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Universidad Autónoma MetropolitanaI z t a p a l a p aCiencias Básicas e IngenieríaIngeniería QuímicaLaboratorio de diseño y desarrollo de procesos 111Producción de un vidrio sin plomo con bajo punto dereblandecimiento para recubrimiento cerárnicoEduardo Méndez SolanoJesús Vicente Ortega CarreraEdgar Rangel ValadezProfesor:Asesor:Carlos Martinez VeraUriel Arechiga

CONTENIDO GENERAL DE TODO EL PROYECTOOBJETIVO GENERALRESUMENINTRODUCCI~NCAPITULO 1. INTRODUCCI~Nl. l. Estudio del mercado1.2. El producto y sus características1.3. Conclusiones2341228CAPITULO 2. FORMLnACIONES DE VIDRIOS (FRITAS) SIN PLOMO, A BAJA TEMPERATURA YPRUEBAS A LOS MISMOS2. 1. Introducción a la fase experimental2.2. Breve estudio a barros y arcillas2.3. Preparación de los vidrios2.4. Pruebas a los vidrios formulados2.5. Resultados y análisis de éstos2.6. Conclusiones3132 -36435658CAPITULO 3, DISEÑO DEL PROCESO Y UBICACIóN DE LAS PLANTAS PRODUCTORAS DEVIDRIO A BAJA TEMPERATURA Y SIN PLOMO3. l. Introducción al diseíío 603.2. flujo Diagrama dcl proceso de seleccionado 603.3. Balances de materia y energía 623.4. El de materia mezclado prima la733.5. Fundición la materia de prima 813.6. La del producto molienda883.7. Secado del producto 963.8. Evaluación del proyecto económica98CONCLUSIONESGENERALESGlosarioApéndicesBibliografia

ElJirluro es el origerl ... + 2 6 6OBJETIVO GENERALProducir un vidrio exento de plomo, de baja temperatura comouna aportación a la alfarería mexicana.

OBJETIVO PARTICULAR 1Realizar una búsqueda bibliográfica adecuada, para brindar el soporte principal a la tareade investigación y diseño de un vidrio con bajo rango de reblandecimiento, sin plomo, parael recubrimiento de piezas cerámicas artesanales.

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubritniento de piezas cerámicas.RESUMENDentro de la cerámica artesanal elaborar un vidriado que permita ciertas características comodureza, resistencia, brillantez y sobre todo exento de plomo, es una taiea de investigación queprecisa realizarse hoy en día.Como apertura al proyecto se muestran los elementos fbndamentales que darán inicio aldesarrollo y diseño de un proceso para la obtención de un vidrio sin plomo, con bajo rango detemperatura de reblandecimiento.A su vez, se presentan algunas formulaciones de vidrios favorables para el recubrimientode piezas cerámicas artesanales; tomando para ello Si01 y B203 como formadores delretículo, Al203 como cofornlador y algunos álcalis y ZnO como mod@cadores de la redvítrea.Finalmente se muestra el diseño y ubicación correcta de las plantas productoras de losvidrios formulados en el capitulo 2.CAPITULO l. IN'IRODUCCIdN2

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerhnicasCAPITULO 1. INTRODUCCIONProducir un vidriado sin plomo, a baja temperatura es una necesidad en la industria de lacerámica, de tal forma que no constituya un peligro para el usuario, que, como bien se sabe, elbarniz que se utiliza en la mayor parte de los talleres contiene gran porcentaje de óxido deplomo, y éste posee naturaleza tóxica. Por esta razón en la cocina (por ejemplo), todorecipiente cerámico destinado a contener alimentos debería tener un vidriado exento de plomo;por otra parte existe el peligro mayor aún para la salud de los operarios que fabrican este tipode piezas cerámicas.No es fácil la eliminación total del plomo de la composición del vidriado. El plomo proporcionabrillo, dureza y resistencia a los vidriados, propiedades no igualadas fácilmente por losvidriados sin plomo. Sin embargo, existen dos caminos posibles para resolver el problema deeste elemento; uno de los cuales consiste en desarrollar vidriados de plomo cuya solubilidad seatan baja que no constituyan peligro para el usuario, y cuya fabricación se disponga de tal modoque se elimineelpeligro para los operarios, el otro se basaenla fabricación de vidrio sinplomo que pennita obtener un vidriado satisfactorio; ambos objelivospuedcn lograrse.Dentro del sector manufacturero existe una rama que depende fuertemente de la alfarería(basada en empresas familiares), con el paso del tiempo dicha rama ha sufkdo fuertes cambioseconómicos, tecnológicos lo cual trae como resultado el cese de esta actividad.CAPITULO 1. INTRODUCCI~N 3

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerimicas1.1. Estudio del mercadoToda tarea de investigación debe siempre estar respaldada y evaluada a futuro, hecho quepuede quedar directamente relacionado con un estudio de mercado que garanticeabsolutamente toda las distintas fases por las que atraviesa todo un proyecto en vías dedesarrollo. Por lo anterior se muestran las bases en las que el presente trabajo fue llevado acabo.1.1.1. Ubicación del problemaLA U ~ I ZCION A DE PLOMO.Podría pensarse en general que un vidriado que sea suficientemente resistente para nocontaminar apreciablemente nada que esté en contract0 con éI, o par? no ser eliminado pordesgaste antes de la rotura de la pieza sería adecuado. Desgraciadamente, un constituyentecomún de los vidriados es el plomo, el cual tiene una naturaleza tóxica.Los vidriados de plomo son mucho menos susceptibles a las pequeñas irregularidades en lascondiciones de preparación y cocción que los que no lo contienen. Esto se debe principalmentea la elevada viscosidad de los aluminosilicatos de plomo, que disminuye comparativamentepoco con el aumento de temperatura. Muchos de los hornos más antiguos no pueden regularsecon mayor exactitud que a 60°C - 100°C del punto óptimo. En estas condiciones, un vidriadosin plomo que contenga álcalis pueden presentar una fusión incompleta en la zona más fria, yuna viscosidad demasiado baja en la zona de máxima temperatura, en tanto que el vidriado deplomo dará buen resultado en todas las zonas.El riesgo de envenenamiento por plomo es por supuesto mucho mayor para los operarios de lasalfarerías que para el usuario, y años atrás constituía una enfermedad laboral. Por esta razón, enGran Bretaña (por ejemplo) se ha enfocado principalmente la legislación hacia la protección delos trabajadores. Se había encontrado que las mujeres y los jóvenes de ambos sexos son mássusceptibles que los hombres al envenenamientoporplomo, por lo cual actualmente no sepermite emplearlos en ningún proceso, tal como la inmersión de las piezas en el vidriado, dondese utilice plomo bruto, ni en la limpieza de naves en las que se consuma éste. Aquellosoperarios que manipulenplomo bruto deben protegerse como sigue: utilizando aparatos derespiración cuando manipulen o mezclen materiales de plomo secos, disponiendo sistemas deventilación eficientes en dichos lugares dado que se origina polvo inevitablemente,proporcionándoseles traje de trabajo y prenda de cabeza limpios al menos una vez por semanay lavabos con guardarropas para sus prendas exteriores, prohibiendo comer y fumar en lasnaves de trabajo y disponiendo inspecciones médicas regulares.De acuerdo con la ley inglesa de regulaciones especiales de alfareria (en relación con la salud)de 1947, en la actualidad es sólo permisible emplear vidriados de plomo "de solubilidad".CAPIIULO 1. INTRODUCCI~N 4

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.En México, la secretaría de Salud ha venido modificando desde 1991 una norma (Q-46’) quetrata del control sobre sustancias tóxicas en cerámica vidriada a baja temperatura’ de lasiguiente manera:Picms planas 7.0Piezas lluccas clucas 1 5.0Piezas huecas grandes2.5Artículos de uso recreativo2.5Actualmente en México no se han propuesto soluciones adecuadas y el contenido de plomo hareducido las ventas de la cerámica (especialmente la de exportación) creando así hertes dañosen un sector productivo-tradicional de nuestro país.Las fkitas (vidrios aplicables a la cerámica) han sido probados en barros nacionales sin reportarresultados del todo satisfactorios.1.1.2. Principales consumidores de la cerimica vidriada.El principal mercado de los utensilios de alfarería y cerámica si: localiza tanto en loshogares como en el sector turístico.Dependiendo del trabajo depositado sobre cada pieza será su lugar destinado, por ejemploun utensilio de cocina o un objeto meramente decorativo.El producto terminado (vidrio aplicable como frita) deberá ser vendido a todos aquellospequeños talleres familiares que puedan hornear sus piezas vidriándolas con facilidad y abaja temperatura. El tipo de vidrio, proceso y ubicación de las plantas se tratara dentro delos capítulos 2 y 3.Nota: Aunque se saben los consumidores primarios de la ceramica, resulta difícil precisar cual de todos&tos son trabajos vidriados y mas aún, cuantos de Bstos estan exentos de plomo.1.1.3. Principales productores de la ceránlica vidriada.Los productores más importantes de la cerámica vidriada se localizan en la parte central ycuenca del pacífico debido a que en éstas mismas entidades federativas se localizan las materiasprimas, por ende el costo de la producción se ve favorecido al tener un transporte corto yobviamente barato. Cabe mencionar, que en dichas entidades el número de establecimientos“familiares” es mayor comparado con las grandes urbes (D.F. y Guadalajara principalmente)donde predominan los establecimientos industriales.A continuación se presentan tablas y gráficas que muestran las diferencias antes mencionadas,además de datos económicos.’ Ln identificaciót1 actual (R partir del 12-oct-1993) es NOM-009 S.A. 1-1993.CAPITULO 1. INTKODUCCI6N 5

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasCARACTERíSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS1970CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS PORMUNICIPIO, SUBSECTOR Y RAMA DE ACTIVIDADCAPITULO 1. INTKODUCCI~N

Producci6n de vidrio sin plomo, a baja tcmpcralura para recubrimiento de piezas cerámicas.CARACTERíSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS POR MUNICIPIO,SUBSECTOR Y RAMA DE ACTIVIDAD(1 988)TdalNactmalSecta 3.Industriarnahllaclwemlnduyendolosestableclmlnetosrnaqulled*resSubsxlw36Prcdwlosmindes nornet8licos.excluye losdenvadosdd pelrtieoRema 3611.Ailareria ycer$mlcaexcluyemalenalesde conslrx-Clrn138835 2640472-M I- LLO2632391 120953946 71177693 458833 1Datos flnales de los censos econOrnlcos e industrlaks de 1988NES287927335 6 7 2X7071O3 4166839545 310417894187096 4138160119 29618992 2157193 98890403 6434379 27835-I-262303 8 256283.7141875972 8124547789.24823130 8138024 1-98731404 791220616 92231368 577955.57

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.CARACTER~STICAS PRINCIPALES DE LOSESTABLECIMIENTOS POR MUNICIPIO, SUBSECTOR Y RAMADE ACTIVIDAD (1993)Edo. Méx.MorelosOasacaPueblaQuerétaroSn. L. PotosíTlascala196171427648301 9982.43143 1622 Michoac,in 97 6774.8777 1175 249 12974.112 965 49 3395.93176 1512 378 17136.2179381932810726 363.814171.311997.620653.44976.722894.1403 172816.6911.5I Zacatecas I 18 I 33 I 10 I 2369 I 240.1 I1) Rama 36 1 1. Alfarcría y cerámica (excluye material de construcción)2) Resultados oportunos de los censos económicos e industrialesLocalización geográfica.Iiguro 1-1. I’rincipalcs entidodzs federntivas productoras de cerdmica vidriadaCAPITULO l . INTRODUCCIóN8

Producci6n de vidrio sin plomo a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerknicasCaracterísticas DrinciDales de los establecimientos en 1993miles de N$i-iIngresos totalesGastos totalesCAP~TULO 1. INTRODUCCI~N10

Producción de vidrio sin plomo a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasCARACTERfSTlCAS DE LOS PRINCIPALES ESTA~"_____ Número de establecimientos. "~1980 11988-iLECIMIENTOSPuebla 44Michoacan 984IIItCmL~-:ensos econdmicos e industriales, INEGI."_T"------1---

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.1.2. El producto y sus características1.2.1. VidriosGracias a los estudios sistemáticos de las propiedades de muchos miles de vidrios, sefunden unas quinientas especies químicamente distintas de vidrio con las que se fabricandecenas de miles de diversos artículos para un millar de usos esencialmente distintos.Se ha aplicado el nombre de vidrios a diversas sustancias químicas inorgánicas cuando seencuentran en el estado llamado vitreo. La palabra vidrio ha designado comúnmente elmaterial usado para la fabricación de botellas y ventanas. Casi toda la produccióncomercial se hace con vidrios de silicatos, o sea, vidrios de óxidos que contienen 60-100%de Si02 (sílice) y diversos porcentajes de dos o más óxidos inorgánicos, como óxidos desodio, potasio, calcio, magnesio, plomo, boro, aluminio, zinc y bario, todos ellos ensolución mutua.El vidrio es el producto de una fbsión inorgánica que ha sido enfriado hasta condiciones sólidassin cristalización (181. Otra forma de definir a los vidrios es considerándolos sustancias amorfasde muy alta viscosidad (lx1013 @as (poises)) o Ziqzridos sobre enfiados los cuales no tienenpuntos específicos de solidificación ni reblandecimiento, es decir, la viscosidad de un vidriovaría en un intervalo de temperatura de mayor a menor (rango de temperatura dereblandecimiento) o de menor a mayor (rango de solidificación).La temperatura a la cual el vidrio comienza a solidificarse se denomina “temperatura detransición vítrea”, ya que a temperaturas mas bajas a ésta el material ser,- frágil y a temperaturaspor encima de este rango comenzará a fluir como un líquido muy viscoso. De igual forma, la“temperatura de reblandecimiento” es aquella donde la viscosidad del vidrio prehndidocomienza a disminuir hasta comportarse como un líquido Newtoniano.’Hasta una temperatura de varios cientos de grados centígrados, el vidrio es un materialsólido con una buena resistencia mecánica. Aunque hndamentalmente muy homogéneas ytransparentes, pueden hacerse masas o cuerpos de diferentes colores, translúcidas uopacas por la inclusión de pequeños porcentajes de materiales inorgánicos amorfos ocristalinos disueltos.Las relaciones de equilibrio de fases en los sistemas que forman vidrios, han conducido aun conocimiento más completo de los límites de composición de este material; esto es, delas relaciones químicas que fijan límites a las composiciones que pueden hndirse ytrabajarlas para convertirlas en vidrios útiles. Sin embargo, los vidrios comercialmenteútiles son casi siempre multicomponentes y de constitución indudablemente compleja y noexiste hasta ahora ninguna teoría completamente aceptada sobre la estructura atómica delvidrio.IEl esfuerzo cortante es proporcional a la viscosidad de sizalla, dicha razon de proporsionalidad es igualada precisamente porla viscosidad o resistencia de los fluidos al movimiento.C~ITULO I. INTRODUCCI~N 12

Producci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerbmicas.1.2.1.1. Estructura de los vidriosExisten reglas para los óxidos que forman la red vítrea, las más acertadas de ellas son laspostuladas por Zachiariasen en 1932 y que en forma resumida se presentan a continuación.1. Un itomo de oxígeno no debe estar enlazado a no más de 2 cationes atómicos.2. El nilmero de los ligando (oxígeno) no debe pasar de cuatro (formación delprisma tetraédrico).3. Los tetraedros se unen a su vez, sólo por los vértices y nunca por sus caras niaristas.4. Cada prisma debe tener al menos unión con tres figuras de igual composición.5. El ordenamiento atómico local está determinado por los ángulos de enlaceespecífico entre catión y ligante (por ello cada vidrio es estructuralmente diferentea otro).Figura 1-2. Unión de prismas tetraédricos que obedecen a la regla número 3 de Zachiariasen.Morfológicamente hablando, esto nos conduce a que uno podría ver la red vítreaexactamente igual en todas direcciones en el caso de que el observador se encontrasedentro del retículo, pero la estructura cambiaría drásticamente si el mismo observador secolocara por fuera de la red (ordenación aparentemente aleatoria).En el momento del enfriamiento (después de la fusión de todos los óxidos) las uniones conmenor energía son las primeras en formar los tetraedros haciendo o forzando a aquellasuniones que todavía conservan alta su energía.1.2.1.2. Termodinámica del vidrioEl aspecto termodinámico en la formación de vidrios puede damos información se éstos encualquier momento, ya sea en fase líquida o sólida.Una definición más precisa de los vidrios es dada por estudios termodinámicos acerca delcomportamiento (diferencias) entre éstos y los cristales.CAPITULO 1. IN'I'KODUCCIÓN 13

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.VolumenMezclastlhlfriac/calienteFigura 1-3. Diagrama V vs. T en la formación de cristales o vidrios inorginicns.Descripción del diagrama V vs. T. .%I. Se tiene una mezcla a elevadas temperaturas, aún sin la formación de vidrio o cristal.2. Cuando el líquido o mezcla se enfria, comienza a perder volumen.3. La cristalización comienza en el “punto de cristalización” (Tm).4. Cuando el volumen va disminuyendo más rápido que la temperatura, entonces se formancristales.5. Por lo anterior, el coeficiente de expansión de un cristal es menor al coeficiente deexpansión de la mezcla.6. Cuando el volumen no desciende tan rápido, si no, que su caída es proporcional a ladisminución de la temperatura, se llega a la zona de subenframiento lo que lleva más rápidoa un equilibrio termodinámico.7. Lo anterior sólo se lleva a cabo cuando no ocurre Tm.8. El vidrio se forma después de pasar la zona (rango) de mezcla subenfhada, y su recorridotermodinámico es paralelo al del cristal, pero en distintos rangos.9. La causa de las desviaciones o cambio de pendientes entre la mezcla subenfrada y laformación propia del vidrio es debido al incremento de la viscosidad del líquido que aún seenfria.IO. Este incremento de viscosidad comienza en le punto Tg, también llamado “temperatura detransformación”La termodinámica está asociada con la disminución en la movilidad molecularconstante reducción de su entropía configuracional.y por ende, laCAPI‘I‘ULO 1. 1NTRODUCCIi)N 14

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piczas ceramicas.1.2.1.3. Cinética de formación del vidrio.Todo proceso de enfriamiento como el de la formación de un vidrio está dado por la cinética.Esta determina cuál de los dos caminos ha de tomar la mezcla: la cristalización o lavitrificación.En esta sección el principio de la viscosidad es la propiedad cinética más importante en losvidrios formados por mezclas, con enfriamiento rápido y sin cristalización. El significado de laviscosidad está discernido cuando uno considera la formación de los vidrios, por ejemplo, elcuarzo (Si02).En la naturaleza resulta dificil encontrar piezas puras de Si02; en la industria, el cuarzo o cristalde roca es calentado por encima de los 2000 "C y de cualquier forma lo que se consigue es unamezcla de varios componentes.Una mezcla difiere del cristal en su habilidad o capacidad de mover sus unidades estructuralesindividuales. Los enlaces Si-O llegan a ser tan fbertes en un cristal que es necesario aplicarelevadas temperaturas para provocar un movimiento interno de la red, cuando esto sucede,muchos enlaces comienzan a romperse o modificarse debilitando la estructura y provocandouna disminución de la viscosidad del material. Por ejemplo, el punto de mezcla (temperaturade reblandecimiento) para el vidrio de Si02 es 1723 OC, mientras que para el cristal de estemismo óxido está por encima de los 2000 "C; por ende: "a elevadas temperaturas, los enlacescomenzarán a romperse y la viscosidad a disminuir". Dicho de otro Lodo, los enlaces entreátomos se fortalecerán conforme aumenta el enfhamiento.En los vidrios formados por mezclas lo anteriormente explicado varía, ya que se cuentan conmás agentes, por ello, las uniones entre átomos sonmásdiversas y no precisamente giranalrededor de la unión de los tetraedros de Si04...La viscosidad siempre ha sido identificada con la letra y en estudios de cinética para vidrios ypolimeros plásticos se reporta en Pa.s (Pascal.segundo), para familiarizarse, o bien para tenerun punto de comparación con un poise (unidad de viscosidad más común en ingeniería) existela equivalencia: dPa.s = 1P -que se entiende como la relación directa entre un Poise y unadécima de Pascal por segundo-. De esta forma se encontraron los siguientes datos deviscosidad para un vidrio formado con Si02-CaO-K20-NaZO.q1500°Cvidrio = 1 O2 dPa.sq 20"C agua = lo-* dPa.s (centipoise)La viscosidad de este mismo vidrio en 700 y 850°C oscila entre 10' y lo9 dPa.sDependencia de la temperatura.La dependencia de la viscosidad con la temperatura está descrita por la ecuación de Boltzmann:q = K exp[Eq/RT]Eq = Energía de activaciónCAPITULO 1. INTIIODUCCION 15

