Reología en barbotina

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Los grandes teóricos dicen que la reología es la ciencia que estudia la deformación y el flujo de la materia, relacionando la viscosidad y la velocidad de agitación. Una adecuada reología nos permite ahorro de defloculante, una granulometría deseada, piezas mas resistentes y un proceso optimo en los moldes.

Relación entre esfuerzo y deformación en un sólido. Para unas condiciones dadas de presión y temperatura, el material responde a la aplicación de un esfuerzo primero con una deformación elástica (reversible, cuyo trabajo se acumula en forma de energía potencial) que es directamente proporcional al esfuerzo; luego con una deformación plástica (irreversible, que se disipa en forma de calor), que crece más deprisa que el esfuerzo; y por último, con una deformación rígida (rotura), que a diferencia de las anteriores, rompe la continuidad original del material

Que es la reología para un ceramista

La reología es entender como las propiedades de fluidez de una barbotina están relacionadas con:

1. las materias primas utilizadas en la industria
2. la química adicionada (defloculantes y/o floculantes)
3. la mecánica
4. condiciones de almacenamiento
5. Tipo de proceso de fabricación

Como vemos es necesario considerar otros aspectos del proceso para poder decidir sobre la reología de una barbotina ó de una pasta cerámica.

Con base en lo anterior también podemos afirmar que la reología permite manejar y aprovechar de una manera práctica el proceso de defloculación/floculación de una barbotina y como poder controlarlo para obtener un buen nivel de gelificación en la barbotina.

Algunos aspectos para obtener una buena reología en nuestra barbotinas:

1. Escoger buenas materias primas.
2. Entender la función que cumple la química adicionada (Defloculantes y/o floculantes)
3. Aprender a medir algunas propiedades físicas de la barbotina y que afectan la reología de la misma.
4. Entender que la fabricación de la barbotina es un proceso dinámico.

Las materias primas

Es importante entender que cada materia prima utilizada cumple una función específica en nuestra barbotina, este concepto no es desconocido para ninguno de nosotros.

Los materiales en conjunto deben aportar:

1. Plasticidad
2. Resistencia en verde y durante la quema.
3. Vitrificación
4. Control de expansión térmica
5. Tamaño adecuado de las partículas
6. Color

Dado que ninguna materia prima aporta todas estas propiedades a la vez, es necesario hacer mezclas de materiales plásticos y antiplásticos; materiales que dependiendo de su mineralogía, composición química y tamaño de partícula influyen en la reología de las barbotinas.

• Lo anterior nos lleva a la necesidad de ensayar para poder obtener la mejor barbotina, ASI QUE NO NOS DE MIEDO EXPERIMENTAR con muchas materias primas; entre más materias primas tengamos para escoger y fabricar nuestra barbotina será mucho mejor para los resultados finales. EL QUE NO ENSAYA POR MIEDO A TENER ERRORES, SEGURAMENTE NO TENDRÁ LA SATISFACCIÓN DEL ÉXITO ALCANZADO.

• Se debe buscar el mejor material disponible y no uno más de los que nos dicen los libros, por eso tratemos de evitar limitarnos a lo que dicen los libros respecto a recetas de barbotinas. El comportamiento de la barbotina no sólo depende de la receta, sino de muchos otros aspectos del proceso que algunas veces no son considerados.

Química adicionada

La química adicionada está relacionada principalmente con el uso de las sustancias defloculantes y floculantes para controlar uno de los aspectos que influyen en la reología de una barbotina como es la estabilidad de la suspensión arcilla-agua.

Es importante aclarar que la química adicionada es sólo uno de los factores que afectan la reología de una barbotina, y que los defloculantes atacan el molde, el que menos el carbonato de sodio, pero es mucho menos efectivo que el silicato de sodio, entonces lo que ganas por disminuir el desgaste del molde lo pierdes por el hecho de que este carbonato tiene un poder de defloculación menor, la mejor manera de aminorar el efecto del silicato ó cualquier otro defloculante sobre la superficie del molde, es adicionar la cantidad de defloculante estrictamente necesaria para la neutralización de áquellos cationes que entorpecen el proceso de defloculación de las barbotinas. Una de las maneras es elaborando curvas de defloculación que te permiten adicionar sólo la cantidad de defloculante necesaria.

El problema de ataque al molde por parte del defloculante, se torna crítico cuando hay exceso de este último dentro de la barbotina, porque parte del defloculante cumple la función de neutralizar los cationes que entorpecen la defloculación pero otra parte que está en exceso queda en la solución (en este caso agua de la barbotina) porque ya no hay más cationes para neutralizar.

Entonces resulta que cuando se vacias el molde para fabricar la pieza, y el molde absorbe el agua y con el agua los iones de silicato y sodio que habían quedado en exceso y son éstos uno de los causantes del desgaste del molde (aunque hay otras causas para el desgaste del molde).

Cuando el molde se recupera, el agua evaporada deja trás de sí todos estos iones que reaccionan con el Ca y el SO4 del molde y se depositan en forma de sales sobre la superficie del molde dando lugar a vetas oscuras; el problema se torna más crítico cuando estas sales no alcanzan a aflorar a la superficie sino que permanecen entre los poros del molde tapándolos, haciendo que éste pierda capacidad de absorción de agua y por tanto capacidad para el proceso de vaciado de las piezas.

Otro tipo de sales que se depositan sobre la superficie del molde son las sales producto del mismo molde, estas son sales de sulfato de calcio que tambien afectan la calidad del molde. En general son sales muy parecidas en su textura a los algodones de azúcar que uno compra en cualquier feria de pueblo y que disfrutabamos cuando éramos niños.

Existen otros tipos de defloculantes orgánicos, tipo poliacrilatos, que se caracterizan por su alto peso molecular; éstos tienden a dañar menos la superficie del molde, pero dado su alto costo comparado con los defloculantes comercialmente conocido, es díficil su uso a nuestro nivel; además que siempre será necesario el silicato asi sea en menor cantidad para tener una mejor defloculación.

Debemos aprender a convivir con el silicato de sodio, lo importante es saber utilizarlo en las cantidades estrictamente necesarias, si lo hacemos de esta manera seguramente el desgaste del molde por efecto del silicato será mínimo.

Entre los defloculantes más utilizados en la elaboración de barbotinas tenemos:

1. Carbonato de sodio - Defloculante inorgánico
2. Silicato de sodio - Defloculante inorgánico
3. Darvan 811 - Defloculante orgánico
4. Sustancias para el control de sulfatos como el Carbonato de bario.

Entre los floculantes podemos mencionar:

1. Sales de Epson (Sulfato de Magnesio)
2. Vinagre - Recordemos que se usa para flocular barbotinas y elaborar barro de pega, para pegar asas o roturas.
3. Yeso - CaSO4
4. Otros compuestos orgánicos aglomerantes, como: alginatos, caseína, dextrina, gelatina, melaza, almidón, goma arábiga, alcohol polivinílico, metilcelulosa (M.C.), carboximetilcelulosa (C.M.C.), etc.

Cantidades de defloculantes sugeridas

1. Silicato de sodio: 0.2 a 0.4% con respecto a los sólidos secos
2. Soda Ash, (cenizas): 0.05 a 0.1% con respecto a los sólidos secos
3. Carbonato de bario: 0.01 a 0.03% con respecto a los sólidos secos

Estas son cantidad sugeridas y sólo sirven como orientación para la elaboración de barbotinas; es necesario elaborar curvas de defloculación para poder conocer la cantidad adecuada para nuestra barbotina, la elaboración de curvas de defloculación es un ejercicio recomendado para los que manejamos barbotinas. Más adelante se tocar el tema relacionado con estas curvas, y como nos pueden ayudar a controlar la reología de una barbotina.

