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FACULTAD DE INGENIERÍA
Carrera de Ingeniería Industrial
REINGENIERÍA DEL PROCESO DE MEZCLA Y
SECADO PARA OPTIMIZAR LAS PROPIEDADES DEL
LADRILLO TECHO 15 EN LADRILLERA SAGITARIO
Tesis para optar el Título Profesional de
Ingeniero Industrial
ARCE TENA, HUGO LUIS
CASTRO RIVEROS, JOSE LUIS
Asesor:
Dra. Mercedes Puca Pacheco
Lima – Perú
2017
ii
JURADO DE LA SUSTENTACION ORAL
……………….………………………………………
Presidente
……………….………………………………………
Jurado 1
……………….………………………………………
Jurado 2
_______________________________________________ __
Entregado el: Aprobado por:
……………….……… ……………….…………
Hugo Luis Arce Tena Mercedes Puca Pacheco
Bachiller Asesor de Tesis
…....……………………..
José Luis Castro Riveros
Bachiller
iii
UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA
FACULTAD DE INGENIERIA
DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD
Yo, José Luis Castro Riveros, identificado con DNI Nº 09762601 Bachiller de la carrera de
Ingeniería industrial del programa para adultos, denominado CPEL de la Facultad de
Ingeniería de la Universidad San Ignacio de Loyola, presento la tesis titulada:
Reingeniería del proceso de mezcla y secado para optimizar las propiedades del ladrillo
techo 15 en ladrillera Sagitario.
Declaro en honor a la verdad, que el trabajo de tesis es de mi autoría; que los datos, los
resultados y su análisis e interpretación, constituyen mi aporte. Todas las referencias han
sido debidamente consultadas y reconocidas en la investigación.
En tal sentido, asumo la responsabilidad que corresponda ante cualquier falsedad u
ocultamiento de la información aportada. Por todas las afirmaciones, ratifico lo expresado,
a través de mi firma correspondiente.
Lima, mayo del 2017
.…………………………..
José Luis Castro Riveros
DNI N° 09762601
iv
UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA
FACULTAD DE INGENIERIA
DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD
Yo, Hugo Luis Arce Tena, identificado con DNI Nº 09048429 Bachiller de la carrera de
Ingeniería industrial del programa para adultos, denominado CPEL de la Facultad de
Ingeniería de la Universidad San Ignacio de Loyola, presento la tesis titulada:
Reingeniería del proceso de mezcla y secado para optimizar las propiedades del ladrillo
techo 15 en ladrillera Sagitario.
Declaro en honor a la verdad, que el trabajo de tesis es de mi autoría; que los datos, los
resultados y su análisis e interpretación, constituyen mi aporte. Todas las referencias han
sido debidamente consultadas y reconocidas en la investigación.
En tal sentido, asumo la responsabilidad que corresponda ante cualquier falsedad u
ocultamiento de la información aportada. Por todas las afirmaciones, ratifico lo expresado,
a través de mi firma correspondiente.
Lima, mayo del 2017
…………………………
Hugo Luis Arce Tena
DNI Nº 09048429
v
EPIGRAFE
“Los Hombres geniales empiezan grandes obras,
los hombres trabajadores la terminan.”
(Leonardo Da Vinci)
vi
INDICE DE CONTENIDOS
INTRODUCCION 16
PROBLEMA DE INVESTIGACION 17
Identificación Del Problema 17
Formulación Del Problema 17
MARCO REFERENCIAL 18
Antecedentes 18
Estado Del Arte 23
Marco Teórico 25
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 38
Objetivo principal 38
Objetivos específicos 38
JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 39
HIPOTESIS 39
Hipótesis principal 39
Hipótesis específicas 39
METODOLOGÍA 42
VARIABLES 42
Variable independiente 42
Variable dependiente 42
POBLACION 43
MUESTRA 43
UNIDAD DE ANALISIS 43
INSTRUMENTOS Y TECNICAS 43
Técnicas De Recolección De Datos 43
Instrumentos: 43
vii
Equipos 53
PROCEDIMIENTOS Y METODO DE ANALISIS 55
Análisis Estadístico 65
RESULTADOS 66
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su
interacción sobre la plasticidad 66
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su
interacción sobre la contracción 71
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su
interacción sobre la densidad 74
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su
interacción sobre la resistencia a la compresión 77
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su
interacción sobre la Porosidad 81
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su
interacción sobre la Dureza 84
Discusión De Resultados 88
Conclusiones 91
Recomendaciones 92
REFERENCIAS 94
ANEXOS 96
viii
INDICE DE TABLAS
Tabla 1:Especificaciones de los ladrillos 48
Tabla 2:Plasticidad de la masa 55
Tabla 3: Humedad total 56
Tabla 4: Cantidades de mezcla y humedad utilizados en el ensayo de plasticidad. 59
Tabla 5: Cantidades de mezcla y humedad para el ensayo de contracción 60
Tabla 6: Factores y niveles diseño de experimento. 66
Tabla 7: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Plasticidad 67
Tabla 8: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales 67
Tabla 9: Resumen del análisis estadístico para la Plasticidad. 67
Tabla 10: Análisis de varianza para Plasticidad 69
Tabla 11: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Contracción. 71
Tabla 12: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales. 71
Tabla 13: Resumen estadístico para la contracción. 71
Tabla 14: Análisis de varianza para la Contracción 72
Tabla 15: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Densidad 74
Tabla 16: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales. 74
Tabla 17: Resumen estadístico para la densidad 75
Tabla 18: Análisis de varianza para Densidad 76
Tabla 19: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Resistencia a la
compresión. 78
Tabla 20: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales. 78
Tabla 21: Resumen estadístico para la resistencia a la compresión. 78
Tabla 22: Análisis de varianza para Resistencia a la compresión. 79
Tabla 23: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Porosidad. 81
Tabla 24: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales. 81
Tabla 25:Resumen estadístico para la Porosidad 82
Tabla 26: Análisis de varianza para Porosidad 83
Tabla 27: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Dureza 85
Tabla 28: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales. 85
Tabla 29: Resumen estadístico para la Dureza 85
Tabla 30: Análisis de varianza para la Dureza 86
ix
INDICE DE FIGURAS
figura 1: secado de ladrillo artesanal 29
figura 2: Formación del ladrillo 29
figura 3: Esquema de fabricación industrial del ladrillo. 30
figura 4:Planta y sección de un secadero Moccia. 32
figura 5: Ladrillo techo 15 47
figura 7: Tierra 49
figura 6: Caolin 49
figura 8:Molino de caolín 49
figura 9: Zaranda giratoria 50
figura 10: Cortadora múltiple 50
figura 11: Salida de prensa 50
figura 12: Secadero Moccia 51
figura 13: Quemadores a gas 52
figura 14: Zona de despacho 52
figura 15: Equipo Pfefferkorn. 53
figura 16: Molde para muestras 53
figura 17: Prensa modelo 53
figura 18: Plasticidad 55
figura 19: Plasticidad 59
figura 20: Plasticidad 59
figura 21: Extrusión 60
figura 22:Muestras húmedas 60
figura 23: Muestras cocidas 60
figura 24: Prueba de densidad 61
figura 25: Prueba de compresión 61
figura 26: Diagrama de Pareto para la Plasticidad 69
figura 27: Efectos principales para la plasticidad 70
figura 28: Interacción para la Plasticidad 70
figura 29: Superficie de respuesta estimada 70
figura 30: Efectos principales para Contracción 73
figura 31: Interacción para la contracción 73
x
figura 32: Diagrama de Pareto para la Contracción 73
figura 33:Superficie de respuesta estimada 74
figura 34: Diagrama de Pareto para la Densidad 76
figura 35:Interaccion para Densidad 76
figura 36:Efectos principales para Densidad 77
figura 37: Superficie de respuesta estimada 77
figura 38: Diagrama de Pareto para la Resistencia a la Compresión 80
figura 39: Interacción para la Resistencia a la Compresión 80
figura 40: Efectos principales para Resistencia a la Compresión 80
figura 41: Superficie de respuesta estimada 81
figura 42:Diagrama de Pareto para Porosidad 83
figura 43: Efectos principales para Porosidad 83
figura 44: Interacción para Porosidad 84
figura 45: Superficie de respuesta estimada 84
figura 46: Diagrama de Pareto para Dureza 86
figura 47: Efectos principales para Dureza 87
figura 48: Interacción para Dureza 87
figura 49: Superficie de respuesta estimada 87
xi
INDICE DE ANEXOS
Anexo 1: Cronograma de actividades. 96
Anexo 2: Presupuesto. 97
Anexo 3: Certificación de análisis de materia prima 98
Anexo 4: Cotización de equipo de control de humedad 101
Anexo 5: Equipo Pfefferkorn 103
Anexo 6: Prensa modelo 110
Anexo 7: Norma NTP 331.017 116
Anexo 8: Norma NTP 399.613 131
Anexo 9: Norma NTP 331.040 172
Anexo 10: Norma NTP 331.018 182
Anexo 11: Mediciones de ensayos 183
xii
DEDICATORIA
A nuestra familia, esposa e hijos por la paciencia,
en estos tiempos en que la atención a ellos es lo
más anhelado.
xiii
AGRADECIMIENTO
Quiero expresar mis más sinceros agradecimientos a la
Universidad San Ignacio de Loyola por haberme cobijado
durante el periodo de mi formación, a la Ladrillera
Sagitario por el soporte brindado y en especial al Gerente
el Sr. Alam Bermúdez por confiar en mi persona para la
realización de esta investigación. También al personal de
la Planta que de una a otra manera me brindaron asesoría.
A todos los profesores que aportaron en mi proceso de
formación, gracias por sus consejos y enseñarme a ser
cada día una mejor persona y a todas aquellas personas de
que una u otra forma fueron mi apoyo y que se me escapa
nombrarlos, pero de corazón un infinito agradecimiento.
xiv
RESUMEN
Desde los inicios de la humanidad el hombre fue evolucionando en su forma de mejorar la
sobrevivencia, por lo que desde habitar en cuevas fue cambiando con el paso de los años
para pasar a construir sus viviendas con materiales diseñados con su creación y uno de estos
fueron las viviendas con materiales a base de adobe, que con el paso de los años se convirtió
en ladrillo cocido. La fabricación de estos se fue mejorando con la fabricación de equipos
para lograr mayor resistencia y durabilidad de los “LADRILLOS”, en los cuales podemos
mencionar desde equipos de mezcla y secado, así como también la fabricación de hornos de
gran tamaño para el secado de los mismos a altas temperaturas con el propósito de mejorar
la cocción y la resistencia a la compresión de estos, pues cabe mencionar que estos en la
construcción de viviendas están expuestos a altas cargas de presión. En nuestro trabajo luego
de los estudios y pruebas de laboratorio se ha demostrado que optimizando los porcentajes
de humedad de la mezcla se logra mejorar la densidad, como consecuencia se reduce la
contracción y mejora la resistencia mecánica a la compresión del ladrillo. En los ensayos se
tomaron seis grupos de muestras y se hicieron réplicas de ladrillo hueco 15 a escala, con la
ayuda de una prensa prototipo y para medir la plasticidad se replicó el equipo de método
PFEFFERKORN.
Palabras clave: Ladrillo, plasticidad, humedad, contracción, resistencia a la compresión y
densidad.
xv
ABSTRACT
From the beginnings of mankind man was evolving in his way of improving survival, so
from dwelling in caves was changing over the years to move to build their homes with
materials designed with their own creation and one of these were the houses with materials
made of adobe, which over the years became a brick. The manufacture of these bricks was
improved by the manufacture of equipment to achieve greater resistance and durability of
the "BRICKS", in which we can mention from mixing and drying equipment, as well as the
manufacture of oversized furnaces for the drying of the same at high temperatures in order
to improve the cooking and the compressive strength of these, since it is possible to mention
that these in the construction of houses are exposed to high pressure loads. In our work, after
the studies and laboratory tests it has been shown that optimizing the moisture percentages
of the mixture improves the density, as a consequence reduces the contraction and improves
the mechanical resistance to the compression of the brick. Six groups of samples were taken
in the tests and replicates of hollow brick 15 were made on a scale, with the help of a
prototype press and to measure the plasticity the PFEFFERKORN method equipment was
replicated.
