de un diseo experimental basado en tcnicas estadsticas (Metodologa Taguchi),

permite establecer correlaciones entre las propiedades finales de las mezclas y las variables de

estudio con un nmero de experimentos reducidos.

El punto final de esta investigacin, plantea un anlisis de las nuevas mezclas propuestas, as

como un estudio de costos de estas.

Para orientar el estudio se definieron los siguientes objetivos:

Objetivo general

Formular mezclas para la elaboracin de baldosas, fabricadas actualmente con una sola

arcilla, incorporando materias primas diversas, con la finalidad de mejorar los estndares de

produccin y la calidad del producto.

Objetivos especficos

2.2.1. Proponer formulaciones de barbotina que incorporen arcilla pirofiltica, caliza,

material sinterizado (chamota) y/o feldespato que mejoren la calidad del producto.

2.2.2. Establecer correlaciones entre las propiedades finales de las mezclas y las variables

del estudio por medio de un diseo experimental basado en tcnicas estadsticas (Metodologa

Taguchi)

2.2.3. Realizar un anlisis de costos referente a las nuevas materias primas incorporadas a la

mezcla para la elaboracin de baldosas.

A continuacin se presenta el reporte de la experiencia investigativa realizada. El texto se

organiza de acuerdo con la siguiente estructura: una primera parte con el marco terico donde se

3

expresan los principales referentes del estudio, a continuacin la descripcin del procedimiento

experimental, posteriormente los resultados y discusiones de los hallazgos, y por ltimo las

conclusiones y recomendaciones de la investigacin.

CAPTULO 1

MARCO TERICO

1.1 Descripcin de la empresa

1.1.1 Resea histrica e incidencia en el proceso productivo

Balgres C.A. es una de las empresas del Grupo Lamaletto. Se constituye el 8 de

Noviembre de 1977 e inicia sus operaciones de produccin a mediados de 1981. El seor

Gaetano Lamaletto, promotor y propietario, junto con un equipo de tcnicos especializados,

seleccionaron la maquinaria necesaria, en su mayora importadas de Italia, para la produccin de

baldosas de revestimiento de piso y pared en monococcin. [1]

La empresa se encuentra ubicada al lado de la carretera nacional Ocumare del Tuy va San

Francisco de Yare, en el Estado Miranda; especficamente a cinco kilmetros de esta ltima

poblacin.

La empresa comienza con una produccin de 3.000m2 diarios, cifra que se duplica para

1984. La incorporacin de nuevos equipos y maquinarias permiten aumentar la produccin y

para finales de 1987 se elaboran 18.000m2 diarios y abarcan un amplio mercado en el territorio

nacional. A partir del ao 1985, la empresa entra al mercado de la exportacin, la calidad de sus

productos cumple y supera las normas norteamericanas y europeas. Comienzan a surtir a pases

como Estados Unidos, Canad, Australia y Centro Amrica. [1]

Para el ao 2004, la produccin llega a los 25.000m2/da, distribuida en ms de 200 tipos

de baldosas con una gran variedad de formatos y colores, incluyendo diseos mediante procesos

serigrficos y rotocolor; lo que permite satisfacer la demanda creciente de sus clientes, tanto en el

mercado venezolano como en el extranjero. [1]

5

Desde los inicios de la empresa hasta el 2007, la produccin se bas en baldosas tipo gres

pero en ese ao, por decisin del Sr. Lamaletto, cambi a baldosas monoporosas realizadas con

una nica materia prima: arcilla Valentina.

Las baldosas monoporosas son baldosas porosas esmaltadas en monococcin, con ciclos

rpidos para el revestimiento de interiores. Generalmente, las temperaturas de coccin oscilan

entre los 1060 C y los 1120 C (en funcin del tipo de composicin, blanco o rojo); los ciclos de

coccin en cambio van de 30 a 50 minutos, en funcin de los formatos. Su porcentaje de

absorcin de agua es mayor al 8%. Los objetivos de este tipo de baldosas son [2]:

Utilizacin de materias primas de bajo costo.

Resistencia mecnica elevada del soporte.

Contraccin de coccin nulo o muy pequeo.

Disminuir el tiempo del proceso productivo.

1.2 Descripcin del proceso productivo

El proceso de fabricacin se realiza de acuerdo con las siguientes etapas: materia prima,

molienda, atomizacin, prensado, secado, esmaltacin, sinterizacin, seleccin final y embalaje.

En la figura 1.2.1 se muestra un flujograma del proceso productivo.

6

Figura 1.2.1. Flujograma del proceso productivo de la empresa Balgres, C. A.

1.2.1 Materia Prima

En la actualidad la nica materia prima utilizada en la fabricacin de baldosas es la arcilla

Valentina. Adicionalmente, se le agrega un defloculante, tripolifosfato de sodio, para mejorar las

propiedades reolgicas de la mezcla dentro de los molinos. Esta arcilla es extrada de una mina

que se encuentra dentro de las instalaciones de la empresa con retroexcavadoras y llevada a los

boxes de almacenamiento. Al ser vertida en los boxes de almacenamiento, el payloader la

mezcla para homogeneizarla y la apisona para romper los terrones ms grandes. El tripolifosfato

de sodio se recibe en estado slido en forma de sacos.

1.2.2 Molienda

Mediante cintas transportadoras se suministran los molinos con arcilla Valentina. El

tripolifosfato de sodio es colocado mediante palas en una cinta transportadora que lo lleva hasta

el molino. Simultneamente, se agrega el volumen de agua necesario, sta proviene de lagunas

que se encuentran dentro de la empresa. Consecutivamente se inicia la molienda por un tiempo

Prensado

7

aproximado de 3 horas. Los molinos son vaciados y se pasa la barbotina por un vibrotamiz malla

ATSM N 100 para luego ser llevada a un tanque de almacenamiento en donde se homogeniza

mediante una agitacin constante.

Al tratarse de una sola arcilla, la gran cantidad de material utlrafino (

8

1.2.5 Secado

La baldosa en verde es trasladada por medio de rodillos hacia el secadero, en donde es

sometida a una temperatura predeterminada durante un tiempo especfico para eliminar la

humedad y conferirle la resistencia mecnica necesaria para el proceso de esmaltado.

La escasa permeabilidad de la arcilla sola puede dificultar la obtencin de un producto

perfectamente seco, apto para soportar el inicio de ciclo de quema en el horno.

1.2.6 Esmaltacin

El esmalte es preparado en molinos en el departamento de Preparacin de Esmalte. Al ser

descargado es trasladado, mediante tinas mviles, a la lnea de produccin. Primero se aplica un

engobe sobre las baldosas y posteriormente se aplica el esmalte, ambos son aplicados mediante

cabinas de disco. Luego se realizan decoraciones por rotocolor.

1.2.7 Sinterizacin.

Las baldosas esmaltadas son llevadas a un horno de rodillos continuos a una temperatura

entre 1080C y 1095C por un tiempo entre 36 y 40 minutos. Al salir del horno, las baldosas

sinterizadas son transportadas hacia la zona de seleccin y embalaje.

La escasez de agentes fundentes (feldespatos) y de materia prima compensadora de

contraccin (caliza o arcilla pirofiltica) implica un control reducido de la resistencia mecnica,

absorcin de agua y del tamao final de las baldosas.

1.2.8Seleccin y embalaje.

