Embed Size (px)
Citation preview
DEFECTOS DE FABRICACION DE PAVIMENTOS
Y REVESTIMIENTOS CERAMICOS
M. J. Orts; J. E. Enrique; A. Gozalbo; F. Negre
INSTITUTO DE TECNOLOGIA CERAMICA DE LA UNIVERSITAT DE VALENCIA ASOCIACION DE INVESTIGACION DE LAS INDUSTRIAS CERAMICAS
RESUMEN
En el trabajo se ha sintetizado el contenido del libro que con el mismo título será publicado en breve, correspondiente a la recopilación de defectos efectuada durante algo más de 10 años en el Instituto de Tecnología Cerámica y en la Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas.
Se ha aportado la metodología seguida actualmente en el estudio de defectos y por último se ha efectuado un seguimiento detallado de un ejemplo concreto.
1. INTRODUCCION.
La ponencia que se presenta, es un extracto de un libro que pretende reunir los defectos que comúnmente se producen en la fabricación de pavimentos y revestimientos cerárnicos. Este libro se h a preparado mediante la recopilación de casos concretos aparecidos en la fabricación de estos productos y h a supuesto un trabajo de más de 10 años.
Desde un principio, se consideró que el estudio de los defectos de fabricación presentaba un reto al conocimiento humano. Un defecto en sí, puede provenir de un conjunto de circunstancias que deben coincidir en mayor o menor grado para que se produzca en una instalación concreta. Por esto, el mismo defecto parece en muchos casos presentarse por motivos diferentes, siendo lo que ocurre realmente que están coincidiendo las condiciones para que se pueda dar.
Tal como ha evolucionado el conocimiento del proceso cerámico, con la adecuación de la Ingeniería Química a la Tecnología Cerámica y el disponer de medios más sofisticados, h a permitido aumentar enormemente las posibilidades de estudio y resolución de los defectos.
Este estudio sistemático de los defectos de fabricación pretende ser un punto de partida para estudios posteriores, ya que profundizar en las causas y posibles soluciones de un defecto determina- do no tiene fin.
Para la preparación de este libro se h a realizado una revisión bibliográfica exhaustiva, se h a contado con la participación directa o indirecta de ungran número de profesionales del sector, que han resuelto o intervenido en la resolución de muchos de los defectos estudiados y se h a utilizado el archivo de casos estudiados por el Instituto de Tecnología Cerámica de l a Universidad de Valencia y de la Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas.
2. LA CALIDAD DE LAS PIEZAS CERAMICAS.
El aumento de la competitividad que se ha producido en los últimos años ha sido provocado, por una parte, por un incremento en las exigencias del mercado, y por otra por un exceso de oferta de productos de características poco diferenciadas.
Para dar respuesta a esta nueva situación, en las empresas se han implantado importantes modificaciones enlos sistemas productivos, técnicos, marketing, etc., a fin de mantener o incrementar los beneficios obtenidos. Las actuaciones en general se han dirigido hacia una disminución de los costes de producción (personal, energía, ...) y, en la medida de lo posible, a un incremento del valor añadido del producto (diseño, formatos).
En este sentido la mejora de la calidad de los fabricados, entendida como una mayor adecua- ción de las características del producto a las necesidades reales del cliente, se convierte en un factor esencial para activar la industria.
La época en la que se obtenían importantes beneficios independientemente del producto fabricado ha pasado a la historia. Esta situación motivó un exceso de confianza del cual h a sido
' necesario evolucionar hacia nuevos planteamientos de mejora de la calidad de los fabricados en el contexto de una rentabilidad global.
Invertir en mejorar la calidad tiene un coste que debe ponderarse adecuadamente, ya que en la actualidad un producto se comercializa mediante el balance de su precio frente a la calidad que presenta.
El incremento de la calidad en una industria cerámica se debe traducir en consecuencias inmediatas (reducción de costes, mayor valor añadido) al mejorar la relación entre las piezas de primera calidad obtenidas en el proceso, y las que potencialmente pueden producirse.
Estas mejoras deben consolidarse, asegurando una homogeneidad y continuidad de las carac- terísticas esenciales del producto.
El control de calidad es el instrumento necesario para efectuar el seguimiento de forma conti- nua y sistemática de las variables y parámetros que regulan cada etapa del proceso cerámico. Este control debe ser dinámico y de carácter preventivo, para detectar con suficiente antelación los cambios que pueden producirse, corrigiendo rápidamente las desviaciones mediante actuaciones de regula- ción, que permitan obtener los productos manufacturados dentro de los límites de tolerancia prees- tablecidos.
En cada etapa, por lo tanto, se cumplirti el siguiente esquema:
Material o pieza cerámica - Etapa 2
I Modificaciones 1 No
Recopilación Información
(~cción correctora)
Figura 1 .- Esquema de un sistema de control dinámico.
El término control de calidad engloba desde la propia definición del producto, la selección y recepción de las materias primas, pasando por- todas las fases de fabricación hasta que el producto acabado está colocado y comprobada su adecuada respuesta a las exigencias planteadas por el cliente.
No obstante, y a pesar de adoptar estos sistemas de fabricación, en los procesos productivos se generan desajustes, que habitualmente se encuentran asociados a modificaciones de los factores humanos, de las materias primas, de la maquinaria o la energía, que tienen como consecuencia la aparición de defectos de fabricación.
Un defecto se puede definir como una carencia o falta de cualidades propias de un producto respecto a un patrón adoptado como referencia.
El estudio riguroso de los defectos de fabricación requiere: una evaluación del orden de magnitud que implican, un planteamiento de su naturaleza y de las causas que lo generan y una actuación para su solución. Para concluir el ciclo sería necesario introducir un control preventivo en las variables que generan aquellos defectos especialmente relevantes.
