Repsol YPF

Achegas de calor no proceso

Os procesos que precisan calor aparecen sombreados nos diagramas anteriores e son descritos con máis profundidade a continuación. Hai outros procesos que en ocasións tamén entrarían nesta categoría, como a trituración por vía húmida que pode realizarse con auga quente. Pola súa menor orde de importancia, non os contemplaremos aquí.

A cocción

É o proceso de maior demanda térmica dentro da fabricación de pezas cerámicas (preto do 70% da demanda enerxética total). Supón a elevación da temperatura das pezas ata 900-1.400 °C (en función do material e/ou destino). Neste proceso teñen lugar os cambios físico-químicos que lles confiren as súas características aos materiais cerámicos.

A cocción pode desenvolverse segundo diversos procedementos:

• Cocción en fornos continuos ou discontinuos (por lotes)
• Cocción con exposición directa á chama ou illada da chama
• Cocción en fornos con atmosfera controlada    

A transferencia de calor nos fornos ten lugar principalmente por convección entre a peza e a atmosfera do forno, e por radiación entre a peza e a chama. Dentro da peza, a transferencia de calor realízase por condución dende a superficie cara ao interior. A cocción esixe un control rigoroso tanto da temperatura coma do tempo: as velocidades de quentamento e de arrefriamento son críticas para evitar danos ás pezas tratadas.

Os gases de saída do forno de cocción (no caso de procesos continuos) poden dirixirse cara ao secado, co que se recupera parte da calor que aínda conteñen estes gases. En fornos túnel, de tipo continuo, a temperatura das pezas vai sufrindo unha variación ao ir avanzando no forno. Nas primeiras etapas o quentamento realízase aproveitando os gases quentes procedentes da zona de alta temperatura e non adoitan colocarse queimadores. Estes, sitúanse na zona de alta temperatura. Tras atravesar a devandita zona, as pezas sofren un arrefriamento controlado, introducindo aire exterior. O forno continuo basea a súa eficiencia no funcionamento ininterrompido; cando por razóns operativas ou de mantemento o hai que apagar, poden xurdir problemas de calidade nas pezas, durante as fases de arrefriamento ou posterior quentamento na subseguinte posta en marcha ata chegar á temperatura de réxime. Estes problemas son máis graves co gasóleo, porque pode xerar inqueimados. En fornos de tipo discontinuo a achega de calor comeza unha vez que as pezas estean no interior do forno. A elevación da temperatura ha de seguir unha curva determinada (como nos fornos continuos) para evitar a deterioración das pezas. Alcanzada a temperatura de cocción, esta debe manterse durante o tempo suficiente como para que toda a masa da peza adquira esta temperatura e poidan ter lugar os procesos físico-químicos que transforman o produto de partida en material cerámico. Finalmente prodúcese o arrefriamento controlado, xa sen achega de calor; cando conclúa, abrirase o forno e extraeranse as pezas. A temperatura alcanzada durante a cocción das pezas determina unha nova clasificación dos produtos cerámicos, segundo se indica na táboa adxunta.

As temperaturas anteriores corresponden á cocción do biscoito ou biscoitado. A cocción do esmalte e da decoración ten lugar a temperaturas algo inferiores á correspondente ao biscoito, co fin de evitar danos neste ou nas cores cerámicas. 

O control do tipo de atmosfera no interior dos fornos de cocción adoita ser importante. A cocción do biscoito realízase en atmosfera oxidante (con exceso de aire), para eliminar toda a materia orgánica que poida acompañar ao corpo. A cocción do esmalte e da decoración pode requirir atmosfera redutora (con defecto de aire), como cando se trata de obter reflexos metálicos ou determinadas cores. Nos fornos continuos é posíbel variar o tipo de atmosfera ao longo do túnel, actuando sobre a introdución do aire.

O secado

Tras o conformado da peza é preciso eliminar a maior cantidade de auga posíbel para evitar que sufra deformacións ou fracturas durante a cocción. O secado realízase mediante a achega de calor á peza. Esta achega pode ter lugar basicamente por dous procedementos:

• Secado por aire quente, a 50-80 °C
  
• Secado por infravermellos

Unha terceira vía de secado consiste no secado por deshumidificación a baixa temperatura, no que se elimina a humidade da corrente de aire mediante un arrefriamento con condensación da auga para, posteriormente, volver quentar o aire. Finalmente hai industrias que simplemente deixan as pezas secar no ambiente. O proceso de secado pode realizarse mediante un procedemento continuo (o sistema máis habitual) ou por lotes (destinado a pequenas series). Finalmente débese indicar que nalgúns procesos nos que a atomización eliminou unha grande cantidade de auga, non se require o secado, pasando as pezas tras o conformado en seco directamente á cocción (nas primeiras etapas da cocción ten lugar o secado final).

A atomización

O proceso de atomización consiste en eliminar unha gran parte da auga contida no produto que resulta da trituración por vía húmida (a barbotina): a humidade redúcese dende o 50% ata o 20-25% (valores aproximados). A eliminación da auga realízase mediante a exposición da barbotina dividida en pequenas partículas a unha corrente de aire quente. Para a pulverización da barbotina pódense utilizar dous métodos:

• Bombeo e pulverización por alta presión
  
• Proxección sobre un disco que xira a gran velocidade

En xeral a corrente de aire quente prodúcese mediante queimadores en vea de aire, baterías de vapor ou intercambio directo en xeradores de aire quente.

Tamén é posíbel a utilización de sistemas de coxeración con gases a 500 °C.

A fusión de fritas

Os fornos de fusión de fritas son similares aos fornos de fusión de vidro. Nun recipiente engádese a mestura de materias primas de partida e elévase a temperatura habitualmente por aplicación directa dunha chama. O proceso pode ser continuo, introdúcense as materias primas por un extremo e extráese a frita fundida polo extremo oposto. A elevada temperatura alcanzada (da orde de 1.400 °C) esixe a utilización de chamas enriquecidas con osíxeno nos queimadores.

Conclusión

A utilización dun ou doutro combustíbel para a fabricación no sector cerámico virá determinada principalmente polas necesidades do forno de cocción. O resto das demandas de calor son inferiores en cantidade, aínda que, en determinadas ocasións, poden xustificar a utilización de combustíbeis diferentes aos do forno pola mellora de rendementos ou calidades (caso de queimadores en vea de aire para o secado ou a atomización) ou para aforrar custos en procesos non críticos (como o secado por orujillo ou leña en fábricas de cerámica vermella).