I 1 UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

ETAPALAPA

LABOR~~~TORIO DE PROCESOS Y DISEÑO 111

ASESOR: MUG. URDEL ARECHHGA VIRANlOhrTEs

AVlLES CABRERA PEDRO PABLO

GONZALEZ PEREZ PEDRO

u INTRIAGO Y LOYO ARISTIDES JESUS

PAG

PARTE I

MOTIVOS DEL PROYECTO

INTRODUCCI~N

HISTORIA DEL VIDRIO

NATURALEZA DEL VIDRIO

EL VIDRIO FRlO COMO SOLIDO

PROPIEDADES DESEADAS DE LOS VIDRIOS

TEORIA RETICULAR DEL VIDRIO

MODELO CINETICO DE FORMACIóN DEL VIDRIO

PROPIEDADES DE LOS VIDRIOS

TIPOS DE VIDRIADOS

PROPIEDADES CERAMICAS DE MATERIAS PRIMAS

OPACIFICANTES

ANALISIS DE MERCADO

UBlCAClON DE LA PLANTA

PARTE 11

VIDRIOS

FRITAS

PROPIEDADES DE LOS VlDRlOS

FORMULACldN DE VIDRIOS

PRUEBAS DE ENSAYO PARA FRITAS

2

4

4

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58

RESULTADO EXPERIMENTAL DE LAS PRUEBAS

PARTE 1111

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

COMO FUNDIR LA MATERIA PRIMA

DISEÑO DEL HORNO

DISEÑO DEL MEZCLADO

EVALUACldN ECONOMICA

CONCLUSIONES

BlBLlOGRAFlA

APENDICE

63

69

81

82

90

90

1 O0

1 o1

103

I. OBTENCION DE VIDRIOS SIN PLOMO DE BAJO INTERVAI.-O DE FUSION ( 850 oc - 1000 oc ).

11. OBJETIVOS:

PRODUCCION DE VIDRIOS SIN PLOMO.

DESARROLLO DE PRODUCTOS.

DISEÑO DE LA PLANTA.

ESTUDIO DE FACTIBTLIDAD ECONOMICA DE LA PLANTA.

111. MOTIVOS DEL PROYECTO

0 La alfarería tradicional, conocida también como cerámica de "baja temperatura", es en Mexico una de las artes populares más eiqendidas y su ejercicio involucra a una considerable cantidad dc comunidades y poblaciones en el territorio nacional, siendo más intensa su práctica hacia el cenfro - sur del país y más escasa hacia el norte. Las formas y los tamaños de los objetos que se producen son de lo más variado. Una gran parte de la producción de la alfarería se recubre con un vidriado que tiene por objeto impermeabilizar la pieza, hacerla más inerte químicamente, darle mayor resistencia mecánica y un acabado brillante con fines tanto estéticos como utditarios. Si bien la producción de cerámica se daba en estas latitudes desde mucho tiempo antes de la llegada de los españoles, la técnica del vidriado fue algo que ellos aportaron, quienes a su vez lo heredarón de los arábes.

El vidriado se realiza tradicionalmente con una suspensión de oxido de plomo, litargirio ( PbO), conocido comúnmente como greta mezclado con sílice, pedernal [ liga o tizate (SiO2)], que se aplica sobre las piezas ( recipientes elaborados a base de arcillas naturales ) que han sido quemadas previamente y que se conocen como bizcocho, sancocho o jahuete. La greta produce vidrios de alta calidad, con amplio intervalo de temperatura de hsión, mucho brillo y ligera tendencia a la formación de físuras, "craquelado" que sufre el vidrio cuando se enfría. Todas éstas condiciones dificultan su sustitución.

Actualmente el consumo de la alfarería tradicional, se da con mayor auge en estratos de clase media y baja, por lo económico que resultan y por la cultura y costumbres de la gente. De igual forma otros sectores de la economía, como el restaurantero y de artículos ornamentales demandan fuertemente estos productos. Dado que en su gran mayoría, estos artículos artesanales contienen plomo, para abatir el intervalo de fusión, se ve limitada su comercialización. De igual modo no se puede explotar el enorme potencial que tienen estos productos en el exterior, ya que por su colorido y lo exótico de sus variadas formas y diseños, tienen gran demanda en el exterior. Desgraciadamente, sólo está permitida la exportación de artículos de ornato, esto limita de manera importante las oportunidades de expansión de esta actividad.

Por lo anteriormente expuesto nos urge encontrar un tipo de vidriado que reuna las características fisicas y quimicas apropiadas; tales como bajo intervalo de fusión, coeficiente de expansión térmica compatible con el del barro, tensión superficial adecuada, gran dureza, mucho brillo, alta resistencia química; etc., de tal suerte que lo hagan viable comercialmente.

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1 .O CARACTERISTICAS DEL VIDRIO.

1 . 1 HISTORIA DEL VIDRIO

El vidrio ha sido usado por el hombre desde tiempos muy remotos, del cual haSr registros arqueológicos. Objetos hechos por la mano del hombre usando vidrio han sido encontrados en localidades muy distantes. Los vidrios encontrados en la naturaleza provienen de masas rocosas fimdidas las cuales fueron expulsadas en erupciones tan rápidamente que no tuvieron tiempo de transformarse en cristales minerales. El más común de estos vidrios naturales, es la obsidiana, usualmente es traslúcido y de color negruzco, pero a veces es rojo, café o verduzco, y algunas variedades son transparentes. Es muy fácil de quebrar, frecuentemente se pueden estirar las piezas, así mismo se pueden hacer puntas de flechas, de lanzas y cuchillos; este fue el uso más difundido que le dio la gente de la edad de piedra. En culturas más avanzadas la obsidiana fue usada para propósitos religiosos y ceremoniales, además de la joyería, algunas de estas piezas presentan una alta calidad en su manufactura.

Los objetos fabricados con obsidiana han sido encontrados en zonas minerales como Italia, Grecia, Checoslovaquia, Hungría y Asia Menor; y vemos que la obsidiana se ha comercializado desde la edad de bronce, fue usada através de tocla América. La obsidiana encontrada en el parque Yellowstone era bien conocida por 10s indios, y fue dihndida de tribú a tribú frecúentemente lejos de su lugar de origen.

UM amplia colección de herramientas de obsidiana, encontrada en un cementerio cerca de Chillicote, Ohio; y que ahora se encuentra en el Museo de Historia Natural de Chicago, se considera que fue hecha en México. Cuchillas de obsidiana han sido encontradas en la Patagonia, y espejos de obsidiana se han hallado en Ecuador. Dificilmente hay un sitio en todo México y Centro América donde no existan indicios del usa de obsidiana. Los pedazos de cuchilla, que han sido encontrados en grandes cantidades, en e l Valle de México, es la forma más simple y común de vestigios.

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LOS INICIOS DEL VIDRIO MANUFACTURADO.

Cilando el vidrio fue fabricado artificialmente por primera vez? No lo sabemos, pero debe haber sido muy anterior en los inicios de las primeras ciwlizaciones humanas. Una vez que fue descubierto el uso del fuego, se hizo posible trabajar en intervalos de alta temperatura, el inicio Y desarrollo de las artes basadas en el fuego fueron su consecuencia natural. Posteriormente el descubrimiento del uso del vidrio vino despúes. y fue una consecuencia del desarrollo de la metalurgia, pero parece más probable que la metalurgia y fabricación del vidrio, fueron consecuencia del desarrollo del arte de la alfarería. La cocción de la alfarería cruda file el primer paso en el desarrollo de las artes basadas en el fuego, y de este se desarrolló el vidriado y como consecuencia lógica de lo anterior se produjo el vidrio, producto de la mano del hombre. Puede ser, sin embargo, que el descubrimiento del vidrio fue un suceso fortuito.

Hay una gran diferencia entre lo que es un vidrio y un vidriado, y la transformación de uno en otro es menos compleja, de cualquier forma es más probable que el vidrio se hubiera descubierto en forma independiente. De igual modo surge la necesidad de catalogar las propiedades químicas del vidrio.

Posiblemente la producción de vidrio comenzó como un accidente. Una posibilidad de lo anterior lo ilustra Verlain, considerando que se formaba por la c,occion de cereales y la fusión de sus cenizas, como resultado del fuego causado por un relámpago. Tales sucesos no son improbables y Verlain afirma que las masas de vidrio encontradas en las cenizas fueron llamadas piedras de relámpago.

Gracias a los estudios sistemáticos de las propiedades de muchos miles de vidrios, se hnden unas quinientas especies quimicamente distintas de vidrio con las que se fabrican decenas de miles de diversos artículos para una infinidad de usos.

Se ha aplicado el nombre de wdrios a div-ersas sustancias químicas inorgánicas cuando se encuentran en el llamado estado vítreo. La palabra vidrio ha designado comúnmente el material usado para la fabricación de botellas y ventanas. Casi toda la producción comercial se hace con vidrios de silicatos, o sea, vidrios de óxidos que contienen 60 - 100% de Si02 (sílice) y diversos porcentajes de dos o más óxidos inorgánicos, como óxidos de sodio, potasio, calcio, magnesio, plomo, boro, aluminio, zinc y bario, todos ellos en solución mutua.

El vidrio es el producto de una fusión inorgánica que ha sido enfriado hasta condiciones sólidas sin cristalización. Otra forma de definir a los vidrios es considerándolos sustancias amorfas de muy alta viscosidad ( 1 x 1 O dPas (poises)) o líquidos sobreenfriados los cuales no tienen puntos específicos de solidificación ni reblandecimiento, es decir, la viscosidad de un vidrio varia en un intervalo de temperatura de mayor a menor ( rango de temperatura de reblandecimiento ) o de menor a mayor ( rango de solidificación ).

La temperatura a la cual el vidrio comienza a solidificarse se denomina “temperatura de transicicin vítrea”, ya que a temperaturas más bajas el material será frágil y a temperaturas por encima de este rango comenzará a fluir como líquido muy viscoso. De igual forma, “la temperatura de reblandecimiento” es aquella donde la viscosidad del vidrio prefundido comienza a disminuir hasta comportarse como un líquido Newtoniano.

Hasta una temperatura de varios cientos de grados centígrados, el vidrio es un material sólido con una buena resistencia mecánica. Aunque fundamentalmente muy homogéneas y transparentes, pueden hacerse masas o cuerpos de diferentes colores, traslúcidas u opacas por la inclusión de pequeños porcentajes de materiales inorgánicos amorfos o cristalinos disueltos.

Las relaciones de equilibrio de fases de los sistemas que forman vidrios, han conducido a un conocimiento más completo de los límites de composición de este material; esto es, de las relaciones químicas que fijan límites a las composiciones que pueden fundirse y trabajarlas para convertirlas en vidrios útiles. Sin embargo, los vidrios comercialmente útiles son casi siempre multicomponentes y de constitución indudablemente compleja y no existe hasta ahora ninguna teoría completamente aceptada sobre la estructura atómica del vidrio.

1.3 EL VIDRIO FRIO COMO SOLIDO

Salvo a temperaturas superiores a varios cientos de grados centígrados, el vidrio sólido tiene algunas propiedades que son comparables cualitativa y cuantitativamente con las de los cristales únicos y otros sólidos cristalinos, como son:

i) Rigidez ii) Deslizamiento en frío iii) Las constantes elásticas iv) Resistencia mecánica intrínseca v) Dureza vi) Permanencia vi¡) Dilatación calorífica viii) Calor específico ix) Propiedades dieléctricas x) Potencia óptica dispersiva

El vidrio es un sólido amorfo a las temperaturas. ordinarias, que no adopta formas geométricas en

El vidrio tiene propiedades no direccionales. W El vidrio tiene singulares características de fractura

No existen puntos de transición de cambio de fase. El vidrio no tiene punto de solidificación ni

su estructura.

punto de filsión. El vidrio fundido cambia al enfriarse pasando de líquido típico a sólido vítreo por atresamiento, endurecimiento y solidlfcación graduales sin que produzcan cambios discontinuos en sus propiedades fisicas. El vidrio puede hacerse cristalizar En el vidrio no existen compuestos. Puede haber cristalización sin desvitrlfcación.

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1.4 PROPIEDADES:

Transparencia. Es muy grande y permanente en casi todas las clases de vidrio. la transmisión de porcentajes muy elevados de ondas de luz visible para fines de iluminación, es una propiedad de la transparencia.

Lisura. Facilita mucho la limpieza y el mantenimiento de condiciones estériles en las tuberías por las que circulan alimentos y medicinas.

: , Inercia química. En general el vidrio tiene una resistencia buena o excelente a la

: Dureza y resistencia al rayado.

corrosión. ' ' Excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y dieléctrico. - Propiedades ópticas esenciales en los lentes y los prismas. : Limites amplios de colores bellos y permanentes.

' Permanencia ( no cambia con l a edad ). El vidrio es un material refractario. Facilidad para darle forma en caliente

Coeficiente de dilatación calorífica muy bajo ( ciertas composiciones ). I No es poroso.

Fabricación.- El vidrio se hace calentando una mezcla que casi siempre consiste en arena silicea y cxidos metálicos secos, pulverizados o granulados, compuestos que producen dichos óxidos cuando se calientan.

El vidrio fundido se enfría y se endurece muy rápidamente, sin embargo en los segundos que se encuentra a una temperatura comprendida entre el rojo amarillo y el rojo naranja ( o limites de viscosidad de lo4 y lo7 poises ). puede trabajarse fácilmente de muchos modos para darle forma. El vidrio frío puede voherse a calentar y trabajar repetidas veces con la misma facilidad.

Un articulo de vidrio inmediatamente después de que se le da forma, es transportado a un horno de recocido continuo, para volverse a calentar a una temperatura apropiada para desaparecer las tensiones introducidas en el vidrio al darle forrna.

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1.5 TEORIA RETICULAR DE 1,OS VIDRIOS

Quizá el mejor modelo estructural conocido para la formación de los vidrios se debe a Zachariasen (1 932) y Warren (1 937, I 94 1 ). Hablando de cjxidos, Zachariasen expresó una última condición para la formación de vidrios que dice “la sustancia debe formar redes extendidas en tres dimensiones carentes de periodicidad con un contenido de energía comparable con la correspondiente a la red del cristal”. Esto condujo a la formulación de las reglas para la formación de vidrios. De acuerdo con ellas un vidrio inorgánico se forma si:

0 Un átomo de oxígeno está unido a no más de dos cationes atómicos. El número de átomos de oxígeno que rodean a los átomos catmonicos debe ser pequeño

0 Los poliedros aniónicos comparten entre si vertices, no aristas ni caras. 0 AI menos deben estar compartidos tres vértices de cada poliedro de oxígeno. 1 Los enlaces entre el oxígeno y el catión son covalentes y direccionales, es decir el

(4 como máximo).

ordenamiento atómico local está determinado por los ángulos de enlace y puede ser representado por un poliedro cuyo vkrtice es la dirección de máxima intensidad de unión.

Las implicaciones del modelo estructural de red aleatoria en la formación de vidrios conduce a la clasificación de óxidos catiónicos como: formadores de red, modificadores de red e intermedios o coformadores de red.

Los formadores de la red vítrea son los óxidos que forman la red principal del vidrio e impiden la desvitrificación En cerámica se utilizan tres: Si02, también llamado anhídrido silícico o pedernal de alfarero; B203 o anhídrido borico; y P203 o pentóxido de fósforo (aunque este último es raramente usado).

Los modlficadores de la red vítrea son óxidos que rellenan los huecos de la red y debilitan los enlaces. Su adición debe ser limitada porque, si entran en la red más de los que pueden caber, toda la estructura se derrumba al estado cristalino. Tales modificadores pueden ser: Lizo, NazO, &O, MgO, CaO, Bao, ZnO. Por lo general cuanto más modificadores se añaden, menos viscosidad tiene el vidrio, meñor resistencia al ataque químico y principalmente la temperatura de reblandecimlento del vidrio es más baja.

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I .os coformadores o trxermedtos de la red vítrea. Algunos óxidos no forman vidrios por si nltsmos, pero pueden entrar en la red hasta cierto punto y sustituir al Si“ o al B”’. En nlgunos casos formarán la propia red con ciertos modlfcadores, como en los sistemas VgO CaO A!:Ox Los coformadores comúnmente son A1203, TiOr, BeO, ZrOr y CdO.

En 1047. Sun (Norton. 1983) demostró que la resistencia de enlace simple de los óxidos da una correlación aceptable con la formación de vidrios. Los generadores de red poseen gran resistencla de enlace, en los modificadores es baja y en los intermedios la resistencia queda entre los dos anteriores.

Este modelo estructural de red aleatoria está soportado en los estudios de difracción de rayos S de una gran variedad de vidrios (Uhlmann, 1983).

Todo proceso de enfrlamiento como el de la formación del vidrio está dado por la cinética Esta determina cuál de los dos canllnos ha de tomar la mezcla: la cristalización o la vitrificación.

