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CASTELLÓN (ESPAÑA)

estudio de la desCoMPosiCiÓN de la CalCita duraNte la CoCCiÓN

de los aZuleJos

a. escardino, J. García-ten, M. soriano

Instituto de Tecnología Cerámica (ITC)Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas

Universitat Jaume I. Castellón. España

resuMeN

Durante la fase de cocción, en la fabricación de los azulejos de cocción blanca, la descomposición de las partículas de calcita contenidas inicialmente en el soporte se ha de completar antes de que el esmalte funda y lo impermeabilice. El tiempo necesario para que se complete esta reacción se establece, en general, basándose en información puramente empírica.

En este trabajo se exponen los resultados obtenidos al aplicar, a las condiciones a las que se desarrollan los ciclos de cocción industriales en dicho proceso de fabricación, las expresiones matemáticas representativas de la variación del grado de conversión de las partículas de calcita en función del tiempo y la temperatura de operación, obtenidas al estudiar la cinética del citado proceso de descomposición en condiciones isotérmicas.

El método utilizado se basa en descomponer el ciclo de cocción en varios tramos de velocidad de calentamiento constante aplicando, a cada tramo, las expresiones indicadas, adaptadas al desarrollo de ciclos térmicos en condiciones de calentamiento constante.

La metodología empleada ha permitido, basándose en el modelo cinético indicado, cuantificar la influencia que ejercen las variables estudiadas (densidad aparente en seco, espesor de pieza, contenido inicial en calcita y ciclo de cocción) sobre el tiempo necesario para descomponer completamente, durante la cocción, las partículas de calcita contenidas inicialmente en el soporte crudo del azulejo.

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1. iNtroduCCiÓN

Los azulejos son baldosas cerámicas vidriadas que se utilizan habitualmente para el revestimiento de paredes interiores[1]. El soporte de estas baldosas se caracteriza por su elevada porosidad, baja expansión por adsorción de humedad y alta estabilidad dimensional. Estas propiedades se adquieren por la formación de determinadas fases cristalinas durante la etapa de cocción, tales como silicatos y aluminosilicatos de calcio (gelenita, anortita, wollastonita), como consecuencia de la reacción entre los productos de descomposición de las arcillas y el óxido de calcio, introducido normalmente como calcita[2].

En los azulejos de cocción blanca, las partículas de calcita contenidas en la composición inicial del soporte se descomponen durante la cocción, a temperaturas superiores a los 700°C[3], proporcionando el CaO necesario para formar las citadas fases cristalinas y desprendiendo CO2.

Si las partículas de calcita son pequeñas y el ciclo de cocción está adecuadamente diseñado, la descomposición se completa a temperaturas inferiores a la de fusión del esmalte. En caso contrario, el CO2 que se libera dentro del soporte puede quedar atrapado en la capa de esmalte fundido, formando pequeñas burbujas que pueden alcanzar la superficie del mismo y producir defectos tales como las “depresiones” y los “pinchados”[4].

En consecuencia, es necesario que el proceso de descomposición de las partículas de calcita se complete antes de que el esmalte funda e impermeabilice el soporte durante la cocción de las piezas de azulejo.

Al estudiar la descomposición térmica, a temperatura constante, de las partículas de calcita contenidas en el soporte de piezas de azulejo de cocción blanca[5], se ha deducido una expresión matemática, basada en el modelo cinético “de núcleo sin reaccionar”[6], que relaciona el grado de conversión de la calcita con las principales variables de operación (temperatura, porosidad, contenido en calcita y espesor del soporte). Las partículas de calcita utilizadas, así como la composición del soporte eran representativas de las empleadas industrialmente en la fabricación de dicho tipo de azulejos. La ecuación diferencial obtenida permitía reproducir con suficiente exactitud los resultados experimentales.

En este trabajo se estudia la aplicación de dicha ecuación a ciclos térmicos no isotermos análogos a los ciclos de cocción que se utilizan industrialmente para la fabricación de azulejos. La metodología empleada permite cuantificar la influencia de algunas de las variables de operación más importantes sobre el grado de desarrollo del proceso de descomposición de las partículas de calcita, a lo largo de dichos ciclos de cocción.