Cabe señalar que estas adiciones se deben disolver en el agua, buscando una mejor homogenización, para que el efecto defloculante sea mucho mejor. El orden sería el siguiente, primero el silicato en el agua, después los materiales duros (antiplásticos) y posteriormente adicionar los materiales plásticos (arcillas), en orden de plasticidad desde la menos plástica hasta la de más plasticidad.

Es conveniente aportar los tres defloculantes silicato de sodio, carbonato de sodio y las sales orgánicas de sodio (poliacrilatos), ya que el silicato de sodio reduce la tixotropía, el carbonato de sodio, al disociarse en el agua, libera grupos CO₃ que atrapan a todos los iones Ca⁺⁺ del agua formando carbonato de calcio coloidal, impidiendo la floculación por reposo, y los metacrilatos porque son orgánicos y no dejan ninguna secuela. También es muy conveniente añadir pequeñas cantidades de carbonato de bario (que no es un defloculante), pero reacciona con el sulfato de calcio, siempre presente en el agua y fruto de la contaminación de los moldes de yeso, provocando la precipitación coloidal del carbonato de calcio y del sulfato de bario, ambos insolubles en agua, lo que nos permitirá una mejor reología y una densidad más elevada.

La producción de barbotina es un proceso dinámico

Para trabajar con barbotinas hay que saber que el cambio de una propiedad, en cualquiera de las materias primas utilizadas, puede afectar la reología y por tanto el comportamiento de la barbotina durante el proceso del vaciado.

Desafortunadamente este aspecto no es considerado por muchos fabricantes de barbotinas y ceramistas que las preparan para su propio uso. La mayoría la preparan de igual manera sin verificar en lo más mínimo si ha existido algún cambio en la materias primas utilizadas.

Para los ceramistas, es importante entender que la elaboración de la barbotina debe cambiar si por algún motivo cambian las propiedades individuales de los materiales, debemos enfrentar a una alta variabilidad en cuanto a las propiedades químicas, mineralógicas y tamaño de partículas.

La variabilidad puede provenir de la misma mina de donde se extrae el material, ó ser causada por malos métodos de trabajo llevados a cabo por aquellos dedicados a la simple comercialización de este tipo de productos y no tienen la menor idea de las necesidades del ceramista. Todo la anterior obliga a ejercer un mejor control sobre las materias primas antes que éstas entren a formar parte de la barbotina y sobre esta última antes de ser enviada ó utilizada en el proceso de vaciado.

Lo que buscamos con este tipo de control es PREVENIR la ocurrencia de cualquier tipo de problema que afecte la calidad del producto final, es mejor atacar al problema antes de que éste aparezca y no cuando haya necesidad de apagar el incendio.

La propiedad de los materiales influye en la forma de producción de la barbotina, no podemos pretender elaborar la barbotina de la misma manera cuando estamos conscientes de la variabilidad de las materias primas, por eso es que decimos que la producción de la barbotina debe ser dinámica, y para ello debemos estar preparados a medir propiedades físicas de nuestras materias primas y barbotinas.

Por ejemplo la adición de los defloculantes y/o floculantes puede cambiar de acuerdo a las variaciones presentadas por los materiales.

Medida de propiedades físicas

Dos fluidos, y su viscosidad.

Entre las propiedades físicas sugeridas para ser medidas a una barbotina tenemos:

1. Gravedad específica
2. Viscosidad
3. Cualidades durante el proceso de vaciado
4. Velocidad de formación de barbotina
5. Porcentaje de humedad retenida
6. Calidad en el drenado
7. Sensación al corte
8. Tiempo necesario para el secado dentro del molde y permitir el desmoldeo

Para el ceramista experimentado ó para el principiante pareciera "magia" el efecto que tiene el silicato sobre la viscosidad de una barbotina; pero la "magia" se convierte en "pesadilla" cuando 2 lotes de barbotina que se han preparado de igual manera, tienen un comportamiento diferente durante el proceso de vaciado, por tanto se hace necesario determinar las causas del porque del problema, porque es un problema el simple hecho de que la barbotina se comporte diferente por el simple cambio de lote. Es necesario empezar a corregir las variaciones entre lote y lote, en otras palabras debemos empezar a controlar el comportamiento de la barbotina.

Este tema de medición está dirigido a las personas que fabrican barbotina para consumo propio ó para comercializar y para los que le "pica" la curiosidad y quieren saber un poco más de barbotinas aunque no sea para preparar la propia si por lo menos saber que preguntarle a su proveedor y que éste note que el ceramista sabe lo que está haciendo y que éste ya no "se deja meter los dedos a la boca" con cualquier barbotina que le quiera vender.Y aquellos que tienen un proveedor de barbotina en él cual confían, les sugiero que compren la lotería porque es más fácil ganársela que tener un buen proveedor de barbotina.

Muchos piensan que la preparación y control de barbotinas tiene más de "magia" que de "ciencia exacta", sin embargo hay literatura técnica que trata el tema de una manera sencilla y práctica y que le quita el "paradigma" de ser sólo para personas que saben de química. Información que sería de gran ayuda para el ingeniero que está en una planta ó para el ceramista que hasta ahora está empezando a sufrir y a reír con esta pasión llamada "CERAMICA".

Medición de la gravedad específica

Esta es la primera medición que se le hace a la barbotina, la forma sencilla de medirla es:

1. Pesar un frasco de vidrio (seco y vacío) cuyo volumen sea de 250 a 500 ml. Registre el peso en gramos, a este peso lo llamamos "Wv".
2. Llenar completamente el frasco con agua limpia. Pesar y registrar su peso en gramos al cual llamamos "Wa".
3. Tomar el frasco vacío y seco y llenarlo con la barbotina a la cual le vamos a medir la gravedad específica. Pesar y registrar el peso

en gramos, a este peso lo llamamos "Wb".

Cálculo de la gravedad específica:

GE=(Wb-Wv)/(Wa-Wv)

Usualmente las barbotinas utilizadas en vaciado poseen una gravedad específica entre 1.75 y 1.85, lo que corresponde a un porcentaje de sólidos secos entre 70 y 75%. Por ejemplo para una barbotina que tiene una gravedad específica de 1.8, corresponde un porcentaje de sólidos del 72%; es decir por cada 100 gramos de barbotina, hay 28 gramos de agua y 72 gramos de sólidos secos (material plástico y antiplástico).

¿Por qué medir la gravedad específica?

La gravedad específica nos informa del contenido de sólidos en una barbotina, y son estos sólidos los que determinan las condiciones y por ende el comportamiento de la barbotina en el vaciado de las piezas. Todo lo relacionado con la adición de defloculantes y/o floculantes depende del contenido de sólidos. En otras palabras, para tener una idea de la cantidad de deloculante y/o floculante que se debe adicionar a una barbotina para controlar la viscosidad es necesario medir primero la gravedad específica de la barbotina. El efecto de 1 ml de silicato sobre una barbotina que tiene 1.75 es muy diferente si lo adicionamos a una barbotina que posee una g. e. de 1.85. En ambos casos el contenido de sólidos es diferente y por tanto de igual manera será diferente el efecto del silicato.

El porcentaje de sólidos medido en la g.e., también nos da indicio de la posibilidad de que las partículas de arcilla interactúen unas con otras, a mayor número de partículas será mayor la posibilidad de interactuar; esta interacción entre partículas también dará lugar a otros factores que también influirán en la viscosidad de la barbotina, y todo sin contar la forma que pudieran tener las partículas que es otro factor a considerar pero que se saldría de los alcances que se le quiere dar los conceptos expresados en el mensaje.

