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Vidrio (página 2)

Enviado por Vega Oscar



Partes: 1, 2


EL VIDRIO SÓDICO-CÁLCICO

Está formado por sílice, sodio y calcio principalmente. La sílice es parte de la materia prima básica, el sodio le da cierta facilidad de fusión y el calcio la provee de estabilidad química. Sin el calcio el vidrio sería soluble hasta en agua y prácticamente no serviría para nada.

Este tipo de vidrio es el que se funde con mayor facilidad y el más barato. Por eso la mayor parte del vidrio incoloro y transparente tiene esta composición. Las ventanas de los edificios, desde la más grande hasta la más pequeña están hechas con este vidrio.

EL VIDRIO DE BOROSILICATO

Su principal componente es el óxido de boro. Es prácticamente inerte, más difícil de fundir y de trabajar. Los átomos de boro se incorporan a la estructura como Si-O-B. Tiene alta resistencia a cambios bruscos de temperatura, pero no tan alta como la del vidrio de sílice puro, pues aun cuando presenta el mismo tipo de vibración, la longitud de los enlaces varía más cuando está presente el boro y el material tiene un coeficiente de dilatación mayor. El valor de este coeficiente es 0.000005 centímetros por grado centígrado. Esto quiere decir que por cada grado centígrado que aumenta la temperatura, el vidrio se agranda 0.000005 centímetros.

EL VIDRIO DE SÍLICE

Formado con 96% de sílice es el más duro y el más difícil de trabajar, pues es necesario emplear una costosa técnica al vacío para obtener un producto para usos especiales, que transmite energía radiante del ultravioleta y del infrarrojo con la menor pérdida de energía.

EL VIDRIO PLUMBICO

Contiene Plomo en reemplazo del Calcio en los vidrios potasicos. Son muy transparentes, sonoros y refractan muy bien la luz debido a su elevado índice de refracción. Su peso específico es elevado. Por ejemplo; el cristal o vidrio tallado usado para la decoración; el "Strass", empleado en la fabricación de piedras artificiales; etc. Su estructura aproximada es:

SiO2: 45,5%

Na2O: 3,5%

K2O: 4,0%

CaO: 3,0%

PbO: 44,0%

OTROS TIPOS DE VIDRIOS ESPECIALES

VIDRIOS COLOREADOS

Se le agrega en fusión óxidos o sales de distintos metales que forman silicatos coloreados.

  • Color verde azulado: Oxido ferroso FeO o Cr
  • Color amarillo: Oxido ferrico Fe2O3 o Nitrato de plata AgNO3
  • Color azul: Manganeso Mg; Cobalto Co; Cobre Cu
  • Color verde: Oxido crómico Cr2O3; da color verde esmeralda
  • Color rosa: Selenito de Sodio Na2SeO3, produce este color en los vidrios potasicos
  • Color rojo: Cloruro Aurico AuCl3

VIDRIOS OPACOS

  • Vidrio opalescente: Anhídrido Arsenioso As2O3; o Fosfato tricalcico Ca3(PO4)2
  • Vidrio lechoso: Con Fluoruro de Calcio CaF2; Oxido Estanico SnO2; Fosfato tricalcico Ca3(PO4)2
  • Vidrio blanco opaco, semitraslucido: Se obtiene agregando Feldespato: Si3O8KAl; Criolita: AlF3.3MaF o Fluosilicato de sodio (Aluminico o Mangnesico); o con exceso de Fosfato tricalcico Ca3(PO4)2

VIDRIOS DUROS

Se sustituye el Sarbonato Sodico Na2CO3 por Carbonato de Potasio K2CO3, sirven para fabricar tubos de vidrios y aparatos químicos que resisten altas temperaturas. Los Bóricos se obtienen reemplazando parte de estos componentes por Anhídrido Bórico B2O3, producen vidrios duros y son resistentes a los cambios bruscos de temperatura. Los más comunes son el PIREX y el JENA, y su composición puede ser:

SiO2: 80% Al2O3: 3%

Na2O: 4% CaO: 0,4%

K2O: 0,6% B2O3: 12%

El vidrio llamado blando se reblandece a una temperatura relativamente baja, y se moldea con facilidad; su composición:

SiO2: 75% CaO: 8%

Na2O: 15% Al2O3: 2%

VIDRIO DE SEGURIDAD

Hay dos tipos principales:

1. Vidrio Templado: obtenido en hornos especiales mediante pretensado por calentamiento seguido de enfriamiento brusco de las piezas de vidrio plano cortadas a la forma y el tamaño deseados.

2. Vidrio Laminado: que se forma montando una película de plástico (generalmente polivinil butiral) entre dos hojas delgadas de vidrio plano.

VIDRIOS ARMADOS

Poseen en su interior una malla metálica de hierro, que se añade sobre una masa blanda de vidrio y luego se recubre con otra segunda masa de vidrio. Se usan en ventanas, claraboyas, vidrios de protección.

EL VIDRIO AISLANTE

Los acristalados aislantes se fabrican montando dos o más placas separadas entre sí, de forma que los espacios intermedios permanezcan herméticamente cerrados y deshumidificados para que conduzcan lo menos posible el calor. En los bordes del vidrio se colocan nervios distanciadores soldados con estaño. De esta forma tenemos dos placas de vidrio que no se tocan, separadas por aire que no puede transmitir el calor con facilidad, y así se evita que se escape la energía.

También podemos obtener vidrio que sea un aislante eléctrico, sobre todo si lo fabricamos con vidrio sódico—cálcico. Son necesarios para fabricar focos, tubos de radio, aislantes de líneas telefónicas y de transmisión de energía. Para equipo más especializado, como los tubos de alto voltaje para rayos X o aceleradores Van de Graaff de corriente continua, el vidrio tiene que ser más resistente y entonces se utiliza el que se elabora con 96% de sílice.

EL VIDRIO DIELÉCTRICO

A los materiales que pueden polarizarse en presencia de un campo eléctrico se les conoce como dieléctricos. Polarizar quiere decir que las moléculas o los átomos se convierten en dipolos, acomodando todas sus cargas negativas hacia un lado y las positivas hacia otro. Los dipolos eléctricos se acomodan en la misma dirección que el campo eléctrico local que los produce. Son importantes porque una vez formados son capaces de conducir la electricidad, pero antes no. Un vidrio dieléctrico se obtiene a partir de arcillas ricas en plomo y se utiliza para fabricar cintas para los condensadores electrónicos. Estos materiales necesitan una gran resistencia, por lo que se suele utilizar también vidrio de 96% de sílice y cuarzo fundido.