2. Modelo CiNétiCo

2.1. COCCiÓN EN CONdiCiONES iSOTErmAS

En el estudio indicado se observó que, para valores bajos del grado de conversión de la calcita, la velocidad a la que se desarrolla el proceso de descomposición estaba

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controlada por la velocidad a la que tiene lugar la etapa de reacción química de descomposición. En cambio, para los valores más elevados del grado de conversión, la velocidad global del proceso estaba influenciada simultáneamente por la etapa de reacción química y la de difusión del CO2 a través de la pieza.

Las ecuaciones diferenciales que se propusieron para cada uno de los dos intervalos del grado de conversión indicados, fueron:

Ecuación 1

aplicable al periodo durante el que controla la etapa de reacción química de descomposición y

Ecuación 2

aplicable al segundo periodo en el que influyen tanto la etapa química como la de difusión del dióxido de carbono.

En estas ecuaciones:XL: grado de conversión del CaCO3 contenido en la pieza.cB

L0: concentración molar inicial de calcita en las probetas de soporte (kmol de calcita/m3).

cGQ: concentración molar de CO2 en la fase gas (kmol/m3).

dL: difusividad efectiva del dióxido de carbono a través de la estructura porosa de las probetas (m2/min).

KC: constante de equilibrio de la reacción química de descomposición del carbonato cálcico (kmol/m3).

k: constante de velocidad de la reacción directa de descomposición (kmol2/3/(m·min)).

L: espesor de las probetas (m).SS: área de la sección transversal de la probeta (m2).SL

i: área de la interfacie de reacción (m2).t : tiempo transcurrido desde el comienzo del proceso de descomposición (min).

En estas ecuaciones las variables KC, k y DL dependen exponencialmente de la temperatura de operación (K).

El valor del grado de conversión de la calcita contenida en la pieza para el que empieza a influir la etapa de difusión, circunstancia que condiciona la ecuación a

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utilizar, dependía de la temperatura a la que se efectuaba el tratamiento térmico y de las características de la pieza (contenido en calcita, espesor, etc.).

2.2. COCCiÓN EN CONdiCiONES dE vELOCidAd dE CALENTAmiENTO CONSTANTE

Cuando el tratamiento térmico se realiza en condiciones no-isotermas, a velocidad de calentamiento constante, esta variable (α) se define mediante la expresión:

Ecuación 3

multiplicando el primer miembro de las ecuaciones 1 y 2, por dt/dT y el segundo por α-1, de acuerdo con la inversa de la ecuación 3, se obtienen las ecuaciones 4 y 5.

Ecuación 4

Ecuación 5

La integración de cualquiera de estas dos ecuaciones por un método numérico permite conocer la evolución del grado de conversión con la temperatura cuando el tratamiento térmico se efectúa a velocidad de calentamiento constante.

Para poder integrarlas es necesario conocer la dependencia de las variables KC, (k·Si

L) y DL con la temperatura y del valor de cQG. Estas correlaciones, disponibles en

el trabajo antes citado[5], se deben sustituir en las ecuaciones 4 y 5 antes de integrarlas secuencialmente. La ecuación 4 se ha de integrar desde las condiciones iniciales del ciclo de cocción (T0, XL0=0) hasta el valor de XL para el que la curva resultante de representar las parejas correspondientes de valores XL-T resultantes de la integración, en coordenadas rectangulares, corte a la recta representativa de las parejas de valores XL-T (obtenida en el mencionado trabajo[5], para las que debe procederse al cambio de ecuación, que debe estar representada en el mismo grafico. Las coordenadas del punto de intersección son las condiciones iniciales a partir de las que se integrará la ecuación 5, hasta que se alcance un grado de conversión de la calcita igual a la unidad.

