Ciclo di essiccamento

Per definire il ciclo di essiccamento dei prodotti ceramici si possono seguire due strade: a) Riscaldare lentamente il pezzo in modo che il calore abbia il tempo di penetrare

all’interno, mentre l’evaporazione è ancora minima e perciò piccolo anche il ritiro. In un secondo tempo la temperatura e l’afflusso dell’aria secca possono essere aumentati (fig. 2.5.4).

b) Si può mettere il manufatto in un ambiente già a temperatura di regime dell’essiccamento, ma con atmosfera satura di umidità. Si ottiene così un omogeneo riscaldamento del pezzo senza che si inizi l’evaporazione ed il ritiro. Gradatamente si riduce l’umidità, mentre la temperatura rimane costante.

Fig. 2.5.4 - Essiccamento con lento progressivo riscaldo

Nella figura 2.5.5 è rappresentato questo ciclo che evidentemente è più conveniente del primo, sia dal lato termico, sia per il minor tempo occorrente.

L’umidità che un pezzo singolo conserva in equilibrio con una certa condizione dell’ambiente in cui è posto è funzione, oltre che della condizione dell’ambiente stesso, della natura del materiale impiegato e del suo trattamento in fase di macinazione e formatura.

2.5.3 Macchine

Dopo aver parlato dei principi dell’essiccamento, si prendono ora in esame i tipi più correnti di essiccatoi industriali continui.

Un buon essiccatoio si prefigge i seguenti obiettivi: ¾ eliminare l’acqua con la massima economicità; ¾ essiccare il pezzo nel tempo più breve;

¾ evitare il danneggiamento (fisico e geometrico) del pezzo;

¾ raggiungere un grado di essiccazione tale che l’acqua residua non comporti problemi in cottura (inferiore allo 0.8%).

Gli essiccatoi più utilizzati nel comparto delle piastrelle ceramiche sono sia del tipo verticale che orizzontale. Rimanendo equivalenti i principi tecnologici di base inerenti l’essiccamento, la dinamica è certamente differente, poiché variando i cicli variano notevolmente i tempi in cui le tensioni stesse si sviluppano.

Essiccatoi rapidi verticali. Gli essiccatoi verticali (fig. 2.5.6) rappresentano la macchina ideale da inserire nelle linee automatiche per la produzione di piastrelle. Essi sono dotati di accorgimenti finalizzati all’ottenimento dei massimi risultati tecnologici: bassa umidità residua, uniformità di Fig. 2.5.6 - Essiccatoio verticale

temperatura tra le piastrelle, resistenza meccanica del prodotto e bassi consumi. Un essiccatoio verticale è composto da una incastellatura verticale in cui si muovono, trascinati da due catene, dei cestelli composti da vari ripiani di rulli o da telai sui quali sono posizionate le piastrelle da essiccare. Le piastrelle sono caricate automaticamente sui ripiani dei cestelli tramite la rotazione dei rulli che li compongono. Il carico e lo scarico del materiale dal ripiano avvengono simultaneamente, senza urti tra le piastrelle. L’essiccamento è realizzato tramite un flusso di aria calda, generato da ventilatori e bruciatori che, sfruttando lo scambio per convezione con le piastrelle, consente di ottenere un prodotto idoneo alle successive fasi di lavorazione. La diversa gestione delle condizioni, per quanto attiene temperatura, volumi e umidità relativa dei flussi, è ottenuta con tre gruppi autonomi, che formano tre zone differenziate. Nella prima zona (tratto ascendente dove entra il materiale) l’aria proveniente da un ventilatore e riscaldata dal generatore di calore, investe le piastrelle con moto parallelo alla loro superficie. L’aria, dopo aver attraversato i cestelli, è aspirata attraverso la canalizzazione interna e ricircolata in gran parte dal ventilatore.

Nella seconda zona (percorso discendente delle piastrelle) si ha un circuito analogo al precedente, ma completamente indipendente da esso, in quanto realizzato con il secondo ventilatore, un bruciatore ed una seconda serranda di aspirazione aria esterna. Un ulteriore ventilatore gestisce l’esercizio della terza zona (di stabilizzazione), nella parte finale del ciclo di essiccamento. Questa zona è stata continuamente sviluppata, per soddisfare l’esigenza sempre più spinta di ottenere temperature uniformi delle piastrelle. Essiccatoi rapidi orizzontali. Esistono versioni a uno o due piani. L’essiccatoio orizzontale è composto da una struttura metallica sulla quale sono montati i pannelli che compongono l’isolamento

(fig. 2.5.7).

Ventilatori e opportune regolazioni sulle tubazioni assicurano la curva di essiccazione, il riciclo dell’aria e l’aspirazione del vapore. L’avanzamento delle piastrelle è determinato dal

movimento di rotazione di un sistema di rulli equidistanti formanti una sola traslante. Fig. 2.5.7 - Essiccatoio orizzontale

¾ Nella prima ha luogo un riscaldamento per radiazione con l’impiego di tubi radianti. ¾ Nella seconda si opera per convezione introducendo aria calda proveniente da un

bruciatore.

¾ Nella terza si utilizzano i prodotti di combustione del bruciatore e tubi radianti. In genere l’essiccatoio a rulli è in grado di produrre materiale essiccato con residuo di acqua inferiore allo 0.5%, ricordando che l’umidità in ingresso è 5.5–6%. L’apparecchiatura elettronica di controllo permette di regolare la temperatura in modo indipendente nelle diverse zone dell’essiccatoio per adattare la curva di essiccazione ai vari materiali. L’essiccatoio orizzontale a rulli, a uno o due piani, è particolarmente indicato per la produzione di piastrelle “monoporose”.

Essiccatoi a tunnel. Rappresentano il sistema più tradizionale impiegato nell’essiccazione delle piastrelle

(fig. 2.5.8). Costruttivamente è costituito da una galleria di lunghezza notevole, chiusa alle estremità da porte. All’interno si snoda un binario sul quale transitano i carrelli che trasportano il materiale da essiccare. I carrelli si muovono all’interno dell’essiccatoio

attraversando zone a temperatura ed umidità differenti per poter eliminare l’acqua contenuta nell’impasto. L’essiccatoio è chiuso in modo da ottenere un perfetto controllo della temperatura e dell’umidità all’interno delle varie zone dello stesso. In ogni zona dell’essiccatoio vi sono un ventilatore, un bruciatore, un sistema di aspirazione con regolazione dell’umidità. Un computer riceve i segnali da sonde e misuratori speciali e provvede alla regolazione di ogni singola zona. Gli essiccatoi a tunnel sono ormai in disuso e sono stati sostituiti completamente dagli essiccatoi rapidi (verticali od orizzontali). Gli essiccatoi a tunnel si possono ancora utilizzare vantaggiosamente solo per i pezzi con elevata umidità iniziale (estruso, sanitari, ecc.).

2.6 COTTURA

La cottura è l’operazione finale e decisiva della fabbricazione dei prodotti ceramici. Durante tale processo si sviluppa un quadro di reazioni chimico – fisiche abbastanza complesso e conforme alla natura chimico – mineralogica delle materie prime ed al livello termico che viene raggiunto. La conoscenza, quanto più precisa, delle conseguenze di queste trasformazioni, è alla base di una corretta impostazione della stessa cottura [28].