Antes de retomar la medición de la viscosidad - curva de defloculación en el próximo mensaje, creo necesario hacer una observación respecto a la medición de propiedades físicas de barbotinas hasta ahora expuestas y las que serán expuestas en mensajes por venir; creo que este tipo de mediciones no tendrían razón de ser si nosotros como ceramistas no le vieramos el valor práctico o sea como dichas mediciones están relacionadas con el comportamiento de la barbotina en el proceso de vaciado. Tal vez esta es la razón por la cual muchos ceramistas le "escurren el bulto" a hacer estas mediciones y simplemente le "tiran la pelota" al proveedor de la barbotina para que se éste el que se encargue de estas mediciones. Claro está que si YO NO SE PARA QUE HAGO UNA MEDICION QUE ME TOMARA TIEMPO, PUES SIMPLEMENTE NO LA HAGO; precisamente estos mensajes que envío buscan dar a conocer a los ceramistas, de una manera sencilla, el porque es útil hacer estas mediciones y como éstas pueden ser utilizadas para obtener una barbotina cuyo comportamiento en el proceso de vaciado sea bueno.

TODO: ver aclaración entre estos mensajes.

Medición de la viscosidad - Curva de defloculación

Curva de viscosidad, descargar Hoja de cálculo en formato OpenOffice

Hay varias maneras de medir viscosidad de una barbotina, desde los métodos más sofisticados que por el costo de los equipos están fuera del alcance de un ceramista como cualquiera de nosotros hasta los más sencillos y que se adaptan perfectamente a nuestras posibilidades.

Me voy a detener en uno de estos últimos métodos, y es la manera de medir la viscosidad de una barbotina usando lo que comúnmente llamamos un viscosímetro de tubo ó un tuboviscosímetro (nombre para tan simple, pero útil herramienta), desde ya les aseguro que este equipo no lo tendrán en la NASA para medir viscosidades pero para nosotros si es de mucha utilidad.

Elaboración del tuboviscosímetro:

1. Tomar un tubo de PVC de aprox. 30 de longitud y unos 4 cm de diámetro. El tubo debe tener rosca por uno de sus extremos de manera que le podamos adaptar una tapa del mismo material y a la cual previamente le hemos hecho un agujero de 3 a 4 mm y él que a su vez se le adapta un tapón de caucho ó corcho de fácil remosión.
2. El tubo, perdón el tuboviscosímetro, se ubica en un soporte metálico de manera que se mantega en posición vertical, el extremo que tiene la tapa debe estar hacia abajo.
3. Con el orificio tapado, se vierten exactamente 300 ml de agua, y se hace una marca en la parte interna del tubo a la altura que llegó el volumen de agua. Esta será, en adelante, nuestra marca de referencia para asegurar que en cada ensayo siempre tengamos el mismo volúmen de barbotina. La idea es que al inicio de cada ensayo siempre tengamos la misma cabeza de presión al inicio del ensayo.
4. Debajo del tuboviscosímetro y a una distancia aproximada 4 cm ubicamos una probeta graduada de 500 ml, ésta nos permite medir el flujo de barbotina vertida en la unidad de tiempo durante el ensayo.

La medida tomada que es el flujo de barbotina en la unidad de tiempo depende del grado de fluidez que tenga la barbotina, por tanto será una guía de la viscosidad de la misma.

La manera de medir la viscosidad es la siguiente:

Viscosímetro.

1. Con el orificio tapado Llenar el tuboviscosímetro con barbotina hasta la marca referencia de los 300 ml, en el momento de retirar el tapón del orificio se arranca un cronómetro y se registra el tiempo que se necesitó para acumular en la probeta inferior un volúmen de 100 ml.
2. Evidentemente el tiempo medido dependerá de muchos factores como la cantidad de defloculante adicionado a la barbotina, de la densidad de la barbotina de la características físicas (distribución de tamaño de partículas, área superficial específica y forma de las partículas, etc).

Lo anterior nos lleva a decir que la reología de una barbotina no puede ser estudiada sólo a la luz de la cantidad de defloculante adicionado sino considerando la física de las partículas que junto con el agua y defloculante hacen parte de la barbotina. Desafortunadamente cuando tenemos problemas con la fluidez de nuestras barbotinas, lo primero que se nos ocurre es adicionar ó disminuir la cantidad de defloculante, según sea el caso; pero pudiera suceder que la fluidez no tiene nada que ver con la cantidad de defloculante adicionado sino con factores relacoionados con la física de las partículas.

Cuando uno compra la barbotina preparada muchas veces sucede que de un lote a otro el comportamiento es diferente, trayendo problemas de producción para el ceramista.

Independiente del método (artesanal ó sofisticado) utilizado para medir la viscosidad de una barbotina, todos sabemos que el medir esta propiedad nos permite conocer el grado de defloculación de una barbotina y partiendo de este concepto se establece la importancia, tiene una “curva de defloculación”.

fluidómetro con capacidad de 500ml. y salida de un cuarto de pulgada,con una velocidad de vaciado igual 12 segundos cuando la barbotina tiene una densidad de 1.65. En otra foto se ve un fluidómetro hecho con un envase de mostaza con capacidad de 200ml. su salida de 3/16 y tiene una velocidad de 8 segundos cuando la barbotina tiene 1.68 de densidad. Una manera más simple de "medir" la fluidéz sin tanto aparato, si la barbotina tiene una densidad de 1.7, la regla de plástico se moja y se escurre por una de sus esquinas y deben caer 12 a 13 gotas seguidas.

La adición del silicato de sodio (el más utilizado entre nosotros) como defloculante, hace que la viscosidad caiga debido a un mecanismo de química coloidal. El efecto de el silicato es incrementar la fuerza de repulsión entre las partículas de arcilla, haciendo que exista más distancia ó más espacio entre ellas; dicho espacio es ocupado por el agua que sirve como medio de lubricación entre las partículas facilitando que las partículas “deslicen” unas sobre otras con mayor facilidad lo que da lugar a una menor viscosidad de la barbotina.

Claro que está que el efecto del silicato ó cualesquier otro defloculante no siempre es el mismo, es necesario considerar otros factores como el tipo del material arcilloso, el tamaño de las partículas y la forma como éstas se “empaquetan”. Por eso muchas veces se trata de mejorar la fluidez de una barbotina mediante la adición de un defloculante, cuando la causa de la alta viscosidad es la física de partículas.

Haciendo referencia a las curvas de defloculación observadas en la gráfica anterior, éstas representan barbotinas elaboradas con materiales plásticos (arcillas) y materiales antiplásticos(tipo cuarzo, feldespato, etc.). Las barbotinas 1 y 2 tienen la misma densidad (en otras palabras el contenido de sólidos es igual), la diferencia radica en el tipo de material arcilloso que contienen.

La barbotina 1 contiene una arcilla cuyo contenido de material coloidal (menor a 1 micra) es alrededor del 7.5 % , la barbotina 2 contiene contiene una arcilla cuyo contenido de material coloidal es del 17.5%. En otras palabras la arcilla de la barbotina 2 tiene un contenido de finos mayor que la arcilla de la barbotina 1, esto explica el respectivo comportamiento de las barbotinas cuando se les adiciona el silicato de sodio.

