GOBIERNO REGIONAL DEL CUSCO DIRECCION REGIONAL DE PRODUCCION PROYECTO DE IMPLEMENTACION Y ASISTENCIA EN TECNOLOGIAS LIMPIAS PARA LA INDUSTRIA DE TEJAS Y LADRILLOS

CURSO:

TECNOLOGIA DE LA FABRICACION DE LADRILLOS

EXPOSITOR:

Ing. Atilio Mendigure Sarmiento

Cusco, Junio del 2009

Ladrillos y tejas

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GOBIERNO REGIONAL DEL CUSCO DIRECCION REGIONAL DE PRODUCCION PROYECTO DE IMPLEMENTACION Y ASISTENCIA EN TECNOLOGIAS LIMPIAS PARA LA INDUSTRIA DE TEJAS Y LADRILLOS Curso : TECNOLOGIA DE LA FABRICACION DE LADRILLOS Ing. Atilio Mendigure Sarmiento 1. LA INDUSTRIA DEL LADRILLO MATERIA PRIMA 1.1 LA INDUSTRIA DEL LADRILLO Los primeros ladrillos para la construccin se emplearon en Mesopotamia, en la zona comprendida entre los ros Tigris y ufrates, que han visto el resurgir y el afirmarse de las primeras civilizaciones en esa parte de nuestro planeta. Pertenece al ao 4000 A.C, las colosales construcciones (Ziggurat) hechas en relieve, sobre plataformas de tierra batida. Del mismo periodo se suponen muchos restos de casas residenciales construidas con claros signos de composicin arquitectnica bien estudiada. Durante cerca de mil aos, los ladrillos fueron utilizados en estado seco sin ser sometidos al estado de coccin. Los primeros ladrillos cocidos empezaron a aparecer en el ao 3000 A.C. y se encuentra como revestimiento de las grandes construcciones monumentales Es en el siglo 19, cuando empieza a cambiar el uso de ladrillos y se extiende a las ciudades en mayor demanda para el uso en construccin de viviendas. El salto de calidad se produce cuando se desarrollan los hornos de anillo de Hoffman en Alemania (1859), pudiendo controlar y regular la alimentacin del combustible y el aire necesario para la combustin. Los ltimos 50 aos han sido tiempos de desarrollo en la industria de los ladrillos, logrando un enorme progreso tecnolgico que todava no es latente Ladrillos y tejas Pgina 2

en la regin del Cusco y en muchas partes del territorio nacional, dando una idea de retraso de ms de un siglo. 1.2 CLASES Y FORMAS DE LADRILLO Los ladrillos se emplean en diferentes usos as tenemos como: Ladrillos y bloques para paredes portantes o no portantes. Tejas y tejas acanaladas para cubiertas. Bloques ligeros para pavimentos o para todas aquellas obras de construccin de superficies horizontales o en algunos casos inclinados. En lo mencionado lneas arriba se debe entender que estn incluidos muchsimos tipos, cada uno con caractersticas diferentes que satisfacen requisitos estticos, resistencia mecnica, esfuerzos, proteccin trmica, etc. 1.2.1 Ladrillos y Bloques para Paredes Portantes Con este trmino se entienden las estructuras verticales de los fabricados, a quien asigna el proyectista la funcin de sostn de todas las cargas, tanto las propias como las de otras estructuras apoyadas a ellas (suelos, techos) y de otros pesos sostenidos por stas (muebles, maquinaria eventual, etc). En las construcciones de muchas plantas o pisos las exigencias de resistencia mecnica para cargas verticales son claramente mucho mayores que en las construcciones de una sola planta, en todos los casos estn asegurados por las superficies exteriores tanto la integridad contra los choques, la accin del frio, del agua, del hielo, etc. En muchos pases se han definido tambin como aislamiento trmico a fin de contener el consumo energtico. Componentes de las paredes portantes son en general los ladrillos macizos, semi macizos y bloques, elementos en su mayora de forma paraleppeda. Ladrillos macizos.- En el pasado se entenda como ladrillo macizo a un bloque sin ningn orificio, hoy la extrusin en pasta plstica de ladrillos con agujeros ha llevado a notables simplificaciones productivas y menores inconvenientes, por lo tanto el ladrillo macizo ya casi no se fabrica por Ladrillos y tejas Pgina 3

extrusin, se denomina as tambin al extruido con porcentajes reducidos de orificios, basta que la relacin entre la superficie de los orificios y el total de las caras agujereadas no exceda el 15 %. Los ladrillos macizos sin orificios se obtienen hoy tanto por prensado, como con pasta blanda mediante moldes adecuados. Los ladrillos macizos difieren en dimensiones a nivel mundial, as tenemos que: - En Italia se tiene el de 5,5x12x25 Cm, - En general en Europa se tienen medidas de 6x12x25 Cm, - En USA se tiene el de 7,5 x 11,2 x 22,5 Cm. Ladrillos huecos.- En las paredes portantes se emplean mucho ms frecuentemente los ladrillos semihuecos que los ladrillos macizos. Las caractersticas de estos ladrillos es la relacin superficie de agujeros/superficie de la cara perforada que alcanza el 35 a 45%. Salvo la relacin de orificios la diferenciacin de los tipos de bloques se refiere a las dimensiones que pueden ser mltiples de las de los ladrillos (hueco doble, hueco triple) o tener formas particulares en las paredes. El bloque tradicional tiene dimensiones de 12x12x24 Cm. 12 12 24 1.2.2 Ladrillos y bloques para paredes no portantes Se denominan paredes no portantes las de cercamiento que se colocan en los huecos comprendidos entre los pilares o muros de carga y vigas de edificio. En las propiedades de estas paredes falta la de resistencia a las cargas verticales Exceptuando la del propio peso, se mantienen sin embargo las propiedades restantes de orden trmico en su doble vertiente de aislamiento y de amortiguacin de las oscilaciones de temperatura.