EL VIDRIO CONDUCTOR

Para que un vidrio tenga una conductividad eléctrica apreciable, en su elaboración se tiene que elevar la temperatura a 500ºC, o recubrirlo con una película conductora de metales, óxidos alcalinos o aleaciones, en cuyo caso el que conduce es el metal que se le pone y no tanto el vidrio.

 

EL VIDRIO PROTECTOR CONTRA EL SOL

Este vidrio refleja la luz del Sol. La capa de recubrimiento que lleva incorporada, además de reflejar puede presentar diversas tonalidades de color, como plateado, bronce, verde o gris. Se coloca en el espacio intermedio y en la capa interior de la placa externa. De esta forma se hace el vidrio polarizado y el de tipo espejo.

VIDRIO OPTICO

La mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico. Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan también a las cualidades ópticas.

VIDRIO FOTOSENSIBLE

En el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes.

El vidrio fotocromático se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de gafas o anteojos y en electrónica.

FIBRAS SINTETICAS DE VIDRIO

FIBRA DE VIDRIO

 La fibra de vidrio es un material fibroso fino producido de manera general por los mismos componentes que el vidrio plano. Los diferentes tipos de fibra de vidrio son manufacturados por la adición de diversos componentes a la fundición. Los diversos tipos incluyen fibra de vidrio para aislamiento, fibra de vidrio textil, y fibra de vidrio óptica. De éstos, los materiales de grado textil y de aislamiento dan cuenta de una amplia proporción del total producido. La producción de fibra óptica está creciendo pero es poco probable que sea tan importante como las otras formas de vidrio en cuanto a volumen, si bien es muy importante en valor.

 

Tabla: Composiciones de las formulaciones esenciales de vidrio usado en fibra de vidrio

Oxido

E-glass

C-glass

D-glass

Ar-glass

R-glass

R/S-glass

S-glass

SiO2

53-55

60-65

72-75

61

65-66

60

65

Al2O3

14-15

3.5-6.0

--

--

4-5

24

25

CaO

17-22

14

--

5

13-14

9-14

--

MgO

1

3

<3

--

2-3

--

10

Na2/K2O

0.8

10

--

17

8-9

<4

--

B2O3

6-8

5

<23

--

5-5.5

--

--

Fe2O3

0.3

0.5

--

0.3

--

--

--

TiO2

0.5

--

--

0.3

--

--

--

ZrO2

--

--

--

10

--

--

--

 

FIBRA DE VIDRIO GRADO AISLANTE

 El principal mercado para el feldespato y la sienita nefelina en fibra de vidrio es el material tipo aislante, donde se realizan adiciones de feldespato hasta un 18%.

 La manufactura de fibra de vidrio aislante implica incrementar el área superficial del vidrio a través de un gran factor para producir un producto fibroso o lana. Los componentes del vidrio son similares a los utilizados en la manufactura de vidrio plano. La mezcla es fundida en hornos a 1.450ºC y pasa a una hiladora de acero inoxidable. Las fibras producidas de esta manera son rociadas con un ligante, antes de ser terminadas en el horno. La mayoría de las fibras producidas están en un rango de diámetro nominal de 6 a 9m , si bien algunas tienen un diámetro menor a 1.5m . El largo varía entre 5 y 60m . Estas fibras son ligadas en esteras gruesas, las cuales son usadas para aislamiento térmico y acústico.

 La fibra de vidrio puede ser fabricada con diferentes especificaciones dependiendo de las propiedades requeridas. Las propiedades aislantes son definidas por el factor R: el factor R-1 es el aislamiento provista por una ventana de vidrio simple, mientras que la fibra de vidrio de 3 pulgadas tiene un valor de R-7.

 La fibra de vidrio es usada para aislamiento en edificios nuevos donde los rollos pueden colocarse antes de que las paredes y el techo estén completos. En edificios existentes, su uso tiende a estar confinado al aislamiento de pisos. Los aislantes espumosos son preferidos para el aislamiento de cavidades de paredes en edificios existentes porque pueden ser aplicadas a través de pequeños agujeros perforados a través de las paredes externas en las cavidades. La fibra de vidrio también es usada como aislante acústico en los huecos debajo de los pisos y por encima de los techos, y en las divisiones de paredes entre dormitorios.

FIBRA DE VIDRIO GRADO TEXTIL

 La fibra de vidrio tipo textil (o fibra de vidrio de filamento continuo) se caracteriza por su elevada resistencia al impacto, peso liviano, alta resistencia al ataque químico y bajo costo. Estas propiedades la hacen adecuada para el uso como refuerzo en plásticos y compuestos, encontrando un uso creciente en lugar de los materiales tradicionales, principalmente metales.

 La manufactura de fibra de vidrio de filamento continuo implica fundir la mezcla en hornos a aproximadamente 1.600ºC; la fundición, subsecuentemente, fluye hacia un sistema de canales calientes, y es tirado desde el fondo a una temperatura de alrededor de 1.300ºC; vía un forro de metal de platino calentado eléctricamente. Cada forro de metal contiene entre 200 y 4000 boquillas. Por debajo de los forros, las fibras son rápidamente enfriadas, el compuesto de apresto es aplicado a través de pulverizadores o rollado de la fibra sobre el aplicador de apresto. El apresto contiene agentes de unión necesarios para formar un ligante entre el vidrio y la matriz de polímero. La fibra es subsecuentemente convertida en hilos textiles u otros productos de refuerzo como esterillas o hilos tajados.

FABRICACION DE LANA AISLANTE

En contraste con los filamentos continuos, las fibras de lana aislante y las de cerámica refractaria se fabrican con técnicas que consumen mucha energía y que consisten en el vertido del material fundido sobre discos giratorios o sobre series de ruedas rotativas. En la fabricación de la lana de vidrio se han utilizado varios métodos, tales como el proceso de estirado por soplado y el de soplado por la llama; pero el más difundido es el método giratorio, en el cual se deja caer vidrio fundido, en régimen controlado, en el centro del rotor, desde donde un distribuidor adecuado lo lleva al interior de la pared vertical perforada. Desde esta posición, la fuerza centrífuga empuja al vidrio radialmente hacia el exterior en forma de filamentos de vidrio individuales que salen por las perforaciones. Para estirar aún más los filamentos, se lanza un fluido de soplado por una o varias boquillas dispuestas en torno al rotor y concéntricas con él.