En las plantas de producción, debido al elevado número de variables de que se dispone, y a los márgenes de tolerancia de éstas, cuando se presenta un determinado defecto suele ser consecuencia de una acumulación de distintos parámetros que se encuentran fuera de los límites permisibles.
La tecnología moderna está evolucionando hacia la gestión automatizada de la producción mediante la utilización de dispositivos adecuados de medición. Los datos obtenidos, una vez procesados y contrastados por una unidad central, se deben convertir en instrucciones concretas que atenúen rápidamente la causa que origina el defecto y consigan restablecer los valores de consigna.
3. CLASIFICACION DE LOS DEFECTOS.
Para realizar un estudio sistemático de los defectos que se producen en la fabricación de pavimentos y revestimientos cerámicos, es necesario efectuar una clasificación de los mismos.
La clasificación permite que, visto un defecto, podamos relacionarlo más fácilmente con otros del mismo tipo, estudiados y resueltos anteriormente, establecer con mayor rapidez las causas que probablemente lo originan, determinar los ensayos necesarios para comprobar su procedencia y, finalmente, adoptar la solución adecuada al problema.
3.1. Criterios de clasificación.
La clasificación de defectos en piezas cerámicas, puede realizarse según diversos criterios, de- pendiendo de la faceta del defecto que interese resaltar.
Los defectos pueden clasXicarse según su procedencia, aspecto físico, asiduidad o frecuencia, gravedad, procedimiento de selección, en función de la zona de la pieza afectada o la etapa del proceso de fabricación en que se producen. Los distintos métodos de clasificación son complementarios, ofreciendo en conjunto una descripción más ajustada del defecto.
3.1.1. Procedencia del defecto.
En cualquier proceso de fabricación existen tres factores esenciales que influyen sobre la calidad del producto: los recursos humanos, el equipamiento o la maquinaria y las materias primas. Se puede desarrollar una primera clasificación considerando cual de ellos es la causa principal que origina el defecto. Este criterio de clasificación, aún siendo poco específico, es útil desde el punto de vista de un seguimiento global a nivel de planta de producción. Por lo general, la mayor parte de los defectos cerámicos no son motivados exclusivamente por uno de estos factores.
3.1.2. Aspecto físico.
Este criterio proporciona una clasificación inmediata basada en la apariencia que presenta el defecto. La clasificación comprende grietas, desventados, ojos, descuadres, pinchados,..
Esta clasificación coincide, en los defectos más relevantes, con la propuesta por la norma EN- 98, "Baldosas cerámicas. Determinación de las características dimensionales y el aspecto superficial" (UNE-67-098-851, en la que se establecen los límites máximos permisibles para cada subgrupo de baldosas.
Asimismo en el proyecto de norma ISO TC/189 WG 2, se presenta una clasificación semejan- te a la de la normativa europea, pero en este caso se aportan las definiciones correspondientes a los defectos siguientes:
Defectos de la superficie:
- Grietas.
- Cuarteo.
- Falta de esmalte.
- Ondulado.
- Pinchado.
Toda fractura en el cuerpo de la baldosa visible en la cara vista, en la cara no vista o en ambas.
Fractura del esmalte que aparece como una grieta de trazo irregular.
Pequeñas áreas en la cara esmaltada que no tienen esmalte.
(Hoyuelo). Depresión no intencionada en la superficie de la baldosa.
Diminutos hoyos o agujeros en la superficie de la pieza esmaltada.
- Partículas o manchas coloreadas. Cualquier punto no intencionado que contraste con la superficie vista de la baldosa.
- Defectos de decoración.- Rayas, rascados, ... - Ribete. Gran acumulación de esmalte en las aristas de la pieza.
Defectos bqjo esmalte:
- Modificaciones de l a superficie de la pieza provocada por grumos, bultos, hendiduras, ... no intencionadas.
- Burbujas (ampollas).- Pequeñas burbujas desarrolladas durante la cocción que pueden alcanzar la superficie, y que provienen de una expulsión de gases generados-durante la cocción.
Estas definiciones se encuentran asimismo recopiladas en la norma ASTM C-242-83 "Standard definitions of Terms Relating to Ceramic Whitewares and related products".
Los inconvenientes fundamentales de este tipo de ordenación son: l a poca información que aporta acerca del origen de los defectos, la subjetividad en la asignación de un defecto a una clase determinada y el elevado número de apartados que presenta sin una adecuada distribución. Por ello, suele emplearse como una subclasificación dentro de otras ordenaciones realizadas con criterios diferentes.
3.1.3. Frecuencia.
En función de la periodicidad de su aparición, los defectos pueden clasificarse en tres aparta- dos: esporádicos o casuales, habituales y permanentes o inherentes al proceso.
Los primeros son aquellos que, provocados por una alteración puntual en el proceso que sobrepasa los límites de tolerancia admisibles, desaparecen transcurrido un corto espacio de tiempo.
Los defectos habituales son aquellos que se presentan sistemáticamente asociados a determi- nados productos o etapas del proceso. Pueden evitarse estableciendo márgenes de variación de los parámetros de fabricación específicos para cada tipo de producto.
En cambio, los defectos permanentes no pueden evitarse fácilmente puesto que los determina el propio proceso de fabricación. Para eliminarlos se requiere una modificación sustancial del sistema productivo, afectando bien al equipamiento, a los recursos humanos o a las materias primas.
3.1.4 En función de su gravedad.
Según este criterio, los defectos se clasifican como críticos o graves, defectos mayores y defectos menores o irregularidades.
