ES2941890T3 - Procedimiento de fabricación de un elemento poroso de cerámica para la difusión de un líquido - Google Patents

Abstract

El objeto de la invención es proporcionar un método para fabricar un elemento cerámico poroso para la difusión de agua para riego, incluyendo dicho método una etapa de moldeo a presión de una barbotina y luego una etapa de cocción, caracterizado porque la barbotina incluye del 10 al 40% de sílice, del cual del 30 al 100 % es sílice que tiene un primer tipo de distribución de tamaño de partícula y del 0 al 70 % es sílice que tiene un segundo tipo de distribución de tamaño de partícula con un porcentaje de relleno de gran diámetro que es mayor que el primer tipo de la distribución del tamaño de partículas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de fabricación de un elemento poroso de cerámica para la difusión de un líquido

La presente invención se refiere a un proceso de fabricación de un elemento poroso de cerámica para la difusión de un líquido.

A través del documento internacional WO-03/007697 se conoce un dispositivo de riego que comprende un cono poroso de material cerámico conectado a una boquilla de cloruro de polivinilo. Este dispositivo se conecta a un depósito de agua, en particular una botella de plástico, luego el cono se hunde parcialmente en el suelo para difundir el agua en el suelo por gravedad gracias a la porosidad de la cerámica.

Funcionalmente, los conos porosos deben suministrar una cantidad de agua adaptada a la planta a la que están asociados. De este modo, existen varios modelos de cono poroso que se adaptan a un mismo modelo de boquilla, teniendo cada modelo un caudal de agua teórico diferente a los demás, por ejemplo del orden de 7 cl por día, 20 cl por día, 30 cl por día.

Cada cono se obtiene a partir de una barbotina colada en un molde bajo presión. Después de desmoldar, el cono crudo se seca y luego se cuece. Para modular la porosidad, se ajusta la composición de la barbotina.

Dada la rigidez de la boquilla y las precisiones dimensionales obtenidas a partir del proceso de moldeo, cada cono debe mecanizarse de modo que la superficie de apoyo exterior pueda encajarse a la fuerza en una boquilla.

Esta realización no proporciona una satisfacción plena porque no permite obtener un caudal fiable.

La presente invención pretende mitigar los inconvenientes de la técnica anterior proponiendo un proceso de fabricación de un elemento poroso de cerámica para la difusión de un líquido que permita controlar el caudal real.

Con este fin, la invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjunto.

Otras características y ventajas se desprenderán de la siguiente descripción de la invención, descripción proporcionada únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de riego que incorpora un elemento poroso de cerámica para la difusión de un líquido implantado en una maceta,

- la figura 2 es una sección por un plano longitudinal de un elemento poroso de cerámica y una boquilla,

- la figura 3 es una sección que ilustra dos partes de un molde para la obtención de un elemento poroso de cerámica, - la figura 4 es una representación esquemática de una máquina de fundición a presión para la obtención de elementos porosos de cerámica,

- la figura 5 es una vista frontal de la parte superior del molde,

- la figura 6 es una vista frontal de la parte inferior del molde,

- la figura 7A es una vista frontal que ilustra otra variante de una parte superior de un molde, y

- la figura 7B es una sección de la variante visible en la figura 7A.

En la figura 1, se representa un dispositivo de riego para distribuir agua en una maceta 10 llena de tierra en la que crece una planta 12. Sin embargo, la invención no se limita a esta aplicación, pudiendo implementarse el dispositivo en cualquier sustrato en el que se desee difundir un líquido con un caudal controlado.

De manera conocida, el dispositivo comprende un elemento 14 poroso de cerámica parcialmente hundido en el sustrato solidario con una boquilla 16 para conectarlo a un depósito 18 extraíble que contiene el líquido que va a difundirse en el sustrato. El líquido fluye por gravedad desde el depósito 18 hacia el sustrato gracias a la porosidad del elemento 14.

