Ceramics

2.-SECADO

2.1.-INTRODUCCIÓN

El proceso posterior al moldeo es el secado dónde se elimina el agua añadida durante el moldeo para dar la forma deseada.

El secado de un cuerpo arcilloso crudo es el mecanismo por el cual se elimina el agua que lo humedece. El secado es necesario para que la cocción del cuerpo cerámico se realice adecuadamente. El mecanismo desecado es muy similar para los distintos cuerpos arcillosos. No obstante, a una determinada velocidad desecado, los efectos que se generan sobre cada cuerpo, pueden ser muy diferentes entre cada uno de ellos, dependiendo de su naturaleza química y cristalográfica, de su granulometría y de su historia previa antes de llegar al secadero.

Las variaciones que se producen durante el secado y que son susceptibles de ser observadas, ocurren sobre los siguientes parámetros:

- La cantidad de agua residual.

- Las dimensiones longitudinales, superficiales y de volumen.

- La resistencia a la flexión.

- La plasticidad.

Según Bourry, durante la eliminación del agua se observa que:

- La pasta disminuye de volumen, proporcionalmente al agua eliminada.

- Comienzan a formarse huecos y la pasta sigue contrayéndose.

- El volumen deja de disminuir, y los huecos que se producen son proporcionales al agua eliminada.

El agua no se elimina por completo, queda una pequeña cantidad que se denomina humedad residual de secado.

Esta fase es muy delicada debido a la complejidad del proceso y a la gran repercusión económica que tiene en los costes finales de fabricación. Los factores que intervienen en el proceso son: características de la arcilla, molturación de las materias primas, tensiones que generan durante el moldeo, homogeneidad de secado durante la eliminación del agua.

El proceso de secado de los ladrillos en el secadero se producirá de mediante el tipo de transferencia de calor de radiación y convección.

Según avance el proceso de secado de agua, la cantidad de agua en la arcilla es menor, por lo que necesita mayor energía para evaporar el agua restante. En la práctica se considerará que las piezas están secas y aptas para entrar en el horno túnel cuándo el porcentaje de agua esté entre el 1,5% y el 2,5%. Si se quiere conseguir valores inferiores eso implica un aporte de energía muy alto encareciendo el producto y los costes del producto final.

Como cada materia prima no es igual a otra, y sus propiedades naturales se modifican por el tratamiento en planta - molienda, estacionamiento, etc. - los efectos que produce el secado sobre cada cuerpo cerámico verde, varían según el sistema operativo de cada planta. Estos sistemas operativos son los que deben ajustarse para que los efectos del secado sean los deseados.

La humedad contenida en los materiales puede eliminarse por métodos mecánicos (sedimentación, filtración, centrifugación). Esto resulta más económico que el secado por medios térmicos para la eliminación del agua. Sin embargo, la eliminación más completa de la humedad se obtiene por evaporación y eliminación de los vapores formados, es decir, mediante el secado térmico, ya sea empleando una corriente gaseosa o sin la ayuda del gas para extraer el vapor. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire.

La operación de secado es una operación de transferencia de masa de contacto gas- sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa.

2.2.-FORMAS DE ENLACE DE LA HUMEDAD CON EL MATERIAL

El mecanismo del proceso de secado depende considerablemente de la forma de enlace de la humedad con el material: cuanto más sólido es dicho enlace, tanto más difícil transcurre el secado. Durante el secado el enlace de la humedad con el material se altera.

Las formas de enlace de la humedad con el material se clasifican en: químico, físico-químico y físico-mecánico. La humedad ligada químicamente es la que se une con mayor solidez al material en determinadas proporciones (estequiométricas) y puede eliminarse sólo calentando el material hasta altas temperaturas o como resultado de una reacción química. Esta humedad no puede ser eliminada del material por secado. Durante el secado se elimina, como regla, sólo la humedad enlazada con el material en forma físico-química y mecánica.

El agua que se encuentra en los cuerpos cerámicos crudos recién extruidos, proviene en su mayor parte de la adición anterior a esta operación (moldeo). El agua puede estar unida a las partículas minerales de diversa manera, cada una de las cuales tiene una distinta energía de unión y por consiguiente distinto grado de dificultad para ser eliminada del cuerpo arcilloso. Entonces podemos considerar que el agua del cuerpo cerámico crudo, se encuentra de las siguientes posibles maneras:

(i).- Agua intersticial (o agua libre)

El agua que se encuentra entre partículas minerales en los capilares y que puede moverse más o menos libremente entre ellos, es el agua libre o intersticial. Esta agua puede ocupar un espacio importante entre las partículas del cuerpo arcilloso y su eliminación puede generar una pérdida de volumen significativo del mismo.

El agua intersticial que tiene un cuerpo arcilloso durante la primer parte de su elaboración como tal, proviene de la adición que se realiza durante el amasado y extruido y puede variar dentro de un rango relativamente amplio según la naturaleza de la mezcla arcillosa. Esta agua libre o intersticial también se llama agua de plasticidad porque a partir del momento en que se interponen moléculas de agua libre entre partícula y partícula, la arcilla se deforma bajo el efecto de una fuerza externa, es decir se comporta como un material plástico. La velocidad de eliminación del agua intersticial depende principalmente de la capacidad de secado del medio (aire) que rodea al cuerpo arcilloso.

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