PROCESOS DE MANUFACTURA USIL

Curso:

PROCESOS DE MANUFACTURA

TEMA

MATERIALES CERAMICOS

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INTRODUCCION

A través de la Historia es posible observar la importancia que los materiales han tenido en la vida del hombre. Si bien los primeros materiales que utilizó fueron aquellos que estaban a su alcance, materiales naturales, éstos fueron rápidamente modificados y adaptados a sus necesidades. Tal ha sido el impacto de los materiales que algunas etapas de la civilización han sido denominadas por el tipo de materiales que el hombre utilizó, así recordamos la Edad de Piedra, la Edad de Bronce y la Edad del Hierro.

Es debido, a la gran cantidad de aplicaciones que poseían las combinaciones de materiales y a la diversidad de necesidades que tenía el hombre que se ve forzado a aplicar combinaciones en otros ámbitos ajenos a la guerra. Ámbitos relacionados con problemas de necesidades cotidianas, como son la agricultura, ganadería y el propio hogar.

Es por el desarrollo de nuevas herramientas y utensilios relacionados a la comodidad del hogar y de sus quehaceres que nacen los materiales cerámicos (objetos hechos a base de arcilla).

En la antigüedad Grecia el arte de hacer objetos con arcilla se denominaba cerámica. La palabra cerámica proviene del griego keramos que significa quemar. Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales.

En la actualidad, dichos materiales cerámicos están constituidos por compuestos químicos entre los que se encuentran minerales de la arcilla, óxidos, nitruros, carburos y vidrios, con elementos metálicos y no metálicos. Por lo general, se trata de materiales aislantes térmicos y eléctricos que a elevadas temperaturas y frente a elementos agresivos resultan mucho más resistentes que metales y polímeros (plásticos, caucho).

A continuación, hablaremos con mayor detalle sobre la clasificación, propiedades y obtención de los materiales cerámicos.

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MARCO TEORICO

CLASIFICACION DE LO MATERIALES CERAMICOS

1. Cerámicos tradicionales2. Cerámicos nuevos3. Vidrios

1. Cerámicos tradicionales

En esta clasificación encontramos aquellas aplicaciones en trabajos de alfarería, porcelana, ladrillos, baldosas y azulejos de gres. Estos productos no sólo se utilizan con fines decorativos o para servicio de mesa, también se utilizan en los materiales de construcción como cemento, ladrillos entre otros.

Dentro de esta clasificación encontramos:

1.1 Productos de la arcilla1.2 Refractarios1.3 Abrasivos

Productos de la arcilla:

Los primeros objetos de cerámica se obtuvieron mediante la utilización de arcillas ricas en illita, mineral cuya cocción se produce a temperaturas relativamente bajas. Posteriormente, el empleo de hornos con materiales más refractarios ha permitido desarrollar una cocción a mayores temperaturas y obtener un material denominado gres. A temperaturas superiores se consiguen objetos de loza, de uso sanitario mediante la cocción de arcillas ricas en caolín1 que, en el caso de presentar una gran pureza y llegar a su fusión parcial durante la cocción, permite obtener un producto semitransparente y blanquecino conocido como porcelana.

Los minerales de la arcilla desempeñan dos papeles fundamentales en las cerámicas: la hidroplasticidad (aumento de la plasticidad con la adición del agua) y la fusión en un intervalo de temperaturas variable según su composición.

Fabricación:

Molido de los minerales extraídos de la naturaleza hasta conseguir unpolvo muy fino y homogéneo de arcilla.

Conformación, se añade agua para conseguir una masa plástica. Secado al aire libre. Cocción dentro de un horno, donde la temperatura no debe llegar a la

de fusión completa del material.

En esta última etapa se sueldan las partículas constituyentes de la arcilla hasta eliminar los huecos existentes entre ellas. El resultado es la fusión completa del material, que al perder su porosidad se contrae.

El grado de cocción determina la resistencia del material cerámico: a mayor cocción mayor resistencia mecánica y fragilidad, y viceversa.

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Las etapas de secado y cocción son extremadamente críticas, ya que pueden producirse multitud de imperfecciones o defectos (distorsión, grietas, etc.) que invalidan la pieza. Este tipo de defectos suelen ser causados por el desarrollo de tensiones en su estructura, que deben su origen a la contracción no homogénea de su superficie.

Refractarios:

Son otra clase de materiales cerámicos capaces de resistir altas temperaturas sin reblandecerse, deformarse o resquebrajarse, así como mantenerse inertes al no reaccionar en contacto con medios agresivos. Su característica más conocida y explotada está relacionada con su carácter aislante frente a las elevadas temperaturas, razón por la cual se emplean asiduamente en revestimientos de hornos, chimeneas y cámaras de combustión, todas ellas construcciones sometidas a la acción de elevadas temperaturas, tanto por el efecto directo de las llamas como por irradiación térmica o convección de gases calientes.

Los refractarios destinados a la construcción suelen presentar forma de ladrillo con morfologías diversas, que se unen con cementos refractarios especiales. Además de resistir altas temperaturas de trabajo sin deformarse ni ablandarse, los materiales refractarios han de presentar una gran resistencia a la compresión y un bajo coeficiente de dilatación térmica.