Son defectos críticos, aquellos que no permiten la utilización posterior de la pieza, siendo su valor residual cero.
Los defectos mayores reducen la durabilidad y fiabilidad de la pieza, aunque no impiden su utilización. Exigen una clasificación en categorías, lo que supone una disminución del valor añadido en los productos de menor calidad.
Los defectos menores o irregularidades son más difíciles de advertir, no afectan a ninguna de las características esenciales del producto y son tolerables en función de la relación calidad-precio del producto.
3.1.5. En función del procedimiento de selección.
La clasificación según este criterio comprende: defectos de integridad del soporte (aquellos que influyen sobre la resistencia mecánica del soporte tales como desventados, ahojados, fisuras, ... ), defectos dimensionales (falta de planaridad, descuadre, luneta, curvaturas, ...) y defectos de la superficie esmaltada que influyen sobre el aspecto de la pieza (tonos, manchas, pinchado, rayas,...).
Esta clasificación es la que se encuentra habitualmente en las líneas de selección del producto acabado, y se utiliza para la definición de las calidades de las piezas con vistas a su comercialización.
3.1.6. En función de la zona de la pieza afectada.
Según este criterio los defectos se clasifican en: defectos que involucran a la totalidad de la pieza, aquellos que afectan el soporte y los que se presentan en la superficie esmaltada.
El interés de esta clasificación estriba en que un mismo defecto, localizado en distintas zonas de la pieza, puede suponer un defecto mayor o una irregularidad, ya que aquellos que afectan a la superficie esmaltada producirán mayor pérdida de valor en las piezas respecto a los que únicamente afectan al soporte.
3.1.7. Según la etapa del proceso en la que se generan.
Esta clasificación se hace en base a la etapa del proceso de la que proviene el defecto, es decir, se consideran los originados en el prensado, esmaltado, cocción, etc.
Este criterio proporciona una ordenación sistemática, que engloba al defecto dentro del siste- ma productivo. de esta manera es posible conocer los defectos que pueden generarse en cada etapa, y con qué variables de operación están relacionados. Desde este punto de vista, esta clasificación facilita un control dinámico del proceso que permite evitar la aparición de defectos.
La relación que se consigue entre el problema y su causa posibilita una solución más efectiva al actuar directamente sobre los parametros de la etapa origen del defecto.
3.2. Clasificación propuesta.
En el presente estudio se propone clasificar los defectos por su origen dentro del proceso productivo. Esta clasificación permite relacionar directamente el defecto con los cambios que lo provocan ( variables de proceso de la etapa en la que se presente ), mejorando la separación de variables y permitiendo una mayor efectividad en la solución del defecto.
Sin embargo, esta clasificación requiere situar con exactitud la procedencia del defecto, lo que supone una mayor complejidad en su estudio debido a que en un sistema continuo de fabricación existe una interacción entre los distintos parámetros que dificulta su análisis pormenorizado. Hay que añadir, además, que en muchas ocasiones un defecto no se debe a una causa única, sino a una coincidencia de factores que conducen a la aparición del mismo.
Atendiendo a este criterio se pueden diferenciar los siguientes grupos:
3.2.1. Defectos asociados a las materias primas.
3.2.2. Defectos de la preparación de la pasta.
3.2.3. Defectos de prensado.
3.2.4. Defectos de secado.
3.2.5. Defectos de esmaltado.
3.2.6. Defectos de cocción.
Aunque la clasificación general propuesta es la basada en las etapas del proceso, es necesario completarla con el resto de criterios detallados anteriormente; ninguno de los criterios es excluyente sino que todos se complementan entre sí. Así pues, un defecto puede ser de prensado, ahojado, esporádico, grave, etc.
Se ha considerado necesario, para cuantificar la importancia relativa de un defecto y su inci- dencia en la producción definir los siguientes parámetros:
- Frecuencia: este término se refiere a la asiduidad con que un defecto aparece a lo largo del tiempo.
-Amplitud: mide la incidencia del defecto, es decir, el tanto por ciento de la producción afectada por él.
- Intensidad: este parámetro representa la gravedad del defecto, es decir, el valor que pierde una pieza por tener dicho defecto.
3.2.1. Defectos por presencia de impurezas en las materias primas.
La presencia de impurezas puntuales en las proximidades en la superficie del soporte origina defectos superficiales, fundamentalmente pinchados o manchas en el esmalte. En el caso de impurezas no puntuales se producen defectos masivos como eflorescencias y corazón negro. La clasificación de estos defectos puede verse en la Tabla 1.
3.2.2. Defectos de la preparación de la pasta.
Los errores en la preparación de la pasta facilitan la aparición de roturas y variaciones dimen- sionales: cuarteos, desventados, descuadres, calibres, etc. En la Tabla 11 se detalla la clasificación de estos defectos.
T a b l a 1.
3.2.1. DEFECTOS ASOCIADOS A LAS MATERIAS PRIMAS
3.2.1 . l . Defectos puntual es de-
bidos a impurezas presentes en
l a s materias primas
FORMA DEFECTO I A F - - M ~ & e d ~ s , . c ~ l i . c - ~ % - -.
- pinchados-manchas en e l esm. -cprl>nnptas -. - _ ._ -
-oiritas- -
,_~ i_ r~~s_ i_ ta - --. - - carbón _- _ .- -
- mica
- ot ros
-
zPYLt!L EY!S-- - - - - - - pinchados _
-
* O *
E- * u 0 f
* * -----
a
0
- coloración puntual
- bu l tos super f ic ia les
- protuberancias. cráteres
- bultos. cráteres --
- protuberancias, cráteres ---- --
-
t
3.2.1.2. Defectos puntuales de-
bidos a impurezas extrañas
C
1 e z a
- * - E € ! -
- 0
O
- h i e r r o u óxido de h i e r r o
' - grasa -A-------
-------.-- .