Key words: Brick, plasticity, moisture, contraction, compressive strength and density.
41
INTRODUCCION
Desde un principio el hombre fue evolucionando no solo en sus costumbres y hábitos,
también busco la súper vivencia, y es así que, desde pernoctar en las cuevas y bosques, ya
con el descubrimiento de los metales e invento de la rueda en la antigua Mesopotamia
comenzó a construir sus viviendas haciendo uso de ladrillos cocidos, luego los egipcios
perfeccionaron su uso, inclusive usaron el fuego para la cocción y así darle mayor
durabilidad y resistencia.
En la edad media su uso se masifico y se extendió por el norte de Europa, así como en
América. Las culturas pre-hispánicas usaron ladrillos de barro para sus construcciones, (La
cultura Chan Chan, La Cultura Nazca, La Portada del Sol en Lima Pachacamac).
Luego en el Siglo de Luces y con el invento de la Maquina a Vapor comenzó a emerger
la tecnología.
Friedrich Hoffman, fabricante de materiales de construcción en Berlín, ganador de un
premio en la Exposición Universal de 1867, fue el genio que revolucionó la producción
industrial de ladrillo.
Este equipo con el paso de los años llego a nuestro país y en la actualidad algunas
ladrilleras ubicadas principalmente en la zona de Huachipa lo siguen usando para el proceso
de secado de ladrillos.
El presente trabajo tiene como objetivo recoger las deficiencias encontradas en el proceso
de fabricación del ladrillo hueco 15, dicho proceso en la actualidad se realiza de forma
empírica, principalmente en el proceso de mezcla de la masa cerámica con agua donde se ha
identificado una merma considerable de hasta 10% en el reproceso del ladrillo crudo.
Aquí el objetivo es hacer la mezcla de la forma más adecuada de tal manera que se logre
una masa homogénea y elástica que permita reducir la merma a lo más mínimo posible y
evitar un alto porcentaje en el reproceso.
Con la aplicación de la Reingeniería se optimizará el proceso permitiendo un ahorro de
agua, mano de obra y combustible, y consecuencia se minimizarán costos y maximizarán
beneficios. Los ensayos se realizaron en una prensa prototipo y un equipo Pfefferkorn que
no han sido contrastados aun.
17
PROBLEMA DE INVESTIGACION
Identificación Del Problema
Con el presente trabajo de investigación se pretende proponer la implementación de un
modelo de reingeniería para los procesos de mezcla y secado, y así poder reducir la merma
de ladrillo crudo tanto en el proceso de amasado, por el exceso o falta de agua, y en el proceso
de secado por contracción.
En la Ladrillera Sagitario existe una baja eficiencia en el uso de recursos de agua, así
como también un alto porcentaje de merma en el secado, ya que no existe un control
adecuado en la humedad, el cual se realiza de manera manual basada en la experiencia del
operario, no pudiendo mantener la plasticidad de la mezcla para la fabricación de ladrillos,
al no existir un control adecuado el exceso del agua (humedad en la mezcla) se consume más
este recurso de lo que se puede necesitar. Por otro lado, al haber más agua en la mezcla se
necesita más temperatura y tiempo para el secado y afecta la resistencia del ladrillo hueco
15, ya que al ser un ladrillo de mayor volumen es más vulnerable a las rajaduras por la
contracción lo que nos lleva a un mayor porcentaje de merma.
La temperatura en el secadero se regula de forma manual por medio de compuertas, lo
que dificulta mantener una temperatura fija, quedando expuesta a variaciones no deseadas
para el proceso continuo, obligándonos a trabajar por medio de rangos de temperatura. Estas
variaciones cuando no son advertidas ocasionan variación en la contracción del ladrillo,
teniendo como consecuencia mayor cantidad de merma.
Formulación Del Problema
Problema principal:
¿Qué propiedades del ladrillo techo 15 se optimiza aplicando reingeniería en los procesos de
mezcla y secado en la ladrillera Sagitario?
Problemas específicos:
¿Qué efecto tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la plasticidad de la masa
en la ladrillera Sagitario?
¿Qué efecto tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la contracción del
ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario?
¿Qué efecto tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la densidad del ladrillo
H15 en la ladrillera Sagitario?
18
¿Qué efecto tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la resistencia a la
compresión del ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario?
MARCO REFERENCIAL
Antecedentes
Autores Internacionales
En la tesis de Vega y Díaz(2014), con el título “Aprovechamiento de los gases generados
por el horno Hoffman para mejorar la zona de secado en la ladrillera Ocaña” con motivo de
optar por el título de Ingeniero Mecánico de la Universidad Francisco de Paula Santander
Ocaña en el año 2014 en la ciudad de Ocaña-Colombia; “el trabajo buscó mejorar el proceso
de secado aprovechando los gases calientes generados por el horno Hoffman en la ladrillera
Ocaña para lo cual se elaboró un análisis inicial a las propiedades del carbón usado, también
se realizó un estudio isocinético de los gases generados por el horno Hoffman, lo cual
permitió conocer los parámetros de dichos gases para poder realizar el diseño de la ducteria.
También se diseñó un sistema de extracción de humedad y renovación de aire, con el cual
se busca disminuir los tiempos de secado y mejorar la condición de estos al momento de
ingresarlos al horno para su cocción.”
De la misma manera Solís, (2014), en su tesis titulada “Evaluación del proceso productivo
de la planta industrial Ladrillera Terraforte, ubicada en el sector de Calacalí en el periodo
2012-2013” con motivo de optar por el título de Ingeniero Químico Industrial de la
Universidad Internacional SEK en el año 2014 en la ciudad de Calacalí-Ecuador. “Donde se
realizó la evaluación y desempeño del proceso productivo de la Planta Ladrillera Industrial
Terraforte durante el período 2012-2013, mediante una investigación y relevamiento de
información en campo. Se tomó muestras de material a la entrada y salida de cada uno de
los equipos de proceso y se realizó ensayos en el laboratorio de: humedad y granulometría,
además se obtuvo los datos de las condiciones de operación de los diferentes procesos, tales
como: flujo másico, flujo volumétrico, temperatura y presión. Se procedió a realizar un
análisis estadístico de los datos obtenidos. Con esta información se elaboró el diagrama de
flujo de procesos y el balance de masa de la Planta Ladrillera Terraforte. Conjuntamente, se
realizó un estudio energético de las unidades de pre-secado, secado y horno túnel. La Planta
Ladrillera Terraforte tiene un rendimiento en la producción del 72%, el consumo energético
19
de los equipos es de 3.442 Kw-h/día y la relación aire –combustible real del horno es de
6,2.”
El trabajo publicado en la revista colombiana de Tecnologías de Avanzada por
Maldonado, Alvarado, Aranguren, y Peñaloza (2009), con título “Ingeniería de
automatización para el proceso de humectación de la arcilla en las industrias del norte de
Santander – Colombia” de la Universidad de Pamplona en el año 2009 en la ciudad de
Santander-Colombia. “Este documento plantea un diseño para la automatización de la
dosificación de agua necesaria en el proceso de humectación de la arcilla. Propone el uso del
sensor de humedad y una estrategia de control regulatorio PI, para alcanzar la humedad
óptima en esta fase de producción. Este sistema tiene una confiabilidad de aproximadamente
de 10 años y 5 meses, Con este sistema se podrá minimizar la brecha ocasionada por el
fenómeno de una mala humectación en la arcilla. Los parámetros óptimos de ajuste del
controlador, dependen de la velocidad relativa de respuesta de la variable controlada a la
perturbación; mientras más lenta sea la respuesta a la perturbación, con más rigor se puede
ajustar.”
En la tesis de Velilla Díaz (2008) con título “Diseño y validación de un modelo de
extrusora de arcilla” con motivo de optar por el título de Magister en ingeniería Mecánica
de la Universidad del Norte en el año 2008 en la ciudad de Barranquilla-Colombia. “Los
estudios del comportamiento de los materiales cerámicos en procesos en la actualidad son
escasos, porque estos procesos generalmente son considerados contaminantes. El presente
trabajo incluye generación de conocimiento, que se basa en la investigación del proceso de
extrusión. Este estudio se divide en tres fases, la primera fase consta de desarrollar un
prototipo a escala de una extrusora de arcilla junto con un modelo matemático del fenómeno
de transporte de la arcilla dentro de la extrusora, el prototipo del modelo a escala es
verificado con un análisis estático utilizando elementos finitos, utilizando un mallado de
elementos tetraédricos de segundo orden. En la segunda fase se realiza un diseño
experimental en una extrusora real ubicada en la empresa Ladrillera Barranquilla Ltda., del
cual se obtienen los niveles de los factores del proceso de extrusión que generan la mejor
calidad de la arcilla, y en la tercera fase se valida el prototipo de la primera fase al compararlo
con el resultado del diseño experimental. Además de la validación del modelo, se obtienen
los rangos óptimos de operación de la extrusora mediante la experimentación realizada.”
20
El trabajo publicado en la revista de la Universidad Nacional de Colombia por Amado,
Villafrades, y Tuta (2011), con título “Caracterización de arcillas y preparación de pastas
cerámicas para la fabricación de tejas y ladrillos en la región de Barichara, Santander”. “El
objetivo de este trabajo fue caracterizar química, mineralógica, granulométrica, plástica y
térmicamente tres arcillas, denominadas “Cascajo” (C), “Roja” (R) y “Amarilla” (A),
procedentes de Barichara, Santander. Así como obtener pastas cerámicas aptas para la
fabricación de ladrillos y tejas. Para lo cual se fabricaron probetas cerámicas por prensado,
las cuales se sinterizaron a 1050ºC y posteriormente se caracterizaron física y
mecánicamente. Los resultados demostraron que la pasta de arcilla “Roja”, con contenido
de agua entre 24 y 38%, es la más adecuada para la fabricación de tejas; ya que los cerámicos
presentan baja absorción de agua (8.2%) y alto módulo de ruptura (9.3 MPa). Para la
obtención de ladrillos se recomienda la pasta con mezcla de arcillas de 55% “Cascajo” y
45% “Amarilla”, con contenido de agua entre 23 y 32%, obteniéndose cerámicos con
absorción de agua menor al 15% y módulo de ruptura mayor a 5 MPa.”
De la misma manera el trabajo publicado en la revista Nexo por Salinas, Ñurinda, y
Ramírez (2014) con título “Comportamiento del índice de plasticidad de una pasta arcillosa
madurada naturalmente” de la Universidad Nacional de Ingeniería en el año 2014 en la
ciudad de Managua-Nicaragua. “En este trabajo, se comprobó la influencia de la maduración
de la pasta arcillosa sobre la plasticidad. Para tal fin, se realizó el tratamiento de una mezcla
de arcilla pulverizada provenientes de 3 diferentes sitios de la región de San Juan de Oriente,
a las cuales se les comprobó su distribución de tamaño de partículas, el índice de plasticidad,
tipo de suelo y humedad. Las pastas arcillosas se elaboraron con dos tipos de arena (arrollo
y playa) con las proporciones de mezclas usadas por artesanos locales. Seguidamente, se
dejó descansar en baldes plásticos oscuros durante 16 días, para que la pasta se madurara.
