¿Para qué se utilizan los conos de cerámica?

Conos de cerámica son pequeños dispositivos cerámicos de ingeniería que se utilizan principalmente en dos campos distintos. Uno de ellos, los conos pirométricos, mide el efecto combinado de la temperatura del horno y el tiempo de calentamiento para que los alfareros y tecnólogos cerámicos sepan cuándo los productos han alcanzado la madurez adecuada. El otro tipo, conocido en la industria como filtros de espuma cerámica o conos filtrantes cerámicos, se utiliza en la fundición de metales para eliminar inclusiones no metálicas y controlar el flujo de metal, mejorando la calidad y fiabilidad de las piezas fundidas. Ambos se basan en composiciones cerámicas cuidadosamente seleccionadas y en una fabricación controlada para funcionar en condiciones térmicas exigentes.

Conos pirométricos: finalidad, funcionamiento y consejos prácticos

¿Qué es un cono pirométrico?

Un cono pirométrico es un dispositivo cerámico pequeño y cónico fabricado para deformarse a una cantidad definida de trabajo térmico. El trabajo térmico es el efecto acumulativo de la temperatura y el tiempo durante la cocción en un horno. Cuando el cono se reblandece y se dobla a la temperatura nominal, el usuario dispone de una indicación sencilla y fiable de que la atmósfera del horno ha alcanzado la madurez de cocción prevista para la pieza o el esmalte. Los conos pirométricos son ampliamente utilizados por alfareros, ingenieros cerámicos y laboratorios.

Funcionamiento de los conos pirométricos

Los conos están formulados para que, a una determinada combinación de temperatura y velocidad de calentamiento, el material cerámico empiece a ablandarse y luego a doblarse. Un calentamiento más rápido suele requerir un pico de temperatura ligeramente superior para conseguir el mismo trabajo térmico; un calentamiento más lento requiere un pico inferior. Por eso los conos son una medida del trabajo térmico y no sólo de la temperatura. Los conos se utilizan a menudo como testigos en el horno o en el mecanismo de apagado automático del horno.

Rangos de conos comunes y significado

Los conos pirométricos se indexan en sistemas como la escala de conos de Orton con números como 04, 06, 6, 10 y así sucesivamente. Los números más bajos indican menor trabajo térmico y “equivalentes de temperatura” de cocción más bajos, pero recuerde que son indicadores de trabajo térmico. Usos prácticos típicos:

• esmaltes y pastas de baja cocción: conos 06 a 04

• mitad del fuego: conos 5 a 6

• gres y porcelana de alta cocción: conos 8 a 12 o superiores.

Colocación, lectura y buenas prácticas

• Coloque conos en cada estante o un estante testigo hacia el centro del horno.

• Siempre que sea posible, utilice un juego de tres conos: cono guía, cono de disparo y cono de protección para detectar el disparo insuficiente o excesivo.

• Leer los conos en una posición y condiciones de iluminación constantes. La lectura visual sigue siendo el método más común, aunque los termopares y los controladores digitales tienen su lugar.

• Conserve los conos en su envase original hasta su uso y evite contaminarlos con salpicaduras de esmalte.

Limitaciones y errores comunes

• Los conos le informan sobre el trabajo térmico, no sobre la temperatura exacta del aire del horno en un instante dado.

• Los conos mal colocados o mal apantallados dan resultados engañosos.

• Basarse únicamente en la apariencia de los conos sin comprender los programas de cocción puede conducir a resultados incoherentes.

Conos de cerámica utilizados como filtración de fundición (filtros de espuma cerámica)

¿Qué es un filtro de espuma cerámica?

En la práctica de la fundición, la frase cono cerámico o filtro cerámico se refiere más comúnmente a un elemento cerámico poroso utilizado para eliminar inclusiones del metal fundido a medida que fluye hacia un molde. Estos filtros suelen ser cerámicas porosas reticuladas producidas con tamaños de poro definidos (a menudo expresados como poros por pulgada, PPI) y adaptados químicamente para soportar la temperatura de fusión y el entorno químico. Son esenciales para las fundiciones de aluminio, magnesio, cobre e incluso acero de alta calidad.

Por qué las fundiciones utilizan filtros cerámicos

Los filtros cerámicos eliminan las inclusiones no metálicas, reducen las turbulencias y mejoran el perfil de flujo del metal. Entre sus ventajas se incluyen:

• menos defectos internos y menor desgarro en caliente

• mejora del acabado superficial y la precisión dimensional

• mejores propiedades mecánicas gracias a menos inclusiones de óxido

• menores tasas de desechos y retrabajos menos costosos.