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Pueden emplearse para las caras exteriores todos los materiales ya descritos y otros con mayor porcentaje de huecos hasta el 45 50%. Ladrillos cara vista.- Mientras las paredes constituidas por los ladrillos y bloques de produccin comn estn terminados con revocados en la superficie exterior, la pared cara vista deja en evidencia al ladrillo con su dimensin y su color original en fase de construccin, se limita a tapar regularmente las juntas de cemento entre pieza y pieza. Para estas obras se utilizan la mayora de veces ladrillos con dimensiones indicadas lneas arriba, pero frecuentemente tambin se usan ladrillos de espesor inferior y con relacin de orificios hasta del 40%. Adems de la coloracin que puede ser natural, precisamente por lo particular de la materia prima empleada, o artificial, a travs de aditivos colorantes aplicados previo a la fase de coccin, la superficie puede tratarse mediante arena y con impresiones de motivos de embellecimiento realizados a la salida de la extrusora (raspado, escamado, grabado, etc.). Bloques ligeros para pavimentos (bovedillas).- Una vez realizada la estructura vertical portante, correspondiente a una planta del edificio, en pared portante o en hormign armado se construye la horizontal o pavimento. Las bovedillas para pavimentos se caracterizan por sus grandes dimensiones y porcentajes de huecos comprendidas entre el 65 a 75%. El espesor del bloque representa un factor importante de eleccin por que esta ligado a los lmites mximos de luz libre entre las paredes o a las vigas de apoyo del pavimento. Otro factor muy importante es el ancho de la bovedilla, determinado por la separacin entre las vigas de apoyo. 1.3 MATERIA PRIMA 1.3.1 Composicin de la materia prima

Los materiales arcillosos derivan de la degradacin originada en tiempos remotos de rocas madres que todava hoy constituyen gran parte de la corteza terrestre.

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Las arcillas blancas o las ms puras tienen una formacin de 60 millones de aos y las arcillas rojas que son las que trabajamos en el Cusco para elaborar nuestros ladrillos tienen una formacin de 20 millones de aos. Las diferentes acciones fsicas y qumicas han determinado la formacin de las arcillas en nuestro planeta, as podemos resaltar que las acciones de resquebrajamiento, debido al enfriamiento de la corteza terrestre han formado fracturas, el levantamiento de la corteza terrestre y su consecuente origen de montaas, seguidas de derrumbamientos han puesto en contacto con la atmsfera nuevas capas de materiales en superficies ms extendidas.. El proceso de abrasin ha subdividido en subdivisiones ms finas y los choques durante el transporte con agua y viento han generado ms resquebrajamientos. Las acciones de transporte y depsito debido al agua y al viento han permitido la formacin de materiales de varias procedencias que han provocado se seleccionen los materiales por dimensin y peso de las partculas, tambin se han dado alternancias de depsitos caracterizados por partculas de mayor o menor tamao, debidos a periodos diversos en los que el flujo del agua y del viento podan ser ms rpidos o lentos. La mezcla de elementos diversos procedentes de rocas silicatadas con otros de diversos orgenes han dado diversos tipos de arcillas. Cuando las rocas se encontraban en estado fundido, favorecidas en ese momento por las altas temperaturas y presiones, se han producido acciones qumicas originarias de las arcillas, As mismo el contacto de estas superficies disgregadas con la atmsfera y el agua ha oxidado y alterado la estructura de estos materiales dando lugar a las arcillas en el tiempo. Las fracturas permitieron adems un contacto entre materiales diversos que al ser transportados y ser sometidos al contacto con la atmsfera de la superficie terrestre permitieron la formacin de las arcillas. Muchos de estos procesos se han desarrollado simultneamente y en forma repetida para la existencia de depsitos arcillosos. Las arcillas se encuentran constituidas por compuestos de slice o cuarzo, almina y agua, estas en su nivel de alta pureza, mientras las arcillas rojas tienen materiales adicionales como el xido de hierro, carbonato de calcio y materia orgnica, en mnimas proporciones existen tambin presentes los xidos de potasio y de sodio. Ladrillos y tejas Pgina 6

Algunas arcillas contienen minerales como el feldespato con una granulometra finsima que son inertes y contienen slice y almina que slo cuando se encuentran a alta temperatura cristalina del cermico. En el material procedente de la cantera frecuentemente hay gravas y rocas que deben eliminarse para no comprometer las mquinas, as tambin se puede encontrar maderas y fsiles que deben ser separados junto con las races por medio de rejillas filtrantes. forman parte de la estructura