Produccion de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasExpresándola de otra forma quedaría:log q = K’ + Eq/( 19.15)T ; Eh [=I J/mol, T [=I K, log q [=I l/THay que considerar que la energía de activación Eq no puede estar directamente relacionadacon la energía de unión. Por ejemplo, las energías de unión de B-O y Si-0 son del mismoorden, mientras que la energías de activación son de 710 KJ/mol para el SOz y 3 10 KJ/molpara el B203.CristalizaciónLa cristalización es un fenómeno cinético inverso a la vitrificación, este fenómeno ocurredurante el enfriamiento del líquido a la misma temperatura en la cual la mezcla es observada(Figura 1-3). Resulta dificil la formación de cristales cuando un vidrio está compuesto por másde dos óxidos, sin embargo, es posible meter pequeñas cantidades de cristales a un vidrio paraque éste cambie por completo todas sus características.Nucleación.La nucleación es un fenómeno mejor estudiado en vidrios formados por mezclas de óxidos.Dicho fenómeno comienza infinitesimalmente cerca de la temperatura de formación de cristales(Tm); hasta aquí, el calor de nucleación puede ser fácilmente removi :3 a bajas temperaturas,por consiguiente, la nucleación aumenta cuando la temperatura desciende.La nucleación ocurre cuando los formadores de la red vítrea van perdiendo movimientocinético y comienzan a unirse entre sí, sin perturbaciones provocadas por otros óxidos noformadores (modificadores por ejemplo), de esta manera el vidrio va tendiendo su red en todasdirecciones.1.2.2. VidriadosLa capa fina, dura, brillante y generalmente transparente que cubre un gran número demateriales cerámicos tiene diversas hnciones importantes.Los vidriados son películas de vidrio hndidas sobre la superficie de la pasta. Se aplican en elsustrato para hacerlo impermeable, de mayor resistencia mecánica, resistentes al rayado,químicamente inertes y más agradable al tacto y vista.El vidriado puede ofrecer además de aspectos estéticos a la cerámica, aspectos de protecciónante impurezas que podrían meterse en los poros de la cerámica. Un vidriado es más fácil delimpiar, además que soporta ataques de abrasivos o corrosivos mejor que la cerámica sinvidriar, en términos generales, un vidriado puede ser decorativo o utilizable, y en muchasocasiones ambos [8].Se requiere que los vidriados se “adapten” a pastas de naturalezas química y fisica variables, ydeben madurar a una diversidad de temperaturas exhibiendo propiedades específicas peroCAPITULO 1. INTRODUCCIóN 16

Producción dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasvariadas en estado acabado; por ello no es sorprendente que existan innumerablescomposiciones diferentes de vidriado, lo cual hace dificil clasificarlosistemáticamente.La capa de vidrio que ha de convertirse en un vidriado debe ser homogénea sin ayuda mecánicaalguna. Es muy importante que las materias primas sean de composición conocida y no llevenconsigo material alguno que no pueda formar parte de la fase vítrea. A s í , el primer factoresencial es formar una mezcla que pueda íündir a un vidrio viscoso y homogéneo a unatemperatura deseada.Muchos materiales para vidrios (vítreos o cristalinos) son óxidos, esto es, son combinacionesquímicas entre oxígeno y otros elementos usualmente metálicos. No todos los óxidos formaránvidrios por sí mismos; como se dijo anteriormente, un vidriado es básicamente la capa quecubre una pieza artesanal de la cual necesitamos saber los óxidos que lo forman y cuáles no lopueden hacer. Como ya se sabe, el vidrio común está formado por óxido de silicio (Si02, enraras ocasiones incluyendo pocos cristales) y el óxido de boro (B203), otros vidrios menoscomunes son formados por P205 y GeOz.Durante la hsión y después de ésta los componentes del vidriado reaccionan con la superficiede la pasta para formar una capa intermedia de unión. Una interacción adecuada es muyimportante y depende no solamente de la composición total del vidrio sino también de loscompuestos individuales utilizados para introducir los óxidos constituyentes. La carga delvidriado debe componerse de tal modo que se produzca la cantidad co -ecta de interacción conla pasta.Si los coeficientes de expansión del vidriado y la pasta no son suficientemente próximos entresí, se desarrollarán esherzos y tensiones que darán por resultado “cuarteadura?’, incluso“&clzrcio?zes” si el enfriamiento es rápido. Los coeficientes de expansión de la pasta y vidriadodeben ser mutuamente compatibles. El vidriado de acabado debe ser duro, liso y brillante, estono solo exige por efecto visual; una superficie lisa es más resistente al ataque químico y fisico, yes menos propensa a fracturarse. Mediante la aplicación de vidriado de coeficiente deexpansión ligeramente menor que el de la pasta, el vidriado fiío queda sometido a una ligeracompresión y se mejora la resistencia mecánica de la pieza. La composición de un vidriadodebe ajustarse a fin de obtener propiedades químicas, mecánicas y ópticas individuales. Noobstante, las composiciones de la mayoría de los vidriados caen dentro de los límites indicados:1. vidriados de bajo rango de reblandecimiento.2. vidriados duros3. vidriados de alto rango de reblandecimiento.0 Para nuestro estudio nos enfocaremos al vidriado de bajo rango de reblandecimiento.Vidriados sin plornoLa investigacicjn acerca de vidriados de loza exentos de plomo comenzó ya en 1884cuando Seger examinó el problema. Se deseaba no sólo evitar el peligro para la saludrelacionado con los vidriados de plomo, sino eliminar a demás sus otras desventajas, como

Producción de vidrio sin plomo, abaja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.su falta de dureza, la tendencia a obscurecerse en condiciones de atmósfera sulfurosa,sensibilidad a los gases reductores y el tinte amarillento.laActualmente se dispone de una serie de vidriados de loza sin plomo muy satisfactorios. Engeneral se consigue un bajo punto de fusión empleando una combinación de álcalis,magnesia, óxido de zinc, y casi invariablemente óxido bórico. Como ejemplo, se dan loslimites siguientes para fritas que contienen Na20, CaO, B203. Al203 y Si02 [22]:de 0.3 a 0.7 equivalentesde 0.7 a 0.3 equivalentesno más de 0.5 equivalenteshasta O. 1 equivalenteshasta 3 .O equivalentesLa experiencia ha demostrado también que no deben emplearse menos de 2.0 equivalentesde Si02. La solubilidad en agua de la frita es aproximadamente proporcional a la relaciónmolecular:[Na20 + B203] / [CaO + Si021reduciéndola aproximadamente a la mitad de las pequeñas adiciones de A1203, porejemplo, de 0.1 equivalentes. No obstante, puede fabricarse una frita de baja solubilidadsin Al203.En los casos en que se emplea una gama de componentes más amplia deberá recordarseque los compuestos solubles de bario son tóxicos y que si bien no existe legislaciónrespecto a su empleo debieran tomarse idénticas precauciones que en el caso del plomo.Otro tipo de vidrios hechos para el recubrimiento de piezas son los alcalinos crudos.Vidriados alcalinos crudosSon aquellos vidriados no fritados, es decir, realizados por simple mezcla de materialescerárnicos, que tienen más de la mitad del grupo fúndente formado por Na20 y K20, quecarecen de plomo, y su contenido en Br203 , si es que lo hay, es siempre menor a la sumade Na2O y K2O.ComposiciónEl NazO se pondrá en forma de carbonato de sosa anhídro, en forma de feldespato sódico,o en forma de bórax, El K20 se aliadirá en forma de carbonato potásico, nitrato potásico ofeldespato potásico. La cantidad de feldespato presente en la fórmula se intentará que seaCAPITULO 1. INTRODIJCCI~N 18

Producci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrin~iento de piezas cerámicasla menor posible, pues a baja temperatura podría crear problemas de excesiva viscosidad,o de aparición de minúsculas burbujas por exceso de tensión superficial.En el grupo findente se le pondrá poner también CaO, MgO, Bao y ZnO, óxidosalcalinotérreos que contribuirán a hacer el vidriado más viscoso, duro, y resistente a laformación de sales solubles una vez cocido.Se evitará siempre la introducción de formas carbonatadas, como creta, carbonato demagnesio, carbonato de cinc, etc., pues casi siempre provocarán burbujas.El Al203 restará propiedades alcalinas al vidriado, al igual que B@3, pero aportaráinteresantes propiedades; el B203 también dará al vidriado útiles propiedades.La cantidad molecular de Si02 se tendrá que ajustar según la viscosidad requeridaPropiedadesSerán vidriados fácilmente fusibles, generalmente fluidos y muy viv.!lentos en el momentode la fisión, que disolverán grandes cantidades de colorantes y opacificantes, y queformarán una considerable interface.Una vez cocidos serán blandosno superficial si no profbndo).y fácilmente rayables, y muy craquelados (con un craquelCon los óxidos colorantes darán colores muy vivos y luminosos (azul turquesa con 10scompuestos de cobre), Será recomendable opacificarlos con óxido de estaño U óxido deantimonio.1.2.2.1. Propiedades fisicas de los vidriados cerámicasA continuación se mencionan las propiedades importantes por orden:19

I'roducción de vidrio sin plomo, a baja telnperatura para recubritniento de piezas cerámicas.LaJirsibilidad:La consideración de la estructura de los vidriados demuestra que en los vidriados cerámicos elformador básico de vidrio es la sílice (SiOl), y que sus propiedades se modifican por la adiciónde los otros óxidos formadores del vidrio, por ejemplo: B2O3 , P205; óxidos modificadores deretículo, por ejemplo, ZnO, Al203, (3-203, Fe203, Bi203, Ce03, Ti03, ZnO Y PbO (este últimoóxido es el punto importante en nuestro estudio). Por combinación de datos estructurales y dela regla de las fases pueden obtenerse suficientes orientaciones, para la realización de ensayosprácticos a fin de producir un vidrio de una fusibilidad determinada. Tal vez la propiedad másimportante para un vidriado cerámico recae sobre que no existe una temperatura fija la cualhnda dicho vidriado sino que dependiendo de la composición de este, existe un rango detemperatura para tales vidriados.La viscosidad de los vidriados es una importante propiedad que controla el éxito de diversosprocesos realizados a temperatura diferentes. Su valor a la temperatura de maduración(determinada en gran parte por la fusibilidad) determina la extensión en que el vidriado puedefluir sobre la pasta para formar una capa uniforme, sin que se produzca escurrimiento a lo largode las superficies inclinadas o verticales. La viscosidad durante la formación del vidrio a partirde sus componentes determina también la facilidad de escape di: las burbujas de gasdesprendidas durante estas reacciones. La viscosidad de un vidrio sobre el que ha de aplicarsedecoración es también importante a temperaturas más bajas, en el rango de 500-800 "C.Durante la tercera cocción que se realiza a unos 750 "C pueden desprenderse en la pastaburbujas de gas que tiende a buscar su salida a través del vidrio. Si la viscosidad es alta y lacocción es breve estas burbujas gaseosas no ocasionan dificultades, pero si el vidrio tiene unaviscosidad inferior o la cocción es más prolongada las burbujas aparecen en é1 y pueden estallaren la superficie, dejando cráteres de bordes ásperos.Han puesto a punto dos técnicas de medida de la viscosidad de vidrios para bajas y altastemperaturas, respectivamente [22]. Solo mencionaremos los vidrios de baja temperaturaTabla 1-1. Datos de viscosidad a baja temperatura de vidriados de alfareríaCAPITULO 1. INTIIODUCCI(jN 20

Producci6n de vidrio sin plotno, a baja temperatura para recubrimiento de piezas ceramicas.A partir de los resultados de reportados se concluyó que los vidriados transparentes, al igualque los vidrios, se comportan como líquidos newtonianos. Se ve también, que los vidrios deplomo son mucho menos viscosos que los exentos de plomo; a 700 "C el valor mediologat-ítmico de la viscosidad para los vidriados de plomo es 8.0; mientras que para vidriados sinplomo es de 10.1 es decir, que éstos tienen una viscosidad 100 veces mayor, y a 750 "C losvalores respectivos son 7.4 y 8.6, indicando que los vidriados sin plomo son 20 veces másviscosos que los de plomo de baja solubilidad.Temiótl supeljcial:El reflujo de los vidriados durante la cocción se ve también influenciado considerablemente porsu tensión superficial y por su ángulo de contacto. Se ha trabajado muy poco acerca de esto, ylos conocimientos que se tienen son en su mayor parte comparativos y empíricos. Losfabricantes de vidrio han subrayado la influencia de la tensión superficial en las reacciones entrelos componentes y en la desaparición de heterogeneidades en hndidos de vidrio. Una tensiónsuperficial baja favorece la eliminación de burbujas durante la cocción del vidrio, mientras queuna tensión superficial elevada es favorable para la reabsorción de las burbujas durante elenfriamiento del vidrio.A continuación se dan los valores para la tensión superficial de vidrios de silicatos que caenalrededor de 300 din/cm pero comprendidos entre 130 y 500 didcm, el coeficiente detemperatura es generalmente bajo, de 0.01% a 0.04% por "C. La te_nsión superficial es unafimción más o menos aditiva con relación a la composición de los Gxidos del vidrio, y losfactores que se han propuesto se indican en la siguiente tabla.Tabla 1-2. Efecto(en dinlcm) de 0.1 molbcula- qrarno de cada 6xidoen la tensión superficial del vidrioLEN IJ INao 937.9 69KO 94(0,O) (-7 6)MQO me 233221CaO 269 27 6 27 61% n I% ?IN10 I IMnO I 31 9Los resultados comprendidos entre parentesls son dados p or Lpn solamente wmo onentacl6nEl mojado de las superficies cerámicas por los vidriados ha recibido poca atención, pero existenpocas dudas sobre la importancia de la pasta, así como la del vidriado. Una tensión superficialCAPITULO 1. INTRODUCCI6N 21

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura pararccubrilniento de piezas cerámicasalta puede conducir al defecto conocido como arrugado. La tensión superficial demasiado bajaes un factor secundario combinado con una viscosidad demasiado baja en el origen de unexcesivo flujo de los vidriados.Ln Voln/ilizncicir~La composición de los vidriados tiende a alterarse durante la cocción debido al hecho de quealgunos de sus constituyentes se volatilizan con mayor facilidad que otros. El más nocivo es elóxido de plomo, seguido por el óxido bórico y los álcalis. Los alcalinotérreos, alúmina, sílice,etc.; no son volátiles en las condiciones normales del horno. Sin embargo, aunque la tendenciaa volatilizarse está con una elevada tensión de vapor de los óxidos correspondientes en estadopuro, frecuentemente no es proporcional a la cantidad de ellos en el vidriado. La naturaleza y lacantidad de los constituyentes del vidrio ejerce una fberte influencia en la volatilización. Lamagnitud de las pérdidas por volatilización de un vidriado determinado está influenciada por laduración y la temperatura de cocción, y por la receptividad de los alrededores a lacondensación de los vapores.La desvitr1jcaciÓrl.Para evitar la desvitrificación de los vidrios trasparentes existen varios métodos. Los cualessugieren rebajar el punto de fbsión de un vidrio que pueden aplicarse solamente con un alcancelimitado debido a que pueden resultar composiciones que se desvitrifican más fácilmente. A s ímismo, las composiciones que dan lugar a vidrios por enfriamiento rápido pueden cristalizarcuando se enfrian con suficiente lentitud para impedir la figuración de los núcleos grandes.En general, cuanto más sencilla es una mezcla cuanto más tiende a desvitrificarse cuando sehace elevada la proporción de oxígeno. Así un vidrio de sosa-cal-sílice con más de 20% deCaO puede desvitrificarse, si bien puede evitarse esto por sustitución de 2-3% del CaO porMgO, B2O3 o A12O3. También los silicatos de litio en ausencia con otros álcalis cristalizan raravez fácilmente, por lo que siempre se prefiere utilizar litio en conjunción con otros álcalis, ygeneralmente en proporción que no excede de la quinta parte del contenido total de álcali. Engeneral, la complejidad de la mezcla asegura un producto vítreo y esto se ve favorecido enparticular por la presencia de alúmina, aunque en pequeñas cantidades.Coe$cicnte de expamión y nlódrrlo de Yourg.Son éstas dos propiedades físicas básicas de vidriados y pastas que tienen gran importancia conrelación al “agarre del vidrio ylo vidriado”. Para la mayoría de los propósitos, la resistenciamecánica de pieza acabada se aumenta si el vidriado se encuentran en un estado de compresiónel cual se origina si éste tiene un coeficiente de expansión menor que la pasta a la que se aplica,esto es, si se contrae menos durante el enfriamiento después de la cocción a esmalte. Unadiferencia demasiado grande entre la expansión de la pasta y del vidriado conduce a defectos.El coeficiente de cxpansi6n lineal se definc como el aumento de longitud por unidad delongitud, producido por una elevación de temperatura de 1 “C. En la industria de la alfareríafiecuentemente se expresan los datos de expansión de un modo diferente, a saber como laCAl’ITULO l. INTKODlJCCIÓN 22

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubri~niento de piezas cerimicasexpansión total en porcentaje, desde 20 "C hasta la temperatura crítica inferior. Esto suponeque por enfriamiento un vidrio se convierte en un sólido elástico rígido cuando pasa por latemperatura crítica inferior, y por esta razón la tensión de la pieza esta determinada por lasdiferencias de las dos contracciones totales desde dicha temperatura a la temperatura ambiente.Las formas de las dos curvas de expansión no afectan a la definitiva tensión en frio si biendeterminan el valor de ésta a cualquier temperatura intermedia. Como la temperatura crítica demuchos vidriados está comprendida en la región de 500-550 "C, se utiliza la expansión totaldesde 20 a 500 "C como medida conveniente. Han sido propuestos por varios fabricantesfactores para el cálculo del coeficiente de expansión de vidriados a partir de sus composicionessobre la base del promedio de las variaciones encontradas en éI, al hacer sustituciones endiferentes tipos de vidrio. La tabla 1-3, da un resumen de tales factores para los constituyentescomunes. La experiencia ha demostrado que los factores no se aplican exactamente a todos lostipos o todos los campos de temperatura. Se observa que, en general, que cuanto más débil esla unión tanto mayor es la expansión, y así los álcalis permiten la máxima expansión, losformadores de retículo la mínima. Otro factor que determina la tensión definitiva de un vidriadoes la diferencia entre las constantes elásticas de pasta y vidriado. Para cualquier conjunto decondiciones dado, las tensiones en el vidriado y la pasta vienen determinadas por la relación desus módulos de Young, como sucede tambien con la distorsión producidas en las piezas que noestán vidriadas por ambas caras. Cuanta mayor es el módulo de Young del vidriado(permaneciendo constantes los restantes factores), tanto menor es la tensión en el vidriado ytanto mayor la existencia en la pasta. La mayoría de los vidriados de alfarería tienen valorescomprendidos en el intervalo de (0.56-0.84 x lo6) kg/cm2 y la mayorí2 -;le las pasta de alfareríaporosas tienen valores 0.07- 0.28 x 1 O6 kdcm. Es decir que los vidriados tienen generalmentevalores mayores, o sea, que son más "rígidos" que sus respectivas pastas, pero puede ocurrir locontrario.Tabla 1-3. Factores para el coeficiente de expansi6n lineal/Dados como factor peso x peso molecular/lOO~Takahashi (T1) @orcenta~e~cat6nlcm no moleculares)Grupo Wlnkel Englishy Hall ( 2 o o c - W m n y obas 0-1m o4009;mann Tumer(25- pumcribco TurnerY so infekr) (0-1 50°C)SChOU. Pbfi 946Slul 1.60 O 15 60% 240 72%O50O6020480% 156MgO O 13CaO 93 91Sr018I -, Io 81 I 338490 I 1301386014 523

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.1.2.2.2. Propiedades químicas de los vidrios para cergmicasF6nula Tabla 1-5. Propiedades cerdmicasII Tlpo I EMco I Dureza Matetfas primasfiindente cao. w, SIC7 I cahnato de sosa anhidro. WraxóxidoNa20Tabla IS. Generalidades de propiedades cerámicas'Forma los tlpicos vidriados alcalinos 'Tiene una gran capacidad para disober colorantes y 6xidos opacificantes'Da gran luminosidad 'Poca dureza, generalmente agrietadosK2O 'Forma vidriados m y v i'Da m mayor tensi6n superficial 'Forma vidriados duros y resistentesMgO 'Aportaviscosidada los vidrios alcalinos y brdcidos 'Posee resistencia mechica y dureza 'Se u t i l i z a comobxido retroactivo en pocas cantidadesCaO *Los vidriados que contienen CaO se vuelven m& densas y resistentes 'Son mas aptos para el uso cotidiano'Aumenta la viscosidad a los vidriados alcalinos y bodcidosBao 'En condiciones favorables tiende a formar aluminosilicatos de bario cristalizado 'Puede formar vidriados mateZnO 'A condiciones favorables suele combinarse con Si02 formando cristales de Willenita 'Aporta viscosidad a losvidriados alcalinosA1203 'Gran poder fúndente *Facilidad para formar combinaciones eutlcticas con todos los 6xidos cerdmicos 'Regulala viscosidad de los vidriadosSI02 'Regula la viscosidad de los vidriados *Regula el punto de fusibn 'Aporta fuerza y dureza 'Estabiliza las fritas ybordcidosM 0 2 Forrnador de vidrio a condicibn de enfriamiento normal 'Regula la viscosidad de los vidriados 'Aporta al vidriadofuerza, dureza y resistencia24

