Aquí me pongo a cantar

Espacio Cerámica es nuestro taller de cerámica artesanal. Recientemente nos instalamos en Gaiman, Chubut, para continuar nuestro proyecto de alfarería en gres y porcelana iniciado hace un tiempo. El valle es un lugar que nos provee tanto de arcillas y caolines del dique Florentino Ameghino como de leña, principal combustible de nuestras quemas.

Nuestra cerámica es reflejo de nosotros mismos, estamos en la búsqueda de nuestros gestos más auténticos. Nos alegra y alimenta estar en esta tierra de Tehuelches y Galeses con una conexión más intensa con la naturaleza. El río Chubut y la cercanía al mar Atlántico sur son nuestros referentes de tiempo e inmensidad. Nos recuerdan nuestro deseo de que el agua no deje de correr ni el fuego de ser.

Los invitamos a visitarnos (cita previa) Fernando López y Victoria Drisaldi.

Apunte de hornos y quemas. Primera Parte (Biscocho)

1. HORNO


El horno es un reactor químico, de forma variada, en el que se producen muchas reacciones físicas y químicas que hacen a la transformación de la pasta en cerámica. En el horno se produce calor a costa de transformar otras energías en energía calorífica con el fin de lograr la transformación física o química de los materiales a través de la oxidación.  En algunos casos concretos se refiere a aquellos reactores en los que el calor necesario se obtiene a costa del calor de reacción desprendido en el proceso.
 En el caso de los hornos eléctricos la energía térmica se obtiene mediante la transformación de la energía eléctrica usando resistencias eléctricas (calentamiento). En el caso de los hornos de combustibles (gas, leña, carbón, entre otros) la energía térmica necesaria se obtiene a partir del calor desprendido en la combustión de sustancias orgánicas (reacción química).


Oxidación
Por lo general, el término oxidación se aplica a procesos cuyas manifestaciones son lentas (oxidación lenta) y en donde la energía que se produce (siempre energía química) no se percibe porque se disipa en el ambiente, por ejemplo, la respiración. En las oxidaciones rápidas los efectos son inmediatos, claramente visibles, generan grandes cantidades de calor y en ellas, debido a la elevación de la temperatura, se puede producir la llama; a este tipo de reacciones se les llama reacciones de combustión. La combustión es una reacción química en la que un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxígeno), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción (óxido reductora) exotérmica. Los combustibles  son sustancias orgánicas, que originan como productos de la combustión dióxido de carbono y agua.
La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox


Atmósferas
La atmósfera del horno describe la calidad del espacio donde se va a producir el aumento de la temperatura durante la cocción. Según el tipo de horneadas pueden ser  oxidante o reductora. En la atmósfera oxidante hay un exceso de oxígeno en el interior del horno y, por tanto son posibles todas aquellas reacciones de oxidación que permitan los materiales que forman la carga. Decimos que es reductora cuando hay deficiencia de oxígeno en la combustión. Vulgarmente las llamamos malas combustiones porque estamos quemando mal, favoreciendo a un exceso de dióxido y monóxido de carbono. (Se retomará en la segunda parte)

Propagación de calor: el calor puede transmitirse de un punto a otro por conducción, convección y radiación.
Conducción: (Por contacto y sin movimiento de materia) El calor se propaga por conducción entre dos puntos, uno frío y otro caliente, cuando entre ellos existe un contacto directo (por formar parte del mismo cuerpo) o indirecto (por estar unidos por varios materiales distintos, ejemplo: cuando calentamos algo en la hornalla de la cocina, si dejamos una cuchara dentro se calienta y si tocamos la cuchara nos quemamos) y sin que intervenga en esta transmisión el medio en el que están inmersos. La conducción del calor es característica de los sólidos.
Convección: (Por movimiento de materia) Es una forma de propagación de la energía que se produce en los líquidos y en los gases por un movimiento real de la materia. Siguiendo el ejemplo de la olla al fuego, el agua caliente del fondo asciende, originando corrientes convectivas (propagación por convección) y se mezcla con el agua fría.
Radiación: (sin necesidad de materia) El calor transmitido por radiación es aquel que se propaga sin intervención de medio material alguno ya que tiene lugar merced a la radiación de ondas electromagnéticas. La emisión de estas ondas es tanto mayor cuanto mayor sea la temperatura del cuerpo emisor. Todos los cuerpos irradian energía en forma de onda electromagnética. Usando el ejemplo anterior, proceso que se dan las tres formas de propagación de calor, la pared del recipiente caliente emite radiación en el infrarrojo a los alrededores.