La tabla Nro. 1, nos indica la composicin qumica de diferentes materiales arcillosos: TABLA Nro. 1: COMPOSICION QUIMICA DE DIFERENTES MATERIALES ARCILLOSOS Sondeo Nro 9 Sondeo Nro.12 0,5 a 43 m 0,6 a 49 m Componentes SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 Prdida al fuego Total % 50,70 15,34 5,90 10,27 0,80 0,96 1,46 0,41 13,67 99,51 17 a 20 m % 44,28 14,41 6,22 14,16 1,92 0,50 1,10 1,68 15,16 99,43 28 a 32 m 32 a 56 m Sondeo Nro. 11

% % 54,20 48,38 13,90 13,80 5,88 5,72 9,53 12,10 1,20 1,20 0,40 0,42 1,00 1,00 1,54 1,98 11,99 14,99 99,54 99,59

% 45,76 14,92 5,82 12,77 1,60 0,92 1,14 0,37 16,01 99,33

El conocimiento de la composicin qumica de las arcillas nos ayuda bastante en saber los resultados que tendremos al trabajarlos, pero en particular , tambin es necesario conocer los resultados de los anlisis qumicos diferenciados en varias etapas del proceso de produccin de los ladrillos, son de inters prctico y cientfico, as tenemos: Ladrillos y tejas Pgina 7

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La resistencia mecnica es influenciada por ejemplo por la formacin de fases lquidas de sinterizacin o de reestructuracin interna, esto por efecto de los xidos de sodio, potasio, calcio y frricos.

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A diferentes temperaturas se dan comportamientos variados como prdidas de sustancias durante las fases de precalentamiento y coccin. Se dan posibilidades de eflorescencias. Cantidad y tipo de elementos nocivos que se liberan en la fase de coccin y que son la causa de contaminaciones o de eventuales corrosiones en las estructuras del horno e indirectamente tambin si esta conectado un secadero.

1.3.2

Influencia de la composicin de la materia prima en las caractersticas del producto Resistencia mecnica

1.3.2.1

Se define como resistencia al valor lmite mnimo de esfuerzo a la rotura por compresin o por flexin de piezas enteras o de partes. De acuerdo a la composicin mineralgica de las arcillas se logra que estas puedan ser manipuladas tanto en el momento antes del secado, en el momento en que estn secos y en el estado de cocimiento de alta temperatura La resistencia mecnica del producto en seco depende de la calidad de la arcilla, del porcentaje del componente arcilla y sus dimensiones granulomtricas. Una buena arcilla le confiere al producto en seco una buena cohesin, creciendo este por su buena cantidad y su mayor finura, por ello es necesario una buena molienda, ya que la superficie mayor de contacto aumenta ms la cohesin. La resistencia mecnica del producto cocido depende de los porcentajes de los componentes arcillosos y su dimensin granulomtrica, dado que los enlaces estn influenciados notablemente por la finura de granulomtrica y por la gran reactividad superficial que promueve y acelera las reacciones de coccin. Tambin una composicin qumica adecuada tanto en la formacin de fases lquidas con la presencia de xidos alcalinos y alcalinos trreos, permitir una

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transformacin qumica adecuada y una recristalizacin que favorece su resistencia mecnica. RESISTENCIA A LA COMPRESION PARA FINES ESTRUCTURALES (*) Ladrillo I Ladrillo II Ladrillo III Ladrillo IV 10 mm de alabeo mx. 8 mm 6 mm 4 mm 4,9 (50) MPa (Kg/Cm2) 6,9 (70) 9,3 (95) 12,7 (130)

Ladrillo V 2 mm 17,6 (180) (*) Resistencia caracterstica a compresin sobre rea bruta. 1.3.2.2 Porosidad, contraccin y absorcin de agua

En estado seco la porosidad de un ladrillo depende slo de las fracciones granulomtricas de los componentes y del modo en que estn mezclados. La mxima compacidad y la mnima porosidad se tienen cuando el reparto granulomtrico comprende una grande y gradual variacin de dimetros, tal que los grnulos ms pequeos se coloquen dentro de los huecos dejados por los ms grandes. Durante la coccin, la porosidad aumenta, como consecuencia del desprendimiento de los gases debidos a la combustin de la materia orgnica y a la descomposicin de los carbonatos de magnesio y calcio. Comienza a reducirse de tamao por efecto de las formaciones de fases lquidas que tienden a llenar los poros existentes y a provocar la contraccin del material. El calentamiento posterior y el mantenimiento de la temperatura mxima de coccin, provocan siempre la reduccin de la porosidad y el incremento de la contraccin a pesar , incluso cuando el dimetro de los poros tiene tendencia a aumentar. Las mayores contracciones estn asociados a la mayor cantidad de fases lquidas presentes debidas a la accin fundente de los xidos de calcio y de magnesio, unido a la mayor finura granulomtrica precisamente porque la mayor superficie de contacto hace ms rpidas las reacciones de coccin. La porosidad final del ladrillo cocido est influenciada por lo tanto por: La porosidad inicial en seco La formacin de fases lquidas Pgina 9

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La reorganizacin de las estructuras cristalinas internas dependientes de la composicin mineralgica y de la finura granulomtrica. 1.3.2.3 Color