Se tomó una muestra cada 2 días, y midiéndole el índice de plasticidad para determinar la
influencia de la maduración en esta propiedad. Por último, se realizó la prueba de
sensibilidad al secado y la contracción de las pastas arcillosas maduradas. Las pastas que se
elaboraron presentaron un índice de plasticidad inicial en un rango entre 17 y 19, después de
16 días de maduración se alcanzó un índice de plasticidad con valores entre 22 y 25 para
ambas pastas, presentando una tendencia a incrementar linealmente en función del tiempo.
Sin Embargo, las pastas elaboradas con arena de arroyo alcanzaron más rápido un valor de
21
plasticidad máximo (25). Al mismo tiempo, se determinó que las pastas sufrieron una
contracción (entre 7 y 14%), con un leve agrietamiento en la superficie del bloque, más no
en el cuerpo.”
Autores Nacionales
En la tesis de Barranzuela (2014), titulada “Proceso productivo de los ladrillos de arcilla
producidos en la Región Piura” con motivo de optar por el título de Ingeniero Civil de la
Universidad de Piura en el año 2014 en la ciudad de Piura-Perú; “la cual tenía por objetivo
identificar el proceso de producción de las unidades fabricadas en el departamento de Piura
y establecer algunos valores referentes de sus propiedades. El trabajo realizó un muestreo
exploratorio visitando las zonas de producción más importantes en la Región Piura
observando el proceso de fabricación desde la extracción de la materia prima hasta la cocción
de las unidades. Para tener valores referentes del producto final se tomaron muestras de las
unidades elaboradas y se realizaron los ensayos que establece la Norma Peruana. Los
resultados obtenidos indicarían que no hay una mejora significativa en la calidad de las
unidades en relación a lo reportado en 1995 por García Rodríguez. Al parecer, los esfuerzos
aislados de mejorar el proceso de producción sin integrarlos con la materia prima sería la
principal causa de este comportamiento.”
De la misma manera Cáceres (2009) en su tesis de maestría titulada “Eficiencia energética
en el proceso de mezcla y secado de la industria ladrillera” con motivo de optar por el título
de Magister Scientiae, Mención Ingeniería de la Universidad Nacional Agraria La Molina
en la ciudad de Lima -Perú; “la cual demuestra que, a través de un incremento de la
temperatura del agua, es factible reducir el porcentaje de agua utilizado para formar un
ladrillo, manteniendo su mismo nivel de plasticidad. Para ello, sobre la base de ensayos
experimentales realizados en la masa cerámica, se demuestra que un incremento en la
temperatura del agua a 31°C permitiría reducir en un 16% la cantidad necesaria de este
elemento en la masa cerámica de los ladrillos, manteniendo un mismo nivel de plasticidad.
Ello se traduciría en una reducción estimada de 292 m3 de agua al mes, lo que equivaldría a
reducir el consumo de combustible en aprox. 126,000.00 lt/mes (Residual 500) y la emisión
de dióxido de carbono equivalente en 374.00 tn de CO2-e/mes. Visto en términos
económicos, solo la reducción en el consumo de combustible permitiría un ahorro estimado
actual de 258,000.00 Nuevos Soles/mes, cuyo beneficio se obtendría únicamente con la
22
aplicación de un principio tecnológico sin tener que recurrir a la adquisición de nueva
tecnología.”
Así También Urbina (2016) en su tesis titulada “Influencia de la temperatura de cocción
sobre la contracción, absorción y resistencia a la compresión en ladrillos de arcilla cocidos”
con motivo de optar por el título de Ingeniero de Materiales de la Universidad Nacional de
Trujillo en la ciudad de Trujillo-Perú. “En la presente investigación se evaluó la influencia
que tiene la temperatura en los ladrillos King Kong determinándola función de la contracción
volumétrica, absorción y resistencia a la compresión. Los ladrillos seleccionados de la
producción total de la empresa FORTES fueron 16 con las medidas de 23 cm x 12.5 cm x 9
cm constituidos a base de arcilla, tierra y agua; también se agrega la merma que se obtienen
de ladrillos dañados en todos los procesos. Las temperaturas de cocción que se utilizaron
fueron de 700°C y 850°. De los resultados obtenidos determinamos que la temperatura de
850 °C es la más adecuada para los ladrillos mejorando sus propiedades evaluadas como la
contracción volumétrica, absorción y resistencia a la compresión; para la contracción
volumétrica se obtuvieron mayores variaciones con un valor de 6.77% encontrándose dentro
de lo permitido por la norma E-0.70; para la absorción se obtuvo un valor de 11.17% siendo
esta el valor mínimo debido a la disminución de poros y para la resistencia a la compresión
un valor de 244.775 Kg/cm2, resaltando que todos valores obtenidos se encuentran dentro
de lo permitido por la norma E-0.70 Finalmente podemos decir que a 850°C los ladrillos
King Kong a diferencia de los evaluados a 700°C presentan mejores propiedades, teniendo
en cuenta también el buen flujo de calor en el horno.”
Del Carpio (2017) en su tesis titulada “Propuesta de Mejora en el Área de Producción
para incrementar las ventas de Ladrillos de la Ladrillera Continental SAC-Arequipa” con
motivo de optar por el título de Ingeniero Industrial de la Universidad Católica de Santa
María en la ciudad de Arequipa-Perú. “Durante la elaboración del proyecto se realizaron
visitas de campo, entrevistas con los trabajadores y representantes de la empresa. En base a
esta información se elaboró un diagnóstico de la situación actual de la producción en la
ladrillera, se constató que dicha actividad se desarrolla con un bajo nivel tecnológico, además
de una informalidad que se presenta en la empresa debido a su constante crecimiento, lo cual
nos sirve como punto de partida para presentar unas alternativas de solución que contribuyan
en el futuro a solucionar el problema hasta ahora presentado en cuanto a tecnología en los
23
procesos de producción, lo cual genera una falta de capacidad productiva en la empresa ,
además de disminuir los impactos ambientales que esto conlleva. Buscando la mejorar de
los procedimientos y relaciones interpersonales en la empresa que afectan directamente al
crecimiento de la misma.”
Los autores internacionales y nacionales citados nos permitirán conceptualizar nuestro
objeto de estudio, sus aportes nos serán de mucha utilidad porque existe mucha similitud con
nuestro trabajo de investigación ya que lo relaciona directamente. La metodología y el marco
teórico empleado en estas investigaciones sirvieron de base al desarrollo del presente
estudio.
Estado Del Arte
El ladrillo cerámico ha sido conocido desde tiempos remotos. Las culturas antiguas peruanas
no lo usaron, de modo que los conquistadores españoles fabricaron nuestros primeros
ladrillos. En la costa construyeron los primeros edificios con este material.
Según Facincani, la materia prima básica para la fabricación del ladrillo es una mezcla,
más o menos natural, de arcilla y de otros componentes, la mezcla final de arcillas se prepara
con porcentajes de humedad variables, en función de la materia prima, de los tipos de
productos deseados y de las maquinas empleadas. El agua proporciona a la mezcla
plasticidad, que es la capacidad de asumir y de mantener formas múltiples y complejas.
Mientras que antiguamente el moldeado se realiza exclusivamente a mano y el número de
productos y de tipos era sumamente limitado, hoy se usan potentes máquinas de extrusión,
que mediante hélices empujan la pasta a través del molde. La pasta sale del molde en forma
continua y se corta en piezas de longitud preestablecidas por una máquina cortadora
automática. Una vez moldeados los productos, la humedad debe extraerse mediante el
secado para que estos puedan ser transportados con facilidad, amontonados en pilas de gran
altura en el horno y cocidos a elevada temperatura.
El contenido en “arcilla”, finura de las partículas elementales y la cantidad de agua,
suponen una mejora de calidad del producto; pero también puede suponer inconvenientes
importantes cuando la calidad supera el nivel exigido, pues en este caso, la materia prima
utilizada presenta claras dificultades en el proceso productivo. Como, por ejemplo:
Durante el secado, el agua que envuelve la superficie de las partículas de arcilla
gradualmente adelgaza su espesor, las partes solidas se acercan y provocan una reducción
24
del volumen (contracción). La cantidad de contracción está estrechamente ligada al agua. Si
la reducción del porcentaje de agua no se realiza uniformemente en toda la pieza, se provocan
roturas o tensiones desequilibradas que reducen la resistencia del producto.
La energía térmica consumida en el secado a grandes rasgos es proporcional a las
cantidades de humedad contenidas en la pasta.
Cáceres (2009) en su tesis de maestría titulada “Eficiencia energética en el proceso de
mezcla y secado de la industria ladrillera” con motivo de optar por el título de Magister
Scientiae, Mención Ingeniería de la Universidad Nacional Agraria La Molina en la ciudad
de Lima -Perú; la cual demuestra que, a través de un incremento de la temperatura del agua,
es factible reducir el porcentaje de agua utilizado para formar un ladrillo, manteniendo su
mismo nivel de plasticidad. Para ello, sobre la base de ensayos experimentales realizados en
la masa cerámica, se demuestra que un incremento en la temperatura del agua a 31°C
permitiría reducir en un 16% la cantidad necesaria de este elemento en la masa cerámica de
los ladrillos, manteniendo un mismo nivel de plasticidad. En el desarrollo de esta tesis se
utilizó los ensayos de plasticidad por el Método de Pfefferkorn, este método posee dos
aplicaciones distintas, según lo que se busca determinar. La primera aplicación consiste en
determinar la deformación del cuerpo cerámico, la cual viene a ser el nivel de plasticidad de
la arcilla o masa cerámica que se está evaluando. La segunda aplicación tiene por objeto
determinar el porcentaje de agua de mezcla, a temperatura de ambiente, que requiere una
arcilla para lograr un determinado nivel de plasticidad (plasticidad deseada).
Para implementar EL PROCESO DE REINGENIERIA en “LADRILLERA
SAGITARIO” necesitaríamos integrar los recursos humanos y tecnológicos con el fin de
optimizar los recursos, para minimizar los costos y maximizar los beneficios. (Hammer y
Champy, 1994)
Entonces nosotros proponemos una propuesta de reingeniería haciendo uso adecuado de
los recursos, en este caso la tierra de chacra, arcilla y agua, esta mejora se verá reflejada con
la disminución en el reproceso del ladrillo crudo.
Pilares para lograr implementar la mejora.
Romper los paradigmas que actualmente existe en “LADRILLERA SAGITARIO”, pues en
la actualidad este proceso se realiza de forma empírica (práctica).
25
Voluntad de los directivos para la toma de decisiones y adaptarse al cambio, esto también
se hará extensivo a toda la organización, sobre todo a los trabajadores que deben estar
dispuestos a capacitase y tomar de buena forma la propuesta de reingeniería.
Saber que optimizando los recursos se puede ser más eficiente.
Tener presente que rediseñar el proceso es mejor que tener un proceso tradicional, pues
esto puede demandar un mayor costo tanto en equipos como en capacitación de personal, el
personal de todas maneras tendrá que capacitarse para dejar lo práctico y adaptarse al proceso
propuesto, integrando los recursos humanos y tecnológicos con actitud positiva.
Estar atentos a las acciones de los competidores, y a señales que pueda dar el mercado
ante las evidencias que puedan difundirse como resultados de las mejoras propuestas, porque
los competidores no se quedarán tranquilos, pues la mejora se verá reflejada no solo en
beneficios para la organización, también se hará extensivo a los consumidores.
Finalmente podemos concluir que toda organización debe estar dispuesta a correr riesgos,
analizar cada una de las etapas, estar convencidos que toda mejora es en beneficio de la
organización, y esto dará como resultado mayores dividendos para los accionistas y
trabajadores.