A partir de las parejas de valores XL-T resultantes de la integración, se pueden calcular los respectivos de t (tiempo de tratamiento térmico a velocidad de calentamiento constante). Para ello debe integrarse la ecuación 3 para las condiciones de contorno t0,T0, resultando:

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Ecuación 6

siendo:

T0 : temperatura inicial del periodo de tratamiento térmico a velocidad de calentamiento α (K).

t0 : valor del tiempo para el que se inicia dicho tratamiento (min).

2.3. APLiCACiÓN dEL mOdELO A uN CiCLO dE COCCiÓN iNduSTriAL dE AzuLEjOS

Los ciclos térmicos que se suelen utilizar en la cocción industrial de los azulejos, pueden desglosarse en varios tramos de velocidad de calentamiento constante. Ello permite aplicar las ecuaciones propuestas en el apartado 2.2 al cálculo de la evolución del grado de conversión de la calcita a lo largo de cada tramo en que se descompone el ciclo de cocción industrial.

Para ello, en cada tramo de velocidad de calentamiento constante (αi,), se opera del modo descrito en el apartado 2.2. El primer tramo se integra para las condiciones iniciales (T0, XL0 = 0), con la velocidad de calentamiento α1, y cada uno de los tramos restantes para las condiciones iniciales respectivas (T0i, XL0i) que coinciden con los valores de XL y T correspondientes al final del tramo anterior, sustituyendo en las ecuaciones 4 o 5 el valor de αi correspondiente al tramo considerado, cambiando de una a otra ecuación cuando la curva representativa del proceso secuencial de integración corte a la recta representativa del cambio de mecanismo.

Los valores correspondientes del tiempo de reacción pueden calcularse, para cada tramo, mediante la ecuación:

Ecuación 7

que resulta de aplicar la ecuación 6 a cada tramo de velocidad de calentamiento constante (αi), siendo t0i el tiempo transcurrido desde el comienzo del ciclo térmico que corresponde al comienzo de cada tramo de velocidad de calentamiento constante αi y que coincide con el tiempo para el que finaliza el tramo anterior.

3. iNflueNCia de las variables de ProCeso

En lo que sigue se aplicarán las ecuaciones 4 y 5 empleando el procedimiento descrito en el apartado 2.3 para cuantificar la influencia de algunas variables de proceso (las más importantes) sobre el tiempo necesario para completar la descomposición de las partículas de calcita contenidas inicialmente en el soporte de los azulejos de cocción blanca.

En los apartados 3.1 a 3.4 se realizará dicho estudio referido a un mismo ciclo de cocción representativo de la mayor parte de los que se utilizan habitualmente en

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la fabricación de azulejos. La fase de calentamiento del ciclo seleccionado consta de dos tramos, tal como se muestra en la figura 1 y se detalla en la tabla 1. El primero de ellos se caracteriza por presentar una elevada velocidad de calentamiento (50 °C/min), finalizando sobre los 880°C (1153 K). El segundo tramo, de baja velocidad de calentamiento (7 °C/min), durante el que tiene lugar la mayor parte del proceso de descomposición de la calcita suele finalizar a 950°C (1223K), temperatura a la cual se suele producirse el sellado de la capa de esmalte, en la mayor parte de los casos. Al finalizar este tramo, la descomposición de la calcita debe de haberse completado, al objeto de evitar la aparición de los defectos superficiales antes mencionados. A continuación comienza un tercer tramo, de elevada velocidad de calentamiento, hasta alcanzar la temperatura máxima de cocción.

traMo t0 (K) – (°C) tf (K) – (°C) α (K/min)1 1013 - 740 1153 - 880 48.52 1153 - 800 variable 6.9

Tabla 1. Temperatura inicial (T0) y final (Tf) de cada tramo y velocidad de calentamiento.

dado que la reacción de descomposición debe finalizar con anterioridad a que comience el tercer tramo del ciclo de cocción, para la realización de los cálculos se han considerado únicamente los dos primeros tamos, habiéndose extendido el segundo tramo el tiempo necesario para que se complete la descomposición de la calcita. En la tabla 1 se detallan las condiciones a las que se han desarrollado los dos tramos considerados.

En la realización de los cálculos se ha supuesto que la temperatura de la interfacie de reacción, en la pieza cerámica, coincidía prácticamente con la temperatura del horno que se muestra en la figura 1.