El color rojo del ladrillo es debido principalmente a la oxidacin de los compuestos de hierro que se encuentran al final como xido frrico. El grado de color rojo depende de la cantidad de xido de hierro presente y la uniformidad de la coloracin se obtiene con su fina y regular subdivisin. El rojo vivo se manifiesta con un contenido de 4 % de xido frrico, as el marrn y el rojo violceo se manifiesta con un 3%, del marrn rojizo al rosa y al blanco con menos del 3%. 1.3.2.4 Eflorescencias

En las superficies exteriores de los ladrillos y de las paredes se forman depsitos de sales que presentan colores y manchas no deseadas. El ladrillo cocido, absorbe humedad del agua de lluvia, de la atmsfera, del terreno, la humedad entra en el interior, disuelve las sales y cuando el ambiente externo se seca, realiza el camino inverso se evapora en la superficie y deja cristalizar las sales. La mayor parte de las eflorescencias se debe a la presencia de sulfatos. 1.3.3 Pruebas de reconocimiento de una arcilla.

Para apreciar la posibilidad de empleo de una especie arcillosa para fines cermicos en general, una serie de muestras nos pueden procurar datos valiosos respecto a la plasticidad. Merma, fortaleza despus del secado y despus de la cochura, color de cochura, etc. Se suelen por tanto llevar a cabo tales pruebas antes de emprender un anlisis concienzudo., 1.3.3.1 EXTRACCION DE MUESTRAS Al sacar las muestras como operacin previa a la investigacin se procura obtener una muestra que represente un trmino medio de la calidad del yacimiento, ya sea de arcilla o de otro material. Se toman pequeas muestras de diferentes lugares de la cantera, o si la partida es presentada en sacos, una muestra de cada saco, y si la Ladrillos y tejas Pgina 10

partida es muy grande, una de cada cinco sacos, etc. Las muestras tomadas se mezclan cuidadosamente. Como la muestra obtenida es demasiado grande, suele dividirse en cuatro secciones o partes, eliminando dos de ellas y volviendo a mezclarse las dos restantes y formar otras cuatro secciones, eliminando dos de nuevo, etc. 1.3.3.2 PRUEBAS DE AMASAMIENTO Y ACUOSIDAD La arcilla seca se tritura finamente y se amasa con una cantidad apropiada de agua hasta que se crea que ha adquirido su mxima plasticidad. No debe ser demasiado hmeda, lo que se conoce por pegarse la arcilla a los dedos, ni demasiado seca, lo que reconoce por quebrarse fcilmente las barras formadas de arcilla, al doblarlas un poco. Se pesa luego con exactitud un pedazo de la arcilla as preparada, luego se seca en un secadero a unos 110C hasta que el peso se vuelva constante. La diferencia que se halle en el peso, indica el contenido acuoso, que se anota en porcentajes. 1.3.3.3 PLASTICIDAD La cualidad ms marcada de la arcilla es su plasticidad, se manifiesta en el hecho de que la materia mezclada con agua, puede masarse en una pasta que puede adoptar toda clase de formas mediante presin y modelado. Al cesar la presin, la arcilla conserva la forma dada. Las arcillas grasas tienen mayor plasticidad lo que se debe al contenido de materias de grano muy fino. La plasticidad de la arcilla aumenta con el tiempo de almacenamiento, siendo tambin importante resaltar que junto con esta plasticidad y necesita tambin mucha agua para ser amasable. Las especies arcillosas muy plsticas se secan lentamente y sufren mucha merma. Pueden adems mezclarse con grandes cantidades de desgrasantes o materias magras, sin que se pierda su moldeabilidad Ladrillos y tejas Pgina 11 existe la cualidad de la arcilla grasa de absorber lenta y difcilmente el agua

1.3.3.4 FINURA DE GRANO La arcilla se pone en remojo y se agita en agua para formar papilas que se filtran en un tamiz, con ello se har visible el contenido de granos gruesos y duros. La papilla filtrada se vierte en un recipiente de yeso. Cuando el exceso de agua haya sido eliminado por absorcin, se amasa la arcilla y se forman algunos objetos entre ellos un par de placas de arcilla, los objetos se secan y se cuecen y durante este proceso se examina la plasticidad, la merma, el retorcimiento de las placas y las eventuales rajaduras y grietas, la resistencia y el color de la masa cocida, etc. Se puede efectuar un ligero anlisis qumico, se investiga si hay carbonato de sodio o caliza en la arcilla, si se vierte cido clorhdrico (cido muritico) sobre un terrn de arcilla, una fuerte efervescencia demostrar la presencia de carbonatos. 1.3.3.5 MERMA DE SECADO

Todos los objetos hechos de arcilla hmeda, se contraen al secarse. Se determina la contraccin lineal en porcentajes, midiendo antes y despus del secado, la distancia entre dos puntos marcados. La merma es ms grande para las arcillas grasas y menor para las magras. Despus del secado, tambin se puede juzgar si las placas han experimentado curvatura o deformacin, lo que es fcil que ocurra si las placas son delgadas y la arcilla es grasa. En estado seco la arcilla es muy frgil y no tolera presiones ni golpes. Las arcillas grasas son ms resistentes. 1.3.3.6 PRUEBAS DE COCHURA