Por el contrario, la lana mineral no se puede producir mediante el proceso giratorio, e históricamente se ha obtenido con ayuda de una serie de mandriles de hilado horizontales. La técnica de fabricación de lana mineral utiliza un juego de rotores (mandriles) montados en cascada que giran muy rápidamente. El material fundido se distribuye uniformemente sobre la superficie externa de los rotores, desde donde es expulsado en forma de gotitas por la fuerza centrífuga. Las gotitas se adhieren a la superficie del rotor y adoptan la forma de cuellos alargados que, sometidos a un nuevo a estirado acompañado de enfriamiento, se convierten en fibras.

FIBRAS OPTICAS

Las fibras ópticas son hilos de vidrio finos como un cabello diseñados para transmitir los rayos de luz a lo largo de su eje. Diodos de emisión de luz (DEL) o diodos láser convierten las señales eléctricas en las señales ópticas que se transmiten a través de un núcleo cilíndrico interior del cable de la fibra óptica. Las bajas propiedades refringentes del revestimiento externo permiten propagarse a las señales luminosas por reflexión a lo largo del núcleo cilíndrico interior. Las fibras ópticas están diseñadas y fabricadas para propagar a lo largo del núcleo uno o varios haces luminosos transmitidos simultáneamente.

La fibra unimodal se usa principalmente para aplicaciones de telefonía y televisión por cable y en el tendido de redes troncales. La fibra multimodal se usa comúnmente para las comunicaciones de datos y en redes de edificios y otras instalaciones.

Para la fabricación de fibras ópticas se requieren materiales y procedimientos que satisfagan ciertos criterios básicos de diseño: a) un núcleo de índice de refracción elevado envuelto en un revestimiento de bajo índice de refracción; b) baja atenuación (pérdida de intensidad) de la señal, y c) baja dispersión o apertura del haz luminoso.

Los materiales básicos que se utilizan comúnmente para fabricar fibras ópticas son vidrio de sílice de gran pureza con otros materiales vítreos (vidrios de fluoruros de metales pesados y vidrios de calcogenuros). También se utilizan materiales policristalinos, monocristalinos, guías de ondas huecas y materiales de plástico. Las materias primas deben ser relativamente puras, con muy bajas concentraciones de metales de transición y grupos hidroxilo (menos de una parte por mil millones). Los métodos de producción deben proteger el vidrio que se está formando del ambiente externo.

 PROPIEDADES

El éxito en la manufactura del vidrio radica en controlar la temperatura del proceso, para regular las fuerzas internas que lo hacen quebradizo.

Templado: templar un vidrio es someterlo a un calentamiento controlado y después enfriarlo rápidamente. La superficie queda en un estado permanente de compresión, de modo que las fuerzas que se apliquen al objeto tendrán que vencer primero las tensiones de comprensión.

Viscosidad: es otra propiedad de importancia práctica en todas las etapas de preparación porque de ésta depende la velocidad de fusión. Podríamos definir la viscosidad como la resistencia que presenta un líquido a fluir (un líquido sobreenfriado es aquel que permanece como líquido a temperaturas más bajas que la de solidificación), la viscosidad de algunos líquidos sobreenfriados comienza a aumentar violentamente a medida que la temperatura disminuye y alcanzan una consistencia tal que su endurecimiento los hace aparecer como sólidos, pero en realidad tienen la misma estructura atómica que un líquido.

Para tener un material con cierta resistencia es necesario que las moléculas estén unidas con una firmeza relativamente constante, por otro lado, mientras mayor sea la proporción de óxido de aluminio, magnesio o calcio con respecto al óxido de sodio, mayor será la viscosidad.

Térmicas: podemos definir cuatro temperaturas de referencia en función de la viscosidad del vidrio. El punto de trabajo, donde la viscosidad del vidrio caliente es lo suficientemente baja como para poder darle forma utilizando métodos ordinarios. El punto de reblandecimiento, temperatura a la cual el vidrio empieza a deformarse de manera visible. El punto de recocido, que es cuando las tensiones internas existentes son desvanecidas, y que corresponde a la temperatura más alta de recocido. Por último el punto de deformación, donde el vidrio es un sólido rígido y puede enfriarse rápidamente sin introducir ningún tipo de tensiones externas.

Densidad: depende de factores como la temperatura, la presión a la que está sometido y la composición, en la figura se observa que en un vidrio la densidad aumenta al incrementar la concentración de óxido de calcio (CaO) y de titanio (TiO2), mientras que cuando se eleva la cantidad de alumina (A12O3) o de magnesia (MgO) la densidad disminuye.

 

Por otro lado, comparando un vidrio con fórmula Na2O-PbO-SiO2 con otro que contenga K2O-PbO-SiO2, vemos que se intensifica notablemente la densidad cuando el porcentaje de PbO es alto que con sodio (Na) es más alta que con potasio (K), y que cuando llegan alrededor de 40% de contenido de óxido de plomo prácticamente se igualan. En general, la densidad de un vidrio varía muy poco si cambiamos la presión.

Elasticidad: cuando una pieza de vidrio es estirada por la acción de una fuerza, puede regresar a su tamaño y forma original en el momento que se elimina el esfuerzo que lo deforma, siempre que nos movamos dentro de ciertos límites de temperatura.

La fuerza elástica en un vidrio se debe a las atracciones moleculares dentro del material cuando éste se solidifica. Si las capas de vidrio se separan ligeramente por la aplicación de una fuerza deformadora, las fuerzas moleculares se ponen en actividad para atraerlas a sus posiciones originales. Pero en el límite elástico las fuerzas moleculares dejan de ser tan efectivas a causa de las imperfecciones y de la falta de cristalinidad del material.

En la figura se presenta la variación del módulo de Young en un vidrio formado por 18% de Na2O y 82% de SiO2, al cual se le agregan pequeñísimas cantidades de diferentes óxidos metálicos para cambiar su composición.

Con la incorporación de óxidos de sodio y potasio el módulo de Young disminuye, mientras que con óxidos de magnesio, hierro y calcio, aumenta. Sin embargo, al adicionar óxidos de bario, aluminio, cinc y plomo casi permanece constante. Un efecto diferente ocurre cuando el óxido es un borato (B2O3), porque en este caso el módulo de Young primero aumenta hasta llegar a un máximo, y después disminuye por el exceso de boro. Desde el punto de vista práctico, la composición ideal para que un vidrio tenga mayor elasticidad es con silicio, sodio, calcio y boro.


Compresibilidad: la temperatura es un factor muy importante debido a los altos valores de compresibilidad y la rapidez con la que cambia, que concuerdan con la concepción de la naturaleza líquida del estado vítreo. La compresibilidad es la acción de reducir el volumen de un material.