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerimicas.1.2.2.3. Técrlicas para vidriar cerámicasEl método de preparación y aplicación de los vidriados es uno de los factores determinantes.Los constituyentes se muelen finamente en suspensión acuosa, la cual se aplica a continuación ala pasta, cruda o en estado de bizcocho. Por lo tanto, es necesario que las materias primasllevadas al molino sean insolubles en el agua y esto puede llevar consigo su previo tratamientopor fritado. Inmediatamente después se seca la pasta vidriada, a fin de que el vidriado seadhiera regularmente, ya que de lo contrario pueden producir arrugas. Después se cuece, con lacual la mezcla vidriada debe findir y hacerse homogénea sin llegar a ser tan fluida quecomience a escurrir por las paredes verticales o inclinadas de la pieza.Por otra parte, en las fábricas el método más conveniente de formular un vidriado es el relativoa las materias primas requeridas, y se conoce como la “composición de la carga”. Aquelloscompuestos que son solubles en agua se fritan con una cierta cantidad de alúmina y sílice paraformar aluminosilicatos insolubles antes de la molienda.PROCESO DE FRITADO.Frifa es el material que utilizan los alfareros después de la primera cocción de los óxidosformadores de los vidrios sin plomo y que es aplicada en solución acuosa sobre el barro avidriar. Es necesario hacer una primera cocción para producir un fritado ya que si solo seaplicaran los óxidos en solución a causa antes de que forman el retíc,ulo (suponiendo queestén perfectamente mezclados) los óxidos solubles en el agua -generalmente los álcalisentraríanen la estructura del barro y solo se quedarían aquellos óxidos que funden a másde 1000 “C como el Si02 y Alzo3.Por lo anterior, el proceso de fritado es aquel que se aplica después de una unión entreformadores, coformadores y modificadores de la red vítrea con el propósito de que en elsegundo calentamiento se finda en forma general sobre el sustrato. Cabe hacer mención,que la temperatura de la primer cocción es mayor a la temperatura de reblandecimiento delvidrio debido a que favorece la mezcla de la materia prima y da estabilidad térmica para elsegundo calentamiento.El fritado pede ser aplicado prirtcipalmente de 4 forntas [37]:1. Por hundimicnto de la pieza sobre el vidrio finamcnte molido en solución acuosa (con densidadaproximada a 1.4 grhnl.).2. Con una brocha, la cual impregna del polvo fino (vidrio) al barro dejándolo con una capauniformc a lo largo y ancho de todas las paredes de la pieza cerámica.3. D,indolc un bafio a la pieza con la solución acuosa (casi no es usada esta tkcnica ya que haymucho dcspcrdicio dc matcria prima).4. Con un baiio en acrosol dc la solución acuosa, esta se adhiere de tal forma (como líquidopulverizado dcspuds de pasar por la valvula del aspersor o boquilla del aplicador) que quedapcrfcctamcntc vidriada la pieza. Su única dcsvcntaja es que esta técnica implica un equipo máscostoso para la aplicación del vidrio.25

Producci6n de vidrio sin plonlo, a baja ten~peratura para recubrimiento de piezas ceramicas.Ventajas de Ins fritas:Densidad uniforme en toda la película cubierta.Su fundición es lcnta y gradual dando iguales características en todos los puntos.0 No se prcsentan reacciones de deshidratación ni desprendimiento de carbonatos ya que éstas sedieron durante la primer cochura (cocción).Su aplicación es fácil y puede hacerse en solución acuosa.Desventajas de la frita0 La ímica desventaja que se puede prcsentar durante la aplicación es la formación de capaspnrcialmcntc mis grucsas cn cicrtos lugarcs dcl sustrato. Esto dcbido a la scdimcntaciónprovocada por una mala aplicación antes del segundo calentamiento.1.2.3. Materias primas de los vidriosLos materiales que se emplearon heron aquellos que estructuralmete contribuyeron a laformación de vidrios de boro-silicatos con pequeñas intervenciones de otros óxidos(modificadores y coformadores) para abatir el rango de reblandecimiento cumpliendo así elobjetivo principal de la experimentación.Brevemente se muestra una lista de la materia prima que se utilizó.2Tabla 1-7. Lista de materialesNombre comúnF6rmulaFeldespato de sodioNa20.AI2O3.6SiO2Feldespato de potasioK20.AI203.6Si02Bórax pentahidratadoNa20.2B203.5H20Carbonato de calcio (blanco de españa)Caco3Oxido de silicio (sílice, cuarzo, pedernal)si02Caolín2Si02.AI203.2H20Oxido de magnesio (magnesia)MgOOxido de zincZnO1.2.4. Proceso bisico de obtención de un vidrio para fritarDentro del proceso de obtención de un vidrio mencionaremos las siguientes etapas:l. Mezclado de las materias primas2. Horno de fundición de materiales3. Enfriamiento del vidriado4. Molienda dcl vidriado5. EmpacadoLas propiedades flsicas y quirnicas de estos materiales se encuentran en el apendice A.CAPITULO 1, Ih’’1ROI)UCCIi)N 26

B203.Si02Producci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasDicho proceso es representado en un diagrama de bloques:FormadorCofonnadorModificadorDentro de la etapa del horno de hndición , las reacciones químicas comprendidas se puedenresumir:A1203 + aSiO2 -------- >A1203.aSiOzALUMINA + SILICE -------- >ALUMNOSILICATOAl203. bSi02 + Caco3 -------->Al203.bSiOZ.CaO + C02(,,Al203.cSiO2.CaO + Na2C03 ------- >A~~O~.CS~O~.C~O.N~~O+ COZ(,, + H203VIDRIOB203 + si02 "-+Reacción para los formadores devidrios de boro~ilicatos~Los gases desprendidos y el peso del producto se analizaran con detalle en el capítulo 3 del trabajo, dentro de 10s balancesde masa.El 6xido de boro como el 6xido de silicio se obtienen de distintas materias primas, como se vera en el capitulo 2.CAPITULO 1. INTRODUCCl¿)N27

Produccibn dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas ceramicas.Planta {le ProtlucciúnTentativamente proponemos que la planta de producción se encuentre en un lugarestratégicamente situado, de tal manera que cuente con diversas ventajas tanto delmercado como productivas.Se busca que el lugar cuente con proveedores que surtan materia prima barata, que cuentecon los principales servicios (luz, agua, gas, drenaje, teléfono, etc.) y vías de comunicacióncercanas; que no exista una competencia directa, y sobre todo, cumpla con lasrestricciones ecologistas para evitar daños al medio ambiente.En base al análisis de gráficas, determinamos que la posibilidad más factible, se encuentraen el Estado de México.’1.3. ConclusionesEntre los alios de 1970 y 1988 se observa un crecimiento paulatino en el número deestablecimientos, principalmente familiares, con un determinado número de integrantes noremunerados, con buena producción y gastos excesivos, esto les produce regularesingresos, y contribuye ayuda a la expansión de esta rama.Entre 1988 y 1993, se presenta un “cambio”, debido principalmente a la apertura demercados, a la facilidad de créditos, provocando un crecimiento excesivo en el número demicroempresas que se dedican a esta actividad, mostrando una gran producción, grandesingresos e igualmente grandes gastos. , ’\Durante el desarrollo teórico de esta primera fase de la investigación, elaborar un vidrioespecífico para recubrimiento cerámico, con la característica principal de la ausencia deplomo, presenta ciertas dificultades, ya que podemos decir que existe una serie decombinaciones eutécticas en la elaboración de este producto, un tanto empíricas. Laimportancia de seleccionar adecuadamente las combinaciones requiere para el estudiante yel investigador una ardua tarea de análisis químico, cuantitativo y cualitativo, en el área delas ciencias de materiales y química del estado sólido.Podemos concluir que si es posible elaborar un proceso de vidriado con tales condicionesque permita a nuestros artesanos mexicanos trabajar sin ningún peligro para su salud y lanuestra.Dentro del capitulo 3 se demostrara que ademas del Edo. de Mexico, tambien Puebla y Morelos cumplen con las ventajaspreviamente mencionadas.CAPITULO I . INTIIOI)UCCI~N 28

CAPITULO 2FORMULACIONES DE VIDRIOS (FRITAS) SINPLOMO, A BAJA TEMPERATURA Y PRUEBAS ALOS MISMOS““Probemos ahora a hacer unos seres obedientes,respetuosos, que nos sustenten y alimenten. As1 dijeron.Entonces fue la creacidn y la formacidn. De tierra, de lodohicieron la came del hombre. Pero vieron que no estaba bien,porque se deshacla, estaba blando, no tenla movimiento, notenla fuena, se cala, estaba aguado, no movla la cabeza, lacara se le iba para un lado, tenla velada la vista, no podla verhacia at&.Al principio hablaba, pero no tenla entendimiento.Rdpidamente se humedecid en el agua y no se pudosostener.”Fragmento del Popo1 Vuh.

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas2.1. Introducción a la fase experimentalDentro de esta segunda fase del proyecto, se presentan los experimentos necesarios para laproducción de vidrios que cumplen con el objetivo general de dicho trabajo, así como laspruebas necesarias que den valor a dichos productos inorgánicos.Se muestra el desarrollo experimental dividido principalmente en dos etapas:La formulación y preparado de los vidrios (fritas).Pruebas fisicas y térmicas con los mejores vidrios.Para la formación de vidrios como los realizados experimentalmente en el taller de cerámicafueron utilizados óxidos de sílice (SiOl) y de boro (B203) como los formadores del retículovítreo, se usó el óxido de aluminio o alúmina (Al203) como un cofornzador y finalmenteálcalis u óxidos de alcalinos y alcalinoterreos mazo, K20, CaO, etc.) como nzod$cadoresde la red estructural.La investigación en hentes bibliográficas nos auxilió para ubicar nuestros experimentosdentro de una gama mas cerrada y poder realizar éstos, cumpliendo con las restricciones dela contribución de cada óxido tanto química como fisicamente (tensiones superficiales).Estas son piezas fkdamentales en la formulación de cualquier vidrio, ya que entran en juegotodas las interacciones entre elementos de los tres agentes (previamente mencionados) quedan origen a los vidrios.LOS exámenes de viscosidad, tensión superficial, gradiente térmico y dilatometría aplicado alos vidrios muestran la gran variedad de resultados que se pueden obtener en cuatroaspectos importantes:1 .- Para distintos vidrios a una misma temperatura y prueba.2.- Para distintos vidrios a diferente temperatura en la misma prueba.3.- Para el mismo vidrio pero en diferentes barros a una misma temperatura.4.- Para el mismo vidrio con diferentes barros a diferentes temperaturas.Debido a que el sustrato que recibirá el producto es un barro o arcilla artesanal, fueincorporado un capitulo para la familiarización de algunos términos con el lector.cd'i?'uLo 2. FASE CSPERIMENTAL 31

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas2.2. Breve estudio a barros y arcillas2.2.1. TerminologíaLas arcillas son la materia prima principal de los maestros alfa.reros, con estas se creanpiezas que van desde un plato hasta hermosas esculturas artesanales. Definirlas representa unproblema, ya que el termino arcilla es diferente para el ceramista, el geólogo, el edafólogo 0el fabricante de ladrillos, pero por lo regular se entenderá como:B~WOS: Masa resultante de la mezcla de tierra y agua. Arcilla que utilizan los alfareros.Depósito de sedimentos en los fondos oceánicos. Lodo.Arcilla: Roca sedimentaría pulverulenta, formada por partículas muy finas de minerales delgrupo de los silicatos de aluminio, que contiene también hierro, m&nesio, potasio, calcio ysodio. Los tres tipos principales de arcillas son: caolinita, nzorltmorillonita e illita. Poseenpropiedades características como la plasticidad, la posibilidad de absorber agua y deconservar la forma después del secado y de la cocción. Las arcillas en masas considerablesforman rocas sedimentarias de origen marino, fluvial, lacustre o proceden de alteraciones defeldespatos. Si contienen importantes cantidades de carbonato de calcio, se llaman margas;si están constituidas por caolinita, sirven para la fabricación de porcelanas y cerámicas. Lasarcillas repactarías, a un elevado punto de fusión, se usan para materiales refractarios yen hndición. Las arcillas conzzmes, de elevada plasticidad, se emplean para ladrillos ycerámica de barro cocido; las arcillas desechables, susceptibles de absorber mucha agua,sirven en muchas industrias: para el desengrasado de las lanas, el refinado de minerales,vinos, etc. La arcilla se deriva de la desintegración del granito y otras rocas feldespáticas ode pegmatita que, al descomponerse, depositan partículas de alúmina y sílice. Estos dosidtimos minerales, combinados con agua, forman arcilla pura, cuya composición se expresaquímicamente como N203.2Si02.2H20. Esta es una fórmula ideal, pues casi todas lasarcillas contienen alguna impureza, y son éstas y las variaciones en la fórmula lo que explicalas diferentes características de los numerosos tipos de arcillas.Una de las características más específicas y valiosas de la arcilla es su plasticidad; a menosque una arcilla mantenga su forma mientras se moldea, resulta un material inútil. Este factordepende de la finura o tamaño de las partículas. En la formación geológica de la arcilla, elmaterial que se descompone es el feldespato más blando y más soluble de la roca granítica,separándose partículas de alúmina y sílice, y por esta razón las partículas de arcilla son muypequeñas. Un grano fino de arena tiene un diámetro de 0.005 cm. Esta cifra es enormecomparada con una partícula de arcilla, cuyo diámetro es de 0.7 micras y su espesor es de0.05 micras. La estructura natural de una partícula de arcilla corresponde a una forma planade tipo hojuela, y las partículas tienden a resbalar unas sobre otras, aun cuando mantienenuna buena cohesión entre sí, tanto en su estado plástico como después de haber secado lapieza. En comparación con estas partículas, incluso los minerales más finamente molidosestán constituidos por cristales granulares grandes que no pueden mantenerse unidos.cApimm 2. FASE EXPERIMENTAL 32

Producción de vidrio sin plomo, a baja tetnperatura para recubrimiento de piezas cerámicasMcnurfaclwa del cuerpo cexíntico. La elección de la arcilla der-nde de sus propiedadesplásticas, lo que prefieren la mayoría de los cerámistas es hacer unamezcla de arcillas con elfin de obtener un mejor resultado con el barro preparado, a manejar un solo tipo de arcilla.Como se explicó anteriormente las arcillas tienen la particularidad de absorber agua, y porconsiguiente formar una masa plástica que puede ser manipulada con facilidad. Una vez quese prepara una pieza, se deja reposar, obteniendo un secado que elimina parte de la humedadresidual en acción con medio ambiente. Seca la pieza se procede a su cocción; el cuerpocerámico es colocado en el horno, y se hace incrementar su temperatura hasta unos 850 "Ccon un crecimiento de 6 "C a 10 "C por minuto según el tipo de barro que se trate. Duranteel proceso de cocción se llevan a cabo varios procesos fisico-químicos que a continuación seexplican.2.2.2. Proceso de cocciónDurante el proceso de cocción de un cuerpo cerámico, a medida que la temperatura vaaumentando tienen lugar los fenómenos siguientes:Hasta poco más de 100 "C, se presenta la eliminación del agua higroscópica, es decir, dela humedad residual, cuando el secado no ha sido absolutamente perfecto -y es dificil queel secado sea siempre perfecto- o si el cuerpo ha reabsorbido del ambiente exterior en eltiempo transcurrido entre la salida del secadero y la entrada al horno.Hasta unos 200 "C aproximadamente, se presenta la eliminación del agua coloidal ointerlaminar, o también zeolítica, o sea el agua que permanece ocluida entre las partículasincluso después de un buen secado.Entre 350 "C y 650 "C, se da la combustión de las substancias orgánicas que la arcillapuede contener en mayor o menor proporción, además de la disociación de los sulfuros ylos sulfatos.Entre 450 "C y 650 "C, la descomposición de las materias arcillosas con liberación enforma de vapor, del agua de constitución (que, como se sabe, está combinadaquímicamente en la caolinita, constituyente hndamental de las arcillas, junto con la sílicey la alúmina).A la temperatura de 575 "C, se produce una brusca transformación de la forma cristalinadel cuarzo (concretamente transformación alotrópica de cuarzo) [9 y lo], acompañadade un repentino aumento de volumen, de un valor aproximado del 8%.Entre 800 "C y 950 "C, la descomposición de los carbonatos (calizaliberación de COZ.y dolomita), conDe 700 "C en adelante, las reacciones químicas de la sílice y de la alúmina con elementosfilsiblcs, reacciones que dan lugar a la formación de silico-aluminatos complejos, loscuales comunican al cuerpo cerámico las propiedades de dureza, estabilidad y resistenciaa los diferentes agentes fisicos y químicos, así como la coloración deseada; de esta forma

I’roduccicin de vidrio sin plomo, a baja tcnqxratura para recubrinliento de piezas cerámicasse ha logrado la llamada sinterización. Hasta una determinada temperatura, el cuerpocerámico resulta todavía poroso, debido a los huecos dejados po~.”a liberación del agua,por la combustión de las sustancias orgánicas y por la descomposición de los carbonatos.8 Por encima de los 1000 “C, y a temperaturas diversas que dependen de su composición,los sílico-aluminates empiezan a reblandecerse y a fundirse, formando una especie devidrio que, al englobar las partículas menos fusibles, comunica al cuerpo cerámicoparticular dureza, compacidad e impermeabilidad, acompañadas de sensible contracción;este es el fenómeno que recibe el nombre de gresificación.* En la segunda cocción de esmaltado o vidriado, se verifica tan solo el reblandecimiento ydespués la fusión más o menos completa de la capa de esmalte, acompañada de lasreacciones de los componentes coloreados con el esmalte de base.e Cuando ha sido alcanzada temperatura máxima (temperatura de cocción) el cuerpocerámico se va enfriando con más o menos rapidez manteniendo sus características (salvotransformaciones de la estructura cristalina de algún componente, como la sílice nocombinada), con solidificación del eventual revestimiento, hasta llegar a una temperaturatal que permita su extracción del horno y manejarlo sin que sufra daños.2.2.3. Caracterización de los barros por dilatometría.Al no existir una particularidad de tipo universal, cualitativa o cuantitativa, que permita unreconocimiento más específico de los barros, se caracterizaron principalmente por sucoeficiente de expansión térmico, de esto, se obtuvo un rango de aplicación que englobó a lamayoría de los barros de México, logrando así, ajustar un vidrio con un coeficiente deexpansión similar.2.2.3.1. El dilatómerto.El dilatómetro es el nombre que se le da a un conjunto de equipos: horno con censores detemperatura y longitud desplazada, un traductor de señales horno-computadora-horno, yuna computadora con el softtwnre que permite la medición.Horno: es un sistema de termopar, barra censora, soporte (estas dos últimas partes sonhechas de Alúmina), tornillo micrométrico, y resistencia.Controlador: Es un equipo traductor de señal, que codifica y descodifica las decisiones delmicroprocesador y las acciones del horno.Computadora: Este equipo añadido al software que se encarga del control, es unaherramienta poderosa que permite desde, el control, hasta los cálculos posteriores sobre lamedición hecha; datos que interesan a nuestra segunda parte del proyecto.2.2.3.2. hledición en el dilatónletroFabricaci6n de las probetas (barritas) de barro. Se elige el barro a medir, se moldeahasta obtener un cilindro de 40 mm a 50 mm de largo por 5 nlm a G mm de diámetro, se

Los coformadores de la red son los óxidos que pueden sustituir a un cierto número deforrnadores de retículo para que formen su propia red. Su uso también está restringido parano alterar las propiedades de los vidrios a realizar. El coformador c-tilizado fue la alúmina(A1~03).2.3.2. FormulacionesItItcrllnIo de ncciótl.Para obtener un vidrio con la certeza de que reblandecerá a menos de 1000°C, que cumplacon ciertas propiedades fisicas y químicas y además que pueda sustituir a los vidriados conplomo, fue necesario encontrar las restricciones de cada óxido utilizado en cadaformulación.Tabla 2.2.I1.5 Da un poco de opacidad3 Aumenta la resistencia y químicamecánicacntre 40 y 55 Es el formador del vidrio10 Aumenta la resistencia auímica20 Abate la temperatura de fusión I10 Aumenta la resistencia mecánica15 Proporciona brillo y abate temperaturade reblandecimiento I20 I reduce el intervalo de hsión IDe igual forma sc cncontraron limitacioncs en cuanto a la tensión superficial1 Óxido I Factor INazOK2O1.5o. 1CaO 4.8A1702 6.2I SiOz 3.4 I1 1 1zno 4.737

Experimentalmente se comprobó que la formulación del vidrio puede llegar a excederse en lacontribución de un óxido, siempre y cuando no sea tanta dicha diferencia con el por cientopeso anunciado en la tabla 2.2. La información de la tabla 2.3., es más rigurosa, ya quetambién experimentalmente se llegó a la conclusión que todo vid :3 que rebase las 300dinas/ctn nunca reblandecerá a menos de 1000 "C aunque este perfectamente formulado ylos por ciento peso de cada óxido estén en el intervalo correcto. Por lo anterior, el trabajosolo presenta aquellos vidrios cuya formulación si cumplió con las limitaciones anteriores(de la frita 6 a la 10).Los resultados de la contribución de cada óxido para la formación de un vidrio recibe elnombre de formulación. Éstas deben ser escritas por lo menos de tres formas distintasdependiendo con qué dato se cuente al principio de la formulación: por ciento de materiaprima, por ciento en peso de óxidos y/o fracción mol.Las fritas que se probaron son expresadas de las tres formas anteriores obteniendo así sudesarrollo y resultados particulares:Nota. Solo se explicara con detalle la formulación de una frita, ya que todos los cálculos estequiometricosson similares para todas éstas, además que se cuanta con el programa en visual basic (calcfrit,exe) que fuealimentado con constantes (pesos moleculares y fórmulas) para el fhil manejo de formulaciones (ver laayuda del programa sobre el símbolo de la UAM).Materia prima.Feldespato de sodio. 20% (peso)Carbonato de calcio 10% (")Bórax. 35% (")Sílice. 30% (")óxido cie Zinc. 5% (")Obtención de la contribución de cada óxido por materia prima.0 Fcldespato de sodio: Na2O.AI2O3.6SiO2 P.M. = 524.45 gr/molNa20: 20 gr (62 gr/mol / 524.45 gr/mol) = 2.36 gr de NazO dentro del feldespato de sodio.A1203: 20 gr (10 1.96 gr/mol / 524.45 gr/mol) = 3.89 gr de A1203 dentro del feldespato de sodioSi02: 20 gr (6)(60.06 gr/mol / 524.45 gr/mol) = 13.74 gr de SiOz dentro del feldespato de sodio.e Carbonato dc calcio: Caco3 P.M. = 100 gr/molCaO:I O gr(56 gr/mol / 100 grimol) = 5.6 gr/mol de CaO dcntro del carbonato de calcio.38

