efecto del ajuste dilatométrico esmalte

85 Pages·2004·1.24 MB·Spanish

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
COORDINACION DE INGENIERIA DE MATERIALES
DEPARTAMENTO DE MATERIALES

EFECTO DEL AJUSTE DILATOMÉTRICO ESMALTE –BIZCOCHO EN
LA PLANITUD DE BALDOSAS ESMALTADAS

Realizado por:
María Virginia Alayón Sauma

Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito
para optar por el título de Ingeniero en Materiales opción Cerámica.

Sartenejas, Octubre del 2004
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
COORDINACION DE INGENIERIA DE MATERIALES
DEPARTAMENTO DE MATERIALES

EFECTO DEL AJUSTE DILATOMÉTRICO ESMALTE –BIZCOCHO EN
LA PLANITUD DE BALDOSAS ESMALTADAS

CERAMICAS CARIBE C.A.

Tutor académico: Prof. Thierry Poirier

Tutor industrial: Ing. Mary Carolina González

Jurado evaluador: Prof. Cristina Grigorescu

Sartenejas, Octubre del 2004
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INDICE GENERAL
Pág.
RESUMEN…………………………………………………………………………..…………… i
DEDICATORIA………………………………………………………………………..…..…..…ii
AGRADECIMIENTOS………………………………………………………………..……...….iii
Índice de Tablas……………………………………………………………………….……....….iv
Índice de Figuras………………………………………………………………………...…...……v
I.- INTRODUCCION……………………………………………………..………………………1
II.- OBJETIVOS………….…………………………………………………………………….…3
III.- MARCO TEORICO……………………………………………...………………………......4
3.1.- Soporte cerámico (sustrato)........…...…………………………………………..…....4
3.2.- Esmaltes………………………………………………………..……………..….......5
3.3.- Engobes…………….………………………………………………………...........…5
3.4.- Materias primas para el soporte……..……………………..…………………...….…5
3.4.1.- Materias primas plásticas………………………………….…………….........…....6
3.4.1.1.- Arcillas………………….…………………………………….......6
3.4.1.1.1.- Clasificación de las arcillas …………...…….…..……6
3.4.2.- Materias Primas no Plásticas………………………………………….........8
3.4.2.1.- Cuarzo……………………………………………………….……8
3.4.2.2.- Feldespatos………………………………………..………………8
3.4.2.3.- Carbonato cálcico y dolomita…………………………………….8
3.4.2.4.- Chamotas…………………………………………………….……9
3.5.- Materias primas disponibles para los esmaltes y engobes ….………………...….......9
3.5.1.- Materias primas que introducen formadores de vidrio……………………10
3.5.2.- Materias primas que introducen estabilizadores de red…….……………..12
3.5.3.- Materias primas que introducen modificadores de red…………………....14
3.5.4.- Opacificantes………………………………………………………...……18
3.6.- Función del esmalte y el engobe……………………………………………………19
3.7.- Fritas………………………………………………………………………………...20
3.8.- Curvas VTF, Fórmula de Appen y Fórmula de Lakatos……………………………21
3.8.1.- Viscosidad y temperatura durante el conformado del vidrio………….….21
4
3.8.2.- Fórmula de Appen…………………………………………………….….23
3.8.3.- Fórmula de Lakatos……………………………………………………....24
3.9.- Interacción Soporte – Esmalte……………………………………………………...25
3.10.- Relación entre curvaturas, tensiones y características de vidriado y soporte……..27
3.11.- Coeficientes de dilatación………………………………………….………..…….36
3.12.- Formación de grietas (agrietado o cuarteado)…………………………….…..…...37

IV.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………………………………………...…39
4.1.- Materiales y equipos…………………………………………………….…….…….40
4.2.- Desarrollo experimental…………………………………………………….………41
4.2.1.- Formulación y preparación de los esmaltes……………….………………41
4.2.2.- Esmaltado de bizcochos…………………………………………………...43
4.2.3.- Preparación de pastillas para análisis dilatométrico y análisis químico…..43
4.2.4.- Análisis dilatométrico, cálculo de la amplitud del punto cuarzo y porcentaje
de contracción de la pasta………………………………………………………………………...45
4.2.5.- Análisis químico…………………………………………………………..48
4.2.6.- Estudio del cuarteado de acuerdo a la composición (prueba de resistencia al
agrietamiento)…………………………………………………………………………………….50
4.2.7.- Correlación entre α vs. α y acuerdo dilatométrico bizcocho-engobe-
real teórico
esmalte……………………………………………………………………………………………51
4.2.8.- Estudio de la sensibilidad del porcentaje de óxido sobre el coeficiente de
dilatación lineal (α)……………………………………………………………………………….51
4.2.9.- Comportamiento planimétrico de las baldosas (cóncava-convexa) de
acuerdo a la composición…………………………………………………………………………51
4.3.- Flujograma Experimental.…………………………………………………………..53