Materiales típicos y sus sobres de solicitud

• Alúmina (Al2O3): común para las aleaciones de aluminio; buena resistencia química hasta aproximadamente 1200°C dependiendo de la formulación.

• Carburo de silicio (SiC)Mayor resistencia al choque térmico; se utiliza cuando se necesita una mayor resistencia térmica y a la erosión.

• Circonio (ZrO2): para fusiones a muy alta temperatura o reactivas, como algunos aceros y aleaciones de níquel; mayor coste, mayor rendimiento.

Tamaño de los poros y características del flujo

Los filtros se fabrican con valores de PPI que suelen oscilar entre 10 y 40 PPI para aplicaciones de fundición. Un PPI más bajo (poros más gruesos) produce un mayor flujo pero una menor captura de partículas. Un PPI más alto (poros más finos) captura inclusiones más pequeñas pero aumenta la resistencia al flujo. La selección del PPI adecuado es un equilibrio entre el rendimiento de la filtración y una caída de presión aceptable.

Cómo se utilizan los filtros en la práctica

• Insertado en cajas de filtros o mangas de filtros en el sistema de compuertas.

• Suelen sellarse con juntas o morteros refractarios para evitar la derivación de metales.

• Pueden utilizarse individualmente o en bancos de filtración por etapas para necesidades de gran pureza.

Materiales, fabricación y especificaciones

Conos pirométricos: materiales y notas de fabricación

Los conos se fabrican a partir de masas de arcilla específicamente mezcladas y tratadas térmicamente para producir un comportamiento de fusión uniforme. El estricto control de calidad en la formulación y la cocción garantiza puntos de reblandecimiento reproducibles. Los conos pueden fabricarse para uso general en el estudio o con tolerancias más estrictas para control en el laboratorio. Las prácticas de manipulación y almacenamiento recomendadas son sencillas: mantener secos, no astillar las puntas y almacenar por número de cono para utilizar el cono adecuado para la cocción prevista.

Filtros cerámicos de fundición: producción y marcadores de calidad

Los filtros de espuma cerámica suelen fabricarse recubriendo una espuma de polímero de sacrificio con una lechada cerámica, secándola y cociéndola. Tras la cocción, el polímero se quema dejando un esqueleto cerámico de celdas abiertas. Parámetros clave de calidad:

• composición química y pureza de fase

• uniformidad del tamaño de los poros y conectividad

• resistencia mecánica y al choque térmico

• tolerancia dimensional constante para las carcasas de los filtros.

Matriz de selección: qué cono o filtro utilizar

Tabla de decisiones rápidas

Al seleccionar un filtro de fundición, haga coincidir la química del material y la temperatura máxima de funcionamiento. Para los conos pirométricos, seleccione un cono que coincida con la madurez del cuerpo y del esmalte y confírmelo con su programa de cocción y registro.

Instalación, manipulación y buenas prácticas

Para conos pirométricos

• Coloque los conos de modo que vean la misma atmósfera y el mismo calor que sus productos.

• Si se utiliza un asentador de horno, confirme el grado del cono recomendado por el fabricante del horno.

• Utilice conos testigo en cada estante para un registro de datos coherente.

Para filtros de fundición

• Selle los filtros correctamente para evitar la derivación de metales.

• Utilice un diseño de caja de filtro adecuado para evitar roturas prematuras.

• Evite las turbulencias excesivas aguas arriba, que pueden reducir la eficacia de la filtración.

• El precalentamiento de los filtros o el uso de una compuerta precalentada puede reducir el choque térmico.

Medición y control del rendimiento

Conos pirométricos

El rendimiento es cualitativo y visual. Siga el comportamiento del cono junto con los registros del termopar para crear un historial preciso del proceso. En entornos de laboratorio, utilice conos con tolerancias más estrictas o combine las lecturas de los conos con la validación de los termopares.

Filtros de fundición

Métricas clave:

• índice de captura de inclusión (medido mediante metalografía)

• caída de presión y caudal en condiciones de vertido

• integridad del filtro tras la exposición a metal fundido

• reducción de las tasas de desechos y reprocesado.
  Se recomienda realizar muestreos rutinarios y auditorías de calidad para confirmar el rendimiento del filtro en la producción.