Las placas de prueba de los experimentos de secado se cuecen como indicaremos en la parte 3.1, a la temperatura indicada para la arcilla. Despus de la cochura se mide de nuevo las distancias entre las marcas y la contraccin lineal que se encuentre ser la suma de la merma de secado ms la merma de cochura. Adems, Ladrillos y tejas Pgina 12

se inspecciona

de nuevo si la cochura ha producido mayor

deformacin en la planchas. La merma de cochura suele ser mucho menor que la del secado, mientras no se llegue al lmite de vitrificacin. 2 PROCESOS DE TRABAJO CON LA ARCILLA 2.1 Extraccin de la materia prima A partir de un buen trabajo de investigacin de la arcilla en la cantera, debe prepararse un plan racional de extraccin, para economizar y hacer viable la explotacin durante todo el tiempo previsto. Antes de desarrollar un proceso de excavacin en una cantera nueva es necesario realizar las siguientes operaciones: El descubrimiento, es decir la eliminacin de la capa superficial del yacimiento, que puede ser de tipo rocoso o ms frecuentemente rico en vegetacin y, por lo tanto, en sustancias orgnicas. La eliminacin de aguas procedentes del subsuelo, si es que se encontraran. La construccin de vas de acceso para recoger y transportar el material excavado, dicha construccin es permanente de tal forma que se pueda desplazar uno por todas las zonas accesibles a medida que avanza la excavacin. La excavacin se realiza en pared oblicua cuando el terreno es bastante tierno, normalmente el corte se realiza con una inclinacin de 45 grados, con el fin de evitar accidentes en la cantera. La excavacin y descarga en lo posible deben estar cerca de la zona de preparacin de la arcilla. Existen diferentes maquinarias para la excavacin as tenemos: Excavadoras de cangilones (dragas) Excavadoras de cuchara Excavadoras de tenaza dragante (dragline) Bulldozers

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Normalmente las excavaciones a mquina son de tres tipos: Excavacin horizontal o plana Excavacin oblicua Excavacin vertical

2.2 Preelaboracin por va hmeda La preelaboracin, se denomina tambin preparacin, consiste en una serie de trabajos destinados a conducir a la arcilla del estado en que se encuentra despus de la excavacin a una condicin final lista para obtener un ladrillo. Debe alcanzarse con la pre elaboracin lo siguiente: Uniformidad y constancia en la composicin de los elementos mineralgicos y qumicos contenidos en las materias disponibles. Subdivisin de los varios componentes en partes pequeas, a fin de que en el mezclado la homogeneidad se extienda tambin en las partes ms pequeas Humectacin uniforme y en cantidad suficiente para conseguir un ptimo moldeado posteriormente. Una vez excavado el material arcilloso, se debe triturar previa eliminacin de piedras grandes, races y maderas. Luego es necesario una molienda. Los tamaos que se miden estn en la siguiente escala: - Gruesa, cuando la salida alcanza de 30 a 60 mm - Media de 4 a 6 mm - Fina hasta el orden de 1,2 mm - Muy fina es de menos de 0,8 mm El objetivo del mezclado y la homogenizacin, es el de reunir elementos de diferentes caractersticas para formar una nica mezcla, que sea en todo momento constante. La homogeneidad ser tanto mejor, cuanto ms finas sean las partculas. Durante el mezclado, cuando la humedad global de los componentes no es suficiente para obtener la plasticidad requerida, se aade por diferencia el agua necesaria. Ladrillos y tejas Pgina 14

El intervalo de tiempo ms indicado para la humectacin es sin duda el que corresponde al mezclado, el agua se distribuye homogneamente, si bien la duracin es breve y las partculas de arcilla no logran absorber el agua a nivel de sus partculas elementales. Por ello es importante que la mezcla lograda permanezca en reposo durante un cierto tiempo antes de proseguir la elaboracin.

2.3 Moldeo del ladrillo Se entiende por moldeo a aquel proceso por el cual la materia prima asume una forma bien determinada. El moldeo de los ladrillos a mano, se presenta durante muchsimos aos, para esto se prepara pastas con material humectado abundantemente y conteniendo una cantidad tal de desgrasantes (arena silcea) para mantener la plasticidad dentro de unos valores medio bajos. La pasta as preparada se introduce a mano batindola y comprimindola varias veces, en un molde de madera. Las operaciones de batido y compresin tienen la finalidad de llenar completamente el molde hasta sus aristas, de hacer fluir al exterior el aire cerrado de las cavidades y permitir as continuacin la compactacin del bloque para posteriormente y con la ayuda de una rasqueta de madera eliminar la arcilla sobrante. En ausencia de secaderos artificiales, los ladrillos se disponen de canto a canto en un rea plana para su primer secad parcial, alcanzada una consistencia suficiente, los ladrillos se recogen y disponen en capas superpuestas para su secado total. El moldeo a mano siempre ha precisado mucha mano de obra, sus caractersticas son las siguientes: Superficie tosca e irregular Gran homogeneidad interior