V.- RESULTADOS Y DISCUSION DE RESULTADOS………...……………………....……..55
5.1.- Análisis dilatométrico, cálculo de la amplitud del punto cuarzo, porcentaje de cuarzo
libre y porcentaje de contracción de la pasta……………………………………………………..55
5.2.- Estudio de la sensibilidad del porcentaje de óxido sobre el coeficiente de dilatación
lineal (α)………………………………………………………………………………………….57
5
5.3.- Correlación entre α vs. α ……………………………………………………58
real teórico
5.4.- Acuerdo dilatométrico bizcocho-engobe-esmalte…………………………………..60
5.5.- Comportamiento planimétrico de las baldosas (cóncava-convexa), estudio del
cuarteado de acuerdo a la composición (prueba de resistencia al agrietamiento) y papel del
espesor en dichos defectos……………………………………………………………………….65

VI.- CONCLUSIONES…………………………………………………………………..…........68
VII.- RECOMENDACIONES………………………………………………………….……..…69
VIII.- BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………........….70
IX.- ANEXOS……………………………………………..……………………………………..72
6
EFECTO DEL AJUSTE DILATOMÉTRICO ESMALTE –BIZCOCHO EN LA
PLANITUD DE BALDOSAS ESMALTADAS

Realizado por:

María Virginia Alayón

RESUMEN

El propósito de este proyecto de pasantía es desarrollar e implementar herramientas
predictivas en plantas de baldosas, en cuanto a defectos de planitud, con el fin de reducir el
número de ensayos de control y su tiempo de realización, cuantificando e implementando
correlaciones entre los coeficientes de dilatación lineal obtenidos por dilatometría y los
coeficientes calculados a partir de su composición química.
Para llevar esto a cabo, primero se realizó la formulación de los esmaltes bajo estudio,
luego se procedió a la preparación de muestras tanto para realizar dilatometría como para la
determinación del porcentaje de cada óxido presente en los esmaltes mediante análisis químico
por fluorescencia de rayos X. Posteriormente, a partir de los resultados obtenidos de los análisis
químicos, se determinó el coeficiente de dilatación térmica teórico y la temperatura de enganche
para cada esmalte haciendo uso de una hoja de cálculo basada en las fórmulas de Appen y
Lakatos, resultados a partir de los cuales se construyeron las gráficas de acople dilatométrico
donde se compara el comportamiento dilatométrico del sustrato, del engobe y del esmalte, a partir
de su temperatura de enganchamiento.
Las correlaciones entre los coeficientes de dilatación lineal obtenidos por dilatometría (α
real) y los coeficientes calculados a partir de su composición química (α teórico), arrojaron
buenos resultados (coeficiente de regresión mayor a 0.91), lo cual permite predecir los valores de
α mediante un ensayo por espectrómetro de fluorescencia de rayos X, mucho más rápido y
sencillo que el ensayo de dilatometría.
Por otra parte, se estudio el comportamiento en planta de diversos esmaltes en cuanto a
defectos de planitud y cuarteo, para diversos valores de contracción diferencial entre esmalte y
sustrato, y para diversos espesores de esmalte. Se pudo determinar la ubicación de las zonas de
casos conformes y casos defectuosos en planta, según los dos parámetros estudiados. De esta
manera, se puede identificar el riesgo de aparición de defectos de planitud en planta, antes
siquiera que el esmalte sea depositado sobre las baldosas.
7
A mi madre, razón de mi ser, motivo de mi
vida.
A mi padre, a quien le debo mi existencia.
A mi hermano, mi gran cómplice, amigo y
confidente.

