Para obtener una barbotina de vaciado satisfactoria no basta con meramente seleccionar las materias primas correctas, añadir la suficiente agua y defloculante para hacer fluido el sistema permitir un drenado limpio.
Es necesario balancear el sistema completo de tal suerte que la floculación que resulta del proceso de deshidratación produzca un vaciado con la calidad estructural que demandan los procesos de la planta. Esto significa controlar la densidad de empaquetamiento, la cantidad de agua retenida y la manera en que se mantiene en la estructura, y el gradiente que existe a través del espesor del vaciado. Una barbotina satisfactoria es aquella que produce un
de cualquier sección de pared.
La meta de las industrias que usan barbotinas de vaciado es desarrollar un vaciado de espesor adecuado en un tiempo razonable. Se pretende tener tanta plasticidad como sea posible con una firmeza equivalente. Si se excede el rango plástico se tiene un vaciado pegajoso y suave; mientras que excediendo el rango de firmeza se tiene un vaciado duro y quebradizo.
La correcta aplicación de las bases reológicas para estructurar el sistema de barbotina de vaciado tiene un contundente impacto en la reducción de las mermas por roturas.
Desafortunadamente, no podemos templar nuestros productos para relevar los esfuerzos inducidos desde el moldeo como acontece en la industria del vidrio. La relevación de tensiones tiene que llevarse a cabo durante el vaciado mediante una correcta estructura de plasticidad y firmeza del vaciado.
Una pieza con un óptimo binomio plasticidad-firmeza puede vaciarse y manejarse una vez desmoldada con menos tensiones, y secarse con menores gradientes de humedad y de contracción diferencial. En la práctica, la enorme mayoría de roturas y fallas estructurales de las piezas se resumen en una contracción diferencial.
El objetivo genuino en cualquier sistema de vaciado es el de reducir todos los esfuerzos o tensiones. Frecuentemente se pasa por alto la consideración del sistema completo, observándose solamente cambios individuales un nuevo material, aumento o reducción de materiales como arcilla fina, arcilla gruesa, silicato de sodio, sulfatos, etc.
Normalmente nos referimos a la defloculación como el proceso básico de preparación de la barbotina cuando en realidad lo que buscamos es un balance entre las fuerzas atractivas y las fuerzas repulsivas; es decir un balance entre la floculación y la defloculación.
Durante el inicio del vaciado, debe formarse una estructura plástico-firme al actuar el molde sobre la barbotina. El molde de yeso tiene una enorme afinidad por el agua y tiende a segregar las partículas, cambiar la distribución de humedad, y en general, a romper la estructura del vaciado para conseguir el agua. (Figura 24)
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Si se carece de un ligero gelamiento a medida que procede el vaciado, las partículas más finas atraídas a la capa inicial de vaciado pueden causar un despegue deficiente, marcas o manchas sobre la superficie adyacente al molde, o distribución heterogénea de partículas finas cerca de las superficies del molde y partículas gruesas cerca de la superficie de drenado.
En una barbotina de vaciado, la mayoría de partículas finas son partículas plásticas o de arcilla, mientras que la mayoría de partículas gruesas corresponden a las partículas de desgrasantes o feldespato y sílice. La segregación de partículas pequeñas y grandes, plásticas y desgrasantes, provocará con seguridad fuertes diferencias de humedad y de concentración, así como gradientes de fraguado durante el vaciado y el secado;
produciendo, en consecuencia, roturas.
La segregación de partículas origina en el quemado una matriz con gradientes de composición susceptible de problemas en precalentamiento, calentamiento y choque térmico.
Asimismo, cuando se tiene separación o segregación de partículas, la distribución de humedad en la sección transversal del vaciado no es uniforme. Esta condición puede originar superficies de vaciado (en contacto con el molde) duras y quebradizas, y una superficie de drenado suave y deformable.
Por lo aquí mencionado, es de capital importancia atenuar al máximo los diferenciales o gradientes a través de la pared de vaciado de las piezas. En este sentido juega un papel importante la distribución y el tamaño de poros en la estructura del vaciado.
El tamaño de poro del vaciado está determinado por las partículas más finas presentes en la distribución. Es importante notar que la porosidad y la distribución de tamaños de poro son propiedades muy diferentes. Las porosidades de monodispersiones de esferas de 1 micra y de 100 micras en un empaquetamiento ortorrómbico son idénticas (alrededor de 40%). Sin embargo, el tamaño de poro del arreglo de esferas de 1 micra es mucho menor que la del
también idéntico, pero el esfuerzo requerido para mover la humedad a través de los poros de 1 micra es mucho mayor que para el paquete más grueso de partículas de 100 micras.
Esto se complica aún más si consideramos el área superficial de las partículas más finas y la capa de agua rígida absorbida sobre sus superficies.
De lo anterior se infiere que dos composiciones pueden tener la misma área superficial y al mismo tiempo tener diferentes distribuciones de tamaños de poros.
El propósito de la floculación parcial de las barbotinas de vaciado es el de incrementar el tamaño de poro y la retención de humedad del vaciado por aglomeración del material coloidal; produciendo en consecuencia, mayor velocidad de vaciado, mejor uniformidad de la humedad a través de la pared de vaciado y mejor plasticidad. (Figura 25).
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La floculación parcial de las barbotinas de vaciado incrementa la porosidad y el tamaño de poros al quitar los coloides de su existencia como partículas individuales y transformarlos en aglomerados. En este estado los coloides actúan como partículas más grandes, incrementando su porosidad, pero manteniendo su área superficial.
La figura 26 nos muestra que el esfuerzo de humedad aumenta (y la velocidad de vaciado disminuye) al reducir el tamaño de partícula.
Esto implica que cuando la velocidad de vaciado es baja debido a una insuficiente floculación y tamaños de poros pequeños, el gradiente de humedad desarrollado durante el vaciado permanece una vez que el vaciado cesa y no asume una distribución uniforme de la humedad a través de la pared de vaciado. Esto resulta en una superficie quebradiza, fuertemente dilatante sobre el lado del molde, y una superficie húmeda, suave y de alta contracción sobre la cara del drenado. En un vaciado sólido, ambas caras del molde resultan quebradizas mientras que el centro es suave.
Por otro lado, los aglomerados actúan de la misma forma que las partículas más grandes, produciendo una estructura de poros mayor lo que causa una velocidad mayor de vaciado, pero proporcionando al mismo tiempo una alta retención de humedad. Se tiene, además, un menor esfuerzo de humedad en el movimiento de agua una vez que ha cesado el vaciado;
por tanto, se tiene un menor gradiente de humedad en la pared del vaciado una vez que se ha desmoldado. Porque los poros más grandes facilitan la redistribución de la humedad.
(Figura 26).
Una barbotina defloculada o insuficientemente floculada va a retener un pronunciado gradiente de humedad, exhibe un vaciado duro sobre la superficie del molde, pérdida lenta de brillo en la superficie de drenado, fuertes gradientes de contracción entre las superficies de vaciado y drenado, y tiene una alta tendencia al rajado. Un corte transversal a través de un vaciado fresco bajo estas condiciones nos mostrará una superficie de vaciado seca y una superficie de drenado muy húmeda.