Resumiendo:
En los hornos de leña o a gas se producen reacciones de oxidación exotérmicas, dando lugar a la  llama, al fuego y por tanto hay movimiento de gases, el calor entonces  se propaga por conducción (los cuerpos que se tocan), convección (los gases) y radiación (irradiar). Podemos tener tanto atmósferas oxidantes o reductoras dependiendo como vayamos llevando la quema y lo que nos interese.
En los hornos eléctricos no hay gases ni  llama. Las resistencias se calientan y el calor se propaga por conducción y radiación y se producen las reacciones de oxidación.. La atmósfera es siempre oxidante.


2. Quema
La cocción es un tratamiento térmico donde el material en crudo se transforma por acción del calor en  cerámica. Para que esto suceda, durante la cocción se producen modificaciones muy importantes en la estructura y en las propiedades del material, dando como resultado cuerpos  duros y con fractura frágil, resistentes al agua.
 El parámetro fundamental en el proceso es la temperatura de cocción: la quema implica el calentamiento, según un programa preestablecido (curva de ascenso) de las piezas crudas, seguido de un enfriamiento. Estos ciclos térmicos deben tener en cuenta no sólo las modificaciones permanentes que se quieren producir en el material para obtener un producto de las características deseadas, sino también las transformaciones temporarias que tienen lugar durante la cocción, fundamentalmente las dilataciones y contracciones que sufren las piezas al calentarse y enfriarse. Si éstas no se producen en forma gradual y controlada, provocarán su deformación o la aparición de tensiones internas que actuarán como causa de disminución de su resistencia mecánica, llevando a la aparición de fisuras y anticipando su rotura.
 Necesidad de eliminar el agua residual en la primera etapa de la cocción, pone sus límites a la velocidad del proceso.

Sinterizado (bizcocho)
Sinterizado por liga vítrea (si bien hay distintos tipos de sinterizados, detallaremos éste que es el más común y usado por los ceramistas). Es el proceso que consiste en conglomerar un material pulverulento, como la pasta cruda, sin alcanzar la temperatura de fusión y eventualmente con el auxilio de sustancias ligantes. Cuanto mayor es la temperatura de cocción, mayor será la proporción de liga vítrea que une a los granos cristalinos (la arcilla y todos los demás minerales de las pastas). Sea: algunos de los álcalis como el sodio y el potasio que incorporamos con el feldespato (en nuestro caso), comienzan a fundirse uniendo la pasta a sí misma como el caramelo une al maní en un turrón.  En la práctica, se busca incrementar la formación de fase líquida mediante el agregado de álcalis (Sodio, potasio, calcio, entre otros) o sustancias que contengan fundentes que disminuyan la temperatura de fusión.

Descripción de la quema de bizcocho
Hasta los 350 °C: pérdida del agua mecánica e higroscópica. El agua mecánica es la que se encuentra relativamente libre dentro del material. Es el agua que usamos para armar la pasta y para construir piezas. El agua higroscópica es el agua retenida por los minerales de arcilla y no se desprende en el proceso de secado.
De 350°C a 600°C:
Pérdida del agua combinada químicamente en las moléculas de arcilla.
Cambio dimensional de la sílice. Muchos cristales tienen la propiedad de cambiar su configuración atómica al variar la temperatura; cada configuración tiene su intervalo térmico de estabilidad. Estos cambios se denominan inversiones. La estructura de la sílice a baja temperatura es el cuarzo, luego en este rango de temperatura cambiará su estructura, ya no será más cuarzo, sino tridimita, vale decir: la forma de la sílice será tridimita.
Por reacciones de oxidación y descomposición se elimina la materia carbonosa generando dióxido y monóxido de carbono y agua (se evaporará). Carbonización de la materia orgánica
De 650 °C a 900°C. Oxidación de las pastas.
Hasta aquí el bizcocho, la segunda parte subiremos más la temperatura.
Dato curioso. Uso de productos cerámicos:
Aeroespacial: Materiales ligeros de alta resistencia mecánica y de alta temperatura para
Motores, aviones, revestimientos de lanzadera espacial,...etc
Automatismo: Sensores, componentes de alta temperatura
Biomédica: Huesos, dientes, materiales de implante
Óptica/Fotónica  Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes, ..etc
Electrónica: Condensadores, sustratos de circuito integrado, aislantes,..etc
Energía: Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear

Bibliografía
Bruguera Jordi, Manual práctico de Cerámica, Ed. Omega, 1986, Barcelona.
Marí, Eduardo, Los materiales cerámicos, Ed. Alsina, Buenos Aires, 1998.

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