En esta sección el prmclpio de la L lscosldad es la propiedad cinética más importante en los vidrios formados por mezclas, con enfriamiento rápido y sin cristalización. El significado de la viscosidad está discernido cuando uno considera la formación de los vidrios, por ejemplo, el cuarzo (Si02).

En la naturaleza resulta difícil encontrar piezas puras de Si02; en la industria, el cuarzo o cristal de roca es calentado por encima de los 2000 "C y de cualquier forma lo que se consigue es una mezcla de varios componentes.

Una mezcla difiere del cristal en su habilidad o capacidad de movkr sus unidades estructurales individuales. Los enlaces Si-O llegan a ser tan fuertes en un cristal que es necesario aplicar elevadas temperaturas para provocar un movimiento interno de la red cuando esto sucede, muchos enlaces comlenzan a romperse o modificarse debilitando la estructura y provocando una disminución de la viscosidad del material. Por ejemplo, el punto de mezcla ( temperatura de reblandecimiento) para el vidrio de Si02 es 1723 O C , mientras que para el cristal de este mismo óxido está por arriba de los 2000 "C; por ende: "a elevadas temperaturas, los enlaces comenzarán a romperse y la viscosidad a disminuir". Dicho de otro modo, los enlaces entre átomos se fortalecerán conforme aumenta el enfriamiento.

En los vidrios formados por mezclas lo anteriormente explicado varia, ya que se cuentan con más agentes, por ello, las uniones entre átomos son más diversas y no precisamente giran alrededor de la unión de los tetraédros de Si04.

L a viscosidad siempre ha sido identificada con la letra n y en estudios de cinética para vidrios y polimeros plásticos se reporta en Pa*s ( Pascal*segundo ), para familiarizarse, o bien para tener un punto de comparación con un poise ( unidad de viscosidad más común en ingeniería ) existe la equivalencia: dPa*s = 1 P - que se entiende como la relación directa entre un poise y una décima de Pascal por segundo - De esta forma se encontraron los siguientes datos de viscosidad para un vidrio formado con Si02-CaO-K20-Na20.

n (1 500°C) vidrio = 1 O *2 dPa.s

n (2OOC) agua = 10 "-2 dPa.s (centipoise)

La viscosidad de este mismo vidrio en 700 y 850°C oscila entre 10*6 y 10*9 dPa.s.

10

DEPENDENCIA DE LA TEMPERAI’I’RA.

La dependencia de la viscosidad con la temperatura esta descrrta par la ecuación de Boltzmann:

n = K exp [EniRT] En = Energia de activaclón

Expresándola de otra forma quedaría:

log n = K”+ En/( I9,15)T : En [=] Jimol, T[=] E;, l o g [-J 1 ’7’

Hay que considerar que la energía de activación, no puede estar directamente relacionada con la energía de unión. Por ejemplo, las energías de unión de B-O y Si-O son del mismo orden, mientras que la energía de activación son de 71 O KJimol para el Si02 y 3 1 O KJimol para el B203.

CRISTALIZACION

La cristalización es un fenómeno cinétlco inverso a la vitrificación, este fenómeno ocurre durante el enfriamiento del liquido a Ia misma temperatura en la cual la mezcla es observada Resulta dificil la formación de cristales cuando un vidrio está compuesto por más de dos óxidos, sin embargo es posible meter pequeñas cantidades de cristales a un vidrio para que éste cambie por completo todas sus características.

NUCLEACION

La nucleación es un fenómeno mejor estudiado en vidrios formados por mezclas de óxidos. Dicho fenómeno comienza infinitesimalmente cerca de la temperatura de formación de cristales (Tm); hasta aquí, el calor de nucleación puede ser ficilmente removido a bajas temperaturas por consiguiente, la nucleación aumenta cuando la temperatura desciende.

L a nucleación ocurre cuando los formadores de la red vítrea van perdiendo movimiento cinético y comienzan a unirse entre si, sin perturbaciones provocadas por otros óxidos no formadores ( modificadores por ejemplo ), de esta manera el vidrio va tendiendo su red en todas direcciones.

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1.7 PROPIEDADES MECANICAS DE LOS VIDRIOS

Hasta una temperatura de varios cientos de yrados centígrados. el L - i t i r - i o es u n s¿)lido que tiene constantes de rigidez y elasticidad comparables a los tie acer-o u o t r o s materiales cristalinos.

11'; El vidrio no tiene ductilidad p i Resistencia al resquebrajamiento : i Dureza

1.7.1 PROPIEDADES TERMICAS

Temperatura de referencia.- Para el control práctico de las operaciones de conformacibn y recocido, además de saber cual es la temperatura máxima de trabajo.

1 1 El punto de trabajo.- La temperatura a la cual la viscosidad del vidrio caliente es lo suficientemente baja para darle forma, con la mayoría de los métodos comunes. El punto de reblandecimiento.- Es la temperatura a la cual el vidrio empieza a deformarse perceptiblemente bajo su propio peso ( viscosidad 1 poises ).

I ! : ) El punto de recocido.- Es la temperaturas a la cual las tensiones internas existentes en el vidrio son substancialmente a!iviadas por deslizamiento e:? quince ninutos, suele ser la temperatura más alta del intervalo de recocido.

:) El punto de deformación.- Es la temperatura a la cual las tensiones internas son substancialmente aliviadas en diecisiete horas, es !a temperatura más baja en el intervalo de recocido ( viscosidad poises ), en el punto de deformación, el vidrio es esencialmente un sdido rígido.

. ,

Conductividad calorífica.- Las conductividades a la temperatura ambiente de diversos vidrios varia entre 0.0018 y 0.0033 cal/(seg.)(cm2)("C/cm), tienen los valores más altos de sílice en su contenido.

Calor específico:

17) Para vidrios comerciales es aproximadamente 0.20 cal/(gmol)(('C) a temperatura

b) Resistencias a las variaciones bruscas de temperatura (resistencia al choque térmico). (1) Resistencia a las tensiones térmicas.

ambiente.

1.7.2 PROPIEDADES ELECTRICAS

Resistencia eléctrica M Resistencia dieléctrica.

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1.8 VIDRIADOS Y ESMALTES VITREOS

Lo vidriados son revestimientos vítreos delgados, transparentes. incoloros o coloreados, fimdidos sobre cuerpos de materiales cerámicos.

Los esmaltes vítreos son revestimientos delgados por lo general semiopacos u opacos, fundidos sobre metales, vidrios o cuerpos ceramicos.

Los vidriados y esmaltes vítreos, son esencialmente vit.reos debido a la baja temperatura de fusión, buena tendencia a fluir; buena adherencia al cuerpo, capacidad de recubrimiento en el caso de los esmaltes y concordancia en la dilatación térmica, sus composiciones empíricamente determinadas caen entre limites más amplios que para el vidrio y son pocas veces tales que pueden trabajarse en artículos de vidrio.

1.8.1 VIDRIADOS

El método para preparar vidriado cerárnico

El material imprescindible en la composicion de un vidriado cerámico es el formador del vidrio, en cerámica se utilizan tres: Si02, también llamado anhídrido silíceo, cuarzo sílice, silex, pedernal de alfarero, B z O ~ anhídrido borico; v P 2 0 ~ pentoxido de fósforo ( aunque este último es raramente usado ).

Usualmente se le añade al elemento o elementos formadores de vidrio algún o algunos óxidos hndentes: Na20, K20, MgO, CaO, Bao, ZnO y PbO., son los más utilizados, su acción es fúndente, es decir, suelen abatir el punto de fusión de la mezcla.

A veces, sin embargo, también suelen cristalizar c,on el SiOz. formando silicatos cristalinos; es decir vidriados que contienen en suspensión cristales, a veces invisibles a simple vista ( vidriado mate ), a veces de gran tamaño. Para evitar esto, se suele añadir mezcla de Alzo, que además de evitar o dificultar la cristalización, aporta a1 vidriado otras interesantes propiedades: amplía el margen de hsión, aporta viscosidad y facilita la adaptación del vidriado sobre la pasta.

Fundentes Neutros formadores de vidrio

CaO Bao

ZnO PbO

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Todas las pastas cerámicas estarán compuestas. por estos tres grupos; y sus propiedades de fisión dependerán de la cantidad y tipo de &idos presentes en Ia fórmula.

El trabajar con fórmulas moleculares en lugar de hacerlo solo con fórmulas peso tiene algunas ventajas.

Puedes hacer una misma fórmula utilizando distintos n~ateriales; por ejemplo los vidriados.

'3 I 228.5 minio, 120 cuarzo, 25.8 caolín. 258.5 albayalde, 120 cuarzo, 25.8 caolín

Darán todos el mismo resultado, aunque esto. como sabemos los ceramistas, no siempre es exacto.

Con el tiempo llegas a conocer las propiedades de los óxidos cerámicos, por si solos o combinados, puesto que se plantea el trabajo con óxidos ( NazO, KzO, Si02 ) y no con materiales ( feldespato, caolín, etc. ). Aún así es importantisimo conocer las propiedades de estos últimos.

1.8.2 TIPOS DE VIDRIADOS.

VIDRIADOS CUARTEADOS Algunas veces se aplica para efecto decorativo un vidriado que se cuartee intensamente. Deberi tener un gran coeficiente de expansión y si se aplica una capa gruesa pueden observarse ciertos efectos poco frecuentes.

VIDRIADOS DE PIEL DE SERPIENTE Pueden producirse para efectos decorativos vidriados con alta tensión superficial que conduce a corrimiento o formación de arrugas. L a tensión superficial está determinada por la composición química, siendo magnesia y alúmina los mejores componentes para aumentarla, y también por la temperatura.

VIDRIADOS OPACOS Una fase vítrea se hace opaca si la trayectoria del haz de luz se descompone

adecuadamente y se hace difusa. Esto se consigue mediante el empleo de partículas finas insolubles en el vidrio y de Índice de refracción diferente.

VIDRIADOS MATE Los cristales de un vidriado mate descomponen los rayos de la luz haciendo más o menos opaco el vidriado. Por supuesto los vidriados opacos pueden así mismo hacerse mates se forman cuando se enfria un vidriado completamente fundido y una parte de é1 se separa por cristalización. Los cristales deben ser tan diminutos y estar dispuestos de forma tan regular que la superficie del vidriado sea lisa y aterciopelada al tacto.

VIDRIADOS CRISTALINOS El empleo de vidriados cristalinos está limitado a fines artísticos. Poseen cristales

simétricos de dimensiones apreciables, dispuestos en una matriz vítrea que puede tener un color diferente, y mediante una cuidadosa elaboración puede dárseles un aspecto muy bello. Estos cristales grandes se producen cuando se enfría muy lentamente un vidriado que está sobresaturado con un compuesto que cristaliza fácilmente.

VIDRIADOS DE AVENTURINA Estos también son vidriados cristalinos, pero en lugar de tener cristales largos circulares,

que aparezcan frecuentemente en manchas, se caracterizan por una masa de finos cristales en placas o lentejuelas precipitada en el vidriado.

VIDRlADOS SALINOS La operación del vidriado con sal difiere hndamentalmente de la del vidriado en

suspensión. El vidriado salino se forma en el horno por la acción de vapores, producidos a partir de sal, agua y otras sustancias sobre la pasta cocida y caliente. El vidriado con sal se emplea en la fabricación de gres en general, especialmente de tuberías de aguas residuales, gres química, ladrillos vidriados y azulejos, y de ciertos objetos de arte.

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1.9 PROPIEDADES CERAMICAS DE MAERIAS PRIMAS

Oxido de sodio ( Na2O )

Propiedades cerámicas.- Es un oxido fitndente de gran poder de fusión, forma fácilmente combinaciones eutécticas con CaO, K20, B203, Bao, A1203 y especialmente Si02.

Forma los típicos vidriados alcalinos de una gran luminosidad, poca pureza y generalmente agrietados, no superficial sino profundamente. Tiene una gran capacidad para disolver óxidos colorantes y óxidos opacificantes.

Materiales que contienen Na20.- Carbonato de sosa anhídro CO3Na2 ( soda solvay ), bórax cristalizado y anhídro, kryolita A12F6 * 2Na2F2 ( roca procedente de Groenlandia )., pegmatita, sienita - nefelino.

Oxido de potasio ( K20 )

Propiedades cerámicas.- Forma vidrios algo más viscosos que el Na20 y con mayor tensión superficial.

Forma vidriados algo más duros y resistentes al cuarteo que el Na20, forma eutecticos con Na20, CaO, Bao, A l 2 0 3 y Si02.

Material que contiene K20, carbonato potásico, nitrato potásico y feldespato.

Oxido de magnesio ( MgO )

Propiedades cerámicas.- Aporta viscosidad a los vidriados alcalinos y boracicos, también dureza y resistencia mecánica.

Una pequeña adición molecular a un vidriado alcalino o boracic0 hace bajar su punto de fusión; si se aumenta la cantidad, aumenta el punto de fbsión, es un oxido muy refractario que se utiliza en poca cantidad para baja temperatura.

Puede cristalizar con A l 2 0 3 y Si02 formando, si las condiciones son favorables, vidriados mate y satinados de gran belleza.

Puede contrarrestar el craquele de los vidriados, debido a su bajo coeficiente de dilatación térmica.

Material que los contiene: Carbonato de magnesio ( C03Mg) Dolomita * C03Ca ( insoluble en agua ), roca muy común Talco 3 MgO * O * 0.5 A l 2 0 3 * 3 - 4 Si02 * 1 - 2 H2O.

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Oxido de calcio ( CaO )

Propiedades cerámicas.- Los vidrios alcalinct ~ I I C contienen CaO se vuelven más duros, resistentes y más aptos para la utilizacibn cuticli'~na

Aumenta la viscosidad de los vidriados alc'aIirlc>s \ boracicos. si las condiciones son favorables ( enfriamiento lento, cantidades moIt~cul:~t-es idcales. etc. ) El CaO puede cristalizar con Alzo3 y SiOz, formando anortira \ v.allastonita, cristales que suelen estar presentes en la mayoría de los vidriados mate

Reduce la solubilidad en agua de fritas alcalinas > la posibilidad de que los vidriados alcatinos desarrollen, una vez cocidos, sales soluble?,

Material que lo contienen:

Hidr%xido calcico Ca(OH)2 cal apagada

Creta COJCa carbonato de calcio, blanco de España. marmol

Fluoruro de Ca CaF espato - tlimr-

Colemanita calcinada BK?j

Oxido de bario ( Bao )

Propiedades cerámicas.- Si las condiciones son fac.orables puede formar aluminosilicates de Bario cristalizados.

El fritado tiene un gran poder fhdente, crudo no tanto, cuando se utiliza en ese estado, suele opacificar o formar vidriados mate o satinados. Endurece los vidriados alcalinos y reduce el típico craquelado haciendo las grietas más superficiales, es tóxico.

Aumenta la viscosidad y la dureza de los vidriados alcalinos, reduce la solubilidad en agua de las fritas alcalinas y boracicas, y la posibilidad de que los vidriados alcalinos desarrollen sales solubles una vez cocidos.

Materiales que lo contienen:

Carbonato de Bario COsBa también llamado witerita

Sulfato de Bario S O B a también llamado barita, espato pesado.

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Oxido de cinc ( ZnO )

Propiedades cerámicas.- Si las condiciones son fal.orables ( que no haya .AId>~ ni H-01 en el vidriado ), suele combinarse con el SiOz formando cristales de willemita ( silic-atct de cinc ) a veces de grandes dimensiones.

Aporta viscosidad a los vidriados alcalinos y boracicos además de dureza y resistencia a los agentes atmosféricos y al uso cotidiano.

Reduce la solubilidad en agua de las fritas alcalinas y la posibilidad de que los vidriados alcalinos desarrollen sales solubles una vez cocidos.

Material que lo contiene:

Oxido de cinc

Oxido de boro ( B203 )

Propiedades cerámicas.- Formador de vidrio, gran poder fiíndente y gran facilidad para formar combinaciones eutécticas con todos los ósidos ceramicos.

Regula la viscosidad de los vidriados ( a más B ~ O J menos viscosidad ); regula el punto de fusión de los vidriados ( a más B203 menor punto de fusión ).

Oxido presente siempre en los vidriados boracicos ( de ahi su nombre ) y casi siempre en los alcalinos, en menos cantidad.

Es prácticamente imposible ( salvo algunas excepciones ), hacer vidriados de baja temperatura libres de plomo sin recurrir al B203.

Aporta a los vidriados margen de fusión, elasticidad, dureza, resistencia a los agentes atmosféricos y al choque térmico.

Gracias a su acción disolvente, da lugar a una interacción muy intima entre pasta y vidriado creando una gran zona de interfase.

Materiales que lo contienen: Acido borico B203 * 3 H z 0 Bórax anhidro 2 B203 * Na20 Bórax cristalizado 2 B203 * Na20 .* 10 H20 Colemanita calcinada 3 B:03 * coa Borato de calcio B203 * CaO Borato de bario B203 * BaO Borato de magnesio Borato de cinc

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Oxido de aluminio ( Al203 )

Propiedades cerámicas.- Regula la viscosidad de los vidriados ( a mayor cantidad de oKido mayor es la viscosidad ).