La porosidad de las cerámicas refractarias varía según el servicio al cual se encuentren destinadas, ya que una reducción de su porosidad permite obtener refractarios mucho más resistentes al ataque de productos corrosivos y de mayor resistencia mecánica, mientras que su capacidad de aislamiento térmico disminuye.

El comportamiento de los materiales cerámicos refractarios depende de su composición. Según ésta, se clasifican en refractarios de arcilla, ácidos o de sílice, básicos y de aplicaciones especiales.

Refractarios de Arcilla

Son aquellas cerámicas refractarias compuestas por una mezcla de minerales arcillosos, sílice y una cantidad variable (entre 25-45%) de alúmina. Pueden llegar a soportar temperaturas del orden de los 1.587ºC sin llegar a formar fundidos que desestabilicen su estructura, que aumentan proporcionalmente con el contenido en alúmina.

Se emplean principalmente en la construcción de hornos, revestimiento de estructuras sometidas a elevadas temperaturas y confinamiento de atmósferas muy calientes.

Refractarios de Sílice

Son un tipo de materiales refractarios constituidos casi exclusivamente por sílice (superior al 96%) y pequeñas cantidades de alúmina (Al2O3) y óxidos de hierro (Fe2O3) y magnesio (MgO). La concentración en alúmina no puede superar el 1%, ya que disminuye enormemente el punto de fusión. Se caracterizan por conservar su estructura a elevadas temperaturas. Con ellos suelen construirse los techos de hornos empleados en la producción de acero y vidrio, donde se alcanzan temperaturas del orden de 1.650 ºC. Gracias a su elevada resistencia

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frente al ataque de escorias ácidas (ricas en sílice), suelen emplearse en revestimientos de recipientes de almacenamiento de éstas.

Refractarios Básicos

Materiales refractarios constituidos por periclasa cálcica, en concentraciones superiores al 90%, y óxidos de hierro, calcio y cromo. El contenido en sílice desbarata las prestaciones del material refractario a elevadas temperaturas, razón por la cual este tipo de materiales se caracteriza por su baja concentración en SiO2. Las cerámicas refractarias básicas presentan una gran resistencia a la acción de escorias básicas (ricas en MgO y CaO) generadas en los procesos industriales, por lo que suelen utilizarse en los hornos de acero.

Otros

Existen algunas cerámicas refractarias empleadas en aplicaciones muy concretas debido a su dureza, porosidad o cualquier otra característica. Los componentes más comunes son alúmina, sílice, magnesia, óxido de berilio, óxido de circón, mullita, carburos (como el carburo de silicio), carbono y grafito. El empleo de este tipo de refractarios suele caracterizarse tanto por sus limitaciones como por su elevado coste.

Abrasivos:

Las cerámicas abrasivas son materiales de extremada dureza que se utilizan para dar forma definitiva a otros materiales, generalmente metales. Se emplean para desgastar, desbastar, esmerilar o cortar otros materiales, de forma que este tipo de cerámicas debe presentar una elevada dureza, tenacidad (para que el abrasivo no se fracture con facilidad) y un cierto carácter refractario, como consecuencia de las temperaturas que llegan a alcanzarse en los procesos de abrasión. Las cerámicas refractarias más empleadas son el carborundo de silicio (o carborundo), carburo de tungsteno (o widia), el óxido de aluminio (o corindón) y la arena de sílice.

Los abrasivos se utilizan de varias maneras: adheridos a muelas de desgaste, como depositados en forma de revestimiento (por ejemplo el papel de lija), o bien como granos sueltos (en suspensión con aceites o agua).

2. Cerámicos nuevos:

La investigación en el campo de las cerámicas no sólo ha mitigado el problema de su elevada fragilidad, sino que ha permitido controlar aspectos compositivos y microestructurales que condicionan su comportamiento físico. Este control ha facilitado la creación de nuevos materiales cerámicos que satisfacen exigencias químicas, mecánicas, térmicas y eléctricas imposibles de conseguir mediante el uso de otros materiales. Los nuevos materiales cerámicos, conocidos como cerámicas avanzadas, se pueden emplear en motores de combustión interna, en turbinas, como placas para blindajes y herramientas de corte, en el empaquetamiento de circuitos integrales, como abrasivos, etc.

Fabricación:

La fabricación de cerámicas avanzadas sigue pasos similares a los de la cerámica tradicional de las arcillas, con la salvedad de añadir polímeros orgánicos en lugar de

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agua para aglomerar la materia prima en forma de polvo finamente molido y generar así una masa maleable de gran homogeneidad. Para que el proceso de aglomeración (o sinterización) sea plenamente homogéneo, se suelen añadir otros productos orgánicos denominados defloculantes, que evitan la existencia de irregularidades y huecos en su estructura. Estos productos orgánicos se queman y eliminan en el proceso de sinterización.

En ocasiones, la aplicación de presiones a las piezas antes de su cocción permite reducir la presencia de huecos en su interior y la aparición de microfracturas originadas por una contracción irregular de los materiales durante el proceso de cocción.