La barbotina 1 es más sensible a la adición del silicato de sodio que la barbotina 2, lo que en términos prácticos no es bueno para las condiciones de colaje que debe tener una barbotina, ya que cualquier pequeña adición de silicato nos puede llevar del punto “a” al punto “b”, que aunque tienen la misma viscosidad poseen unas condiciones reológicas totalmente diferentes; en el punto “a” las condiciones de colaje son buenas (buena fluidez, buena velocidad de formación, buen secado), en el punto “b” las condiciones de colaje son malas ya que tenemos una barbotina sobredefloculada que se caracteriza por una baja formación, la barbotina se torna quebradiza y seca muy rápido.

El caso de la barbotina 2 es diferente, ésta es menos sensible a la adición del silicato y para pasar del punto “c” al punto “d” es necesario adicionar más silicato, lo que la hace “más segura”; en otras palabras podemos decir que la barbotina 2 posee un rango de colaje más amplio que la barbotina 1; además la barbotina 2 tiene la capacidad de llegar a una viscosidad menor que la barbotina 1, aunque con una mayor cantidad de defloculante, sin afectar las condiciones de colaje. Estos comportamientos reológicos muestran que la barbotina 2 posee una arcilla cuya plasticidad y CEC ( Contenido Equivalente Catiónico) son mayores a los de la arcilla contenida en la barbotina 1; éstas características hacen de la arcilla contenida en 2, una arcilla que demanda más defloculante y dado su alto contenido de coloides se comporta como un elemento protector al efecto del defloculante. Estos aspectos hacen que la barbotina 2 sea más segura desde el punto de vista de la reología para ser usada como barbotina de colaje.

densímetro mide de 1 a 2.En la foto se ve como flota en una cubeta profunda y también en el vaso hecho con pvc

Los conceptos anteriores nos pueden dar una explicación del porque una barbotina puede cambiar el comportamiento de un lote a otro, lo que es muy usual cuando tenemos un proveedor que no conoce los materiales con los cuales está trabajando y que para resolver un problema de viscosidad alta, simplemente se limita a incrementar la cantidad de defloculante, cuando la real causa es que cambiaron las características de uno de los materiales, cambio del cual él no Es consciente porque no tiene el conocimiento ó porque teniéndolo no es capaz de hacer un control de los materiales utilizados antes de hacer el ensamble de la barbotina que va a vender.

El cambio de los materiales es una de las causas que pueden afectar el comportamiento reológico de una barbotina, hay otras causas con la cuales debemos estar familiarizados para evitar que se presenten problemas reológicos; en mensajes posteriores trataré de explicar algunas de ellas.

Lo anterior lleva a plantear la necesidad de que nosotros los que trabajamos con barbotinas tengamos la posibilidad de saber lo que debemos exigir a un proveedor de barbotina, ó poder fabricar nuestras barbotinas con todo el conocimiento de causa para evitar problemas de producción.

Podemos concluir la importancia de la elaboración de este tipo de curvas como una herramienta de control de los materiales antes de llevar a cabo el ensamble de la barbotina; un buen proveedor de barbotina debe tener claro el uso de estas curvas para prevenir problemas futuros que desafortunadamente “estallan” en manos del ceramista cuando éste está elaborando sus piezas y cuando éste generalmente no tiene idea que hacer con la barbotina salvo que “recordar la madre” del personaje que se la vendió.

En mi opinión personal, una curva de defloculación de una barbotina ó de cualesquier arcilla te entrega una información valiosa que bien utilizada puede prevenir problemas de producción mayores . Bueno por ahora dejemos ahí, y tratemos de digerir esta información, y de antemano pido disculpas por la extensión del mensaje y por el contenido técnico del mismo, pero creo que valió la pena ya que nos permite explicar el porqué del comportamiento reológico de una barbotina puede cambiar con respecto a otra a pesar de supuestamente tener la misma receta. Más adelante trataré de explicar algo respecto al uso del silicato y del carbonato de sodio como defloculantes y su efecto en la reología de la barbotinas.

Curva estándar en función del tiempo

Se trata de determinar la cantidad ideal de agua para una barbotina. El proceso se inicia el control con una curva con una cantidad de defloculante fija, viendo la variación de la viscosidad medida como "tiempo de escurrimiento" al ir agregando agua, con esto simplificamos la medida de la viscosidad, de la siguiente manera: Se de escurrir una cantidad determinada de agua limpia por un orificio de tuboviscosímetro, que nos da un tiempo al que denominamos T1, sabiendo que la viscosidad de trabajo de las pastas cerámicas deberá ser entre 1 1/2 y 2 veces la determinada en T1, facilita mucho el proceso y obtenemos la cantidad ideal de agua para este lote. A continuación se realiza la curva reológica añadiendo el defloculante y midiendo el tiempo.

El agua ideal se puede definir como el punto donde la tangente de la curva de agua, tomada de 10 en 10 ml. es de 45% (punto de inflexión).

Velocidad de Formación de Pared

La velocidad de formación de la pared, humedad retenida y las características de la pieza vaciada, son las otras propiedades que debemos medir para tener un cuadro completo de la reología de nuestras barbotinas, la idea es que estas propiedades se mantenga dentro de un rango manejable por parte de la persona que hace el vaciado de las piezas; es díficil para un vaciador manejar una barbotina cuyas propiedades estén cambiando constantemente por razones de un mal ensamble de materias primas ó por un mal manejo de la química adicionada. Es importante considerar que no sólo son estos los factores que pueden influir en la velocidad de formación, también debemos mencionar el estado de la moldura, pero que en estos momentos no vamos a mencionar este punto.

Al principio es necesario establecer estas propiedades en función del nivel de floculación y de la densidad de la barbotina, esto permite establecer parámetros diarios para la producción de la misma y resolver problemas de vaciado cuando éstos tengan lugar.

¿Cómo se miden?

Tomar un molde en forma de copa y hacer un vaciado fijando el tiempo de formación de páred; después de transcurrido este tiempo drenamos el molde y observamos la escurrida de la barbotina la cual debe ser limpia y lisa lo que implica que la fluidez de la barbotina está OK; cuando estamos trabajando con barbotinas sobredefloculadas (exceso de defloculante) la escurrida tiende a ser limpia pero dejando pequeños grumos sobre la superficie drenada, grumos que se asocian mucho a una mala distribución del defloculante dentro del cuerpo de la barbotina.

Una vez que la pieza ha tomado consistencia dentro del molde y permite ser desmoldeada se pesa y se registra su peso; será este el peso que sirva de referencia para medir la velocidad de formación; esta medida debería ser tomada a diario para determinar cualquier cambio que haya tenido la barbotina.

Inmediatamente se somete la pieza a sequedad bajo una lámpara fluorescente, después que la pieza está seca se toma el peso y se determina la humedad en base seca, este valor será lo que se conoce como humedad retenida; esta propiedad también nos da indicio del grado de floculación de la barbotina; una barbotina sobredefloculada tiende a dar una humedad retenida baja, las piezas tienden a secar rápido y presentan una superficie dura y cuando hacemos un corte al cuerpo de la pieza formada notamos una sensación “arenosa” se pierde plasticidad y además que la pasta “despeluca” al corte el cual no es limpio y liso.

El medir estas propiedades, junto con la densidad y la viscosidad nos ilustra de manera completa lo que es la reología de la barbotina; una reología que no debe variar mucho en el día a día para evitar que el vaciador esté constantemente cambiando las prácticas durante el vaciado de las piezas lo que atenta contra la calidad del producto final. Se busca tener un control sobre la reología de la barbotina, y que cualquier cambio que pueda existir sea detectado a tiempo y poder tomar las correspondientes acciones de prevención; la idea es atacar la causa del problema antes de éste tenga lugar.