En la figura se aprecia que la compresibilidad del vidrio de Na y K aumenta linealmente con la temperatura, el que contiene borosilicato de cinc siempre decrece, mientras que el de sílice y el pyrex decaen para volver a crecer aproximadamente después de los 250ºC.

Durabilidad química: es la resistencia al ponerlo en contacto con el agua o con agentes atmosféricos, así como con soluciones acuosas de ácidos, bases y sales, cuando se habla de altas resistencia a reactivos químicos se quiere decir que para que las reacciones ocurran tiene que pasar un tiempo muy largo, por lo que prácticamente no reaccionan.

El vidrio tiene una resistencia excelente a los ácidos, excepto al fluorhídrico, y a las soluciones alcalinas frías, los recubrimientos de vidrio son resistentes a todas las concentraciones de ácido clorhídrico a temperaturas menores de 200º C; a todas las concentraciones de ácido nítrico hasta el punto de ebullición; al ácido sulfúrico diluido hasta el punto de ebullición y concentrado hasta 300º C.

 

Comparación de la acción de diferentes soluciones ácidas, H2O y básicas en seis vidrios. Los números del 1 al 5 son sódico-cálcicos y el 6 es pyrex

 

En la misma figura se puede observar que todos, menos el pyrex, reaccionan con el agua caliente. En contacto con medio acuoso lo que ocurre es un intercambio de iones sodio [Na+] por iones hidronio [H3O+]. Los iones hidronio están presentes en el agua en equilibrio con los iones [OH—]. Este intercambio va disolviendo el material. Por el contrario, cuando el vidrio se mezcla con una base, el intercambio iónico sucede entre los aniones (los que tienen carga negativa) de la estructura [A1 (OH)— 4] y los grupos hidroxilo [OH—] de la base. Como resultado tendremos una mayor cantidad de [OH—] dentro de la estructura del vidrio.

Desde que en 1868 Stas obtuvo por primera vez un vidrio resistente a los ácidos, a las bases y a diferentes agentes corrosivos químicos, se han sucedido muchos adelantos hasta llegar al vidrio pyrex, conocido por su alta durabilidad química a altas temperaturas, con una composición de 81% de SIO2, 13% de B2O3, 3.6% de Na2O, 0.2% de K2O y 2.2% de A12O3, que hasta la fecha no ha cambiado ni ha podido ser sustituido por otro.

Eléctricas: con respecto a las propiedades eléctricas, la conductividad de un vidrio depende de su composición, de su temperatura y de las condiciones atmosféricas que rodean al material. A bajas temperaturas los vidrios multicomponentes son aislantes. A todas las temperaturas son conductores electrolíticos, y de 25 a 1,200ºC la resistividad es variable.

 

En la figura se observa que al aumentar la temperatura aumenta la conductividad eléctrica, y a pesar de que es semejante el comportamiento de los vidrios que aparecen en la figura, se puede ver que los que contienen bario (4) y plomo (5) necesitan una temperatura mayor, de 244 y 248ºC respectivamente, para comportarse como conductores.

 

PRODUCTOS CERAMICOS

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos enlazados principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes. Las composiciones químicas de los materiales cerámicos varían considerablemente, desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases complejas enlazadas.

En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso especifico en ingeniería. Normalmente los materiales cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice (pedernal) y feldespato. Ejemplos de cerámicos tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en las industrias de la construcción y las porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica. Las cerámicas ingenieriles, por el contrario, están constituidas, típicamente, por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC), y nitruro de silicio(Si3N4). Ejemplos de aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología punta son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el oxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un modulo de conducción térmica.

MATERIAS PRIMAS

La materia prima utilizada es la Arcilla; roca sedimentaria del tipo incoherente y compuesta por minerales arcillosos y no arcillosos (Cuarzo, Feldespato Si3O8KAl y Mica (SiO4)3H2Al3) mezclados a veces con impurezas de gran proporción (materias orgánicas, óxidos e Hidróxidos de Fe, Mn, Ti, sales de Ca y Mg, etc.). Básicamente desde el punto de vista químico la arcilla es un silicato de alúmina hidratado (SiO2Al2O3.2H2O).Estructuralmente la arcilla se caracteriza por la fineza de sus elementos, pero puede encontrarse mezclada en variadas proporciones con partículas mas gruesa.

 

Algunos compuestos cerámicos con estructuras cristalinas relativamente sencillas están recogidos en la tabla con sus puntos de fusión.

 

Compuesto cerámico

Punto de Fusión,°C

Compuesto cerámico

Punto de Fusión,°C

Carburo de afino, HfC

4150

Carburo de boro, B4C

2450

Carburo de titanio, TiC

3120

Oxido de aluminio, Al2O3

2050

Carburo de wolframio, WC

2850

Dióxido de silicio, SiO2

1715

Oxido de magnesio. MgO

2798

Nitruro de silicio, Si3N4

1900

Carburo de silicio, SiC

2500

Dióxido de titanio, TiO2

1605

Estructuras de los Cerámicos Sencillos:

Estructura cristalina de arcillas. a) Sin metales alcalinos (montmorillonita). b) Con metales alcalinos y alcalinotérreos (illita).

 

CLASIFICACION DE LOS PRODUCTOS CERAMICOS

  • PORCELANA
  • LOZAS (Común, Fina)
  • LADRILLOS REFRACTARIOS (Básicos, Ácidos y Neutros)
  • GRES

FABRICACIÓN DE PRODUCTOS CERÁMICOS

Hasta la obtención de un determinado producto cerámico la arcilla y demás materias primas han de pasar por una serie de procesos:
Produciéndose consecutivamente las siguientes operaciones.
- Tamizado: Para eliminar las partículas más gruesas, no correspondientes a la fracción arcillosa.
- Lavado: Para eliminar otras impurezas.
- Molido: Para disgregar las arcillas y triturar los desengrasantes.
- Mezclado y amasado: Para conseguir toda la homogeneización de la materia prima y agua.
- Raspado laminado: permite una mayor homogeneización de la pasta

MOLDEO:

Todos los minerales mezclados con H2O en proporciones variables da origen a una masa plástica, que como tal puede modelarse en la forma deseada. Desecando el objeto después de su modelado, la plasticidad disminuye gradualmente al reducirse el contenido en agua, y cuando ya esta seco el objeto es duro, frágil y posee una discreta tenacidad que permite manejarlo, con esta desecación no se destruyen las propiedades plásticas de los minerales arcillosos.