Comparación: conos pirométricos frente a filtros cerámicos de fundición

Tabla de especificaciones típicas para filtros de fundición

Tenga en cuenta que se trata de directrices generales. Los límites exactos de temperatura dependen de la formulación y de las condiciones locales. Compruebe siempre los valores de diseño en las hojas de datos del fabricante.

Consideraciones medioambientales, de seguridad y de costes

• Los filtros cerámicos reducen la chatarra y los residuos aguas abajo, pero añaden costes de consumibles por vertido. El coste total de propiedad suele ser favorable cuando el uso de filtros reduce las repeticiones y aumenta el rendimiento.

• La manipulación de los filtros usados y de los residuos del horno debe seguir la normativa medioambiental local.

• Para los conos pirométricos, la eliminación es de bajo riesgo; para los filtros de fundición puede haber escoria adherida y restos de óxido que necesitan una eliminación industrial adecuada.

Resumen de cuadros (referencia rápida)

Tabla A. Cuándo utilizar cada cono cerámico

Tabla B. Asignación común de IPP a aplicaciones

FAQs (preguntas más frecuentes)

1. ¿Cuál es la diferencia entre un cono pirométrico y un termopar de horno?
   Un termopar mide la temperatura instantánea en un punto. Un cono pirométrico registra el trabajo térmico, que es el efecto combinado del tiempo y la temperatura. Utilice ambos a la vez para obtener el mejor control.

2. ¿Puedo reutilizar un filtro de cerámica de fundición?
   No. Los filtros son sacrificables. Después de la exposición al metal fundido están saturados de óxidos y han perdido integridad estructural. Sustituya los filtros después de cada colada.

3. ¿Qué cono debo utilizar para el gres?
   El gres se cuece normalmente entre cono 5 y cono 11 dependiendo del cuerpo y el esmalte. Compruebe su receta y el programa de cocción y utilice conos testigo en cada estante.

4. ¿Cómo elijo el PPI filtrante para la fundición de aluminio?
   Equilibre la limpieza requerida y el caudal aceptable. Para el trabajo general del aluminio, los filtros de 20 PPI son comunes; las fundiciones de precisión pueden utilizar 30 PPI o más. Confirmar mediante vaciados de prueba y metalografía.

5. ¿Son compatibles los filtros de espuma cerámica con todas las aleaciones?
   La mayoría están formulados para familias de aleaciones específicas. La alúmina funciona bien para el aluminio; la circonia y el SiC se eligen para fusiones a temperaturas más altas o más reactivas. Consulte las tablas de compatibilidad de los fabricantes.

6. ¿Necesitan calibración los conos pirométricos?
   Los conos se fabrican según una norma, pero guárdelos con cuidado y utilice conos de marcas fiables. En laboratorios críticos, compruebe los resultados de los conos con termopares calibrados.

7. ¿Cuáles son los signos de que un filtro de fundición ha fallado durante una colada?
   El flujo irregular, el metal que elude las juntas del filtro, la fractura del filtro o las inclusiones persistentes en la fundición son signos de ello. Inspeccione la compuerta y el asiento del filtro después de cualquier anomalía.

8. ¿Puedo colocar los conos directamente sobre la cerámica esmaltada?
   No contamine el trabajo con los materiales de los conos. Coloque los conos en postes de horno separados o utilice baldosas testigo para evitar que los resbalones o las corridas de esmalte dañen los conos o las piezas.

9. ¿Cómo puedo deshacerme de los filtros cerámicos usados de forma segura?
   Siga la normativa local sobre residuos industriales. Los filtros con residuos de metales pesados pueden ser peligrosos; consulte a su responsable de medio ambiente o a su proveedor para obtener recomendaciones sobre su eliminación.

10. ¿Qué registros debe llevar una fundición sobre el uso de filtros?
    Realice un seguimiento del tipo de filtro, el PPI, el número de lote, las condiciones de vertido, los índices de inclusión del muestreo de control de calidad y los índices de rechazo. Esto permite la mejora continua y la justificación de costes.

Fuentes y referencias seleccionadas

Principales fuentes autorizadas citadas en este artículo:

• Visión general e historia del cono pirométrico.

• Uso práctico del cono pirométrico y gráficos.

• Filtros de espuma cerámica para fundición de metales, materiales y orientación PPI.

• Páginas de productos de fundición y notas de aplicación, incluidas las orientaciones del fabricante.