Observaciones del proceso de vaciado relacionadas con la reología

- La barbotina es una mezcla de arcillas y material antiplástico en agua y aditivos químicos, buscando un contenido de sólidos lo más alto posible traduciéndose en una densidad que se encuentra cercana a 1.8 gramos/ml

- Lo anterior nos dice que la barbotina está constituida por un porcentaje de sólidos secos cercano al 72% el resto es agua (28%). En condiciones normales se hace díficil obtener suspensiones con este alto contenido de sólidos, por tanto nos vemos obligados al uso de defloculantes que ayudan a darle fluidez a las barbotinas.

- Es decir que la reología de una barbotina depende de dos grandes aspectos: la física de partículas y la química interparticular, ésta última relacionada con los aditivos químicos y como éstos reaccionan en el sistema arcilla-agua dando lugar a diferentes niveles de defloculación, lo que se traduce en el nivel de geloficación una vez la barbotina llega al molde y empieza a formar la páred de la pieza. La física de partículas está relacionada con la Distribución de Tamaño de Partículas (DTP), la que a su vez determina el Area Superficial Específica que es la que determina las reacciones química a escala coloidal determinantes en el comportamiento reológico de una barbotina para vaciado.

- La pieza que se forma está compuesta por los sólidos ya gelificados con una humedad retenida, todo producto de la migración de cierta cantidad de agua al molde. Será el agua retenida la que durante el proceso de secado irá desapareciendo y dando lugar a la contracción en crudo; una contracción que dependerá de la cantidad de partículas finas y/o arcillosas que estén contenidas dentro del cuerpo de la barbotina.

Variables de control reológico

Las relaciones entre las variables de control reológico y las propiedades de la barbotina y la calidad de la pieza vaciada son las siguientes.

1. Aumentando los coloides, principalmente material arcilloso fino tipo ball clay ó tipo montmorillonita hace que:
   1. La fluidez de la barbotina disminuya (aumenta la viscosidad).
   2. La velocidad de formación de pared disminuya
   3. La plasticidad se aumenta
   4. La dureza de la pieza reciendesmoldeadada disminuye.
   5. La tixotropía de la barbotina se aumenta.
   6. El tiempo de secado se incrementa
2. Incrementando la cantidad de sulfato, como protector de los coloides frente a un defloculante, hace que:
   1. La fluidez disminuya
   2. La velocidad de formación de pared aumente.
   3. La plasticidad se aumenta.
   4. La dureza de la pieza recién desmoldeada disminuye.
   5. La tixotropía de la barbotina aumenta.
   6. El tiempo de secado aumenta.
   7. El efecto de la química adicionada se estabiliza
3. Incrementando la cantidad de electrolito (Defloculantes) tales como el silicato de sodio, hace que:
   1. La fluidez de la barbotina aumente – Disminuye la viscosidad
   2. La velocidad de formación de pared disminuye.
   3. La plasticidad disminuye.
   4. La dureza de la pieza recién desmoldeada se incrementa.
   5. La tixotropía de la barbotina disminuye.
   6. El tiempo de secado disminuye.

El famoso concepto de reología de barbotinas es simplemente, obtener un buen balance entre las materias primas y la química adicionada (floculantes y/o defloculantes) y es el seguir estas pautas lo que nos permite obtener barbotinas ideales (léase aseguradas) las cuales a su vez van a producir piezas de buena calidad.

Problemas comunes asociados a la calidad de las barbotinas

Voy a tratar de plantear algunos problemas que se presentan a diario con el manejo de las barbotinas en el proceso de vaciado; porque a pesar de todo lo que podamos conocer sobre como preparar una buena barbotina para vaciado, hay factores que por una u otra razón se salen de las manos del ceramista y/o artesano; en la mayoría de las veces porque éste no prepara su propia barbotina ó si lo hace, adolece de buenas prácticas de manufactura.

Los problemas planteados se presentan en producción, la idea es orientar al ceramista que trabaja con barbotinas en la solución del problema, la mayoría de las veces las causas de estos problemas hay que buscarlas en la persona que prepara la barbotina y que generalmente la comercializa ó en él que simplemente la comercializa y no tiene menor idea del aspecto técnico-cerámico para preparar una barbotina, y no sabe los problemas a los que se enfrenta el ceramista en la línea de producción, porque sólo se limita a vender la barbotina y no presta ningún servicio de asesoría post-venta al ceramista. Los problemas usuales son: Problema 1.: La formación de pared es muy rápida y el drenado ó escurrido de la barbotina es muy lento y pesado, lo que trae como consecuerncia que la pieza sale del molde muy blanda y con un alto contenido de humedad haciendo que los tiempos de secado sean muy largos.

Posibles causas

- La barbotina presenta una excesiva plasticidad, debido al uso de una arcilla con un contenido de material coloidal muy alto y que se comporta como un protector del sistema contra el efecto defloculante de cualquier defloculante utilizado (llámese silicato ó defloculante del tipo poliacrilato) lo que se traduce en un incremento de la viscosidad de la barbotina y por tanto niveles altos de tixitropía. En este caso en particular estamos hablando de causas relacionadas con el tamaño de partículas, y su solución debe estar orientada en ese sentido. - Otra causa sería la presencia de Ca++, Mg++,Al+++, SO4= solubles, este tipo de especies son agentes floculantes y por tanto de efecto contrario a lo que hace el silicato ó cualquier otro defloculante. Dichos cationes pueden estar originados por su presencia dentro de la misma arcilla como bases intercambiables ó porque vienen en el agua con la cual preparamos la barbotina, generalmente cuando usamos aguas duras (alto contenido en sales de calcio y magnesio).

Soluciones sugeridas

- Todos estamos de acuerdo en que es necesario disminuir la viscosidad aparente (aumentar la fluidez), pero cómo hacerlo? Uno pensaría inmediatamente en aumentar la cantidad de defloculante (silicato, carbonato de sodio ó poliacrilato), pero es necesario considerar que el aumento del silicato trae otros problemas como son la posibilidad de llegar a tener una barbotina sobredefloculada (punto tratado en mensajes anteriores) lo que es perjudicial para el comportamiento de la barbotina en vaciado, ó estar dando una solución a base de química adicionada cuando el problema puede ser de tamaÑo de partículas presentes en la barbotina. - Personalmente sugiero evaluar la posibilidad de aumentar el contenido de agua en el sistema, en otras palabras dismnuir la gravedad específica de la barbotina. Si la gravedad específica es 1.80 ó mayor, hay la posibilidad de adicionar agua y disminuir la gravedad específica a 1.75 ó 1.78; esto sería mejor que adicionar el silicato, ya que además de aumentar la fluidez de la barbotina, que es lo que se busca, afecta menos la plasticidad de la barbotina, además que el agua no ataca la superficie del molde como si lo hace el silicato. El adicionar más agua al sistema hace que la distancia entre las partículas se incremente ya que habrá más cantidad de agua entre ellas, haciendo que éstas fluyan más libremente y por tanto con menos probabilidad de que choquen entre sí, hecho éste que es uno de los factores causantes en el incremento de la viscosidad en barbotinas. La solución de la disminución de la gravedad específica es aconsejable cuando el problema es causado por un deficiente empaquetamiento de partículas causado por una mal escogencia en el tamaño de grano de las materias primas. Como la idea es plantear el panorama completo de esta solución, es necesario decir que el incremento de agua en sistema hace que los moldes de humedezcan más, ya que deben retirar más agua de la barbotina por tanto se debe poner más atención a la recuperación de los mismos. - Si al evaluar la posibilidad de disminuir la gravedad específica, tal como se planteó anteriormente, esto no se puede hacer porque el valor es muy bajo como para adicionar más agua al sistema lo que haría que la barbotina quédase muy "aguada", entoces se debe recurrir a la adición controlada de defloculante; considerando que estamos adicionando defloculnate a una barbotina ya preparada (lo que técnicamente no es aconsejable) debemos asegurarnos una buena homogenización del defloculante dentro del seno de la barbotina, y para ello debemos disponer de un buen sistema de agitación mecánica. Como se planteó anteriormente la adición del defloculante puede traer como consecuencia una sobredefloculación del sistema, si la adición no se hace de una manera controlada,y una barbotina sobredefloculada si es algo más díficil para corregir; a lo anterior hay que sumar que el silicato hace que la barbotina disminuya enormemente su plasticidad dando lugar a que los tiempos de secado sean muy rápidos no dando suficiente tiempo al vaciador para que éste desmoldee las piezas si que éstas se rajen, además la posterior pulida de las piezas se dificulta ya que el operario se enfenta a una pieza seca cuya pasta toma una textura vidriosa/arenosa haciendo que la pieza sea menos tolerante a la herramientas que usualmente se usan en la pulida. Todo lo anterior sin contar que el silicato ataca la superficie del molde, haciendo que la vida útil del mismo se vea reducida.