- caucho - - - -- - - - - - - -- - - inquemados -- - ot ros
O - corazón negro
- ef lorescencias 3.2.1.3. Defectos no puntuales producidos por o t ros t i p o s de
- ,
o * o ---- -t
- materia orgánica . _ . _ ___.
Fsales solubles
* O --
.
4-2-
Tab la 11 r
3.2.2. DEFECTOS DE PREPARACION DE LA PASTA
Tab la 111
3.2.2.2. Defectos de preparación
t
3.2.3. DEFECTOS DE PRENSADO I FORMA DEFECTO
t
FORM DEFECTO
- ienda insuficiente o excesiva
- aglomerados de elevado tamaño
y humedad v a r i a b l e
* O
* *
1 A
I - o jos 1 0 - 1 O i a ]
0 ,-
F - excesiva proporc ion de carbonato:
- excesiva proporc ión de cuarzo
- modi f i cac iones de propieda- des en crudo, r eac t i v i dad . t e x t u r a , c a l i b r e s
- agr ie tamiento puntua l
de l esmalte
1
3.2.3.1. Defectos asociados a l ma te r i a l que a l imenta a l a r prensas l%:o
- y de miento de l esmalte
- curvaturas - desventados
- d iversos defec tos
- descuadres y calibres
b i
O
O
1
I
3.2.3.2. Corpacldad heterogénea en una misma p ieza
( defec tos de a l imentac ión)
,
3.2.3.4. Defectos de ex t r acc i ón 1 - g r i e t a s
- ba ja r e s i s t e n c i a mecánica O
-i- - composición v a r i a b l e
- i n t e r v a l o de cocc ión reduc ido
- impurezas
3.2.2.1.Defectosd~composicion
* l o 0 r*
" A e z p c n l a n t c z -
* o
-9 0
- descuadre
- l une ta
- abombamiento
- acuñados
3.2.3.3. Compacidad d e f i c i e n t e de l a s p iezas
Tab la I V .
0
o
- g r i e t a s -
- c a l i b r e s
- curvaturas
* * U o * * U * *
3.2.3.5. Ot ros
d
u
-
- rebabas -- - reprensados
- pegados a molde
I
3.2.4. DEFECTOS DE SECADO
* -t. *
.
FORMA DE DEFECTO
O * = * * - E -
L
3.2.4.2. Defectos producidos por un secado d i f e r e n c i a l
I A F
- curvaturas
- g r i e t a s
O
-9
* O * * U 3.2.4.1. Elevada ve loc idad de secado
* * * € 2 -
3.2.4.3. Humedad res i dua l a l a entrada de l horno
0
- - g r i e t a s
- ro tu ras
- explosiones
- r e t r a s o en l a s desgasi- f icac iones
T a b l a V .
3.2.5. DEFECTO DE ESMALTADO
- apl icac ión por campana l i n e a s y o n d u l a c i o n e s e n l a 0 0 * ----- capa de esmalte
- apl icac ión a disco gotas, desuniformidad de ap l icac ión
3.2 5 4. Defectos de ap l icac ión -
- apl icac ión por aerógrafo gotas, grumos, desuniformidad de ap l icac ión 0
-- - - - -- - - - - . - - .-A -- - - - - - - - -
- s e r i g r a f i a rayas de espátula, salpica- duras de t i n t a O O *
L
FORMA DEFECTO I A F
0
O
mat i f icac ión, c r i s t a l i z a c i ó n --
rechupados, super f ic ies rugosas
fa1 t a de adherencia en crudo
3.2.5.2. Defectos de fornulación de esmaltes
3.2.5.1. Defectos asociados a l soporte
* * u I
I f 0
J
- exceso de a lca l inotér reos -
- esmal t e excesivamente fundente o r e f r a c t a r i o
- baja proporción de p lasct icos o l i gan tes
U
O
r e t i r o d e l esmal te ,modi f i - caciones de l a fundencia, ...
cráteres, balsas, ...
burbujas, al teraciones de l a capa apl icada
tonos
transparencia
gr ie tas. r e t i r o
3.2.5.3. Defectos de preparación del esmalte
- sucios
- elevada T de l sporte
- molienda de f i c ien te
- burbujas en barbotinas
- condiciones reológicas inadecuadas
- m d i f i c a c i ó n del co lo r
- defecto de opac i f icantes
- exceso de f i n o s
0 .
3.2.5.5. Defectos asociados a 1 a movimentación de l a pieza esmaltada
-0
-9,
f
f *
*
* u
* t
r e t i r o s del esmalte
hervidos
O
* *.u
- funcionamiento anómalo de
, ---
- ot ros
-9 *
recogidos, sucios, rayas
rozaduras -- gr ie tas O
O t G
* t - Q *
T a b l a V I .
3.2 .6 . DEFECTOS DE COCCION
. 1 ,
FORMA DEFECTO
5
* - o
G ,
-E-,
3.2.6.2. Defectos de cocción
i
3.2.6.3. Defectos de enfriamiento
0
u 0 -
0
- crudos
- sobrecocidos
- ca l ib res
- pegados -- - defonnacion p i rop lás t ica
- tonos
- atmósfera reductora
-
U 1 t - + j * * * - S 0 - i
- cr is ta l i zac iones , natizaciones
- desventados --- - cuarteo y desconchado
as
- t
3.2.6.1. Defectos de precalentamiento
* o
u-** e *
U t - - 0 -P.
u
I
O
* 1
A * * O
O
O
- explosiones
- desgasi f icaciones (corazón negro. pinchados
- condensaciones del horno
F
O
0
-
E----- F e i a c i ó n d z d e f e c t c (
a p & g i d a de d a t o s ]
l 1 r C u a n t i f i c a r 4 el problema
1
n -- 1
--
Posib les causas 1 I I I
I l
1 l
exhaust ivo I j I I ---
111 Determinación I
de l a causa 4=---1------
- - 1
1 I 1 1
i I
Posi b l es soluciones
8 I I l I j 1 I
I Confirmación 1
en producción I - A
------ _]
-ION
--
PREVENTIVO
F i g u r a 2 .