Las baldosas son clasificadas, en funcin de su calidad, en primera clase, segunda clase,

tercera clase y rechazo. La seleccin se realiza por medio de inspeccin visual respecto a un

patrn preestablecido para cada tipo de baldosa. Posteriormente son embaladas en cajas y

colocadas en paletas para ser trasladadas al almacn.

9

1.3 Especificaciones de Planta

A continuacin se muestran las especificaciones utilizadas en la empresa Balgres, C. A.

Tabla 1.3.1 Especificaciones de planta

Especificaciones Valores

Densidad (g/cm2) 1,60

Viscosidad copa Ford N 4 (s) 25-45

Mdulo de Rotura en verde (Kg/cm2)

3-4

Mdulo de Rotura en seco (Kg/cm2)

>30

Mdulo de Rotura sinterizado (Kg/cm2)

200

Contraccin lineal (%) 0-0,5

Residuo sobre malla N 100 (%)

10

El estudio de las materias primas utilizadas para la elaboracin de barbotinas permite

predecir el comportamiento de la mezcla durante su preparacin y las propiedades finales del

producto.

1.4.1 Arcillas

Las arcillas son materiales compuestos de hidrosilicatos de aluminio e impurezas de otros

minerales acompaantes. Su frmula general es:

nAl2O3.mSiO2.xH2O

Constituyen la mayor parte de la corteza terrestre externa y en su mayora se hallan en

fracciones entre 1 a 0,1 micras. Se pueden encontrar en estado de fcil disgregacin o en forma

de roca metamrfica. Los minerales arcillosos cristalinos estn compuestos por tetraedros de SiO4

y octaedros de AlO6. [3,4]

1.4.2 Arcillas Ilticas (K,Ca,Mg,H)Al6(Al2Si10O30)(OH)6

La unidad base estructural est formada por dos capas tetradricas que parecen una

octadrica muy parecida a la montmorillonita. Estas arcillas son ms fundentes que las

caolinticas debido a la sustitucin del aluminio por alcalinos y alcalinotrreos y de algunos iones

de silicio, por iones de aluminio. Poseen viscosidad y plasticidad medianas a elevadas (dificultad

de dispersar en agua). Las baldosas cermicas formadas predominantemente por materias primas

illticas presentan el siguiente comportamiento:

Expansin luego del prensado: normal

Buena resistencia mecnica a la flexin de los materiales crudos (verde y seco).

Contraccin entre 5-8% alrededor de los 1110C, con absorcin de agua entre 0 y 5%. Si

contiene carbonatos, caso frecuente (15-23%) la variacin dimensional oscila entre 1 y -

1% y la porosidad alcanza valores entre 15 y 22%.

En cuanto a la resistencia mecnica en cocido, si la arcilla contiene carbonatos se registran

valor entre 100-200 Kg/cm2; si no contiene, se superan fcilmente los 200Kg/cm2.

11

Anlisis termogravimtricos (TG) indican moderadas prdidas de peso.

Las baldosas obtenidas a partir de estas materias primas resultan bastantes gresificables.

Aquellas con ausencia de carbonatos alcanzan la completa vitrificacin a 1050-1080 C, con un

intervalo de coccin muy estrecho; las carbonticas resultan ligeramente ms refractarias y pasan

al estado vtreo por encima de los 1100 C. [2,5]

1.4.3 Arcillas pirofilticas Al2(Si4O10)(OH)2

Constituida por dos planos hexagonales de tetraedros de slice contenido en un plano

octadrico de Al3. Poseen una buena estabilidad qumica, refractariedad, poca plasticidad y

buena dispersin en el agua.

Las piezas cermicas formadas a partir del material pirofiltico presentan el siguiente

comportamiento:

Expansin luego del prensado: normal

Escasa resistencia mecnica en crudo (especialmente en seco).

Fuerte expansin en secado.

Fuerte expansin (3,3%) a 1020C.

A 1020 C la resistencia mecnica es prcticamente inconsistente; slo a 1150 C se

superan los 120 kg/cm2.

La curva termogravimtrica (figura 1.4.1) refleja una lenta y progresiva prdida de peso

en un amplio rango de temperatura, pero entre 600 y 800C ocurre un efecto endotrmico con un

fuerte gradiente donde se observa el mayor intervalo de prdida de peso. Las arcillas pirfiliticas

tienen una prdida al fuego alrededor del 7%.[2,6]

12

Figura 1.4.1. Diagrama ATD-TG correspondientes a muestras de pirofilita: a) procedente de Hillsboro (NC, EE.UU.), b) procedente de Australia (Pambula) y c) pirofilita purificada

por va qumica por disolucin cida selectiva.[6]

En general, la presencia de pirofilita conduce a una reduccin del coeficiente de dilatacin

y a una limitacin de la contraccin en cocido lo cual permite un mayor control del tamao final

de las baldosas. En este sentido, se podra derivar su uso en la produccin de pastas gresificables

a alta temperatura, pero con contraccin controlada al cocer las piezas a una temperatura inferior.

La pirofilita se viene utilizando desde hace tiempo como sustituto del cuarzo y feldespatos

en pastas cermicas, sobre todo en la manufactura de porcelanas. De este modo, se obtienen

13

buenas propiedades en el secado y coccin, mayor resistencia mecnica, aumento del grado de

vitrificacin, decrecimiento de la temperatura y el tiempo de coccin y reduccin del cuarteo y la

contraccin, siendo una de las aplicaciones cermicas ms ampliamente difundidas. [2, 5, 6, 7,8]

1.4.4 Desgrasantes

Este grupo de materias primas est constituido por materiales carentes de plasticidad.

Tienen como propiedad disminuir la viscosidad y la plasticidad de las masas, aumentar su

permeabilidad, limitar la contraccin de secado, reducir la contraccin en la sinterizacin, entre

otros. [4]

1.4.4.1 Feldespatos

Los feldespatos son silicoaluminatos de potasio y sodio. El objetivo fundamental de los

feldespatos en las pastas cermicas es bajar el punto de fusin de la mezcla y fomentar una

sinterizacin en fase lquida, ms fcil y rpida.

La sinterizacin en fase lquida es aquella que se lleva a cabo en presencia de un lquido.

Permite el enlace de las partculas cuando stas se activan por los procesos de difusin a altas

temperaturas y permite disminuir la elevada porosidad inicial de las piezas, aumentar la

resistencia mecnica y obtener y homogeneizar determinadas fases. A escala microscpica este

enlace ocurre por la formacin de cuellos cohesivos en la zona de contacto entre partculas, que

van creciendo como se muestra en la figura 1.5.1.

Figura 1.4.2 Esquema de contacto entre dos partculas por sinterizacin en fase lquida.

14

Existen varios factores que afectan el mecanismo de sinterizacin:

Tamao de grano: Al incrementarse el rea superficial, se incrementa la superficie de

contacto entre los granos y as su reactividad. Es por ello que los granos ms finos

fomentan la aparicin de una mayor cantidad de fase lquida a una temperatura dada. De

ah proviene la necesidad de un bajo residuo en el tamiz de control y un mayor tiempo

necesario para la molienda con feldespato.

Tiempo de meseta: al aumentar el tiempo de permanencia de la pieza a la mxima

temperatura se permite que la transformacin ocurra en un mayor grado. Esto rige

directamente a la aparicin de la fase lquida necesaria para una mayor densificacin. El

feldespato permite reducir el tiempo de meseta y por ende el tiempo total del ciclo de

quema.