Aporta fuerza y dureza a los vidriados, también resistencia a los agentes atmosfericos y al uso cotidiano.

Aporta margen de fusión a los vidriados y facilita la aplicación de estos sobre la pasta Estabiliza las fritas alcalinas y boracicas e impide que se desarrollen sales solubitts en los vidriados alcalinos, una vez cocidos.

Material que lo contiene. Alúmina calcinada.- AI203 material procedente de la calcinación industrial

de la bauxita.

Arcilla refractaria - plástica

caolín

Bentonita: A l 2 0 3 * 4 Si02 * 9 H20 arcilla procedente de la descomposición de rocas de origen volcánico, es la arcilla más plástica que se conoce, contiene minerales de montmurillonita.

Oxido de silicio ( Si02 )

Propiedades cerámicas.- Formador de vidrio a condición de enfriamiento normal. Regula la viscosidad de los vidriados ( a más Si02 mayor es la viscosidad ). Aporta al vidriado herza. dureza, resistencia a los agentes atmosféricos, a los ácidos, a las bases y al uso cotidiano.

Si las condiciones son favorables, puede cristalizar con los bxidos alcalinoterreos MgO. CaO, Bao, ZnO, S r 0 y TiO2, formando vidriados criptocristalinos y macrocristalinos.

Disminuye la dilatación térmica de los vidriados ( Si02 amorfo ). Forma fácilmente combinaciones eutécticas con todos los óxidos cerámicos. Unico material imprescindible para formar cualquier tipo de vidriado cerámico.

Mineral muy abundante ( el 26% de la corteza terrestre está formado por Si02 ). Materiales que contienen SO2: todos los feldespatos, pegmatitas, talcos, arcillas, caolines y cuarzo también llamado sílice, pedernal, silex y arena.

Kiesselyuhr: material formado por esqueletos pulverizados de diatomeas, su composición química es del 70 - 90% de Si02 amorfo y el resto de impurezas (A1203, CaO, MgO, etc.).

l . 1 O OXIDOS COLORANTES

OXIDO DE COBRE

Oxido cúprico Color: negro Peso molecular: 79.6 Punto de hsión: 1 148 "C Es un oxido muy fiíndente Nombre común: oxido de cobre negro ( tenorita ) % usual para colorear vidriados: del 0.3 al 5% Densidad: 6.4 Capacidad coloración al mezclarlo en vidriados: Alcnlittos: del verde azulado al azul turquesa ( oxidación ) Horbcicos: del verde al verde azulado ( oxidación ) De reduccidtl: del rojo sangre al violeta pasando por el marrón rojizo

CUO

Otros materiales que aporten óxido de cobre: Carbonato de cobre

Color: verde Peso molecuÍar:22 1.2 Punto de fisión: se descompone a 200 OC. 0/0 usual para colorear vidriados: del 0.5 al 8 Yo Densidad: 4 Diferencias con el óxido: menor poder de coloración y mayor dispersión. Nombre común: malaquita

CO~CU * CU (0H)z

Oxido cuproso

Color: rojo violáceo Peso molecular: 14 1 .3 Punto de fisión: 1235 "C '340 usual para colorear vidriados: del 0.2 al 5% Nombre común: oxido de cobre rojo ( cuprita ) Densidad: 6 Diferencia con el oxido cúprico: mayor poder fiíndente, mayor poder colorante, algo má5 caro, algo dificil de encontrar, inestable con la temperatura.

cuzo

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OXIDO DE COBALTO

Oxido cobaltoso - cobaltico. Color: negro Peso molecular: 240.8 Punto de hsión: se descompone Densidad: 6 Es un oxido bastante fúndente. Nombre común: negro de cobalto % usual para colorear vidriados: del O. 1 al 2% Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcnlinos: azul Borácicos: azul De reducción: azul

co304

Otros materiales que aporten oxido de cobalto: Oxido cobaltoso

c o o Color: gris Peso molecular: 75. Punto de fusión: 1480 "C Densidad: 5.7 % usual para colorear vidriados: del O. 1 al 2% Nombre común: óxido de cobalto gris. Diferencias con el óxido de cobalto: mayor capacidad de coloración, mayor concentración, más caro.

OXIDO COBALTIC0

Color: negro azulado Peso molecular: 166 Punto de füsión: 15 10 OC Densidad: 5.2 % usual para colorear vidriados: del O. 1 al 2% Diferencias con el óxido de cobalto: no apreciables

coz03

CARBONATO DE COBALTO

Color: violáceo Peso molecular: 11 9 Densidad: 4.1 Punto de fisión: se descompone a 850 - 900 *C; el COO restante hnde a 1480 'C. YO usual para colorear vidriados: del 0.3 al 4%. Nombre común: carbonato de cobalto o cobalto violeta: cobaltocalcita, esferocobaltina. Diferencias con el oxido: menor concentración, menor capacidad de coloración, menor precio.

C03Co

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OXIDO DE HIERRO

Oxido férrico Color: rojo Peso molecular: 160 Punto de fusión: 1565 "C Densidad: 5.24 Es un oxido algo filndente Nombre común: hematites roja u oligisto YO usual para colorear vidriados: del 2 al 15% Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcdir los: amarillo y beige Horhcicos: amarillo y marrón rojizo Ije redrlccicirl: verde y azul. Otros materiales que aporten óxido de hierro: Oxido fen-oso

Color: negro Peso molecular: 72 Punto de fusión: 1420 OC Densidad: 5.7 YO usual para colorear vidriados: del 1 al 15% Nombre común: óxido de hierro negro Diferencias con el óxido de hierro: mayor concentraciónt precio mas alto, más fiindente, inestable con la temperatura ( se oxida ).

Fez03

Fe0

Oxido ferroso - férrico

Color: negro Peso molecular: 23 l . 5 Punto de fisión: 1538 "C Densidad: 5.2 YO usual para colorear vidriados: del 2 al 15% Nombre común: óxido ferroso - férrico o magnetita Diferencias con el óxido de hierro: no apreciables.

Fe304

Hidróxido férrico

Color: amarillo Punto de fusión: 1420 OC Densidad: 3.5 Peso molecular: 107 YO usual para colorear vidriados: del 2 al 15% Nombre común: limonita. Diferencias con el óxido de hierro: no apreciables

Fe (OH13

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BIOX11L)O DE. AIANGANESO

I'cso nlolcclll¿lr S7 Punto de filsion- se descompone a 535 "C; el h4nO restante hnde a 1650 "C.

Yombre comi~n. pirosulita, wad. E s u n oxido bastante fúndente Densidad 5 0-3 O/ó usual para colorear vidriados: del 0.2 al 3% Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcnlir~o.~: violeta o malva y amarillo Horcic.ic*o.\-: beige a marrón pardo. l k retlrlccititr: verdoso Otros materiales que aporten manganeso: Carbonato de manganeso

Peso molecular: 1 15 Punto de fusión: a 600 ('C se descompone en COZ y MnO; este idtimo funde a 1650 'C Color: rojizo a negro Densidad: -3.5 Nombre común: rodocrosita. %O usual para colorear vidriados: del 0.4 al 5Yo Diferencia con el óxido: menor concentración, mayor dispersibn.

MnOz

colol-. negro

CO,Mn

OXIDO DE CROMO Cr203

Peso molecular: 152 Densidad: 5.2 1 Color: verde Punto de fusión 1990 "C Nombre común: oxido de cromo Es un oxido muy refractario, aumenta el punto de hsión de la mezcla YO usual para colorear vidriados: del 0.05 al 2% Color obtenido ai mezclarlo con vidriados: Alcnlitros: amarillo, marrón y verde. Rorcicicos: amarillo, naranja, verde, marrón y rosa. De reu'lrcci3;tr: marrón y verde.

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OXIDO DE N I Q L E L

Oxido niqueloso Peso molecular- 75 Punto de filsión: 2090 "C Color: verde Densidad: 7 Es un oxido refractario Nombre común: óxido verde de niquel % usual para colorear vidriados: del 0.3 al 3'3.0 Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcnlims: verde pálido y rosa apagado Horcicicos: verde, gris y azul frío Oe recr'lrccidrr: amarillo y gris claro. Otros materiales que aporten óxido de níquel: Oxido niquélico

Peso molecular: 165.4 Densidad: 4.8 Punto de Gsión: se descompone desprendiendo oxigeno a 600 OC, el Ni0 restante funde a 2090 "C Color: negro 04 usual para colorear vidriados: del 0.3 al 3% Nombre común: ósido negro de níquel. Diferencias con el óxido de níquel: poco apreciables.

N i 0

N i 2 0 3

1 . 1 1 OPACIFICANTES

OXIDO DE ESTAÑO

Peso molecular: 150.7 Densidad: 6.75 Punto de fusión: 1580 (IC Color: blanco Nombre común: casiterita Yó utilizado para opacificar vidriados:

SnO2

alcalinos: del 6 al 10% borácicos: del 8 al 15Y0

Chrzrcferi.sti~~~.y. Es el mejor opacificante para todas las temperaturas y todo tipo de vidriados. Lamentablemente es También el más caro. Los vidriados borácicos, debido precisamente al contenido de boro, lo disuelven bastante; no así los alcalinos. Tanto con estos como con los borácicos de un vidriado de color blanco.

Oxido de antimonio

Peso molecular: 29 1 .5 Densidad: 5.5 Punto de fusión: 656 ('C Color: blanco Nombre común: valentinita 'YO utilizado para opacificar vidriados:

S b203

alcalinos: del 6 al 12% borácicos: del 6 al 12%

Curacteristicns. Es uno de los mejores opacificantes para vidriados alcalinos y borácicos de baja temperatura. Se obtienen con éI vidriados muy blancos. Es tóxico. A veces se sustituye por pentóxido de antimonio SbzOs, o por antimonio sódico Na to * SbzOs * 0.5 Hz0,materiales ambos que aportan %xido de antimonio y no son tóxicos.

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IOX!DO DE TITAN10 Ti02

Peso molecular: 79.9 Densidad: 4.3 Punto de fusión: 1640 "C Color: blanco a marrón o amarillento Nombre común: brookita o anatasa, o rutilo % utilizado para opacificar vidriados:

alcalinos: del 7 al 12% borácicos: del 8 al 16%

Ihtzrcteristicns: Es un opacificante poco útil para vidriados alcalinos o borácicos puesto que tanto el boro ( B203 ), como los álcalis. lo disuelven en gran parte. Por otra parte, puede provocar problemas de excesiva cristalización durante el enfriamiento del vidriado. A pesar de éstos inconvenientes, se emplea bastante debido a su bajo precio, a su buena respuesta ante los óxidos colorantes, y a que nunca provoca problemas de burbujas como otros óxidos. A veces contiene impurezas de hierro.

OXIDO DE CIRCONIO

Peso molecular: 123.2 Densidad: 5.6 Punto de fusión: 2950 'C Color: blanco a gris oscuro Nombre común: baddeleyita o/b utilizado para opacificar vidriados:

2 3 0 2

alcalino: del 6 al 14% borácicos: del 6 al 14%

I'crlurcteri.sticn.s. Como puede verse, el oxido de circonio es, tremendamente refractario, lo que se comprueba al opacificar un vidriado. que aumente rápidamente de punto de fusión y viscosidad. La respuesta ante los Xxidos colorantes es mas bien mediocre.

Silicato de circonio ZrSi04

Peso molecular: 183.3 Densidad: 4.5 Punto de fusión: 2550 "C Color: blanco a pardo grisáceo Nombre común: circón o tierra de circonio %O utilizado para opacificar vidriados:

alcalinos: del 10 al 263,O borácicos: del 10 al 2694

Ccmcterísticns: Es un buen opacificante a condiciór. de poner la suficiente cantidad y de que su grandometría sea inferior a 6 micras. Actúan de opacificantes tanto el circonio cotno la sílice. Es preferible que el vidriado a opacificar con silicato de circonio sea viscoso, es decir, rico en A 1 2 0 3 y Si02.

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OXIDO DE CERlO

Peso molecular: 172 Densidad: 6.7 Punto de fusión: 1950 'C Color: blanco amarillento % utilizado para opacificar vidriados:

Ceo2

alcalinos: del 6 al 12% borácicos: del 6 al 12Y0

Cnmcteristicas. Es un opacificante especialmente útil para la baja temperatura. hace burbujear al vidriado más allá de los 1 I O "C. Es caro y dificil de encontrar.

Volatiliza y

OXIDO DE ARSENIC0

Peso molecular: 197.8 Densidad: 3.75 Punto de fusión: sublima a 193 "C Color: blanco. Nombre común: matarratas YO utilizado para opacificar vidriados:

As203

alcalinos: del 6 al 12% borácicos: del 6 al 12%

('nmcterísticns. Es un material sumamente venenoso que no se utiliza en vidriados crudos; hay que fritarlo por su toxicidad, porque es soluble en agua., y para facilitar la dispersión y evitar que burbujee. Da vidriados muy blancos, muy aptos para decorar sobre - cubierta, pero muy dificiles de colorear.

MONOBORATO DE CALCIO B203 * CaO

Peso molecular: 126 Densidad: l . 7 Punto de füsión: 1095 OC Color: blanco intenso.

Características. El monoborato de calcio se puede utilizar como tal, o bien se puede poner en el vidriado igual cantidad molecular de CaO y de B20.3 para que se forme solo. L a cantidad molecular adecuada es de 0.4 a 0.8 moles de monoborato ( o bien de CaO y de B203 por separado ). Si se quiere poner por separado, el CaO será conveniente ponerlo en forma de wollastonita (CaO * SiO2) y no en forma de creta, pues esta ultima haría burbujear al vidriado. El anhídrido bórico (B203) se podría poner en forma de bórax o ácido bórico.

El vidriado apto para opacificar con monoborato de calcio es un vidriado con poco álcali, poco Si02 y bastante A l 2 0 3 . Se suele obtener un vidriado opaco, brillante ,muy blanco, muy terso, algo fluido y con muy buena respuesta al óxido colorante. Se puede reforzar la acción opacificante del monoborato con algo de ZnO.

27

1 . 1 1.1 PROPIEDADES DE LOS VIDRIADOS

COEFICIENTE DE EXPANSION:

La resistencia mecánica de una pieza acabada, se aumenta si el vidriado se encuentra en un estado de compresión; el cual se origina si el vidriado tiene un coeficiente

enfriamiento después de la cocción a esmalte. Una diferencia demasiado grande, entre la expansión de la pasta y del vidriado conduce a defectos.

- de expansión menor que la pasta a la que se aplica, esto es, si se contrae menos durante el

El coeficiente de expansión lineal se define como el aumento de longitud, por unidad de longitud, producido por una elevaci6n de temperatura de 1 OC, varia con la temperatura a la que se mide ésta y/o el intervalo cubierto debe citarse junto con los valores.

Si el coeficiente de expansión del vidriado es mayor que el de la pasta, el vidriado se contrae más que ésta, y queda por lo tanto en tensión, esto puede motivar que se rompa, a saber, en grietas finas irregulares, lo que se conoce como cuarteo " . En el caso contrario, si el coeficiente de expansión del vidriado es demasiado pequeño, el vidriado frío queda bajo compresión y pueden saltar fragmentos de él, esto se conoce, como " descascarillado debido a que se presenta mas frecuentemente en superfrcie de curvatura brusca "desconchado a los bordes ' ' y también ' ' descortezado ' ' o ' ' saltado ' ' .

..

..

RESISTENCIA QUIMICA:

Podría pensarse que puesto que la resistencia química está ligada .a la resistencia estructural, seria paralela a la refractariedad, si bien es esta la tendencia general; afortunadamente no se sigue totalmente, pues de seguirse, todos los vidriados de bajo punto de fusión tendrían resistencias químicas inferiores a las de los vidriados de punto de fusión superior.

Kreidl y Weyl ( K81 ), describen los dos mecanismos diferentes por los cuales los reactivos pueden atacar a los vidrios.

j I! El ataque de los ácidos distintos al fluorhídrico, los ácidos poseen iones hidrógenos fácilmente disponibles y muy mbviles, los cuales pueden intercambiar lugares con los iones alcalinos existentes en los huecos del retículo, convirtiendo gradualmente éste en sílice hidratado.

2) El ataque de los álcalis, ácido fluorhídrico y otros reactivos que pueden formar compuestos solubles con el sílice. Estos productos químicos atacan realmente el retículo de sílice, descomponiéndolo gradualmente por disolución, la etapa primaria en el ataque de los álcalis, por ejemplo, es la adsorción de OH sobre un oxigeno de un puente Si - O - Si, por lo tanto se ve notablemente influenciado por la composición de la superficie, así como por la resistencia estructural.

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En los vidriados opacos el medio no es homogéneo, existiendo en la matriz vítrea particulas en suspensibn, cada una de las cuales, retleja, refracta y difracta la luz.