Marco Teórico
Arcillas
“Están conformadas por compuestos de sílice, alúmina y agua. Las arcillas son los
componentes que le dan las características típicas a los ladrillos, como la cohesión, la
plasticidad, la trabajabilidad y la resistencia mecánica del producto en seco y cocido. Se
puede hablar de acciones reciprocas de las arcillas con agua que, difícilmente se encuentran
en otros materiales.” (Facincani, 1993).
“Las arcillas están constituidas por agregados de silicatos de aluminio hidratados, que
proceden de la descomposición de minerales de aluminio. Tiene diversas coloraciones según
el grado de impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura. Surge de la
descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en un proceso natural que dura
decenas de miles de años.” (Alcocer & Gachet, 2007).
Para el ceramista, las arcillas son componentes de origen natural que cuando se agrega
agua, en el porcentaje adecuado, se consigue una masa plástica.
En los materiales para ladrillos, la fracción propiamente arcillosa está constituida por
mezclas de varias familias. Las arcillas se caracterizan por la suma finura de sus partículas,
26
que no son nunca superiores a 20 micras y en su mayoría inferiores a 2 micras (1 micra
corresponde a 1/1000 de milímetro).
Se puede hablar de acciones reciprocas de las arcillas con agua que, difícilmente se
encuentran en otros materiales. Se caracterizan sustancialmente por:
Deformabilidad de un compuesto de agua y arcilla bajo la acción de una fuerza, con
la posibilidad de asumir y mantener una forma cualquiera.
Endurecimiento y desarrollo de una notable fuerza de cohesión después que se ha secado
la pasta; la compacidad aumenta si aumenta la temperatura, hasta tomar una consistencia
rocosa a 900-1000°C aproximadamente.
Posibilidad de reversibilidad completa del fenómeno de humectación de la pasta si la
temperatura de tratamiento no ha superado los 400°C aproximadamente.
“La afinidad de las arcillas con el agua da lugar a un hinchamiento característico de las
arcillas húmedas respecto a las arcillas secas. El agua envuelve las partículas de arcilla y se
fija en su superficie distanciándolas, mientras permite su desplazamiento.” (Facincani,
1993b)
Tipos de Arcillas
Con respecto a los tipos de arcilla Facincani (1993c, p.32) señala:
“Los tipos de arcilla son numerosos y tienen muchos puntos en común y comportamientos
análogos en presencia de agua”, si bien cada uno de ellos en estado puro se diferencian de
los otros principalmente por:
Asociación de elementos químicos de variada naturaleza.
Reparto granulométrico.
Tanto la primera como la segunda condición son causas de diversos vínculos entre la
arcilla y subdividen las arcillas en muchas familias de las que las más importantes son:
Caolinitas
Illitas (haloisitas, hidrómicas, cloritas)
Montmorillonitas
27
Propiedades de la Arcilla
Plasticidad: Las arcillas son materiales de naturaleza plásticas. Esta propiedad se da al
mezclarse con el agua la cual cubre con una capa las partículas laminares, produciendo un
deslizamiento entre las partículas laminares cuando se aplica una fuerza sobre ellas. La
plasticidad permite a la masa adquirir una forma y mantenerla.
Contracción: Es cuando se produce una reducción en las dimensiones al perder
humedad. Al momento del formado, la pieza tiene un alto porcentaje de humedad, al secarse
la pieza pierde la humedad contenida produciendo una reducción en su tamaño. Se produce
contracción en el proceso de secado y en el proceso de quemado.
Si la contracción es excesiva, puede causar grietas y deformaciones en los ladrillos
(Schneider y Dickey, 1980).
Refractariedad: Es su resistencia a los aumentos de temperatura. La variación de esta
propiedad depende principalmente a su contenido de alúmina y sílice. Mientras más alto el
porcentaje de estos, mayor será su refractariedad.
Porosidad: Esta depende principalmente de la granulometría de la arcilla, la de grano
grande tendrá mayor porosidad que la de grano pequeño. Al momento de formarse la masa,
las arcillas de granos pequeños quedan mejor cohesionadas. Esto impide que se deposite
tanta agua entre ellas, disminuyendo los espacios generados por la evaporación del agua en
el proceso de quema.
Color: “Las arcillas presentan diversos colores, siendo las arcillas blancas las más puras,
en general, son más o menos grises, a veces azules o negras, y frecuentemente, amarillas,
rojas o pardas.” (Del Río, 1975). Las diversas tonalidades dependen de su contenido
químico, no de la sílice y la alúmina, sino que ahora lo determinan las impurezas de origen
mineral y orgánico, principalmente: óxido de hierro, óxido de cobalto, óxido de cobre,
pentóxido de vanadio, cobalto y el óxido de manganeso.
Características deseables para la fabricación de ladrillos estructurales
Salmang (citado por Cáceres, 2009, p.25), manifiesta que: “la masa cerámica de un
ladrillo debe de contemplar necesariamente el uso de los siguientes cuatro elementos:
28
Elementos Plásticos
Elementos Desengrasantes
Elementos Fundentes o Refractarios, según corresponda y
Agua de Mezcla”
La proporción de estos elementos modifica sensiblemente las propiedades de la mezcla
cerámica, las cuales están ligadas al proceso de elaboración del ladrillo. Por ejemplo:
Elementos Plásticos. - Son aquellas arcillas secundarias (plásticas) que conforman la
base de las masas cerámicas. Se seleccionan arcillas con un alto contenido de óxido de hierro,
a fin proveerles la coloración rojiza a los ladrillos. En el Perú también se utiliza tierra de
cultivo para este fin, lo cual, si bien es técnicamente viable, es una práctica totalmente
inadecuada para la conservación del ambiente.
Elementos Desgrasantes: Son la sílice, la arena, los trozos molidos de terracota
(denominadas “Chamota”) y las arcillas silíceas que tienen por objeto reducir la excesiva
plasticidad de las arcillas secundarias, las cuales conllevan a una excesiva contracción en el
proceso de secado y quemado del producto. La adición de estos elementos se realiza también
con el objeto de darle una adecuada estabilidad térmica al ladrillo (durante su proceso
cocción), así como para proporcionarle la porosidad requerida al producto final. Es
importante mencionar que una buena estabilidad térmica es de vital importancia para la
cocción de los ladrillos, ya que estos se cuecen uno encima de otros y podrían desplomarse.
Elementos fundentes o refractarios, según corresponda: Cuando los elementos que
conforman la masa cerámica de un ladrillo poseen un elevado punto de cocción, se utilizan
materiales fundentes que reducen la temperatura de cocción de las arcillas. Por ejemplo, los
feldespatos, la cal, los fosfatos. Por el contrario, si el punto de cocción de las arcillas es
demasiado bajo y existe el riesgo de deformación del producto, se emplean caolines
secundarios que aumentan la refractariedad del ladrillo, sin reducir su plasticidad.
Agua de mezcla: La cantidad de mezcla requerida depende del tipo de arcillas empleadas.
Arcillas con mayor plasticidad requieren un mayor porcentaje de agua para obtener la
plasticidad (nivel de cohesión) requerida en el proceso de formación del producto.
29
Ladrillos Estructurales
Proceso de Fabricación del Ladrillo
Existen dos procesos típicos para fabricar ladrillos.
El Artesanal. - consiste en fabricar ladrillos de forma manual, en donde las arcillas y el
agua se mezclan sobre el suelo, por lo general con la ayuda de un tractor, cuyo proceso
somete a las arcillas a un proceso adicional de molienda. A través de este proceso, se crea
una masa cerámica plástica, la cual adquiere manualmente la forma del ladrillo mediante el
uso de matrices de madera. Una vez formado el ladrillo, este se extrae de la matriz de madera
y se coloca a secar a la intemperie, cuyo proceso puede tardar de 2 a tres semanas, según el
clima. Una vez secos los ladrillos, estos son llevados a un horno artesanal “tipo Hoffman”,
el cual opera de forma periódica (para cada carga de ladrillos) y en cuyo interior se apilan
los ladrillos. Una vez lleno el horno con los ladrillos, se cierra el horno y se inicia el
calentamiento de la cámara hasta llegar a la temperatura máxima de cocción, la cual no
supera los 900°C. En estos hornos se utiliza por lo general combustible sólido, el cual se
vierte en su interior. Es decir, no utiliza quemadores y por lo tanto no es posible regular la
temperatura al interior del horno. Una vez concluido el proceso de cocción del ladrillo, el
cual tarda aproximadamente siete días, se abre el horno y se espera un par de días a que este
se enfríe para poder retirar los ladrillos, los cuales están listos para su venta.
Figura 2: Formación del ladrillo Figura 1: secado de ladrillo
artesanal
30
El Industrial. - puede diferenciarse uno de otro por ligeras variaciones en el proceso, las
cuales pueden estar relacionadas a la forma cómo se almacenan y mezclan las arcillas o la
forma como se secan los ladrillos. No obstante, en términos generales, el proceso se
caracteriza por ser continuo y altamente eficiente en comparación con la forma artesanal de
fabricación de ladrillos. En términos generales, un proceso ideal para la fabricación
industrial de ladrillos, se resume en el siguiente esquema:
Mezcla y
Humectación: Facincani (1993d, p.61), señala: “El objetivo del mezclado y la
homogeneización, es reunir elementos de diferentes características para formar una única
mezcla, que sea en todo momento constante. La homogeneidad será tanto mejor, cuando las
partículas sean más finas, es decir cuánto más intensa sea la molturación. Durante el proceso
de mezcla, cuando la humedad total de los componentes no alcanza para obtener la
plasticidad requerida, se añade por diferencia el agua necesaria. El tiempo para la
humectación más indicado es sin duda el que corresponde al mezclado. El agua se distribuye
homogéneamente; si bien la duración es muy breve y las arcillas presentes no logran absorber
el agua a nivel de sus partículas elementales. Por tanto, es bueno, que la masa repose durante
un cierto tiempo, antes de proseguir la elaboración.”
Extrusión. -Facincani (1993e, p.73), señala: “Se adopta para materiales húmedos de
plasticidad suficiente para permitir su paso a través de un diafragma perforado (molde). La
fuerza se imparte por medio de una hélice giratoria montada en un eje en el interior de una
figura 3: Esquema de fabricación industrial del ladrillo.
31
envoltura anular. Se distinguen dos intervalos para los contenidos de humedad de las pastas
sometidas a extrusión, definidos para pastas húmedas y para pastas semihúmeda. La primera
comprende humedad del 18 al 25 %. En este rango es posible la producción de casi todos los
tipos de ladrillo (ladrillos macizos, baldosines, huecos, bloques, bovedillas, campanas
chimenea, tejas extruidas, etc.). La extrusión en pasta semihúmeda, se elige para la
fabricación de ladrillos macizos o perforados con un porcentaje máximo de orificios hasta
del 20-25%. La humedad de las pastas varía entre el 13 y el 16% y los materiales arcillosos
empleados proceden frecuentemente de esquistos o de yacimientos de bajo porcentaje de
agua.”
Secado. -Facincani (1993f, p.95), señala: “Después del moldeado del material en pasta
húmeda o semiseca es necesario realizar el secado como proceso de preparación a la
siguiente etapa de la cocción”. La cantidad de agua empleada en el moldeado no se elimina
completamente, pero el proceso se considera finalizado, aunque en la masa del producto
quedan pequeños contenidos de humedad.
Secaderos Rápidos. - Se entiende como secado rápido aquel que se obtiene con una
corriente de aire y con ciclo no superior a 4-5 horas. Secado rápido significa gran velocidad
de evaporación superficial y, por lo tanto, posibilidad de formación de grandes gradientes de
humedad y de contracción en el espesor del producto. La duración de los ciclos de secado
rápido depende del tipo de materia prima, en relación a la porosidad, a la difusividad de la
humedad y a la contracción porcentual, aunque dependa también del espesor, porque con
espesores muy pequeños (5-6 mm), es posible el secado rápido de materias primas plásticas,
mientras que con espesores superiores a 20 mm tal tipo de tratamiento no es posibles, ni
siquiera con materias primas magras o porosas. Es preciso además añadir que los productos
susceptibles de secado rápido son aquellos formados con porcentajes de partes huecas
superiores al 50%.