3.2.3. Defectos de prensado.
Los defectos de prensado pueden producirse en cualquiera de las etapas de esta operación (llenado de moldes, desaireación, compactación y extracción).
Entre los defectos más frecuentes que presentan las piezas de pavimento y revestimiento debidos a una operación de prensado deficiente se pueden destacar los siguientes: falta de prensabi- lidad, descuadres, curvaturas, grietas, acuñados, espesores diferentes, pegados a molde, reprensados, rebabas, repegados, ojos, etc. Estos defectos se presentan en la Tabla 111.
3.2.4. Defectos de secado.
Los defectos más habituales que se producen en este apartado son grietas, alabeos y los deri- vados de la presencia de humedad residual en la pieza al finalizar el ciclo de secado. la clasificación correspondiente a los defectos de secado se detalla en la Tabla N.
3.2.5. Defectos de esmaltado.
Dentro de este apartado los defectos más comunes se originan por burbujas en la barbotina, por una aplicación deficiente del esmalte o por falta de adherencia entre esmalte y soporte. Estos defectos se traducen en desuniformidades de la pieza esmaltada, gotas y grumos de esmalte, rayas en la superficie esmaltada, etc. (Tabla V).
3.2.6. Defectos de cocción.
En la cocción se suelen manifestar muchos defectos que provienen en realidad de otras etapas anteriores del proceso. Los defectos de cocción propiamente dichos son los asociados a cada una de las fases de esta etapa (precalentamiento, cocción y enfriamiento). En la Tabla VI se detalla este tipo de defectos.
4. METODOLOGIA DEL ESTUDIO DE UN DEFECTO.
Para conseguir solucionar definitivamente un defecto de fabricación, deben conocerse con la mayor exactitud posible sus repercuciones en el producto, y las causas que lo motivan.
En general al abordar el estudio de cualquier defecto de fabricación será necesario el seguir un esquema de trabajo, que permita la recopilación de cuantos datos se pueda disponer de una forma ordenada. La fase decisiva del estudio será la separación de las variables y su tratamiento individual, que permitirá discernir entre aquellos factores irrelevantes de los que realmente sean importantes.
A continuación, y de forma esquemática, se han resumido los distintos aspectos que deben con- siderarse en el estudio de un defecto. (Figura 2).
En todos los casos el procedimiento a seguir parte de la observación minuciosa del defecto unida a la recogida de datos acerca de los factores que han conducido a la aparición del defecto (modificación en alguna de las variables de proceso, en las materias primas utilizadas, etc.), así como de la necesaria cuantificación de la gravedad del defecto. Hay que tener en cuenta que un defecto aislado en una pieza aporta poca información a menos que se conozca el historial del mismo. Esta primera etapa es de crucial importancia y va a ser definitiva en el establecimiento de hipótesis acerca de las posibles causas del defecto dado que, tal y como se ha visto en la clasificación, un mismo defecto puede estar producido por causas muy diferentes.
El segundo paso consiste en el planteamiento, a la vista de la información recopilada, de las hipótesis sobre las posibles causas del defecto, que progresivamente deberán reducirse a los mínimos factores posibles, tras realizar los ensayos pertinentes. Los ensayos serán, por una parte, de tipo analítico-deductivo, desde los más sencillos (rechazos, humedad, densidad aparente, calcinación,
imantación, ...), que en la mayoría de los casos se podrán llevar a cabo en la propia planta productiva, hasta los que exigen de un equipamiento más sofisticado (Difracción de rayos X, Análisis Térmico Diferencial, Análisis Químico, Microscopía Electrónica, ... ), que se aplicarán únicamente en los estudios más exhaustivos. En aquellos casos en los que sea posible, se utilizará un procedimiento inductivo, intentando reproducir el defecto a escala de laboratorio o mediante ensayo industrial.
Una vez finalizadas las determinaciones analíticas, comienza la tercera fase del estudio que consistirá en l a determinación de la causa que posiblemente origina el defecto. En base a esta suposición, se deben plantear las soluciones al problema, que serán confirmadas en la propia producción.
En muchas ocasiones, alcanzado este punto en el procedimiento, tan sólo pueden aportarse soluciones parciales al defecto, motivados por los impedimentos que ofrecen los distintos factores que integran el sistema productivo (maquinaria, materia prima, mano de obra). Hay que considerar que el defecto debe solucionarse sin causar mermas en el resto de los parámetros y características del proceso y del producto.
Si la solución propuesta es negativa, se ha de efectuar una reconsideración de las hipótesis y suposiciones de partida. En caso afirmativo la solución deberá mantener su validez con el tiempo. Es muy interesante, en los casos de cierta gravedad, establecer algún sistema de control (de producto o de proceso) que detecte con suficiente antelación si el defecto puede volver a producirse, para poder actuar antes de que ocurra.
Por último, es importante el disponer de la información obtenida en otros estudios de defectos, recopilada convenientemente. Ya que, en muchas ocasiones, éstos se presentan de forma cíclica o repetitiva (con mínimas variaciones). En otras ocasiones, más claras, esta comparación permitirá directamente descartar un número importante de posibles causas, lo que agilizará el estudio y su solución.