Si se somete a cocción adecuada el objeto desecado, las propiedades plásticas de los materiales arcillosos son irreversiblemente destruidas y se forma el producto cerámico con propiedades de los minerales arcillosos, con estructuras y características peculiares.

La plasticidad, la firmeza en seco, la tendencia a agrietarse o retorcerse durante el desecado, la facilidad para adaptarse a la forma del molde y otras propiedades son muy diferentes para cada Arcilla y para cada Caolín.

La elasticidad de la masa y su refractariedad son propiedades independientes.
Actualmente se realiza el moldeo a máquina (galleteras), estos sistemas tratan de obtener productos seriados de mayor calidad. Permiten disminuir el agua de amasado y trabajar con pastas más secas, o bien, trabajar con arcillas poco plásticas. Básicamente constas de un cuerpo cilíndrico horizontal en el cual gira un eje que tiene unos Helicoides, que empujan la pasta hacia una boquilla que le da forma.


  • Moldeo por prensa: Permite el moldeo de pastas secas para la fabricación de tejas planas. Se da la forma mediante troquel que se comprime a gran presión.
    Moldeo por colada: Se utiliza una pasta arcillosa liquida mediante álcalis que recibe el nombre de barbotina, se introduce en moldes de yeso que son los encargaos de dar la forma del producto, este sistema se emplea en ciertos productos de porcelana, loza o gres (fregaderos, inodoros, bidets, etc.).
  • Secado: Durante el secado se elimina parte del agua de amasado hasta un 5%. Debe de realizarse de forma gradual y progresiva para evitar alabeos y resquebrajamientos.
  • Cocción: Cualquier defecto de las fases de fabricación anteriores se manifestará y potenciará durante la cocción. La cocción se realiza en distintos tipos de hornos:
  • Hornos discontinuos: estarán fríos cuando se coloquen los productos ha cocer, a continuación se eleva la temperatura progresivamente hasta obtener el punto óptimo previsto para cada pasta, y luego se va enfriando lentamente.
  • Hornos continuos: la temperatura para la cocción siempre estará presente, para la cocción de los productos se deslizan éstos par la zona de fuego (hornos túnel) o, por el contrario el fuego avanza encontrándose los productos estáticos (hornos hoffmann). Sea cual sea el sistema están constituidos por tres zonas caloríficas; precalentamiento, cocción y enfriamiento.


La cerámica vidriada sigue el mismo procedimiento del producto cerámico con la diferencia de que se eleva la temperatura durante la cocción provocando así que se vitrifique, los poros se cierran y el material se vuelve compacto. Otra manera de obtener cerámica vidriada es mediante el empleo de barnices o esmaltes, con lo que los productos obtienen una superficie dura, permeable y lisa.

Los azulejos son piezas de poco espesor utilizadas tanto en revestimientos verticales como en pavimentos. Consta de un soporte arcilloso, denominado bizcocho y de un recubrimiento vítreo por medio de un esmalte cerámico que le dota de una superficie impermeable y dura.
La fabricación del azulejo se puede realizar según dos procesos, proceso bicocción, proceso de monococción.


Proceso de bicocción:

- Preparación de las materias primas por vía seca convencional.
- Moldeo por prensado en semiseco.
- Secado estático en primer lugar y luego dinámico en secaderos túnel.
- Primera cocción del soporte en hornos túnel.
- Selección del bizcocho.
- Aplicación del vidriado.
- Segunda cocción del vidriado.
- Clasificación del azulejo.
- Embalaje.
- Expedición.


 

Proceso monococción:

- Preparación de las materias primas por vía húmeda (15-25% de agua).
- Secado por atomización.
- Moldeo por prensado en semiseco.
- Secado rápido en secaderos dinámicos.
- Aplicación del vidriado.
- Cocción del soporte y vidriado.
- Clasificación del azulejo.
- Embalaje.
- Expedición

 

GRES

El gres es un producto cerámico elaborado con arcillas fácilmente vitrificables durante la cocción. Se obtienen productos impermeables, de gran dureza y alta compacidad
Se obtiene a partir de arcillas que funden a bajas temperaturas, con ausencia total de carbonatos. Se les añade cuarzo y feldespatos.

Como materia prima se usan Arcillas Greificantes (que vitrifican a baja temperaturas), mezcladas en proporciones convenientes, y Pegmatitas. Los compuestos fundamentales de las arcillas greificantes son la Illita y la Bravaisita, en cuyo retículo cristalino abundan el Fe, Mg, y los alcalinos, o sea átomos que hacen descender la temperatura de fusión a 1000 – 1200ºC.


Con gres se pueden fabricar variedad de productos, (aparatos sanitarios, tuberías de saneamiento para sustancias químicas agresivas, etc.). Su mayor campo de aplicación es sin duda en la fabricación de revestimientos y pavimentos de azulejos gresificados:

  • Gres rústico extrusionado, de muy baja porosidad, no se aplica recubrimiento vidriado.
  • Pavimentos vidriados de gres, con soporte de diferente coloración parcialmente gresificados denominados comúnmente pavimentos de gres o gres monococción. Es el pavimento cerámico más demandado.
  • Pavimentos de gres porcelánico, constituidos por mezcla de arcillas vitrificadas de composición próxima a la porcelana, cocidas a una temperatura tal que se obtiene un producto no susceptible de alteraciones físicas o químicas, y absolutamente impermeable. Se identifica con los pavimentos de elevadas prestaciones mecánicas.

 

PORCELANA

Existen dos clases de porcelana, y ambas son más duras que el vidrio y muy resistentes a la acción química, la Dura y la Blanda.

La Porcelana se obtiene a partir de una pasta constituidas por;

Caolín (Arcilla pura): 35 a 65%

Cuarzo (SiO2): 15 a 25%

Feldespato (Si3O8KAl): 20 a 40% (fundente)

 

 

Estructura de la caolinita.

FABRICACION

Las materias primas se muelen, en un molino a bolas, durante 20 a 40 horas, añadiéndose el 50% aproximadamente de H2O y algo de silicato de sodio y carbonato de sodio para conseguir fluidificar la masa; ésta se llama BARBOTINA. Luego se vuelca en moldes de yeso donde se logra las más diversas formas y figuras o bien se pasa por filtros prensa que lo deja con un 20 a 22% de H2O, que se emplean para fabricar tubos de porcelana y piezas aislantes.

Estos son sometidos a un proceso de secado al aire, en secaderos especiales conforme al producto a obtener, el fin de este proceso es permitir luego la cocción.

El secado se realiza cuidadosamente por que al perder H2O, se puede ocasionar grietas, fisuras, etc. que hacen inservibles a los objetos.