Figura 1. Esquema del ciclo de cocción ensayado, desglosado en tramos de velocidad de calentamiento constante.

3.1. iNfLuENCiA dEL CONTENidO dE CALCiTA

El contenido en carbonato cálcico que suelen presentar las composiciones empleadas en la fabricación de azulejos de cocción blanca se sitúa en torno al 13% en peso. Por ello, en este apartado se ha estudiado la evolución del grado de conversión de las partículas de calcita para contenidos en este mineral del 11, 13, 15 y 17%, en peso.

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Esta característica de la pieza influye sobre el valor del parámetro cBL0 de las ecuaciones

4 y 5 representativo de la concentración molar inicial de calcita en la pieza. En este apartado se ha supuesto que las piezas reúnen las siguientes características:

densidad aparente en seco: 1950 kg/m3 .Espesor del soporte: 0.007 m

La figura 2 muestra los valores del grado de conversión en función de la temperatura, expresada en Kelvin, para piezas con distinto contenido de calcita a lo largo del ciclo de cocción indicado en la figura 1. También se muestran, en trazo discontinuo, las líneas representativas de las parejas de valotes XL-T[5] para las que se debe efectuar el cambio de ecuación durante la integración. Estas líneas dependen de la temperatura y del contenido inicial en calcita de la pieza, tal como se puede observar en la figura 2.

En la figura se aprecia que la descomposición de la calcita comienza sobre los 1000K (727ºC), durante el primer tramo del ciclo de cocción, alcanzando al final del mismo un valor de XL en torno a 0.2. Al pasar del primer al segundo tramo del ciclo de cocción se produce un aumento acusado de la pendiente de las curvas XL-T. Durante este segundo tramo, las curvas representativas de la evolución del grado de conversión con la temperatura suelen cortan a las rectas indicativas del cambio de ecuación. A partir de este punto se observa una disminución de la pendiente de las curvas, completándose la descomposición a temperaturas comprendidas entre 1200 y 1220K, dependiendo del contenido de calcita.

Conocidos los valores de XL-T y la velocidad de calentamiento en cada tramo (αi) se calculó, mediante la ecuación 7, el tiempo de permanencia de las piezas en el interior del horno. En la figura 3 se representa la evolución del grado de conversión frente al tiempo de permanencia en el horno, para cada contenido en calcita considerado, junto con las líneas representativas de la evolución de la temperatura en los dos tramos del ciclo de cocción considerados.

En la tabla 2 se muestra, junto con el contenido inicial de calcita de las piezas, el valor de cB

L0 , el tiempo necesario para completar descomposición (tX=1) y la temperatura a la que ésta finaliza durante el segundo tramo. Puede observarse que por cada 2% de aumento en el contenido de calcita es necesario alargar el periodo de descomposición en 0.7 minutos, lo que supone un aumento en el tiempo de residencia en el interior del horno del 8%.

Figura 2. Evolución del grado de conversión con la temperatura de la pieza a lo largo del horno.

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Figura 3. Evolución del grado de conversión con el tiempo de permanencia de la pieza en el horno.

CoNteNido de CalCita (% eN Peso)

cbl0

(kmol CaCo3/m3)

t X=1 (min)

t (K-°C)

Δt X=1 (%)

11.0 2.145 9.9 1203-930 -13.0 2.535 10.7 1208-935 8.115.0 2.925 11.4 1212-939 15.217.0 3.315 12.1 1217-944 22.2

Tabla 2. Tiempo necesario para descomponer totalmente la calcita y temperatura que se alcanza.

dado que la evolución del grado de conversión con la temperatura, para las variables estudiadas en los apartados 3.2 a 3.4, sigue cualitativamente una trayectoria similar a la que se observa en la figura 2, en adelante no se mostrarán las correspondientes gráficas, al objeto de no extender excesivamente el texto del trabajo.