5. APLICACION DE LA METODOLOGIA DEL ESTUDIO DE DEFECTOS A UN EJEMPLO CONCRETO: GRIETAS DEBIDAS A UNA FALTA DE COMPACTACION PUNTUAL.
5.1. Recopilación de datos.
5.1.1. Observación del defecto.
El primer paso en el estudio de un defecto consiste en una observación minuciosa del aspecto que presenta a fin de obtener la máxima información posible y de esbozar unas primeras hipótesis sobre el origen del mismo. Para esta primera observación es de gran utilidad el empleo de una lupa o microscopio óptico.
En este caso el defecto se presenta como pequeñas grietas, de 3 ó 4 mm. de longitud, en la superficie de la pieza esmaltada. Estas grietas llegan hasta el soporte, no son muy abundantes (1 ó 2 defectos por pieza) y se,encuentran distribuidas aleatoriamente en la totalidad de la pieza. En las figuras 3 y 4 se detallan las fotografías correspondientes a los defectos presentes en la superficie esmaltada.
5.1.2. Cuantificación del defecto.
La cuantificación del defecto es importante tanto para conocer su incidencia real en la produc- ción como para acotar el número de etapas del proceso en las que se puede presentar.
Figura 3.- Defecto en la superficie de la pieza esmaltada; 9.6 aumentos.
Figura 4.- Defecto en la superficie de la pieza esmaltada 9.6 aumentos.
- 244 -
Este defecto en concreto presenta las siguientes especificaciones:
- Frecuencia: esporádico. - Amplitud: elevada. - Intensidad: mayodgrave.
5.1.3. Primera localización en planta.
Con los datos recogidos tras la observación y cuantificación del defecto se lleva a cabo un primer emplazamiento de éste en la planta. Se desechan aquellas operaciones de la fabricación en las que difícilmente puede haberse originado.
Las fases de secado y cocción se descartan como causantes del defecto. Esta decisión se adopta después de comparar el aspecto del defecto con el que presentan otros tipos de grietas que provienen de cualquiera de estas dos etapas. (Consulta de archivo de defectos).
Las grietas de secado son habitualmente de mayor tamaño y suelen estar localizadas en los extremos de las piezas en dirección perpendicular al lado de la pieza. Se deben, por lo general, a des- uniformidades en la aportación de calor a la pieza, lo que provoca comportamientos de dilatación- contracción diferenciales, que se traducen en una liberación de la tensión en forma de grieta. En alguna ocasión la presencia de grietas se detecta en estas etapas aunque su origen se encuentre en heterogeneidades de compacidad o en esfuerzos mecánicos puntuales (golpes) aplicados sobre la pieza, que superan su límite el8stico.
Después de esta primera selección quedan como posibles causas del defecto, las operaciones de prensado y esmaltado, así como la composición y preparación de la pasta utilizada en la fabricación del producto. Razones similares a las anteriormente expuestas (carácter puntual del defecto y presencia de una o dos grietas por pieza) indican que el prensado y esmaltado no son las causas principales del defecto, aunque pueden influir apreciablemente en su aparición.
Llegado a este punto, es aconsejable pues, revisar los partes de los controles que se efectúan en estas operaciones, en un intento de encontrar algunavariación de los parámetros de trabajo que nos indique cuál de ellos podría ser el que produce el problema. Si se encontrase algún cambio en las variables de operación de una de las etapas debería actuarse sobre ésta para reducir o eliminar el defecto.
En el caso de que no haya variación de los parámetros de operación respecto a los habituales será necesario desarrollar un estudio más completo del defecto.
5.2. Estudio del defecto.
El objeto del estudio será por una parte conocer la naturaleza exacta del defecto, su origen y las causas que lo provocan y por otra el determinar la influencia de alguno de los parámetros de producción básicos, que puedan acentuar o reducir su intensidad.
5.2.1. Posibles causas
Con la información disponible se puede afirmar que el origen del defecto debe estar en la composición de la pasta y/o en su proceso de preparación.
5.2.1.1. Influencia de la pasta.
En este apartado se pueden distinguir tres posibles procedencias del defecto:
a) Contaminaciones de la pasta. b) Errores en la formulación. C) Errores en la preparación de la pasta (entendiendo como tal el proceso seguido desde
la formulación hasta que el material entra en prensas).
a) Contaminaciones de la pasta.
Si en las proximidades de la superficie del soporte se encuentran partículas de un material contaminante o gránulos de composición diferente a l a del resto, éstos presentarán un comportamien- to distinto en la cocción. Las posibles desgasificaciones y10 la diferencia de contracción entre los gránulos contaminantes y el resto de la pieza generará tensiones que pueden conducir a la formación de pequeñas grietas.
Para comprobar esta hipótesis se hace necesario un estudio de la microestructura y composi- ción del soporte en la zona del defecto.
b) Errores en la formulación.
La aparición de este defecto en las piezas sugiere una falta de compactación puntual, que podría ser debida a la presencia de gránulos de elevada dureza (baja deformabilidad) en las inmediaciones de la superficie.
Los gránulos de considerable dureza pueden proceder de una pasta demasiado plástica (rica en mineral arcilloso) o de una excesiva proporción de aditivos, que actúan como ligantes, introducida en el proceso de preparación.
C) Preparación de la pasta.
Si la pasta de partida presenta una humedad muy heterogénea, es decir, si existen gránulos mucho más secos o húmedos que el resto, pueden originarse también pequeñas grietas, especialmen- te si se trata de aglomerados de elevado tamaño (mayores de 750pm).