Producción dl: vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicase Bórax: Na20.2B203.5H207 P.M. = 291.3 gr/molB203: 35 gr (2)(69.62 gr/mol / 291.3 gr/mol) = 16.80 gr de Bz03 dentro del bóraxNa20: 35 gr (62 grhol / 291.3 gr/mol) = 7.45 gr de NazO dentro del bórax0 Sílice: Si02 P.M. = 60.06 gr/molSi02: 30 gr (60.06 gr/mol / 60.06 gr/mol) = 30 gr de sílice (sc tienc directamente como óxido enel taller de cerámica).0 Óxido de zinc: ZnO P.M. = 81.37 gr/molZnO:5 gr (8 1.37 gr/mol / 8 1.37 gr/mol) = 5 gr de óxido de zinc (de igual forma, se cuenta comoZnO esta materia prima).PESO TOTAL = 84.84 gr de óxidos1* Sumando todos los óxidos iguales y dividiendo entre el peso total se obtiene lacontribución en peso de cada óxido (por ciento peso), después se divide entre el pesomolecular de cada óxido para obtener el número de moles y por último también se puedesaber las fracciones equivalentes en base al número de moles de álcali (modificadores quefunsen como reactivo limitante dentro de la sinterización).2" Otro punto importante dentro de la formulación es el análisis cualitativo de la tensiónsuperficial de cada frita. Esto se consigue desglosando el por ciento peso de cada óxido ymultiplicando dicho por ciento con su respectiva tensión superficial (didcm). Para la frita 6se tiene (ver tabla de contribuciones de tensiones superficiales):' El agua se omitird en todos los cdlculos estequimetricos debidoa a las altas temperaturas en el interior del horno (el agua nocontrrbuye a la forrnaci6n del reticulo).CAPl?'L'I,O 2. FASE I~SP13I1IL~II':NTAL. 39

Produccihn dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerimicnsSi02: 51.55 (3.4) = 175.27 didcmAl203: 4.58 (6.2) = 28.39 didcmB203: 19.80 (0.8) = 15.84 didcmNa20: 11.56 (1.5) = 17.34 din/cmCaO: 6.6 (4.8) = 3 1.68 didcmZnO: 5.88 (4.7) = 27.63 didcm296.15 din/cm40

Producción dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasSílice = 23.89Bórax = 57.94Caolín = 8.21decalcio = 9.94Si0227.71 36.14 1.16 1.54B203 36.29 27.82 1 .o 1.33A1203 4.22 3.24.lo6 0.08CaO Carbonato 5.56 7.25 0.25 0.33. . . . . . . . . . .. . . ....... ..., . . , . ..' ... ...'. . ... . .. ''.;.::?:;, . . . ... .12.33 16.081 0.5 0.66Na20Tensión supcrfícial = 237.00 din/cmMatcria Prima(%necesariopara 100 gr)Feldespato depotasio = 20Carbonato decalcio = 10Bórax = 35Caolín = 5TABLA 2 !. 8. RESULTADOS: Frita Drueba No. 10ComponenteK204.00 I 3.37 I I I19.90 I 16.73' I 0.24 I 0.94 I53.20 45.26 0.75 2.94 -8.86 7.45 0. 12 0.476.69 I 5.63 I 0.05 I 0.19 ITensión superficial = 283.93 didcmIIIm. Ya con una base fija de 100 gr por cada frita, facilmente se pueden hacer la cantidad de materiamayor o menor a Csta debido a la relaci6n estequiométrica que guardan los 6xidos.Haciendo uso de un diagrama trifásico los vidrios formulados pueden quedar en una zonaautorestringida por las formulaciones sin plomo y con bajo punto de reblandecimiento, estoses, que los vidrios que aún no se han preparado, estarán dentro de esta zona o enporcentajes circunvecinos a ésta.Las esquinas del triángulo (% peso) son los formadores de -'retículo (Si02+B203),coformador (A1203) y los modificadores (la suma de los álcalis mas ZnO) como se muestraen la figura 2-3.41

Produccibn de vidrio sin plotno, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerimicasCoformadomA1203B2O3 + Si02FormadorcsNa20 + K20 +tCaOModificadoresFigura 2-3. Diagrama trifisico para la fornwlaciones 6, 7, 8, 9, y 10La figura pasada dio origen a la estructuración del programa (calcfrit.exe) para el cálculo de lasfritas ya que el principio de ambos son exactamente el mismo.CAPí'I'ULO 2. FASE EXPERIMENTAL 42

~ ~~~~ ~Produccicin de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas2.3.3. Diagrama de bloques de la experimentaciónFormulación de la frita Mezcla de óxidos (fornladores, -y pesadocof. y mod. de retículo)Enfriamiento silbitoen agua a telnperaturaambiente (frita cruda)Primer calentamiento o fundición demateria prima (formación del retículo)*PMolienda de la fritahasta malla 300Segunda cocción del vidrio en su punto dereblandecimiento (aprox. 750-950°C)gradimtc témico tensión superficial dilatometría*En esta etapa se dcbc tmcr cuidado con cl dcsprcndimicntodccarbonatos (descomposicióndclCaCO3 en CaO f COZ). Para ello se da un incremento de 10 "Urnin hasta 550 "C y después unadisminución de 5 "C/min.2.4. Pruebas a los vidrios formuladosObjetivo particular.- Estimar las propiedades fisicas que asegurEn la calidad del vidrioproducido en la primera parte de la fase experimentalLas condiciones y propiedades básicas de los vidriados como capas finas depositadas sobresuperfkies de pastas hacen que éstas sean particularmente dificiles de investigar. Por esta razónmuchas investigaciones se hacen sobre piezas de vidrio fabricado a partir de la carga del vidriado.

I'roduccih de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasSin embargo, la información así obtenidapropiamente dichos.no es completamente aplicable a los vidriadosExisten dos razones importantes:1. En primer lugar, la composición de un vidriado "maduro" no corresponde exactamente a lacalculada a partir de la carga debido a pérdidas de constituyentes por volatilización. y también ainteracción con la superficie del cuerpo.2. En segundo lugar, las propiedades de una capa fina de vidrio no son completamente iguales alas del vidrio en masa, y así, por ejemplo, la resistencia a la tracción aumenta cuando se reducenconsiderablemente una o más dimensiones. A esto se debe añadir la contracción fisica impuestapor la adherencia a la superficie de la pasta.2.4.1. Pruebas de ensayo pari1 vidriosLas pruebas que se emplean para la caracterización de fhtas y vidrios son:1. El comportamiento térmico en series de gradiente2. La tensión superficial3, La viscosidad.A continuación se describen brevemente cada una de ellas.1.- El comportamiento térmico en series de gmdiente se emplea para determinar tanto latemperatura de reblandecimiento, como su transparencia, brillo, dureza y fisuras (cuarteado)formadas sobre el sustrato. Esta prueba consiste en aplicar una película de 1 a 3 mm de espesorde la cifia indicada en forma de suspensión en agua sobre placas de barro de 5 x 5 cm, queposteriormente se someten a calentamiento para cada gradiente indicado, dentro de un intervalode temperatura (850-950 "C). Estas propiedades se determinan en forma empírica, es decir, porsimple observación (fig. C-2).2.- La viscosiu" del fluido en el intervalo de fisión, es una de las propiedades del vidrio (fiitas),que lo distingue de los cristales que pasan de sólido a líquido en un corto intervalo detemperaturas. Los cambios graduales de viscosidad de los vidrios al aplicarse para formarvidriados, permite la permanencia de películas estables en la pasta.La viscosidad en la tradición cerámica se estima en términos empíricos colocando un botón devidrio de un diámetro 4 mm y altura de 5 mm determinados enla concavidad de un bloqueinclinado a 45", luego se calientan a un rango de temperatura determinado. Los resultados semiden en función del escurrimiento que presentan (figura 2-5 y C-3).44

Producci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasFigura 24. Pruebas de viscosidad (vista lateral y hnlal).Entre más grande es la longitud del escurrirniento, más baja es la viscosidad. La viscosidad delvidrio debe ser lo bastante baja para que las burbujas en el vidriado puedan escapar y que lasuperfície quede en un plano liso. Tampoco debe ser excesivamente fluido para que el vidriado noforme superficies de un amplio espesor, que provocarán tensiones en la pieza.3.- La tensidn sqmficial de un vidrio hndido es la fuerza que hace que el vidriado puedacontraerse en forma de esfera si no lo entorpece la superficie que lo sustenta y una viscosidaddemasiado baja. Por ello las fritas con gran tensión superficial se extienden con dificultad sobrelas superficies planas de la pasta cerámica, mojándolas mal. Si sobre una pasta cerámica coincidenuna capa de vidriado con una elevada tensión superficial, alta viscosidad y mala adherencia, éstano fhde para formar una capa lisa y coherente, sino que contrae formando islas y gotas. Estedefecto se puede eliminar elevando la temperatura. Cuando más baja sea la tensión superfjcial dela cifi-a fundida, tanto más regular será la capa del vidriado y más lisa e inclusive más brillanteresultará la superficie del vidriado solidificado. La tensión superficial se mide relativamentecolocando un botón de vidrio, de un diámetro y altura determinados, sobre un bloque que secalienta a una sene de temperaturas, los resultados se expresan en hnción del diámetro quealcanza el botón fkndido (figura 2.5 y C-4).Entre más grande es el diámetro del cuerpo de ensayo fundido, menor es la tensión superficial delvidrio. Las dimensiones de los botones tanto para las pruebas de viscosidad como de tensiónsuperficial de las htas y del vidrio de óxido de plomo y sílice heron de '7.5 m de diámetro y 6mm de espesor con un peso de masa de 0.3417 gramos aproximadamente.45

Producci6n d~ vidrio sin plotno, a baja tctnperatura para recubrimiento de piezas cerámicasA las cinco fkitas preparadas, se les evaluó el comportamiento térmico en la superficie delsustrato, la tensión superficial y la viscosidad, dentro de un intervalo de temperatura convenidoque he entre 850 y 900"C, con gradientes de 50 "C.Después de aplicar las pruebas de ensayo se realizó la selección con las fritas que reportaronmejores resultado. Las cuales heron las fritas número 7, 8 y 9.2.4.2 Pruebas de dilatometria a los vidrios formulados.Fohriccrcichr de /os yrdetns (ci/i~?dro.y? de vidrio.Se elige el vidrio que haya dado buenos resultados con las pruebas anteriores, previamentemolido se coloca en un crisol, el cual se introduce al horno hasta 950°C a 10 grados porminuto, luego se vierte en los moldes, una vez enfriado se esmerila hasta lograr un cilindrode 40 mm a 50 mm de largo por 5 mm a 6 mm de diámetro.Homo.Al igual que en barros y arcillas, en el horno se monta el sólido.Trad~rctor.El traductor de señal se programa de igual forma que en la dilatometría de barros, pero condiferentes parámetros.Co~~t~*oIndor.El software que se maneja, he programado con una temperatura inicial de 25 "C, unatemperatura media de 570 "C y una final de 25 OC, su rampa de calentamiento, así como deenfriamiento, heron de 10 OC/minuto, con aire por atmósfera, y alúmina como patrón decomparación, el tamaño del cilindro, y otros parámetros de identificación son particularespara cada tipo de vidrio.Proceso LIC itqwcsih~ de wsu1tdo.s.Al terminar el proceso de medición, se imprimieron las gráficas que a continuación semuestran.46

.. ., . . . . - . . . . . . . . .4 i 2.iIiL.Iia-I__."""_.^._.f7?,..". a-

21...551 "C/ Q... 55 mi3

hh. zrm' 10.0579o. 50O000.0O0.000000.000.000904.901.54.001.50.000,00.0013.0c),c!00.0/ hh.mn!.55.550.990,oo0.00

580400300200

.......... - ..... ..... ..... - ...... "I....- .- .- .1............lC.957 '3c?.C?oCCC!3... , ... L ...... . ._C.0oc.zc228A nnT. "V1.5.EEJJ. J IE7iIc.'39'3.0c.009.0"."Q.Q0O.C0.ZCl?.cc!C.CII

500400300t 000

Production de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimicnto de piezas cerámicasResultados y anhlisis de las pruebas de dilatometríaDe estas gráficas podemos obtener los siguientes datos:a los vidrios formulados.7 1.0696E-05 I "C 1.7256E-05 I "C8 9.5076E-O6 / "C 1 S726E-05 / "C9 9.6058E-06 / "C 1.451 OE-05 / "C10-Las fritas 6 y 10 presentaron mayor dureza, esto impidió que se realizara lamanufactura del cilindro. Las fritas 7, 8 y 9, se probaron hasta una temperatura máxima de570"C, ya que después de esta, la pieza se reblandece de tal forma que podría dañar elequipo.Obtención de los coeficientes de expansión para vidrios teóricamenteAppen [Appen, A.A.: Chemie des Glases. 2. Aufl. Leningrad: Verlag Chemie 19741propone la siguiente ecuación a = a pl + a 2p2 + a 3p3 + ... + a .p, = C a ;pi , donde pi esel por ciento peso de los contribuyentes. A continuación se muestran las ai para algunoscomponentesF35dB203 -5.0...0.0a.Los valores en parkntesis son validos para vidrios binarios R20-Si02, El factor al de 46.5 solo se aplica a losvidrios que contienen 1116s del 1% de Na20, de otra fonna este ser& 42.0.bPara los vidrios quc conticncn BZ03, El crilculo para la porción Q sc dcbc rcalizar primero, donde lascsprcsioncs vicncn dadas en %mol.54

Produccion de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasQ = {([ Na20]+[K20]) + 0.7[CaO] + 0.3([MgO] + [ZnO]) - [&03]) / [&o31Donde se obtiene:an203 = -I .25 * Q para Q menor o igual que 4;an203 = -5.00 * Q para Q mayor que 4.c. asio2 = 10.5 - 0.1 * psi02 para porcentajes Si02 entre 100 y 67a si02 = 3.8 para porcentajes de Si02 menores de 67.Tomaremos como ejemplo la frita 9Tabla 2- 1 l.Componente Por ciento Molen la fritaSi0238.7338B20333.5621&o32.6689CaO8.3269Para el Si02 se tiene asi02 = 3.8Para el B203 se tiene aB203 = -0.73999Para el A l203 se tiene ccM203 = -3Para el CaO se tiene aca0 = 13Para el Na2O se tiene aNa20 = 41a(E+08 /OC) = 907.6388a = 9.07639 E-O8 PCTotal 100.000Tabla 2-12. Determinación teórica de los coef. de expansiónI 6 - I 7.901 /"C 97E-06 II 7 I 1.0696E-OS / "C I 9.2115E-06 / "C 18 9.5076E-O6 / "C 9.0765E-06 / "C9 9.60S8E-06 / "C 9.07639 E-C.: / "C10-8.972 E-06 / "CCAI'il'lJLO 2. FASE ESI'ERIhfENTAL.55

Co~~ciusior~es de diiafomefría.Podemos observar que las fritas 7, 8 y 9, pueden presentar buenos resultados al probarlos enbarros de la República Mexicana, debido a que su coeficiente de expansión se encuentra enel rango de los coeficientes de expansión para barros ya medidos.2.5 Resultados y análisis de éstosA partir de resultados obtenidos experimentalmente en las cinco fritas preparadas y de las cualestres de ellas con resultados favorables podemos decir que la preparación de fritas en ausencia deloxido de plomo es posible. Cabe mencionar que las dos fritas restantes si hndieron (como seesperaba) en el rango de temperatura establecido, pero las pruebas en ellas resultarondesfavorables para estas fomwlaciones.Tabla 2-13. RESULTADOS DE COMPATIBILIDAD DECOEF. DE EXPANSI~NVidrio No.f3mo No.(Ccef de expansión)27I (1.O966 :-5 IPC) (8.8159 Ed lPC)3(6.1237 Ed U0C)27(8.8159 Ed 1/"C)29(7.5005 Ed l/OC)(9.6058 Ed IPC)27(8.81 159 Ed IPC)29(7.5005 Ed 1 /T)56

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerhnicasPRUEBA DE ANÁLISIS TEMPERATURA "C BARROSI 850 900 I6 dknetro de gota (m) 8.5 9.8 10.8 3,7, 19,27tcnsión sllpcrficial (dtnas/cm) 296 295.5 294.8 3,7, 19,27longitud de cscurriniento (mm) 8.5 13.5 8.93,7, 19,277 &ámetro de gota (m) 18.6 21.5 24.6 3, 19,27,2912,tensión superficial (dinas/cm) 293 290.32 289.34 3,7,12, 19,27,29lonnitud de escurritniento(mm) 40.5 63.7 96.5 3,7, 12, 19,27,29I 8diámetro degota(mm)~ ~~~15.7 20 21.7 3,7, 12, 19, 27,29 Itensión superficial (dinaskm) 248 246.8 245.6 3, 7, 12, 19, 27, 29longitud dc cscurrimicnto (111111) 19 83.7 93.0 3, 7, 12, 19, 27, 29I 9 &ámetro gota de (nun) 14 18.5 20.5 3, 7, 12, 29 19, I 27,tensión supcrftcial (dinas/cm) 237 235.3 234.6 3, 7, 12, 19, 27, 29longitud de cscurrllnicnto (mm) 45.0 57.4 96.5 3, 7, 12, 19, 27, 29I 10 &ámetro de gota (nun) 6.5 6.6 6.8 3. 7. 29 19. Itensión superficial (dinas/cm) 283 282.8 282.0 3,7, 19,29lon.cih~ dc cscurrimiento (mm) 7.2 7.4 7.5 3.7. 19.29Todas las pruebas se corroboraron 4 veces para cada vidrio sobre el mismo barro.Ctll'ITO1,C~ 2. FASE I3XPIJRIhlENTAL.57

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas2.6. Conclusiones del capitulo 2.0 Los resultados que parcialmente se han estado presentando se agruparon en una tabla quereúna a aquellos materiales arcillosos cuyo coeficiente de expansión compagine con el delos vidrios.0 Las fritas 6 y 10 no presentaron resultados que puedan competir con el resto de las fritas(7, 8 y 9), pero su punto de reblandecimiento si está situado por debajo de los 950°C.El brillo de los vidrios (sobre las pruebas de gradiente) de todas las fritas (excepto la 10)fue el adecuado como para sustituir a los vidriados con plomo.El óxido de zinc abatió la temperatura de reblandecimiento en la frita 6, por ello aunquefue la frita con mayor tensión superficial, ésta fluyó mejor que la 10 que no contenía ZnO-aunque la 1 O presentó 13 didcm menos que la 6-.La contribución de algunos óxidos en cualquier red inorgánica puede contribuir alabatimiento o reducción en el momento de su fusión (entre otras contribuciones), perohasta un cierto límite dichas contribuciones pueden cumplir nuestros objetivos.58

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.OBJETIVO PARTICULAR 3Desarrollar el proceso industrial para la producción de un vidrio a bajatemperatura sin plomo, con base err la investigación y experimentaciónde los capítulos precedentes.3.1. Introducción al diseño y selección del equipo de proceso.Con los parámetros de acción y las características de los vidrios producidos durante eldesarrollo de la fase experimental, se iniciará la tercera parte del proyecto que determina .los aspectos primordiales en lapuesta en marcha de un proceso.La tecnología existente aplicada a vidrios es altamente desarrollada, ya que la mayoría delos equipos en distintos procesos se encuentran intimamente relacionados con eltratamiento de otros sólidos en la industria. Es por esto que el tercer capítulo estáenfocado más a la seleccion y adaptación del equipo que al diseño de éste.Esta selección se concibe analizando entre otras cosas:0 El diagrama de flujo del procesoe Características de la materia prima0 Caractcrísticas del producto0 Costos de equipo (compra, instalación, servicios y transporte)0 Producción deseada en unidad de tiempo0 Tipo de producción (batch, semicontinuo o continuo)0 Proveedores y consumidoresUbicación de la(s) planta(s)Basados en criterios científicos como balances de masa y energía, comportamiento desólidos, etc.; económicos como relaciones tiempo-dinero, pérdida-ganancia, rentabilidad,etc.; y sociales como aspectos ecológicos, impacto social (generación de fuentes detrabajo.), etc.3.2. Diagrama de flujo del proceso seleccionadoPor revisión del estudio de mercado (capítulo 1) se determinó un volumen de producciónde 500 kg de vidrio por día o bien, 10 toneladas de producto al mes -sin tomar lossiibados y domingos-. Está producción es considerando que no hay grandes pérdidas entreetapas y file dato fundamental para la estimacibn, cálculo, y selección de todos los equiposinvolucrados en la producción de vidrio a baja temperatura.CAPITULO 3. DISEÑO Y DESARROLLO 60

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.DIAGRAMA DE FLUJOPESADO...................... . . . . . . . .I ,..................... / I :'II..FUNDICI~NI ITRANSPORTE(Malacate)(3IIIIIIIIIIIIIl 1 ,CAPITULO 3. DISEÑO Y DESARROLLO 61