El lndice de refracción de la partícula suspendida debe ser diferente del de la fase vítrea v son las partículas de forma irregular las más eficaces; las particulas pueden ser:

1 . - Lyna materia prima finamente dividida, que no ha reaccionado y no se ha disuelto

2.- Un compuesto formado en las reacciones que es inmiscible con el resto del vidrio

3 . - Cristalinos formados en el enfriamiento

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I . 12 ASPEiCTOS GENERALES DE LA APLICACION DEL VIDRIADO

[.a conlposiciiil de la carga de los vidriados se ajusta de tal modo que contenga sólo inydientes insolubles en agua, tanto si estos son las materias primas propiamente dichas, como si se trata de tiitas preparadas. En ambos casos se muelen tales ingredientes hasta alcitrlmr el grado de tinura requerido para la aplicación del vidriado, en general esto se realim en un molino de bolas o de guijarros, en presencia de agua.

Cor1 la finalidad de mantener en suspensión el material molido, se incorpora usualmente alrcdedn: de u n 50ó de caolín crudo. En circunstancias particulares puede ser sustituido éste por arcilla grasa o por una pequeña cantidad de bentonita, o bien puede eliminarse la arcilla en favor de los adhesivos orgánicos

A continuación debe llevarse la suspensión de vidriado a l a consistencia correcta para su aplicación. Esto requiere el ajuste de la relación sólidos - agua, y de la viscosidad, pudiendo implicar la adición de materia soluble para obtener un producto útil (la consistencia requerida en la practica depende del método de aplicación). La consistencia se ve notablemente influenciada por las materias solubles en agua, éstas se incluyen automáticamente en el agua utilizada y frecuentemente es necesario mantener un control sobre el pH y la naturaleza y cantidad de materias solubles.

Puede producirse también materia soluble a partir de la carga del vidriado que, aunque normalmente es insoluble en agua, por lo general proporciona pequeñas cantidades de álcalis, boro, etc.. durante el proceso de molienda húmeda.

L a consistencia depende de la arcilla presente, la cual es afectada ostensiblemente por el valor del pH y por la naturaleza y cantidad de materias solubles.

MOLIENDA

Los vidriados se muelen normalmente en molinos de guijarros o de bolas, la finura practica de la suspensión de vidriado resultante se expresa usualmente en horas de molienda o en millares de revoluciones por minuto del molino.

En la mayoría de los casos una mayor finura, es decir, una molienda más prolongada de los vidriados, los mejora y por lo general esto se ve restringido sólo por factores económicos. Existen no obstante, ejemplos de defectos que se deben a una excesiva molienda.

Un ejemplo de lo anterior, es la relación que guarda la solubilidad del plomo con el tamaño de la partícula del vidriado en loza y porcelana vítrea comerciales.

Se varió el tratamiento de moiienda de u t \.idriado particular entre 12 y 28 hrs, y se determino la solubilidad del plomo junto con las propiedades generales del vidriado. La solubilidad del plomo aumenra conforme el rielnpo pasa.

Otra desventaja de la molientia excesiva es que los vidriados tienden a agrietarse durante el secado y a arrugarse durante la cochura

Por ultimo es probable que se produzca una mavor interacción superficial vidriado - pasta, con un vidriado molido más tinamente. la cual altera la composición de los vidriados cocidos.

Antes de proceder al vidriado, debe tomarse toda clase de precauciones a fin de tener la seguridad de que la superticie de las piezas está desprovista de partículas sueltas y polvo, deben eliminarse por cepillado que tiempo atrás se hacia a mano pero actualmente puede hacerse a maquina en la mayoría de los casos. Después del cepillado, se sella el fondo de las piezas con las marcas de fábrica v de diferenciación precisas.

Las máquinas de cepillado tienen que ser de dos tipos diferentes, para piezas llanas y hondas, respectivamente la Máquina cepilladora de rodillos para piezas llanas "; y la Máquina cepilladora vertical doble , está disecada para fruteros y soperas, los cuales no pueden pasarse a través de la máquina de rodillos.

\~ I \

..

También hay que hacer ciertas consideraciones acerca de la consistencia del vidriado y sus propiedades, así como las de la arcilla., antes de la aplicación.

La consistencia es un término mal definido que puede abarcar la densidad relativa, la movilidad, la adhesión. Por la que respecta a los vidriados, la densidad relativa se comprueba determinando el peso de un litro; tnientras que la movilidad controla la velocidad de escurrido del exceso de vidriado.

Se ha desarrollado un método para controlar las suspensiones de vidriado destinadas a aplicación por inmersión, mediante la definición de propiedades de la suspensión medidas fácilmente. Son éstas:

i i El "valor de coherencia", que es el peso de suspensión que se adhiere a la unidad de superficie de una placa de vidrio sumergida en una suspensión y sacada de la misma a la velocidad constante 1 c d s e g .

.!) La "receptividad' ', que es el peso de agua retenido y absorbido por centímetro cuadrado de superficie, de una muestra de ensayo del material, después de su inmersión en condiciones normalizadas.

3) La "captación", que es el peso de los sólidos, en gramos, depositado por centímetro cuadrado de superficie de la muestra de ensayo del material, después de la inmersión en una suspensión en condiciones normalizadas.

31

Para receptividad constante R la grafica del valor de coherencia C en función de la captación P es lineal y conduce a l a siguiente ecuaci¿h

P K ( Wl O0 ) ( C - O.OO I ) Donde:

P = Captación de vidriado ( dcm2 )

C = Valor de coherencia ( gcm’ )

K = Constante de sedimentación

R = Receptividad de la pasta.

Los factores principales que afectan a l a condicion del \-idriado aplicado son:

Condición de la superficie de la pasta ( receptividad ) b ) Consistencia del vidriado. i j Distribución mecánica deí vidriado sobre la pasta.

32

ANALISIS DE MERCADO.

Toda tarea de investigación debe siempre estar respaldada y evaluada a futuro, hecho que puede quedar directamente relacionado con un estudio de mercado que garantice absolutamente todas las distintas fases por las que atraviesa todo un proyecto en vías de desarrollo. Por lo anterior se muestran las bases en las que el presente trabajo h e llevado a cabo.

UBICACION DEL PROBLE,MA.

LA UTILIZACION DEI, PLOMO. Podría pensarse en general que un vidriado que sea suficientemente resistente para no contaminar apreciablemente nada que esté en contacto con él, o para no ser eliminado por desgaste antes de la rotura de la pieza sería adecuado. Desgraciadamente, un constituyente común de los vidriados es el plomo, el cual tiene una naturaleza tóxica.

Los vidriados de plomo son mucho menos susceptibles a las pequeñas irregularidades en las condiciones de preparación y cocción que los que no lo contienen. Esto se debe principalmente a la elevada viscosidad de los aluminosilicatos de plomo, que disminuye comparativamente poco con el aumento de temperatura. Muchos de los hornos más antiguos no pueden regularse con mayor exactitud que a 60 “C - 100 “C del punto óptimo. En estas condiciones un vidriado sin plomo que contenga álcalis pueden presentar una fisión incompleta en la zona más fría, y una viscosidad demasiado baja en la zona de máxima temperatura, en tanto que el vidriado de plomo dará buen resultado en todas las zonas.

El riesgo de envenenamiento por plomo es por supuesto mucho mayor para los operarios de las alfarerías que para el usuario, y años atrás constituía una enfermedad laboral. Por esta razón, en Gran Bretaña por ejemplo, se ha enfocado principalmente la legislación hacia la protección de los trabajadores. Se había encontrado que las mujeres y los jovenes de ambos sexos son más susceptibles que los hombres al envenenamiento por plomo, por lo cual actualmente no se permite emplearlos en ningún proceso, tal como la inmersión de las piezas en el vidriado, donde se utilice plomo bruto, ni en la limpieza de naves en las que se consuma éste. Aquellos operarios que manipulen plomo bruto deben protegerse como sigue: utilizando aparatos de respiración cuando manipulen o mezclen materiales de plomo secos, disponiendo sistemas de ventilación eficientes en dichos lugares dado que se origina polvo inevitablemente, proporcionandoles trajes de trabajo y escafandras limpios al menos una vez por semana y lavabos con guardarropas para sus prendas exteriores, prohibiendo comer y k m a r en las naves de trabajo y disponiendo inspecciones médicas regulares.

De acuerdo con la ley inglesa de regulaciones especiales de alfarería ( en relación con la salud ) de 1947, en la actualidad es sólo permisible emplear vidriados de plomo de “solubilidad”.

En México la Secretaría de Salud ha venido modificando desde 199 1 una norma ( Q-46 ) que trata del control sobre sustancias tóxicas en cerimica vidriada a baja temperatura de la siguiente manera:

DESCRIPCION Piezas planas Piezas huecas ch. Piezas huecas gr. Artsuso recreativo

PLOMO mgjl (ppm) 7.0 5.0 2.5 2.5

Actualmente en México no se han propuesto soluciones adecuadas y el contenido de plomo ha reducido las ventas de la ceránlica ( especialmente las de la exportación ) creando así hertes daños en un sector productivo tradicional de nuestro país.

Las firtas ( vidriados aplicables a la cerámica ) han sido probados en barros nacionales sin reportar resultados del todo satisfactorios.

PRINCIPALES CONSUMIDORES DE LA CERAMICA VIDRIADA.

El principal mercado de los utensilios de la alfarería y cerámica se localiza tanto en los hogares como en el sector turístico.

Dependiendo del trabajo depositado sobre cada pieza será su lugar destinado, por ejemplo un utensilio de cocina o un objeto meramente decorativo.

El producto terminado ( vidrio aplicable como fiita ) deberá ser vendido a todos aquellos pequeños talleres familiares que puedan hornear sus piezas vidriándolas con facilidad y a baja temperatura. El tipo de vidrio, proceso y ubicación de las plantas se tratará posteriormente.

Los principales productores de la cerámica vidriada se localizan en la parte central y cuenca del pacífico debido a que en éstas mismas entidades federativas se localizan las materias primas, por ende el costo de la producción se ve favorecido al tener un transporte corto y barato. Cabe mencionar, que en dichas entidades, el número de establecimientos familares es mayor comparándolo con el de las grandes urbes ( D.F y Guadalajara principalmente ) donde predominan los establecimientos industriales.

CARACTERíSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS POR ENTIDAD FEDERATIVA, SUBSECTOR Y RAMA DE ACTIVIDAD (1 988)

1)Rama 361 1, Alfarería y cerámica (excluye material de construcción)

2)"Número de unidades censadas en las cuales INEGI omite el dato de acuerdo al artículo 38

3)Datos de los censos económicos e industriales de 1988 de la ley de información estadística y geográfia.

TABLA No. I Indica las principales caracteristicasde los establecimientos por entidad federativa y sus sectores

y ramas de actividad de 1998.

CARACTERíSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS POR ENTIDAD FEDERATIVA, SUBSECTBR Y RAMA DE ACTIVIDAD (1993)

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CARACTERíSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS MANUFACTUREROS POR DELEGACIóN, SUBSECTOR Y RAMA DE ACTIVIDAD (D.F)

Datos referentes a 1993

37

URJCACI~N DE IA PLANTA.

Decidmos colocar tres plantas en lugar de una, por las siguientes razones:

- Minimizar costos de transporte, tanto de materia prima, como de distriición de producto terminado.

- Porque abarcamos un mercado más amplio.

- Urn mejor satisfacción de las necesidades d e l cliente.

- Quc tuviem vías de acceso y comunicación rhpidas

- Una mayor densidad de población

- Disponibilidad de m o de obra de calidad

- Disposición de materias primas

- Utncarlas en un corredor industrial.

Los estados que escogimos para colocar nuestras plantas, por reunir l a s características anteriores, son: Guanajuato, Estado de México y Puebla.

Un aspecto que también debemos tener presente es el concerniente a la exportación, y es por ello que debemos localizar a las plantas cerca de vías aéreas y marítimas, tanto como sea posible. En nuestro caso, tenemos que dos de ellas, la de Guana~uato y la de Puebla satisfacen estas condiciones, ya que se encuentcan cerca de aeropuertos internacionales y de puertos marítimos (Guanajuato tendría salida hacia el pacífico y Puebla hacia el Golfo de Mdxico o el Atlántico). En tanto el Estado de México sólo satisfaria la condición de estar cerca de un aeropuerto internacional.

También habría que vigilar que estuvieran cerca de vías férreas para su eventual transporte al interior de la r e p ú b l i c a y hacia los Estados Unidos.

CONS~~ERACTONES ACERCA DE LA VIABILTDAD ECON~MTCA DE.L PROYECTO.

Cabe destacar que nosotros hicimos el balance econ6mico para una planta con una producción mensual de 20 toneladas; sin embargo la demanda reai que nosotros obtuvimos como resultado de nuestro análisis de mercado era de 60 toneladas mensuales., debido a lo cual la evaluación económica que se hizo para la planta cuya producci6n es de 20 toneladas deberá valer para tres plantas cuya producción mensual sea del mismo tonelaje que para la anterior.

Dado que la evaluación econ6mica result6 factible para una planta deberá ser igualmente viable para otras dos plantas para satisfacer la ciernan& real de 60 toneladas mensuales.

3 8

D F

JALISCO

GUANAJUATO

PUEBLA

MORELIA

HIDALGO

EDO. DE MEXICO

MICHOACAN

OAXACA

CHIAPAS

GUERRERO

TLAXCALA

SAN LUIS P.

GUASCALIENTES

QUERETARO

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OBTENSION DE KlDRIADO SIN PLOMO

PARTE II

PARTE EXPEMMENTAL

COMPORTAMIENTO TERMICO EN SERIE DE GRADIENTES'

TENSION SUPERFICIAL

VISCOSIDA D

RESISTENCIA QUIMICA

Objetivo General.

Obtener vidrios (fhtas) para el vidriado de cerámicas de baja temperatura sin contenido de plomo o que cumpla con la norma Q-46 (Noma Oficial Mexicana para la Cerámica), establecida por la Secretaria de salud. Este producto debe fundir y fluir produciendo el mínimo de burbujas, y además, su coeficiente de dilatación térmica debe ser compatible con el de los barros, para que no produzca fisura muy evidentes en la loza terminada, debido a que la impermeabilidad se ve afectada. Es necesario conservar fa apariencia, es decir, el brillo y los colores de la cerkmica @adicional.

Objetivos Particulares.

Caracterización de l a s arcillas naturales más representativas de la alfarería Mexicana, para definir tanto su composición química como su estructura y transformaciones de fase en el proceso térmico y establecer su posible compatibilidad con un vidriado determinado. Preparación de una o varias muestras de vidrios a partir de silice, alúmina, óxidos methlicos. Estos vidrios deben tener coeficientes de expansión térmica similares a la pasta cerámica y poseer propiedades tales como: bnllo, dureza, resistencia térmica y quimica. Se requiere además, que el rango de fusión de los vidrios sea adecuado para el proceso de baja temperatura

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VIDRIOS

Los vidnos son substancias amorfas conocidos comúnmente como “líquidos sobre enfhados” de elevadísima viscosidad. Sus estructuras moleculares se forman por redes extendidas en tres dimensiones carentes de periodicidad, debido a que las unidades que conforman la red están ordenadas al azar, a dferencia de los sólidos cristalinos que tienen una estructura regular. Sin embargo, se observa un ordenamiento local en forma de poliedros de coordinación regular conocidos como “unidades” (Pearsall, 1976).

Los vidnos se caracterizan por no tener una temperatura de solidificación definida, es decir, el material se hace más y más viscoso dentro de un intervalo de temperaturas. A esto se le considera como un proceso de solidificación asociado con un cambio de energías en las uniones entre las subunidades. Puesto que los entornos de las subunidades no son todos idénticos entre sí, tampoco lo son las energías de unión de las subunidades aun cuando las diferencias puedan ser pequeñas (McMillan, 1979).

Cuando se enfría el material, las uniones de energía mínima, son las primeras en formarse haciendo que las subunidades comiencen a adherirse localmente. Luego a me&& que la temperatura sigue disminuyendo, las unidades más débiles se van formando gradualmente hasta que el material endurece totalmente (McMillan, 1979).

La temperatura a la cual el material que va solidificando aparece primero como una masa rígida es llamada temperatura de transición vítrea, porque a temperaturas mucho más bajas el material será fr@1 como el vidno y a otras mucho más altas tiende a fluir como un líquido muy viscoso. De forma d o g a a la temperatura de solidificación, la temperatura a la cual el material comienza a fluir no es un valor definido sino un intervalo de temperatura en la que el material mantiene un valor poco variable de su viscosidad y a este punto se le conoce como temperatura de reblandecimiento (Knight, 1969).

Una característica importante de los vidnos es que son transparentes tanto en el estado líquido como en el sólido. Su transparencia se debe a que no tienen inclusiones, agujeros o superficies internas que posean las propiedades necesarias para dispersar la luz, y no tienen electrones o iones libres que puedan absorber y emitir l u z a través de cambien en sus estados energéticos (Pearsall, 1976).

