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Procesamiento de Materiales Industria Cerámica

Optimización Integral del Proceso de Fabricación Cerámica mediante Control Térmico y Automatización

Actualización: 2026-01-12

Definición del Problema

Desafíos de la Industria

  • 01 Alta demanda energética en procesos de cocción y secado
  • 02 Variabilidad en la calidad del producto final por inestabilidad térmica
  • 03 Desgaste prematuro de equipos por operación fuera de parámetros óptimos
  • 04 Dificultad para cumplir con normativas ambientales en emisiones y eficiencia

Puntos de Dolor Específicos

  • Ineficiencia en hornos de rodillo continuo (>30% pérdida térmica)
  • Falta de integración entre etapas de prensado, secado y cocción
  • Control manual o semiautomático de parámetros críticos (humedad, temperatura, presión)
  • Altos tiempos de ciclo y baja trazabilidad del lote

Análisis del Estado Actual

"La mayoría de las instalaciones cerámicas operan con hornos antiguos sin recuperación de calor, sistemas de secado discontinuos y ausencia de sensores en tiempo real. Esto genera un consumo específico de energía promedio de 2,8–3,5 kWh/kg de producto cocido, muy por encima del estándar internacional competitivo (≤2,2 kWh/kg). Además, la variabilidad dimensional supera el ±1,5%, afectando el rendimiento en esmaltado y clasificación."

Impacto en el rendimiento

Disponibilidad Del Horno
≥95% (MTBF > 1,200 h)
Reducción De Emisiones De Co₂
≥15% respecto a línea base
Mejora En La Uniformidad Dimensional
±0,8% (desviación estándar en espesor y planitud)
Reducción Del Consumo Energético Específico
≥18% (de 3,2 a ≤2,6 kWh/kg)
Humedad Residual Post Secado ≤0.5% en peso
Velocidad De Banda Del Horno 0.8–3.5 m/min (ajustable por lote)
Rango De Temperatura Del Horno 80–1,250 °C
Precisión Del Control Térmico ±3 °C en zona de cocción
Verificación de Ingeniería

Esta solución ha sido validada por Equipo Técnico de Atlamech basada en los siguientes estándares:

Ver Detalles

Alcance Técnico

  • Rediseño del sistema térmico del horno de rodillo con recuperación de calor
  • Integración de sensores IoT para monitoreo en tiempo real de temperatura, humedad y deformación
  • Automatización del control de atmósfera en cámara de cocción (O₂, CO, presión)
  • Implementación de sistema SCADA para coordinación entre prensado, secado y cocción

Estándares de Cumplimiento

ISO 13849-1 (seguridad funcional de maquinaria)
EN 746-2 (equipos térmicos industriales)
ISO 50001 (gestión de energía)
Directiva ErP 2009/125/CE (ecodiseño)

Estrategia de implementación

Semana 1-2: Auditoría energética y mapeo del proceso actual. Semana 3-4: Modelado CFD del horno y diseño del sistema de recuperación de calor (intercambiadores de placas cerámicas). Semana 5-7: Instalación de sensores (termopares tipo S, sensores de humedad capacitivos, cámaras IR) y PLC industrial (clase IP65). Semana 8-9: Integración SCADA con historial de lotes y alarmas técnicas. Semana 10: Puesta en marcha, calibración y entrenamiento técnico. Semana 11-12: Validación de métricas y entrega de protocolos de operación.
Entregables Clave
Modelo térmico validado del horno con simulación CFD
Sistema de control automático con interfaz HMI y registro de lotes
Protocolo de mantenimiento predictivo basado en vibración y termografía
Informe de cumplimiento energético y emisiones conforme a ISO 50001 e ISO 14064

Notas de Consulta

El diseño de los conductos de escape debe minimizar caídas de presión (<50 Pa) y usar aislamiento cerámico de alta densidad (λ ≤ 0.15 W/m·K a 1000°C). La velocidad del aire en los intercambiadores no debe exceder 8 m/s para evitar erosión. Los termopares deben instalarse en tríadas por zona (promedio + máx./mín.) y recalibrarse cada 6 meses. El sistema de control debe incluir una lógica de rampa térmica adaptativa según la composición de la barbotina (contenido de CaCO₃, Fe₂O₃). Se recomienda intervalos de mantenimiento preventivo cada 500 h de operación en rodillos y sellos del horno.

Taxonomía de Infraestructura

Horno de rodillo continuo con sistema de recuperación de calor por intercambiadores cerámicos
PLC modular con módulos de E/S analógicas y digitales (ej. Siemens S7-1500)
Sensores de temperatura tipo S (PtRh10/Pt) con funda cerámica
Sistema SCADA con base de datos SQL para trazabilidad de lotes
Compresor de aire seco sin aceite (ISO 8573-1 Clase 0) para actuadores neumáticos
Patrones de Aplicación Típicos: Integración de control térmico en hornos túnel para baldosas gres porcelánico Automatización de líneas de prensado-isostático con retroalimentación de humedad Implementación de mantenimiento predictivo en rodillos de soporte del horno Recuperación de calor residual para precalentamiento de aire de combustión

Áreas de Conocimiento

Tecnologías de Procesamiento Cerámico

Resumen de Relaciones de Ingeniería

Componentes Técnicos Utilizados

PLC Industrial, Sistema SCADA

Restricciones de Ingeniería

Rango de Temperatura (80-1,250 °C), Velocidad de Banda (0.8-3.5 m/min), Humedad Residual Post-Secado (≤0.5% en peso)

Lógica de Optimización Central

Modelo Térmico Validado, Sistema de Control Automático

Resumen de Casos de Implementación

Resumen del proyecto

Implementación de Optimización Integral de Procesos en Planta Cerámica

Escala del Sistema
Línea de producción con capacidad de 100 ton/día, incluyendo prensado, esmaltado y horno de túnel.
Condiciones de Operación
Temperatura máxima de cocción de 1250°C, presión de prensado de 400-600 bar, velocidad de línea de esmaltado de 20-30 m/min.
Restricciones de Implementación
Cumplimiento con ISO 13006:2018, Directiva UE 2010/75/EU, y mantenimiento de productividad sin interrupciones prolongadas.

Clúster de Conocimiento Técnico

Tecnologías de Procesamiento Cerámico

Análisis estructural de tecnologías críticas en procesamiento cerámico, enfocado en parámetros de control de proceso, caracterización de materiales y diseño de herramientas según estándares internacionales (ISO, ASTM, UNE).

Control de Atmósfera en Hornos de Cocción
Implementación de sistemas de control de oxígeno y gases para optimizar reacciones de sinterización según ISO 10081-1.
Diseño de Moldes de Inyección para Piezas Técnicas
Cálculo de contracción y tolerancias dimensionales basado en propiedades reológicas de barbotinas.
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