Como los productos cerámicos presentan una propensión a la rotura frágil y las fracturas se generan a raíz de defectos cristalinos (huecos, aglomerados, impurezas, etc.), la investigación se ha centrado en conseguir su reducción y crear así materiales de mayor tenacidad. En conjunción con los métodos para reducir la existencia de defectos cristalinos, se están desarrollando nuevas técnicas que permiten detener las grietas y fracturas incipientes generadas por esfuerzos de tracción o de corte (tangenciales), entre los cuales destacan la intercalación de fibras cerámicas y el redondeado del extremo de una grieta. En el primer caso la introducción de fibras cerámicas en una matriz cerámica o vítrea permite que éstas fijen las microfisuras y detengan su avance. Este método se ha comprobado mediante la introducción de fibras de carborundo en materiales vitrocerámicos y cerámicos, los cuales han experimentado un aumento significativo de su resistencia a la rotura frágil. Por otro lado, el redondeo de los extremos de una grieta se emplea igualmente en metalurgia, y se basa en la disipación de las tensiones existentes en estos extremos por debajo del punto de rotura como consecuencia del aumento de su superficie.

Las cerámicas avanzadas tienen un campo de desarrollo muy amplio y su uso en nuevas tecnologías presenta progresivamente un mayor número de aplicaciones. La producción de este tipo de materiales se encuentra aún en proceso de investigación para llegar a conseguir superar su mayor problema, que se encuentra ligado al elevado costo de producción.

3. Vidrios:

Basados principalmente en la Sílice, los vidrios conforman un grupo muy común de cerámicas empleadas en la realización de lentes, ventanas, recipientes y fibra de vidrio. Son silicatos de estructura amorfa (no cristalina) que contienen cantidades variables de otros óxidos (CaO, Na2O, K2O, Al2O3, B2O3, etc.), cuya proporción modifica las propiedades físicas.

COMPOSICIÓN DE ALGUNOS VIDRIOS

Tipo Composición (% en peso)  SiO2 CaO Na2O Al2O3 B2O3 OtrosVycor 96       4  Pirex 81   3,5 2,5 13  Recipientes 74 5 16 1   4Vitrocerámica 71     19   8Vidrio óptico 54   1     45Fibra de Vidrio 55 16   15 10 4

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De forma general, se trata de materiales sensibles a la temperatura, de tal forma que durante su enfriamiento aumenta paulatinamente su viscosidad. A diferencia de los sólidos cristalinos no presentan una temperatura definida en la cual se produzca el paso de sólido a líquido, sino que se produce de forma continua.

Según su composición, los vidrios funden a mayor o menor temperatura y una vez conseguida requiere de una serie de métodos para su conformación, tras la cual debe quedar como una masa homogénea y ausente de porosidades o burbujas. Los métodos empleados para la fabricación de objetos de vidrio son el prensado en el caso de piezas que presentan paredes relativamente gruesas (platos, o placas); soplado, que puede ser manual o totalmente automatizado (botellas, bombillas, jarras); estirado, para objetos de gran longitud y sección constante (láminas, tubos, fibras); y formación de fibra de vidrio continua, que puede considerarse como una operación de estirado más sofisticada.

Cerámicas vítreas

Un caso particular son aquellos vidrios inorgánicos que presentan desvitrificación, proceso mediante el cual se transforman en sólidos cristalinos. La desvitrificación se consigue con el tratamiento térmico de vidrios, que al aumentar su temperatura reorganizan su estructura. El proceso de desvitrificación suele evitarse en la producción de ciertos tipos de vidrio, ya que el aumento de cristalinidad produce paralelamente una pérdida de resistencia en el sólido.

Existen determinados vidrios en los cuales se puede controlar el grado de desvitrificación obtenido, posibilitando la obtención de productos con un grano cristalino muy fino y libre de tensiones que recibe el nombre de vitrocerámica o cerámica vítrea.

Fabricación

La producción de materiales vitrocerámicos comenzó en la empresa Corning Glass Works a comienzos de los años sesenta. La forma de procesar estos productos está basada en la fusión de materias primas y la conformación de los objetos deseados mientras se encuentran en estado vítreo. En la producción de vitrocerámicas se utilizan agentes nucleantes que se incluyen en el fundido (normalmente dióxido de titanio) para inducir la nucleación de cristales, que, tras un tratamiento térmico posterior, favorecen el crecimiento de diminutos cristales en el seno del vidrio. A todo este proceso se le denomina desvitrificación.

Gracias a la obtención de estos pequeños granos cristalinos, las vitrocerámicas presentan una mayor resistencia a la fractura y a las altas temperaturas que los vidrios no cristalinos convencionales. Suelen utilizarse en artículos de cocina gracias a su elevada resistencia y conductividad, o bien como aislantes y como placa base para la elaboración de circuitos integrados.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CERAMICOS

1. Propiedades Físicas

2. Propiedades Mecánicas

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1. PROPIEDADES FISICAS DE LOS MATERIALES CERAMICOS

Por lo general, los materiales cerámicos son más ligeros que los metales y más pesados que los polímeros. Los puntos de fusión son mas altos que los de la mayoría de los metales, llegando algunos a descomponerse antes de fundirse.