3.2. iNfLuENCiA dE LA dENSidAd APArENTE dE LA PiEzA

La densidad aparente o compacidad de las piezas crudas influye también sobre el parámetro cB

L0 y debe afectar al valor del coeficiente de difusión efectivo (DL) del dióxido de carbono a través de la estructura de la pieza, presente en la ecuación 5. En este apartado se ha supuesto que las piezas reúnen las siguientes características:

Espesor del soporte: 0.007 m Contenido de calcita: 15 % en peso

variando la densidad aparente en seco entre 1850 y 2000 kg/m3

En la figura 4 se muestra la evolución del grado de conversión con el tiempo de permanencia en el horno para piezas con diferentes valores de densidad aparente. Se observa que aunque los valores de esta propiedad varían apreciablemente desde el punto de vista de la práctica industrial, las curvas XL-T para valores bajos y medios del grado de conversión, donde controla exclusivamente la etapa de reacción química, son prácticamente coincidentes, como consecuencia de la escasa variación que presenta el valor de cB

L0. Sin embrago, en la zona de altos valores del grado de conversión, donde el proceso se encuentra también influenciado por la velocidad a la que se efectúa el

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transporte de CO2 a través de la capa de pieza reaccionada, las curvas XL-T comienzan divergir, disminuyendo su pendiente a medida que aumenta la densidad aparente en seco. Ello es debido a que el valor del coeficiente de difusión efectivo disminuye al compactar más las piezas.

Figura 4. Evolución del grado de conversión con el tiempo de residencia de la pieza en el horno.

En la tabla 3 se muestra para cada uno de los valores de la densidad aparente en seco considerados, el valor del parámetro cB

L0 , el tiempo necesario para completar la descomposición de la calcita y la temperatura a la que ésta finaliza durante el segundo tramo. Puede observarse que por cada 0.050 g/cm3 de aumento en la densidad aparente es necesario alargar el periodo de descomposición en 0.4 minutos, lo que supone un aumento del tiempo de residencia próximo al 4%, en el intervalo de condiciones de operación estudiadas.

deNsidad aPareNte eN seCo (kg/m3)

cbl0

(kmol CaCo3/m3)t X=1 (min) t (K) – t (°C) Δt X=1 (%)

1850 2.775 10.6 1207-9341900 2.850 11.0 1210-937 3.81950 2.925 11.4 1212-939 7.52000 3.000 11.9 1217-944 12.3


3.3. iNfLuENCiA dEL ESPESOr dEL SOPOrTE

El espesor de los soportes de los azulejos (parámetro L en las ecuaciones 4 y 5) varía de forma importante en función del tamaño de las piezas, siendo habitual la existencia de valores comprendidos entre 7 mm para los formatos más pequeños y los 12 mm para las piezas de mayor tamaño. En este apartado se ha supuesto que las piezas reúnen las siguientes características:

densidad aparente en seco: 1950 kg/m3.Contenido de calcita: 15 % en peso.

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Los valores del tiempo necesario para completar la descomposición de la calcita y la temperatura a la que ésta finaliza durante el segundo tramo para piezas con los espesores considerados se muestra en la tabla 4. Puede observarse que por cada milímetro de aumento en el espesor es necesario alargar el periodo de descomposición en algo más de 1 minuto, lo que supone un aumento del tiempo de residencia próximo al 10%, en el intervalo de condiciones de operación estudiado.

La influencia del espesor de las piezas sobre la evolución del grado de conversión de la calcita durante la permanencia de las piezas en el interior del horno se muestra en la figura 5. En ella puede apreciarse que las curvas XL-T van divergiendo conforme aumenta el tiempo de permanencia de las piezas en el interior del horno, de tal modo que a medida que aumenta el espesor de éstas disminuye la pendiente de las curvas, tanto en el intervalo de valores de XL en los que controla la etapa química, como en el que influyen simultáneamente la etapa química y la etapa de transporte de CO2.


esPesor (m) t X=1 (min) t (K) – t (°C) Δt X=1 (%)

0.007 11.4 1212-939 -0.009 13.5 1227-954 18.40.012 16.2 1246-973 42.1


3.4. iNfLuENCiA dE LA CONCENTrACiÓN dE CO2 EN LA ATmÓSfErA dEL hOrNO

En este apartado se ha estudiado la influencia que ejerce la concentración de CO2 en la atmósfera del horno (cG