Secadero de rodillos (secadero Moccia). - El secadero está constituido por una sola
galería, en la cual el producto avanza, desde la entrada hasta la salida de la galería, por la
rotación de numerosos rodillos sucesivos, distribuidos por grupos de motorización separada,
sobre porta-rodillos. El producto es mecánicamente depositado en grupos de piezas, sobre la
pista de rodillos a su entrada y es recogido en la pista de salida.
La parte inferior a los rodillos constituye un canal longitudinal, adaptado para llevar
aire caliente y conseguir el aprovechamiento de las capacidades secadoras de la corriente,
32
que circula a través de los productos. Normalmente la longitud efectiva de secado es de
alrededor de 100 m y la anchura varía según la capacidad productiva.
Capacidades de hasta 7-10 ton/hora son posibles para la anchura aproximada de 4 m; las
máximas anchuras están limitadas por la capacidad de carga y por la inflexión de los rodillos,
debidas a las distancias de apoyo. Los ciclos industriales del secadero de rodillos mono
estrato son del orden de una hora; la temperatura al inicio es a menudo superior a los 160-
170 ºC y la de salida, medida antes del mezclado con aire aspirado por el lado de la puerta
de entrada, alcanza los 60-70 ºC. Diferencias psicrométricas tan elevadas son debidas a la
baja superficie global de intercambio térmico entre el aire y el producto.
Las cantidades de aire empleadas normalmente varían entre los 27 y los 33 kg/kg de agua
evaporada; en el punto aspiración se encuentran cantidades mayores (aprox. 20-35%),
debidas bien al aire parasito, o bien al proveniente de la apertura de salida del producto,
mantenida en depresión.
figura 4: Planta y sección de un secadero Moccia.
33
Ensayos de plasticidad por el Método de Pfefferkorn
La plasticidad cerámica es la característica de las arcillas que les permite ser moldeada y
a su vez retener la forma sin deformarse.
Según Salmang (citado por Cáceres, 2009), en la industria cerámica la plasticidad se mide
a través del Método de Pfefferkorn, el método en si se encuentra normado bajo la IRAM
165303:1998 ed.1 10 p., el cual es un organismo de certificación internacional, miembro de
IQNET y además líder mundial en la certificación de sistemas de gestión.
El Método de Pfefferkorn es ampliamente utilizado en Europa para determinar la
plasticidad de la masa cerámica, posee dos (2) aplicaciones distintas, según lo que se busca
determinar:
Una primera aplicación consiste en determinar meramente la deformación del cuerpo
cerámico, la cual viene a ser el nivel de plasticidad de la arcilla o masa cerámica que se está
evaluando. En la práctica, esta aplicación se utiliza principalmente para controlar que las
arcillas se mantengan en un mismo nivel de plasticidad, a fin de evitar el deterioro de la
extrusora o posibles fallas durante la formación del producto.
La segunda aplicación, tiene por objeto determinar el porcentaje de agua de mezcla, a
temperatura de ambiente, que requiere una arcilla para lograr un determinado nivel de
plasticidad (plasticidad deseada). En el caso específico de la industria cerámica, esta
aplicación se utiliza cuando se presenta la sustitución de arcillas en la composición de una
masa cerámica, en donde el empresario necesita determinar el nuevo porcentaje de agua de
mezcla requerido para obtener la misma plasticidad con la cual extruye sus ladrillos.
En ambos casos (primera y segunda aplicación), el nivel de plasticidad de la muestra se
determina dejando caer, desde una altura de 186 mm, una placa de 1192 g de peso sobre una
muestra cerámica de 40 mm de altura y de 33 mm de diámetro, en donde la compresión de
la muestra en milímetros representa el nivel de plasticidad, según Pfefferkorn.
Contracción Lineal. “Los elementos de arcillas sufren durante el proceso de secado un
encogimiento, debido a la pérdida de agua, éste al desalojarlo de la arcilla húmeda, el
volumen de la pieza se contrae.” (Singer, y Singer, 1971).
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La contracción en el secado se determina en muestras que se secan a distintas
temperaturas. La contracción lineal se obtiene tomando las medidas del ladrillo (largo, ancho
y alto), antes de ingresar al secado. Luego se repite la misma operación a la salida del secado.
Luego se aplica la siguiente formula.
Contraccion lineal = 100 ∗longitud inicial − longitud final
longitud inicial
Conceptos Generales De La Reingeniería De Procesos
Los procesos y tipos de procesos
Según Hammer y Champy (1994) “proceso se define como un conjunto de actividades que
recibe uno o más insumos y crea un producto con valor para el cliente.”
Asimismo, según Demetrio Sosa (1998), existen tres tipos de procesos:
Procesos técnicos: Todo lo relacionado a la tecnología de la empresa de producción,
mantenimiento y control de calidad.
Procesos administrativos: Todo lo relacionado a la administración de las empresas
como cobranzas, contabilidad, etc.
Procesos sociales: Todo lo relacionado con el personal, reclutamiento, capacitación, etc.
Elementos de los procesos
Todo proceso cuenta con una serie de elementos que desempeñan una determinada
función en cada actividad que lo conforma independientemente del tipo de proceso: servicio
o producto (tangible o intangible).
A continuación, se puede identificar los siguientes elementos:
Entradas: Son los recursos (humanos, financieros, espacios físicos, etc.) o insumos
(materia prima y bienes materiales) que facilitan el desarrollo del proceso. Pueden ser
iniciales, si forma parte del inicio de alguna operación o intermedias, si se añaden a alguna
operación.
Subproceso: Son aquellas tareas que transforman o agregan valor a un proceso; y pueden
desarrollarse separado del proceso global e incorporarse cuando se requiera.
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Salidas, resultados o productos: Son los outputs que genera un proceso, los cuales
pueden ser intermediarios si servirán de entrada para otro subproceso o finales si se trata de
productos finales.
Clientes (internos y externos): Son las personas y/o empresas receptoras del producto o
servicio y quien valora lo que para él vale dicho producto o servicio (Alarcón, 1998).
Se denominan clientes internos, si los productos son intermediarios y externos, si los
clientes son los beneficiarios finales.
Responsable del proceso: Son los responsables de la realización del proceso, las cuales
pueden ser las áreas o las personas involucradas en cada actividad.
La productividad y su importancia en una organización
La productividad es el resultado obtenido de la división del producto total por uno de los
factores de la producción, o el total de insumos invertidos.
Un incremento de la productividad significa conseguir la mayor cantidad de productos
finales con los mismos recursos (capital, terreno, materiales, energía, información y tiempo).
Teniendo en cuenta esta premisa, la productividad se representa con la siguiente fórmula:
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜
𝐼𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜= 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑
En general, las organizaciones utilizan los índices de la productividad como una medida
en la que se satisfacen los siguientes criterios:
Objetivos: En medida en que se logran.
Eficiencia: cumplimiento de metas y objetivos con menos recursos.
Eficacia: Cumplimiento de metas y objetivos.
Se debe tener en cuenta, además, que el aumento de la productividad no es proporcional
al aumento de producción, ya que si los inputs crecen proporcionales a los outputs entonces
la productividad es la misma pero la producción es mayor; por el contrario, el aumento de la
productividad se puede lograr de las siguientes maneras:
- Reduciendo los recursos e insumos mientras los productos finales se mantienen
constantes.
-Incrementando los productos finales mientras los recursos e insumos se mantienen
constantes.
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-Aumentando productos finales y reduciendo los recursos e insumos al mismo tiempo.
La Reingeniería De Procesos Y Su Impacto
La reingeniería de procesos es una herramienta orientadaa integrar los recursos humanos y
tecnológicos con el fin de optimizar los recursos, para minimizar los costos y maximizar los
beneficios. Según Hammer y Champy (1994), padres de la reingeniería, significa “empezar
de nuevo”, ello no supone mejorar superficialmente el sistema actual dejando intactas las
estructuras básicas sino implica un cambio radical en los procedimientos actuales.
Además, definen la reingeniería “como la revisión fundamental y el rediseño radical de
procesos para alcanzar mejoras espectaculares en medidas críticas y contemporáneas de
rendimiento, tales como costos, calidad, servicio y rapidez.” Se observa que la definición
contiene cuatro términos clave que merecen analizarse a detalle:
Fundamental: La reingeniería buscara el “por qué” de las cosas, realiza una revisión
fundamental del que hacer
Radical: Consiste en rediseñar de forma radical las estructuras, roles, responsabilidades
y procedimientos actuales de acuerdo a una metodología propuesta.
Espectacular: Porque se de dar saltos gigantescos en rendimiento.
Procesos: Los cambios se deben enfocarse únicamente sobre los procesos.
Razones Para Hacer Reingeniería
Según Hammer y Champy (1994), existen tres fuerzas para hacer reingeniería que se
denominan las tres Ces:
Los consumidores: La relación empresa-cliente se inclina a favor de este último, que
establece las condiciones de la compraventa (qué quiere, cómo, cuándo y condiciones de
pago) en un mercado no masivo, con competidores, con más información.
La competencia: La reducción de barreras comerciales ha aumentado sensiblemente la
competencia. Las nuevas empresas de todo el mundo utilizan todos los instrumentos para
competir.
El cambio: porque la competencia y los clientes cambian constantemente, además la
naturaleza del cambio se ha modificado ya que se ha vuelto general, permanente y se ha
acelerado. Influyen diversas causas, entre ellas el rápido avance tecnológico, la
globalización, etc.
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Principios De La Reingeniería
The Boston Consulting Group, estima en doce los principios clave en los que se basa la
reingeniería:
1. Se requiere el apoyo del nivel más alto de la empresa.
2. Los programas de la reingeniería deben estar en la estrategia empresarial.
3. El principal objetivo es crear valor para el cliente.
4. Hay que concentrarse en aquellos procesos que necesitan cambios.
5. Se necesitan conformar equipos de trabajo con responsabilidad y capacitados.
6. A través de la observación de las necesidades de los clientes y su nivel de satisfacción,
nos permitirá identificar los objetivos cumplidos.
7. Los planes deben ser flexibles a medida que se obtienen los primeros resultados
obtenidos.
8. La Reingeniería debe adaptarse a la realidad de cada empresa.
9. Determinar indicadores adecuados para medir el cumplimiento de los objetivos.
10. Tomar en cuenta el factor humano, ya que puede generar una resistencia al cambio.
11. La reingeniería se debe convertir en un proceso continuo dentro de la empresa y
plantearse nuevos retos.
12. Se debe establecer una comunicación global siendo esta esencial, no solo dentro de
la organización sino también fuera de ella.
Características De La Reingeniería
Según Hammer y Champy (1994), las características comunes para alcanzar la reducción de
costos, mejorar la calidad y el servicio al cliente son:
1. Unificación de tareas: En el ejemplo del servicio a los clientes se reduce el número
de oficios que intervienen, en agruparse en alguno de ellos y ser realizados por la misma
persona.
2. Participación de los trabajadores en la toma de decisiones: No solo se alarga o
amplia el trabajo como se ha referido, sino que se enriquece en el sentido de que se toman
más decisiones sin tener que recurrir al nivel jerárquico superior.
3. Cambio del orden secuencial por el natural en los procesos: Se prioriza el proceso
con el fin de ahorrar tiempo y reducir plazos.
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4. Realización de diferentes versiones de un mismo producto: Una de las tres fuerzas
referida por los autores “los clientes asumen el mando”, supone adaptar el producto a las
necesidades del cliente, es decir se pone fin a la estandarización.