Para permitir su hundimiento en el sustrato y garantizar la difusión del líquido, el elemento 14 poroso comprende a nivel de su extremo una parte 20 cónica hueca que está rematada por una parte 21 hueca sustancialmente cilíndrica, como se ilustra en la figura 2. Preferiblemente, el elemento 14 poroso tiene un grosor sustancialmente constante.

Para el resto de la descripción, por dirección longitudinal se entiende la dirección paralela al eje de la parte 20 cónica y al de la parte 21 cilíndrica. Por plano longitudinal se entiende un plano que contiene el eje de la parte 20 cónica y el de la parte 21 cilíndrica. Por plano transversal se entiende un plano perpendicular a la dirección longitudinal.

La boquilla 16 tiene forma de revolución según el eje longitudinal y forma un conducto con, en un primer extremo, medios 22 de conexión con el elemento 14 poroso de cerámica y en el segundo extremo medios 24 de conexión con el depósito 18 extraíble.

Los medios 24 de conexión deben permitir una rápida disociación del depósito 18 extraíble. La boquilla 16 puede comprender a nivel del segundo extremo un alesado con un paso de tornillo que permita solidarizar el depósito 18 mediante atornillado.

Los medios 22 de conexión deben limitar la desolidarización inoportuna de la boquilla 16 y el elemento 14 poroso. La boquilla 16 puede comprender a nivel del primer extremo un alesado cuyo diámetro interior se adapta al diámetro exterior del elemento 14 poroso para obtener un ajuste a presión de dicho elemento poroso en la boquilla.

La boquilla se realiza al menos a nivel del primer extremo de un material lo suficientemente flexible para poder comprimirse ligeramente a nivel de los medios 22 de conexión. Esta solución permite obtener un ajuste satisfactorio que tolera un mayor intervalo de tolerancia a nivel del diámetro de la superficie exterior del elemento poroso ajustado. La precisión dimensional obtenida al final del proceso de fabricación por moldeo a presión de una barbotina es satisfactoria y no requiere un mecanizado posterior para reducir el intervalo de tolerancia.

La boquilla 16 puede realizarse de SEBS (estireno-etileno-butileno-estireno) con una dureza Shore de 90. Este material es relativamente elástico lo que permite compensar las irregularidades del elemento 14 poroso de cerámica. Esta solución permite reducir considerablemente los costes de fabricación limitando los desechos a nivel de la fabricación de los elementos 14 porosos de cerámica que ya no se mecanizan posteriormente.

Según otra ventaja, la relativa flexibilidad del material de la boquilla permite forzar el ajuste del elemento 14 poroso asegurando la estanqueidad.

De manera conocida, el elemento 14 poroso se obtiene a partir de una barbotina colada bajo presión. El elemento obtenido al final de la operación de moldeo se seca y luego se cuece.

La composición de la boleta es la siguiente:

- 20 a 35% de arcilla comercializada bajo el nombre comercial “Argile Stephan Schmidt 2100”,

- 10 a 40% de sílice,

- 20 a 35% de caolín comercializado bajo la denominación “Kaolin Soka 111”,

- 15 a 25% de feldespato de sodio,

- preferiblemente, al menos un agente defloculante,

- preferiblemente, al menos un agente promotor del fraguado y aglomerante de partículas.

A nivel práctico, el elemento poroso debe tener una porosidad adecuada para garantizar un caudal de líquido dado. A modo de ejemplo, se pueden proporcionar tres tipos de elementos porosos con diferentes caudales. Por ejemplo, un primer tipo de elemento poroso con un caudal del orden de 7 cl por día, un segundo tipo de elemento poroso con un caudal del orden de 20 cl por día y un tercer tipo de elemento poroso con un caudal del orden de 30 cl por día. La porosidad del elemento 14 se determina en función del porcentaje de sílices y del tamaño de partícula de estas últimas.