Viscosidad de la fase lquida: Un lquido suficientemente fluido puede mojar

satisfactoriamente a otras fases slidas y llenar adecuadamente las porosidades

presentes.[9,10]

A altas temperaturas, los feldespatos ricos en lcalis, forman una fase vtrea que es

inicialmente muy viscosa y esto asegura a los productos un cierto mantenimiento de la forma;

posteriormente, la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura, de manera ms rpida

para las composiciones sdicas que para las potsicas. Los feldespatos son, por lo tanto, el

vehculo de la gresificacin que caracteriza los productos que presentan una escasa porosidad: la

fase lquida llena los poros y, con el aumento de la temperatura, solubiliza cada vez ms los

xidos de los minerales arcillosos causando una notable contraccin y la densificacin de la

masa.

Los materiales feldespticos son utilizados ampliamente en los sectores cermicos en donde

se intente conseguir un alto grado de vitrificacin de las piezas como sanitarios, porcelanas, gres

porcelnico y monococcin de baja porosidad.

Los porcentajes utilizados, adems de variar con las diferentes composiciones, tambin

dependen del contenido de alcalinos del material feldesptico incorporado. La seleccin entre el

15

feldespato potsico y sdico se realiza en funcin de las exigencias especficas de los diferentes

productos, teniendo en cuenta que el potsico es un fundente menos enrgico que el sdico,

aunque permite trabajar con un intervalo de vitrificacin ms amplio.

El feldespato potsico produce un fundente vtreo pesado mientras el sdico produce un

fundente fluido ms poderoso. El feldespato potsico incrementa la traslucidez en los cuerpos

cermicos mientras el sdico aumenta la expansin trmica produciendo cuerpos ms gruesos.

Gran parte de las caractersticas finales de las distintas manufacturas de cermica depende de la

calidad y de la constancia cualitativa del feldespato utilizado.

Los otros efectos de los feldespatos sobre los productos cermicos son los siguientes:

Disminuyen la viscosidad de la barbotina.

Disminuyen la plasticidad de la pasta.

Disminuyen la resistencia mecnica en crudo y en seco.

Aumenta la resistencia mecnica en cocido. [2,3, 4,5]

1.4.4.2 Caliza

La caliza o carbonato de calcio (CaCO3) acta como fundente, en general reacciona con la

arcilla, slice y feldespato para dar una masa vtrea, la cual tiene mayor resistencia y menos

porosidad. Su descomposicin (850-1100C) genera porosidad a alta temperatura y reduce

contraccin en la sinterizacin.

El efecto de los carbonatos en las mezclas se presenta principalmente durante la coccin. La

disociacin y la liberacin de anhdrido carbnico conduce al aumento de la porosidad y la

expansin dimensional del soporte. Una presencia reducida dentro de estos trminos puede

resultar til con el fin de separar las sustancias orgnicas contenidas en las arcillas. De este modo,

se pueden reducir los fenmenos de hinchamiento y corazn negro. [4, 11, 12]

16

1.4.4.3 Rechazo (Chamota)

El rechazo o chamota, es arcilla precocida (temperatura mayor al rango de deshidratacin:

500C) y triturada (mayor a 100 m): es carente de plasticidad, gruesa, y muy porosa. Tiene la

caracterstica de no contraerse al mezclarse con la pasta, ya que ha eliminado en la coccin toda

el agua de su composicin. Presenta un comportamiento inerte, debido a que al ser sometida a un

proceso de coccin por encima de 900 C, el material resultante ha sufrido transformaciones

irreversibles, y no es probable la aparicin de nuevas fases al ser agregado a la nueva mezcla.

Su funcin es desengrasante, para dar textura y permeabilidad a la pasta, quitar un exceso de

plasticidad. Reduce las contracciones por secado y quema, lo que disminuye las tensiones

internas y el riego de grietas y fisuras. Aporta mayor resistencia al cuerpo cermico crudo y

mejora la resistencia al choque trmico brusco. El contenido de esmalte en el rechazo, puede

ayudar a la vitrificacin. Su uso implica un mayor contenido de agua en la barbotina. [3, 9,12]

1.4.4.4 Defloculantes

Los defloculantes son sustancias que al ser aadidas a suspensiones coloidales acuosas,

evitan que se aglomeren las partculas finas, mantenindolas en suspensin y modificando el

comportamiento reolgico de las pastas. Su funcin sobre la pasta cermica son: menos

viscosidad, con la misma densidad; o viscosidad igual, con mayor densidad que permite trabajar

con menos agua lo que reduce costos de evaporacin y permite moler con menos agua. [5,8]

La correcta defloculacin de las barbotinas implica un punto muy importante en su

fabricacin ya que es necesario tener la viscosidad adecuada para vaciar la misma de los molinos,

evitar que se sedimenten muy rpidamente en los tanques de almacenamiento y tener buena

fluidez para ser bombeada al atomizador.

En la figura 1.4.2, se observa una curva de defloculacin genrica. El porcentaje de

defloculante que debe ser utilizado en una mezcla determinada, depender de la viscosidad que se

requiera. Por lo general, se utiliza el porcentaje de defloculacin ptima. Este porcentaje permite

obtener una baja viscosidad o tiempo de derrame con un bajo consumo de defloculante.

17

Figura 1.4.2 Esquema de una curva de defloculacin. A) Curva cerrada y rango corto de trabajo; B) Curva ancha y rango grande de trabajo;C) Curva infinitas y rango infinito. [13]

Los defloculantes ms utilizados en la industria de baldosas son el tripolifosfato de sodio

(STPP) y el silicato de sodio. El tripolifosfato de sodio (Na5P3O10) al igual que todos los

polifosfatos, es un buen agente defloculante debido a que acta de dos formas: [9,14]

Se adhiere sobre las partculas provocando la repulsin de stas al alcanzar la estabilidad

electrosttica.

Elimina los iones floculantes, como el Ca2+ y Mg2+, debido a que forma complejos

estables con ellos.

1.4.5 Agua

El agua es una materia prima imprescindible en la elaboracin de piezas cermicas.

Muchas veces el ceramista no le presta mucha atencin al contenido de sales, minerales y otros

compuestos que sta pueda tener. Sin embargo, estos podran provocar efectos sobre la

floculacin o defloculacin de la barbotina. En la empresa Balgres, C.A. se utiliza agua de laguna

para la preparacin de las barbotinas, la cual puede contener sales, minerales, orgnicos, que

afecten las propiedades de la mezcla.

18

1.4.5.1 Slido totales (disueltos y suspendidos)

La presencia de slidos disueltos y suspendidos en el agua aumenta la densidad de las pastas

cermicas y pueden modificar algunas de sus propiedades de acuerdo a los iones disueltos

presentes. [15]

1.4.5.2 Cloruros y sulfatos.

El agua con sulfatos puede modificar de manera significativa el comportamiento de la pasta,

puesto que acta como un agente floculante. Igualmente ocurre con los cloruros.