5. Reducción de las comprobaciones y controles: Se trata de implantar un sistema de
control dirigido solo a los que tienen un sentido económico.
6. Papel protagonista del responsable del proceso: En los procesos complejos se
nombra un gerente de caso que atienda al cliente y reciba sus propuestas y resuelva sus
problemas.
7. Operaciones híbridas: Pueden ser centralizadas y descentralizadas simultáneamente,
ya que se aprovecha de las características de ambas.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Objetivo principal
Determinar que propiedades del ladrillo techo 15 se optimiza aplicando reingeniería en los
procesos de mezcla y secado en la ladrillera Sagitario.
Objetivos específicos
Determinar el efecto que tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la plasticidad
de la masa en la ladrillera Sagitario.
Determinar el efecto que tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la
contracción del ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario.
Determinar el efecto que tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la densidad
del ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario.
Determinar el efecto que tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la
resistencia a la compresión en el ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario.
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JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Justificación metodológica
Esta investigación contribuirá en una metodología de análisis, la cual permite determinar la
influencia de la humedad y la mezcla de materia prima sobre la plasticidad, contracción,
densidad y resistencia a la compresión en el ladrillo hueco 15. El estudio permitirá proponer
un estándar en las variables de humedad y mezcla en la masa cerámica.
Justificación practica
Los resultados de esta investigación servirán de forma práctica para instalar un sistema
automático para el control de humedad en el proceso de mezcla, así como mejorar el
porcentaje de mezcla de tierra caolín.
Justificación teórica
El presente estudio se justifica teóricamente ya que permitirá ahondar en los estudios de
ahorro de agua en mezclas para la industria ladrillera mediante observaciones científicas,
dejará sin duda antecedentes y recomendaciones para futuros estudios que se enmarcan en
contexto.
HIPOTESIS
Hipótesis principal
Ho: Implementando reingeniería de procesos se logra optimizar las propiedades de
fabricación del ladrillo techo 15 (H15) en la ladrillera Sagitario.
H1: Implementando reingeniería de procesos no se logra optimizar la fabricación del
ladrillo techo 15 (H15) en la ladrillera Sagitario.
Hipótesis específicas
Ho: La humedad tiene un efecto directo sobre la plasticidad de la masa en la fabricación
del ladrillo
H1: La humedad no tiene un efecto directo sobre la plasticidad de la masa en la fabricación
del ladrillo.
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Ho: La humedad y la mezcla de materia prima tiene un efecto directo sobre la contracción
del ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario.
H1: La humedad y la mezcla de materia prima no tienen un efecto directo sobre la
contracción del ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario.
Ho: Optimizando la humedad y la mezcla se logra obtener una mejora en la densidad del
ladrillo cocido H15 en la ladrillera Sagitario.
H1: Optimizando la humedad y la mezcla no se logra obtener una mejora en la densidad
del ladrillo cocido H15 en la ladrillera Sagitario.
Ho: Optimizando la humedad y la mezcla se logra obtener una mejora en la resistencia a
la compresión del ladrillo cocido H15 en la ladrillera Sagitario.
H1: Optimizando la humedad y la mezcla no se logra obtener una mejora en la resistencia
a la compresión del ladrillo cocido H15 en la ladrillera Sagitario.
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PROBLEMAS OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES INDICADORES MEDIDAS METODO
Problema principal:
¿Qué propiedades del ladrillo
techo 15 se optimiza aplicando
reingeniería en los procesos de
mezcla y secado en la ladrillera
Sagitario?
Problemas específicos:
- ¿Qué efecto tiene la humedad
y la mezcla de materia prima
sobre la plasticidad de la masa
en la Ladrillera Sagitario?
- ¿Qué efecto tiene la humedad
y la mezcla de materia prima
sobre la contracción del
ladrillo H15 en la Ladrillera
Sagitario?
- ¿Qué efecto tiene la humedad
y la mezcla de materia prima
sobre la densidad del ladrillo
H15 en la Ladrillera Sagitario?
- ¿Qué efecto tiene la humedad
y la mezcla de materia prima
sobre la resistencia del ladrillo
H15 en la Ladrillera Sagitario?
Objetivo principal
Determinar que propiedades
del ladrillo techo 15 se
optimiza aplicando
reingeniería en los procesos
de mezcla y secado.
Objetivos específicos
-Determinar el efecto que
tiene la humedad y la mezcla
de materia prima sobre la
plasticidad en la Ladrillera
Sagitario.
- Determinar el efecto que
tiene la humedad y la mezcla
de materia prima sobre la
contracción en la Ladrillera
Sagitario.
- Determinar el efecto que
tiene la humedad y la mezcla
de materia prima sobre la
densidad del ladrillo H15 en
la Ladrillera Sagitario.
- Determinar el efecto que
tiene la humedad y la mezcla
de materia prima sobre la
resistencia a la compresión
del ladrillo H15 en la
Ladrillera Sagitario.
Hipótesis principal
Implementando reingeniería de
procesos se logra optimizar las
propiedades de fabricación del
ladrillo techo 15 (H15) en la
ladrillera Sagitario.
Hipótesis específicas
- La humedad tiene un efecto
directo sobre la plasticidad de la
masa en la fabricación del ladrillo
- La humedad y la mezcla de
materia prima tienen un efecto
directo sobre la contracción del
ladrillo H15 en la ladrillera
Sagitario.
-Optimizando la humedad se logra
obtener una mejora en la densidad
del ladrillo cocido en la ladrillera
Sagitario.
- Optimizando la humedad se
logra obtener una mejora en la
resistencia del ladrillo cocido en
la ladrillera Sagitario
Variable
Independiente
Reingeniería de procesos
Variable
Dependiente
Ladrillo techo 15
-Humedad
-Mezcla de materia
prima
-Plasticidad
-Contracción
-Densidad
-Resistencia a la
compresión.
La unidad de medida
es cuantitativa en %,
La unidad de medida
es cuantitativa en %,
mm. grs/cm3, kg/cm2
Método Pfefferkorn para
determinar humedad y
plasticidad
Se realiza la medición del
volumen del ladrillo
41
METODOLOGÍA
La presente investigación tiene un enfoque cuantitativo cuasi experimental con un prototipo
e instrumentación no contrastada aun, de las cuales se tomaran las muestras en las que se
probaran las variables, sin ningún tipo de selección aleatoria o proceso de pre-selección. Ya
que se va describir, analizar y modificar la variable de estudio (Reingeniería de procesos y
el ladrillo techo 15). Además, el presente trabajo es de paradigma positivista ya que pretende
dar un aporte técnico científico sobre la realidad del proceso que es medible, reproducible,
generalizable y predecible. El tipo de investigación del presente estudio es aplicado ya que
utiliza los conocimientos teóricos sobre el arte cerámico y el proceso de elaboración de
ladrillos.
El presente trabajo de investigación tiene un alcance Correlacional bi-variado entre la
variable Reingeniería de procesos y la variable ladrillo techo 15. Este tipo de estudio tiene
como finalidad conocer la relación que existe entre dos variables en una muestra o contexto
en particular.
VARIABLES
Variable independiente
Reingeniería de procesos, es una herramienta orientadaa integrar los recursos humanos y
tecnológicos con el fin de optimizar los recursos, para minimizar los costos y maximizar los
beneficios. Según Hammer y Champy (1994), padres de la reingeniería, significa “empezar
de nuevo”, ello no supone mejorar superficialmente el sistema actual dejando intactas las
estructuras básicas sino implica un cambio radical en los procedimientos actuales.
En nuestro caso es nuestra variable independiente porque al aplicarla será la causa por la
cual las otras variables varíen. Es la variable que se manipula para ver los efectos en la
variable dependiente.
Variable dependiente
Ladrillo techo 15, según la norma técnica peruana “es la unidad de albañilería fabricada con
arcilla, esquisto arcilloso, substancias terrosas similares de ocurrencia natural; conformada
mediante moldeo, prensado o extrusión y sometida a un tratamiento con calor, a temperaturas
elevadas (quema), para ser utilizada en losas aligeradas de techo.”
43
POBLACION
La materia prima para la fabricación de ladrillos techo 15 de la empresa Sagitario en el año
2017.
MUESTRA
La muestra sería tomada de los lotes específicos de tierra y caolín de la empresa Sagitario
para elaborar las mezclas a ser ensayadas.
UNIDAD DE ANALISIS
La unidad de análisis está compuesta por el ladrillo techo 15 que es un ladrillo para uso en
techos aligerados, con la finalidad de llenar los vacíos entre las viguetas.
INSTRUMENTOS Y TECNICAS
Técnicas De Recolección De Datos
Dado que el presente trabajo se sustenta en la posibilidad de poder reducir la merma del
ladrillo crudo aplicando reingeniería en los procesos de mezcla y secado para lo cual
necesitamos encontrar la influencia de la humedad y la mezcla de la materia prima (tierra –
caolín) en la fabricación del ladrillo H15, la cual veremos reflejado su impacto en la
plasticidad, contracción, resistencia a la compresión y su densidad, es que resulta necesario
utilizar los siguientes métodos.
Técnica Directa:
Observación Sistemática y experimentación.
Instrumentos:
Guía de observación, lista de chequeo, diario de campo, registro anecdótico, matrices de
análisis.
Para la obtención de los datos de humedad y plasticidad utilizaremos el siguiente método:
Según Salmang (citado por Cáceres, 2009), en la industria cerámica la plasticidad se mide
a través del Método de Pfefferkorn.
44
El Método de Pfefferkorn es ampliamente utilizado en Europa para determinar la
plasticidad de la masa cerámica posee dos (2) aplicaciones distintas, según lo que se busca
determinar:
Una primera aplicación consiste en determinar meramente la deformación del cuerpo
cerámico, la cual viene a ser el nivel de plasticidad de la arcilla o masa cerámica que se está
evaluando. En la práctica, esta aplicación se utiliza principalmente para controlar que las
arcillas se mantengan en un mismo nivel de plasticidad, a fin de evitar el deterioro de la
extrusora o posibles fallas durante la formación del producto.
La segunda aplicación, tiene por objeto determinar el porcentaje de agua de mezcla, a
temperatura de ambiente, que requiere una arcilla para lograr un determinado nivel de
plasticidad (plasticidad deseada). En el caso específico de la industria cerámica, esta
aplicación se utiliza cuando se presenta la sustitución de arcillas en la composición de una
masa cerámica, en donde el empresario necesita determinar el nuevo porcentaje de agua de
mezcla requerido para obtener la misma plasticidad con la cual extruye sus ladrillos.
En ambos casos, el nivel de plasticidad de la muestra se determina dejando caer, desde
una altura de 186 mm, una placa de 1192 g de peso sobre una muestra cerámica de 40 mm
de altura y de 33 mm de diámetro, en donde la compresión de la muestra en milímetros
representa el nivel de plasticidad, según Pfefferkorn.
Para ello, el método estipula que las muestras cerámicas a ser sometidas a las pruebas de
plasticidad, se formen con la presión de la mano utilizando una matriz de metal de 40 mm
de altura y 33 mm de diámetro, en donde el exceso de masa debe ser retirado utilizando una
cuerda metálica que se pasa en la parte superior de la matriz. Una vez formada la muestra,
esta se coloca debajo de la placa de 1192 g de peso, la cual se deja caer sobre la muestra
desde una altura de 186 mm. Para ello, la compresión que sufra la muestra en milímetros,
representa el nivel de plasticidad, según Pfefferkorn.
