Importancia de los atomizadores en la industria cerámica

Por Ing. Donají Vargas

Ingeniera de Ventas Zona Norte

La cerámica es un arte milenario, con orígenes que se remontan al año 24,000 a. C., originalmente estaba compuesta de grasa animal y huesos mezclados con ceniza de hueso y un material fino similar a la arcilla, encontrando una verdadera vocación como cerámica funcional en el año 9000 a. C. Siendo un material de los más perdurables de esa época, sus vestigios se han hallado a lo largo del mundo, en excavaciones de aldeas y tumbas, los más antiguos provienen de yacimientos arqueológicos de Anatolia, de Mesopotamia, de Palestina y de Tesalia. En la Península Ibérica se descubrieron restos de cerámicas elaboradas hace más de cinco mil años, y los diseños guardan sorprendente semejanza con otras de Mesopotamia.

El origen de la palabra “cerámica” no es menos interesante, pues proviene justamente del griego antiguo κεραμική (keramikḗ) en su forma femenina de κεραμικός (keramikós) que significa “sustancia quemada”, designando así al barro de los alfareros de la antigua Atenas, y cuyo arte era el de fabricar objetos elaborados con arcilla cocida, que ahora interpretamos como “alfarería”.

No muy lejos en la historia después de eso, las baldosas de cerámica adornaban las paredes en los días del antiguo Egipto y Mesopotamia.

Mercado actual de la cerámica

De acuerdo con el Consejo de Azulejo de América del Norte (TCNA por sus siglas en inglés), la organización de desarrollo de estándares acreditada por ANSI y responsable de la publicación de ANSI A137.1: 2022 – Especificaciones de la norma nacional estadounidense para losetas de cerámica, España se mantuvo como el mayor exportador de baldosas cerámicas a Estados Unidos de América en 2022, a pesar de que sus exportaciones cayeron un 12.8 % en volumen con respecto al año anterior.

Las importaciones españolas en 2022 representaron una participación del 19.8 % de las importaciones totales de EUA por volumen, frente a una participación del 22.2 % en 2021.

Con 3,110 millones de pies cuadrados de consumo de baldosas de cerámica, 2021 marcó un récord histórico para la industria con un aumentó un 9,9 % por volumen en comparación con 2020, aunque el consumo total de baldosas de cerámica en EUA en el primer trimestre de 2022 disminuyó un 2.5 % en volumen en comparación con el primer trimestre de 2021.

Por lo anterior es entendible que una mejor calidad en el producto final sea un diferenciador altamente valorado en el mercado.

Proceso de fabricación

Si bien el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) separa los mosaicos en varias clasificaciones, el proceso general de manufactura considera principalmente cinco etapas: extracción, mezclado, prensado, esmaltado y cocido.

En esta ocasión abordaremos la segunda etapa, en la que se transforma el barro en arena fina. La mezcla de arcilla y minerales se revuelve continuamente hasta obtener un polvo semifino, luego se agrega agua para formar una suspensión húmeda con una consistencia similar al lodo. La suspensión resultante se bombea a una secadora grande, cuyo resultado esperado es un polvo fino de arcilla que se siente como arena delicada y cálida, lo suficientemente adecuada para la tercera etapa, el prensado.

El proceso de secado de la suspensión se denomina secado por pulverización o atomización y consiste en inyectar la suspensión de arcilla, pasta o de cualquier otro material, en aire seco y caliente. El agua contenida se evapora y las partículas, totalmente secas o con el contenido deseado en humedad, se separan de la corriente de aire. Este proceso es muy adecuado para la preparación de pastas para prensado en seco.

Este procedimiento presenta numerosas ventajas, los gastos de funcionamiento y mantenimiento son reducidos. El rendimiento térmico es bastante elevado, pues las partículas no almacenan calor. Por otra parte, es un proceso rápido y sin efectos destructivos, permite además conseguir partículas con forma y dimensiones fijas, con una gran uniformidad.