Para obtener el caudal intermedio se utiliza para la sílice del orden del 40% una sílice con una distribución de granulometría de un primer tipo con del orden del 30% de partículas de diámetro superior a 40 gm, y solo el 10% de partículas con un diámetro superior a 75 gm y el 60 % de una sílice con una distribución de granulometría de un segundo tipo con del orden del 20% de partículas de diámetro superior a 80 gm.

Para obtener el mayor caudal se utiliza para la sílice del orden del 30% una sílice con una distribución de granulometría del primer tipo y el 70% de una sílice con una distribución de granulometría del segundo tipo.

Para obtener el caudal más bajo se utiliza únicamente sílice con una distribución de granulometría del primer tipo con del orden del 30% de partículas de diámetro superior a 40 gm, y solo el 10% de partículas con un diámetro superior a 75 gm.

La sílice con la distribución de granulometría del segundo tipo tiene una granulometría más gruesa que la sílice con la distribución de granulometría del primer tipo, lo que permite aumentar el caudal.

De este modo, ajustando el porcentaje de al menos dos tipos de sílice con diferentes granulometrías, es posible ajustar el caudal de los elementos 14 porosos.

El porcentaje de sílice con la distribución de granulometría del primer tipo, que es más fina, nunca es nulo y preferiblemente es superior al 10% para dotar al elemento 14 poroso de cerámica de una resistencia mecánica adecuada para no correr el riesgo de romperlo durante el montaje en la boquilla 16.

A modo de ejemplo, para el caudal más bajo, la barbotina tiene la siguiente composición:

- 30% (con una precisión de /-5%) de arcilla comercializada con el nombre comercial “Argile Stephan Schmidt 2100”, - 33% (con una precisión de /-5%) de caolín comercializado con el nombre “Kaolin Soka 111”,

- 15% (con una precisión de /-5%) de sílice del primer tipo,

- 22% (con una precisión de /-5%) de feldespato de sodio, y

al menos un agente defloculante y al menos un agente promotor del fraguado y aglomerante de las partículas.

Para un caudal intermedio, la barbotina tiene la siguiente composición:

- 25% (con una precisión de /-5%) de arcilla comercializada con el nombre comercial “Argile Stephan Schmidt 2100”, - 27% (con una precisión de /-5%) de caolín comercializado con el nombre “Kaolin Soka 111”,

- 12% (con una precisión de /-5%) de sílice del primer tipo,

- 18% (con una precisión de /-5%) de sílice del segundo tipo,

- 18% (con una precisión de /-5%) de feldespato de sodio, y

al menos un agente defloculante y al menos un agente promotor del fraguado y aglomerante de las partículas.

Para el caudal más alto, la barbotina tiene la siguiente composición:

- 22% (con una precisión de /-5%) de arcilla comercializada con el nombre comercial “Argile Stephan Schmidt 2100”, - 24% (con una precisión de /-5%) de caolín comercializado con el nombre “Kaolin Soka 111”,

- 11% (con una precisión de /-5%) de sílice del primer tipo,

- 27% (con una precisión de /-5%) de sílice del segundo tipo,

- 16% (con una precisión de /-5%) de feldespato de sodio, y

al menos un agente defloculante y al menos un agente promotor del fraguado y aglomerante de las partículas.

El proceso de moldeo a presión así como la cocción de los elementos 14 porosos no debe alterar el valor del caudal conferido por el porcentaje de al menos dos sílices con granulometría diferente.

El moldeo del elemento poroso se realiza a presión en un molde 26 ilustrado en detalle en la figura 3.

Este molde 26 comprende una parte 28 superior que proporciona una superficie 30 de apoyo plana (paralela a un plano transversal) con para cada elemento 14 poroso una forma 32 rebajada y una parte 34 inferior que proporciona una superficie 36 de apoyo plana (paralela a un plano transversal) con para cada elemento 14 poroso una forma 38 en saliente.