En los casos en donde sea necesario determinar el nuevo porcentaje de agua requerido en
una masa cerámica para obtener un determinado nivel de plasticidad Pfefferkorn, el
procedimiento a seguir es el siguiente:
45
Con la masa cerámica se hacen 3 o 4 bolas, con distintas dosis de agua, moldeando con
cada una de ellas una muestra cerámica según las especificaciones de Pfefferkorn (matriz de
metal de 40 mm de altura y 33 mm de diámetro). Para ello, se toma primero el peso cada una
de las muestras en húmedo (G1) y luego se someten a la prueba de plasticidad, por
Pfefferkorn. De este paso se obtiene así, para cada muestra, un peso en húmedo (G1) y su
respectivo nivel de plasticidad (mm). Posteriormente, una vez realizadas las pruebas de
plasticidad, las muestras se secan a 110°C hasta llegar a obtener un peso constante (G2) que
resulta de tres pesadas consecutivas.
Como siguiente paso, se calcula el contenido de agua para cada una las muestras,
utilizando para ello la siguiente fórmula:
W = (G1 – G2 / G1) x 100 (en %)
En donde:
W: Porcentaje de agua en la muestra
G1: Peso de la muestra húmeda
G2: Peso de la muestra seca
De esta forma, para cada muestra analizada, se obtiene un porcentaje de agua (% H2O)
con su respectivo nivel de plasticidad Pfefferkorn (mm), cuyos datos son transferidos a una
gráfica que ilustra en la abscisa los niveles de plasticidad en milímetros (mm) y en la
ordenada sus respectivos porcentajes de agua. Dichos puntos se unen entre sí formando una
curva, la cual permite leer en su ordenada el nuevo porcentaje de agua requerido para lograr
un determinado nivel de plasticidad (valor de la abscisa).
Para los ensayos de contracción utilizaremos el siguiente método:
Contracción Lineal, la contracción en el secado se determina en muestras que se secan
a distintas temperaturas. La contracción lineal se obtiene tomando las medidas del ladrillo
(largo, ancho y alto), antes de ingresar al secado. Luego se repite la misma operación a la
salida del secado. Luego se aplica la formula.
Contraccion lineal = 100 ∗longitud inicial − longitud final
longitud inicial
Una vez recolectados los datos los preparamos como matriz de datos para ser analizados.
46
Resistencia a la compresión (ITINTEC 331.017): “La resistencia a la compresión de la
albañilería viene a ser su propiedad más importante. Este no solo define el nivel de su calidad
estructural, sino también el nivel de su resistencia a la intemperie o a cualquier otra causa de
deterioro.” Para el ladrillo H15 el muestreo y los ensayos de las unidades se hará según lo
estipulado en la NTP 399.613. Ver anexo 8
Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Esta define las
cualidades del ladrillo como la conductividad térmica, peso, fuerza. Hay una estrecha
relación entre la densidad y sus otras propiedades como la resistencia a la compresión y su
porosidad. El muestreo y los ensayos de las unidades se harán según lo estipulado en la NTP
331.018. Ver anexo 10
Lugar De Ejecución
Razón social: Cía. Minera e Industrial Sagitario S.A
RUC: 20128255282
Dirección Planta: Av.1 Lt.28 Urb. Huachipa Norte– Lurigancho – Chosica
Dirección Fiscal: Av. Francisco Javier Mariátegui 330 – Jesús María – Lima.
Gerente General: Alam Bermúdez Minchan.
Teléfono: 3710611 anexo 202.
Visión:
Ser una empresa líder en la fabricación y venta de ladrillos de arcilla a nivel nacional,
logrando satisfacer todas las necesidades que el sector construcción requiere y exige,
manteniendo una alta calidad en el producto al más bajo costo.
Misión:
Lograr mejoras continuas en nuestro proceso para el aumento de la productividad y reducir
los costos, manteniendo la calidad que nos caracteriza.
Nombre: Ladrillo hueco 15
47
Medida: 15x30x30
Peso: 7.5Kg.
Rendimiento: 9 unid. X M2
Uso: Construcción de techos de casas, edificios y techos inclinados.
CARACTERISTICAS;
Resistente a sismos:
Resistente al fuego:
Acústico:
Aislamiento térmico:
ESPECIFICACIONES
Para determinar la variación dimensional, la resistencia a la compresión, alabeo y
absorción de los ladrillos, se efectuará los ensayos de acuerdo a lo indicado en las Normas
NTP 399.613 y 331.017
Figura 5: Ladrillo techo 15
48
(1) Bloque usado en la construcción de muros portantes
(2) Bloque usado en la construcción de muros no portantes
El ladrillo hueco 15 al ser un ladrillo aligerado se considera CLASE I.
Proceso Productivo
Figura 6: Proceso productivo
Línea 2 Línea 1
Recepción de
Materia
Etapa de
Molienda
Etapa de
Preparación de
la Masa
Cerámica
Etapa de
Formación del
Ladrillo
Secador
Industrial
Secado al
aire Libre
Línea 1
Línea 2
Pre Horno
Etapa de
Cocción del
Ladrillo
Producto Final
Etapa de Secado
Tabla 1: Especificaciones de los ladrillos
49
La materia prima para la producción de ladrillo techo 15 es 80% de tierra de cultivo y 20%
de caolín.
En cuanto a la tierra de cultivo las hay con un alto contenido de Greda y otra arenosa,
estas se mezclan 40% y 50% respectivamente. Además, se le añade también la merma de
ladrillo crudo en un 10 %. Al caolín se le adiciona la merma de ladrillo cocido (Chamota)
en relación de 5:1.
Figura 7: Tierra
Se cuenta con dos líneas de producción las cuales se diferencian primordialmente por el
tipo de secado del producto. En la línea 1 el secado del producto es de manera artificial o
acelerada y en la línea 2 el secado se realiza de manera natural, al ambiente.
El ladrillo techo hueco 15 se fabrica en la línea 1.
Molienda de materia prima
El caolín y la tierra de cultivo luego de preparados son molidos en forma independiente en
dos molinos de martillos de 150 y 125HP respectivamente y luego mezclados para ser
transportados al proceso siguiente.
Zarandeo de la materia prima
En una zaranda giratoria de dos cuerpos, el primero con una malla de 3/8” y el siguiente
consecutivo con malla de 5/16”, a la materia prima se le elimina toda partícula mayor a
3mm.
Figura 6: Caolín
Figura 8: Molino de caolín
50
Mezclado y Laminado
La materia prima es transportada por medias fajas hasta la amasadora donde se obtiene la
masa cerámica agregándole agua, hasta obtener la plasticidad deseada. Luego pasa por el
laminador eliminando las partículas mayores a 3 mm y uniformizando la masa.
Prensado y Corte
Figura 10: Amasadora y laminador
Figura 9: Zaranda giratoria
Figura 11: Salida de prensa Figura 10: Cortadora múltiple
51
La masa llega a la máquina extrusora (de 400HP), pasando primero por una cámara de vacío
la cual extrae todo el aire depositado entre las partículas del material, luego es extruido a
través de un molde, que tiene la forma del ladrillo a fabricar, el parámetro de control de este
proceso es la corriente del motor que se debe mantener en 300 amp. Luego el material es
según el tipo de ladrillo. El corte debe considerar la contracción que se da en el secado y
quemado del ladrillo que normalmente es esta entre el 3 y 4 %. %Humedad: 14% a la salida
de la prensa, esto es controlado por un operario.
Secado
Línea 1: El secado se realiza en dos etapas:
1ra Etapa: En un secadero de polines de dos niveles y de 120m de largo. El ladrillo es
trasladado sobre los polines en sentido contrario al sentido del aire caliente del secadero
(desde temperatura ambiente, en el tramo inicial, hasta Temperatura de 100°C, en sus tramos
finales). Tiempo del recorrido 50min. %humedad: 10% a la salida del secadero. Aquí se
desechan los ladrillos con rajadura.
2da Etapa: Luego de la primera etapa, los ladrillos son colocados en vagones de manera
manual. Los vagones presentan un sistema de rodadura similar al de los trenes (sobre rieles).
Estos vagones son trasladados de manera automática hacia un horno de secado tipo túnel de
150m de largo donde los vagones son colocados uno tras de otro (44 en total) y empujados
simultáneamente por un sistema hidráulico. Tiempo de traslado por vagón aproximadamente
12-14hrs. % humedad: 2%.
Figura 12: Secadero Moccia
52
Quemado
Se realiza en tres etapas, pre-calentamiento, quemado y enfriamiento en un horno túnel de
160m de largo. El cocido se logra con 18 máquinas de 12 quemadores cada uno, estos deben
cumplir con una curva de temperatura que está determinada de acuerdo al tiempo de quema,
que va de 650°C a 980°C. El control de temperatura se realiza de manera automática. Al
igual que en el horno de secado los vagones son colocados uno tras de otro y empujados por
un pistón hidráulico cada cierto tiempo, y también es programado, de acuerdo a las
necesidades del mercado. En total entran 45 vagones dentro del horno y el tiempo total para
la salida de un vagón es de 14 hrs o más. El horno llega a produce normalmente hasta 1000
Tn/día y consume alrededor de 36 M3/Tn Gas Natural.
Despacho
Luego de salir del horno los vagones son transportados a la línea de despacho donde se
realiza un control para luego ser vendido.
Figura 13: Quemadores a gas
Figura 14: Zona de despacho
53
Equipos
Para el desarrollo de los ensayos de investigación, serán necesarios los siguientes equipos:
Equipo para medir la plasticidad de la masa cerámica, bajo las especificaciones del
Método Pfefferkorn. Instrumento que se replicó y no se ha contrastado aun.
Figura 15: Equipo Pfefferkorn.
Molde para elaborar las Muestras Cerámicas a ser analizadas bajo el Método de
Pfefferkorn.
Prensa modelo elaborada para los ensayos, es un equipo a escala de la prensa real de la
empresa, no contrastada aun.
Figura 16: Molde para muestras
Figura 17: Prensa modelo
54
Horno secador eléctrico para secar las pruebas hasta
llegar a un peso constante.
Balanza manual de laboratorio para pesar las muestras
de arcilla a ser mezcladas con agua.
Balanza digital de 2 dígitos para pesar el agua a ser
mezclada con las arcillas, incluyendo las muestras cerámicas
húmedas y secas.
Termómetro digital marca Ceramic instruments, modelo RO
305, con escala en Grados Celsius °C y sus respectivos sensores
para poder medir la temperatura de líquidos y superficies sólidas.
Materiales
Probeta de laboratorio de 100 ml.
Espátula Convencional.
Batea Plástica
Aceite Mineral – Preferencia Hidrolina
55
Materia Prima - las mismas arcillas utilizadas para formar
los ladrillos
PROCEDIMIENTOS Y METODO DE ANALISIS
Recopilación de Datos Relevantes del Proceso de Producción
Plasticidad de la Masa Cerámica: Se tomó la plasticidad de la masa con la cual se
extruye los ladrillos la cual variaba entre 7 y 9 mm según la escala de
Pfefferkorn, lo que nos indica que es muy cambiante.
Tabla 2: Plasticidad de la masa
Fuente: Elaboración propia
Determinación del Porcentaje de Agua de la Masa Cerámica:
Como segundo paso se procedió a determinar el Porcentaje (%) de Agua que hay que
añadirle a la Masa Cerámica, a fin de obtener el mismo nivel de Plasticidad determinado en
el paso anterior. Para ello, se determinó:
La Humedad Total de la masa con la cual elaboran sus Ladrillos (incluye la Humedad
de Origen + el Agua de Mezcla), así como
La Humedad de Origen con la cual provienen las arcillas que conforman la masa
cerámica.