- Cuando la adición de más defloculante no tiene el efecto esperado en la reducción de la viscosidad aparente, podemos entonces pensar en la presencia de cationes de afecto floculante como los mencionados arriba y que protegen la partícula de arcilla, entoces en este caso se debe dar una combinación entre silicato de sodio y carbonato de bario; este último compuesto se encarga neutralizar el SO4= soluble huyo efecto floculante hace que el silicato no actúe de manera eficaz. Se recomienda que la cantidad de carbonato de bario no sea mayor 0.03% con respecto a los sólidos secos totales de la barbotina.

Para evitar la presencia de estas especies que dificultan la fluidez de las barbotinas, también es importante dar una vistazo al agua con la cual se prepara la barbotina, en lo posible no debe ser agua subterránea ya que generalmente son aguas duras cuyo contenido de sales de calcio y magnesio es muy alto, y son estos los cationes que no dejana actuar bien al defloculante. Lo ideal sería utilizar agua desionizada, aunque hay que reconocer que a nivel del pequeño ceramista y artesano esto es muy díficil; entonces por lo menos debemos utilizar agua de un acueducto que nos de garantía de la calidad del agua que estamos utilizando. Si estamos seguros que la calidad del agua varía poco en cuanto al contenido de sales, entonces podemos implementar cantidades de química adicionada constantes para neutralizar el contenido de sales en el agua.

Retomar algunos aspectos importantes relacionados con la reología de barbotinas y que quedaron pendientes. s.

Principios básicos de física de partículas

Véase el artículo principal Física de partículas.

Sólo se ha planteado el control de la reología con base en el manejo de la química interparticular mediante la adición de electrolitos tipo silicato de sodio.

Una barbotina y/o pasta cerámica está bien controlada si se conoce y se puede predecir:

• La física de partículas
• La química interparticular
• La reología

Reconociendo que la reología es consecuencia de las otras dos, debemos considerar que el comportamiento, bueno ó malo, que pueda tener la barbotina y/o pasta cerámica en el proceso de producción, depende en gran medida de la respuesta reológica que presente la barbotina y/o pasta cerámica ante los esfuerzos (agitación, bombeo a través de tuberías, etc. ) a lo largo del proceso de manufactura independiente de la técnica de fabricación.

Algunos conceptos más en detalle relacionados con la física de partículas y la química interparticular, y como estos influyen en la reología de barbotinas y/o pastas cerámicas.

Es importante aclarar que lo aquí expuesto son experiencias vividas en la industria cerámica tradicional respaldada con conceptos extractados del libro: .

Principios fundamentales de la fisica de partículas

Todos los ceramistas queremos tener la habilidad para controlar la reología de las barbotinas y/o pastas cerámicas, y el comportamiento de éstas en los procesos de secado y cocción; ¿ A quién no le gustaría que su barbotina una vez elaborada ó adquirida del proveedor no se subiera de viscosidad cuando ha permanecido en reposo por mucho tiempo?, ó ¿ A quién no le gustaría que la barbotina escurriera bien durante el vaciado de los moldes ?, ¿ A quien no le gustaría meter una pieza al horno con la seguridad de que no van a presentarse grietas? Pues bien todo esto tiene mucha relación con la física de partículas y la química interparticular, posiblemente para muchos estos conceptos suenen extraños, pero les aseguro que todos los días estamos “lidiando” con ellos, porque todos hemos usado por lo menos alguna vez silicato para controlar la viscosidad ó hemos adicionado chamote a nuestras pastas para controlar su secado. Lo que sucede es que siempre los vemos como conceptos aislados, y eso no debe ser así, ya que ambos se complementan para obtener una buena reología en la barbotina y/o pasta cerámica. Una buen control sobre la química interparticular no resuelve un mal control en la física de partículas, y viceversa; en términos prácticos cuando un ceramista tiene problemas de alta viscosidad, lo primero que se le ocurre es adicionar silicato sin saber si la causa del problema está más relacionada con la física de partículas que con la misma falta de silicato.

Pero para ir metiéndonos en el “enredo”, comencemos a decir que la física de partículas está relacionada con las propiedades de las partículas que forman los polvos cerámicos sin considerar la composición química y mineralógica. Las partículas se mezclan con agua y ocupan un volumen dentro de la suspensión, éstas pueden “empaquetar” bien ó mal dependiendo de la distribución de tamaño que ellas tengan; es como intentar llenar una habitación con balones de básquetbol ó con pelotas de tenis, y después echar agua; el agua se depositará en los espacios dejados por los balones ó por las pelotas y en cada caso la cantidad de agua para llenar los espacios será diferente.......

Bueno por ahora dejemos ahí para no cansarlos mucho, la idea es que otros foristas aporten inquietudes y/o conceptos que puedan enriquecer este "mundo" de las barbotinas en los procesos cerámicos.

Continuando con los principios básicos sobre física de partículas, vamos a plantear algunas propiedades de las pastas cerámicas que tienen una alta relación con la física de partículas, y las cuales iremos desarrollando durante los mensajes.

Entre las propiedades que son determinadas por la física de partículas tenemos:

• Empaquetamiento de partículas
• Area superficial específica
• Propiedades reológicas
• Porosidad
• Distribución de tamaño de los poros
• Nivel de contracción de la pasta
• Reacciones específicas durante la cocción

Empaquetamiento de partículas

La distribución de tamaño de las partículas (DTP) en una barbotina y/o pasta cerámica controla la capacidad del sistema para tener un buen empaquetamiento, aquí cabe el ejemplo anterior de los balones de básquetbol y las pelotas de tenis.

Lo anterior quiere decir que el numero de espacios vacíos entre los balones y las pelotas serán menos en la medida que haya más diversidad de tamaños de partículas; lo mismo sucede en los polvos cerámicos, éstos empaquetan mejor si la distribución de tamaño de partículas es amplia, de cualquier manera cada DTP (distribución de tamaño de partículas) tiene un empaquetamiento ideal más allá del cual no se puede pasar.

Con los polvos cerámicos hay que hacer la observación que las partículas no son esféricas, si no que tienen formas irregulares; pero el ejemplo de las pelotas sigue siendo válido para explicar el efecto de la DTP en el empaquetamiento de los polvos cerámicos.