Q) sobre la velocidad a la que se desarrolla el proceso de descomposición de la calcita, dado que esta reacción es reversible. La concentración de CO2 en la fase de precalentamiento de los hornos industriales es relativamente baja, en torno al 2.5 % en volumen por lo que, en este apartado, se han considerado tres composiciones de la fase gaseosa correspondientes a concentraciones de dicho componente del 2.5, 5 y 10%, en volumen. En este apartado se ha supuesto que las piezas reúnen las siguientes características:

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densidad aparente en seco: 1950 kg/m3.Espesor del soporte: 0.007 m.Contenido de calcita: 15 % en peso.

Los resultados obtenidos se muestran en la figura 6, en la que se observa que el contenido de CO2 de la atmósfera influye sobre las curvas XL-T, de forma que a medida que aumenta su concentración las curvas XL-T se desplazan hacia la derecha. Es interesante destacar que esta influencia es más importante en las fases iniciales del proceso de descomposición, en las que éste se encuentra controlado exclusivamente por la velocidad a la que se desarrolla la etapa de reacción química.

En la tabla 5 se muestra la concentración de CO2 en la atmósfera del horno, el tiempo necesario para completar la descomposición de la calcita y la temperatura a la que ésta finaliza durante el segundo tramo. Puede observarse que por cada aumento del 5% en la concentración de CO2 es necesario alargar el periodo de descomposición en 0.4 minutos, lo que supone un aumento del tiempo de residencia del 3.5 %, a las condiciones de operación estudiadas.


CoNCeNtraCiÓN de Co2 (%) t X=1 (min) t (K) – t (°C) Δt X=1 (%)

Sin CO2 11.4 1212-939 -2.5 11.6 1213-940 1.85.0 11.8 1215-942 3.510.0 12.2 1218-945 7.0


3.5. COmPArACiÓN dE LA iNfLuENCiA rELATivA dE CAdA uNA dE LAS vAriABLES ESTudiAdAS

Al objeto de comparar el efecto de cada una de las variables estudiadas sobre el tiempo necesario para completar la descomposición de las partículas de calcita contenidas en el soporte, se ha calculado la variación relativa de cada una de las

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variables respecto a las condiciones estándar y la variación relativa del tiempo necesario para completar la descomposición, respecto al tiempo calculado en las condiciones estandard. En la figura 7 se representan dichos valores, que se han tratado de visualizar mediante las ecuaciones que se muestran en la tabla 6. La forma de interpretar esta figura es la siguiente: en el caso del espesor del soporte, un aumento de un 10% (de 7 mm a 7.7 mm) trae como consecuencia un aumento del periodo de descomposición del 6% (de 11.4 min a 12.1 min).

de la observación de la figura y tabla indicadas se concluye que la variable que ejerce un efecto más importante sobre el proceso de descomposición de las partículas de calcita es la densidad aparente en seco del soporte, con un valor de la pendiente de la recta correspondiente de 1.425. A continuación se sitúa el espesor de las piezas y el contenido en calcita, con valores de la pendiente de 0.597 y 0.483 respectivamente. finalmente la variable de proceso que menos parece influir, en el intervalo de concentraciones en que se suele operar, es la concentración de CO2 en la atmósfera del horno, con un valor de la pendiente de la recta muy inferior, 0.017.

Figura 7. Comparación del efecto de cada una de las variables estudiadas.

variable eCuaCiÓN

Compacidad Y=1.425·X

Espesor Y= 0.597·X

Contenido de CaCO3 Y=0.483·X

Concentración de CO2 Y=0.017·X

Tabla 6. Ecuaciones de ajuste de los valores representados en la figura 7.