Producción dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerhmicas.3.3. Balances de materia y energía.La parte fundamental del diseño de equipos en cualquier área ingenieril siempre deben serlas relaciones entre lo que entra (reaccione o no) y lo que sale; hecho que quedarácomprobado en esta sección para los vidrios formados en el capitulo 2.Bnlclnces de tmterinCALCULO PARA PRODUCIR 10 TONMES DE VIDRIO1 O Todmes = 500 kddía ... sin contar sábados y domingos.500 kddía ... sin considerar el número de turnos o el tipo de jornadas.Frita prueba No. 6Dalos (9ó peso de materia prima)Feldespato de sodio = 20%Carbonato de calcio = 10%Bórax pentahidratado = 35%Sílice = 30%Óxido de zinc = 50/a100%Alimentación deNa20.A1203.6Si02 = 100 kg”-”primag materiaCOCOJ = 50 kgN020.213~03.51I~O = 175 kgSi02 = 150 kgZnO = 25 kgtVidrio No 6.SiO,=218700kgAlzol = 19 450 kgB201 - 81 OW kgNa,O =49 OSO kgCaO = 28 O00 kgZnO = 25.” kg423.500kg’ Los datos expuestos dentro de los balances de materia ya son considerando la nueva base de cAlculo a partir de las tablas deresultados de formulaciones contempladas en la seccibn 2.3.2. del capitulo 2 (columnas de % peso y peso/componente).CAPITULO 3. DISEÑO Y DESARROLLO 62

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas..Balance global de materia.ENTRADA -SALIDA = ACUMULACI~NEn nuestro caso, la acumulación es manejada como los gases que se desprenden de lamateria prima en calentamiento. Para nuestros vidrios, los gases son: el COZ que provienedel Caco3 y el H20 que proviene del Caolín (vidrios 7,8 y 9) y Bórax pentahidratado, bajolas siguientes reacciones.CaC03 CaO -t CO&) .. . a más de 550°CNa0.2B203.5W20 A Na0.2B2O3 + 5&0(v) ... a más de 120°C-2Si02.A1203.2H20 2Si02. A1203 + 2H20 ... a más de 120 "CPor lo que el término de desprendimiento se trata de la siguiente manera:Desp. = Ent. - Sal.=== 500 kg - 423.500 kg = 7 mOO kv de gaseslibres.Balance de materia por componente (comprobación del balance global).P(CaC03) = 100 gr/mol; 56 gr/molperderán:del CaO y 44 gr gr/mol del COZ, por lo tanto, seX kg C02 = (44 gr/mol x 50 kg de CaC03)/100 gr/mol del Caco3 = 22 kg de COZ(,, queno contribuye a la formación del vidrioDe igual forma se obtiene el agua evaporada en el interior del horno.Po36,.nx;) = 291.178 gr/mol; 61,978 gr/mol del Na20, 69.6 gr/mol del B103 y 18 gr/moldel agua.Y kg H20 = (5x1 8gmol agua x 175 kg del bórax)/291.178gr/mol) = 54.391 kg de aguaevaporada.CAPITULO 3. DISEÑO Y DESARROLLO 63

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para rccubrimiento de pieza. xrámicas.Por lo tanto, la cantidad de gases desprendidos resultara igual a (X + Y) kg = 76.391 kg.Comparándolos con los del balance global resulta:76.5 kg = 76.391 kg con un error del O. 142% (error atribuido al arrastre de cifrassignificativas).Los resultados anteriores no satisfacen la necesaria producción diaria, por lo que esindispensable volver a calcular la materia prima alimentada bajo las siguientes hipótesis.0 Para cualquier vidrio, la cantidad de gases que se desprenderán son muy significativos(hasta una quinta parte de la alimentación).0 Si solo se agregan más kg a la materia prima que pierde gases dentro del horno, laformulación cambiaría.Basándose en el punto anterior, los YO pesos originales se deben conservar, por lo quese volvió a recalcular la materia prima necesaria para 500 kg de producto, no 500 kg demateria prima (diarios).Con la relación estequiométrica lineal2 = (% de materia prima)(kg de gases sueltos)/( 100% de la formulación)se calculó la nueva adición de materia para conservar la misma relación formulada.Donde Y = kg que se agregaran a los kg iniciales del material de entradaVolviendo al vidrio No. 6, se tiene:Z(Si02) = (30% x 76.391 kg)/(l00%) = 22.917 kg Si02Z(Bórax) = (35% x 76.391 kg)/(lOO%) = 26.373 kg BóraxZ(Fe1despato de sodio) = (20% x 76.391 kg)/l00%) = 15.278 kg de Feldespato de SodioZ(Carbonato de calcio) = (10% x 76.391 kg)/(l00%) = 7.639 kg de CaC03Z(Zn0) = (5% x 76.391 kg)/(lOO%) = 3.820 kg de ZnOTabulando los preresultados del balance de materia para el vidrio No. 6 quedaría:Tabla 3.1Finalmente:IYO Peso I Corrección de la materia primaSi02 = 30% (22.917 + 150)kg = 172.917 kgBórax = 35% (26.373 + 175)kg = 201.373 kgI Fel. deNa. = 20% I (15.278 + 100)kg = 115.278 kg ICaC03 = 10%ZnO = 5%(7.639 + 50)kg = 57.639 kg(3.820 + 25)ke = 28.820 ke1CAPITULO 3. DISEÑO Y DESARROLLO 64

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de pieza.-:erámicas.Tabla 3. l. 1 MATERIAL, MhIMO NECESARIO PARA LA PRODUCCIóN DESEADAI DIA I 172.917 I 201.373 I 57.639 I 115.278 I 28.820 I 576.027 ISEMANAMES2880.135 144.100 576.390 23458.340 4026.7402305.560 1152.780 11520.540 576.400Nota: De igual forma que en el capitulo 2, solo se expone los cdlculos detallados para un vidrio y las tablas de resultadosde los balances de masa para los 4 restantes.Frita No. 7Sílice (Si02) = 24.24% I (122.1 + 28.149) = 150.249 kgBbras pcntnllidratndo = 59.22%) (296.1 + 68.263) = 364.363 kg, (10.55 + 2.432) = 12.982 kg(50.8 + 11.711) = 62.511 kgCaolin = 2.11%Carbonato de calcio (Caco3) = 10.16%Frita No. 8Gases liberados = 114.100 kg:H20 del caolín = 2.865 kgH20 del bórax = 89.600 kgC02 del Caco3 = 21.69 kg114.355 kg Error = 0.223%Tabla 3.3.96 Peso Correcciones dc materia prim,MgO = 4.0 1%Si02 = 23.91% (1Bbrns = 58%Caolh = 4.11%Caco3 = 9.05%(20.050 + 4.586) = 24.636 kg19.550 + 27.342) = 146.892 kg(290,000 + 66.326) = 356.326 kg(20.SSO + 4.700) = 25.250 kg(49.750 + 11.378) = 61.128 kgCAPITULO 3. DISEÑO Y DESARROLLO 65

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.Tabla 3.3.1. MATERIAL MíNIMO REQUERIDO PARA LA PRODUCCIóN DESEADA. &o, n /kg .''. B6rak /kg ..:.Caolin'/kg. 1 .' c;lco, kg' :" ': .T&A kg......DIA 24.636 146.892614.232 61.128 25.250 356.326SEMANA 123.180 734.460 1781.630126.25 305.G40 307 I. I60MES 492.727126.520 2937.84 505.00012284.640 1222.560.Frita No, 8 ,' &o./kg".:Frita No. 9Gascs desprendidos = 116.700 kg: H20 del caolín = 5.725 kgH20 del bórax = 89.500 kgC02 del Caco3 = 21.87 kg117.095 kg Error = 0.337%Tabla 3.4Bórax = 57.94%Caolín = 8.2 1%Caco3 = 9.94%(289.700 + 67.845) = 357.545 k(41.050 + 9.613) = 50.663 k(49.700 + 11.639) = 61.339 kTabla 3.4.1. MATERIAL MíNIMO REQUERIDO PARA LA PRODUCCIóN DESEADA. .E& NO, '9 . ; , . ,: $io2 &kg , .. , :. .._ , ~ 6rax kg,.. :' ' ; Caolín /kg 1 ',. .. c&oS kg I:::': .,I .Y'.:. ......!~oal~g:'':.~,~;. JDÍA 147.424 357.54550,663616.971 61.339SEMANA253.315 1787.725 437.120 3084.855 306.695MES7150.900 2948.4801226.780 1013.260 12339.420Frita No. 10Gascsdesprendidos = 79.8 kg: H20 dcl caolín = 3.485 kgH20 del bórax = 54.050 kgCOZ dcl Caco3 = 22.000 kgt .' '79.535 kg Error = 0.332%Tabla 3.5.%Pesa C C J m x"' " "' "'Fcl. de potasio = 20%(I00 + 15.907) = 115.907 kgi ~Caco3 = 10%(50 + 7.954) = 57.954 kg ,Bóras = 35%(175 + 27.837) = 202.837 kgSi02 = 30%(150 + 23.861) = 173.861 kgCaolín = 5%(25 + 3.977) = 28.977 kg' "' """ "" "" "" ""' ' ' " ' ',' " "'II66

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.condondeYdondepor últimodondeW= Ws+WfWs : Trabajo de ejeWf : Trabajo de flujoWf= PeVe - PsVs = -APPe,Ve : Presión y Volumen a la entrada.Ps,Vs: Presión y Volumen a la salida.AP: Cambio de presión interna.H=U+PVH: Entalpía específicaU: Energía interna específicaP: Presión internaV: Volumen específicoPara encontrar el cambio de Energía interna se hace:(Hs - He) = (Us- Uc) + ( PsVs - PeVe)y se obtienedondeAU = AH - APVHs, He: Entalpía específica a la entrada y a la salidaUs, Ue: Energía interna específica a la entrada y a la salidaPs,Vs: Presión y volumen a la salidaPeVe: Presión y volumen a la entradaAU: Cambio de energía interna específicaAH: Cambio de entalpía específicaAPV: Cambio de presión y volumen específicoSustituyendo estos conceptos en El se obtieneAH - APV + AEk + AEp = Q + Ws - Wfporconsiguiente AH+AEk+AEp=Q+WsPara el trabajo flujo dePara la energía cinéticaPara la energía potencialws=oAEk = OAEp = ONos quedaAH= Q...................... (EaC~U’ITIJLO 3. DISEÑO Y DESARROLLO68

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para rccubrirniento de piezas cerámicasEste AH es la evaluación del cambio de energía por la reacción, aunado al arreglo vítreopresentado por el producto a altas temperaturas, despreciando los cambios de entalpía porel mezclado nos queda:CnHsnlida - Cficntrada + AHrcacciÓn QLa materia sufre las siguientes transformaciones:Na2O + Al203 + 6Si02Ca03 +CaO +COZNa20.2B203.5H20 -+ Na2O + 2B203 + 5H20Na2O.Al203.6Si02 -+Los óxidos sufren las siguientes reacciones:Na2O + Si02 + Na2 Si03Al203 + Si02 -+ Al2 Si05B203 + Si02 -+ B2 SiosZnO + Si02 -+ Zn Si03CaO + Si02 -+ Ca Si03Para el desarrollo del AHrcnccib,, calcularemos:AHrencciÓn = AHA~ I + AHM~ a 25 O C y 1 atmAHA{ 1 = nlAHl + n2AH2 + n3AH3a 25 O C y 1 atmAHM = njAHJ + n5AF15 + n6AH6 + n7AH7 + n8AH8 a 25 O C y 1 atmCAPI'I'ULO 3. DlSEffO Y DLSNUOLLO 69

Producción de vidrio sin plomo, a baja tcmpcratura para recubrimiento de piezas cerámicas.Este cálculo se hace de igual forma para las demás reacciones.Para AHM 1 se tiene:Tabla 3.8~.~ ~"~"~ .c Reacción AHi (Kcal/gmol) ni (gmolkr) I ni A H ; (KcaVhr)1 11.4406 17069.3756 617.9212 1-43.7480 129.9476 I 1-1310.1476Para AHhi2 se tiene:Reacción3S6Tabla 3.9I AH; (Kcal/gmol) I n; (gmol/hr) I n; AH; (Kcayhr)81.2346.38144.7747.483811.445572.39283857.1 o!, I530.842310480.30571-3.99 I 18.4344 1-73.5533 IAHreacciÓn AHM 1 + AHM~AHreaccibn = -22490.0196 Kcal/hr + 15482.8276 Kcal/hrAHreacci61, = -7007.1920 Kcal/hrPara los materiales a la entrada:Para CnHCnlr,d, a 25°C y 1 atm se tiene:CAI'IX'ULO 3. DISEÑ0 Y I>13SARROLLO 70

Producción dc vidrio sin plomo, a baja tcmpcratura para rccubrimiento de piezas cerámicas.Tabla 3.10ReacciónH; (KcaVgmol) ni (gmol/hr) ni AHi (Kcal/hr)-caco3 -8669.8302 29.9476 -289.5Na,0.AhO~.6Si07"-11001 1.4406 -12584.6600Na20.2B2O3.5€I20 I -1143.5 136.0459 1-41218.4867Si07 1-203.23 I 149.7895 I -3044 1.7201-IPara los materiales a la salida:Agua: El agua se desprende a 650 O C (923K)AHf" = -57.7979 Kcal/gmolAH25 loo = 5. 56 Kcal/gmolAHv = 9.729 Kcal / gmolpara encontrar su entalpía se tiene:El Cp = 8.22 + 0.00015T + 0.00000134T2 Donde Cp esta en cal/(gmol K), para el aguacomo vapor y T expresada en Kelvin., para el AH entre 100°C y 650°C se hace:AH373923 -4.9025 Kcal/gmolAHagua = AHf" + AHzg8373 + AHv + AH373AHngun = -57.7979 Kcal/gInol+ 5. 56 Kcal/grnol + 9.729 Kcal / grnol + 4.9025 Kcal/grnol =AH,,, = -37.6064 Kcal/gmol923nasuaAHagua = (-37.6064KcaI/gmol) (179.1820 gmol/hr) =nasuaAHagua = -6738.3900 KcaVhrDioxido de Carbono: El dioxido de carbono se desprende entre 800°C (1073K) y 950°C(1 223K).AHf" = -94.052 Kcal/gmolAH298 1223 = 8.9953 Kcal/gmolpara encontrar su entalpía se tiene:C:\I'I?'UI.O 3. DISEÑO Y DESMIROL,LO 71

Producción dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.El Cp = 10.34 + 0.00274T + 195500/T2 Donde Cp esta en cal/(gmol K), para el dioxidode carbono como gas y T expresada en Kelvin., para el AH entre 800°C y 950°C se hace:AH1073= Cp dt = I(10.34 + 0.00274T + 195500/T2 ) dt = 2000.4814 cal / gmolAH1073 1223 = 2.0005 Kcal/gmol1223AHco2 = AHf" + AH1073 1223 + AH1073 = -94.052 Kcaligtnol + 9.9953 Kcaligtnol + 2.0005 Kcal/gtnol =AHCo2 = -82.0562 KcaVgmolnco2AHco2 = (-82.0562Kcal/gmol) (29.9933 gmoVhr) =nco2AHco2 = -246 l. 13 78 Kcal/hrPara el Vidrio a 1500°C se tiene la siguiente relación propuesta por [Schwiete, H.E.;Ziegler, G.: Beitrag zur spezifischen Warme der Glaser. Glastech. Ber. 28 (1955) 137-136.1, para el cálculo de la entalpía a la salida del horno.AH298= T Caip; + T2 Chip; + (Cdip; ) / T - CeipiDonde pi es el porcentaje en peso, ai , b; , di , e; son constantes, y T es la temperaturadada en Kelvin. En la siguiente tabla se dan las constantes para cada contribuyente.Colnponentc I Flujo molar (Kg/hr)Si02 1 13.1220Tnth 3. I ~. 1pi la *Em b *E+1051.5559 I223 3060d57.4e * E+48841I ZnO I 1.5000 15.8934 I - I - I- I- ICaO 1.68006.6007 2162290 53.4 84455.040019.8020 -A1203 1.16704.5851 270 937 81.7 10886N2902 943011 5629 394 6250 1790 18292-&o3I TOTAL 125.4500 1100% I 1Sustituyendo los valores en la reacción anterior se obtiene:AI3278 1773 = 1773(0.1872) + 3143529(2.4944E-05) + (756,1478 / 1773)+ 77.2971 = 490.7993 cal / gnv;cll-;oAHv~~lr;o = 490.7993 Kcal / Kg = (490.7993 Kcal / Kg) ( 25.4500 Kg/hr) = 12490.8422 Kcal / hrnvic~l-;oAHx.idr;o = 12490.8422 Kcal/hr72

I'roducci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.Para CnHsalidase tiene:Tabla 3 12I -6738.3900 IPor lo tanto, substituyendo en:-Q = CnHsnIida - xfienbada " AHrcacci6n Q = 3291.3 144 Kcal / hr + 9445 1.3886 Kcal / hr - 7007.1920 KcaVhr =Por lo tanto el calor necesarios es:Q = 90735.5110 Kcal /hr = 379909.5846 KJ/hr = 105530.4402 J/s3.4. El Mezclado de la materia primaLa primer etapa de nuestro procesos es el pesado de la materia prima, éste se hace en unabáscula de plataforma con una capacidad de 1300 kg, con un error sobre la escala mínimadel 2%. Su precio de compra es 264 USD (dos mil pesos) y no es necesario contemplarladentro de los gastos por instalación.Los equipos en que se mezclan materiales sólidos se pueden utilizar para muchasoperaciones. La combinación de ingredientes pueden ser el objetivo principal en laproducción de los vidrios manejados en este trabajo.Las grandes diferencias entre propiedades de la materia prima pueden hacer que elmezclado resulte muy dificil. De hecho, las propiedades de los ingredientes dominan laoperación de mezclado. Las características de los sólidos que se introducirán al equipo demezclado son: 1) Distriblrciin del tnn~nfio de pnrfíclrfns. Esto indica los porcentajes delmaterial en distintas gamas de tamaños". 2) Derlsidod voftmlétrica. Que es el peso porunidad de volumen de una cantidad dada de sólidos. No se trata de una constante y sepuede reducir mediante la aireación e incrementarse por vibración o compactaciónmecánica. 3) Densidad real. Se suele expresar en lbm/pie3. Esto dividido por la densidaddel agua, es igual al peso específico o densidad relativa (ver apéndice A), y 4) Forma depm.fiu/Im. Algunos tipos son píldoras, grumos, óvalos, bloque, esfelas, varillas, filamentoLa distribucibn de tamano de particulas para la materia prima se efectuaron con dos tkcnicas: 1) con difracci6n de un azlaser para los insolubles y por tamizado para los polvos solubles.