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También presentan un grado dz flexibilidad que depende de la composición del material (Pearsall, 1976). De acuerdo a su naturaleza química se clasifican en orgánicos e inorgánicos (Singer, 1976). Los vidrios de interés en el presente trabajo son los inorgánicos. El vidrio más común es el formado por el óxido de silicio. Posee excelentes propiedades de resistencia mecánica y química y tiene su temperatura de reblandecimiento alrededor de los 1700°C

Estructura cristalina y amorfa de la sílice

Sílice Cristalina Sílice amorfa

Figura 1

Diseiio y PreDaración de vidnos de bajo intervalo de h i ó s

La formación de vidnos se lleva a cabo por una variedad de técnicas tales como: enfriamiento del estado líquido, condensación del vapor, despresurización, formación del gel por anodización, bombardeo del cristal por partículas de alta energía u por choque de longitudes de onda (Uhlmann, 1983). De estas técnicas la más importante y ampliamente usada es la del enfhamiento muy rápido d e l estado líquido hasta una temperatura suficientemente -bga (temperatura de transición VÍtrea), si el enfriamiento es

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relativamente lento el material cristaliza produciendo sólidos de muy alta dureza. Esta sustancia vítrea reduce su volumen al continuar ehándose, pero en menor medida que por encima de la temperatura de transformación. La transformación vítrea es la base de varios modelos que describen la formación de vidnos y se tienen el siguiente: Modelo estructural.

Modelo estructural

Quizá el mejor modelo estructural conocido para la formación de vidrios se debe a Zachariasert (1 932) y Warren (1 937, 1941). Hablando de oxidos, Zachariazen expresó una última conlción para la formacibn de vidnos que dice “La sustancia debe formar redes extendidas en tres dmensiones carentes de periodicidad con un contenido de energía comparable con la correspondiente a la red del cristal”. Esto condujo a la formulación de las reglas para la formación de vidnos. De acuerdo con ellas u11 v i h o inorgánico se forma sí:

Un átomo de oxigeno está unido a no más de dos cationes atómicos. El número de átomos de oxígeno que rodean a los átomos catiónicos debe ser pequeño (4 como máximo) Los poliedros aniónicos comparten entre sí vértices, no aristas ni caras. Al menos deben estar compartidos tres vértices de cada poliedro de oxígeno Los enlaces entre el oxígeno y el catión son covalentes y direccionales, es decir, el ordenamiento atómico local está determinado por los ángulos de enlace y puede ser representado por un poliedro cuyo vértice es la dirección de m i m a intensidad de unión.

Las implicaciones del modelo estructural de red deatoria en la formación de vidrios conduce a la clasificación de óxidos catiónicos corno: formadores de red, modificadores de red e intermedios o coformadores de red. Los formadores de la red vítrea son los óxidos que forman la red principal del vidrio e impiden la desvitrificación. ED cerámica se utilizan tres: Si02, tambihn llamado anhidrido silicic0 o pedernal de alfarero, Bz03 o anhídrido bórico, y P203 o pentóxido de fósforo (aunque éste último es raramente usado).

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Los modificadores de la red vítrea son óxidos que rellenan los huecos de l a red y debilitan los enlaces, por ejemplo en la figura se puede observar los iones de sod10 dentro del reticulo de sílice. Su adición debe ser limitada porque, si entran en la red más de los que pueden caber, toda la estructura se derrumba al estado cristalino. Tales modificadores pueden ser: Li20, NazO, &O, M@, CaO, Bao, 2nO.Por lo general cuanto más modificadores se añaden, menos viscosidad tiene el vidrio, menor resistencia al ataque químico y principalmente la temperatura de reblandecimiento del vidrio es más baja. Los conformadores o intemedios de la red vítrea. Algunos óxidos no forman vidrios por si mismos, pero pueden entrar en la red hasta cierto punto y sustituir al SiM o al B3+. En algunos casos formarán la propia red con ciertos modificadores, como en los sistemas MgO-CaO-Al203 6 K20-Ca0-AL203. Los cofonnadores cornhmente son A l 2 0 3 , Ti02, BeO, 21-02 y CdO.

Figura 2 Vidno sodio-silice

sodio . Silicio Oxigeno 0

En 1947, Sun (Norton, 1983) demostró que la resistencia de enlace simple de los óxidos da una correlación aceptable con la formación de vidrios. Los generadores de red poseen gran resistencia de enlace, en los modificadores es baja en los intermedios la resistencia queda entre los dos anteriores. Este modelo estructural de red aleatoria está soportado en los estudlos de difracción de rayos X de una gran variedad de vidnos (Uhlmann, 1983).

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Las Was

Cuando los componentes de2 vidno son insolubles, estos se pueden mezclar y aplicar en crudo. Se prepara una suspensión en agua y con ella se cubre la pieza cerámica precocida. Al b a a r las piezas, el agua de la suspensión se absorbe rápidamente dejando una capa homogénea de sólidos sobre la superficie. Luego l a s purezas se someten al proceso térmico y los sólidos absorbidos se funden formando el vid110 “in situ”, tal es el caso de la greta (óxido de plomo) y la liga (óxido de silicio).

Sin embargo, cuando en la composición entran materiales solubles en agua, como suele suceder en los vidrios exentos de plomo o con un &o contenido de álcalis, el vidnado no se puede producir “in situ” porque los fundentes solubles emigran con el agua, dejando en la superficie generalmente los sólidos de alto punto de fusión. Además de que, en los vidriados crudos, la mezcla preparada contiene materiales de diferentes densidades relativas y tamaños de partícula, los cuales pueden sedmentarse y separarse. Por tal razón se prepara primero el vidrio, por la fusión de sus componentes que posteriormente se muelen para obtener el recubrimiento de los productos alfareros como “hta”.

El proceso de fiitado consiste básicamente en fim& los componentes tóxicos y solubles con los demás componentes presentes en la fonnulación del vidno, para formar un producto insoluble. Posteriormente la masa fundida se vierte sobre un recipiente con agua fría. Dado que de este modo al edriarse en agua la masa h&da se forma un granulado que se puede moler para obtener un material insoluble y homogéneo conocido como “hta” (Chappel, 1977). A s í pues la preparación de fhtas tiene por objeto además de insolubilizar los componentes, hornogenizar el vidrio resultante, desarrollar las relaciones entre los clstintos óxidos, para evitar en su futura aplicación la formación de fisuras, cráteres etc., provocadas por desprendimiento de gases. Adwionalmente a lo anterior la preparación del vidno en su calidad de frita permite llevar al material fundido por encima de su intervalo de fisión, lo que garantiza una mezcla adecuada de los componentes y la estabilidad térmica del vidrio en la aplicación sobre el sustrato (Singer, 1976).

En un vidno fritado los constituyentes se han combinado dando lugar a un material de densidad uniforme. Aunque es preciso señalar que una fbta por

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más molida que est6 tiende a sedimentarse y puede formar un depósito muy compacto. La cornpactación se evita con la ahción de un 5% de caolín, bentonita o un material coloidal que funcione como reactivo de flotación. La ventaja que presenta las fntas es que en el momento de ser aplicadas y llevadas al estado de fusión, funden de forma gradual y uniforme, debido a que las reacciones de deshidroxilación y desprendimiento de carbonatos, tuvieron lugar durante el fritado (Matthes, 1990).

Restricciones en la formulación de vidrios

En 1934, Parmelee y Lyon (Singer, 1976) dieron una excelente aportación para la formulación de vidrios de baja temperatura. Mencionan que para la formulación de estos es necesario emplear una combinación de óxidos alcalinos, alcalinotérreos, magnesia y óxido de zinc, y casi invariablemente óxido bórico. Dan los límites siguientes de las proporciones molares para las firtas que contienen óxidos de sodio, calcio, boro, aluminio y silicio. Estos limites conforman un intervalo en el cual se evita la posible desvitrifícación y la formación de vidrios no adecuados para los fines requeridos.

Na20 de 0.3 a 0.7 moles CaU de 0.7 a 0.3 moles B203 no más de 1 mol

Si02 hasta 3.0 moles A 1 2 0 3 hasta 0.3 moles

En 1938 Morey proporcionó valores para estimar la tensión superficial de vidrios de baja temperatura a 900°C como función aproximadamente aditiva de la relación entre la composición porcentual en peso de los 6xidos del vidno. Los factores que propone se indican en la siguiente tabla (Singer, 1976). También seílalb que la tensión superficial debe quedar en el intervalo de 10s 250 - 300 Dinadem a 900°C para obtener resultados aceptables para el recubrimiento en la cerámica de baja temperatura.

Valores de tensib superficial

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Valores de tensi6n superficial

CaO 4.8 ZrO? 4.1 T i a 4 2 0 3 6.2 I Bao 3.7 I

Mas tarde en 1942 Kreidl y Weyl (Norton, 1983), proponen varias maneras de abatir el punto de ablandamiento:

Introducir algunos triángulos B-03 en lugar de algunos tetraedros Si-Os. Se admite una sustitución de hasta el 12% Incrementar la relación de oxígeno (relación entre los moles totales de oxígeno y los moles totales de silicio. Por ejemplo, el 2Na2O-Si02, tiene una relación de oxígeno de 4). Sustitución parcial del generador de red de vidno por otro de mayores dtmensiones o de Valencia inferior. Por ejemplo, el Si4+ "+Ti4' o el Si4'"+ A l 3 +

Sustituir un mo&ficadur por otro de mayor potencial. Por ejemplo Na', K+ y otros por e1 Li+. Sustitución del 02- por iones monovalentes por ejemplo, Si02 +BeF2.

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Propiedades de los vidriados

Viscosidad

La viscosidad de los vidnados es la más importante propiedad que controla el éxito de &versos procesos realizados a temperaturas diferentes, su valor a la temperatura de maduración (determinada en gran parte por la filsibidad), determina la extensión en que el vidnado puede fluir sobre la pasta para formar una capa uniforme sin que se produzca escunimiento a lo largo de las superficies inclinadas o verticales. La viscosidad durante la formación de vidriado a partir de sus componentes determina también la facilidad de escape de las burbujas de gas desprendidas durante estas reacciones.

La viscosidad de un vidnado (James y Norris) concluyeron que los vidriados tranparentes al igual que los vidrios, se comportan como líquidos newtonianos, como lo hace también un vidriado opaco con 5% de materia en suspensión.

Los vidriados de plomo son mucho menos viscosos que los exentos de plomo, a 700°C el valor medio del logaritmo de viscosidad para vidnados de plomo es 8 mientras que para vidnados de plomo es 10, es decir que estos tienen una viscosidad 100 veces mayor y a 50°C los valores respectivos son 7.4 y 8.6 indcando que los vidnados sin plomo son veinte veces más viscosos que los de plomo de baja solubilidad.

Bremund sugiere que un vidnado seria inmaduro para log n=5 formm'an un tipo de acabado de esmalte mate para log n=4, y por ulteriores reducciones pasaría por el estado de madurez, hasta que para log n=26 estm'a sobrecosido y lleno de burbujas. A s í pues el intervalo de cocción de un vidnado esta relacionado con la magnitud de variación de la viscosidad con la temperatura

Loglo n a "C ("F)

50

Coeficiente de expansih y módulo de Yong.

Son estas dos propiedades fisicas básicas de vidnados y pastas que tienen gran importancia con relación al “agarre del vidriado”. Para la mayoría de los prop6sitos la resistencia mecánica de una pieza acabada se aumenta si el vidriado se encuentra en un estado de compresión, el cual se origina si el vidnado tiene un coeficiente de expansión menor que la pasta a la que se le aplica, esto es si se contrae menos durante el enfriamiento después de la cocción a esmalte. Una diferencia demasiado grande entre la expansión de la pasta y del vidnado conduce a defectos.

El coeficiente de expansión lineal se define como el aumento de longitud por unidad de longitud producido por una elevación de temperatura de 1”C, varía con la temperatura a la que se mide. En la industria de alfarería frecuentemente se expresan los datos de expansión de un modo drferente, a saber como la expansión total al porcentaje, desde 20°C hasta la temperatura critica inferior. Esto supone que por enfriamiento un vidnado se convierte repentinamente en un sólido elástico rígido cuando pasa por la temperatura crítica interior, y que por esta razón la tensión de la pieza enfixada está determinada por la diferencia de las dos contracciones totales desde dicha temperatura a la temperatura ambiente. Otro factor que determina la tensión definitiva en un vidriado es la diferencia entre las constantes elásticas de pasta y vidnado. Para cualquier conjunto de combciones dado, las tensiones en el vidnado y la pasta vienen determinadas por la relación de sus módulos de Young como sucede también con la distorsión producida en l a s piezas que no están vidnadas por ambas caras. Cuando mayor es e modulo de Young de1 vidnado permaneciendo constantes los restantes factores, tanto menor es la tensión en el vidnado y tanto mayor la existente en la pasta. La mayoría de los vidnados de alfareria tienen valores comprendidos en el intervalo de 8-12xlO?lb/plg la mayoria de las pastas de alfarería porosas tienen valores de 14x1 061b/plg . Es decir que los vidriados tienen generalmente valores mayores o sea que son más rígidos que sus respectivas pastas, pero puede ocurrir lo contrario.

2! l

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Propiedades deseadas de los vidriados

A) La fusibidad debe ser tal que se forme el máximo de vidrio o liquido a temperatura de maduración deseada (900OC - 1000°C).

B) La viscosidad debe ser moderada a la temperatura máxima de cocción, de tal modo que l a s superficies queden igualadas pero no se produzca un flujo global hacia abajo, en las superficies inclinadas o verticales. Ya que si la viscosidad fuera muy alta, su aplicación se dificuhía en virtud de que el tiempo sería demasiado grande, al mismo tiempo que el vihado no sería uniforme. Por el contrario si fuera ía viscosidad muy baja tendrianos problemas en el escun-imiento y el vidriado no alcanzaria a ctnbrir toda la superficie.

C) La tensión superficial debe ser baja para evitar diesigualdades, ya que esto favorece la eliminación de burbujas ganosas durante la cozción del vihado, lo cual dará un vidriado lizo que facilitará su adaptación en la pasta al aplicarlo.

D) L a volatilización de componentes del vidriado durante la cocción debe ser mínima.

E) La reacción con la pasta debe ser moderada a fin de lograr una buena adaptación sin demasiado cambio en la composición del vidnado o de la pasta.

F) No debe producirse absorción en la pasta de constituyentes del vidnado, ni de los eutécticos durante la coccion. Por que al haberlo tendríamos un vidnado no uniforme y cuya calidad no seria la esperada.

G) No debe producirse desvitrificación en los vidriados brillantes y transparentes.

€3) Coeficiente de expansión y móddo de elasticidad Young debe guardar tal relación con los de la pasta que se consiga la máxima resistencia. Estas dos propiedades tienen gran importancia con relación al “agarre del vidriado”, para la mayoría de los propósitos la resistencia. mecánica de una pieza acabada, se aumenta si el vidnado se encuentra en un estado de compresión, el cual se origina si el vidnado tiene un coeficiente de expansión menor que la pasta a la que se aplica, esto si es que se contrae menos al enfixmiento, después de la cocción a esmalte. Una diferencia demasiado grande entre la expansión de la pasta y del vidno conduce a defectos.

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Perdida de constituyentes del vidriado por volatilización

La composición de los vidriados tienden a alterarse durante la cocción debido al hecho de que algunos de sus constituyentes se volatilizan con mayor facilidad que otros. Él más nocivo es el óxido de plomo, seguido por el 6xido bórico y los álcalis. Los alcalinoterreos, alúmina y :sílice, no son volátiles en las condiciones normales de horno.

La magnitud de l a s perdidas por volatilización de un vidriado determinado esta también influenciada por la dureza y temperatura de coccion y por la receptividad de los alrededores a la condensación de los vapores.

Debe observarse que en los silicatos de plomo puros las perdidas de peso aumentan a medida que se hace mayor la razón de si02, PbO aunque podría esperarse lo contrario. La adición de 1 mol de A l 2 0 3 por 1 mol de PbO reduce la perdida de peso, el CaO aumenta notablemente la volatilización.

Otro trabajo indicó que a pesar de su propia volatilidad el óxido bórico reduce la perdida de peso cuando reemplaza a una parte del plomo, aumentando así la acidez del vidrio.

Contribuciones características de los óxidos

Óxido de silicio (SiOz)

El óxido de silico o sílice, también ácido silícico, es un óxido ácido y es el más importante en la formación de redes estructurales de vidnos. Por si solo forma vidrios muy estables, el inconveniente principal es su alto punto de fusión 1700"C, razón por la cual se le adicionan otros óxidos. Wmann (1983, dio posibles relaciones para Qsminuir la temperatura de fusión, seiialando que los vidrios con una relación de 3 a 5 partes de sílice: por cada parte de todos los demás ingredientes funde a 1250"C, mientras que los que contienen de 1 a 2 partes por cada parte de todos los otros ingredientes funden a 1050°C. Las principales características que aporta el óxido de snlicio son: incrementa la viscosidad (disminuye la fluidez), la dureza y la resistencia contra ácidos y contra la presión. Amplia el intervalo de fusión se combina fácilmente con los óxidos básicos, y reduce el coeficiente de expansión ttirmica. Las materias primas de l a s cuales se puede extraer el Si0 son: feldespato sód~co (Na20-A1203-6SiO2), feldespato potásico (K20-A1203-6Si02),

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de cobalto se convierte en rosado en ausencia de alúmina. El óxido de cromo, que por lo general produce tonos verdes tiende a volverse rojizo en presencia de un exceso de alúmina. Las fuentes de ahímina son: feldespato sódico y potásico, caolín, alúmina hidratada [Al( OH)1 J, sianit<a nefelínica (K20-3Na20- 4A1203-9Si02) y pirofilita (A1201-3Si02-H20).