De todo lo expuesto podemos establecer la importancia del proceso de molienda en cerámica, ya que es este el proceso usado para cambiar la DTP de las materias primas; además que para caracterizar un material cerámico no basta decir, como dicen muchos proveedores de materias primas: “el material X ó Y tiene un nivel de molienda que permite que el 100% pase a través de una malla # 200” , es necesario indicar toda la distribución de tamaño de partículas, y el ceramista está en todo su derecho de preguntar por la DTP completa de la materia prima que quiere comprar y el proveedor la obligación de entregarla.

Este factor determina el tamaño de los poros tanto con respecto al secado, como al tiempo y temperatura de sinterización de la pasta, influyendo también en la resistencia del producto en cada una de sus fases, resistencia mecánica y una vez cocida.

Area superficial específica

La DTP igualmente controla el área superficial específica de los polvos cerámicos; si imaginamos un cubo de arcilla cuya arista es de 1cm, éste tiene un área superficial 6 cm2, pero si de ese mismo cubo sacamos 8 cubos cuya arista es ahora de 0.5 cm, el área superficial de cada cubos será 1.5 cm2 para un área superficial total de 1.5 cm2x8=12 cm2; es decir por el simple hecho de partir un poco más el cubo original, el área superficial se duplicó. Ahora hagamos este mismo ejercicio imaginando lo que sucede con el área superficial de una partícula de arcilla que es sometida a un proceso de molienda. Por tanto entre más partículas finas tenga una arcilla ó un material duro, habrá mayor área superficial sobre la cual los aditivos químicos pueden funcionar, con este concepto ya empezamos a ver la relación existente entre el área superficial que es una propiedad incluida en la física de partículas y la química interparticular representada en este caso por los aditivos químicos que afectan los niveles de floculación y/o defloculación de un sistema arcilla-agua y por tanto la reología del sistema. Cuando hablamos de materiales duros tipo feldespato y/o cuarzo, una mayor área superficial facilita las reacciones químicas a nivel de cocción; por esa razón es que cuando queremos aumentar la reactividad de un material, simplemente lo que hacemos es moler más el material.

Propiedades reológicas

La reología en las barbotinas y pastas cerámicas está controlada por las fuerzas de atracción y/o repulsión interparticular que dependen de la química interparticular y de la tendencia que exista entre las partículas a “chocar” unas con otras. El número de choques será mayor en la medida que la cantidad de partículas sea mayor y una medida del número de partículas en una barbotina es la densidad (peso/litro) de la misma. Es como ver una gran avenida con un gran número de coches, entre más coches haya hay más probabilidad de que choquen entre sí. Ahora imaginemos la posibilidad de choques cuando además de una alta densidad de partículas, hay unas partículas de mayor tamaño que otras. El flujo de las partículas es menor en la medida que exista un gran número, es algo similar a lo que sucede al flujo de coches en una gran ciudad en las horas pico; este tipo de ejemplos ilustran la influencia que tiene la DTP sobre la reología de las barbotinas y/o pastas cerámicas. El tipo de reología exhibida por una barbotina, los cambios de ésta en función del contenido de sólidos (mayor ó menor densidad) y de la efectividad de la química interparticular; están determinados por la DTP que es una propiedad incluida en el aspecto de la física de partículas.

Porosidad en un sistema arcilla-agua

El número de poros en un sistema particulado compacto es el resultado de la DTP de las materias primas que forman dicho sistema compacto. La porosidad no puede ser menor a la permitida por el empaquetamiento más denso de partículas. La química interparticular que es afectada por los aditivos químicos aplicados al sistema, puede abrir una estructura donde el empaquetamiento es denso pero no puede reducir la porosidad abajo del valor permitido por la física de partículas. De acuerdo al anterior concepto, y viéndolo desde el punto de vista práctico, no podemos mejorar la reología de un sistema mediante el uso de silicato ó cualquier otro defloculante cuando el problema es causado por una mala DTP del sistema que depende directamente de la física de partículas. ¿A cuántos de nosotros nos sucede que tenemos un problema de alta viscosidad, adicionamos silicato e inmediatamente el sistema queda sobredefloculado? Básicamente lo que sucedió fue que tratamos de resolver un problema que era netamente físico (tamaño de partículas) mediante el uso de una solución química; de esto se desprende el cuidado que debemos tener con el uso de los defloculantes para el manejo de viscosidades en barbotinas. Muchas veces las altas viscosidades que se presentan en las barbotinas están relacionadas con la física de las partículas que por su tamaño se “estorban” unas a otras y no permiten su flujo normal en el sistema a pesar de estar recibiendo agitación externa, y estén convencidos que la adición del silicato no va a disminuir el tamaño de las partículas ni va a ampliar el espacio entre ellas para que éstas puedan fluir libremente. Entonces lo que se debe hacer es revisar la DTP del sistema y si es del caso cambiarla moliendo más ó menos según la necesidad ó trabajando en la dispersión de alta intensidad cuando se trata de procesos húmedos.

Distribución del tamaño de poros en una mezcla de arcillas y desgrasantes

Cuando se observa una pieza cerámica en verde ó cocida, se debe asimilar a un sistema de partículas que presenta cierta porosidad y con poros de diferente tamaño. Es importante entender que la porosidad no es lo mismo que la distribución de tamaño de poros, la porosidad está relacionada a la totalidad del espacio libre que queda en un sistema de partículas (¿recuerdan cuando hablamos del llenado de una habitación con balones de basquetbol ó pelotas de tenis?), al sumar todos los espacios que quedaban entre ellas, el espacio libre total es lo que llamamos porosidad. Imaginen una caja cuyo volumen sea de 1 cm3, y tratamos de acomodar en ella 100 esferas cuyo volumen unitario es de 0.004 cm3, el volúmen total que ocupan las esferas será de 0.4 cm3, entonces el espacio libre que queda en la caja será de 0.6 cm3, en otras palabras la porosidad total será del 60%. Si llevamos este ejercicio a la cerámica, y concretamente al trabajo con barbotinas, observaremos que la porosidad total de un sistema donde existen partículas de todo tipo y tamaño será asociada con la máxima cantidad de agua que le pueda caber a la barbotina; como en una barbotina existen diferentes tamaños de partículas (DTP), entonces habrá diferente tamaño de poros, lo que define un nuevo concepto como lo es “la distribución de tamaño de poros”.

Entonces una barbotina es un sistema donde coexisten partículas de diferente tamaño que empaquetan creando poros de diferente tamaño que serán llenados con agua. Los tamaños de poros dentro de un sistema particulado como lo es una barbotina y/o pasta cerámica, determinan la velocidad de secado de las piezas, velocidades de filtración a través de la pasta cerámica y las velocidades de formación de pared en una técnica de fabricación por vaciado, en cambio la porosidad controla que tanta agua le cabe al sistema. En sentido práctico, la porosidad nos da una idea del agua que debe ser removida en un proceso de secado, y el tamaño de poros nos determina el tiempo que nos llevaría en remover esa agua.

Ahora ¿qué relación existe entre porosidad y/o distribución de tamaño de poros con el comportamiento reológico de una barbotina?, pues bien resulta que una de las funciones del agua en una barbotina es servir de medio de lubricación entre las partículas permitiendo que éstas fluyan unas sobre otras de manera fácil dando lugar a bajas viscosidades; pero la otra función del agua es llenar los poros interparticulares, esa agua que está llenando los poros no es agua que está en función de lubricación y por tanto no está ayudando al flujo entre partículas. Entonces a mayor porosidad del sistema, mayor será la cantidad de agua que se vaya para el llenado de poros y no para la lubricación interparticular ayudando a manejar la viscosidad del sistema. Por eso cuando en la práctica adicionamos más agua a una barbotina para disminuir la viscosidad del sistema, simplemente lo que hacemos es aumentar el agua de lubricación interparticular y separar más las partículas, lo que todo sumado hace que la viscosidad del sistema disminuya.