Tanto la conductividad eléctrica como la térmica de la mayoría de los cerámicos, son más bajas que las de los metales, pero el rango de valores es más amplio, permitiendo que algunos se apliquen como aislantes, mientras otros como conductores eléctricos.

Los coeficientes de expansión térmica son algo menores que para los metales, pero los efectos son más dañinos teniendo en cuenta su fragilidad. Los cerámicos con conductividades térmicas bajas y expansiones térmicas relativamente altas son especialmente susceptibles a los problemas de esa índole.

2. PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES CERAMICOS

A temperatura ambiente las cerámicas cristalinas o vítreas suelen comportarse como materiales de enorme fragilidad. Esto es debido a la presencia de microfisuras difíciles de detectar que concentran en sus bordes tensiones estructurales y, por consiguiente, amplifican los efectos de esfuerzos aplicados por tracción o cizalla (corte), al propagar la fisura a través del material. Por el contrario, frente a los esfuerzos de compresión estos materiales responden con una resistencia mucho mayor.

La fuerza de los enlaces existentes en los materiales cerámicos les confiere su elevada dureza, punto de fusión y rigidez. Esta misma fuerza impide el desplazamiento de los planos atómicos entre sí, hecho que imposibilita (a diferencia de los metales dúctiles) la existencia de pequeñas deformaciones reticulares para aliviar las tensiones impuestas por las cargas. Debido a esta característica, las cerámicas sometidas a un estado de esfuerzos resisten sin variar su forma hasta cierto límite (o punto de rotura), momento en el cual se produce su fracturación, sin llegar a producirse normalmente una deformación plástica.

La resistencia a la tracción de las cerámicas se determina mediante la realización de ensayos de flexión. En este tipo de ensayos se sitúa una muestra cerámica sobre dos puntos de apoyo y se ejerce una presión en su centro hasta conseguir su rotura. La tensión máxima necesaria para producir su rotura se denomina módulo de rotura (σmr) o resistencia a la flexión, parámetro de gran importancia en el caso de cerámicas frágiles. La ecuación del módulo de rotura es:

σmr = 3. F. L S

Donde F es la carga que ha generado la fractura, L la longitud entre los dos puntos de apoyo y S la sección de la muestra estudiada, que normalmente presenta una perfil rectangular o circular.

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MÓDULOS DE ROTURA EN MATERIALES CERÁMICOS

Materiales Módulo de rotura (en MPa)

Óxido de aluminio 200-345

Óxido de berilio 140-275

Carburo de silicio 170

Óxido de magnesio 105

Vidrio 70

La resistencia a la fractura medida en los materiales cerámicos resulta menor de la esperada por el tipo de fuerzas presente en sus enlaces atómicos. Este fenómeno es consecuencia de la porosidad y los defectos existentes en su estructura, pequeños defectos cristalinos que concentran las tensiones estructurales y alcanzan el umbral de rotura con mayor facilidad, razón por la cual los defectos estructurales sirven como inicio de pequeñas grietas que, como se ha visto anteriormente, se propagan fácilmente hasta provocar su rotura.

OBTENCION

FÁBRICA DE MATERIALES CERÁMICOS

Proceso de Fabricación

El proceso de fabricación comienza en el mismo momento en que entran las materias primas a la fabrica, estas materias primas son: Tierra roja Tierra gris Arena Serrín Carbón Orujillo (hueso de la aceituna molido)

Las materias primas deben reposar de 1 a 2 meses a la intemperie con el fin de que pierdan las sales solubles. Una vez transcurrido ese periodo los distintos materiales se vierten cada uno por su lado en tolvas, pasan por una especie de molino que deshace los terrones grandes de tierra que pudiera haber, de aquí llegan al dosificador, el cual mezcla los elementos en las proporciones necesarias, que serán:

60% de Tierra roja 36% de tierra gris 4% de una mezcla de carbón, serrín, arena, y orujillo

Este ultimo 4% de mezcla se le añade con el fin de obtener una cocción más rápida y para darle porosidad al producto.

Una vez mezclados los materiales, mediante una serie de cintas transportadoras, que serán las que trasladen el producto por toda la fábrica, se llegará a una zona de laminadores con el fin de hacer la mezcla cada vez más fina. Al mismo tiempo la mezcla se humedece y se deposita en capas en forma de pirámide en un recinto en el que reposará un tiempo, la finalidad de humedecer la mezcla y dejarla reposar es que

