FORMACIÓN DE PIEZAS CERÁMICAS JORGE ENRIQUE SALAZAR FORMACIÓN DE PIEZAS CERÁMICAS PIEZAS CERÁMICAS PROCESOS DE FORMACIÓN • Piezas de loza y porcelana sanitaria • Ladrillos y tejas • Azulejos (paredes y pisos) COLADO PRENSADO EXTRUSIÓN FORJADO • Platos GRADO DE HUMEDAD SEGÚN EL PROCESO DE CONFORMADO FORMACIÓN POR PRENSADO Prensado Uniaxial Una dirección Dos direcciones Prensado Isostático En Seco En Húmedo PRENSADO UNIAXIAL Parte que hace la fuerza “Macho” Parte que recibe la fuerza “Hembra” PRENSA HIDRÁULICA UN SOLO EJE UNA O DOS DIRECCIONES EMPAQUETAMIENTO Los polvos cerámicos deben tener una distribución granulométrica y porcentaje de tamaños tal que den lugar al menor numero posible de huecos entre ellos después de la compactación mediante el prensado Mayor compactación implica máxima densidad en verde EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS DE TAMAÑO UNIFORME CUBICO PIRAMIDAL CUBICO DEFORMADO TETREDRAL EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS DE TAMAÑO UNIFORME Cúbico: 48% de huecos Cúbico deformado: 40% de huecos Piramidal: 26% de huecos Tetraedral: 26% de huecos. Granos de igual tamaño: más baja densidad Granos de diferente tamaño: mayor densidad MEZCLAS BINARIAS VOLUMEN PARA MEZCLA DE DIFERENTES TAMAÑO DE GRANO Mínimo Volumen Máxima densidad Mínimo volumen, máxima densidad DENSIDAD DE EMPAQUETAMIENTO DE UNA MEZCLA DE ESFERAS DE DIFERENTES DIMENSIONES FORMACIÓN DE PARTÍCULAS PARA PRENSADO Spray drying es un método para producir polvo seco a partir de un líquido o una suspensión que se seca rápidamente con un gas caliente. Boquillas rotatorias o boquillas de fluido simple. Algunas aplicaciones exigen boquillas ultrasónicas. Partículas de 10 a 500 micras. Las aplicaciones más comunes están en el rango de 100 – 200 micras PROCESO DE SPRAY DRYING Preparación de la barbotina Atomización / contacto con el aire caliente Evaporación / Formación de la forma de la partícula y secado Separación del producto seco del aire de secado y la descarga COMPONENTES DE LA BARBOTINA El ligante proporciona algo de lubricación durante el prensado y proporciona al producto prensado una resistencia mecánica adecuada para su manejo, inspección y mecanizado en verde. El plastificante modifica el comportamiento del ligante haciendolo más dócil o manejable, mejorando su flexibilidad, es decir aumenta su deformabilidad, lo que permite la deformación plástica de los gránulos El lubricante reduce la fricción entre las partículas y de estas con las paredes del molde. Con ello se reduce el desgaste del molde, se mejora la uniformidad de la densidad del producto prensado y se disminuye la presión de eyección del producto El defloculante se usa para ayudar a dispersar el polvo y reducir las necesidades de liquido para la formación de los gránulos PREPARACION DE LA BARBOTINA Debe ser “bombeable”, homogénea, y libre de impurezas Normalmente contiene un aglomerante orgánico (PVA) que mantiene la pasta unida después de prensar y antes de la quema. Máximo 2% Lubricante como glicerina, o etilenglicol para suavizar las partículas al prensar. Máximo 1% Agentes defloculantes, que permiten trabajar con suspensiones con alta concentración de sólidos. Pueden ser orgánicos o electrolíticos. ALGUNOS LIGANTES ceras ADITIVOS USADOS EN LA INDUSTRIA CERÁMICA LUBRICANTES • AUMENTO DE LA UNIFORMIDAD DE LA PIEZA PRENSADA • MEJORA DE LA DENSIDAD EN VERDE • AUMENTO DE VIDA DE LOS ÚTILES DE PRENSADO •REDUCCIÓN DE LAS PEGADURAS, LO QUE DISMINUYE EL TIEMPO NECESARIO PARA LA LIMPIEZA DE LOS ÚTILES •DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN NECESARIA PARA LA EXTRACCIÓN DE LA PIEZA DEL MOLDE USO DE LUBRICANTES COMO AYUDAS EN LA COMPACTACION EN EL PRENSADO DE ALUMINA ATOMIZACION ROTATORIA Atomización rotatoria partículas de 50-150 micras o donde la atomización excede las 2 toneladas por hora Régimen de secado de cocorriente, con un dispersor que imparte vectores tanto horizontales como verticales al aire caliente entrante La atomización ocurre a la periferia de la rueda y normalmente es la velocidad periférica en el rango 100 a 300 m/s que controla el tamaño de la partícula Abrasión se controla con el diseño de la rueda y con recubrimientos anti abrasivos ATOMIZACIÓN POR BOQUILLA La energía de presión es convertida en energía cinética y la barbotina se expulsa del orificio como una película a alta velocidad, que rápidamente se desintegra en pequeñas gotas El tamaño de las gotas varía inversamente con la presión y directamente con la relación entre la alimentación y la