Puede trabajar con suspensiones arcillosas que contienen hasta un 70 % de materias sólidas, y otras suspensiones no arcillosas con concentraciones más elevadas.

El principal inconveniente que posee es la dificultad con que se puede recuperar el polvo, que, a veces, queda adherido a las paredes de la cámara de secado, debido en ocasiones al contenido de humedad.

Tipo de atomizadores

Además de la cámara de secado, que suele tener forma de cono coronado por un cilindro de 2 a 6 m de diámetro y de 4 a 9 m de altura, se requiere de un dispositivo de atomización, un sistema para la calefacción y el desplazamiento del aire caliente, una bomba de alimentación de la suspensión y un colector.

Existen tres tipos de atomizadores, según la forma en que se lleva a cabo la
alimentación de la suspensión:

1. La suspensión se arrastra mediante un chorro de vapor a 7 kg/cm2, este sistema no es adecuado en el segmento cerámico, más que para los modelos pequeños.
2. En los atomizadores a presión elevada la suspensión se inyecta mediante un movimiento rotatorio, de 7 a 210 kg/cm2. La capacidad aumenta con la presión que simultáneamente, eleva también la finura de atomización. Cuando se quiere variar la velocidad de alimentación sin cambiar la presión del aire, se pueden utilizar varios atomizadores, pero, en este caso, la construcción es más complicada. Este tipo se utiliza correctamente en los secaderos en contracorriente.
3. El modelo más extendido en la industria cerámica es un atomizador centrífugo, con el cual es posible tratar suspensiones más o menos espesas y viscosas. Las pequeñas variaciones en la velocidad de alimentación no ejercen una influencia grande sobre el tamaño de las partículas. La suspensión cae sobre un disco que gira a 25,000 rpm, de este modo se convierte en una finísima película que entra en contacto con el aire. Cuando se introducen directamente el aire o los gases calientes, la temperatura se regula mediante una corriente de aire fresco, sin embargo, recuentemente se prefiere la calefacción indirecta del aire en un cambiador de calor. En el caso en que el aire se inyecta en el sentido de la corriente de la suspensión, su temperatura a la entrada puede ser elevada, sin que exista riesgo de calcinación o de destrucción de los aglomerantes. La inyección en contracorriente exige que la temperatura del aire sea algo inferior, este procedimiento se sigue, especialmente, cuando se desea conseguir un secado total. El polvo seco se separa de la corriente gaseosa mediante ciclones o cualquier otro dispositivo adecuado.

Si bien, el resultado del polvo atomizado responde a distintas variables, como el tipo de atomizador, tiempo de residencia de los gránulos al interior de la cámara, velocidad y temperatura del aire caliente, para un correcto funcionamiento del secador por atomización, la alimentación del producto juega un papel determinante, ya que debe ingresar de forma uniforme, sin pulsaciones y controlada con presión y flujo constante.

La correcta variación gradual de la alimentación de la suspensión permite la continuidad y fiabilidad de la operación con periodos largos de trabajo sin interrupciones.

Innovación y desarrollo

Para mantener el crecimiento del mercado, la industria cerámica actual se concentra en desarrollar y promover nuevos productos con alto desempeño y calidad, incluidas las losetas modulares o de revestimiento, de mayor tamaño, resistentes al deslizamiento y la abrasión, o con acabado pulido, granito o mármol. Esto es posible mediante el desarrollo de diferentes formulaciones, nuevos vidriados y aplicaciones de esmaltado, y con innovación e implementación de técnicas y equipos de proceso nuevos y mejorados como los atomizadores y las bombas que los alimentan. El control y automatización seguirá desempeñando un papel importante en un esfuerzo continuo por elevar la producción, reducir costos y mejorar la calidad.

Además, los cambios en la tecnología de producción continuarán motivados por políticas ambientales, así como el eficiente uso y ahorro de recursos energéticos.