1.4.5.3 Dureza del agua

La dureza es una caracterstica qumica del agua que est determinada por el contenido de

carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos y ocasionalmente nitratos de calcio y magnesio, pero

se clasifica o se mide basado en el nivel de concentracin de carbonato de calcio. La dureza del

agua se clasifica en la siguiente escala:

Tabla 1.4.3. Clasificacin de la dureza del agua

Definicin Concentracin de Carbonato de Calcio

Agua Suave 0 60 (mg/L)

Dureza Media 61 120 mg/L

Dura 121 180 mg/L

Muy Dura 181 o ms

Segn la serie de Hofmeister, el Ca2+ y el Mg2+ son los iones que ms efecto floculante

tienen, por lo que cuando se agregan aguas duras a una mezcla cermica su comportamiento

reolgico podra verse afectado considerablemente. Otros iones floculantes, pueden provenir del

lavado del rea de esmaltes (Zn2+, iones colorantes, entre otros). [12, 15]

19

1.5 Ley de Mezclas

La ley de mezclas postula la aditividad de las propiedades. Permite estimar el valor de una

propiedad especfica en una mezcla conociendo la concentracin de cada uno dentro de la misma

y el valor de la propiedad evaluada de cada uno de los componentes. Las propiedades siguen un

comportamiento lineal debido a que son aditivas, se pueden calcular como una combinacin

lineal de las contribuciones y proporciones de cada uno de los componentes. Se expresa de la

siguiente forma:

PT = Pi . Xi 1.6.1

En donde PT es la propiedad considerada en la mezcla, Pi es el valor de la propiedad

estudiada que aporta el elemento i, Xi representa la fraccin del componente i en la mezcla. [11,15]

Su sencillez hace de esta ley una herramienta atractiva para predecir propiedades de

mezclas, sin embargo, su validez no es universal, especialmente cuando se mezclan arcilla

plsticas y desengrasantes. De ah la utilidad de recurrir a tcnicas estadsticas empricas ms

completas pero ms viables como el mtodo de Taguchi. [16]

1.6 Metodologa Taguchi

Llamada as por Genichi Taguchi, ingeniero japons, la metodologa experimental

Taguchi consta de tcnicas estadsticas para realizar experimentos que pretenden determinar las

mejores combinaciones de variables de producto y proceso para fabricar un producto. [17]

Las fortalezas de la metodologa de Taguchi son las siguientes:

Enfatiza en la calidad durante la etapa del diseo del proceso.

Reconoce la importancia relativa de los factores que influyen en el desempeo de los

productos o procesos.

20

Enfatiza en la reduccin de la variabilidad, por medio del uso de la funcin de prdida y

de la razn seal-ruido (existiendo una para cada objetivo que se quiera lograr con el

experimento).

Se concentra en el concepto de diseo de parmetros que sirvan para disminuir la

variabilidad en el desempeo de los productos.

Tambin puede ser utilizada para el mejoramiento de procesos y productos ya existentes.

Se reduce drsticamente el nmero necesario de ensayos para definir las tendencias de los

parmetros estudiados.

Segn el Dr. Taguchi, la calidad de un producto es la mnima prdida impartida por el

productor a la sociedad, desde el momento en que el producto es vendido, en donde la ingeniera

de calidad se encarga de minimizar las prdidas debidas a la desviacin de las caractersticas

funcionales del producto de su valor esperado.

Las frmulas estndar de las caractersticas de calidad segn Taguchi, son:

1. Nominal es mejor: el resultado deseado es el centro de la especificacin. Utilizada

cuando las prdidas ocasionadas por el producto van a ser mejoradas en un rango

establecido de calidad.

2. Mayor es mejor: consiste en maximizar los valores de la caracterstica de calidad para

obtener un mejor producto.

3. Menor es mejor: aplicado cuando los valores de las caractersticas de calidad deben ser

minimizados para obtener un mejor producto.

21

1.6.1 Arreglo ortogonal

Un arreglo ortogonal es un diseo que permite obtener una relacin matemtica

independientemente de los efectos que tiene cada factor. Para realizar un arreglo ortogonal, es

necesario realizar una matriz ortogonal.

1.6.2 Matriz ortogonal

Es una matriz de nmeros en los cuales las columnas representan los factores y las filas

los experimentos; los nmeros representan los niveles de los factores involucrados, de modo que

aseguran el clculo independiente de los efectos de los factores. Taguchi desarroll una serie de

arreglos particulares que se expresan de la siguiente forma.

La (b)c 1.7.1

Donde:

L: es la simbologa utilizada para representar los arreglos ortogonales.

a: Representa el nmero de pruebas o condiciones experimentales que se tomarn. Esto es

el nmero de renglones o lneas en el arreglo.

b: Representa los diferentes niveles a los que se tomar cada factor.

c: Es el nmero de efectos independientes que se pueden analizar, esto es el nmero de

columnas.La seleccin del arreglo ortogonal depende del nmero de factores e interacciones de

inters, como tambin del nmero de niveles correspondientes para cada uno de los ellos. [14,17]

La contribucin ms importante del Dr. Taguchi, ha sido la aplicacin de la estadstica y

la ingeniera para la reduccin de costos y mejora de la calidad en el diseo de productos y los

procesos de fabricacin. En sus mtodos emplean la experimentacin a pequea escala con la

finalidad de reducir la variacin y descubrir diseos robustos y baratos para la fabricacin en

22

serie. Las aplicaciones ms avanzadas de los Mtodos Taguchi, permiten desarrollar tecnologas

flexibles para el diseo y fabricacin de familias de productos de alta calidad, reduciendo los

tiempos de investigacin, desarrollo y entrega del diseo.

El tipo de diseo que Taguchi propone es que se haga mayor nfasis en las necesidades

que le interesan al consumidor y que a su vez, se ahorre dinero en las que no le interesen, as

rebasar las expectativas que el cliente tiene del producto. Asegura que es ms econmico hacer

un diseo robusto que pagar los controles de calidad y reponer las fallas. Adems la reduccin del

nmero de experimentos para evaluar la influencia de los diferentes factores y niveles, disminuye

los costos y reduce el tiempo de experimentacin.

CAPTULO 2

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En este trabajo se realizaron nuevas mezclas para la elaboracin de baldosas incluyendo

otras materias primas aparte de la arcilla utilizada actualmente (Arcilla Valentina): caliza,

chamota, arcilla pirofiltica (Santo Domingo) y feldespato (Movitrans). Estas materias primas se

escogieron tomando en cuenta el efecto sobre las propiedades finales de la mezcla,

disponibilidad, distancias y costos. La arcilla Santo Domingo, el feldespato Movitrans y la caliza,

eran utilizadas anteriormente en la empresa para la elaboracin de baldosas de gres. La caliza y el

Movitrans provienen de sitios cercanos a la empresa por lo que los costos por flete disminuyen. A

continuacin se muestra un resumen de las propiedades que aportan estas materias primas a las

mezclas finales, la procedencia y costos. Se incluye tambin el costo del defloculante utilizado.

Tabla 2.1 Propiedades, procedencia y costos de materias primas utilizadas

Materia Prima Propiedades Procedencia Costos

Arcilla

Pirofiltica

Santo Domingo

Disminuye contraccin, aumenta

resistencia mecnica en cocido,

disminuye absorcin de agua.

Carora, Edo. Lara 60Bsf/ton

Flete: 150Bsf/ton

Caliza Disminuye contraccin, aumenta

porosidad, disminuye temperatura

de sinterizacin, disminuye

plasticidad.

Villa de Cura, Edo.

Aragua

800BsF/ton (incluye

flete)

Feldespato

Movitrans

Aumenta resistencia mecnica en

cocido, disminuye la absorcin de

agua, disminuye plasticidad

Los Teques, Edo.

Miranda

60Bsf/ton

Flete: 85Bsf/ton

Chamota Aumenta resistencia mecnica en

cocido, aumenta la porosidad,

disminuye plasticidad

Balgres, C.A. -

Tripolifosfato de

Sodio

Disminuye la viscosidad de las

barbotinas

Morn, Edo.