3.6. iNfLuENCiA dEL CiCLO dE COCCiÓN

En este apartado se ha estudiado la influencia que ejerce el ciclo de cocción cuando se modifica la temperatura a la que comienza el segundo tramo (T02) o la velocidad de calentamiento del mismo (α2). En el primer caso, se ha considerado un aumento y una disminución de dicha temperatura de 25°C respecto a la temperatura

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del ciclo térmico de referencia ensayado hasta el momento (STd), mientras que en el segundo se ha disminuido la velocidad de calentamiento a la mitad. Estos ciclos de cocción, así como la evolució n del grado de conversión a lo largo de ellos se muestran en las figuras 8 y 9. En la tabla 6 se detallan los valores del tiempo necesario para completar la descomposición y de la temperatura a la que ésta finaliza durante el segundo tramo. En este apartado se ha supuesto que las piezas reunían las características indicadas en el apartado 3.4.

Puede observarse que el aumento de la temperatura a la que comienza el segundo tramo conlleva un aumento de la velocidad a la que se produce la descomposición de la calcita, como consecuencia del aumento que experimenta la constante de velocidad de la reacción directa (k). Ello implica una reducción del tiempo necesario para completar la descomposición, que es del 14%, aunque con un aumento en el valor de la temperatura a la que finaliza el proceso. Por el contrario, la disminución de la temperatura a la que comienza el segundo tramo tiene como consecuencia un aumento del 17% en el tiempo necesario para completar la reacción de descomposición, a finalizando ésta a menor temperatura.

En lo que respecta a la influencia de la velocidad de calentamiento (ciclo STd*), se observa que cuando la temperatura promedio del segundo tramo es similar, el ciclo con una menor velocidad calentamiento reduce simultáneamente el tiempo y temperatura final necesarios para completar la descomposición.

A la vista de estos resultados y, dejando aparte otras consideraciones (control de la curvatura, consumo energético, choque térmico, etc.), se concluye que para acelerar el proceso de descomposición de la calcita el primer tramo del ciclo de cocción debería desarrollarse a una velocidad de calentamiento lo más alta posible, hasta alcanzar una temperatura suficientemente elevada para que la reacción de descomposición se efectúe a gran velocidad. durante el segundo tramo es aconsejable operar a una velocidad de calentamiento relativamente baja, al objeto de no llegar a superar la temperatura de sellado del esmalte, antes de que se complete la descomposición de la calcita.


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CiClo t02 (°C) α2 (°C/min) t X=1 (min) t (K) – t (°C) Δt X=1 (%)

-25 855 6.9 13.7 1205-932 +17.1

STd 880 6.9 11.7 1212-939 -

+25 905 6.9 10.1 1222-949 -13.7

STd* 905 3.5 11.2 1204-931 -4.5


4. CoNClusioNes

Las conclusiones más importantes que se han obtenido en este trabajo son las siguientes:

• La introducción del concepto de velocidad de calentamiento en las ecuaciones cinéticas que describen el proceso de descomposición de las partículas de calcita contenidas en el soporte de los azulejos, en condiciones isotermas, permite conocer la evolución del grado de conversión de esta reacción a lo largo de los ciclos de cocción que se emplean industrialmente en el procesado de los azulejos.

• mediante la utilización de la metodología propuesta es posible cuantificar el efecto de las principales variables de operación sobre la velocidad a la que se efectúa el proceso de descomposición de la calcita y el tiempo necesario para completarlo. Los resultados obtenidos coinciden prácticamente con los observados empíricamente en la práctica industrial.

• Parece que la variable que ejerce mayor influencia sobre el proceso de descomposición estudiado es la compacidad de las piezas, seguida por el espesor del soporte y el contenido de calcita de la composición empleada. La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera del horno ejerce una

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escasa influencia sobre el proceso de descomposición a las condiciones que se desarrolla industrialmente.

• La utilización de metodología propuesta permite justificar el modo en que se efectúa el periodo de precalentamiento de las piezas de azulejo en los ciclos de cocción industriales. Éste suele estar formada por dos tramos, el primero de ellos de elevada velocidad de calentamiento, seguido por un segundo tramo a temperatura elevada y baja velocidad de calentamiento, que finaliza a temperaturas ligeramente inferiores a la de sellado del esmalte.

biblioGrafÍa

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