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alcance una plasticidad y una suavidad que la hará ser más manejable y trabajable, además de liberar de la mezcla las tensiones, a este recinto se la denomina pudridero.Se recoge la pasta del pudridero con una oruga de cucharas que además la mezcla aún más al coger de distintas capas de la pirámide formada, pasa por una mezcladora y a continuación llega a un regulador que controla la cantidad de material que entra a la fabrica, dejando paso solo cuando es necesario.Una vez ha entrado la pasta a la fabrica se lleva a cabo la fase de amasado, se le hace pasar por una amasadora, en la que se le añaden bolitas de poliespano, este material tiene la función de quemarse una vez que se introduzcan las piezas en el horno, dando lugar así a poros que impedirán la propagación de grietas en la estructura.La siguiente fase es moldear las piezas, se introduce la masa en una extrusionadora en la que se le añade vapor, y una vez caliente se le hace pasar por una galletera que le dará su forma final, dependiendo de la forma de la galletera el producto tendrá un tipo de huecos u otro, a la salida de la misma pasan por un cortador formado por unos alambres tensos que cortan el material en las dimensiones de la pieza final.Al salir, las piezas, poseen aún una gran cantidad de humedad, de modo que por medio de una serie de cintas transportadoras y autómatas se colocan en unos carros que serán en los cuales se introduzcan las piezas al secadero, donde perderán la humedad.Los carros que transportan las piezas se meten en el secadero, este secadero son unas cámaras a temperatura ambiente donde se introducen los carros llenos, se cierran, y aprovechando el aire caliente que propagaban los motores generadores el aire es reconducido a estas cámaras hasta que, de modo progresivo, la temperatura que alcancen sea de 98º, el tiempo que las piezas estén dentro del secadero depende del tipo de pieza, si es bovedilla será de 24 horas, cualquier otro será de 30 horas.Cuando las piezas son sacadas del secadero tienen un color blancuzco característico, habiendo perdido casi la totalidad de la humedad, de aquí se lleva directamente a la zona de cocción donde se les dará a las piezas su resistencia mediante el cocido.Este es el momento más delicado de la fabricación de materiales cerámicos, donde se descubrirá si todos los pasos anteriores se han realizado del modo correcto, el resultado lo obtendremos al ver la calidad del producto, si se ha fallado en alguno de los procedimientos no se sabrá hasta que no salgan del horno, cuando ya es tarde ya que habrán salido rotas, descascarilladas, o deformadas.Este proceso tan delicado es el de la cocción de las piezas, cocción que se lleva a cabo en el horno túnel, el horno se puede dividir en varias zonas según la temperatura de las mismas, a saber:

1ª zona: Zona de caldeo o precalentamiento. 2ª zona: Zona de cocción. 3ª zona: Zona de enfriamiento.

Zona de Caldeo: Esta es la zona en la que las piezas pierden toda la humedad sobrante, importante para que no se produzcan grietas al evaporarse el agua, es la primera zona del horno.Zona de Cocción: En esta zona es donde se registra una mayor temperatura, llegándose a alcanzar los 900º, aquí se realizan las reacciones químicas que le dan a las piezas la dureza.Zona de enfriamiento: Como su propio nombre indica aquí es donde las piezas se enfrían lentamente para que no aparezcan grietas al producirse la contracción, es la zona final, además, en la salida hay una serie de ventiladores que bajan la temperatura a la vez que empujan el aire caliente hacia los carros que avanzan.El calentamiento de la zona central del horno se realiza por medio de unos quemadores situados en el techo del túnel, los quemadores no funcionan continuamente sino que lo hacen sincronizadamente de modo que no hace falta que todos estén funcionando al tiempo, además estos quemadores se paran cuando pasa un carro por debajo ya que nunca puede incidir directamente la llama sobre las piezas.

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Los carros que transportan las piezas a través del horno están compuestos por un carro metálico que va sobre raíles, una base de ladrillos refractarios y sobre estos ya van las piezas a cocer. Los carros tardaran 20 horas en recorrer la totalidad del horno, fijándose el tiempo que tienen que permanecer en cada zona los carros.Una vez han salido los carros se procede a su almacenado, y en el momento del pedido a su empaquetado. EmpaquetadoEl empaquetado se lleva a cabo cuando el producto va a salir de la fábrica, se colocan las piezas en palés y mediante unas maquinas se le colocan alrededor unas telas plásticas en todas direcciones, se le hace pasar por una cámara donde se le aplica calor al palé y se contrae el plástico con el que se han envuelto, quedando totalmente sujetas las piezas.El ultimo proceso, no menos importante es el de retirar el caliche, que son las sales solubles que no se han podido eliminar en el tiempo que las tierras estuvieron al aire libre, para ello se sumergen los palés en una piscina llena de agua hasta que se sumerge completamente para que el caliche se quede en el agua, este caliche no es perjudicial para las característica mecánicas de los ladrillos, solo afecta al factor estético, ya que con el tiempo aparecen manchas blanquecinas en las fachadas.

APLICACIONES DE LOS MATERIALES CERAMICOS EN OTRAS INDUSTRIAS

La industria cerámica debido a sus propiedades físicas y mecánicas se ve relacionada y aprovechada en diversas industrias tales como:

En la Industria Aeroespacial:Los materiales cerámicos poseen por lo general una buena resistencia a la termofluencia. Esto es debido principalmente a dos factores en el caso de cerámicos cristalinos: altos valores de temperatura de fusión y elevada energía de activación para que comience la difusión.

En la Industria Automotriz:Los materiales cerámicos en su mayoría son más ligeros que los metales propiedad que es aprovechada en la construcción de autopartes.

En la Industria Eléctrica:Los materiales cerámicos por lo general no son conductores de cargas móviles debido a su rigidez lo que los incapacita de conducir electricidad. Esta propiedad es aprovechada para producir materiales aislantes de electricidad. Además, los usan en la generación y transmisión de energía.