A todas aquellas personas que siempre han
estado a mi lado y a esas que no lo están
ahora pero que de igual forma me han
ofrecido su ayuda.
8
AGRADECIMIENTOS

A Dios, por caminar siempre a mi lado y nunca abandonarme.
A mi madre, por su eterno amor incondicional que siempre me acompaña.
A mi padre, por su protección, quien siempre dio lo mejor de él para mi seguridad y bienestar.
A mi hermano, por ser tantas cosas en mi vida, mi hermano, amigo, confidente, por ser mi apoyo
y fortaleza y parte de mis motivos.
Gracias a Leo, por formar parte de mi nueva vida y con deseos de que siempre lo sea.
Gracias a mi Profesor, Tutor y Guía Thierry Poirier por su gran disposición y a quien le debo
gran parte en mi formación como profesional y persona.
Gracias al personal de Cerámicas Caribe, quienes colaboraron para mi buen desenvolvimiento
durante mis pasantías.
Gracias a todos mis amigos y compañeros de estudio, por brindarme su apoyo y amistad en todo
momento.
Siempre los mantendré en mi corazón.
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INDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 3.1: Puntos normalizados temperatura – viscosidad de los vidrios……………………….21
Tabla 3.2: Coeficientes para la fórmula de Appen………………………………………………23
Tabla 4.1: Formulación del esmalte KSM-161/15 utilizando Caolín Lara……………………...42
Tabla 4.2: Formulación del esmalte KSM-161/15 utilizando Caolín D’Arvor………….………43
Tabla 4.3: Formulación del esmalte KSM-223/5 y KSM-223/6………………………………...43
Tabla 4.4: Formulación del esmalte KSM-224. Serie Colonial…………………………………43
Tabla 4.5: Especificaciones de las baldosas de acuerdo al esmalte empleado…………………..44
Tabla 4.6: Condiciones de análisis dilatométrico………………………………………………..46
Tabla 5.1: Coeficientes de dilatación térmica reales de las pastas estudiadas a 400ºC………….56
Tabla 5.2: Resultados obtenidos a partir de las curvas dilatométricas de las pastas…………….57
Tabla 5.3: Escala de sensibilidad de los óxidos sobre el coeficiente de dilatación de los
esmaltes…………………………………………………………………………………………..58
Tabla 5.4: Coeficientes de regresión para cada tipo de esmalte…………………………………61
10
INDICE DE FIGURAS
Pág.

Figura 3.2: Puntos fijos de un vidrio………………………………………………….…………22
Figura 3.3: Comportamiento del esmalte durante el proceso de cocción en el horno industrial...27
Figura 3.4: Relación dilatación-tensión entre el soporte y el esmalte. Esmalte a compresión….29
Figura 3.5: Relación dilatación-tensión entre el soporte y el esmalte. Esmalte a tracción……...30
Figura 3.6: Flecha de curvatura de las piezas……………………………………………………31
Figura 3.7: Aspecto dilatométrico de la interacción sustrato – esmalte. Se toma en cuenta lo que
ocurre por debajo de T (T < punto cuarzo)……………………...………………..…33
enganche enganche
Figura 3.8: Aspecto dilatométrico de la interacción sustrato – esmalte. Se toma en cuenta lo que
ocurre por debajo de T (T > Punto cuarzo)………………………………………...34
enganche enganche
Figura 3.9: Aspecto dilatométrico de la interacción sustrato – esmalte. Se toma en cuenta lo que
ocurre por debajo de T (T > Punto cuarzo), con menor amplitud de punto cuarzo
enganche enganche
(menor cantidad de cuarzo residual)……………………………………………………………...35
Figura 4.1: Cabina de aplicación de esmaltes…………………………………………………...44
Figura 4.2: Esquema de baldosa con surco para colocar el esmalte o engobe………..………...45
Figura 4.3: Prensa Mecánica Uniaxial…………………………………………………………..46
Figura 4.4: Dilatómetro ORTON………………………………………………………………..47
Figura 4.5: Curva Dilatométrica de la Pasta F.P.P-025….………………………………………47
Figura 4.6: Determinación del punto cuarzo…………….………………………………………48
Figura 4.7: Dilatograma de la pasta F.P.P-025 a partir del cual se determinó el porcentaje de
cuarzo libre……………………………………………………………………………………….49
Figura 4.8: Mecanismo de análisis del Espectrómetro por Fluorescencia de Rayos X………….50
Figura 4.9: Espectrómetro por Fluorescencia de Rayos X………………………………………50
Figura 4.10: Autoclave…………………………………………………………………………..51