Carabobo

8000BsF/ton (incluye

flete)

24

La chamota proviene del rechazo de la planta por lo que no representa costos de materia

prima pero si de produccin por la molienda que se requiere. Estos costos no se consideraron en

este estudio.

2.1 Diseo experimental por Metodologa Taguchi

Para establecer las mezclas que deban realizarse, se emple la metodologa Taguchi para

reducir el nmero de experimentos y establecer las relaciones entre los factores y niveles. Se

formularon los problemas de estudio para poder estructurar los experimentos a desarrollar. Las

nuevas mezclas buscaron mejorar las siguientes propiedades con respecto a las especificaciones

de planta nombradas anteriormente (ver tabla 1.3.1): plasticidad de la masa, mdulo de rotura en

crudo, mdulo de rotura en cocido, contraccin luego de la sinterizacin y absorcin de agua.

2.1.1 Establecimiento de factores y niveles controlables

Se seleccionaron cuatro factores de tres niveles cada uno, como se muestra a

continuacin.

Tabla 2.1.1 Factores y niveles.

Factores

Niveles

A. Arcilla Pirofiltica (Santo

Domingo)

B. Chamota C. Caliza D. Feldespato (Movitrans)

1 0% 0% 0% 10%

2 8% 2% 5% 20%

3 10% 3% 10% 30%

2.1.2 Seleccin del arreglo ortogonal

El arreglo ortogonal depende del nmero de factores y niveles escogidos, por lo que se

seleccion un arreglo L9(43). A continuacin se muestra la matriz ortogonal utilizada en la

experimentacin.

25

Tabla 2.1.2 Matriz ortogonal L9(43).

Experimento A B C D 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1

Cabe acotar que si no se usa el mtodo Taguchi, hacen falta 34=81 ensayos para definir un

patrn de tendencias, en lugar de los 9 ensayos propuestos.

2.1.3 Asignacin de niveles y factores

En la tabla 2.1.3 se muestran los valores de los factores y niveles sustituidos en la matriz

ortogonal.

Tabla 2.1.3 Matriz ortogonal L9.

Mezcla Arcilla Pirofiltica

(Santo Domingo)

Chamota Caliza Feldespato (Movitrans)

Arcilla Valentina

1 0% 0% 0% 10% 90% 2 0% 2% 5% 20% 73% 3 0% 3% 10% 30% 57% 4 8% 0% 5% 30% 58% 5 8% 2% 10% 10% 70% 6 8% 3% 0% 20% 69% 7 10% 0% 10% 20% 60% 8 10% 2% 0% 30% 58% 9 10% 3% 5% 10% 72%

26

2.2 Realizacin de pruebas experimentales

2.2.1 Determinacin de la densidad de las materias primas utilizadas en estado slido.

Para conocer la densidad de las mezclas experimentales, fue necesario conocer, por

separado, la densidad de cada materia prima utilizada. Se pasaron por el tamiz ASTM N 200

pequeas muestras de cada materia prima y luego se siguieron los lineamientos descritos en la

norma ASTM D2320-98. Se realizaron cuatro muestras por cada materia prima.[18]

2.2.2 Determinacin de la densidad (polvo) de las mezclas experimentales

Utilizando la ley de mezclas, se calcularon las densidades (polvo) de cada una de las

mezclas experimentales (ver apndice A).

2.2.3 Preparacin de las barbotinas

Para la preparacin de las barbotinas se utiliz una jarra de almina, de 3 litros de

capacidad, contenida en un tercio de su volumen de cuerpos de molienda (bolas de almina) de

dimetros variables entre 1 y 3 cm. Las cantidades de materia prima para una carga de 2000

gramos de material seco se muestran en la tabla 2.2.1. A cada mezcla se le agregaron 1200 ml de

agua de hidrocapital y 1 gramo de tripolifosfato de sodio. El tiempo de molienda fue de 50

minutos.

Tabla 2.2.1 Carga de la materia prima de los molinos para cada las mezclas propuestas

Experimento Arcilla

Valentina (g) Arcilla Santo Domingo (g)

Chamota (g) Caliza (g)

Feldespato (g)

1 1800 0 0 0 200 2 1460 0 40 100 400 3 1140 0 60 200 600 4 1140 160 0 100 600 5 1400 160 40 200 200 6 1380 160 60 0 400 7 1200 200 0 200 400 8 1160 200 40 0 600 9 1440 200 60 100 200

27

Tambin se realiz una mezcla de 100% arcilla Valentina para obtener los parmetros de

comparacin con la mezcla utilizada en planta.

2.2.4 Medicin de la densidad de la barbotina

Se tar en una balanza un picnmetro metlico de 100cm3. Se llen el picnmetro con la

muestra de barbotina hasta enrasarlo. Se pes el picnmetro ms la muestra y el valor se dividi

entre el volumen del picnmetro.

2.2.5 Determinacin del Residuo

Se colocaron 100 cm3 de barbotina sobre un tamiz ASTM N 270, se tamiz en hmedo

hasta observar que el agua que atravesara la malla no mostrara partculas en suspensin. Se

coloc el tamiz con la muestra dentro de la estufa hasta retirar toda la humedad y el residuo se

pes sobre un vidrio de reloj. El porcentaje residual se determin con la siguiente relacin:

2.2.1

2.2.6 Curvas de defloculacin

A cada mezcla propuesta se le realiz una curva de defloculacin para determinar el

porcentaje de tripolifosfato de sodio ptimo. Se tom una muestra de barbotina, entre 700 y 900

gramos, se coloc en un beaker y se agit durante 10 minutos para homogeneizarla. Se midi la

viscosidad con un remetro Brookfield a una velocidad de 20rpm durante 20 segundos. Se

agregaron, dosis de aproximadamente 0,1 gramos de defloculante, aproximadamente 0,05% de la

masa total y se mantuvo en agitacin durante cuatro minutos para efectuar la prxima medicin

de viscosidad. Se sigui este proceso hasta alcanzar la sobredefloculacin o permanencia del

valor de viscosidad.

Se realizaron curvas viscosidad (cP) vs. %Tripolifosfato de sodio y se determin el

porcentaje de defloculante ptimo para cada mezcla. Este valor se determin observando en la

28

curva, los porcentajes de defloculante que originaran una viscosidad de 1000cP, correspondiente

aproximadamente a 25 segundos en la copa Ford N4.

2.2.7 Determinacin de la viscosidad con la copa Ford N 4

En Balgres, C. A. la viscosidad es medida con la copa Ford N 4. Se coloca la copa en un

soporte, se tapa el orificio de salida y se vierte la barbotina hasta enrasarla con el tope de la copa.

Se retira el cuerpo que obstruye el orificio y simultneamente se inicia un cronmetro que medir

el tiempo en que la mezcla tarda en evacuar completamente el instrumento. Otros estudios

realizados con la arcilla Valentina [19], muestran la correlacin entre la copa Ford N4 y la

viscosidad en cP: 25 segundos corresponden a aproximadamente 1000cP y 45 segundos

corresponden a aproximadamente 2000cP.

2.2.8 Elaboracin de las mezclas propuestas con la cantidad de defloculante ptimo

Se realizaron las barbotinas de las mezclas propuestas con el porcentaje de defloculante

ptimo calculado. Se midi su densidad, la viscosidad con la copa Ford N 4 y el residuo,

procedimientos explicados anteriormente. Las barbotinas se colocaron en la estufa durante 24

horas para eliminar completamente su humedad.