Los materiales cerámicos poseen propiedades que los hacen únicos en su género es por ello que vemos sus aplicaciones en otras grandes industrias ajenas a la de su nacimiento.

Ejemplos de usos de material cerámico en general: Nitruro de silicio (Si3N4), utilizado como polvo abrasivo. Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y

cubiertas de tanques. Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas,

en abrasivos y como material refractario. Diboruro de magnesio (MgB2), es un superconductor no

convencional. Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.

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Ferrita (Fe3O4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.

Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico. Ladrillos, utilizados en construcción. Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares. Óxido de itrio, bario y cobre (YBa2Cu3O7-x), superconductor de alta temperatura.

Aplicación de material cerámico en investigaciones.

Hace un par de décadas atrás, Toyota investigó la producción de un motor cerámico el cual puede funcionar a temperaturas superiores a 3300 °C. Los motores cerámicos no requieren sistemas de ventilación y por lo tanto permiten una mayor reducción en el peso, y con esto, una mayor eficiencia en el uso de combustible. La eficiencia en el uso de combustible de un motor es también superior a más alta temperatura. En un motor metálico convencional, mucha de la energía generada desde la combustión debe ser derrochada como calor para prevenir la fundición de las partes metálicas.

A pesar de todas estas propiedades deseables, tales motores no están en producción porque la manufactura de partes cerámicas es muy dificultosa. Las imperfecciones en la cerámica conducen a quiebras y rompimientos. Dichos motores son factibles en investigaciones de laboratorio, pero las dificultades actuales sobre la manufactura impiden su producción en masa.

Material cerámico: Cemento en la industria

El cemento es un aglomerante utilizado en obras de ingeniería civil, proveniente de la pulverización del clinker obtenido por fusión incipiente de materiales arcillosos y calizos, que contengan óxidos de calcio, silicio, aluminio y fierro en cantidades dosificadas, adicionándole posteriormente yeso sin calcinar. La fabricación de cemento consiste en cuatro etapas:

1. Trituración y molienda de la materia prima

Las principales materias primas son silicatos y aluminatos de calcio, que se encuentran bajo la forma de calizas y arcillas explotadas de canteras, por lo general ubicadas cerca de las plantas de elaboración del clinker y del cemento. Otras materias primas son minerales de fierro (hematita) y sílice, los cuales se añaden en cantidades pequeñas para obtener la composición adecuada.

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2. Homogeneización y mezcla de la materia primaLuego de triturarse la caliza y arcilla en las canteras mismas, de las cuales se la transporta a la planta de procesamiento, se le mezcla gradualmente hasta alcanzar la composición adecuada, dependiendo del tipo de cemento que se busque elaborar, obteniéndose el polvo crudo.

3. Calcinación del polvo crudo: obtención del clinker

Una vez homogeneizado el polvo crudo, se procede a calcinarlo en hornos que funcionan a altas temperaturas (hasta alcanzar los 1450 grados centígrados), de modo que se “funden” sus componentes y cambia la composición química de la mezcla, transformándose en clinker.

4. Transformación del clinker en cemento

Posteriormente el clinker se enfría y almacena a cubierto, y luego se le conduce a la molienda final, mezclándosele con yeso (retardador del fraguado), puzolana (material volcánico que contribuye a la resistencia del cemento) y caliza, entre otros aditivos, en cantidades que dependen del tipo de cemento que se quiere obtener. Como resultado final se obtiene el cemento.

Tipos de fabricación.- Existen dos procesos de producción:

- En la fabricación seca, una vez que las materias primas han sido trituradas, molidas y homogeneizadas pasan a un horno que alcanza temperaturas de 1,400 grados centígrados, obteniéndose de este modo el clinker. Seguidamente, se deja reposar el clinker por un periodo de entre 10 y 15 días para luego adicionarle yeso y finalmente triturarlo para obtener cemento.

- En la fabricación por vía húmeda, se combinan las materias primas con agua para crear una pasta que luego es procesada en hornos a altas temperaturas para producir el clinker. En el Perú, la mayor parte de las empresas utilizan el proceso

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seco, con excepción de Cementos Sur, que utiliza la fabricación por vía húmeda, y Cementos Selva que emplea un proceso semi-húmedo.

Situación actual del cemento en el Perú

- El sector construcción en el Perú

El sector construcción es uno de los más dinámicos y con mayor proyección de la economía peruana. Según datos de Apoyo Consultoría, este año crecerá 16,5% y durante los años 2008, 2009 y 2010 lo hará en 10% en promedio, impulsado y sostenido por las inversiones privadas y públicas que se darán sobre todo en infraestructura y edificaciones urbanas.

- Despachos de cemento.- En el mercado peruano el crecimiento que registran los despachos de cemento está en línea con la consolidación de la inversión privada.

PeriodoDespachos de cemento en Toneladas métricas

Producción de cemento

Periodo 2007 868,060 (TM) 886,311 (TM)Enero y febrero del 2008 1'018,349 (TM) 1'022,704 (TM)

- Estructura del mercado y grado de concentración industrial.- La industria cementera está conformada por seis empresas que se distribuyen el mercado por regiones. Así, Cementos Pacasmayo atiende el mercado de la costa y sierra norte del país, mientras que su subsidiaria Cementos Selva abastece la selva norte. La parte central es atendida por Cementos Lima y Cemento Andino, y la región sur por Cementos Yura y Cementos Sur.