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasu otras formas irregulares; para la materia prima utilizada se supondrá que las partículasson completamente esféricas y regulares entre sí.La ol~servación de las propiedades anteriorcs de los ingredientes que se van a mezclarconstituye un primer paso para la selección del equipo mezclador.3.4.1. Selección del equipo de mezcladoCcilc~rlos pnrn In seleccihl tle mezclndornEl primer parámetro en determinar fix la densidad de la mezcla, para ello se obtuvieron lasdensidades de todos los compuesto que formaban parte del mezclado (ver apéndice A).Con la ecuación [ 121:l/p~ = C{xi(l/pi)} p~ = Densidad total de la mezclaxi = % peso del material ipi = Densidad del compuesto iSe determinó la densidad total de la mezcla para cada frita, por ejemplo, para la frita no. 6se tiene (ver tabla de formulaciones de la frita correspondiente así como los datos dedensidades en el apéndice A):1/p[:~ = (0.20/162.942 + 0.10/169.248 + 0.35/113.310 + 0.30/165.440 + 0.05/341.492)pie3/lb~n1/p176 = 0.007, por IO tanto, pF6 = 145.626 Ibm/pie3 = 2334.401 kg/m3De igual forma se realizaron los cálculos para las 4 fritas restantes:ITabla 3.13.No. de frita p (lbm/pie3) P ( km3)7131.1842103.2558 131.577 2109.555I 9 130.062 2085.266 II 10 141.329 2265.908 IYa con la densidad de cada formulación, después se calculó el volumen que ocuparía lamezcla en base a la producción diaria determinada (500 kg de vidrio por día). De estaforma, se contaría con un dato que ayudaría en la determinación de la capacidad de lamezcladora, su trabajo, sus cargas y (finalmente) el tipo de equipo a escoger con todas susespecificaciones.Por ejemplo, la materia prima para haccr la fi-ita No. 6 (tomando en cuenta los balances demateria) ocupa el siguiente volumen:74

~~Produccibn de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.VFS = (576.027 kg ) / (2334.401 kg/m3) = 0.247m3 = 8.714 pies3De igual forma:Tabla 3.14.Frita No. I Volumen (m3) 1 Volumen (pie?)7 0.29310.34780.29110.27790.29610.4531 10 0.256 9.041 ITambién se determinaron los tamaños promedio de las partículas (distribución de tamañode partícula) dando como resultado el siguiente cuadro:Materia primaFcl. dc. KMagnesia (MgO)Carbonato de calcio Caco3Sílice (SO2)Fcldcspalo de sodioBóraxCaolínósido de zinc (ZnO)Tabla 3.15.DL. Difracción de rayo laser; T. TamizadoTamaño promedio departícula" (micras)8.52 DL4.89 DL6.20 DL9.47 DL7.79 DLaprox. 12.00 Taprox. 8.00 Tapros. 10 TLa técnica de tamizado se aplicó ya que tanto el bórax como el caolín contiene agua unidaa su estructura, por ende son sumamente solubles en el agua que se utiliza como medio dedifracción del rayo láser; el óxido de zinc forma fácilmente hidróxido de zinc, lo que haríauna medición imprecisa.El equipo de mezclado que cumple con nuestras exigencias es del tipo: nzezclador devolteo de doble casco; éste está construido en forma de "V" (también se le llamamezcladora de pantalón) por el cual atraviesa la flecha que lo hace girar o voltearse sobresu centro de gravedad.11MALVERN SERIES 9000, pardmetro en tabla (apendice A) D(3,2).75

El principio de la geometría en “V” se basa en mezclas de sólidos de 90 a 100% secos ycon densidades de bajas a moderadas (60 -- 150 Ibm/pie3). En nuestro caso, las materiasprimas cumplen perfectamente las restricciones del diseño de estos equipos.Cargas por dia: Debido a la producción deseada (500 kddía), tomando en cuenta elvolumen de la materia prima del vidrio 9 (es el que ocupa más espacio de todas lasformulaciones) y sabiendo que nuestra mezcladora tiene un volumen de producción de 10pies3, que será llenado solo al 25% de su capacidad (10 pies3), se obtienen 4 jornadas decarga-descarga por día.Tienpo de residencia: En un equipo de mezclado el tiempo de residencia puede variarconsiderablemente, en realidad para una mezcladora de sólidos secos se debe estimarhaciendo muestreos cada determinado tiempo de mezclado para observar la distribución(aleatoria) perfecta de la materia prima; sin embargo, existen relaciones teóricas que sirvencomo aproximación a los verdaderos tiempos de residencia. Con la ecuación [27]:Se determinó el tiempo teórico de residencia para los sólidos manejados como materiaprima. Aquí V es el volumen del mezclador, /. es la fracción de volumen que cubren lossólidos en el interior de la mezcladora (1/4 de su capacidad total), p, es la densidadpromedio de la mezcla y m, es el flujo másico o razón de cargas que deberán seralimentadas al equipo (4 veces por día corno se dijo anteriormente). Sustituyendo sobrelos datos de la materia prima de la frita 9 (por ser la que ocupa mayor volumen) resulta:t = (0.292 111~ x 0.25 x 2085.266 kg/rn3) / 154.243 kdhora = 0.987 horasPor lo tanto: el fienpo teorico en el mal In nlezcladora entregue la materia prima et1óp finlas co?~diciot~cs i?ara alinteilfar al ho~no, es de ~ r lhoramCAPITI.:I,O 3. I>ISl2hO YDESARROLLO 76

Produccibn de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.3.4.2. Servicios asociados al mezclador.Los servicios tomaron parte importante en la selección del equipo, ya que en ocasioneséstos representan hertes gastos dentro del proceso, además, se consideró que lamezcladora debe ser capaz de operar las distintas materias primas que forman los vidriosanteriormente mencionados en el capitulo dos, y de ser necesario, poder mezclar otras 9materias primas similares si se llegara a dar el caso de hacer otros vidrios dentro de la *planta [12].Limpiezn. Sin importar el tipo de acero de construcción, el mezclador de cono doble devolteo presenta grandes ventajas en su mantenimiento de limpieza, debido a que no cuentacon dispositivos que puedan complicar esta labor como una maza quebrantadora, aspas otornillos sin fin.Refacciones. El número de refacciones que implica el equipo es pequeño y de bajo precio.Las bandas o cadenas que puedan sufrir desgastes o rupturas pueden ser fácilmentecambiadas por las piezas nuevas sin que la producción perdiera tiempo primordial.Llrz elkcfrica. Este tipo de equipos de mezclado y los de cono sencillo (verticales yhorizontales) son los que consumen menos energía eléctrica, si solo se toma en cuenta queel motor hace girar únicamente al casco, además, la capacidad requerida no es tan grandey las cargas de trabajo se determinaran también tomando este parámetro.M¿uwjo del equipo. Este equipo presenta un fácil manejo. Su carga es por la partesuperior de los cascos, su descarga es por la parte inferior del equipo (unión de loscascos) y se direcciona con facilidad a cualquier tipo de transportador.Tabla 3. 17. Esr)ecificaciones tdcrlicas'Tipo dem8quinamezcladoraCascos gemelosCapacidadmáx. de trabajo(pic3)50Caballos depotencia delcasco (hp)5Velocidad dcrotación delcasco (rpm)13.7ObservacionesPara polvos secos3.4.3. Costos relacionados al equipoEl costo únicamente de equipo [ 121 se calculó con la siguiente formula.CI = C~M(Q~/QI)" donde CI = Costo (U.S.D) actual del equipoC? = Constante del costotomando coir10 referencia el año dela publicación de los indices Marshall en 1960M = Actualización del índice Marshallpara la industria del vidrio(M1995 1 M1960)CN'I'XULO 3. IXSEÑO Y IICSARROLLO 77

Q2 = Capacidad requerida (pies3)para nuestra producción.Q1 = Capacidad mínima requeridaen estos equipos.n = Exponente constante quedepende del material deconstrucción.Tabla 3.18 Especificacioncs de costos de la mezcladora[ 121Tipo de mezcladorade s6lidosCascos gemelosGana,pies31-"200CI600n0.47Índice Marshall &ObservacionesStevens para laindustria del vidrio238 (1960)'. Por encima de los 30 pies3, las965.3 (tercer densidades volumétricascuatrimestre de 1995) deben disminuir hasta 50-65Ib/pie3Sustituyendo los datos resulta:Cl600 U.S.D. (965.3/238)[10 / 110.47 = 7181.854 U.S.D.A un cambio aproximado entre mayo-junio de 1996 de 7.6 pesos = 1 U.S.D., resulta:"Transporte de la mezcladora al hornoLa tolva: Después del mezclado de la materia prima, ésta es introducida a una tolva quesirve como un dosificador o alimentador de la materia prima hacia un tornillo sin fin.PI.occd;rnierlto: La mezcladora es descargada por su parte inferior hacia una resbaladillacon entrada tipo revolvedora o en u (omega), después los polvos caen por un conductocuadrado (de 6rea transversal) hacia el interior de la tolva (la boca de la tolva debe serligeramente más grande que el conducto cuadrado). Aprovechando que los sólidos fluyenlibremente entre sí'*, la mezcla se conserva intacta durante el tiempo de espera hacia eltornillo sin fin.En la parte inferior de la tolva se encuentra una estrella alimentadora de 8 aspas que vaalimentando de forma "uniforme y constante" al tornillo que entrarcparcialmente al horno.12Porque los tamaflos de partículas son similares (apendice A).CAPI'I'LJ1,O 3. DISER0 Y DESARROLLO 78

TipoAlilncntadora dccstrcllaTabla 3.19.Datos de la tolvaCapacidad Material Longitud del tornillo enel interior de la tolva12 pia3 Accro al carbón2.5 pics0.337111~0.760 mFigura 3- 2.Tolva con estrella alimentadora de sólidosEl tornillo debe ser alimentado de tal forma que solo debe arrastrar el 15% de su volumende cuerda en sólido^'^, para ello, se hicieron las siguientes consideraciones y cálculos.Consideraciones:1. El tornillo se considerará como un cilindro de 6” de diámetro.2. El tornillo sin fin debe girar a las mismas rpm que la estrella.Vcilindro = A*L,(0.25 pies)2 n (2.5pies) = 0.491 pies3 = 0.014 m3Por lo tanto, el 15% solo estará lleno de polvos secos, o sea: 0,074 pies3 (0.002 m3) ...que es el volumen que moverá el paso del tornillo.13 Dentro del diseno del horno se explicar6 esta raz6n del 15%.cm’ruL.o 3. DISERO Y DBSARIIOLLO 79

Considerando que la estrella cuenta con 8 aspas, esto implica que cada una de ellas debemover el 12.5% del 15% que arrastra el tornillo (considerando al 15% como el 100% dealimentación sólida al horno).Se tiene de la tabla 3-? :a 1 rpn1 alimenta 0.75 pie3/hr (Ih/GO min) = 0.0125 pie3/miny el horno requiere una alimentación de 0.5 pie3/h = 0.0083pie3 /minPor lo tanto: 0.0083 pie3/min (lrpnd0.0125 pie3/min) = 0.6667 rpm= 2/3 rpmTomando en cuenta la segunda consideración y evitando número de accesorios, sedeterminó que solo se necesita un motor eléctrico de muy baja potencia, que proporcionelos (2/3) rpm que requieren tanto el tornillo como la estrella. Para esto es posible contarcon un pequeño motor de C.A. (corriente alterna) a 127V de línea bifásica normal quetenga un regulador de revoluciones; o bien, un motor de C.C. que también cuente con unregulador de revoluciones por minuto.La manera de transmisión se efectúa mediante ruedas sprocker o dentadas (catarinas)con cadenas con candados tipo bicicleta con una relación de diámetros 1 : 1.y

Producci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasTabla 3.21. Ventajas y desventajas de la tolva de estrella alimentadoraVentajas* Apropiada para producción por lotesDesventajas* Mala si se presentan pastas o sólidos muy* Buena para controlar fujos de sólidos húmedos* Buen manejo para sólidos secos * Costos de moderados a altos(dependiendo de la capacidad, el motor y elsólido a mover)143.5. Fundición de la materia primaHornos rotatorios de calor directoEl horno rotatorio de calor directo es uno de los hornos de proceso de altas temperaturasde mayor importancia. Las cubiertas o los cascos de hornos rotatorios están revestidos enparte o en toda SLI longitud, con ladrillos refractarios para evitar el recalentamiento delacero, que triaría como consecuencia su debilitamiento. Ocasionalmente se utilizan dosrevestimientos; el que queda adherido a la cubierta es de ladrillo aislante. El aislamiento nose utiliza con mucha frecuencia en el exterior del casco y se deben tomar precaucionespara no sobrecalentar el metal del mismo, debido a este confinamiento. Cuando se usanalimentaciones mojadas para un horno recubierto en el extremo frío, se pueden producirescurrimientos del líquido por el recubrimiento del casco, que causará problemas, si ellíquido es corrosivo.La alimentación se introduce en el extremo superior del horno por varios métodos, esdecir, vertedores inclinados, naves, y transportadores de tornillo sin fin de suspenciónsuperior, tuberías de lechadas, etc. En ocasiones se acostumbra instalar anillos deestancamiento o cortina de un material refractario dentro del horno para lograr un lechomás profundo en uno o varios puntos, cambiando así el patrón de flujo. El productocaliente se descarga desde el extremo inferior del horno hacia tanques de enfriamiento oinmersión en transportadores o dispositivos de enfriamiento que puedan o no recuperar sucontenido calorífico. Estos dispositivos de enfriamiento y recuperación calorífica incluyencilindros rotatorios inclinados, parrillas inclinadas de movimiento lento, parrillas desacudimiento lento, etc.Algunos hornos tienen dos o tres diámetros: una parte de la longitud tiene un diámetro yel resto, el otro. Se afirma que esta disposición incrementa la capacidad del mismo, reduceel consumo de cornbustible y mejora la calidad del producto. En la figura [3-4.1 sedescriben dos tipos de hornos. Cuando el corte transversal se amplia cerca del extremo de1 .1 En nuestro caso se vuelve una gran ventaja al requerir un motor muy pequeno.81

I’roducción de vidrio sin plorno, a baja tenlpcratura para recubrimiento de piezas cerámicas.descarga (y la entrada de gas caliente) reduce la velocidad del gas y proporciona mayorretención para un periodo de “recalentamiento” a altas temperaturas.Los primeros hornos rotatorios que se emplearon fueron muy pequeños, de1.83x18.29m (6.0x60.0 pies). Los tamaños aumentaron en forma gradual y se detuvierondurante cierto tiempo en un tamaño máximo de 3.66x137.16m (12.0x450.0 pies). En añosrecientes se han instalado unidades mucho mayores para la producción de cemento [ 121.Las cubiertas de los hornos rotatorios modernos tienen una construcción totalmentesoldada. Los anillos de asiento son de acero forjado o vaciado; los rodillos de soporte sonde acero forjado o fimdido y, en raras ocasiones, de acero para herramientas. Los cojinetesprincipales son de manguito y normalmente se fabrican de bronce. Los cojinetesantifr-icción se utilizan a menudo en hornos muy pequeños; pero nunca en las unidades degran tamaño. Sin embargo, los cojinetes que van sobre los ejes del piñón son, casi siemprede tipo antifricción.El engranaje es helicoidal, siempre sobre dientes rectos y la lubricación de los engranes esde tipo de aspersión automática. Los impulsores individuales se utilizas hasta 200 hp y loshornos que requieren más de este caballaje se pueden equipar con impulsores dobles, esdecir, dos pifiones propulsores y dos motores, que mueven un engranaje de giro. De estamanera, la carga de potencia se divide en dos mecanismos propulsores por separado, quese combinan en un solo engrane.La inclinación del horno varia según el proceso de un 2 a 7 cdm (1/4 a 3/4 puldpie). lavelocidad de rotación oscila también desde muy lenta, es decir, una velocidad periférica de0.91 ndmin (3 pies/min) para un horno de pigmentos de Ti02 o 13.72 dmin (45 piedmin)para un horno de cemento, hasta 38.10 ndmin (125 piedmin) para una unidad que sirvepara calcinar materiales de fosfato.Las características especiales incluyen el diseño del extremo de descarga para enfriamientopor aire en hornos que operan a temperaturas elevadas, como los de cemento, dedolomita, completamente calcinada y magnesia. Las cubiertas de ignición se diseñan confrentes retraíbles, puertas laterales de gran tamaño y de montaje sobre ruedas. Losrecuperadores de calor interno tienen muy diversos diseños y están popularizandoenormemente conforme aumenta el precio del combustible. Los anillos giratorios determopar se sitúan en varios puntos sobre la cubierta para indicar y registrar lastemperaturas internas.También se proporcionan sistemas de alimentación especiales para introducir el polvorecogido o, en algunos casos, un componente de alimentación a través de la cubierta enalgún punto o puntos intermedios. Se instalan aberturas en la cubierta para admitir aire decombustión en puntos que quedan más allá de la zona caliente y éstos se emplea en hornosde reducción para quemar monóxido de carbono y volátiles de los materiales que se estánprocesando. El encendido se efectúa en cualquier extremo, según que se desee estableceruna circulación de la carga y los gases en sentido paralelo a contr? corriente. En algunas

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas.ocasiones se mezcla un combustible sólido con la carga y se quema, al mismo tiempo quese desplaza por el horno. También se pueden utilizar combustibles gaseosos, líquidos o enpolvo. El quemador se instala directamente en el extremo del horno si la combustión sedesarrolla al interior del mismo. En este caso, la cubierta del extremo de descarga consistecasi siempre en un casco de horno fijo o móvil por el cual entra al horno la tubería decombustible. Cuando se desea que la llama no llegue a la carga, la tubería de combustiblese encuentra en una posición central. Algunos usuarios prefieren una ubicación excéntricahacia la artesa que se encuentra entre la cuerda de descarga y el recubrimientodescendente del horno. El horno y la cubierta (cámara de combustión) tienen casi siempreextrcmos abiertos que coinciden entre sí y con la abertura que se cierra con un sellocorredizo. Hay ocasiones en que se tiene una cámara de compensación especial paraintroducir aire templado en secadores y hornos.Por lo común, los gases de expulsión se descargan dentro de un equipo amortiguador depolvos y humos, con el fin de evitar la contaminación de la atmósfera. Los equipos parapurificar gases incluyen ciclones, cámaras de sedimentación, torres de lavado, yprecipitadores eléctricos. Los dispositivos de recuperación de calor se utilizan tanto dentrocomo fuera del horno y generan un aumento en la capacidad del mismo o bien, unareducción en el consumo del combustible. Para este fin, se usan calderas de calor dedeshccho, rejillas, sistemas de serpentines y cadenas.El extremo de alimentación de un horno rotatorio se cierra parcialmente por medio de uncabezal de alimentación en forma de un anillo que retiene el ladrillo del extremo ydesempeiía una labor de estancamiento del rcflujo de sólidos. En el extremo de la descargase prevé una pieza moldeada anular de retención para el ladrillo, que será apropiada paracada aplicación. Para temperaturas bajas, se acostumbra usar anillos segmentados dealeación de hierro. En el caso de procesos a altas temperaturas, se usan anillossegmentados de acero de aleación o terminales de horno del tipo de enfriamiento por aire;estos últimos aseguran una vida más prolongada tanto para el extremo del horno comopara el anillo de ladrillos.Los sellos neumáticos eficientes son esenciales para el hncionamiento controlado yeconómico de los hornos. Reducen la admisión de aire del exterior y ciertos tipos evitanpor completo y con gran eficacia la entrad del aire. El tipo más simple de sello neumáticoes el anillo flotante de sección T, que se monta sobre un cojín de desgaste, alrededor delextremo de alimentación del horno, y que queda libre para deslizarse siguiendo laexpansión de la cubierta del horno. La red del anillo T se confina dentro de placascirculares de retención. Los sellos neumáticos de tipo flotante, que se usan en el extremode descarga, constan de una barra circular que flota sobre un cojín de desgaste y que semueve para proporcionar el libramiento de operación deseado entre el sello neumático y lacubierta de encendido. Al anillo flotante y la porción fija de esos sellos se les puedeadaptar superficies de desgaste renovables. La infiltración de aire por este tipo de sellos, escasi sicmpre, menor del 10%. Para reducir aún más la infiltración de aire se usan sellosflotantcs tipo anillo de cierre hidráulico presurizados con gas inerte o gases de columna.83

'roducoión de vidl-io sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasLa desecación acelerada de lechadas en el extremo de alimentación de los hornosrotatorios, en operaciones por vía húmeda, se logra instalando cadenas colgantes. Lasespirales de transporte sostienen los tramos de cadena suspendidos que se acomodan de talmanera que formen un patrón eficaz para la desecación. Con el sistema de cadenas, lalechada se calienta de tres maneras: Por trasferencia directa de las cadenas, después de lasuspensión en gases calientes, elevando el material hasta la trayectoria de la corriente degases calientes y por flujo directo del gas caliente sobre el fondo de la lechada en elespacio que queda debajo de las cadenas suspendidas. Con frecuencia, el producto seconforma en tabletas de tamaño uniforme que se desplazan a través de la porción restantedel horno en esta forma, originando un mejoramiento en la transmisión de calor y unareducción en las pérdidas de polvo.Método de diserlo.El sobrediseño está implícito, ya que tomamos la frita que requería mayor carga térmica, ala mayor producción por frita presente. En los hornos rotatorios, el material no sedisemina por la corriente de aire, sino que se retiene en la parte inferior del cilindro. Elcontacto entre gases y sólidos es mucho menos eficaz que en las unidades de aspas. Latransmisión de calor se hace por radiación y convección del gas en movimiento hacia elladrillo y la superficie expuesta del lecho, y por radiación del ladrillo hacia el lecho. Paraunidades que utilizan cámaras de combustión por separado, se supone que, a temperaturaselevadas, la resistencia de la película de pared a la transmisión de calor por convección delgas al ladrillo, es limitante y que, en cualquier punto del lecho, la temperatura es muysemejante a la de la pared. Por tanto, el área efectiva de transmisión de calor es la mismaque en la superficie del horno [ 121, [4].Para este tipo de hornos se han publicado varios métodos abreviados para calcular lacapacidad del horno, la siguiente relación elaborada por Gibbs [Rock Prods., 45 (1 I),58(1942)], da una aproximación a la práctica comercial que se aplica a hornos de un solodiámetro.Tomladus de producto /día = (kLD2) / I O0Esta ecuación relaciona la capacidad de producción con el volumen del horno, siendo L lalongitud del mismo en pies; D el diámetro, en pies, y k un factor cuya magnitud dependedel material de la carga y otras variables.Utilizando la relación anterior el diámetro propuesto es de 0.607m (2ft), donde k tendríaun valor aproximado de 1.0, a producir 0.72 Ton /día, por lo tanto la longitud obtenidasería 5.49 m (18 fl), lo que equivaldría a una área de 10.4623rn2., dando un volumen de1.5876m3, este tipo de horno permite un llenado máximo del 7% de su capacidad, por lotanto el material no debe ocupar un volumen mayor de l. 1 114 m3. Para el calculo de suinclinación se tendría que por cada metro de longitud se inclinará 2.0833 centímetros, porlo que obtendríamos 11.43 centímetros de inclinación, esto es l. 19" de inclinación.84

Protlucci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrirnienlo de piezas cerimmicas.Otra de las relaciones empíricas nos permite calcular la velocidad de rotación del hornosegún (U.S. Bur. Mines Tech. Paper, 384, 1927)[ 121:N = 0.19L / tDSDonde t es el tiempo de paso en el horno en minutos; la longitud se expresa en pies, aligual que el diámetro; S es la inclinación en pies inclinados por pies de longitud y N el lavelocidad de rotación en r.p.m.Utilizando la relación anterior donde el tiempo de maduración para los vidrios fabricadoses de 100 minutos; la longitud es de 18fi; el diámetro sería de 2 R, y S sería 0.0208 ftinclinados/ ft longitud, sustituyendo en la relación anterior nos queda que N tendría unvalor de 0.8221 r.p.m.Tabla 3.22. Tipo de esquipos del procesoHorno rotatorioDiAmctroValores de disefio0.607111Longitud5.49mVolumen máximo que puede ser 1.11m3ocupado por el materialvelocidad de rotación0.8221 r.p.m.Inclinación1.19'Volumen promedio por llora 0.0116 m3 / hrmanejadoCombustible utilizado1 Gas.LongitudTabla 3.23. Costos del horno rotatorio en 1996Numero de Precio aproximado de Motor Hpcompra que incluyeanillosmotor clmnador ycon asiento controles ( no incluyeladrillo)Servicios del horno.El horno consumirácombustible:principalmente gas y luz. Las especificaciones del consumo deEl horno quemará una mezcla de gas butano-propano, y aire. A continuación se presentanlas constantes de combustión:85