Cuando las superficies 30 y 36 de apoyo planas están en contacto, se forma un espacio 40 entre la forma 32 rebajada y la forma 38 en saliente cuyas dimensiones se adaptan para obtener al final del proceso un elemento poroso con las dimensiones deseadas.

Según una variante mejorada ilustrada en la figura 2, para cada elemento 14 poroso, la parte 34 inferior comprende alrededor de la forma 38 cónica en saliente un canal 42 con un chaflán 43 para proporcionar al elemento poroso un chaflán a nivel del extremo de la parte cilíndrica susceptible de ajustarse en una boquilla para favorecer este ajuste.

La parte 28 superior y la parte 34 inferior del molde comprenden, respectivamente, varias formas 32 rebajadas y varias formas 38 en saliente que actúan conjuntamente para obtener en una sola operación de moldeo varios elementos porosos en crudo.

Al menos la parte de la parte 28 superior en la que se realizan las formas rebajadas está realizada de una resina porosa. Preferiblemente, las formas en saliente de la parte 34 inferior del molde están realizadas de una resina porosa.

Las formas rebajadas de la parte 28 superior y las formas en saliente de la parte 34 inferior están mecanizadas para garantizar una buena precisión dimensional, teniendo la resina porosa una retracción importante que no permite garantizar la precisión dimensional.

El molde comprende para cada forma 38 en saliente una alimentación 44 de barbotina que desemboca en la parte superior de la forma 38 en saliente.

Preferiblemente, las diversas alimentaciones 44 están conectadas a una alimentación 46 central alimentada por una bomba 50 de inyección y controlada por una válvula 52 solenoide para la alimentación de barbotina.

Como se ilustra en la figura 5, la parte 28 superior comprende canales 54 de aire que se extienden paralelos a la dirección longitudinal y desembocan en un colector 56 dispuesto a nivel de la cara de la parte superior opuesta a la superficie 30 plana de apoyo. Los canales 54 de aire son preferiblemente ciegos y terminan cerca de la superficie 30 plana de apoyo o la superficie que forma las formas 32 rebajadas.

Los canales 54 de aire tienen preferiblemente un diámetro del orden de 3 mm.

Según una realización, ilustrada en la figura 5, se proporciona un canal 54.1 de aire a nivel de la parte superior de cada forma 32 rebajada. Los canales 54.2 de aire se proporcionan entre dos canales 54.1 de aire según una primera dirección y los canales 54.3 de aire se proporcionan entre dos canales 54.1 de aire según una dirección perpendicular a la primera.

Según otra variante ilustrada en las figuras 7A y 7B, es posible densificar los canales 54 de aire previstos alrededor de las formas rebajadas.

El colector 56 está conectado a una válvula 58 solenoide de escape y una válvula 60 solenoide de alimentación de aire.

Del mismo modo, la parte 34 inferior del molde puede comprender canales de aire que desembocan en un colector 62 conectado a una válvula 64 solenoide de escape y a una válvula 66 solenoide de alimentación de aire.

El ciclo de fabricación de elementos porosos en crudo es el siguiente.

Inicialmente, las partes superior e inferior se presionan una contra otra ejerciendo una presión de apriete.

Los colectores 56 y 62 de aire están conectados al escape. De este modo, las válvulas 58 y 64 solenoides están en estado abierto y las válvulas 60 y 66 solenoides en estado cerrado.

Luego se inyecta la barbotina. La resina porosa del molde permite la evacuación del agua. Después de llenar los espacios 40 a una velocidad dada, se detiene la inyección de la barbotina. Después de un tiempo dado, la válvula 54 solenoide 52 de la alimentación se coloca en estado cerrado. A continuación, se cierran las válvulas 58 y 64 solenoides de escape.

Entonces se detiene la presión hidráulica.