La ubicación de las empresas determina que el mercado del cemento se encuentre repartido por regiones, en las cuales cada empresa ejerce una posición dominante, enfrentando escasa competencia. La principal razón para esta división natural obedece a los relativamente elevados costos de transporte, que encarecen el traslado del producto final. Considerando que la estrategia empresarial en la industria se sustenta en la eficiencia en costos, resulta poco rentable para las empresas incursionar fuera de su zona de influencia. Asimismo, el cemento es un producto homogéneo, por lo que el margen de diferenciación en los productos es limitado. Ello hace que el precio sea la variable predominante para la demanda.

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Planta Atocongo

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Principales compañías de cementos en Perú

- Cementos Lima S.AEs la mayor y más importante empresa productora de cemento del Perú. Sus actividades están orientadas a destacar como una organización industrial altamente eficiente y socialmente útil, modelo de una institución de progreso. Se asegura que cada proceso productivo sea constantemente revisado para asegurar el menor impacto posible en el medio ambiente. Enfoca la protección medioambiental no sólo como necesidad sino como un compromiso con el desarrollo sostenible.Invertirá 120 millones de dólares para aumentar la capacidad instalada de su planta ubicada en el distrito de Atocongo (Villa María del Triunfo). Con esta inversión la empresa ampliará su capacidad de tres millones de toneladas de clinker a cuatro millones de toneladas.“Esto permitirá que la empresa incremente su capacidad de cemento, al pasar de 4.5 millones a seis millones de capacidad, lo cual favorecerá al consumidor pues tendrá mayor abastecimiento del producto”, dijo a la agencia Andina.

- Yura S.A

Yura S.A., desde 1966 se ha constituido en un importante eje de desarrollo de la Macro Región Sur del Perú, cuenta con las Divisiones de Cemento y de Concretos. En Cementos es el cuarto productor nacional de cemento, liderando el abastecimiento del mercado costeño y andino del sur del Perú. Tiene consolidado el liderazgo y la aceptación en su mercado de influencia gracias a su cemento adicionado con puzolana natural. Su División de Concretos presta servicios a la Industria de la Construcción, y es líder en el mercado de la zona sur del país.

- Cemento Andino S.A

Cemento Andino S.A. es una empresa industrial fundada en 1952 en el Departamento de Junín, en las proximidades a una zona de abundantes materias primas de óptima calidad que le permite producir todo tipo de cemento.

La planta industrial se ubica en Condorcorcha (3,850 msnm, a 220 Kms. al este de Lima) Distrito de La Unión Leticia, Provincia de Tarma, Departamento de Junín, en las proximidades a una zona de abundantes materias primas como calizas, arcillas, puzolanas, óxido de fierro y yeso de óptima calidad es que le permite producir todo tipo de cemento.

- Cemento Sur S.A

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Cemento Sur S.A., empresa subsidiaria de Yura S.A., tiene como actividad principal la producción y comercialización de cemento así como de cal. Su planta está ubicada en el distrito de Caracoto, provincia de San Román, departamento de Puno. Abastece a la zona alto andina del sudeste del país así como a la zona de selva de la región sur oriental.

- Cemento PacasmayoCementos Pacasmayo S.A.A. forma parte del Grupo Pacasmayo y éste a su vez forma parte del Grupo Hoschild. Produce seis tipos de cemento, y ladrillos para techo, pared y piso. Y asimismo se dedica a la venta de agregados, y por útlimo, también fabrica cal. Su planta principal se ubica en Pacasmayo, además de sus dos ubicadas en Piura y Trujillo, las tres son plantas de premezclado. Además posee seis plantas de concreto en Chiclayo, Piura, Trujillo, Cajamarca, Chimbote y Pacasmayo.

Situación actual del cemento en Latinoamérica

Actualmente existe la Federación Interamericana del Cemento, que cuenta con la participación de los siguientes países: Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Colombia, España, Estados Unidos, México, Panamá, Perú, Venezuela entre otros.

La producción de los países de FICEM en el año 2004 fue de doscientos cincuenta y nueve millones, lo que constituía el 14% del total mundial. Además, el promedio del consumo per cápita al 2004 estaba en 300 kg de cemento por habitante.

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Principales compañías de cementos en Latinoamérica

- Bolivia

En Bolivia existen cuatro empresas (Soboce, Fancesa, Itacamba y Coboce) de cemento con siete plantas que tienen una capacidad instalada de 2 millones de toneladas frente a una demanda nacional que ha ido creciendo a un promedio anual de un 5,3% en los últimos 15 años y que a fines de 2006 llegó a 1,6 millones de toneladas consumidos. Esta producción ya ha logrado desplazar a las marcas extranjeras que ingresaban por las fronteras.

La meta del sector es incrementar su capacidad de molienda de cemento a cerca de 4 millones de toneladas hasta 2009.

