Modelización, simulación y control industrial del tamaño final durante el proceso de fabricación de baldosas de gres porcelámico

Abstract

El conformado por prensado uniaxial en semiseco de los soportes para baldosas de gres porcelánico es especialmente crítico, pues condiciona en gran medida la estabilidad dimensional alcanzada al final del proceso de fabricación de esta tipología de baldosas cerámicas. La existencia de los coloquialmente conocidos como calibres, que implican diferencias de tamaño medio entre piezas de una misma referencia de producto, ha obligado a establecer sistemas de gestión del almacén, de los pedidos y de los clientes que tengan en consideración el calibre a la hora de comercializar el producto con los consiguientes costes intangibles de gestión que ello implica. Una de las principales causas de la aparición de los calibres son las variaciones que experimenta a lo largo del tiempo la humedad del polvo alimentado a las prensas. En el presente trabajo se ha establecido un modelo de comportamiento del material capaz de estimar la variabilidad dimensional del producto a partir de las condiciones de operación. El modelo de comportamiento ha permitido evaluar la incidencia que tendrían sobre la estabilidad dimensional del producto diferentes estrategias de control anticipativas basadas en la compensación de las fluctuaciones de la humedad del polvo, a través de cambios en la presión máxima de prensado. En base a los resultados de las simulaciones realizadas para composiciones porcelánicas de diferente naturaleza, se ha implementado en una prensa hidráulica a nivel industrial, una estrategia de control basada en mantener constante la densidad aparente en seco de los soportes recién prensados. El bucle de control automático desplegado ha sido validado en condiciones reales de operación, demostrando su efectividad para la mejora de la estabilidad dimensional en la fabricación de lotes de baldosas de gres porcelánico en múltiples tamaños de pieza.

Forming by uniaxial semi-dry pressing of the bodies for porcelain tiles is especially critical, since it largely conditions the dimensional stability achieved at the end of the manufacturing process of this type of ceramic tile. The existence of the colloquially known as calibres, which imply differences in average size between tiles of the same product reference, has made it necessary to establish warehouse, order and customer management systems that take size into consideration when marketing the product, with the consequent intangible management costs that this implies. One of the main causes of the appearance of calibres is the variations in the humidity of the powder fed to the presses over time. In the present work, a material behaviour model capable of estimating the dimensional variability of the product from the operating conditions has been established. The behavioural model has allowed to evaluate the incidence that different anticipatory control strategies based on the compensation of powder moisture fluctuations, through changes in the maximum pressing pressure, would have on the dimensional stability of the product. Based on the results of the simulations performed for porcelain tile compositions of different nature, a control strategy based on keeping constant the dry bulk density of the green bodies has been implemented in an industrial hydraulic press. The automatic control loop deployed has been validated in real operating conditions, demonstrating its effectiveness for the improvement of dimensional stability in the manufacture of porcelain tile batches in multiple sizes.