Método LASERFIRING, un nuevo proceso de fabricación cerámica
Autores: Jorge Velasco, Roberto Díaz, AITEMIN
Eusebio Guerrero y María Josep Mur, Physic gm
Xermán de la Fuente, Carlos Estepa e Isabel de Francisco, Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA)
Ramón Sans, Easy Laser
INTRODUCCIÓN
Desde septiembre de 2010, financiado por el Programa LIFE de la Unión Europea, viene desarrollándose el proyecto LASERFIRING que persigue disminuir el consumo energético del proceso cerámico haciéndolo, por tanto, más rentable y más ecológico al disminuir las emisiones de anhídrido carbónico.
El proyecto consiste en utilizar la tecnología láser en el proceso de cocción cerámico para dotar a las superficies cerámicas de propiedades tecnológicas de altas prestaciones y de la estética que se desee.
Desde hace tiempo las características de los ladrillos cara vista suelen estar asociadas a las exigencias de la envolvente del edificio (aislamiento, estanqueidad, etc) más que a exigencias de carácter estructural, sobre todo en edificios de varias alturas, recayendo sobre otros materiales (hormigón, acero, etc) las exigencias de capacidad portante del edificio. Sin embargo la alta resistencia mecánica de las piezas cerámicas ha sido, y sigue siendo, un argumento comercial de primer orden.
En general para conseguir altas resistencias mecánicas es necesario aumentar las temperaturas de cocción y, por tanto, los costes de fabricación y sin embargo estas prestaciones tan elevadas no son en realidad necesarias.
Si no se necesita elevada resistencia mecánica, ¿qué es lo que realmente importa en una pieza cerámica cara vista?, bien sea ladrillo o bien sea teja; básicamente dos aspectos: durabilidad y una estética adecuada y uniforme.
Cuando se habla de durabilidad en piezas cara vista en cerámica estructural, normalmente nos estamos refiriendo a la resistencia a la helada, en general la baja resistencia a los ciclos de hielo-deshielo suele estar relacionada con una baja temperatura de cocción. No obstante si las caras en contacto con el exterior presentan valores de succión muy bajos, debido a tratamientos que supongan fusiones superficiales, esto evitará o disminuirá en gran medida la entrada de agua en la estructura de la pieza, que a la larga es lo que provoca las roturas por heladicidad, esto plantea el hecho de que será necesario encontrar una solución de compromiso que haga que se produzcan las siguientes condiciones:
• Disminución significativa de la temperatura de cocción.
• Mantener la resistencia mecánica en niveles en torno a 12-15 MPa como mínimo.
• Las piezas no pueden ser heladizas.
Si se consiguen estas tres condiciones se obtendrán las siguientes ventajas:
• Disminución de los costes de producción. Tanto mayor será la disminución de costes cuanto mayor sea la temperatura a la que se esté cociendo sin láser.
• Disminución de las emisiones de CO2
• Obtención de una amplia gama de colores sin la necesidad de añadir aditivos.
• Muy probablemente no será necesario hidrofugar los productos.
Las ventajas, en principio, parecen más que suficientes como para que el nuevo proceso sea atractivo, a lo largo de este artículo se irán desarrollando los distintos aspectos a tener en cuenta.
SOCIOS DEL PROYECTO
Como ya se ha comentado, el proyecto, cuyo título es “Adaptación al Cambio Climático de la Industria Cerámica Estructural por Disminución de las Temperaturas de Cocción por Tratamientos Láser” (LASEFIRING), está cofinanciado por la Comisión Europea dentro del programa LIFE con el número LIF09 ENV/ES/435. Los socios que participan en el proyecto son los siguientes:
• Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA) (centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza) que actúa como socio coordinador y su aportación al proyecto se basa en su amplio conocimiento del láser y sus aplicaciones en materiales.
• Physisc gm fabricante de instalaciones cerámicas, especialistas en hornos, secaderos y optimización de los consumos energéticos. Su participación en el proyecto consiste en la fabricación del prototipo demostrativo del proyecto consistente, como se explicará más delante, en un horno al que se le incorpora la aplicación láser y un secadero.
• Easy Laser empresa de aplicaciones láser que trabaja en todos los campos de aplicación de la tecnología láser. En el proyecto diseñará y suministrará la aplicación láser para el prototipo.
• AITEMIN Centro Tecnológico especialistas en cerámica estructural. En su Centro Tecnológico de Toledo se instalará el prototipo y se realizará toda la experimentación del proyecto utilizando, además del prototipo, la planta piloto ya existente.
HORNO LASERFIRING
El horno Laserfiring consiste, básicamente, en un horno de rodillos con dos equipos láser, uno en la parte superior del horno y el otro en la parte inferior, de tal manera que puedan tratarse los dos cantos y las dos testas del ladrillo. El láser utilizado es de CO2.
El proceso del tratamiento con láser se ilustra en la figura 1. Mientras la pieza cerámica va desplazándose a lo largo del horno, el láser se aplica de manera transversal al desplazamiento de la pieza, de tal manera que toda la superficie quede tratada. Los efectos del tratamiento láser sobre la superficie cerámica pueden ser graduados, de tal manera que es posible aumentar la temperatura hasta la fusión o bien provocar un aumento limitado. Esta graduación de la intensidad del tratamiento se traduce en las propiedades que se transmiten a la superficie cerámica, entre ellas el color, de tal manera que variando la intensidad de tratamiento se consiguen diferentes colores en la superficie cerámica.
El horno desarrollado es un horno de rodillos de 15 m (figura 2) de largo en el que el tratamiento láser se realiza mediante dos equipos uno colocado en la parte superior del horno y el otro en la parte inferior (figura 3). El láser incide con un ángulo de 45º de tal manera que el láser de la parte superior trata el canto superior del ladrillo y la testa trasera, mientras que el equipo láser colocado en la parte inferior del horno trata el canto de apoyo y la testa delantera (figura 4).
El proceso LASERFIRING no está limitado a la fabricación de ladrillos, sino que podría aplicarse a cualquier tipo de pieza cerámica, con muy especial indicación para tejas, que al tratarse de materiales de menor grosor el tratamiento sería incluso más sencillo, sin embargo en este proyecto, ya que se trata de un proyecto demostrativo, se ha optado por la fabricación de un horno para ladrillos, que, no obstante, podría ser adaptado, una vez que finalice el proyecto para efectuar pruebas con otro tipo de piezas cerámicas.
DESARROLLO DEL PROYECTO
El proyecto Laserfiring consta de cuatro etapas técnicas:
• Ensayos previos.
• Diseño, instalación y puesta en marcha del horno laserfiring.
• Experimentación en planta piloto.
• Estudio y análisis de resultados experimentales.
Descarga el Proyecto completo y descubre el desarrollo del proyecto, Los ensayos, y fotografías del diseño y la instalación de los hornos Laserfiring Aquí: Art_ Tec 43
Te recordamos que todos los artículos técnicos estan disponibles en nuestra página web:
*Los artículos técnicos son facilitados por Hispalyt (asociación española de fabricantes de ladrillos y tejas de arcilla cocida) y forman parte de los programas de investigación que desarrolla sobre los distintos materiales cerámicos y su aplicación.