La industria de cemento en Bolivia gana cada vez más competitividad en la región. Datos del Instituto Boliviano de Cemento y Hormigón muestran que Bolivia tiene los precios más bajos de cemento en América Latina. Mientras en el país una bolsa de 50 kg de este material cuesta $us 5,29, en Argentina vale $us 6,05; en Perú $us 6,51; en Brasil $us 6,93 y en Chile $us 9,41, por citar algunas naciones. Si bien los países de la región cuentan con por lo menos tres veces más que la capacidad instalada de producción de cemento de Bolivia (2 millones de t), en el país existe más operadores con relación a su población (4 empresas para 96 millones de habitantes) y el consumo per cápita de cemento (168 kg/hab) está en un rango intermedio.

- CHILE: Cementos Bio-BioCementos Bío Bío S.A., a través de su Área Cemento, es un protagonista relevante en los mercados nacionales de cemento, hormigón premezclado, cal, mortero predosificado y áridos.

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Entre los años 1992 y 2006, los despachos de cemento han aumentado un 149%, exhibiendo una tasa compuesta de crecimiento de un 6,7% y alcanzando una participación del mercado nacional de un 32,2%.

Eficiencia energética en la Empresa: Cementos Bío Bío S.A. fue galardonada con el Premio “Eficiencia Energética en la Empresa”; El premio se entregó en reconocimiento al proyecto “Horno de Cal”, actualmente en ejecución. Este proyecto permitirá aumentar la capacidad productiva de cal en un 50%, implicando sólo un 4,6% de energía térmica adicional y un elevado estándar desde el punto de vista medioambiental.

- Argentina: La oferta de cemento se encuentra concentrada en dos participantes. Uno es Juan Minetti (su principal accionista pertenece al grupo suizo Holcim, el segundo mayor productor de cemento del mundo) y el otro Loma Negra (controlada por Camargo, quinto productor de cemento en Brasil). Ambas representan en forma conjunta más de un 80% de la producción total del país.

Cementos Minetti

Cementos Minetti es una de las cementeras más importantes de Argentina por producción y tecnología, manteniendo altos estándares de calidad en toda su línea de productos y servicios para la construcción.

Con la aplicación de procesos tecnológicos de avanzada para Latinoamérica, fabrica cementos estándares y a medida, para satisfacer todas las demandas.

Cinco plantas de producción y centros de distribución estratégicamente emplazados cerca de los principales polos productivos, crean una importante red nacional de cobertura. Entre ellas, se destaca el desarrollo tecnológico de su última planta de

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molienda, ubicada en el límite de Campana-Zárate, una de las más modernas de Latinoamérica.

Desde 1998, el Grupo MINETTI es la única fábrica de cemento en Argentina que cuenta con el respaldo internacional de Holcim (nuevo nombre de Holderbank) líder mundial en el mercado de cemento, con presencia en más de 60 países en los cinco continentes.

- Brasil: Votorantim Cementos

VC reúne las empresas de cemento, agregados, cal hidratada, argamasa, calcáreo agrícola, yeso y hormigón del Grupo Votorantim. Una de las diez mayores empresas de cemento del mundo, actúa en Brasil, Estados Unidos y Canadá.

En Brasil, con 20 unidades de producción (cemento, argamasa, cal hidratada y calcáreo agrícola), 56 centros de distribución, 102 centrales de hormigón (Engemix) y 5 unidades exclusivas para la producción de agregados, VC es líder en el mercado nacional de cemento, con una participación de 40%.

Su capacidad de producción, en Brasil y en el extranjero, alcanza los 31 millones de toneladas/año de cemento y 5,8 millones de metros cúbicos de hormigón/año.

CONCLUSIONES

- En la industria de la cerámica se involucran actualmente un enorme cantidad de dinero debido a su extensa lista de aplicaciones que va desde industrias cerámicas hasta industrias aeroespaciales.

- La reducción de costos en un determinado proceso con un material cerámico se puede llegar a reducir siempre y cuando se utilice un mejor tipo de tecnología.

- La importancia de los materiales cerámicos ha sido más que relevante a lo largo de la historia.

- El desarrollo de nuevos materiales cerámicos ha permitido un aumento en el nivel de vida del hombre y, no sólo ha incrementado sino que en muchos casos, ha superado sus expectativas en un gran número de áreas entre ellas el área espacial.

- La industria de las cerámicas se basa actualmente en el desarrollo de tecnologías que le brindan un valor agregado al producto final y que permiten innovar en distintos segmentos de industrias.

- Aún existe un gran potencial en el estudio de materiales cerámicos. Ya que, estos van en aumento conforme continúen las investigaciones.

- Vivimos en la Edad de los Materiales de alta tecnología, donde estos tienen un papel fundamental en los sistemas a los que pertenecen.

Bibliografía

www.grupoidd.org/regiontrans/LA%20INNOVACI%D3N%20DEL%20FUTURO.doc –

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www.andina.com.peDiario Gestión 11 de enero del 2007INEI

BIRCHALL, J. D. y KELLY, A. 'Nuevos materiales inorgánicos', en Investigación y ciencia, nº 82 (pp. 58-69), 1983.

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