El cocido (operación importante y delicada), deshidrata la pasta y se realiza en hornos donde la temperatura es de alrededor de 900ºC. La masa se vitrifica y pasa a hornos especiales en donde para porcelanas duras es de 1450ºC y para porcelanas blandas de 1300ºC.

La composición química de la porcelana esta comprendida entre:

SiO2: 60 a 70% Alcalinotérreos: 0 a 2%

Al2O3: 22 a 35% Alcalinos: 3 a 7%

Estructuralmente esta constituida por una fase vítrea que contiene gran cantidad de SiO2 (75 a 85%), Al203, K2O, y diversas impurezas, gránulos de cuarzo y numerosísimos cristales aciculares de Mullita (Si2O13Al6) frecuentemente entrelazados entre sí.

LOZAS

Cerámica de masa porosa, ligera, densa y sonora de cuerpo blanco y recubierta por un barniz transparente. Pueden ser:

  • Lozas Dulces (Calcáreas): cuya composición varia en

SiO2: 55 a 65%

Al2O3: 25 a 30%

Alcalinotérreos: 5 a 15%

Alcalinos: 2 a 3%

Las materias primas son Arcillas, Calizas y arena de Cuarzo, como el objeto es obtener un producto fino se selecciona con cuidado buscando una mayor pureza y un contenido bajo de Fe. La cocción tiene lugar en dos tiempos; la primera a altas temperaturas (1050 a 1100ºC), en atmósfera oxidante; y la segunda luego de revestir el objeto con los componentes de un esmalte semiopaco se recuece a temperaturas más bajas (900 a 1000ºC).

Estructuralmente presentan buena adhesión entre las fases vítreas y las fases cristalinas. El Barniz tiene un alto contenido en Minio (Pb3O4, Plomo Rojo) y Borax (Na2B4O7.10 H2O).

El Esmalte evita la porosidad y se lo usa vajillas y baldosas comunes de revestimiento.

  • Lozas Fuertes (Feldespáticas): llamadas también Lozas Finas; de composición variable.

SiO2: 65 a 70%

Al2O3: 25 a 30%

Alcalinotérreos: 1,2%

Alcalinos: 1 a 2%

Las materias primas son seleccionadas cuidadosamente y se usan las Arcillas con menor cantidad de impurezas y constituidas casi exclusivamente por Caolinita Si4O10Al4(OH)8, buenos Cuarzos y buenos Feldespatos.

La cocción se realiza en dos tiempos siempre en atmósfera oxidante, teniendo la primera la temperatura mas alta (hasta los 1300ºC), y la segunda después de la aplicación del Barniz un poco mas baja (1100 a 1150ºC).

Estructuralmente se encuentra una fase vítrea constituida por vidrios Alcalinos y Alcalinotérreos con un alto contenido de SiO2, y una fase cristalina donde se identifica la Mullita y la Cristobalita. Se debe subrayar que el Barniz por su diversa composición (Minio, el Borax, Caliza y Carbonatos Alcalinos) y por las diversas temperaturas de cocción respecto a la fase vítrea de la masa presenta propiedades diferentes. Unos de los problemas fundamentales en la producción de Lozas Fuertes es lograr el equilibrio entre la pasta y el Barniz de modo que se eviten fisuras entre los dos. A esta se la usa en la producción de vajillas comunes, baldosas de revestimiento y de pavimento, y artículos sanitarios.

Representación gráfica de las diferencias estructurales entre un cristal (a) y un vidrio (b).

ELECTROCERAMICAS

 

Las formulaciones para porcelana eléctrica contienen, típicamente, 20% de caolín, 30% de arcillas plásticas, 20% de sílice y 30% de fundentes. Cerámicas de cordierita eléctrica son hechas a partir de mezclas de arcillas, alúmina y talco. El criterio principal que determina la selección de minerales y su formulación exacta son la resistencia eléctrica o conductividad y las propiedades dieléctricas. Las cerámicas de porcelana eléctrica no deben doblarse durante el quemado, y deben ser completamente vítreas para enfrentar las altas temperaturas de hasta 1.180ºC.

 

La sustitución de sienita nefelina para el feldespato potásico en la formulación de cuerpos para porcelanas eléctricas incrementa el rango de temperaturas de quemado permitidas, la resistencia, el encogimiento a bajas temperaturas de quemado, y reduce la absorción. El feldespato es agregado como fuente de alúmina para incrementar la resistencia mecánica del cuerpo, para dar elevada resistencia dieléctrica y térmica, y para incrementar la resistencia química y abrasiva y la refractoriedad del cuerpo. Se utiliza feldespato potásico de alta calidad debido a que su alto contenido de álcalis es esencial para asegurar que el producto final sea muy vítreo. Asimismo, si el contenido de sodio es muy elevado, tiene un efecto negativo en las propiedades eléctricas de la porcelana.

La electrocerámicas se obtiene mediante la mezcla de:

1) El caolín o tierra de porcelana que es un silicato de aluminio hidratado, cuya composición corresponde aproximadamente a la fórmula Al2O3 - 2SiO2 - 2H2O.

2) El cuarzo u óxido de silicio de fórmula SiO2

3) El feldespato, nombre genérico de un grupo de minerales petrogenéticos o formadores de rocas. Todos los feldespatos son silicatos anhidros de aluminio, con potasio, sodio y calcio. El feldespato potásico es el m s empleado en la fabricación de la porcelana y su fórmula química aproximada es K2O - Al2O3 - 6SiO2

De estos ingredientes, el caolín es responsable del buen comportamiento plástico del material antes de ser sometido al fuego, el cual es muy importante para dar forma a los grandes aislantes de alta tensión. El feldespato es un fundente que funde fácilmente y, que durante el calentamiento por fuego, disuelve el sílice del caolín y del cuarzo para formar el vidrio.

Las proporciones de estas sustancias en la mezcla determinan las propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas de los productos obtenidos después de la cocción.

Esta porcelana, que podríamos considerar básica, tiene unas propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas de tipo medio. Si se quieren fabricar porcelanas especiales en las que predominen una o mas de estas propiedades, deben modificarse las proporciones de los componentes básicos.

En vez del feldespato o unido a éste, las mezclas pueden tener otros fundentes tales como óxidos alcalino térreos, óxido bórico etc. y, en vez de cuarzo, otros materiales tales como óxido de zirconio, de titanio etc.