2.2.9 Elaboracin de probetas

Luego de secar la barbotina en la estufa, fue pulverizada usando jarras de almina

contenida de cuerpos de molienda (bolas de almina). Se colocaron durante 30 minutos y se

utiliz el polvo pasante malla ASTM N 35 (0,5mm). El polvo se humedeci mediante rociado

con agua para que tomara la consistencia necesaria para el proceso de prensado. Se pesaron 85 g

de polvo humedecido para cada probeta.

Las placas se realizaron en una prensa de prueba. Para realizar las plaquitas, se coloc el

contenido de polvo, previamente humedecido, en la matriz de dimensiones 12x5 cm, se aplic

una primera carga, se liber la presin subiendo levemente el pistn y se aplic una carga final.

La presin de la prensa no se poda controlar con facilidad, por lo que la presin aplicada vari

29

entre 80 y 100 Bar. Se realizaron 11 plaquitas de cada mezcla propuesta, 5 para resistencia

mecnica en quema, 4 para resistencia mecnica en crudo y 2 para curvas de gresificacin.

2.2.10 Secado y Sinterizacin

Se pesaron las placas y se midieron sus dimensiones con un vernier. Se colocaron sobre

bandejas refractarias y se introdujeron en la estufa durante 1 hora.

Para estudiar las variaciones de las propiedades finales de las muestras, estas fueron

sometidas a dos procesos de coccin distintos, en el horno de planta y en el horno Thermolyne

High Temperature Furnace, del laboratorio de Procesos Cermicos de la Universidad Simn

Bolvar.

2.2.11 Sinterizado en planta

Al salir de la estufa, las placas refractarias que contenan las plaquitas se metieron en el

horno de planta con un ciclo de 36 minutos y temperatura mxima de 1080C. El ciclo trmico se

muestra en la figura 2.2.1. Al enfriarse, se pesaron y midieron sus dimensiones con un vernier.

Figura 2.2.1. Ciclos de trmicos del horno de Balgres y el horno del laboratorio de cermicas de la USB a 1080C

30

2.2.12 Sinterizacin en el Laboratorio de Procesos Cermicos de la Universidad Simn Bolvar

Estas quemas se realizaron en un horno Thermolyne High Temperature Furnace para

evaluar las curvas de gresificacin a tres temperaturas diferentes: 1080C, 1095C y 1110 C.

Como el espacio del horno era bastante reducido, se tuvieron que cortar las plaquitas a la mitad y

disear un soporte con refractarios porosos para que la radiacin del horno no afectara

directamente a las placas. Este soporte se muestra en la figura 2.2.2.

Figura 2.2.2. Montaje experimental para quemas en el laboratorio.

Las placas se cortaron con una cortadora de disco de diamante, se pesaron y se midieron

sus dimensiones con un vernier. Luego se secaron en la estufa durante 1 hora y se colocaron

dentro del horno utilizando el soporte refractario y se realizaron ciclos trmicos que se

asemejaran al utilizado en planta. El horno del laboratorio tarda aproximadamente 15 minutos

para llegar a la temperatura de 400 C, esto no se reflej en la curva para tener una mayor

apreciacin entre las diferencias de los dos ciclos. El ciclo de quema se muestra en la figura 2.2.1.

2.3Propiedades finales de las mezclas

2.3.1 Determinacin del lmite plstico

La determinacin del lmite plstico se realiz mediante el ensayo de rollito descrito en

la norma ASTM D 2216- 98.

31

Se tamizaron las materias primas utilizadas en una malla ASTM N200 y se prepararon

muestras de 400 gramos de cada mezcla experimental. Se agreg agua hasta obtener una

consistencia pastosa y se construy un rollito de pasta entre la palma y una placa de yeso. Se rod

sobre la placa hasta romperlo. Si el rollito alcanza un dimetro menor que 3,2 mm, se considera

que el ensayo no es vlido, dado a un exceso de agua. Se debe reproducir la prueba, amasando la

pasta de nuevo y realizando de nuevo un rollito. Si este se rompe al alcanzar un dimetro mayor a

3,2 mm, se pesa la masa de materia (mh), se introduce en una estufa y luego se vuelve a pesar

(ms). El lmite plstico viene dado por la formula: [20]

2.3.1

Se suele inferir que un valor menor de lmite plstico supone una mayor deformabilidad y

plasticidad de los grnulos atomizados en la prensa, sin embargo, el aporte de materiales porosos,

como el rechazo, por su absorcin de agua, podran matizar este enfoque.

2.3.2 Caracterizacin de propiedades en verde

2.3.2.1 Mdulo de Rotura en verde.

Luego de prensar las placas, se determin el mdulo de rotura en verde, evitando que las

mismas perdieran o adquirieran humedad. Se realiz el ensayo de resistencia mecnica de flexin

en 3 puntos, en el equipo Ceramics Instruments MOR/5-TS, en 4 probetas, con una distancia

entre apoyos de 8 cm. Se utiliz la norma ASTM C674-88. Se tom el promedio de los valores

obtenidos. [21]

Figura 2.3.1. Diagrama de ensayo de flexin en tres puntos

32

2.3.3 Caracterizacin de propiedades en probetas sinterizadas

2.3.3.1 Contraccin lineal

Con la ayuda de un vernier, se determin la longitud de las piezas antes y despus de ser

sometidas al proceso de sinterizacin. El porcentaje de contraccin lineal se determin utilizando

la siguiente expresin:

2.3.2.

En donde, Lo es la longitud de la pieza antes de ser sometida a coccin y Lf la longitud

final despus de la coccin.

2.3.3.2 Prdida al fuego

Se pesaron las probetas antes y despus de ser sometidas al proceso de sinterizacin. El

porcentaje de prdida al fuego se determin, mediante la siguiente expresin:

2.3.3.

2.3.3.3Absorcin de agua y porosidad

El porcentaje de absorcin de agua y porosidad se determin siguiendo los lineamientos

de la norma ASTM C373-88 (ensayo del sancocho). [22]

2.3.3.4 Mdulo de Rotura en cocido

Se tomaron 5 placas sinterizadas por mezcla experimental y se siguieron los pasos

descritos en el apartado 2.3.2.1.

33

2.4 Anlisis de varianza

Este anlisis permiti determinar la influencia que tiene cada factor y los niveles de

estudio sobre las propiedades finales de las piezas crudas y las piezas sinterizadas. Se utiliz el

programa Minitab 15 para establecer los anlisis necesarios. Se introdujeron los valores obtenidos

para cada una de las combinaciones y se realizaron grficas de efectos principales y grficas de

contorno. Estas grficas permitieron evaluar el grado de influencia que tiene cada factor y el nivel

recomendado a utilizar. Las condiciones que se utilizaron para evaluar las diferentes propiedades

fueron:

Mdulo de rotura en verde: lo mayor es lo mejor

Mdulo de rotura en quema: lo mayor es lo mejor

Lmite plstico: lo menor es lo mejor

Contraccin lineal: lo menor es lo mejor

Absorcin de agua: lo menor es lo mejor

Se analizaron estos resultados y se establecieron 3 mezclas de verificacin que satisficieran

las propiedades que se queran obtener. Estas mezclas se muestran a continuacin.