2.4 Secado de los ladrillos Despus del moldeado del material en pasta hmeda o semiseca es necesario realizar el secado como proceso de preparacin a la siguiente etapa de coccin. La cantidad de agua empleada en el moldeado no se elimina completamente, pero el Ladrillos y tejas Pgina 15

proceso se considera finalizado, aunque en la masa del producto quedan pequeos contenidos de humedad. El material en seco debe tener suficiente resistencia mecnica a las manipulaciones manuales o por mquinas, as se podr evitar roturas durante la manipulacin del material en seco. Un secado excesivo reduce drsticamente la resistencia, de manera que los productos con un elevado porcentaje de vacio son los que ms sufren estos inconvenientes. La humedad residual en el producto puesto a una temperatura de secado de unos 100C tiende a producir presiones en la textura porosa. Si debido a la velocidad de calentamiento, a la escasa porosidad de los productos o bien al espesor importante de los tabiques, no se produce la evacuacin del vapor de agua, la tensin a la que queda sometido el material puede hacerlo estallar por algunas paredes del mismo. Por lo general y hasta la fecha los niveles de humedad residual suelen variar entre lo intervalos siguientes: 2,5 % a 3 %, para materiales medianamente magros y productos con porcentajes de vaco entre el 35 y 45%. 2 % a 2,5%, Para materiales ms grasos, productos ligeros de grandes dimensiones y tejas. 0,8 % a 1,0 %, para productos que tienen que cocer en hornos adaptados a ciclos rpidos de coccin. Debemos saber que el producto trabajado en hmedo es muy deformable y el apilado de las piezas con superficies extensas de contacto da lugar a formacin de roturas. A excepcin de algunos casos poco frecuentes es necesario colocar los productos hmedos en una capa nica, suficientemente espaciados y con superficies de apoyo de dimensiones adecuadas para impedir la deformacin al apoyarlos y para permitir una buena ventilacin. Los secaderos para ladrillos hmedos que conocemos son los tradicionales que utilizan el aire del medio ambiente y requieren de mucho tiempo para secar los materiales. A nivel avanzado existen tres tipos de secaderos que son : Secaderos continuos Secaderos estticos y Secaderos semicontinuos

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COMBUSTIBLES 3.1 Combustin, tipos de combustibles usados. Combustin con carbn pulverizado La combustin viene a ser el proceso por el cual un cuerpo al arder produce calor ms agua y anhdrido carbnico: Combustible + Fuego calor + H2O + CO2

Una combustin incompleta a ms de calor, agua y anhdrido carbnico, produce monxido de carbono (CO). En nuestro trabajo de elaborar ladrillos, desde la antigedad se han usado los combustibles que ms fcilmente se encontraban y as la madera ha sido el que ms se ha consumido. En nuestro medio el uso de maderas ha sido combinado con hojas secas, aserrn, llantas y petrleo. Hoy da se est comenzando ha emplear el carbn molido esperando sustituirla en un futuro prximo con gas natural. Con el empleo de petrleo han sido construidos los primeros quemadores que en el campo de los ladrillos podan considerarse verdaderas mquinas de pulverizacin y de dosificacin mecnicas. Al hacer uso del petrleo se requiere facilidades para el almacenamiento, bombeo, transporte de distribucin, de regulacin en cada quemador Respecto al carbn es importante resaltar el aumento de velocidad de coccin y la uniformidad de coccin favoreciendo la calidad del producto y una buena presentacin en el mercado. Cuando se use gas natural, de seguro que las ventajas sern en el aprovisionamiento, en el transporte, en la distribucin, en la simplicidad de combustin y de regulacin, en la ausencia de azufre y en la limpieza del ambiente respecto al petrleo y las maderas. A la fecha resulta ms econmico usar el carbn mineral pulverizado. Tambin es importante que vayamos mejorando en los nuevos dispositivos de combustin para mejorar el uso de los combustibles.

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La Coccin con carbn pulverizado, requiere por lo que estamos viendo en elegir el tipo de carbn ha utilizar y de las mquinas y aparatos que sirven para la preparacin y distribucin de combustible del horno. Se debe anotar que se da un mtodo de alimentacin por la parte superior o bveda del horno es necesario una molienda fina del carbn, con un tamao entre 0,3 2 3 mm, el polvo debe estar seco para evitar atascos y dosificaciones incorrectas. Otro mtodo es el de dosificar a diferentes niveles carbn pulverizado, para que ha medida que en el hogar de quemado se eleva la temperatura en el momento preciso comience a coccionar el carbn mineral. Es importante entonces esta molienda fina as evitaremos la presencia de cenizas residuales que provocaran lo siguiente: a. Depsitos sobre todo en los paquetes. b. Las cenizas contienen xidos fundentes y pueden en algunos casos aglomerarse y adherirse al producto o provocar inicios de fusin si las temperaturas de coccin son ms elevadas que las de reblandecimiento de las cenizas o actuar como vehculo de corrosin (desgaste) bsica de las partes refractarias del horno. 4 LA COCCIN O QUEMADO DEL LADRILLO 4.1 Coccin del ladrillo y problemas inherentes El trmino coccin usado en los productos cermicos significa, elevadas temperaturas a las que se deben someter las piezas para conferirles o darles la resistencia mecnica necesaria para su utilizacin. Hoy en da es necesario considerar estos aspectos de orden trmico para poder conseguir mejoras en el producto final. Por ello esto nos demanda el que conozcamos nuevos conceptos, tales como : c. Modalidad de ubicacin de los productos dentro del horno con el fin de conseguir la mejor uniformidad de exposicin a los gases y a la llama. d. Proyecto de la capacidad del horno con dimensiones para las que la relacin longitud/seccin transversal y la distribucin de las varias zonas