PROPIEDADES DE LA ELECTROCERAMICA:

a) Excelentes características dieléctricas.

b) Gran resistencia mecánica a la compresión y a la flexión y buena resistencia a la tracción y a la torsión.

c) Impermeable al agua y a los gases.

d) Inatacable por los  álcalis y  ácidos concentrados excepto el  ácido fluorhídrico.

e) Soporta perfectamente grandes cambios de temperatura y sus temperaturas máximas de servicio son muy elevadas (del orden de los 1273 K).

PROCESO DE OBTENCION

El proceso de obtención de la porcelana tiene gran importancia a la hora de obtener buenas propiedades eléctricas y mecánicas. El proceso tecnológico aunque aparenta ser muy sencillo, presenta muchos puntos variables de forma tal que las variaciones en cada uno de ellos conducen a la obtención de determinadas propiedades.

La fabricación de productos de porcelana de alta calidad necesita de un gran desarrollo tecnológico.

A continuación se describen brevemente los pasos fundamentales del proceso:

a) Selección de los materiales: se procede a seleccionar los materiales a utilizar según las propiedades que se requieren tanto eléctricas, mecánicas y térmicas.

b) Determinación de las proporciones: se determinan las proporciones establecidas según las propiedades que se desean obtener. Este paso debe ser realizado con sumo cuidado y bueno en las mediciones.

c) Mezclado con agua: los productos arcillosos que no necesitan triturado se disuelven en agua formado una pasta semilíquida. Los productos pétreos se mezclan con una determinada proporción de agua (40-50 %).

d) Molido de los materiales: se procede a la trituración de los materiales pétreos en molinos especiales que no contengan elementos metálicos; primero se pasan por molinos de rodillos de granito y luego por el molino de bolas. El tamaño de los granos es de suma importancia en la obtención de las propiedades, por eso se ha establecido que el material se considere molido cuando una vez pasado a través de una criba de 10 000 agujeros por cm² no permanezcan en la misma más del 5% del producto.

e) Mezclado: los productos así obtenidos, se mezclan con agua hasta obtener una masa líquida que contenga del 45-50 %.

f) Prensado: la mas líquida se hace pasar por un filtro prensa a presión de 6-8 atm, en la que se le retira no menos del 25-30 % de agua, obteniéndose una masa plástica en forma de disco.

g) Secado: la masa plástica, así obtenida, se sitúa al vació con el fin de retirarle las oclusiones de aire y lograr una distribución una distribución uniforme del agua; en ocasiones este proceso se realiza guardando la masa en lugares secos, con una temperatura determinada y durante un período de tiempo previamente establecido.

h) Conformación: se procede a dar la forma adecuada a la masa prensada según el producto deseado; los métodos que se utilizan son varios (torneado, prensado, extrusado, etcétera). Existe otro método muy usado; este es el vaciado, el cual consiste en llenar un molde con la pasta en forma líquida y esperar a que se seque la misma para retirarle el molde.

i) Secado: conformado los productos, se sitúan los mismos en corrientes de aire con determinada temperatura para retirarla aún más la humedad.

j) Barnizado: el barnizado consiste en cubrir la superficie con un baño de una sustancia líquida a base de porcelana con otros productos y algún pigmento. El barnizado se puede realizar por inmersión según la tecnología utilizada.

k) Cochura: se sitúan las piezas ya barnizadas en un molde de material refractario el cual se introduce en el horno donde se procede a la cocción de las piezas. Elevando la temperatura hasta 1500-1600 ºC (según el producto). Este proceso se realiza en hornos circulares aunque el proceso correcto se realiza en hornos túnel.

Durante la cocción, los productos iniciales se descomponen en sus elementos; estos se unen dando origen a un nuevo producto; la porcelana.

l) Enfriamiento: luego se procede a enfriar los productos a un régimen determinado, según el tipo de producto y la temperatura alcanzada.

m) Fijación de los elemento de sujeción: se le sitúan los elementos metálicos que le sirven de ejecución si los tiene. Esto se realiza con un cemento especial destinado para estos fines.

n) Pruebas: se realiza las pruebas de rutina para eliminar los productos que han resultado defectuosos.

USOS

La electroceramica se utiliza en infinidad de elementos aislantes. Por sus excelentes propiedades eléctricas y mecánicas, así como por su poco envejecimiento debido a la acción de radiaciones solares, humedad, lluvia, suciedad etc., es el elemento aislante de uso más generalizado como aislador para las redes eléctricas de potencia, así como en los dispositivos de bajos, medianos y altos voltajes (transformadores, interruptores, separadores etc.).

Los usos más frecuentes de las electroceramicas son:

Aisladores de porcelana: Los aisladores eléctricos son los tipos mas diversos: aisladores para líneas aéreas, de suspensión, para tensiones elevadas (de más de 35 kV), y rígidos o de espigas, para tensiones más bajas; aisladores para centrales, de apoyo, pasamuros (de entrada); aisladores para aparatos, que forman parte de la estructura de diversos tipos de estos, como transformadores, interruptores de aceite, desconectadotes y descargadores; piezas de porcelana para instalaciones, como aisladores de carrete, piezas para portalámparas, interruptores, enchufes, cortacircuitos, aisladores de suspensión de antenas, telefónicos y telegráficos.

  • Aisladores para líneas de conducción: En las líneas aéreas de conducción eléctrica para tensiones de hasta 35 kV se emplean los aisladores de espiga, que aseguran la sujeción rígida de los conductores a puntos determinados de los postes.
  • Aisladores de suspensión: Las cadenas de los aisladores de suspensión pueden ser de alineación, que sirven para suspender los cables en los postes intermedios, y tensores o te amarre, que los sujetan de las torres de amarre. Así, en las líneas para 110 kV, las cadenas suelen tener 6 ó 7 elementos aisladores; en las líneas para 220 kV, 10 – 12 elementos y así sucesivamente.
  • Aisladores telegráficos y telefónicos: Estos aisladores se utilizan en los tendidos de líneas telefónicas y telegráficas y para sujetar los hilos de baja tensión a postes, muros, etc.
  • Aisladores para centrales eléctricas: Los aisladores de apoyo sirven para sujetar rígidamente las barras de los dispositivos de distribución y diversas piezas de aparatos eléctricos. Tienen gran importancia los aisladores pasamuros, que sirven para dar paso a través de las paredes, suelos y tabiques de los edificios a los conductores de alta tensión, por dentro de él pasa una barra de cobre conductora de la corriente y a ambos extremos tiene bornes roscados a los cuales se sujetan los cables o barras que llegan a dicho aislador.
  • Aisladores para aparatos: Estos aisladores, que forman parte de diversos aparatos eléctricos, tienen formas y dimensiones muy variables. Como tales son importantes los aisladores de entrada, que sirven para introducir los conductores en las cajas metálicas e en las cubas de los aparatos (transformadores, interruptores de aceite, condensadores, etc.).