Tabla 2.4.1 Mezclas finales

Experimento Arcilla

Valentina Arcilla Santo

Domingo Chamota Caliza Feldespato 1 89% 0 3% 8% 0 2 94% 6% 0 0 0 3 87% 0 3% 0 10%

Se elaboraron placas de estas tres mezclas, con agua de hidrocapital y agua de laguna, y se

evaluaron las propiedades finales en verde y luego del sinterizado siguiendo los pasos explicados

en los apartados anteriores.

34

2.5 Anlisis de costos

Luego de obtener todos los resultados de las mezclas experimentales, se realiz un anlisis

de costos para establecer comparaciones con los costos del proceso de produccin utilizado

actualmente.

2.6 Nota

Los paros de trabajadores, cierres de la empresa y falta de equipos, entre otros, en Balgres

C.A. gener la necesidad de realizar muchos de los ensayos en el laboratorio de Procesos

Cermicos de la Universidad Simn Bolvar.

CAPTULO 3

RESULTADOS Y DISCUSIONES

3.1 Densidad de las materias primas utilizadas en estado slido

A continuacin se muestran los valores obtenidos de las densidades, en estado slido, de

las materias primas utilizadas con sus respectivos errores.

Tabla. 3.1.1. Densidad en slido de las materias primas

Materia Prima Densidad (g/cm3)

Desviacin estndar

Arcilla Valentina 2,53 0,04 Arcilla Santo Domingo 2,60 0,01

Chamota 2,10 0,09 Caliza 2,72 0,05

Feldespato (Movitrans) 2,54 0,09

Las combinaciones de las mezclas experimentales realizadas con la Metodologa de

Taguchi, se muestran en la tabla 3.1.2.

Tabla. 3.1.2. Densidad, en polvo, de mezclas experimentales

Mezcla Arcilla Pirofiltica

(Santo Domingo)

Chamota Caliza Feldespato (Movitrans)

Arcilla Valentina

1 0% 0% 0% 10% 90% 2 0% 2% 5% 20% 73% 3 0% 3% 10% 30% 57% 4 8% 0% 5% 30% 58% 5 8% 2% 10% 10% 70% 6 8% 3% 0% 20% 69% 7 10% 0% 10% 20% 60% 8 10% 2% 0% 30% 58% 9 10% 3% 5% 10% 72%

36

3.2 Densidad (polvo) de las mezclas experimentales

Para calcular las densidades, en slido las mezclas, se utiliz la ley de mezcla (ver

apndice A). En la tabla 3.2.2 se muestran las densidades en estado slido de las nueve mezclas

experimentales calculadas.

Tabla. 3.2.2. Densidad, en polvo, de mezclas experimentales

Mezcla 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Densidad (g/cm3)

2,528 2,528 2,533 2,533 2,542 2,52 2,554 2,527 2,530

Se pudo observar, que las densidades en estado slido de las mezclas experimentales no

variaron mucho entre s. Estos valores fueron utilizados para calcular la densidad de las mezclas,

dato necesario para realizar las curvas de defloculacin.

3.3 Curvas de defloculacin

Figura 3.3.1. Curvas de defloculacin de las mezclas experimentales (densidad 1,577 g/cm3)

37

En la figura anterior se observan las curvas de defloculacin para las diferentes mezclas

experimentales y 100% Valentina. Las especificaciones de planta indican que la viscosidad de la

mezcla debe ser entre 25-45 segundos en la copa Ford N4, que equivalen aproximadamente a

1000cP y 2000 cP respectivamente, las lneas negras representan estos lmites. Se observa que

estos valores no se alcanzan en la barbotina de 100% Valentina a la densidad de 1,577 g/cm3. El

mnimo valor que se obtuvo fue de 3839 cP con altos consumos (2%) de tripolifosfato de sodio.

La obtencin de tan altas viscosidades podra ser producto de la alta superficie especfica de la

arcilla, condicin que implica mayor cohesin entre las partculas, as como alta plasticidad. Por

otra parte, tambin es posible inferir que la materia prima analizada pudiera contener elementos

como sulfatos e iones floculantes como Ca2+, Mg2+ que alteran las propiedades reolgicas de la

barbotina.

El porcentaje de agua que posee la barbotina de 100% arcilla Valentina a una densidad de

1,577 g/cm3, es del 39% y 61% de slido cabe mencionar que la densidad de la arcilla Valentina

es de 2,53 g/cm3, si se trabajara con una arcilla de densidad 2,60 g/cm3 con los mismos

porcentajes de agua y arcilla Valentina, se obtendra una densidad de la barbotina de 1,597 g/cm3.

Esta acotacin se realiza debido a la costumbre de los fabricantes de trabajar comparando

densidades, utilizando a menudo materias primas de 2,60g/cm3 de densidad terica.

Al adicionar otras materias primas, la viscosidad disminuye considerablemente. El

feldespato, la chamota y la caliza actan como desgrasantes que disminuyen la superficie

especfica total y la cohesin entre las partculas de la mezcla. La arcilla pirofiltica es una arcilla

de baja plasticidad por lo que su presencia en las mezclas disminuye tambin la viscosidad.

En la gran mayora de las curvas se obtuvieron valores menores a los 1000cP lo cual

permitira aumentar la densidad de trabajo en el molino, sin embargo las cantidades de

defloculante ptimo son considerablemente altas para la baja densidad con la que se est

trabajando y en comparacin con los valores de otras empresas que fabrican baldosas.

En el siguiente apartado se muestran los porcentajes ptimos de tripolifosfato de sodio

para obtener la viscosidad deseada.

38

3.4 Propiedades de las barbotinas de las mezclas experimentales.

En la siguiente tabla se muestra el porcentaje de defloculante ptimo para realizar la

barbotinas y la densidad, tiempo en la copa Ford N 4 y residuo luego de la molienda.

Tabla. 3.4.1. Propiedades de las barbotinas de las mezclas experimentales

Mezcla % TPF ptimo para

1000cP

Densidad (g/cm3)0,001

Tiempo copa Ford N 4 (s)

Residuo malla 270

(%)

Arcilla Valentina

1 0,85 1,575 45 1 90% 2 0,65 1,601 25 9 73% 3 0,60 1,617 20 12 57% 4 0,45 1,615 20 9 58% 5 0,90 1,593 34 2 70% 6 0,65 1,579 19 7 69% 7 0,65 1,611 31 5 60% 8 0,50 1,615 28 6 58% 9 1,10 1,572 25 5 72%

100% V* - 1,577 - 2 100%

*100%V: mezcla 100% arcilla Valentina

En esta tabla se observa que las mezclas que presentan un menor valor de porcentaje de

defloculante ptimo fueron las 3, 4, y 8 (tabla 3.1.2). Estas mezclas tienen en comn, que poseen

el porcentaje de feldespato ms alto y las menores cantidades de arcilla Valentina. Las mezclas 1,

5 y 9 son las que contienen mayor porcentaje de arcilla Valentina y de defloculante ptimo. Se

puede decir que mientras mayor es el porcentaje de arcilla Valentina en la mezcla, mayor es la

cantidad de defloculante necesaria para disminuir la viscosidad, esto se puede observar con

claridad en la figura 3.4.1.

39

Figura 3.4.1. Porcentaje de tripolifostato ptimo vs. Porcentaje de arcilla Valentina

Utilizando los porcentajes de defloculante ptimo calculados, los tiempos en la copa Ford

N 4 se mantuvieron dentro del rango de especificaciones de Balgres, sin embargo hay mezclas

como la 3 y la 6 que tienen un tiempo menor a 25 segundos por lo que podra utilizarse una

menor cantidad de tripolifosfato o una mayor densidad y obtener buenos resultados.