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para distintas temperaturas, permitan mayor aprovechamiento con el menor gasto posible. e. Eleccin de la instalacin de coccin ms adecuada para los objetivos previstos. f. Eleccin de los materiales ms adecuados para la construccin de la estructura del horno y de los elementos accesorios. g. Eleccin de los dispositivos de ayuda, a colocar en todos los puntos del horno en los que normalmente se presenten clsicas faltas de uniformidad. h. Eleccin de los equipos de control y de regulacin del proceso. En los hornos para ladrillo, el producto est totalmente expuesto a los gases de combustin y a los gases emitidos por la materia prima durante el calentamiento. Existen pues influencias recprocas entre los productos y todas las sustancias contenidas en los gases del horno. La distribucin de los ladrillos es que estn cargados en paquetes con una disposicin particular, as a lo largo de la dimensin mxima del horno se forman filas de paquetes separados por espacios vacios que sirven a muchos fines. El calor necesario para el proceso de coccin es suministrado por el combustible. nicamente una parte de calor es utilizado para las transformaciones de orden qumico y fsico, siendo sta prcticamente la nica cantidad til, el resto constituye una cantidad pasiva , una prdida de calor desde el punto de vista de coccin. La ser los consumos elevados es necesario distinguir que las prdidas de calor se manifiestan de la siguiente manera. i. Descarga de gases calientes por la chimenea j. Descarga por el horno de productos calientes k. Descarga por el horno de otro material caliente utilizado como accesorio para la coccin l. Dispersin en las paredes m. Recuperacin del aire caliente del horno.

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Desde la antigedad el ladrillo era cocido en cmulos apilando a mano las piezas secas, las dimensiones de los cmulos dependen de la capacidad profesional del hornero y de la produccin necesaria. Mientras usemos los hornos tradicionales seguiremos en lo mismo, as utilicemos la coccin a carbn donde los productos secos ocupan casi toda la longitud de la galera apoyndose de pared a pared. 4.2 La transmisin del calor, calentamiento y enfriamiento de los ladrillos y de los gases en el proceso de coccin La propagacin del calor en el interior de la masa de un cuerpo (ladrillo) se denomina como conduccin del calor. En el caso de calentamiento el calor proviene del exterior del cuerpo y debe atravesar la superficie que lo delimita exteriormente. Pero no siempre est afectada toda la superficie por ste fenmeno, muy a menudo es solo una parte, que se encuentra expuesta al flujo y cuya cantidad de superficie asume una gran importancia. A lo largo del recorrido del calor, las temperaturas disminuyen en armona con el principio fsico de que es solo posible la transmisin del calor entre los puntos ms calientes y los ms fros y en cualquier masa, estas diferencias de temperatura son proporcionales a las cantidades de calor que pasan. Anlogas diferencias y proporcionalidades se manifiestan entre la superficie externa expuesta de un cuerpo y el medio que la calienta (gas, aire, agua, etc.). Resulta de gran inters prctico en la coccin del ladrillo, la posibilidad de evaluar las diferencias de temperaturas: Las externas a la masa de ladrillo porque de sus valores dependen las transformaciones fsicas y qumicas (desarrollo del gas, variaciones del volumen, etc.) y la velocidad de desarrollo de sta en relacin con la velocidad de modificacin de las temperaturas superficiales. Las externas a la superficie, por que estas dan la medida de la aportacin de calor que puede venir del medio externo. Teniendo en cuenta las grandes diferencias de orientacin propias de cada ladrillo dentro del paquete se pueden intuir fcilmente muchsimas

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condiciones diferentes de exposicin de las distintas superficies del ladrillo a los gases que circulan a travs de las perforaciones. Las diversas venas de gases se enfran de forma diferente configurando tambin la heterogeneidad de la aportacin de calor a las superficies. La propagacin de calor en el interior de una masa durante las fases de calentamiento y enfriamiento, est indicada con el trmino de conduccin en rgimen transitorio o variable. Este tipo de conduccin est en la base de todos los fenmenos trmicos, que afectan a los productos en coccin, las paredes de los hornos, etc. Otro tipo de conduccin denominado transmisin del calor en rgimen permanente, tiene lugar cuando el flujo de calor que atraviesa la masa de un cuerpo se mantiene constante en el tiempo, as como el perfil de las temperaturas a lo largo del recorrido del calor. Tal es el caso de las paredes de los hornos tnel, caracterizado por diferencias de temperatura prcticamente invariables entre un punto interno cualquiera y el ambiente externo. 4.3 Comportamiento de la materia prima durante la coccin Las reacciones a las que estn expuestos los ladrillos al ser coccionados en los hornos son las siguientes: 100 a 200C, Se completa el secado y se elimina toda traza de agua libre, adsorbida y absorbida; sin cambio significativo de las dimensiones (prdida de humedad libre). 200 a 450C, Se altera la estructura cristalina de los minerales de arcilla. 450 a 600C, Se pierde el agua de combinacin de los constituyentes arcillosos: 6(Al2O32SiO22H2O) Arcilla pura 3(2Al2O3 4SiO2) + 12 H2O Metacaoln agua

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Ligera contraccin y un gran aumento de porosidad, prdida de peso 13,95 %, el conjunto reticular cristalino se desploma, con la prdida de cristalinidad en uno de los ejes del cristal pero conservndola en las otras dos. El metacaoln formado pierde el poder de adquirir plasticidad al mezclarse con el agua. La materia orgnica contenida en el ladrillo se oxida, debindose consumir totalmente.