Porcelana para instalaciones: Bajo esta denominación se agrupan los aisladores de carrete, las piezas de las cajas y enchufes de clavija, de los portalámparas, cortacircuitos fisibles, etc. En lo fundamental son piezas que se producen en gran escala en las fábricas de porcelana, prensándolas, en moldes de acero, de una masa de porcelana bastante seca (con poca cantidad de agua); la calidad de esta porcelana es muy inferior a la que se emplea en aisladores de alta tensión.

Radioporcelana y ultraporcelana: Las cerámicas para radiointalaciones, se utilizan en la fabricación de elementos aislados para antenas, transmisiones, pasadores, etc., donde existan campos de alta frecuencia.

Normalmente, en estos productos se sustituye el feldespato por el óxido de bario u otros productos que garanticen estas características. Otra cuestión es el aumento del contenido de arcillas (hasta el 40 %) o sustituir esta por aluminio puro (A12 O3).

La gran desventaja de esta porcelana es su gran retracción volumétrica (12-15 %)

Esto dificulta sensiblemente la elaboración de estos productos, aunque se justifica el costo con las aplicaciones en que se utiliza.

MATERIALES REFRACTARIOS

Los refractarios deben soportar altas temperaturas sin corroerse o debilitarse por el entorno y están constituidos por óxidos de elevada temperatura de fusión, como Silice (SiO2), Alúmina (Al2O3) y la Magnesia (MgO), se dividen en tres grupos: ácidos, básicos y neutros con base en su comportamiento químico.

Refractarios ácidos: Incluyen las arcilla de sílice, de alúmina y refractarios de arcilla. La sílice pura a veces se utiliza para contener metal derretido. Los refractarios de arcilla por lo general son relativamente débiles, pero poco costosos. Los silico-aluminoso contienen 32 a 45% de Al2O3 y el resto sílice.

Refractarios Básicos: Varios refractarios se basan en el MgO (magnesia o periclasa) y la CaO (cal). El MgO puro tiene un punto de fusión alto, buena refractariedad buena resistencia al ataque por los entornos que a menudo se encuentran en los procesos de fabricación de acero. Típicamente, los refractarios básicos son más costosos que los refractarios ácidos.

Refractarios Neutros: Normalmente incluyen la cromatina y la magnesita, pueden ser utilizados para separar refractarios ácidos de los básicos, impidiendo que uno ataque al otro. Están principalmente constituidos por óxidos de cromo, magnesia y hierro en composición aprox.

Cr2O3 40% Mg 15% Fe2O3 12%

Refractarios Especiales: El carbono, el grafito, es utilizado en muchas aplicaciones refractarias, particularmente cuando no hay oxígeno fácilmente disponible. Estos materiales refractarios incluyen la circonia (ZrO2), el circón (ZrO2.SiO2) y una diversidad de nitruros, carburos y boruros.

FABRICACION

El tipo de refractario utilizado en toda aplicación específica depende de los requisitos críticos del proceso. Así, los procesos que exigen resistencia a la corrosión por gases o líquidos exigen porosidad baja y elevada resistencia física y a la abrasión. Cuando la condición limitante es la baja conductividad térmica, hay que recurrir a refractarios totalmente distintos. En realidad, suelen emplearse combinaciones de varios. No hay ninguna línea de demarcación clara entre materiales refractarios y no refractarios, aunque se ha mencionado la capacidad para soportar temperaturas superiores a 1.100 °C sin reblandecerse como requisito práctico de los materiales refractarios industriales. Los refractarios y sus productos se presentan a veces preformados (moldeados) o se forman e instalan "in situ", aunque en general se suministran en las siguientes formas:

Ladrillo: las dimensiones estándar de un ladrillo refractario son 23 cm de longitud por 11,4 cm de anchura y 6,4 cm de espesor (ladrillo recto). Se fabrican por extrusión o prensado en seco en prensas mecánicas o hidráulicas. Las piezas formadas se cuecen antes de usarlas o aglomerarse y endurecerse con alquitrán, resina u otros compuestos químicos.

Moldeado por colado: mediante el arco eléctrico se funden mezclas refractarias que se moldean por colado en distintas formas (por ejemplo, bloques para tanques de vidrio que alcanzan dimensiones de hasta 0,33 x 0,66 x 1,33 m). Después del moldeado y el recocido, los bloques se rectifican cuidadosa- mente con una muela para asegurar un encaje preciso.

Refractarios colados y moldeados a mano: las formas grandes, como quemadores y bloques de cuba, o complicadas, como las piezas de los alimentadores de vidrio, gacetas y similares, se producen por colado de una barbotina de cemento hidráulico o por moldeo a mano. Debido a que estas técnicas son muy laboriosas, se reservan para aquellos artículos que no pueden elaborarse de otro modo.

Refractarios aislantes: los refractarios aislantes en forma de ladrillo son mucho más ligeros que los ladrillos convencionales de la misma composición debido a su porosidad.

Moldeables y mezclas aplicables a pistola: están compuestos de granulados refractarios a los que se añade un fijador hidráulico que al mezclarlo con agua reacciona y aglutina toda la masa. Estas mezclas están diseñadas para ser aplicadas con una pistola dotada de una boquilla a través de la cual se pulverizan con aire a presión. La mezcla se diluye en agua antes de aplicarla con la pistola o en la propia boquilla.

Refractarios plásticos y mezclas apisonadas: los refractarios plásticos son mezclas de granulados refractarios y arcillas plásticas o plastificantes con agua. Hay mezclas para apisonar con y sin arcilla y suelen utilizarse con un encofrado. La proporción de agua usada con estos productos varía, pero se procura que sea mínima.

Los refractarios se utilizan en muchas industrias para recubrir calderas y hornos de todo tipo, pero el mayor porcentaje se emplea en la elaboración de metales. En la industria del acero, un alto horno típico o un horno de solera abierta utilizan muchos tipos diferentes de refractarios, unos de sílice, otros de cromo o magnesita o de las dos cosas y otros de arcilla refractaria. Cantidades mucho menores se utilizan también en aplicaciones como la obtención de gas, coque y subproductos; centrales eléctricas; plantas químicas; hornos de cocina y estufas; cemento y cal; cerámica; vidrio; esmaltes y barnices; locomotoras y barcos; reactores nucleares; refinerías de petróleo; eliminación de desechos (incineradoras).

 

 

Autor:

Vega Oscar


Partes: 1, 2


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