En cuanto al residuo se pudo observar que las mezclas con mayores porcentajes de

feldespato son las que presentaron mayores porcentajes de residuo. Esto se debe a que este

material es ms difcil de moler por la dureza y poca disgregacin en el agua, lo cual implica que

si estas mezclas se utilizan a nivel industrial, deber aumentarse el tiempo de molienda.

3.5 Propiedades finales de las mezclas experimentales

3.5.1 Lmite Plstico

A continuacin se presentan los resultados del lmite plstico (propiedad que permite

determinar cundo una arcilla o mezcla pasa a ser trabajable). Corresponde al porcentaje de

humedad mnimo requerido para conformar un cilindro delgado, sin que ste se rompa. [16]

40

0: mezcla 100% Valentina

Figura 3.5.1. Porcentaje de lmite plstico de mezclas experimentales.

Si el lmite plstico es menor indica que la mezcla dara una mayor deformabilidad cuando

es atomizada a una misma humedad. Al adicionar desgrasantes a la mezclas ocurren diversos

efectos.

Al agregar desgrasantes se requiere de menos agua para lubricar las partculas plsticas de

arcilla, menos numerosas. Al mismo tiempo, la menor cantidad de materia plstica obliga a

colocar ms agua entre las partculas desgrasantes para conseguir plasticidad: el efecto es

contradictorio, y se traduce en escasa variacin, por otra parte, la chamota absorbe agua,

aumentado en el consumo de agua antes de permitir la lubricacin intermicelar y la plasticidad:

este efecto le confiere mayor complejidad al anlisis.

A pesar de que hay variaciones en el porcentaje de lmite plstico calculado para las

diferentes mezclas, los valores se encuentran en un pequeo rango entre 20 y 25% por lo que las

diferencias no son muy significativas indicando que las nuevas materias primas agregadas, no

causan mayor efecto sobre el lmite plstico.

41

En conclusin, el estudio de lmite plstico con vista a mayores plasticidades, es til

cuando se mezclan arcillas, ms pierde utilidad cuando se involucran desgrasantes. [16]

3.5.2 Mdulo de rotura en verde.

El valor mnimo requerido en planta del mdulo de rotura en verde se encuentra entre 3 y

4 kg/cm2.

0: mezcla 100% Valentina

Figura. 3.5.2. Mdulo de rotura en verde de las placas (mnimo: 3Kg/cm2)

En la figura anterior se muestra que las placas que presentan mayor mdulo de rotura en

verde fueron las que tenan el mayor contenido de arcilla Valentina como la mezcla 0 (100%

Valentina) y la mezcla 1 (90% Valentina, 10% feldespato). La arcilla Valentina es muy plstica,

la plasticidad implica mayor cohesin entre las partculas, lo que dificulta su separacin ante

esfuerzos aplicados por lo que aumenta el mdulo de rotura en verde. Al agregar feldespato y

desgrasantes, materiales de baja plasticidad, la cohesin entre las partculas es menor, la

plasticidad disminuye y por lo tanto el mdulo de rotura en verde tambin. Esto se observ en las

42

mezclas 2-9. Sin embargo, todas se mantuvieron muy por encima de las especificaciones de

planta.

3.5.3Contraccin lineal

A continuacin se muestran los porcentajes de contraccin de las mezclas experimentales

de las cuatro quemas diferentes que se realizaron. Las lneas negras ms gruesas muestran el

rango de especificaciones de la empresa entre 0-0,5% de contraccin.

0: mezcla 100% Valentina

Figura. 3.5.3. Contraccin lineal de mezclas experimentales en las distintas quemas.

Las mezclas que presentan mayor porcentaje de contraccin son las que contienen mayor

porcentaje de Valentina (0 y 1). En la mezcla de 100% Valentina, en ninguna de las temperaturas

de quema, el porcentaje de contraccin lineal present valores por debajo del 1% lo que

demuestra que esta arcilla presenta problemas de contraccin al no cumplir con las

especificaciones requeridas en planta.

43

Se pudo observar que a pesar de que se realizaron dos temperaturas iguales tericamente

(1080C en el horno de la USB y en el horno de Balgres) los resultados de los porcentajes de

contraccin presentan bastantes variaciones entre ellos. A excepcin de las mezclas 6, 8 y 9, la

contraccin lineal en las piezas quemadas en el laboratorio es mayor que las piezas quemadas en

planta. Esto pudiera deberse a que las piezas sinterizadas en el horno del laboratorio de la

universidad fueron sometidas a un ciclo trmico un poco ms largo y se encontraban en contacto

ms directo con la radiacin trmica por las pequeas dimensiones del horno. Esta condicin

puede producir una mayor cantidad de fase lquida. Tambin es posible que el horno de Balgres

haya estado a una temperatura ms baja de la indicada.

En la siguiente tabla se muestran las mezclas en donde se cumple las especificaciones de

planta para las diferentes temperaturas de sinterizacin.

Tabla 3.5.1. Mezclas que cumplen con las especificaciones de planta para la contraccin en las distintas temperaturas de sinterizacin.

Temperatura

sinterizacin

1080C

Balgres

1080C

laboratorio

1095C

laboratorio

1110C

laboratorio

Mezclas 2,4,5,7 3,4,6,9 2,4 1,8

Las mezclas que se encuentran dentro de las especificaciones de planta a 1080C (quema en

Balgres), tienen en comn el contenido de caliza y feldespato. A esta temperatura, el feldespato

parece estar actuando como material inerte que no contribuye con cambios volumtricos sino que

disminuye el porcentaje de Valentina presente en la mezcla que es la materia prima que genera la

mayor contraccin. La mayora tambin posee arcilla pirofiltica que tiene como caracterstica la

expansin en la sinterizacin lo que contrarresta el efecto de contraccin de la arcilla Valentina.

A la temperatura de 1080C (quema en el laboratorio USB) tres de las cuatro mezclas poseen el

porcentaje ms alto de chamota utilizado. La chamota disminuye la contraccin debido a que sta

no reacciona qumicamente al momento de sinterizar la muestra, ya que todas sus

44

transformaciones han ocurrido, por lo cual no presenta mayores variaciones de volumen. Adems

3 de las cuatro mezclas poseen altos porcentajes de feldespato y contienen arcilla pirofiltica que

como se explic anteriormente contrarresta la contraccin.

A 1095C slo dos mezclas entran dentro del rango de especificaciones, por el aumento de

la temperatura, es probable que haya una mayor formacin de fase lquida que genere

contraccin. Estas dos mezclas tienen en comn altos contenidos de feldespato y contienen

caliza. La caliza, en pequeos porcentajes ayuda a disminuir la contraccin y el feldespato en este

caso parece seguir funcionando como material inerte que disminuye la cantidad de Valentina.

A 1110C tambin slo dos mezclas se encuentran en el rango y se observa que en varios

casos no hay presencia de contraccin sino de expansin en las placas (mezclas 3 y 7). Estas

mezclas contienen 10% de caliza y por estar presente ante una mayor temperatura puede que la

salida de los gases, por descomposicin, genere expansin en la mezcla.

La arcilla Valentina posee una contraccin mayor al 1% por lo que la adicin de otras

mater