La fabricación de productos cerámicos se compone de diferentes etapas que deben seguirse cuidadosamente para generar piezas duras, consistentes e inalterables en su forma. La elección de los materiales arcillosos y su preparación es el paso previo al moldeado de la pasta. Un vez moldeadas las piezas se debe secar la pasta para finalizar el proceso con la cocción que tiene como finalidad modificar las propiedades fundamentales del material arcilloso para incrementar su resistencia mecánica, impermeabilidad al agua, resistencia a productos químicos y otras características que varían según el tipo de materiales utilizados en la preparación de la pasta cerámica.
Es la cocción la etapa más importante en la fabricación de los productos cerámicos, entendiéndose este como un proceso físico-químico que consiste en el calentamiento de las piezas moldeadas para transformar las arcillas que componen las pastas en silicatos de aluminio cristalinos secos. Son muchos los factores que influyen en la etapa de cocción pero sin duda, el secado previo de las piezas moldeadas es uno de los más importantes.
El secado es un mecanismo deshumidificador mediante el cual se elimina el agua de los cuerpos arcillosos para garantizar la cocción adecuada de las piezas. El mecanismo se da prácticamente de la misma manera en piezas compuestas por diferentes tipos de arcillas, sin embargo, factores como la velocidad de secado pueden generar efectos particulares sobre cada pieza según su naturaleza química, granulometría, su naturaleza cristalográfica y el tipo de tratamientos que recibió antes de llegar a la fase de secado. Las principales variaciones que se presentan durante la fase de secado se generan por la cantidad de agua residual de las piezas, sus dimensiones, su resistencia a la flexión y la plasticidad de las piezas.
En términos generales, el proceso de secado funciona de la siguiente manera: una pasta cerámica se compone de partículas de arcilla divididas por películas de agua que al ser eliminadas por evaporación, permiten el desplazamiento de las partículas. Conforme la pasta pierde más humedad, estas partículas se aproximan más entre ellas ocasionando que la arcilla se contraiga hasta que la película de agua es completamente eliminada y las partículas ya no pueden acercase más. Por lo anterior, al secar una pieza, el volumen de la pasta cerámica disminuye proporcionalmente a la cantidad de agua eliminada, y con la eliminación de agua se forman huecos en su estructura (que son ocupados por las partículas de arcilla) y la pieza se contrae constantemente hasta que se ha eliminado toda el agua.
Los efectos de la eliminación de agua son, además de la pérdida de volumen y agua de las piezas por la evaporación del agua, un cambio en el color de la pasta, mayor rigidez y un incremento en su resistencia mecánica. Sin embargo, como ya hemos mencionado, las propiedades naturales de la materia prima utilizada, modifica los efectos de la eliminación de agua y para garantizar que se alcancen los resultados deseados es necesario elegir cuidadosamente el método de secado empleado en el proceso de fabricación de piezas cerámicas.
Para eliminar la humedad contenida en los materiales cerámicos se pueden emplear métodos mecánicos como la sedimentación, la filtración y la centrifugación, los que resultan más económicos que los métodos de secado térmicos, aunque la eliminación más completa de humedad se logra mediante la evaporación por secado térmico utilizando o no una corriente gaseosa. La elección del método deshumidificador depende de la cantidad de agua contenida en la pasta, la velocidad de secado que se requiera y de la disponibilidad de las herramientas necesarias para hacer el secado. Lo más común es que el secado se dé por evaporación con aire, es decir, por un método natural en que la pieza transfiere su humedad contenida al aire por la diferencia entre la presión de vapor del sólido y la presión de la corriente de aire.
En caso de que la presión de vapor de la pasta y la presión del vapor del aire estén en equilibrio, el proceso de secado se detiene y se tiene que recurrir a métodos que fuercen el proceso de secado por evaporación, por ejemplo, el calentamiento de la pieza, o bien, la instalación de un equipo deshumidificador en el espacio en que se esté dando el proceso de eliminación de agua. Es importante considerar que se debe tener sumo cuidado al implementar cualquier método que pretenda acelerar el proceso de secado de las piezas, pues se pueden producir roturas en la pasta, ocasionadas principalmente por los cambios bruscos en la temperatura de la cerámica.
Cuando una pieza se seca a temperatura ambiente, al evaporarse el agua se produce un descenso de temperatura en su superficie, lo que permite el flujo del agua hacia la superficie facilitando el proceso de secado. En cambio, si la pieza se introduce a un secadero térmico, su superficie se calentará antes que el interior de manera que el flujo de agua en lugar de ir hacia la superficie irá hacia el interior de la pieza generando diferencias de humedad en diferentes áreas de la pieza volviéndola más propensa a sufrir una rotura. Para evitar que esto ocurra, el proceso de secado se debe comenzar en el momento en que la pieza tenga la misma temperatura, lo que se logra manteniendo la máxima temperatura y la humedad relativa del secadero caliente próxima al punto de rocío. Con ello, la pieza comenzará a sudar y por la eliminación de agua de su superficie la temperatura disminuirá y permitirá el flujo correcto de la humedad.
En próximas entradas hablaremos de otros aspectos a tomar en consideración en la fase de secado de piezas previo a su cocción y explicaremos a mayor detalle cómo se da el proceso de eliminación de agua en la cerámica.