Óxido de sodio (Na20)

El óxido de sodio, reduce la temperatura y el intervalo de fisión, la viscosidad, la tensión superficial, la elasticidad, la resistencia química y mecánica. Aumenta la solubilidad en ácidos y el coeficiente de expansión térmica incrementa en mayor grado que los otros óxidos básicos. En altas concentraciones el cixido de sodio produce vidnos muy brillantes, suaves y abrasivos que se deterioran con el tiempo.

En cantidades moderadas y en combinación con otros fundentes es muy usado, generalmente afecta los colores tanto de vidrio coloreado como bajo el vidriado: el óxido de cobre proporciona un tono a w l turquesa, el óxido de manganeso presenta un color violeta. Las fbentes de obtención son: feldespato sódico o albita, bórax, sianita nefelínica, carbonato de sodio (Na2C03) y bicarbonato de sodio (NaHC03).

Óxido de potasio(K20)

ÉI óxido de potasio, se comporta de manera similar al óxido de sodio. Se usa como íündente para obtener vidrios de bajo intervalo de fusión. Su empleo mejora el brillo en relación con el óxido de sodio, en formulaciones de aluminosilicato la viscosidad a una temperatura dada1 del sistema, es más alta con potasio que con sodio. Reduce la temperatura de fisión, disminuye la resistencia mecánica y química. Presenta un intervalo de fusión reducido, aumenta el coeficiente de expansión térmica e influye en los colores bajo el vidnado de la misma manera que el sodio. Las fuentes del óxido de potasio son: feldespato potásico y carbonato de potasio (KZCO3).

Óxido de calcio (CaO)

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Wolastonia (Ca-Si03), caolín (A1203-2Si02-2H+3) y pedernal (Si02) principalmente.

Óxido de boro (B203)

El óxido de boro, es un óxido neutro, y de acuerdo con su definición puede actuar como ácido o base, es formador de red.es estructurales más que modificador y puede formar vidrios estables con bajo punto de fusión. En la práctica no se emplea solo, se mezcla con otros óxidos para lograr mayor estabilidad.

Entre sus características están las siguientes: actúa como fúndente, aumenta la elasticidad, disminuye la tensión superficial. En cantidades limitadas reduce el coeficiente de expansión térmica, aumenta el brillo y el índice de refracción. Afecta a los colores bajo barniz, rojos y verdes en conjunto con CaO amplía el intervalo de fusión, con el óxido de estaño da vidrios de alto recubrimiento. La durabilidad del vidrio mejora con la adición de óxido de boro hasta una concentración del 12% en peso de su contenido, con concentraciones mayores del 12 al 15% la durabilidad del vidrio se deteriora drásticamente. Las fuentes del óxido de boro son: ácido borico (B203-2H20), bórax pentahidratado (Na20 2Bz03-5H20) y colemanita (2Ca0-3B203-5H20), llamada técnicamente borato de calcio.

Óxido de aluminio (A1203)

El óxido de aluminio, también es un óxido neutro, que actúa como coformador. Su comportamiento es similar al del boro. En el intervalo de hasta 10% de concentración en peso de su contenido mejora notablemente las propiedades del vidno, con concentraciones aniba de este valor l a s propiedades se deterioran. Aporta al vidno las siguientes características: incrementa la viscosidad, amplía el intervalo de fusión, eleva el punto de reblandecimiento, aumenta la dureza y durabilidad, reduce la desvitrifícación durante el enfnamiento, aumenta la resistencia química, incrementa la tensión superficial, reduce la solubilidad de los álcalis y ZnO.

La relación de alúmina-sílice debe ser menor de I! : 10 para obtener vidrios brillantes. En presencia de óxido bórico y óxiclos alcalinos, retarda la separación de fase. Afecta los colores bajo vidriado: el azul normal del óxido

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El óxido de calcio, produce en comparación con los óxidos alcalinos un vidrio mis resistente a la abrasión, a los ácidos moderados y a la intemperie. También dsminuye el coeficiente de expansión térmica, con lo cual incrementa la resistencia a la tensión en el vidnado. Aunque generalmente se usa en pequeñas cantidades con otros fundentest en los vidrios de baja temperatura, el calcio no debe constituir el Único fiíndente a temperaturas inferiores de cono 3 (1 168°C). Generalmente sirve como fiíndente a altas temperaturas (mayores 1 170°C).

Su inclusión en el vidno: aumenta la temperatura de fusión y la viscosidad y ayuda a formar capas intermedias (interfase) entre el sustrato y el vidno. Un alto porcentaje (>del 25%) provoca la desvitrificac:ión y como consecuencia vidnados mates por la inclusión de pequeños conglomerados de cristales en vidrio. El quemado inadecuado también provoca vidnados mates. En bajo porcentaje evita la cristalización, se combina fácilmente con los demás fundentes, incrementa la tensión superficial y la resistencia mecánica y quimica, disminuye el coeficiente de expansión tkrmica en relación a los óxidos alcalinos y modifica muy poco los colores para decorar bajo vidriado.

Las fuentes del óxido de calcio son wolastonita, borato de calcio, carbonato de calcio (CaC03) y dolomita [CaMg(CO,),].

Limites de concentración de óxidos v contribuciones en la formulación de vidrios.

r

Oxidos Na20

CaO B203

Limite % en peso Contribución 1 >20 Reduce el intervalo de fusión

>15 >lo >20 >10

40-60

Fuerte findente y proporciona brillo Aumenta la resistencia mecánica Reduce la temperatura de fusión, proporciona brillo Aumenta resistencia química Formador de vidrio

Formación de vidrios

Las limitaciones anteriores exigen de forrnulaciones estnctamente equilibradas entre los óxidos modificadores (endurecedores y fundentes), coformadores y desde luego los formadores de retículo. El primer paso que se llevó a cabo para cumplir con las propiedades requeridas para las fhtas fue preparar fórmulas patron de boro-litio y alcalinas-calcio-alúmina, para ser utilizadas como punto de partida en la formulación dle vidrios de bajo punto de fisión.

Es importante señalar que cuanto más óxidos diferentes hay en el vidno, tanto menor puede ser la temperatura de fusión, debido al mayor número de las masas fundidas eutécticas presentes, siempre que las proporciones de óxidos se escojan correctamente (Matthes, 1990). Sin embargo, esta abundancia de óxidos provoca un desajuste en la contribución proporcional de cada uno, es decir, no se tiene un comportamiento similar en las contribuciones de cada uno cuando se tienen 2 óxidos modificadores que cutando están presentes más (Uhlmq 1983).

La metodología que se siguió en la formulación, fue hacer combinaciones cruzadas de las fórmulas patrón, además de la adición de los mochficadores previamente citados, y desde luego sin descuidar l a s reglas y restricciones anteriormente señaladas. De esta forma se prepararon alrededor de 45 mezclas, de las cuales se seleccionaron las mejores de acuerdo a los resultados.

Por otro lado, también se prepararon htas de color, con la finalidad de producir sobre todo el vidrio de color verde malaquita, característico de algunas comunidades alfareras. No obstante no fue posible obtenerlo, debido a que este vidrio lo produce la red estructural del vidno formado por el óxido de silicio y pIomo con la introducción de óxido de cobre, mientras que las fr-itas señabdas con la adición de cobre dan lugar a una fkita azul turquesa.

Posteriormente, estas fitas se probaron con la adición de cobalto, cromo y fierro, por separado y en combinación. Sin embargo), no se logró obtener el verde deseado.

,I 7

57

Pruebas de ensayo Dam vidrios

Las pruebas que se emplean para la caracterización de fitas y vidrios son: el

comportamiento térmico en series de gradientes; la tensión superficial y la viscosidad. A

continuación se describen brevemente cada una de ellas ( CANACINTRq 1993).

1. El comportamiento térmico en series de gradientes se emplea para determinar tanto la

temperatura de reblandecimiento, como su transparencia, brillo, dureza y fisuras

(carteado) formadas sobre el sustrato. Esta prueba consiste en aplicar UM película de 1

a 3 mm de espesor de Ia fiita indicada en forma de suspensión en agua sobre placas de

barro de 5x5 cm, que posteriormente se someten a calentamiento para cada gradiente

indicado, dentro de un intervalo de temperaturas seleccionado y estas propiedades se

determinan en forma relativa, es decir, por simple observación. ( ver figura 4).

2. La viscosidad del fluido en el intervalo de fisión, es una de las propiedades del vidrio,

que Io distinguen de los cristales que pasan de sólidos a líquidos en un solo intervalo de

temperatura. Los cambios graduales de viscosidad de los vidrios al aplicarse para

formar vidriados, permiten la permanencia de película estable en la pasta.

La viscosidad en la tradición cerámica se estima en términos relativos colocando un

botón de vidrio de un diámetro y altura determinados en la concavidad de un bloque

indicado a 45O, luego se calienta a una serie de temperaturas. Los resultados se miden

en función del escurriemiento que presentan. Entre más grande es la longitud del

escurrimiento, más baja es la viscosidad. La viscosidad del vidrio debe ser Io más baja

para que las burbujas en el vidriado puedan

escapar y que la superficie quede en un

plano liso. Tampoco debe ser excesivamente

fluido para que el vidriado m forme

superficies de un amplio espesor, que

provocaran tensiones en la pieza.

1

58

Figura 4

BRILLO Y DUREZA DE LAS MUESTRAS HECIPAS.

59

l . La tensión superficial de un vidrio fundió es la fuerza que hace que el vidnado pueda contraerse en forma de esfera si no lo entorpecen la superficie que lo sustenta y una viscosidad demasiado baja. Por ello las fhtas con gran tensión superficial se extienden con dificultad sobre las superficies planas de la pasta cerámica, mojándolas mal. Si sobre una pasta cerámica coinciden una capa de vidnado con una elevada tensión superficial, alta viscosidad y mala adherencia, ésta no funde para formar una capa lisa y coherente, sino que se contrae formando islas y gotas. Este defecto se puede eliminarse elevando la temperatura. Cuando más baja sea la tensión superficial de la frita fundida, tanto más regular será la capa del vidnado y más lisa e inclusiva más brillante resultará la superficie del vidriado solidificado. La tensión superficial se mide relativamente colocando un botón de vidno, de un diámetro y altura determinados, sobre un bloque que se calienta a una serie de temperaturas, los resultados se expresan en función del diámetro que alcanza el botón fundido. Entre más grande es el diámetro del cuerpo de ensayo fundido, menor es la tensión superficial del vidrio.

A las 56 mezclas preparadas, se les evaluó el comportamiento térmico en la superficie del sustrato, la tensión superficial y la viscosidad en series de gradiente, dentro de un intervalo de temperatura convenido, que fue entre 900 y 1000°C, con gradientes de 50°C (figura 6).

Figura 6

Después de aplicar las pruebas de ensayo se realizo una primera selección con las mezclas (Eritas) de las que reportaron mejores resultados se obtuvieron 15. Posteriormente se llevó a cabo una selección más estricta, de las cuales 5 fritas pasaron las pruebas con mejores resultados. Estas fueron reformuladas a partir de las materias

Figura 6

t

I I a

t t t

RELACION D E X EN PESO-CONCENTRACION DE BORAX PARA ABATIR EL PUNTO DE FUSION DEL VIDRIADO

si0 2 67 67 7 l 72.77 66 66 70 72 65 65 69 64 64 67 62 62 66 6

B 2 0 3 1.7 1.7 1.7 1.65 2.9 2.9 2.9 2.9 4.8 4.8 4.8 6.5 6.5 6.5 8.3 8.3 8.3 1

Na2 O 14 18 18 17.7 14 17 17 17 13 17 17 13 17 17 12 17 17 1

CaO 18 7.9 9.8 7.86 17 14 9.7 7.8 17 13 9.5 17 13 9.3 17 13 9.2 1

EN ESTA TABLA SE FUE AUMENTANDO LA CONCENTRACION DE:L BORAX HASTA ABATIR LA TEMPERATURA DE FUSION DEL VIDRIADO

63

8.525-06 8.43E-06

CON BASE EN LA TABLA ANTERIOR SE FUE DISMINUYENDO EL SILICE Y AUMENTANDO EL BORAX.PARA OBTENERUNA BUENA TENSION SUPERFICIAL Y COEF. DE EXPANSION TERMICA Y PARA OBTENER UN VIDRIADO CON LAS CARACTERISTICAS ANTES MENCIONADAS

64

TABLA PARA L A OBTENCION DE LAS PRUEBAS 72 Y 73

A!XX 5.46 8.14 7.84 6.31 6.25 8.14 S 8.06 6.43 7.54 7.62 WCY3 8.93 10.86 8 3 9.01 9.91 10.85 10.67 10.7 11.22 18.03 18.22 Nax) 18.12 15.36 16.9 18.39 18.21 15.36 15.31 14.59 14.78 13.63 13.77 CaO 8.22 6.64 7.88 11.28 11.17 6.64 8.04 8.11 11.49 6.15 6.17

TENS10 NSUPE RFICIAL 308 314 31 4 31 5 312 300 316 318 316.7 294.9 284.1 C0EF.E Yip.=. 9.92 9.19 10.47 10.5 10.45 8.08 9.36 9.13 9.44 8.25 11.3

65

OBTENCION DE LA PRUEBA 74

WEST PRUEBA 49 PRUEBA 50 PRUEBA 51 PRUEBA 55 PRUEEA 56 PRUEBA 65 PRUEBA 70 PRUEBA 74

56.8 55.4 52 41 51.21 4;B. 06 47.43 46.38 47.51

6.57 7.3 7 5 10 11 11.86 11.69 6.65 6.81

8.4 9.28 8.4 9.43 10.49 7.76 19 17.03

14.2 13.5 13 87 12.79 1'1.76 12.54 12.27 12.57

6.07 6.75 11.94 9.33 10.95 10.8 6.14 6.27

7.89 7.69 10.78 7.1 6.85 9.75 9.54 9.77

ION 300.48 299 305.8 298.53 296.94 302.6 278.92 284.2

.EXP.T 10.4 10.42 12.35 11.17 11.45 12.1 9.82 11.3

EN ESTA TABLA SE PUEDE OBSERVAR, LA FORMA EN QUE DISMINUYE EL SlLlCE Y AUMENTA EL CaO.

66

69 "_ " ! Tensitn superficial ( dinas Í cm

1 Diámetro de la gota ( mrn) Longitud de escurrimiento ( mm)

72 Tensión superficial ( dinas / cm Diámetro de la gota ( mm) Longitud de escurrimiento ( mm)

73 Tensión superficial ( dinas i cm Diámetro de la gota ( mm) Longitud de escurrimiento ( mm)

Tensión superficial ( dinas i cm Diámetro de la gota ( mm)

I Longitud de escurrimiento ( mm) I I

18.8 6.7

296.8 22.2 11.3

".

286.8 20.6 7.6

286.3 20.3 7.8

-

I

c i

c

1

7 o

ARENA CARBONATO

AC. BORIC0

f + MEZCLADO

+ HORNO (FUSIÓN)

900 A 1000"~

\

L 1

1 CRISTALIZADO

TRONADOR DE V D N O

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL VIMYIADO

68 rn

OBTENSION DEL VIDRIADO SIN PLOMO

PEARTE 111

BALANCE DE MATERIA Y EiNERGIA

DISEÑO DE EQUIPO

COTIZACION

EVALUACION ECONOMICA

68

Balance de materia y energ&

Es la parte mas importante en el diseño de equipos, ya que relaciona fuertemente la entrada de los reactivos con la formación de los vidriados como productos.

Balance de materia

Para la fita 74 se tiene: Yo peso de materia prima 16.556 Carbonato de sodio 1 3,440 Carbonato de calcio 18.48 Oxido de silice 23.310 Acido borico 28.638 feldespato de potasio

Calculo para producir 20 toneladas por mes de vidriado sin contar sabados ni domingos por lo tanto se requiere de 1000Kg/día.