La presencia de gránulos muy húmedos o muy secos cerca de la superficie del soporte va a producir una zona de compactación diferente al resto de la pieza. El comportamiento de esta zona durante el esmaltado (mojado superficial de la pieza) y su posterior cocción puede conducir a la formación de grietas.
5.2.1.2. Influencia del prensado.
La conformación de la pieza ejerce una influencia sobre el defecto, aunque no sea directamen- te una de las causas que lo provocan.
Si la totalidad de la pieza presenta una baja compacidad, el defecto podrá ser más acusado, ya que existirá una menor cohesión entre los gránulos.
El uso de moldes recubiertos con materiales muy deformables (gomas, cauchos, ... ), favorece enormemente la ausencia de roturas y posterior cohesión de los gránulos que se encuentran en superficie.
En la Figura 5 puede apreciarse la aparición de grietas en la superficie de piezas conformadas a baja presión de prensado al aplicar una cantidad de a y a equivalente a la del esmaltado, y la ausencia de las mismas, cuando se eleva la compactación de las piezas.
5.2.1.3. Influencia del esmaltado.
Como se ha comentado anteriormente la influencia de esta operación radica en la mayor o menor cantidad de agua que se aplique al soporte. Además, la humedad retenida en la superficie del soporte será función de la cantidad total de a y a aplicada y de la temperatura de la pieza.
Figura 5. Efecto de la presión de prensado sobre la aparición de grietas en la superficie de la pieza.
- 247 -
Asimismo alteraciones en la compacidad, resistencia mecánica y contracción de secado de las capas de esmalte podrán ejercer una influencia sobre el defecto.
En la Figura 6 puede observarse el aspecto de la superficie de un soporte cuando se aumenta la cantidad de agua aplicada manteniendo constante la temperatura de la pieza (T ambiente).
El efecto de la temperatura del soporte se detalla en la Figura 7. En esta serie se ha mantenido constante la cantidad de agua aplicada y la compactación de las piezas. Puede apreciarse claramente como disminuye la cantidad de grietas, al elevar la temperatura de aplicación.
5.2.2. Ensayos a realizar.
Estos ensayos irán encaminados a descartar o admitir como ciertas las posibles causas del defecto que se ha enumerado en el apartado anterior.
a) Determinación de la presencia de contaminaciones en la pasta. (Diferencias de composición).
Para un estudio detallado de la composición del soporte en l a zona del defecto es necesario el empleo del microscopio electrónico de barrido asociado a un equipo de microanálisis.
En el caso que nos ocupa, en la zona del defecto no se aprecian diferencias de composición con el resto de la pieza, siendo los análisis realizados en ambas zonas los característicos de una composición de gres. (Figuras 8 y 9).
Figura 6. Efecto de la cantidad de agua aplicada en el esmaltado sobre la aparición de grietas supeficiales.
- 249 -
T= ambiente
Figura 7. Efecto de la temperatura del soporte sobre la aparición de grietas superficiales.
- 250 -
0 2 - J A N - 9 0 1 9 8 5 4 1 4 5 E D A X R E A D Y
R A T E - 4 C P S T I M E - 8 0 L S E C
F S - 5 7 4 7 C N T P R S T - Z O O C S E C
B - z a r n o d e f e c t o
l si"a il I / I !! ( 1 ! 1 I 1
j 1
d[iL ,__ "\ K Lta C o K a , A FeKa u -- .. l .
2. 00 4. 00 6. 00 9. @O
7 9 C N T S . O O K E ' J 1 0 a V / c h E3 E D A X
Figura 8. Microaniilisis del soporte en la zona del defecto.
0 2 - J A N - 9 0 2 C : 0 0 : 4 6 E D A X R E 4 4 D Y
R A T E = 7 C P S T I M E - 8 2 L S E C
F S - 6 1 4 5 C N T P R S T - Z O O L S E C
A = z o n a s 1 n d e f e c t o
2. 00 A. 00 6. 00 8. 00
~ ~ C N T 5 , O O K E V 1 0 e V / c h A E D A X
Figura 9. Microanálisis en una zona del soporte alejada del defecto.
b) Microestructura de la pieza.
Al observar la muestra en la zona del defecto con el microscopio electrónico de barrido, se ven aglomerados de atomizado tal y como puede apreciarse en las Figuras 1 0 y 11, lo que indica que en la pieza cruda ha habido pequeñas zonas de baja compactación.
C) Ensayos sobre la formulación de la pasta.
Tal y como se ha indicado anteriormente, un exceso en la proporción de materiales plásticos y/ o ligantes afectaría a la totalidad de los gránulos, modificando su dureza. Esto provocaría, en principio, un cambio en las propiedades globales de la pieza y no debería ser causa de defectos puntuales. Para confirmar esta suposición se ha realizado ensayos de resistencia mecánica en seco en piezas prensadas con una composición patrón y con la que presenta el defecto. Dado que no se h a encontrado diferencia alguna entre los valores obtenidos y que en la observación efectuada mediante microscopía electrónica los gránulos que no se hallaban en la zona del defecto se encontraban perfectamente deformados, se puede descartar l a posibilidad de que se hayan producido los errores anteriormente citados en la formulación de la pasta.
d) Ensayos sobre la preparación de la pasta.
Cabe suponer que es más probable que el defecto venga originado por los gránulos de mayor tamaño. Por este motivo, se ha determinado la humedad de l a fracción mayor de 500 pm de la pasta y se ha comparado con la humedad del resto del atomizado.