viscosidad de la barbotina BOQUILLAS DE DOS FLUIDOS La energía para la atomización es provista por la expansión rápida de gas que se mezcla con la alimentación dentro del cuerpo de la boquilla (interna o externamente) El tamaño de la partícula se controla por la relación entre la alimentación y el aire Se usa para tamaños de partículas muy finos 10-30 micras EVAPORACIÓN Tiene lugar en la película de vapor saturado que se establece rápidamente en la superficie de las gotas El vapor de agua generado ejerce una presión en el interior de la esfera de pasta, provocando un aumento de volumen hasta que se abre un orificio que facilita la evacuación del vapor El tamaño y la forma de las partículas puede variar, debido a que se pueden contraer cuando se expulse la humedad, se pueden aglomerar o perder esfericidad por distorsiones en las primeras fases de secado SEPARACIÓN Las partículas más gruesas pueden ser colectadas del cono de la cámara del spray drying con las partículas más finas recuperadas del aire de secado por un dispositivo clasificador como un ciclón o un filtro de bolsa 1. air 2. feedstock 3. dried product 4. drying chamber 5. cyclone 6. vibrating fluid bed 7. fluid bed cyclone 8. transport cyclone PROCESO DE PRENSADO EN UNA DIRECCIÓN EL PRENSADO UNIAXIAL TIENE POR OBJETO LA COMPACTACIÓN DE UN POLVO CERÁMICO DENTRO DE UN MOLDE RÍGIDO APLICANDO LA PRESIÓN EN UNA SOLA DIRECCIÓN POR MEDIO DE UN EMBOLO, UN PISTÓN O UN PUNZÓN RÍGIDO PROCESO DE PRENSADO EN UNA DIRECCIÓN •ELEVADA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN •FÁCIL DE AUTOMATIZAR Muy altas presiones Hasta 5000 toneladas Acero especial cuidadosamente rectificados Con frecuencia el punzón es calentado MOLDES DEFECTOS PRODUCIDOS POR LA DISTRIBUCIÓN DEL POLVO EN EL MOLDE Se llena de forma no uniforme Se prensa Genera densidades no uniformes PROCESO DE PRENSADO EN UNA DIRECCIÓN MOLDE COMPRESIÓN LLENADO DESMOLDEO COMIENZA DE NUEVO PROCESO DE PRENSADO DISTRIBUCIÓN DE LA PRESIÓN Densidad en crudo de diferentes zonas de una pieza cerámica, de acuerdo a la distancia y a la forma, expresada esta por la relación entre el diámetro y la altura DISTRIBUCIÓN DE LA PRESIÓN Prensado en una dirección de arriba hacia abajo Prensado en dos direcciones PROBLEMAS EN EL PRENSADO Formación de puentes Prensado en dos etapas CICLO DE PRENSADO EN DOS ETAPAS EFECTO DE LA PRESIÓN APLICADA SOBRE LA DENSIDAD EN CRUDO PRENSADO ISOSTÁTICO Presión homogénea en todas las direcciones PRENSADO ISOSTÁTICO El polvo cerámico se introduce en un molde estanco al agua cuyas paredes son flexibles . Se sella el molde y se introduce en una cámara de alta presión que contiene un fluido incompresible, y que se sella usando una tapa con rosca o esclusa de cierre. La presión se va incrementando mediante bombeo hidráulico. Las paredes del molde se deforman y transmiten la presión en todas las direcciones al polvo cerámico, resultando una compactación uniforme. PRENSADO ISOSTÁTICO VENTAJAS UNIFORMIDAD EN LA DENSIDAD DE LA PIEZA EN VERDE. VERSATILIDAD BAJO COSTODE LOS UTILES DE PRENSADO. EN CONJUNCIÓN CON EL MECANIZADO EN VERDE SE PUEDEN FABRICAR UNA AMPLIA VARIEDAD DE PIEZAS DE DISTINTA FORMA Y TAMAÑO, CON UNA INVERSIÓN MINIMA EN EQUIPAMIENTO DESVENTAJAS TIEMPO DEL CICLO DE TRABAJO ELEVADO DIFICULTAD PARA SU AUTOMATIZACIÓN LOS CICLOS DE TRABAJO SON DE MINUTOS E, INCLUSO, DE DECENAS DE MINUTOS, POR LO QUE LA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN ES BAJA COMPARADA CON LA DEL PRENSADO UNIAXIAL En húmedo En seco En frío En caliente PRENSADO ISOSTÁTICO DRY BAG Se ha desarrollado con el fin de aumentar la capacidad de producción y lograr tolerancias dimensionales más ajustadas En vez de sumergir el conjunto en el fluido, se fabrica el molde con unos canales internos por los que se bombea el fluido a alta presión Esto minimiza la cantidad de fluido a alta presión necesario El mayor reto es la realización del molde para que la presión sea transmitida de forma uniforme al polvo cerámico hasta lograr la forma deseada. Esto se logra mediante un adecuado posicionamiento y forma de los canales, con el uso de diferentes elastómeros en el molde y por optimización de la restricciones externas del molde PRENSADO ISOSTÁTICO DRY BAG FORMACIÓN DE BUJÍAS PRENSADO ISOSTÁTICO EN FRÍO Llenado del molde Sellado Fluido a presión Prensado Desmoldado UNIFORMIDAD EN LA DENSIDAD EN PIEZAS CONFORMADAS POR PRENSADO ISOSTÁTICO PIEZAS FORMADAS POR PRENSADO ISOSTÁTICO Piezas muy exigentes en cuanto a diseño, tamaño, forma y compactación Propiedades