Después de un período de tiempo, la parte 28 superior del molde se separa de la parte 34 inferior del molde. Para facilitar el desmoldeo de las piezas de la parte 34 inferior del molde, el colector 62 de aire se conecta a una alimentación de aire comprimido, estando la válvula 66 solenoide de alimentación de aire en estado abierto. Además, es posible, mediante una bomba de vacío, crear un vacío en el circuito de la parte superior del molde para facilitar el mantenimiento de las piezas en esta parte del molde.

Los elementos porosos en crudo se mantienen en la parte 28 superior del molde.

Luego se coloca una placa perforada debajo de dicha parte 28 superior, luego se conecta el colector de aire de la parte superior a una alimentación de aire comprimido para desmoldar las piezas, estando la válvula 60 solenoide de alimentación de aire en estado abierto.

Para no marcar las piezas, la placa perforada comprende una pluralidad de orificios pasantes con un diámetro comprendido entre 1 y 4 mm. Esta placa perforada debe tener una tasa de apertura comprendida entre el 40 y el 70% para asegurar un buen compromiso entre una evacuación satisfactoria del agua y la no obtención de marcas a nivel de los elementos porosos en crudo.

Preferiblemente, los elementos porosos en crudo se someten a un presecado natural por convección natural, por ejemplo.

A continuación, se someten a un ciclo de cocción. Este ciclo de cocción es fundamental porque garantiza el carácter homogéneo de la porosidad.

Según una realización, se utiliza un horno de paso.

El ciclo de cocción tiene una duración del orden de 90 min y consta de cuatro fases, una primera fase de precalentamiento a una temperatura del orden de 900 °C de una duración del orden de 20 a 24 min, es decir aproximadamente el 25% de la duración total, una segunda fase de subida de temperatura hasta una temperatura del orden de 1160 °C de una duración del orden de 10 a 12 min, es decir aproximadamente el 12% de la duración total, una tercera fase correspondiente a una meseta y mantenimiento a la temperatura de la segunda fase por un lapso de 10 a 12 min, es decir aproximadamente el 12% de la duración total, y una cuarta fase de enfriamiento a una temperatura del orden de 740 °C por un lapso de 10 a 12 min, es decir alrededor del 12% de la duración total, luego de 30 a 36 min hasta que salga del horno para limitar los choques térmicos.

Es posible ajustar la porosidad variando la temperatura de las fases segunda y tercera y la duración de dichas fases. De este modo, es posible aumentar la porosidad de los elementos porosos reduciendo la duración de al menos una de las fases 2 y 3 y/o reduciendo la temperatura de las fases 2 y 3.

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Proceso de fabricación de un elemento poroso de cerámica para la difusión de agua para pulverización, comprendiendo dicho proceso una etapa de moldeo a presión de una barbotina y luego una etapa de cocción, caracterizado por que la suspensión comprende del 10 al 40% de sílices de las que del 30 al 100% de una sílice con una distribución de granulometría de primer tipo y del 0 al 70% de una sílice con una distribución de granulometría de un segundo tipo con un porcentaje de partículas de gran diámetro superior a la distribución de granulometría del primer tipo, comprendiendo la sílice con una distribución de granulometría del primer tipo un 30% de partículas con un diámetro superior a 40 gm, y sólo un 10% de partículas con un diámetro superior a 75 gm, comprendiendo la sílice con una distribución de granulometría del segundo tipo un 20% de partículas con un diámetro superior a 80 gm, y por que la barbotina comprende además del 20 al 35% de arcilla, del 20 al 35% de caolín y del 15 al 25% de feldespato de sodio.

2. Proceso de fabricación de un elemento poroso de cerámica según la reivindicación anterior, caracterizado por que la etapa de cocción comprende cuatro fases, una primera fase de precalentamiento a una temperatura de 900 °C, una segunda fase de subida de temperatura hasta una temperatura de 1160 °C, una tercera fase correspondiente a una meseta y mantenimiento a la temperatura de la segunda fase y una cuarta fase de enfriamiento a una temperatura de 740 °C para limitar los choques térmicos.