Base 1000kg/día

Si02 = 365.495 A l 2 0 3 = 52.47

Na20 = 96.836

CaO = 75.264

B203 = 131.212

K20 = 48.45

Fpotasio = 286.38 Caco3 = 134.4 Si02 = 180.048 H3Ba3 = 233.1 Nazco3 = 165.56

H20 101.77 COZ = 127.859

Como se requiere producir 1000Kg/día y solo se produce 764.728, procedemos a realizar un ajuste en la alimentación. La nueva alimentación será de 1300Kg/día, ahora el balance será:

69

Base 1300kddía

Fpotasio = 372.294 Caco3 = 174.72 Si02 = 234.624 H3Ba3 = 303.03 NalCo3 = 2 15.228

A. H20 = 132.3061 C02 = 166.2167

Si02 = 475.706 A1203 = 68.2116

Na20 = 125.888

CaO = 97.8432

Balance global de Materia

Entrada - Salida = Acumulación

En nuestro caso la Acumulación será, lo que se desprende de C02 y H20 provenientes de CaCO3, &BO3 y Na2C03.

B203 = 170.576

K20 = 62.986

CaCO3, -+ CaO +

H3B03 -+ B203 + 3H2O(g;,

Na2C03-+ Na2O + C02(,,

Observando que al alimentar 1300 kg/día , la producción de fnta sera de 1 O0 1.2 kg/día que satisface nuestra demanda.

Material necesario para la producción deseada Frita 74 F pohsio

100 % 16.55 23.2 11 18.04 13.44 28-63 % m. Prima 26000 4304.56 6060.6 4692.48 3494.4 7445.88 Mes 6500 1076.14 1515.l5 1173.12 873.6 1861.47 Semana 1300 215.228 303.03 234.624 174.72 372.294 Día Total Nazco3 H3BO3 Si01 CaCO3

70

Frita 73 F pobsio

" ._ "

Caco; Si02 1 H3Bc-T- Día 282.40 323.69 156.29 1247.50 92.493 392.287 _____

I Semana 11961.435 I 4629.65 1 1412 I 1618.45 1 781.45 I 6237.5 Mes 1851 8.6 7845.74

% m. Prima 7.41 5 3 1.449

Frita 72

1397 1602.27 773.66 549.3 194 l. 5 Semana 279.54 320.454 154.732 109.86 388.30 Día sio2 1 H3B03 1 Na2C03 1 1 Caco3 F pobsio

I Mes I 7766.0 I 2197.2 1 5590.8 1 6409.08 1 3094.64 I 25060 I I % m. Prima I 30.9 1 8.768 I 22.31 I 25.575 I 12.349 I 100 % I

Frita 69

21.65; t 100 % 18.08 49.227 11 -03 % m. Prima 5533.908 25560.6 4621.38 12582.80 2819.6 Mes 1383.4'77 6390.15 1153.345 3145.70 704.9 Semana 276.69.54 1278.03 231 .O69 629.1403 140.98 Día Na2CO3 Total H3B03 Si02 CaC03

71

Balance de energía

El balance de energía, es el calor necesario que se requiere para fundir la materia prima dentro del horno, que se refleja en el costo de producción, de servicios y del producto en sí. Nos hemos basado en la frita 74 que el la que necesita mayor carga térmica para la formación del vidrio, asegurando que el costo de energía sea mínimo y la producción máxima. Para la frita 74 se necesita 1300kg de materia prima para producir 1 001.2 kg, si consideramos que se trabajan las 24 hrs. Se requerirán de 54.16 kg/hr de materia prima para producir 91.66 de fr i tah.

Componente Gases desprndidos Frita kg/h Alimentación kg/h Fpotasio 15.520 CaC03

12 624 H3Ba7 19.81 83 9.7747 Si02

7.279

Para el balance de energía en el horno, definiremos:

AU + A E K + A E p = Q +W ......... 1

Donde: AU Cambio de energía interna A E K cambio de energía cinética AEp Cambio de energía potencial Q calor transferido W trabajo en el sistema

72

Ws Trabajo de eje WE. Trabajo de flujo

WF = PeVe -PsVs = -AP

PeVe Presión y volumen en la entrada PsVs Presión y volumen en la salida AP Cambio de presión interna

H = U + P V

H Entalpia especifica U Energía interna especifica P presión interna V volumen especifico

Para encontrar el cambio de energía interna

Hs - He = (Us -Ue) + (PsVs - F’eVe)

Sustituyendo estos terminos en la ec. 1

Ya que el trabajo de eje, la energía cinética y potencial son cero

AH=Q

Pero AH involucra el cambio de energía por ía reacción y la diferencia de entalpia (entrada y s a l i d a ) para que se produzca la vitrificación a altas temperaturas.

73

La materia sufre las siguientes transformaciones:

AHr = AH1 +AH2 +AH3 +AI&

La materia sufre las siguientes transformaciones:

AHr2= AHrS + A\Hr(,+4Hr7+Atírx + A t Ir.,

los óxidos sufren las sipie;;tes transfiwmacioncs

AHrs Na2O + Si02 --+ Na2SiO:

AHr6 A1201 f Si02 -+ Al2O1SiO2

AHr7 B203 + Si02 -+ B201 Si02

AHrR CaO + Si02 -+ CaOSiO:

AHr9 KzO + Si02 -+ KzOsi0?

Propiedades:

Para calcular el AHrc;rAbn ( @ 25°C y 1 atm. 1

AHrl = nl AH1 + n2 A H 2 + n3 AH, + n4 A&

AH1 = - 1 784 KcaYgr-mol + 86.2 Kdgr-mol + 399.09 Kwligr-mol + o(203 23) KcaYgr-mol

A H 1 = -79.830 AH2 -43.748 AH1 = -76.7 1 1 AH1 = -45.006

Para AHr2

AH, = -99.45 -203.23 + 383.91 81.23

76

AH,,;,j,, = AHrl + A h 2 = -16492.13+26152.3 1 1 = 9660.18

ahora para C n A&& @ 25°C y 1 atm.

Para los materiales a la salida.

Para el agua se desprende a 650°C (293K).

M:f= -57.788 KcaYgr-mol.

MV = 9.729 KcaVgr-mol.

Para la entalpia (100°C a 650°C).

El Cp= 8.22 + I ~ x I O - ~ T +134x104 T'

Cp[=] caVgrmol°K

923

rWg = l(8.22 + 15x10-JT + 134xW8 T2)df 373

= 4.9025 caVgrmo1"K bJi sgua = -41.444

por lo tanto nHzOAHH,O = -6522.887

para el C Q ( se deesprende entre 800OC y 950°C)

c p = 10.34 + 0.0274 T + 195.5 x 10" T2

&?y= -94.054 Kcal/gr-mol.

n

= 2.061 KcaVgr-mol.

&coz = -82.442 KcaYgr-mol.

nco2,4?&2 = - 1 2974.70 Kcal/gr-rnol.

Para el calculo de la entalpia para el vidnado a la salida del homo, se tiene (1 500OC):

Componente flujo (Kg/h) axlo-s bxl 0 -10 d ,?xl~~~j Si& 19.813 47.58 223 3u60 57.4 88.11 " 2 0 3 2.842 6.82 270 937 81.7 10886 B203 7.106 17.06 NazO 5.242 12.59 394 6250 179 18292 CaO 4.076 9.78 216 2290 53.4 K20 2.624 6.30 438 7259 21 1 20802 Total 41.65

AH& = 587kcal I Kg

nMdrio M,ndrio = 244448.83 Kcal I hr

Q = 495 1.248 + 142005.23 - 9660.18

Q = 38137.86calIseg.

78

= 9.548 KcaYgr-mol.

= 2.061 KcaVg-mol.

AH& = 587kcalf Kg

nvidnaAH,,,t~~o = 244448.83Kcal f hr.

Q = 495 1.248 + 142005.23 - 9660.18

Q = 38137.86callseg

79

.-. w

I 1

T

1

1

1 1

Como fundir la materia prima

Horno rotatorio

En el horno rotatorio las cubiertas están revestida por dos tipos de ladnllos, para evitar el calentamiento del acero que triaría como consecuencia su debilitamiento, el que queda adherido a la cubierta es el ladnllo aislante, seguido del ladnllo refiactario que queda expuesto al calor directo por lo que debe soportar altas temperaturas. Algunos homos tienen dos diámetros, una parte es su longitud y la otra su radio, ya que can esta se incrementa la capacidad del homo y reduce el C O ~ T S U ~ O de combustible.

La alimentación se introduce en el extremo superior del horno ya sea con naves vertedoras inclinadas y transportadores de tornilos sin fin de suspensión superior.

El producto vidnado se descarga por el extremo inferior del horno, el cual es colocado en tanques de enfriamiento.

Los anillos de asientos y los rodillos de soportes son de acero forjado o fimdido, los cojines se fabrican de bronce, el engranaje es el helicoidal, sobre dientes rectos, y su lubricación es por aspersión automática. El impulsor utiliza hasta 200 H p . Los homos que requieren de mas de este caballaje, se pueden equipar con impulsores dobles, para que la carga de potencia se divida en dos mecanismos que se combinan en un solo engrane.

La inclinación del horno varia se& el proceso de 2 a 7 c d m la velocidad de rotación oscila de 0.9ldmin. Hasta 38.1Wmin. ( homos de cementos ).

El quemador se instala directamente en el extremo del horno ya que la liama no debe llegar a la carga por lo tanto la tubería de combustión debe estar en una posición central el horno y la cubierta (cámara de combustión) tiene casi siempre extremos abiertos que coinciden entre sí y con la abertura que se cierro con un sello corredizo.

Los gases de expulsión se descargan dentro de un equipo o amortiguador de polvos y humos, para evitar la contaminación de la atmósfera.

Los equipos para purificar gases incluyen cámaras de sehmentación, torres de lavado y presipitadores eléctricos.

Para aumentar la capacidad de calor o reducir el consumo de combustible se utilizan dispositivos para recuperar calor. La alimentación del homo se cierra parcialmente por medio de un cabezal de alimentación en forma de anillo que retiene el ladrillo del extremo

En la descarga se prevé una pieza moldeadora anular de retenci6n para el lad.nilo, que son anillos sementados de aleación de acero o terminales de horno del tipo de enfinamiento por aire, este ultimo aseguro que tanto el extremo de! horno como el anillo de ladrillos tenga una vida mas prolongada.

Para un funcionamiento controlado y econbmico de horno se usan sellos neumáticos que reducen la admisi6n del aire del exterior éI más sencillo es el millo flotante de sección T que se meta sobre un cojín de desgaste, alrededor del extremo de alimentación del horno

Para el diseao del horno 7 ' i

El calor se transmite por conversión*del gas en movimiento hacia el ladtlllo y la superficie expuesto del lecho y por rahación del ladrillo hacia el lecho. A temperaturas elevadas, la temperatura de la pared es semejante a la temperatura en cualquier punto del lecho.

Para calcular la capacidad del homo

Tenemos que p de la mezcla es igual a 0.827gr/cm3 Y como se requiere de 54.16 = 55kg/hr de mezcla, para producir 4 1.66 de fi-rtakr. Por lo tanto el volumen que ocupo la mezcla es V= 0.0665m' y, como el tiempo de maduración es de 4 h, entonces el volumen real de la mezcla es d.3325m3 que es una tercera parte del volumen del horno

H~~ =0.9975m3. Diámetro = 0.6071~ ( 2ft ) Longitud del homo = 3.44 m

Para éI calculo de la inclinación será por cada metro de longitud se inclinara 2.086cm. por lo que se obtendría 7.1655cm.

Velocidad de rotación del horno (N) N=0.19L/ tDS

82

t tiempo de residencia en el horno L = longitud en pies S = inclinación Sustituyendo valores N = 0.2147 r. p m

3.44m "___

Volumen máx.imo utilizado 0.3325111~ Velocidad de rotación 0.2147rpm Volumen promedio por h. Combustible gas

Costos del horno rotatorio para fhtas en el 2000 c m diámetro de O. 6m de &ámetro interior por 3.44m de longitud del cilindro, forrado con tabiques re€ractarios.

El equipo girara accionado por un motor de 5hp. Contara con anillos y rodajes embalerados, quemador a gas con tuboventiladores acoplado a un, extremo alimentador con motor de O. 5 hp.

Una tolva de 0.5m3 en el extremo de la chimenea con 4m. De longitud

Precio $213 O00 mas gasto de stalación.

La molienda del producto.

Una partícula simple o un solo conglomerado tiene dimensiones lineales, superficies, dureza y estructura. El tamaño lineal,, o &memiones lineales, puede ser el &ámetro de una esfera, la longitud de la arista de un cubo o cualquier otra dimensidn lineal promdo ficticia (de un grupo o terrón de forma irregular.

Una mezcla de partículas como las que se encuentran en un polvo se define en términos de la distribución del tamaño de la mismas, la superficie, la superficie específica y el tamaño de las particulas. La distribución del tamaño de partículas es una función que indica la cantidad proporcional de cada tamaño de partículas individuales que contiene el polvo.

83

Un concepto importante para fines de diseño es la molibilidad que es una medida de la velocidad de molienda del material en un molino particular. Se han diseñado molinos de &versas formas, para aplicar la fberza en formas muy variadas. La predlcción detallada de las relaciones de molibilidad y dstibución del tamaiio del producto de molienda depende del desarrollo de un modelo de simulación basado en la fisica de la fiactura.

La molibilidad o índice de molienda es la cantidad (de producto de un molino en particular que satisface una especificación dada en una unidad de tiempo de molienda, por ejemplo, to& a través de una malla 3'00. El principal propósito del estudio de la molibilidad consiste en evaluar el tamaño y el tipo de molino que se requiere para producir un tonelaje especifico, y las necesidades de energía para la molienda.

Existen tantas variables que afectan la molibilidad, que este concepto se utiliza solo como una guía aproximada para determinar el tamaño del molino, sin hacer referencia alguna respecto a la distribución del tamaño del producto, el tipo o el tamah del molino. Si se supone una ley de energia en particular, entonces, el comportamiento de molienda de varios molinos se expresa como un coeficiente de energía o indice de trabajo.

La tecnología basada en consideraciones de molibilidad y energía se ha visto suplantada por las simulaciones en computadora de circuitos de molienda, en las que el concepto amplio de la molibilidad se reemplaza por la fwlción de selección o la función de velocidad de rompimiento, que es la molibilidad o índice de molienda de cada tamaño de partícula relacionado en la fracción de l c h o tamaiio que se presenta.

Existen factores importantes que afectan o determinan la molibilidad, estas son:

a) La dureza b) La elasticidad c) La resistencia d) La divisibilidad

La molibilidad se relaciona con el modulo de elasticidad del material y con l a velocidad del sonido a través de el.

a4

Por otro lado existen gráficos y tablas disponibles qpe los investigadores han reportado para la molienda en húmedo y seco de acuerdo al ntímero de revoluciones por minuto del molino el cual se desea diseñar,

Diseilio del molino

Una proporción cada vez mayor de la molienda fina de los tnateriales cerámicos se realiza en molinos rotatorios que contienen como medio de molienda esferas de &fereates materiales o barras duras. Los molinos se hacen guar a una velocidad tal que las bolas o barras, asciendan por su pared, rodando después unas sobre otras hasta el fondo. Por consiguiente la molienda es efectuada por impacto y frotamiento.

Existen numerosos disenos de estos molinos, con diferentes formas y dimensiones relativas, tipos de revestimientos, clases de bolas y guijarros. Se utilizan por lotes o continuamente, en circuitos cerrados o abiertos. Para nuestro caso particular nos enfocaremos en un molino cilíndrico o cónico de bolas, ya que debido a su forma y dimensiones nos parece el mas adecuado para la molienda del vidriado.

Funcionamiento de molinos de guijarros y de bolas.

Existen seis factores que afectan el funcionamiento eficiente de los molinos de bolas.

l . velocidad del molino 2. cantidad de bolas 3. tamaiio de las bolas 4. cantidad de material 5. consistencia de material en el caso de la molienda húmeda 6. tarnab de la partícula inicial

La característica esencial de cualquier molino rotatorio que contiene en su interior el elemento moledor consiste en que la molienda debe conseguirse por fa rodadura de las bolas. El molino debe, por consiguiente, girar a una velocidad a la cual el medio moledor se eleve por la pared lo bastante para rodar de nuevo hacia abajo.

85

El peso de las bolas se expresa mediante La ecuacihn:

Peso de las bolas = (Db)(Eb)(Vm) Donde Db = densidad del material de molienda Eb = fracción de llenado aparente 40% Vm = volumen del molino

Existe la manera de poder conocer la capacidad del volumen del molino. Si correlacionamos la misma ecuación, pero ahora 'con el producto a moler, tenemos los siguientes datos:

Peso de molienda = 1000 Kg/día Densidad del vidrio = 2.58 dm1 Fracción de llenado aparente = 0.4

Sustituyendo:

Vm 4.970 m3 Diámetro del molino = 1.37m Sobrediseño 1 m3

vrn = d L / 4

Despejando L y sustituyendo los datos obtenemos :

L = 0.6783 m

De acuerdo a los diseiios de la compaiíía, tenemos una longitud interior 1.065111, por Io que los cálculos ya establecidos no concuerdan con lo investigado.

Calculo del diámetro de bola

Densidad del vidrio = 2.58 g/ml Fracción de llenado aparente = O. 5 Peso de las bolas = 1325 Kg

Sustituyendo en Ia siguiente ecuación:

Db =

Obtenemos:

Db = 1.25 cm

El diámetro de las bolas tiene que ser variado ya que: no son las únicas bolas.