Los gránulos del rechazo a 500 um tienen una humedad considerablemente más baja, por lo que muy probablemente sean la causa del defecto. Tal y como se h a estudiado en numerosos trabajos, el contenido en humedad está relacionado directamente con la compactación tanto en crudo como en cocido. La relación entre la humedad del atomizado (Xp) y la densidad aparente en seco se detalla en la Figura 12. En esta figura puede observarse además el desplazamiento que experimenta el punto de fluencia de dos atomizados. (El que presenta menor contenido en humedad desplaza este punto a mayores presiones). La relación entre estas variables queda reflejada en l a microestructura de las piezas. Las Figuras 1 3 y 14 corresponden a microfotografías de dos piezas conformadas a la misma presión (300 Kg/cm2) a partir de atomizados con humedades diferentes (0.01 8 y 0.082 kg agua/kg s. s. respectivamente).
Como puede observarse, en l a pieza prensada a baja humedad (Figura 13) se distingue perfec- tamente que los gránulos de atomizado mantienen su identidad.
5.3. Determinación de la causa del defecto.
En los ensayos realizados se han obtenido los siguientes resultados:
a) No hay diferencias de composición entre la zona del defecto y el resto del soporte.
b) Unicamente la zona defectuosa presenta un cambio microestructural apreciable. (Aglome- rados no deformados).
Figura 10.- Zona del defecto; 101 aumentos.
Figura 11 .- Zona del defecto; 178 aumentos.
Figura 12. Diagrama de compactación del atomizado a dos humedades distintas.
C) No hay alteraciones en la resistencia mecánica de las piezas.
d) La fracción gruesa de atomizado presenta menor humedad que el resto.
Teniendo en cuenta los apartados a) y c) se puede descartar que el origen del defecto sea debido a una contaminación en la pasta o a errores en la formulación de ésta.
De b) y d) se infiere que el defecto probablemente se deba a gránulos secos de gran tamaño. Estos aglomerados pueden proceder de desprendimientos producidos en el propio atomizador, en el mecanismo de transporte (cintas, cangilones, ... ) o en los silos de reposo.
Los primeros suelen producirse por desprendimientos de material pegado a paredes del atomizador, que ocasionalmente cae junto al atomizado.
Las condensaciones producidas durante el transporte o en los silos de reposo, suelen tener su origen en el vapor de a y a que desprende el atomizado, debido a su contenido en humedad y a la elevada temperatura de salida. Este vapor condensa en las zonas más frías que encuentra a su paso, y realiza al mismo tiempo un efecto aglomerante sobre el polvo ambiental y el depositado anterior- mente. Posteriormente se seca y en un momento determinado cae sobre el material que se está produciendo en ese momento.
Figura 13.- Microestructura de la pieza prensada a Xp=0.018 kg aguakg S.S. y P=300 kg/cm2; 101 aumentos.
Figura 14.- Microestructura de la pieza prensada a Xp=0.082 kg agua/kg S.S. y P=300 kg/cm2; 101 aumentos.
5. SOLUCIONES AL DEFECTO.
S e pueden adoptar diferentes medidas a f in de eliminar el defecto o a l menos de disminuir s u incidencia en la calidad del producto acabado.
L a solución más inmediata e s efectuar un tamizado adecuado antes de la alimentación del mater ia l a las prensas, desechando los gránulos de mayor t amaño o los aglomerados que se hayan podido formar.
E n la p lan ta d e atomización se podría regular la tempera tura de salida del atomizado y10 adoptar a lgún s is tema de refrigeración que redujese la evaporación.
Ser ía aconsejable, a nivel general, el evi tar el uso d e atomizado de m u y baja humedad; ni siquiera mezclado con otro de humedad correcta, ya que el primero puede ser potencialmente un núcleo d e generación del problema estudiado.
Por último una cuidada y periódica limpieza del equipamiento (silos, cangilones, tamices, ...) podría reducir l a cantidad de aglomerados secos e n el atomizado.
6. BIBLIOGRAFIA.
(1) BIFFI, G.; "Defectos de la fabricación de los azulejos", Ed. Faenza Editrice. Faenza, 1979.
(2) ASSICERAM. "La smaltatura". Ed. Faenza Editrice. Faenza, 1 979.
(3) ROQUE ORELLANA, P.; "Gestión de calidad en la l?ymesn; Editado por IMPIVA. Valencia, 1986.
(4) PADOA, L.; "La cottura dei prodotti ceramici". Ed. Faenza Editrice. Faenza, 1979.
(5) MONZO, M.; ENRIQUE, J.; DE LA TORRE, J.; "Técnica cerámica", 164,266-275,1988.
(6) ENRIQUE, J.; MONZO, M.; DE LA TORRE, J.; "Técnica cerámica", 165,328-334,1988.
(7) ENRIQUE, J.; MONZO, M.; DE LA TORRE, J.; "Técnica cerámica", 166,394-400,1988.
(8) ENRIQUE, J.; MONZO, M.; DE LA TORRE, J.; "Técnica cerámica", 170,18-27,1989.
(9) AMOROS, J.L.; "Pastas cerámicas para pavimentos de monococción. Influencia de las variables de prensado sobre las propiedades de la pieza en crudo y sobre su comportamiento durante el prensado y la cocción". Tesis doctoral. Universidad de Valencia, 1987.
(10) FORD, R.W.; "Some aspects of firing carbonaceous materials". British Ceramic Research Associa- tion Ltd.
(11) TAYLOR, J.R.; BULL, A.C.; "Ceramic glaze technology". Ed. Pergamon Press. Oxford, 1986.
(121 UNE-67-098-85. Asociación Española de Normalización y Certificación (A.E.N.O.R.).
(13) ASTM (2-242-83. American Society for Testing and Materials (A.S.T.M.).