573C, El cuarzo (SiO2), pasa de la forma alfa a la forma beta de alta temperatura. Se produce una sbita dilatacin que tiene simultneamente lugar con la contraccin que ocurre entre los 450 a 600C, compensndose ambos efectos (cuarzo y lo dems). El cuarzo se invierte al polimorfo de alta temperatura. 300 a 700C, Periodo de oxidacin de las impurezas, tales como la materia orgnica que son eliminadas. Debe haber un exceso de oxgeno en la atmsfera del horno y darse el tiempo suficiente para que se completen las reacciones. Si se acorta este periodo, podrn formarse partculas de carbn, las cuales se oxidan muy lentamente an a elevada temperatura, si existen estas partculas cuando comienza a formarse vidrio, los gases que queden atrapados producirn la deformacin irreversible del ladrillo. Hasta los 900C, Suele completarse la oxidacin o descomposicin de todos los componentes de la pasta de arcilla, que no estn en forma de xidos (carbn, carbonatos, sulfatos) CaCO3 CaO + CO2

4.4 Hornos ladrilleros: hornos de fuego mvil, hornos tnel, hornos intermitentes. 4.4.1 Hornos Hoffmann.- En la actualidad los hornos Hoffmann han sufrido un conjunto de cambios al diseo primigenio, ya no son circulares, porque no permitan modificaciones, tampoco son Ladrillos y tejas Pgina 22

elpticas, en la cual permanecen circulares los dos extremos, mientras pasan a un desarrollo rectilneo las partes centrales. Ahora los extremos circulares son de ngulo recto como indica la figura siguiente:

El horno aparece construido por dos galeras rectas y paralelas. El paso del fuego y de los gases de una parte a la otra se da simplemente a travs de un tnel vaco. Estos hornos constan de lo siguiente: . Paredes de muros y bveda construidas en ladrillo . Rellenado de espesor notable en el lado de los muros y sobre la bveda . Apoyos externos . Puertecillas o porteros laterales de acceso a la galera . Capillas y conductos para la aspiracin de los humos y de la recuperacin Con este tipo de horno se ha pasado de la carga manual a la carga mecanizada, as mismo es un horno accesible a los medios mecnicos aptos al transporte de paquetes pre confeccionados de material seco o a la extraccin de paquetes de cocido desde el interior.

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Como novedad de los hornos Hoffmann se hace referencia a los que tienen bvedas planas suspendidas instaladas aos despus de la puesta en marcha de los tneles con bveda plana. En los hornos Hoffmann de bveda curva, las dimensiones de la seccin son normalmente de 3,5 m de ancho y de 2,7 a 2,80 m de altura, en el centro de la bveda. La altura es enorme respecto a la del horno de tnel, pero esta obligada por el radio de curvatura que debe seguir a su vez las dimensiones del ancho y de las dimensiones en alto de las puertas de acceso. 4.4.2 Hornos de Tnel.- Los hornos tnel para la coccin de ladrillos han sido empleados mucho tiempo despus de su aparicin en otros campos cermicos (sanitarios, refractarios, loza). El horno tnel es sustancialmente un canal rectilneo, constituido por paredes verticales, una cubierta y un suelo mvil sobre ruedas, el suelo sin solucin de continuidad, ya que se renueva a la entrada del horno con el aadido continuado de vagonetas, se encarga de desplazar el producto desde la entrada hasta la salida. Por cada vagoneta que se introduce en el horno se extrae otra en la salida, con una frecuencia determinada que determina as el tiempo de permanencia en el interior yt, por tanto lo que se ha dicho con anterioridad, el ciclo de coccin. 4.4.3 Hornos intermitentes.- Se entiende por hornos intermitentes los hornos de cmaras, individuales y en batera, en los que los productos, la instalacin de coccin y la de enfriamiento quedan en posicin fija durante la totalidad del ciclo de coccin. Sus caractersticas particulares son: . Amplia posibilidad de variacin de los ciclos parciales, precalentamiento, coccin y enfriamiento, pudiendo ser conducido el proceso para cualquier tipo de materia prima o de cualquier dimensin, forma o modalidad de apilado de los productos.

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. La circulacin de los gases en el interior de los paquetes es debida en su mayor parte a movimientos convectivos naturales, en el caso de utilizacin de quemadores normales se favorece una mayor circulacin en el caso en el que los quemadores sean de alta velocidad. . Expulsin de los humos a temperaturas variables entre el inicio del proceso y el final, a niveles notables ms elevados que en el caso de los otros hornos examinados. El empleo de estos hornos est limitado a la coccin de productos especiales, que tienen un mercado distinto del de las producciones en masa. Muy elsticos en la posibilidad de conduccin, estos hornos se caracterizan tambin por sus menores dimensiones respecto a los anteriores hornos. Consideradas las bajas cantidades de produccin que normalmente se efectan para productos especiales, difcilmente los hornos tnel y Hoffmann son adaptables a tal objeto sin grandes transformaciones.

Cusco, Junio del 2009

Ing Atilio Mendigure Sarmiento Expositor

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