Cálculo de la potencia neta para impulsar el molino (de bolas

De la ecuación:

P = [(1.64*L - 1)K + 1][(1.64Dm)2.’E2]

Donde: P = Potencia neta L = Longitud del molino E2 = Parárnetro de la potencia del un molino a nivel laboratorio Dm = Diámetro del molino K = 0.85

Sustituyendo los datos en la ecuación anterior, obtenemos:

P=45Hp

Cálculo de la corriente del motor sincrono trifásico

De la ecuación: W

(3)’”*Efrfp I = -””””””” -

87

Cálculo del tiempo de residencia

De la ecuación: V*Fs*Ds

Ms t = """""""_

Donde:

Fs = 0.2 fracción de contacto ocupado por el sólido Ms = 41.66 Kg/h flujo másico

Sustituyendo los datos obtenemos:

t = 12.38 h

88

FIGURA HORNO ROTATORIO

\ CONTENEDOR DE AGUA PARA ENFRIAMIENTO

89

EVALUACION ECONOMICA.

INVERSION DE CAPITAL

Antcs dc que una planta ~ndustrlal sea pucsta cn opcnaon. UM gran suma de dnero debe encaminarse hacm la compra L' lnstalacldn de maquinaria y c q u r p o . as1 como al terreno e instalaciones de servicios. Adcmb. un3 \u operando la planta es necesario tener dlncro dsponoible para cubrir los gastos de arranque d e l proccso

La suma dc 13 tnvcrslon dc capital Iip y captal de trabajo se conocen como la inversion total de capital.EI captal rip sc ",.I& en manufacturero y no manufacturero. La inversion de capital fijo manufacturero, representa cl cqntal wxsario para la compra e inslalacion cie maqwnaria y equipo, con todos sus servicios auxiliares, para la opcfacldcl mmpku del proceso, t a l e s como los gastos de tuberias, aislamiento, instrumcnlacldn y pcparaclbn del terreno.

El capital fijo no manufacturero mcluye tanto la inversion requerida para la construccibn como todos los componentes de la planta que no esten &rectamente relacionados con la operacion del proceso, tal es el caso d e l terreno, los cdficios tanto de proceso como de oficinas, almacenes, laboratorios, instalaciones de embarques para productos y recepci6n de materias pnmas, depbsitos de desperdicios y otras secciones permanentes de la planta.

El captal de larbajo para una planta industrial consiste en la cantidad total de dinero invertida en:

- Materias primas y suministros en almaah o en existencia - Producto terminado en almacb y producto semiterminado en el proceso - Cuentas POT cobrar - Impuestos a pagar

Los imentarios dc materia pnma incluidos en el captal de trabajo normalmente ascienden al valor equivalente del suministro de un mes. Los productos terminados almacenados y semiterminados aim en proceso tienen un valor aproximado al costo totai de manufactura en un mes de poduccion.

E1 capital de trabajo con respecto al capital total invertido varia de una empresa quimica a otra de acuerdo al giro de cada UM. pero en general se observa que cae dentro del rango del 10% al 20%. En las empresas cuyo producto presenta una muy alta d e m a n d a , este parzimetro puede llegar al 50% o m i s , debido a los grandes inventaria en b o d e g a .

ESTZMACION DE LA E M r E R S I O N DE CAPITAL.

Para poder hacer una estimacibn del capital de inversion es necesario analizar los sustantivos referentes al captal fijo para un proceso q u i m i c o .

El capital fijo se puede subQviclir en costos &rectos e induectos que a continuacion se edistan y analizan, c o n s i d e r a n d o los costos proporcionales de cada componente se- un estudio d e t a l l a d o y cuidadosa realizado por Bauman y asociados mds otros datos e interpretaciones a&cionales recabadas de fuentes mis recientes basadas en expenencias industrdes . Dentro de los costos &rectos podemos enlistar los sigwentes:

Costos &rectos - E q u i p o comprado - Instalacion de equipo de compra - Instrumentation y controla. incluida su tnstdxlon - Tuberias, incluida la instaiacion - Componentes y partes electronicos. tnLlur& *,u tnstalrtcron - EdtfEios, incluidos los senrcios - Instalaciones de pat10 o areas C O ~ I I M L ~

- Instalaciones de servicios - Terreno

Costos indtrectos - Ingenieria y supervisidn - Gastos de construccion - Pago de contratista - Contingencias

91

I 1

I

ACEXO/PORC ELANA EN

ALUMINA DE 2" DE

IOUNO /BPFSOR ILO DE

.LMACENA IIENTO

t i

t I

I

i i 11

i

1 I

MOLINO I ' E ,Bc)lfi 152.5 :CM DE /D.INT.,183CM 1 DE LONG. i I N T . ,MOTOR 1 ELECTRICO

H.P.,P/CARG A DE1089 KG

!DE FSMALTFS

RELACION DE PERSONAL OBRERO PARA OPERAR LA PLANTA

AREA

4LMACbWDI MATERIA

PRIMA

ALMACENA MIENTO DE PRODUCTO

TERMINADO Y FSJTREGAS

OTROS

TOTAL/MES TOTAL/ANU

AL

2 . - -

4

1

LOS SUELDOS CONSIGNADOS EN LA TABLA FUERON PROPORCIONADOS SEGUN ESTIMACIONES DEL BANXICO 93

RELACJON DE PERSONAL TECNICO Y ADMINISTRATIVO

GENERAL 1 1 $25,000

JEFE DE PRODUCCIO

N I 1

J E F E DE

[NSPECTORES 1 2 2 $5,000 MECAMCO 1 1 1 $3,500

GERENTE DE VENTM 1 1 1 $7,000

VENDEDORES 3 1 3 $7,503

SECRETARIAS 2 I 2

w,m , s816,000

LAS ESTIMACIONES DE NOh4INA PROPUESTAS ESTAN HECHAS EN BASE A UN ESTUDIO DEL MERCADO LABORAL Y SEGUN DATOS DEL BANX1P;P

P R E C I O S D E L A S M A T E R I A S P R I M A S

F OSTOS DE MATERIAS PRIMAS IBASE DE 1 KG1 COSTO-TOTAL ANUAL DEMATERIA P R E Z -

t --

TON/ AÑ0

19.2

26.4

9.6

55.2 108

21.6

$3

$2.75

$29.50 $1 7.25 ~ _ _

$3.80

~-

PRECIO ANUAL

$67,200

$76,400 $410,400 ~ _ _

$372,600

DATOS PROPORCIONADOS POR PROMACESA 95

ANALISIS DE R E N T A B I L I D A D .

Para la renlabilidad se considera lo siguiente:

Inversion inicial.

a) Terreno $4Oo,r,w b) Constmcci6n $800,000

d) Instalxion de eqwpo $230.000 e) Instalacich de servicios $15,100 f) Instalaciones ektricas $84,700 g) Costos de instnunentacion $ 1 1,500

c) WPO $770.000

Gastos de operacion.

a) Mantenimiento $23 1,12O/año b) Pago de sanciones,seguros;etc. $17,080/año

c) costos de suministros $346,68O/aÍlo

Inversion de capital fijo Total $2,3 11,200

Costos de materias primas Total $1~056,800/aÍío

Costos de Nomina Total $l,075,OOO/año

Ingresos totales Total $4,8OO,OOO/afio

%

FLIJJOS TOTALES.

Ingresos totales: 1 Kg de frita = $20'" 1 TON = $20,000 240 TON/AÑO = $4,800,000

Utilidades netas: Ingresos totales - Gastos totales

=S 1,827,jOolAÑO = $4,soO,OOO - $2,972,600

Para obtener ciertas estimaciones, tales como la de mantenimieno, suministros de operacibn ,pago de sanciones;etc, nos apoyamos en criterios de evaluacibn de proyectos de plantas @micas; a continuacion se listan algunos de los criterios que consideramos:

Suministros de operation.- Se estimaron en un 15% del capital fijo

Mantenimiento y reparacih- Estos gastos se estiman en un 10% d e l capitaI fijo

Costos a d m i n i s t m i v 0 s . - Se estima en un 25% del total de gastos generales

Costos de instalacih- Es el 30% d e l costo total de l o s equipos

Instalaciones el&tricas.- Ese1 11%delcostototaldelosequlpos

Costos de instnunentacibn.- Se &ma en 1.5% del total de los equpos

97

lnstalacioncs auxl1lares.- 204, d e l costo total de los eqipos

Para nuestro balance dc flups de efcmvo. consideramos lo sivente:

-Una depreciacion d e l 20% anual a p ! i r d e l primer aiio

-Estimamos una tasa de infiacibn anual promedio d e l 25%

-Los impuestos se con.ideran como el 35% d e l ingreso gravable.

Para el &culo de la TIR se consideraron los flujos despi~es de impuestos constantes y no los corrientes ya que el factor inflacionario engruesa sobremanera &cho flujo.

98

B A L A C E D E L O S F L U J O S D E E F E C ' T I V O

r E V A L U A C I O N DE L O S F L U J O S D E E F E C T I V O I I 1 I I 1 1 i

F#%i (sin, F U (- DfDpREcul 1- " ' 'gpk": ,: :; :;.*,,mp:;: - &@b . *). ..:.en&ncifn\) " m -vJ$&''; _.. s.,, .:; (-) .(u&&.@&

U ($2,.311,200) 1 $1,827,400 $2,010,140 $365,480 $1,644,660 $571,631 $1,434,509 $1,304,100 2 $1,827,400 $2,211,154 $365,480 $1,845,671 !§645,986 $1,565,168 $7,293,527 3 $1,827,400 $2,432,269 $365,480 $2,066,789 $723,376 81,768,893 $.l,283,9l6 4 $1,827,400 $2,675,4% $35,480 $2,310,016 $808,505 $1,867,000 $1,275,186 5 $1,827,400 $2,943,046 $365,480 $2,577,566 $902,148 $2,040,628 $1,267,069 6 $1,827,400 $3,237,350 $365,480 $2,871,870 $1,005,154 $2,232,1% $1,26O,OOO 7 $1,827,400 $3,794,000 $365,480 $3,428,520 $1,200,000 $2,594,000 $1,331,132 8 $1,827,400 $3,917,194 $365,480 $3,551,714 $1,243,100 $2,674,094 $1,247,484 9 $1,827,400 $4,309,000 $365,480 $3,943,520 $.1,380,232 $2,928,768 $1,242,083 10 $1,827,40 $4,739,805 $36,480 $4,374,325 $1,531,014 $3,208,79l $3,237,128

I

* ? J . . . " , . '? . ,,,* ,, +.::

De ks balances de flqos de efectivo anteriores se obtuvo una tasa interna de retorno (TIR) del 55%, por otro lado nuestra tasa de rendimiento minima atractiva (TREMA) se estimb en 41.23%,de ahi que el proyecto si sea rentable 99

CONCLUSIONES

El proyecto es rentable, obtuvimos una TIR del 550h que resulti, ser mayor que la TREMA

reunía las propiedades y características idóneas para su comercialización exitosa. que es del 41.23% .Esto h e considerando nuestra composición cjptima de frita: la cual

Tenemos con este proyecto l a satisfxcibn de la demanda que esiste en el mercado, a l a vez que cumplimos con l a función de obtener vidriado sin plomo, que abre nuevas expectativas comerciales de nuestro proyecto.

Además potenciamos la exportación de esta clase de producto, ya que se reúnen las normas de salubridad que se manejan.

APENDICE A

CARACTERISTICAS DE MATERIAS PRIMAS Y SU TOXICIDAD

AciDO @Rico. Orthoborico acido, Burofax. BH303. Peso Molecular 61.84 gr!mol. Composición B 17.5%, H 4.88%, O 77.62%. Se encuentra en la naturaleza conlo el mineral sassolita; es incoloro, inodoro, en forma de cristales transparentes o de granulos blancos. Punto de hsión cercano a 171 OC, sus vapores son volatiles, y el pH igual a 5.1

Toxicidad: La ingestión o absorción pueden causar náusea, vómito, diarrea, dolor abdominal, lesiones eritematosas, lesiones en piel o membranas, colapso circulatorio, taquícardia, cianosis, delirio, convulsiones, coma. La muerte ocurre con menos de 5 gr en mfantes y de 5 a 20 gr para adultos. Concentración máxima permisible: no hay nada establecido.

boRh)(. Oxido de boro, Trióxido de boro, Peso Molecular 69.64 gr/mol. Composición B 3 1.7% o 68.93%,Se prepara en forma cristalina, es incoloro, semitransparentes, cristales blancos d(amorfo) 1.8; d(crista1ino) 2.46. Punto de fusión 450 "C. Soluble en 30 partes de agua fría y soluble en 5 partes de agua caliente.

Toxicidad: Ingestión, percutáneo si la piel está enferma, gastroenteritis, edema cerebral, degeneración grasa del hígado y riñones. Concentración máxima permisible: no hay nada establecido.

(hR60MhIO q!.c¡o. Sal de ácid0 carbónico de calcio Caco3; Peso Molecular: 100.09 grimol.

Composición: C 12%, Ca 40.04% O 47.96%. Existe en la naturaleza como mineral aragonita, calcita y vaterita. Cristales blancos poco olorosos. Dos de sus formas cristalinas son de importancia comercial: Aragonita orthorrómbica punto de hsión de 825" dec, d 2.83, formado a temperaturas cercanas a 30°C. Cerca de 825" es dec dentro de CO:! y CaO. Practicamente insoluble en agua; soluble en dill acidos.

Usos: Manufacturas de pinturas, pinturas, cerámica, insecticidas, aditivos en alimentos, cosméticos, medicamentos.

Terapeútica: Antiácido, suplemento dietetic0 y agente a1ergénic.o.

i

Composiclon C I I 3 3 O 0 , ha 43 ?Oo/o, O 45 29%. Existe en la naturaleza como hidrato, termonatrito, y el decahldrato natron o natrito. Producido por amonia-soda o proceso Solvay.

Soda Solvay. La técnlca es conoclda como soda ash. Poco oloroso, granos higroscópicos; medianamente alcalino; d 2.53. punto de fusión 851°C. Soluble en 3.5 partes de agua a temperatura ambiente, insoluble en alcohol.

Toxicidad: Reacciones de sensibilidad puede suceder de repetidos contactos con el producto. Ingestión de grandes cantidades puede producir corrosión de G.1, tracto respiratorio, vomito, dlarrea, colapso circulatorio, muerte. Soluciones concentradas en contacto con piel y ojos puede causar necrosis local. Concentra.ción máxima permisible: no hay nada establecido.

Usos: en la manufactura de sales de sodio, vidrio, jabón; para lavado de prendas, textiles; en fotografía v como indicador en química analitica.

Terapeútica: Auxhar farmaceútico (agente alcalinizante). Ha sido usado como un emetico, en soluciones para limpiar la piel y en el tratamiento del molesto eczema.

DiOXiPO Dt liliCi0. SiOz; Peso Molecular 60.09 gr/moI

Composición O 53.25%, Si 46.7594. Existe en la naturaleza corno agata, amatista, cristobalita, quartz. Cristales transparentes, o granulos amorfos d (amorfo) 2.2 do (quartz) 2.65. Funde como v-idrio. El silice es el que tiene el coeficiente de expansión calorífíco más bajo que cualquier otra sustancn.

Usos: Manufactura del vidrio, vidrios acuosos, refi-actarios, abrasivos, cerámicos, productos petrolíferos, decoloración y purificación de aceites.

Precauciones: La inhalación prolongada de la sustancia puede causar fibrosis en los pulmones.

Toxicidad: Inhalacion, sllicohls, I n rexcton Imfit1c.a perulveohr produce nodulación. La reacción con los tejidos interstic1;tlcs ( Jc Irts paredes bronquiales y vasculares ) preoduce fibrosis lineal.

Generalmente despúes de 1 0 - 25 ;tilos de euposlclon Usnea, tos, dolor en el pecho, disminución de la capacidad vital y torxIca Concerltraclon ndxima permisible: 5 millones de partículas/pie3 en aire si el SIO. hbre a t a por enc1rna del 5090, 20 ndlones de partículas/pie3 si el SiO, esta en 5-5O0,,. FO Inilloner de partículasi’pie cúbico en aire si el Si02 libre esta por deba-io del 500

SLD[’#ATOI. Albita, Moscovita, Sillcato aluminlco potásico. Masas de rocas rosadas, grises o blancas.

Usos: Minería, vidriado de alfarero. vldrlo

Toxicidad: Inhalación. Pneumoconiosis: Bloqueo iinfático, endarteritis, obliterante de los vasos pulmonares, exudado inflamatorto organizado., Signos: Disnea, Tos productiva crónica, Hemoptisis y disminuclón de la capacidad \.entilatoria. Concentración máxima permisible: No hay nada establecido.

Medidas preventivas: Ventilación adecuada, mascarlla con filtro mecánico, reconocimiento médico anual del personal expuesto a los rayos X.

111 ...

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