A continuación se mencionan otras propiedades controladas por la física de partículas pero que ya no tienen relación con la reología, pero no por eso menos importantes para el proceso cerámico.

Nivel de Contracción

La contracción en seco y en quema está controlada por el empaquetamiento de partículas dentro de la pasta cerámica; a mayor densidad en la compactación menor será la contracción en seco y en quema. La relación entre el tamaño del producto en verde y después de cocción está relacionada con la contracción, la cual está controlada por la física de partículas y más concretamente por la DTP del sistema.

Cuando se presentan grietas por contracción durante el secado de las piezas, la solución es adicionar material grueso y es cuando pensamos en el “chamote”; lo que estamos haciendo en este caso es variar la DTP del sistema y por tanto el tamaño de poros dando como resultado un secado más controlado evitando de esa manera la presencia de grietas.

Reacciones específicas durante la cocción

Los diagramas de fase de equilibrio muestran lo que se esperaría en el equilibrio, pero las reacciones que llevan a ese equilibrio están controladas por la física de partículas. No pueden existir las reacciones químicas durante la cocción a menos que haya contacto entre las partículas, dicho contacto está controlado por la física de partículas y más concretamente por la DTP.

La DTP de una barbotina ó pasta cerámica y la homogeneidad del mezclado antes del proceso de fabricación controlan:

1. El número de partículas que de cada componente hay en el sistema
2. La distribución uniforme de partículas que de cada componente hay en el sistema.
3. Los contacto entre partículas dentro del sistema

Las partículas finas son las que reaccionan más rápido y a menor T de lo que lo hacen las partículas gruesas. Este factor sumado a todos los anteriores, muestra como la cinética de las reacciones iniciales, intermedias y finales está determinada por la física de partículas.

Los últimos mensajes tratan de ilustrar la importancia de saber como la física de partículas afecta cada paso en el proceso cerámico, y de esa manera la necesidad de ejercer un cuidadoso control durante la preparación de las materias primas. Todos nosotros sabemos que las partículas gruesas ayudan a controlar el secado de las piezas y por tanto previenen grietas por contracción, pero cuando se llega al momento de la cocción, son este tipo de partículas las que se demoran en reaccionar haciendo que el ciclo y la temperatura de cocción aumenten. Ahora miremos a la luz de las partículas finas, en el momento de la cocción serán estas partículas las que reaccionen más rápido permitiendo que el ciclo y la temperatura de cocción disminuyan; pero si nos vamos hacia atrás, concretamente al proceso de secado, estas partículas hacen que la producción demore más en secar debido a la presencia de poros muy pequeños que no facilitan el flujo de agua hacia el exterior de la pieza; además este tipo de partículas finas, las de arcilla, tienden a aumentar los niveles de contracción durante el secado lo que trae como consecuencia la presencia de grietas durante el secado de las piezas. Como vemos todo es cuestión de mantener un equilibrio en la DTP, lo que se traduciría en tener partículas de todo tamaño; lo anterior nos indica la importancia de caracterizar las materias primas en cuanto a DTP, necesariamente esto no lo debe hacer el ceramista, pero éste si está en la obligación de saber interpretar una DTP, como esta propiedad influye en el proceso cerámico de manera que pueda controlar y predecir su comportamiento y con base en ello saber si la materia prima que se le está ofreciendo es adecuada para su proceso cerámico en particular; el ceramista está en su derecho cuando solicita al proveedor de materias primas una caracterización completa en la cual aparezca la DTP y el proveedor está en la obligación de suministrar dicha información. Desafortunadamente en la mayoría de los casos ninguna de las dos cosas sucede, ni el ceramista la solicita y mucho menos el proveedor la suministra; muchas veces el ceramista no sabe como usar dicha información por tanto para él no tiene sentido solicitarla y el proveedor a pesar de conocer la importancia de la información no se molesta en suministrarla, ó porque no la tiene ó simplemente tampoco conoce la importancia de este tipo de caracterización. Desafortunadamente hay que reconocer que muchas de las personas llamadas “proveedores de materias primas para cerámica” no tienen idea del proceso cerámico y por tanto no conocen la implicación que tiene un buen beneficio de la materia prima antes de que ésta llegue a la planta ó al taller del ceramista; muchas de ellas se limitan a explotar y beneficiar (si es que llevan a cabo algún beneficio adicional) un material sin ningún control técnico.

Los proveedores de materias primas y los ceramistas deben saber que el mayor control de la física de partículas se debe hacer desde la preparación de los lotes de materia prima en la misma mina y posteriormente en el ensamble que de la barbotina y/o pasta cerámica se haga en la planta ó taller; después del ensamble, ya es difícil solucionar un problema causado por la física de partículas. Creo que los ceramistas que se han visto obligados a “apagar incendios” en sus procesos por falta de un buen control previo respaldan este tipo de conceptos expresados.

Los mensajes ilustran que para un buen control reológico no sólo basta poner cuidado a la química adicionada, sino que existe otro aspecto como lo es la física de partículas que también controla el comportamiento reológico de una barbotina y/o pasta cerámica; para controlar dicha reología no sólo basta “mover” la cantidad de defloculante y/o floculante sino que es necesario considerar otros aspectos, yo diría que la reología empieza a ser controlada desde la explotación de las materias primas en la mina.

Para ir resumiendo lo expresado en estos últimos mensajes podemos afirmar que para el control de la reología en barbotinas todavía hay mucho por aprender, yo considero que uno maneja "bien" la reología hasta cuando llega un nuevo material ó hasta cuando cambia de empresa, cualesquiera de estas circunstancias obliga al técnico ceramista ó al ingeniero volver a revisar el proceso para que la barbotina ó pasta siga teniendo el mismo comportamiento a pesar de los cambios. Lo importante es tener conocimiento de dichos cambios, para ello es importante la comunicación con nuestros proveedores y con la gente que trabaja en nuestras empresas ó talleres, en otras palabras la comunicación se debe dar en ambos sentidos (hacia afuera y hacia dentro)

Cada empresa ó taller ó cada proceso tiene sus particularidades y los métodos de trabajo no pueden ser tomados como modelos para implementar en otros talleres.

En mensajes posteriores trataré de compartir más conceptos sobre más variables a considerar para un control de reología en barbotinas y/o pastas cerámicas.

Ya para finalizar por ahora, me gustaría que los foristas españoles, nos indicaran como es el manejo de las materias primas en su país; tengo entendido que allá se hace un control desde la misma mina, sería interesante conocer los procedimientos establecidos en la explotación de los materiales y como es el control de las propiedades físico-cerámicas antes de que las materias primas sean llevadas a la planta. ¿Los talleres artesanales se ven beneficiados con estos procedimientos?, sería interesante conocer este tipo de experiencias en su país de manera que todos los foristas nos podamos enriquecer con el tema.

Véase también

• Reología

Enlaces externos

• Introducción a la reología. Universidad de Zaragoza.
• Esmalte para sanitarios
• Barbotinas
• Fabricación de sanitarios
• Barbotina de colado (Roja)
• Reología en barbotinas
• RHEOLOGY Gregg Lindsley; II; IIIReología en esmaltes