Producciiin de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerbmicas.Por tanto de los datos anteriores, basándonos en el balance de energía y de transporte decalor para el horno, tenemos que la temperatura de flama adiabática es 2279OC, y de salidade los %ases es de 2275°C a un flujo de 1.4201 1 x ft31min fi2 de seccion transversal delhorno.Esto es: que se necesitan 14.04 It/hr, para reblandecer la frita 6, quedando asegurado, elconsumo de energía para las demás fritas. Se resume en:Tabla 3.25.Flujo de gas 14.0435 It I hr1025 1.7839 It / mes10.2518 m3 / mesCosto: $1.03 pesos por It de gas $347.16 / dia$10, 559 I mes$126, 712 /añoAlmacenamiento x 3Capacidad50001tPeso sin gascosto980Kg$1 1, 426.00 pesosMarcaTATSAProcedenciaMexicana”86

Produccibn di: vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasQuemador:Este tipo de quemador es de premezcla en el que se utiliza aire a presión elevada (lavelocidad del aire) para aspirar el gas. El diafragma regulador controla la cantidad de gasadmitido al aspirador [12].Contaminación atmosférica. Se propone la instalación de una chimenea con filtro,ademis de la inyección de caliza fina en el horno, seguida de la depuración húmeda de losgases de combustión. El polvo de caliza parcialmente calcinado mediante la solucióndepuradora continuamente alcalina, de modo que absorba el SO*, que se pueda formar.Sistema de enfriamiento del vidrio.Es un sistema compuesto por una pequeña pileta o alberca que contiene cerca de 0.5 m3de agua a temperatura ambiente (esto se derivo de un balance de energía para la pileta), enel cual se encuentra sumergida una malla que recibe al vidrio una vez solidificado, estamalla se retira cada vez que el horno produjo alrededor de 250 Kg , para levantar la malla,se utiliza un sistema de poleas, conocido como garrucha, que nos permite transportar elvidrio al molino. Para mantener el nivel constante de agua (ya que esta se pierde porevaporación, derramamiento, etc.), se coloca un flotador, que deja pasar la cantidad deagua necesaria, alimentada por gravedad.87

Este tipo de quemador es de premezcla en el que se utiliza aire a presión elevada (lavelocidad del aire) para aspirar el gas. El diafragma regulador controla la cantidad de gasadmitido al aspirador.ContarniIlación atmosférica. Se propone la instalación de una chimenea con filtro,además de la inyección de caliza fina en el horno, seguida de la depuración húmeda de losgases de combustión. El polvo de caliza parcialmente calcinado mediante la solucióndepurada continuamente alcalina, de modo que absorba el SOZ, que se pueda formar.Sistema de enfriamiento del vidrio.Es un sistema compuesto por una pequeña pileta o alberca que contiene cerca de 0.5 m3de agua a temperatura ambiente (esto se derivo de un balance de energía para la pileta), enel cual se encuentra sumergida una malla que recibe al vidrio una vez solidificado, estamalla se retira cada vez que el horno produjo alrededor de 250 Kg , para levantar la malla,se utiliza un sistema de poleas, conocido como garrocha, que nos permite transportar el .vidrio al molino. Para mantener el nivel constante de agua (ya que esta se pierde porevaporación, derramamiento, etc.), se coloca un flotador, que deja pasar la cantidad deagua necesaria, alimentada por gravedad.3.6 LA MOLIENDA DEL PRODUCTOUna partícula simple o un solo conglomerado tiene dimensiones lineales, superficies,dureza y estructura. El tamaño lineal, o dimensiones lineales, puede ser el diámetro deuna esfera, la longitud de la arista de un cubo o cualquier otra dimensión lineal promedioficticia de un grupo o terrón de forma irregular.Una mezcla de partículas como las que se encuentran en un polvo se define en términos dela distribución del tamaño de la mismas, la superficie, la superficie específica y el tamañode las partículas. La distribución del tamaño de partículas es una fbnción que indica lacantidad proporcional de cada tamaño de partículas individuales que contiene el polvo.Un concepto importante para fines de diseño es la molibilidad que es una medida de lavelocidad de molienda del material en un molino particular.Sc han disefiado molinos de diversas formas, para aplicar la fuerza en formas muyvariadas. La predicción detallada de las relaciones de molibilidad y distribución de tamañodel producto de molienda depende del desarrollo de un modelo de simulación basado en lafisica de la fractura.La molibilidad o índice de molienda es la cantidad de producto de un molino en particularque satisface una especificación dada en una unidad de tiempo de molienda, por ejemplo88

todhora, a través de una malla 300. El principal propósito del estudio de la molibilidadconsiste en evaluar el tamaño y el tipo del molino que se requiere para producir un tonelajeespecífico, y la necesidades de energía para la molienda.Existen tantas variables que afectan la molibilidad , que este concepto se utiliza solo comouna guía aproximada para determinar el tamaño del molino, sin hacer referencia algunarespecto a la distribución del tamaño del producto, el tipo o el tamaño del molino. Si sesupone un una ley de energía en particular, entonces, el comportamiento de molienda devarios molinos se expresa como un coeficiente de energía o índice de trabajo.La tecnología basada en consideraciones de molibilidad y energía se ha avisto suplantadapor las simulaciones en computadora de circuitos de molienda, en las que el conceptoamplio de la molibilidad se reemplaza por la fbnción de selección o la función develocidad de rompimiento, que es la molibilidad o índice de molienda de cada tamaño departícula relacionado en la fracción de dicho tamaño que se presente.Existen factores importantes quemolienda, estas son:afectan o determinan la molibilidad o índice dea) la dureza2;)la elaslicidadc) la resisfenciad) la divisibilidad.La molibilidad se relaciona con el módulo de elasticidad del material y con la velocidaddel sonido a través de él.Por otro lado existen gráficos y tablas disponibles que los investigadores han reportadopara la molienda en húmedo y en seco de acuerdo al número de revoluciones por minutodel molino el cual se desea diseñar.3.6.1. Diseiio del molinoUna proporción cada vez mayor de la molienda fina de los materiales cerámicos se realizaen molinos rotatorios que contienen como medio de molienda esferas de diferentesmateriales o barras duras. Los molinos se hacen girar a una velocidad tal que las bolas obarras, ascienda por su pared, rodando después unas sobre otras hasta el fondo. Porconsiguiente la molienda es efectuada por impacto y frotamiento.Existen numerosos diseños de estos molinos, con diferentes formas y dimensionesrelativas, tipos de revestimientos, clase de bolas y de guijarros. Se utilizan bien por lotes ocontinuamente, en circuitos cerrados o abiertos. Para nuestro caso particular de estudionos enfocaremos en un molino cilíndrico o cónico de bolas ya que debido a su forma ydimensiones nos parece el más adecuado para la molienda de nuestro vidriado (ver fig.3-5).89

Funcionamiento de los molinos de guijarros y de bolasExisten seis factores que afectan al funcionamiento eficiente de los mc dinos de bc das.1. Velocidad del molino .2. Cantidad de bolas3. Tamaño de las bolas4. Cantidad del material5. Consistencia del material en el caso de la molienda humedad6. Tamaño de la partícula inicial.Para fincs de disciío los cuatro primeros factores son de importancia y haremos mencihde ello.l. La Ivfocidm' de los ndillos.La característica esencial de cualquier molino rotatorio que contiene en su interior elelemento moledor estriba en que la molienda debe conseguirse por la rodadura de lasbolas. El molino debe, por consiguiente, girar a una velocidad a la cual el medio moledorse eleve por la pared lo bastante para rodar de nuevo hacía abajo.Si de acuerdo a nuestra capacidad de producción de molienda que son de 112 toddía;proponemos de acorde a la literatura que nuestro molino el cual deseamos diseñar gire arazón de 35 rpm en molienda en seco.En la gráfica siguiente obtenidabolas seleccionado[22], podemos determinar el diámetro del molino de90

De la gráfica anterior tenemos :Diámetro de molino = 0.86 m.2. CJn,lfit?ade bolas:La carga de bolas debe ser al menos del 45% del volumen del molino, pero no debeexceder del 55%. Existe una cantidad óptima para las condiciones en cada caso.La carga del medio de molienda se expresa en función del porcentaje del molino ocupadopor el medio de molienda; por ejemplo , un volumen masivo de bolas que ocupen la mitaddel molino, o sea, del 50%. El espacio vacío de un volumen masivo estático de bolas esaproximadamente del 41%, puesto que el medio se expande conforme gira el molino, elvolumen real, de funcionamiento se desconoce.Existen relaciones sencillas que gobiernan la cantidad de las bolas y espacios vacíos en unmolino.3. - El peso de las bolas se expresa ntediallte la ecuación:Peso de las bolas = (Db)(Eb)(Vm)donde:Eb = fracción de llenado aparente 40 %Vm = Volumen del molinoDb = Densidad del material de molienda.Existe la manera de poder conocer la capacidad en volumen delcorrelacionamos la misma ecuación pero ahora con el producto a molersizuientes dados:molino. Sitenemos los91

Producción dc vidrio sin plon~o, a baja temperatura para recubritniento de piezas cerimicasPeso de molienda = 500kgldíaDensidad del vidrio = 2.58 gr./m1Fracción de llenado aparente = 0.4sustituyendo:Vm = 0.484 metros cilbicosSobrediseñamos el molino a:Vm = 0.5 metros cúbicosPor otro lado sabemos que el área de un cilindro regular es:3.1416 D2 LVm =4Despejando L y sustituyendo tenemos la longitud del molino:L = 1.10 m.Un dato importante a conocer es el peso de bolas que necesitamos introducirpara producirnos la molienda fina de 300 mallas.al molinoConociendo el volumen del molino y de acuerdo con la ecuación anterior tenemos:Peso de bolas = 641kg4.- Cálculo del diánwtro de bola.Por otro lado calculamos el diámetro Óptimo de las bolas o guijarros de porcelana.de la ecuación 8.35 Perry, sexta ediciónDb=Xp*Ei92

Producción dz vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasdonde:Db= diámetro de bolaDm= diámetro de molinoEi= índice de trabajo del material alirnetado= 3.08NI= por ciento de velocidad críticaK= 200 constante de bolas esféricasDs = gravedad específica del material= 2.58Xp = atnaiio de partículas más gruesasNc =velocidad crítica en rpm.Sabemos además:Nc= 42.3/Sustituyendo valores:Db= 5.3 cm5. Cdlcrllo de la polemin ?lefa necesaria para impulsar el molino de bolas.De la ecuación siguiente [ 121 podemos determinar dicho parámetro:P = [( 1.64 * L - 1) K + 11 [ (1.64 Dm)*.’E2]Donde:P = Potencia netaL = Longitud del molino = l. 1 rntsE2 = parámetro de la potencia de un molino de laboratorio (taller de cerámica)114 HpDm = 0.86 mK = 0.85Los datos de longitud y diámetro en esta ecuación se sustituyeron en pies. Sustituyendotenemos:P= 45 Hp.Por otro lado la potencia es de 33580 Watts.6. Cblc1110 de In corrierlte erl amperes del motor síllcrono trrlfcisico.De la ecuación siguiente:WI=(3 )”’ * Ef * f.pCAI’ITI.7L0 3. 1)ISEI;’O Y DESARROLLO. 93

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerirnicasDonde:Ef = es el voltaje del motor de línea trifasica 460 Vf.p = factor de potencia de 0.9W = potencia del motor en watts 33580de modo que:I = 46.82 Amperes.Cabe ser mención que la compañía nos suministra la energía eléctrica en potencia aparenteo de línea. Por la tanto tenemos:Pnpnlcnlc = 460 volts" 46.82 amperesEste dato es importante para determinar el costo por servicio de energía eléctrica delmolino.7. Determirmcicitl del tiempo de residerlcia para la nlolienda en un nlolino de bolasEs importante conocer en que tiempo nos tardaríamos en moler 500 kg I día. Existe unaecuación empírica [ 271 para conocer grosso modo el tiempo de residencia.Donde :t = V*Fs*Ds/ MsV : Es el volumen del molino 0.482 mts cúbicosFs: Fracción de contacto ocupada por el sólido 0.2Ms: flujo másico de 20.87 kg/ hrDs: densidad del sólido por moler 2580 kg/m3Por lo tanto tenemos un tiempo de residencia de:t = 11.94 hrs.3.6.2 Prhcipales accesorios y servicios del molinoDentro de los principales accesorios y servicios de un molino tenemos el suministro deenergía eléctrica de sistema trifásico del motor eléctrico síncrono; así como el suministrode agua para la molienda en húmedo y su mantenimiento en el lavado. Por otro lado entrelos accesorios podemos utilizar diferentes tipos de guijarros o bolas dependiendo del

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubritniento de piezas cerámicasmaterial a moler; también como el tipo de revestimiento interior del molino. Cabemencionar que es necesario por requerimiento de la dirección general de electricidad eluso de un "arrancador a tensión reducida" para que al arrancar el motor no produzcaperturbaciones en el sistema eléctrico.3.6.3. Estimación de costos del molinoBajo este rubro es necesario conocer precios y cotizaciones actuales en cuanto al costo delmolino que deseamos adquirir:Costo teórico del molino de bolasLa información adquirida a este respecto fue obtenida en los libros [26 y 221,mencionando la manera de como poder estimar el costo de cualquier equipo de proceso.Existe una gráfica que nos relaciona la potencia en Watts requerida del molino vs. costode compra del equipo en Dls.La ecuación siguiente nos da el costo del equipo:Cbm = Cp* CmDonde:Cbm: Es el costo total del equipoCp: compra de equipo en USDCm: factor de material 2.8 aleación níquelCbm = 1700" 2.8Cbm = $6437.33 DlsEste valor en costo equivaldría para el año de 1982 pero deseamos conocer el costo actualpara 1995. Existe un factor numérico M & S del CE [23] del 95 para la industria del vidriode 426 dividido por el factor de 1982 de 3 15 , por la tanto tenemosCbm =$4760 *426/3 15Cbm = $6437.33 U.S.D.En dicho costo va incluido el costo del motor, bolas, etc. Para el costo de instalación esmultiplicar por el factor de instalación de 1.3 para el molino de bolas.Ci = S 8368.5 Dls.95

Produccibn de vidrio sin plotno, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerimmicas3.7. Secado del productoDespués de que el vidrio es molido, éste aún puede conservar un cierto índice dehumedad, defecto que se desea eliminar de una manera barata y eficiente. Por ello, ha sidoconveniente implementar un sistema u operación de secado.El equipo que satisface nuestra necesidad de deshumidificar rápido y eficientemente, es elsecador de tipo de bnmiejns o amgueles (tal selección dependió de la naturaleza desólidos a secar). La capacidad aproximada de este equipo es de 1~ kdh y las dimensionesde las bandejas se presentan a continuaciónL = 0.762mEn los secadores de este tipo, el material sólido en forma de pasta o terrones se esparceuniformemente sobre la charola de metal con una profundidad de 10 - 100 mm, dichosecador, tal como se muestra en la figura ?? contiene un número determinado de charolasque se cargan y descargan del gabinete.El equipo cuenta con un ventilador que recicla el aire calentado con vapor de agua sobrela superficie de las bandejas, paralelamente a la misma, también se usa calor obtenido conelectricidad, especialmente en el calentamiento es bajo, siendo el resto aire reciclado.tadoxI 00-Secador de tundejan o anuquelesFogura 3-7. Sccador dc IxmtlcjasDespués del secado, se abre la puerta del gabinete y las bandejas son remplazadas porotras con más material por secar.3.7.1. Parhmetros de selecciónEl calor del aire caliente se transmite al material húmedo por conducción, a través de lasbandejas, y por radiación por la parte superior.96

Producción dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasDurante un periodo con velocidad constante, la humedad se puede eliminar con rapidez(con frecuencia se evapora hasta el 50% sólo en 1 h en un tiempo de secado promedio de6-8 horas).Cuando se hacen estimaciones del tamaño del equipo, siempre se debe usar un coeficientede transmisión de calor de 4 BTU/hr ft2 "F.A partir de la ecuación de diseíio:q = hA(T-Tw)donde:q = Calor suministrado por el aire caliente en calorías o BTU/hr.A = Área de transferencia de calor (superficie de la charola).Tw = Temperatura del seno del fluido.T Temperatura de la superficie de la masa por secar.Si deseamos eliminar el contenido de humedad de cierta masa de producto, suponemos unrango de contenido de agua (25-60% de humedad).Para fines prácticos, si deseamos eliminar el agua a 25 OC, basta que nuestro sistema decalentamiento (aire) sea de 300 O F (135 "C) con una capacidad calorífica de 0.25 cal/gr°Ccon una velocidad del aire de 500 A/min (152.4 dmin o 16.1 kdh), por lo tanto.q = 16.1 kS/h x 0.25 cal/gr"C x (134 - 25)"C = 438.725 cal/hr = 1740 BTU/hrDe modo que: q = h(T-Tw)A ; A= 1.95 R2 --- 2 ft23.7.2. Costos aproxirnados del secadorA partir de datos reportados en la bibliografia [26] se puede calcular el orden de magnituddel secador de charolas con:CBM = Cp x FBM = 10, 100 U.S.D. x 1 = 10, 100Donde:Cp = 10, 100 U.S.D.FMB = Factor que involucra el material de construcción del secador = 1.0Actualización del costo:De la tabla de CE (Chemical Engineering), el índice para una maquinaria de proceso elfactor de 1995, es de: 414.8 con 3 15 que es el factor de 1982. Tenemos el costo actualaproximado del secador sería:97

Produccibn de vidrio sin plomo, a baja tetnperatura para recubrimiento de piezas cerámicasCosto actual = 10, O0 * (Factor del índice de 1995/Factor del índice de 1992) =Costo actual = 10, O0 * (414.8 / 315) = 13,200.00 U.S.D.El costo incluye unidades completas con impulsor o motor, ventilador, bandejas, etc.costo de instalación: 13 200.00 U.S.D. * 1.6 = 21, 120.00 U.S.D.3.8. Evaluación económica del proyecto.La determinación de los costos tanto de compra e instalación aunados a los de mano deobra y otro factor adicional (que engloba principalmente aquellos costos relacionados deforma indirecta con el proceso) dieron pauta para determinar los flujos de salida del capitaly tener una cifra que representa el gasto forzoso para iniciar el desarrollo del proceso de lafabricación del vidrioDeterminar de manera precisa la inversión exacta del capital resulta muy difícil, todos losproyectos cuentan con un ~*nrgo en el cual un proyecto puede variar, incluso puedecambiar los ordenes de magnitud aún estando en el rango previamente dicho. De tal forma,las tablas mostradas a continuación solo muestran un valor medio alrededor del cual elverdadero flujo monetario esté variando.3.8.1. Análisis de flujos monetarios para la puesta en marcha del procesoTabla 3.26 Costos de canital fiioTolva tornillo con I$3. 306.00 IHorno$69, 000.0055200Molino de bolas$6, 437.33193 1Secador$13. 200.0011880Tanques gas de I$34, 284.00Báscula$200.00""_I10285 ITOTAL05783238 $134,98

Producción dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasI Horno 10.5 - 1 I$4. 333.33 1$14.111.10 II Mezclador 10.3 I$2. 000.00 I$666.60 ISecadorT~-anspor-tndor detornillo0.1 - 0.30.2$2, 000.00$666.60I Báscula 10.1 I I ICostos de servicios.I Para tolva con tornillo I 5 13.730 15.20 I$2. 720.40 I1 Costo de agua por año: 2500 USD/añoCosto de gas / año: 126, 7 12 USD/año99

Producci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasComidcraciones del.flcteEl flete es parte importante en la llegada puntual de la materia prima, el transporte fuedeterminado por medio de cotizaciones a distintas casas que ofrecen su servicio en elinterior del pais y zona metropolitana. A continuación se muestran las característicasprincipales de este servicio.El camión cargará 10 Tn, por lo tanto, cada viaje de éste surtirá aproximadamente 16.13 Oveces la producción de nuestra planta, (10,000 kg / 620 kg de materia prima); por ello, siel camión se carga proporcional a los balances de masa o a las formulaciones de losvidrios, se podrán obtener los costos de la materia prima y los viajes que realizará el flete.ServicioPrecio por flete: 4,000 pesos transportando 10 Tn. de polvos secos a una distanciapromedio de 80 km (aproximadamente la distancia del centro de la ciudad hasta Metepec).Cálculo proporcional a las formulaciones'6 7, 8 y 9:CaC03 = 10% del camión = 1000 kg = 56.0 USDMgO = 04% del camión = 400 kg = 27.40 USDSílice = 24% del camión = 2400 kg = 225.12 USDBórax = 58.4% del camión = 5840 kg = 476.544 USDCaolín = 4.81 YO del camión = 481 kg = 36.50 USD10.1 Tn = 821.564 USDI5I6Las mejores cotizaciones del mercado.Porcentajes promedio.

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerimicasGastos del transporte y compra de la materia prima por camión :4000 pesos + 6243.886 pesos = 10243.886 pesos = 1347.8 USDDe forma similar, se obtienen los gastos para las fritas 6 y 10 (sólo se muestra losresultados).Precio por flete y compra de materia prima de las fritas 6 y 10.14962.795 pesos = 1968.789 USDPara llevar una carga de tres semanas de producción (las 16.13 veces que resulta lacapacidad del flete).Andfisis de wnfa delprodrrcfoSi en el mercado la competencia vende una frita (barniz artesanal) sin plomo y con unatemperatura de reblandecimiento aproximada de 800 "C está a 1.35 USD/kg, nosotrosconsideramos vender el producto a 1.325 USD/kg.Si la producción que nos fijamos de 500 kddía; al año hemos producido 120 Tn, sihacemos que nuestras ventas asciendan a un 20% enel primer año, para el segundo un35% y para el quinto aiio un 80% de nuestra producción, se despliega la siguiente tabla devcntns.ARO12345YO venta20356680Tabla 3.28Tdaño4279.296Utilidades (USD/año)3 1800 245565073.140 55.2 46104940127200Finalmente se tiene:Tabla 3.29COSTOS FIJOS (USD)COSTOS VARIABLES (USD)EOUIPO = 134 057.33OPERACIóN* = 14 566I INSTALACI~N[SERVICIOS = 146 5 1 OTERRENO = 1776TOTAL = 365 581 TOTAL = 18 566= 83238 I FLETE = 1347 II10 I

I’roduccihn de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasCOSTO DE PRODUCCIóN = 384 148.23 USD3.8.2. Ubicación de las plantasPartiendo del estudio de mercado (capitulo l), las plantas productoras del vidrio a bajatemperatura diseliados durante el desarrollo del capitulo 2 se localizan alrededor de lazona metropolitana; por el sur (Jiutepec) en el estado de Morelos, por el poniente ‘.(Metepec) en el Estado de México y por el oriente (Acteopan) en Puebla.3.8.2.1. Características de los municipiosEl jeroglífico de su fundación estácompuesto por raíces nahuas y susignificado es: “Agrlns de in iglesia”Acteopan. (PUEBLA)Artesanias. Dentro de la alfarería tradicional encontramos árboles de la vida, jarros,cazuelas y ollas de fina manufactura vidriada; también se puede encontrar tejidos concarrizo.Localización. El municipio de Acteopan se localiza en la parte centro-este del estado dePuebla. Sus coordenadas geográficas son sus paralelos: 1 SO41 ’48”, -18’47’21” de latitudnorte y los meridianos 98”38’18”, -98’43’00”de longitud occidental. Tiene una superficiede 39.45 km2 que lo ubica en el lugar 178 respecto a los demás municipios del estado.Cuenta con tres localidades, la cabecera municipal Acteopan, Atzitzintla Santa María yToctla San Felipe; pertenece a la región socioeconómica VI-Izúcar de Matamoros.Clasificnci6rl y uso del suelo. Presenta gran diversidad edafólica, pues se puedenidentificar 4 grupos de suelos:102

Produccih de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicas1. Litosol: Son suelos de menos de 10 cm de espesor sobre roca o tepetate. No son aptospara el cultivo de cualquier y solo pueden destinarse a pastoreo. Ocupa la mayor partedel centro y sudeste.2. Regosol: Suelos formados por material suelto que no sea aluvial reciente, como dunas,cenizas volcánicas, playas, etc. Su uso varía según su origen, muy pobres en nutrientes,prácticamente infértiles (fragmentos de rocas o tepetates menores a 7.5 cm de espesoren el suelo).3 Cnnlbisol: Son adecuados para actividades agropecuarias con actividad de moderada abuena. Se presentan al norte y noroeste del municipio.4 Fcnzenl: Adecuado para cultivos que toleran exceso de agua; son de fertilidad demoderada a alta (rocas a menos de 50 cm de profundidad).Comunicaciones y transportes. Una carretera secundaria parte de la cabecera municipalcon dirección NE y llega al municipio de Atzitzihuacan. El resto del municipio seencuentra comunicado por caminos de terrasería y brechas.Se~-vicios pilblicos. 87% de agua potable, 1.3% tiene drenaje y 100% de energía eléctrica.El origcn dcl ~lonlbrc dc Mclcpccprovicnc dcl Nalluatl p su significado es:El cerro de los nlagueyes.Metepec (ESTADO DE MÉXICO)Localización. El municipio pertenece a la región I del valle de Toluca. Se ubica en la partecentro noreste del valle de Toluca, siendo sus límites: al noreste y oeste con el municipiode Toluca; al sur con Calimaya, Mexicaltzingo y Chapultepec y al este con SantiagoTianguistenco y San Mateo Atenco. Su cabecera se localiza exactamente a la S 19°15’00”de latitud norte y a las 99’37’01” de longitud oeste, del meridiano de Greenwich, tieneuna altura de 2636 m sobre el nivel del mar. Su extensión territorial es de 70.43 km2 y seintegra por. la cabecera municipal de 6 barrios, 11 pueblos, 4 colonias agrícolas, 25colonias urbanas, 7 fraccionamientos residenciales, 1 ranchería y 31 ranchos.Clasificación y uso del suelo.Los suelos son de estructura sedimentaria, debido a las constante erupciones volcánicasque abarcarón el período de formación geológica del Estado de México. En el uso delsuelo, es predominmte la porción destinada a la actividad agrícola con una extensión de5,271.59 hectáreas, la actividad pecuaria comprende 208.18 hectáreas y la zona urbana1,193.16, de un total de 7,043.28 hectáreas.103

Producci6n de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de pizzas ceránmicasComunicación y transporte.Existe en el municipio una amplia red de carreteras y caminos vecinales, que se extienden atodo lo largo y ancho de su jurisdicción. Esta red lo comunica con municipioscircunvecinos; las carreteras más importantes son: la México-Toluca, que atraviesa laparte norte del municipio y la carretera Toluca-Tenango del Valle, que pasa cerca delcentro; 4 vialidades y 11 caminos de terraceria. Se tiene un sistema de transporte públicocolectivo que permite la comunicación rápida a la ciudad de Toluca y a las propiaslocalidades.Se dispone de sitios de automóviles de alquiler que se ubican en lugares estratégicos delmunicipio. Cabe mencionar que dentro del territorio se cuentan con instalaciones de radioy T.V.Servicios.Agua potable, drenaje, alcantarillado, electrificación. Además existen servicios deseguridad pública.Artesanias.La producción artesanal de los alfareros de Metepec es muy variada, ya que se elaboranobjetos de barro cocido y vidriado, para fachadas de edificios, balaustradas y figuras deanimales; también los árboles de la vida, soles, lunas, jarros, platos finos, macetas yalcancías.El nombre de Jiutcpcc (Xiutepcc)significa: El cerro verde co1no turquesn.Jiutepec (MORELOS)Localización.Se ubica geográficamente entre los paralelos 18’5’0” de latitud norte y a los 99’10’00” delongitud oeste del meridiano de Greenwich, a una altura de 1335m sobre el nivel del mar.Tiene una superficie de 49,236 km2, cifra que representa el 0.99% del estado. Limita alnorte con Tepoztlan; al sur con Emiliano Zapata; al oriente con Yautepec y al ponientecon Cuernavaca.104

Producción de vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasPolíticamente está dividido con 34 localidades, siendo las más importantes: la cabeceramunicipal, Atlacomulco, Bugambilia, Calera Chica, Cliserio Alanis y Vista hermosa.Clasificación y uso del suelo.El municipio cuenta con una superficie aproximada de 49.23 km2, de éstos, en formagencral solo se utilizan 3,922 hectáreas para uso agrícola, 3,122 hectáreas para usopecuario y 1 O00 hectáreas para uso industrial.En cuanto a la tenencia del suelo, se puede dividir en 1278 ha. propiedad ejidal, 3 174 hapropiedad comunal y 1284 ha propiedad particular.Servicios pliblicosEl municipio cuenta con agua potable, drenaje, energía eléctrica, alumbrado público,vialidad pavimentada, mercado, rastro, panteón y oficinas municipales.ArtesaniasEl tabique vidriado especial para la construcción de calidad, cerámica que se produce entalleres (tanto vidriada como cocida).3.9. Conclusiones de la fase de diseño.El proceso de la producción de vidrio ha sido adaptado acorde con las necesidades delmercado, seleccionando los equipos adecuados de menor costo con una mayor eficiencia,este proceso puede sufrir diversas modificaciones siempre y cuando no se altere el tipo ysecuencia de las operaciones unitarias seíialadas.Si deseamos superar los costos de inversión con un porcentaje en venta señalado en latabla 3- (del 80%) o por lo menos se estabilice este índice hasta un 50%, el flujo de dinerorepresentado como gastos se recuperará en un tiempo aproximado de 3 6 4 años.105

Produccihn dc vidrio sin plomo, a baja temperatura para recubrimiento de piezas cerámicasCONCLUSIONES GENERALESLA PRODUCCI~N DE UN VIDRIO SIN PLOMO, A BAJA TEMPERATURA PARARECUBRIMIENTO CERÁMICO ES POSIBLE LLEVARLA A cm0 A NIVELINDUSTRIAL TOMANDO COMO BASE FORMULACIOTTS DE VIDRIOS DEBORO-SILICATOS QUE SUSTITUYAN A LOS BARN~CES CON PLOMO,REDUCIENDO ASÍ LOS RIESGOS DE TOXICLDAD.SE DETERMINARON 5 VIDRIOS (FRITAS) CON RESULTADOS FAVORABLESCUMPLIENDO CON LAS EXIGENCIAS DE LAS PROPIEDADES F~SICAS YQUÍMICAS ADECUADAS PARA ESTE TIPO DE VIDRIOS.SE SELECCIONó UN PROCESO ADECUADO TANTO ECONóMICAMENTECOMO TÉCNICAMENTE PARA HACER DE ÉSTE UN PROYECTO QUE UNE LAINGENIERÍA CON LA ARTESAN~A TRADICIONAL MEXICANA106

Bibliografía.LIBROS:1, BATALLER Curcurela Carlos, Vidriados crudos de baja tenrperatura sin plomo., ed. Omega, 1987.2. CRUZ-CHAMIZO GARRITZ, Estructura n/dnrica., cd. Ibcroamcricana, 1984.3. FOUST S. Alan, Wcnzcl A. Lconard., Principios de operaciones ut~ilnrins, cd. Contincnlal, 1987.4. INCROPERA Frank P., Fundanrer~fals of heat fra~~.sfer, cd. John Wiley and Sons Inc. 1981.5. LEWIS M. H. Glass and~lass-ceramics., ed. Chapman and Hall.6. McCABE L. Warren, Smith C. Julian, Ullit Operatior~s of Chetnical Engineering, ed. McGraw Hill1985.7. NELSON C. GLENN, Cerhica: rtranualpara el a!/¿arero., CECSA, 1982.8. NORTON F. H. Cera/tlicapara el artista alfnrero., ed. Continental, 1982.9. NORTON F. H. CerÚmicnJ~?a., ed. Omega, 1983.10. PADUA Leone., La COCC~~II de productos cerhtricos., ed. Omega, 1990.1 1. PAUL Ander & Anthony Sonessa., Principios de química ed. Liniusa 1983.12. PERRY H. Robert, Chilton Cecil., Biblioteca del Ingeniero Químico, McGraw Hill, 198613. PETERS S. Mas and Klaus D. Timrucrhaus, I’lar7t disign arzd econornicsfor cherrrical engineers., cd.McGraw-Hill, 19G8.14. PLUNKETT, Mar7ual de Toxicología Industrial, ed. URMO, 1978.15. POPPER Hcrbcrt, A4oder11 cost e11gi11eeri17g techniques.16. ROJAS Na\vtrrctc Lcticia, Desarrollo de u11 vidriotio sit? plotno de baja temperatura para la ayareríatratficio~~al t~exicnna. Tesis para lograr el grado de maestra en ciencias, UN-I, sin editorial, 1995.17. ROPP. R. C. Studies in i/~organichenrestry, V. 15: Inorganic polimeric glasses., ed. Elsevier, 1980.18. SCHOLZE Horst. Gam, Nature, Structure and Propierties, ed. Springer-Verlag, 1992.19. Sccrctaría dc Gobernación y Gobierno del Estado dc México., Los Municipios del Estado de México.,enciclopedia de los municipios de México, ed. Secretaría de Gobernación, 1988.20. Secretaría de Gobernación p Gobierno del estado de Morelos, Los Municipios del Estado de Morelos,enciclopedia de los nlunicipios de México, ed. Secretaria de Gobernación, 1988.21. Secretaria de Gobernación y Gobierno del Estado de Puebla, Los nrut~icipios del Esfado de Puebla,enciclopedia dc los Municipios dc Mcxico, cd. Sccrctaría de Gobernación, 1988.22. SINGER F. J’ Singer S., Cerúnricn h~drr,c./rial, V.10, V.ll y V.12: Enciclopedia de la químicaindustrial. ed. URMO, 1963.23. TIMMERIIAUS D. h-lacis. Aft~rS. Pe/e~..~ I’lm( l>e.~Ig11 alld EcolIovlic fir Chemical Engineer,McGraw Hill, 1982.ed.

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GLOSARIOALUMINOSILICATOS. Es la sustancia arcillosa compuesto porque da las arcillas sus características mas notables.alúmina sílice y aguaARCILLA. El termino arcilla se aplica a aquellos depósitos térreos naturales que poseenla singular propiedad de la plasticidad. La arcilla es una roca secundaria, es decir, se haformado por envejecimiento de ciertas otras rocas.ATTAPULGITA. Es un raro mineral de arcilla de naturaleza fibrosa.solamente en las tierras de Batan de florida y Georgia E.U.Se encuentraARENA. materia prima importante para la manufactura del vidrio, cuarzo casi puro.BEIDELLITA. Grupo mineral de arcilla compuesto principal mente por 47% de sílice y25% de alúmina y el resto de óxidos alcalinos.B6RAX. Como ingrediente menor, da al vidrio NazO y oxido bórico. Aunque rara vez seutiliza en el vidrio. El ácido bórax se ernplea en las cargas en las que se desea solo unapequefia cantidad de álcali.CAOE~N. Arcilla de calcinación blanca, generalmente de baja plasticidad. Menos de lamitad del caolín producido se emplea para cerámica; solo después del lavado de este lacomposición química de la arcilla se aproxima a la caolinita.CABLINITA. Es el grupo mineral de arcilla mas sencillo compuesto cuya formulamolecular es Al203.2Si02.2H20.PELDESPATOS. Arcilla importante en la producción del vidrio cuya formula general es2R20.AL203.6Si02 donde R20 representa Na2O o KzO, o una mezcla de ambos.Presentan muchas ventajas sobre la mayor parte de otros materiales como &ente dealúmina, debido a que son baratos, puros fundentes y a que están enteramente compuestode oxido que forman vidrio.FRTTA. Compuesto formado principalmente de óxido de calcio, óxido de potasio, oxidode sodio y algiln oxido alcalino con propiedades de este ultimo óxido.

ILLITA. Arcilla natural compuesta predominantemente desílice y el resto de otros óxidos.50% de alúmina y 30% deIIALLOYS1TA.Grupo mineral de arcilla compuesto principalmente de 43% de sílice y35% de almunia con un buen porcentaje de agua. y óxidos.MONTMORILLONITA. Mineral de arcilla que presenta compuestos complejos,generalmente proviene de Francia.NONTRONITA. Mineral de arcilla compuesto principalmente con 45% de alúmina y35% de oxido férrico y el resto de óxidos alcalinosSILICATOS ALCALINOS. Los silicatos alcalinos son los únicos vidrios de doscomponentes de importancia comercial. Se fbnden juntos arena y carbonato de sodio,que producen silicatos de sodio, con un intervalo de composición que desde Na2O.SiO2hasta Na20.4Si02.SILICE (Si02).La sílice fundida o sílice vítrea, se obtiene por pirólisis a alta temperaturadel tetracloruro de silicio o por fbsión del cuarzo o de la arena pura.VIDRIADOS CUARTEADOS Algunas veces se aplica para efecto decorativo unvidriado que se cuartee intensamente. Deberá tener un gran coefi.. iente de expansión y sise aplica una capa gruesa pueden observarse ciertos efectos poco frecuentes.VIDRIADOS DE PIEL DE SERPIENTE Pueden producirse para efectos decorativosvidriados con alta tensión superficial que conduce a corrimiento o formación de arrugas.La tensión superficial está determinada por la composición química, siendo magnesia yalúmina los mejores componentes para aumentarla, y también por la temperatura.VIDRIADOS OPACOS Una fase vítrea se hace opaca si la trayectoria del haz de luz sedescompone adecuadamente y se hace difusa. Esto se consigue mediante el empleo departículas finas insolubles en el vidrio y de índice de refracción diferente.VIDRIADOS MATE Los cristales de un vidriado mate descomponen los rayos de la luzhaciendo más o menos opaco el vidriado. Por supuesto los vidriados opacos pueden asímismo hacerse mates. Se forman cuando se enfría un vidriado completamente findido yuna parte de el se separa por cristalización. Los cristales deben ser tan diminutos y estardispuestos de forma tan regular que la superficie del vidriado sea lisa y aterciopelada altacto.

VIDRIADOS CRISTALINOS El empleo de vidriados cristalinos está limitado a finesartísticos. Poseen cristales simétricos de dimensiones apreciables dispuestos en una matrizvítrea que puede tener un color diferente, y mediante una cuidadosa elaboración puededárseles un aspecto muy bello. Estos cristales grandes se producen cuando se enfría muylentamente un vidriado que está sobresaturado con un compuesto que cristaliza fácilmente.VIDRIADOS DE AVENTURINA Estos también son vidriados cristalinos, pero en lugarde tener cristales largos aciculares, que aparezcan frecuentemente en manchas, secaracterizan por una masa de finos cristales en placas o lentejuelas precipitada en elvidriado.VIDRIADOS SALINOS La operación del vidriado con sal difiere fbndamentalmente dela del vidriado en suspensión. El vidriado salino se forma en el horno por la acción devapores, producidos a partir de sal, agua y otras sustancias sobre las pasta cocida ycaliente. El vidriado con sal se emplea en la fabricación de gres en general, especialmentede tuberías de aguas residuales, gres químico, ladrillos vidriados y azulejos, y de ciertosobjetos de arte..-.

PROPIEDADES FiSICAS DE LA MATERIA PRIMAAPÉNDICE A

NombreF onn ul aPeso molecularCjxidos simplesAl203101.9B20369.62I*:Ca056.08m094.203Li2 O29.88Na20 6 1.979I.M@ 40.3 1Feldespato potásicoFeldespato sódicoMaterias primas1(2O*Al203.6Si02Na20~A1203*6Si02556.67524.45EoraxNa20.2B203.5H2029 1.30Espodunleno Li20.Al203.4Si02 372.18h1etaborat.o de litio LiR0249.75Caolin Al203*2Si02.2H20- 258.16Áddo boricoSíliceOxido d.e zinc6xid.o de titanio6xido de estañoOxido de antimonioBlanco de EspariaCarbonato de litioH3B03Si02Zn OTi 02Sr102Sb203Ca(103I,i2C0361.8360.0881.3779.90150.692511 S01 o0 .O?73.8?1I[Carbonato de barioIJaC03197.35Carbonato de Inagnesio hlgC0384.32Carbonato de sodoNa2C031 O5 .?9I¡ Bm\L

Inshents SB.BD 38 APr 1996 3:44 ~1Feldespato de potesio 888888888814342852 pi1 ldt13138Particle size (un).IÜper in Lover Under IUpper in Lover Under IUpper in Lover u o d e 1

I10 1BBParticle size (un).Instrunents SB.BD 63 Hay 1996 11 :37 an Apéndice Acarbonato de calcio 888881441///188 0.0 162 1%0162 0.0 140 109140 8.8 121 100lpper in Lorer Undel57.7 4.5 49.8 87.149.8 4.4 43.8 82.743.0 4.1 37.0 78.637.0 3.7 32.0 74.932.0 4.0 27.5 70.927.5 4.0 23.8 66.923.8 3.2 20.5 63.720.5 1.9 17.7 61.817.7 2.2 15.3 59.515.3 3.3 13.2 56.313.2 4.1 11.4 52.211.4 4.3 9.82 47.9leal len th 10.0 DILog. !iff: = 2.591lbscuration = 0.1959oluae distributionlpper in Lorer Undel9.82 4.3 8.47 43.58.47 4.7 7.30 38.97.30 5.36.30 33.66.30 5.95.43 27.75.43 5.94.68 21.84.68 5.0 4.85 16.84.85 3.93.48 12.83.48 2.6 3.02 10.23.02 2.1 2.60 8.12.68 1.92.23 6.22.23 1.7 1.93 4.51.93 4.50.56 0.0lodel indp'olule Conc. = 8.00451;p. s. A 1.1771 D'/gD.Span4.98D[4,3128. !@DD[3,216. 20p~DL~~0.9154.69~'Dlv,0.112.97)lDDtv,0.5118.56PD;hap OFF

Instrwents S8 .OD 63 Hay 1996 11 :28 anApéndice Asilice CM00001438 #0#1 BBeeell401 I//i/‘/1 II118Particle size (un).pper in Lover UnderlUpper in Lover Under \Upper in Lover Undelource = :Saaple Beal len th 10.0 18 ]lode1 indpLog. !iff: = 1.983oca1 length = 180 BII Obscuration = 8.1968 Voluw Conc. = 0.W9:resentation = pi1 Voluw distribution sp. s. A 8.7”le 8’/g8#IEIVEESZCAD AUTQlZOHA METROPOLITANA

ii:i8 mApéndice AFeldwpato de sdio t3%30W1438 WW4392852 pi1 ldt131381 10 1B8Particle size (un).RS IDAD AUTONOHA METROPOLITANAI

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LOCALIZACIóN GEOGRAFICA DE ACTEOPAN, PUEBLAApéndice B

Apéndice B

A 'IEOCALIZACI~N GEOGRAFICA DE JIUTEPEC, MORELOS

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