Nº de Prueba
Plasticidad en (mm)
1 7
2 7.6
3 8.8
4 7.7
5 8
6 7.5
7 8.5
8 7.7
9 9
10 7.6
Promedio 7.94
Figura 18: Plasticidad
56
Para ello, la humedad se determina utilizando la siguiente fórmula:
PH: Peso Húmedo de la Muestra
PS: Peso Seco de la Muestra (se seca a 200°C hasta peso constante)
Fuente: Elaboración propia
Las pruebas para determinar la Humedad Total, se realizaron utilizando un total de 10
muestras húmedas extraídas de ladrillos recién formados. Dichas muestras se pesaron
inicialmente en su estado original, es decir en estado húmedo, y luego se secaron en un
secador (a 200°C, durante 24 horas) hasta alcanzar un peso constante determinado por tres
pesadas consecutivas (realizadas en espacios consecutivos de 15 minutos, después de las
24 horas de secado).
Como promedio aritmético de la Humedad Total registrada en las muestras, se obtuvo
un valor de 14.93% de H20
Desarrollo De Ensayos Experimentales
Tabla 3: Humedad total
Nº de prueba
Peso de la masa (g) con agua
1era pesada
2da pesada
3ra pesada
Promedio (gr) % H2O
1 71.17 62.06 62.06 62.06 62.06 14.68
2 73.42 63.95 63.95 63.95 63.95 14.81
3 74.5 64.91 64.91 64.91 64.91 14.77 4 73.35 63.71 63.71 63.71 63.71 15.13
5 74.23 64.48 64.48 64.48 64.48 15.12
6 76.19 66.19 66.19 66.19 66.19 15.11
7 75.18 65.45 65.45 65.45 65.45 14.87 8 70.29 61.14 61.15 61.15 61.14 14.97
9 72.21 63.29 63.3 63.3 63.3 14.08
10 73.9 63.82 63.82 63.82 63.82 15.79
14.93
%H2O =
PS
(PH – PS) x 100%
57
Materia Prima
Para la elaboración de muestras a ser analizadas se tomó de los almacenes de la
ladrillera Sagitario. El Caolín que tiene como origen una cantera en Pachacamac el cual
contiene 52.70 % de Sílice (SiO2) y 23.69 % de Alúmina (Al2O3). Ver anexo 3
La tierra de cultivo que es de procedencia de los alrededores de Huachipa. Ver
anexo 3
Insumos
Agua de pozo
Materiales Y Equipos
Medición De Plasticidad
Materiales
Batea plástica
Espátula convencional
Equipos
Equipo Pfefferkorn
Balanza
Medición De La Contracción
Materiales
Batea plástica
Espátula convencional
Cúter
Equipos
Prensa modelo
Balanza
Calibrador
Medición De La Resistencia A La Compresión
Materiales
Yeso
Espátula convencional
Equipos
Aparato para ensayo de compresión marca Forney
58
Calibrador
Balanza
Medición De La Densidad
Materiales
Agua destilada
Depósitos
Equipos
Balanza
Cocina
Horno para secado
Métodos
Preparación de las Muestras
Las muestras se prepararon de la siguiente manera:
Extracción de materia prima
Tamizado
Mezcla de materiales
Formado del ladrillo
Secado
Quemado
Extracción de materia prima: El Caolín y la tierra se extrajeron de los almacenes de la
empresa Cia. Minera e industrial Sagitario, en cantidades suficientes para realizar todos los
ensayos, las cuales se reservaron para que no se contaminen.
Tamizado: Se realizó para eliminar elementos no deseados como materiales orgánicos,
piedras, plásticos etc.; quedando material con un diámetro menor a 1 mm.
Mezcla de materiales: Se mezcló los materiales de forma manual en una batea, dejándola
lo más homogénea posible.
Formado del ladrillo: La formación del ladrillo H15 se realizó en la prensa modelo
fabricada a escala para tal fin. Ver anexo 6
Secado: Las muestras se secaron a 100 °C por 24 hrs. en el secador industrial de la
empresa.
Quemado: Las muestras se quemaron en el horno túnel industrial a 1000 °C.
59
Para obtención de la plasticidad de la masa se prepararon mezclas de 400 grs. con
proporciones de porcentajes de caolín/tierra de 60/40, 40/60 y 50/50 como punto central.
Para la humedad se variaron en porcentajes de 13%, 16% y
14.5% como punto central.
Realizadas las mezclas se procedió a utilizar el método
Pfefferkorn para medir la plasticidad de la masa en sus
distintas combinaciones. Luego de secar por completo la
materia prima se procedió a obtener la plasticidad con los
diferentes porcentajes de Caolín, tierra y humedad, tal como se
detalla en el siguiente cuadro:
Tabla 4: Cantidades de mezcla y humedad utilizadas en el ensayo de plasticidad.
Fuente: Elaboración propia
Para la prueba de contracción se utilizó la prensa modelo donde se preparó mezclas de 4000
grs. para ser extruidas. Se preparó la mezcla con la materia prima completamente seca con
los diferentes porcentajes de Caolín, tierra y humedad, como se detalla en el siguiente
cuadro:
Caolín/Tierra HUMEDAD
Porcentaje (%) Peso (gr) 13% 16% 14.50%
52 grs. 64 grs. 58 grs.
60/40 240/160 X X
40/60 160/240 X X
50/50 200/200 X
Figura 19: Plasticidad
Figura 20: Plasticidad
60
Tabla 5: Cantidades de mezcla y humedad para el ensayo de contracción
Fuente: Elaboración propia
Una vez realizada la mezcla se procedió a la extrusión en
la prensa modelo en la cual se realizaron 10 pasadas por tipo
de mezcla, esto para eliminar las partículas de aire de la masa
y poder tener muestras bien compactas.
Una vez obtenidas las muestras se aplicó el
procedimiento para obtener la contracción lineal, es decir
se tomó medidas a las muestras en sus tres dimensiones en
su estado húmedo y luego en la muestra seca, calculando el
porcentaje de contracción por cada muestra.
Para la prueba de resistencia a la compresión se
utilizaron las muestras elaboradas en la prensa modelo que
luego de ser secadas se procedió a quemarlas en el horno
túnel a 1000 ºC. El muestreo y los ensayos se realizaron
según lo estipulado en la NTP 399.613 y la NTP 331.040.
Ver anexo 8 y 9
Caolín/Tierra HUMEDAD
Porcentaje (%) Peso (gr) 13% 16% 14.50%
520 grs. 640 grs. 580 grs.
60/40 2400/1600 X X
40/60 1600/2400 X X
50/50 2000/2000 X
Figura 21: Extrusión
Figura 22: Muestras húmedas
Figura 23: Muestras cocidas
61
Para la prueba de densidad se utilizaron las muestras
restantes que se elaboraron con la prensa modelo que luego
fueron quemadas. El muestreo y los ensayos se realizaron
según lo estipulado en la NTP 331.018. Ver anexo 10
Para la prueba de resistencia a la compresión se
utilizaron las muestras cocidas elaboradas en la prensa
modelo con las distintas combinaciones de mezcla y
humedad, acondicionadas y ensayadas según NTP
399.613.
También como complemento realizamos pruebas para determinar la porosidad aparente
que es la relación entre poros abiertos en comunicación con el exterior y el volumen total
del ladrillo. Se mide el volumen de agua que absorbe el ladrillo. Estos datos se sacaron de
los ensayos de densidad.
Porosidad aparente= (V agua absorbida / V geométrico) x 100
Se realizó prueba de dureza de la superficie utilizando un durómetro shore con
graduaciones en el indicador de 0 a 100. Se pone el vástago en contacto con la superficie de
la muestra, se aplica la carga al indentador presionando firmemente y se lee la profundidad
de penetración en el indicador.
Análisis granulométrico
“La granulometría de la materia prima está directamente relacionada y aporta por lo tanto
informaciones practicas acerca de la afinidad con el agua, la contracción de secado, la
trabajabilidad, la resistencia mecánica, la mayor o menor compacidad y porosidad de la
pasta.” (Facincani, 1993). Con este ensayo se puede determinar el módulo de fineza.
Figura 24: Prueba de densidad
Figura 25: Prueba de compresión
62
- Módulo de Fineza: Es un número adimensional el cual nos indica que tan grandes o
pequeñas son las partículas del agregado fino en estudio, es decir, mientras más grande es el
módulo de fineza las partículas del agregado serán de mayor tamaño. Se calcula sumando
los porcentajes acumulados retenidos en las mallas y posteriormente dividirlo entre 100.
Mezcla 40/60
Diámetro
(micras)
Retención
(g)
Retención
(%)
Retención
acumulada
(%)
% Que
pasa
850 3.8607 8.816 8.816 91.184
500 3.3234 7.589 16.405 83.595
250 6.1347 14.009 30.414 69.586
180 4.3728 9.985 40.400 59.600
125 7.2219 16.492 56.891 43.109
106 7.6481 17.465 74.356 25.644
90 1.1075 2.529 76.885 23.115
63 5.1125 11.675 88.560 11.440
sobrante 5.0099 11.440 100.00 0.000
43.7915
91.18483.595
69.586
59.600
43.109
25.64423.115
11.440
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
% Q
UE
PA
SA
DIAMETRO
GRANULOMETRIA 40/60
63
MF = 8.816 + 16.405 + 30.414 + 40.400 + 56.891 + 74.356 + 76.885+88.560 = 3.92
100
Módulo de Fineza: 3.92
Mezcla 50/50
Diámetro
(micras)
Retención
(g)
Retención
(%)
Retención
acumulada
(%)
% Que
pasa
850 5.9354 12.657 12.657 87.343
500 4.4907 9.577 22.234 77.766
250 6.201 13.224 35.458 64.542
180 3.5485 7.567 43.025 56.975
125 6.031 12.861 55.886 44.114
106 4.7389 10.106 65.992 34.008
90 1.3326 2.842 68.834 31.166
63 6.942 14.804 83.638 16.362
sobrante 7.6726 16.362 100.00 0.000
46.8927
87.343
77.766
64.54256.975
44.114
34.00831.166
16.362
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
% Q
UE
PA
SA
DIAMETRO
GRANULOMETRIA 50/50
64
MF = 12.657 + 22.234 + 35.458 + 43.025 + 55.886 + 65.992 + 68.834+83.638 = 3.87
100
Módulo de Fineza: 3.87
Mezcla 60/40
Diámetro
(micras)
Retención
(g)
Retención
(%)
Retención
acumulada
(%)
% Que
pasa
850 4.6122 10.063 10.063 89.937
500 3.6864 8.043 18.105 81.895
250 5.2664 11.490 29.595 70.405
180 2.9986 6.542 36.138 63.862
125 6.6131 14.428 50.566 49.434
106 8.7338 19.055 69.621 30.379
90 2.7382 5.974 75.595 24.405
63 6.5023 14.186 89.781 10.219
sobrante 4.6837 10.219 100.00 0.000
45.8347
89.93781.895
70.40563.862
49.434
30.37924.405
10.219
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
0 200 400 600 800 1000
% Q
UE
PA
SA
DIAMETRO
GRANULOMETRIA 60/40
65
MF = 10.063 + 18.105 + 29.595 + 36.138 + 50.566 + 69.621 + 75.595+89.781 = 3.79
100
Módulo de Fineza: 3.79
Como podemos apreciar el módulo de fineza más pequeño es el de la mezcla de 60/40 y el más
grande es el de la mezcla de 40/60.
Análisis Estadístico
Las pruebas realizadas al proceso de elaboración del ladrillo techo15 tuvo como finalidad la
optimización de parámetros como humedad y mezcla de materia prima. Se tuvo la necesidad
de establecer los factores que afectarían la fabricación del ladrillo techo15. Siendo las
variables respuesta la plasticidad, contracción, resistencia a la compresión y densidad los
mismos que se buscan optimizar en el producto.
El proyecto de experimentación consta de dos factores con dos niveles respectivos y un
punto central para cada factor por lo tanto es un diseño 2k donde k = 2.
Dentro del procedimiento se determinará los efectos significativos de cada factor y los
posibles efectos de interacción de dos factores (A, B, AB) mediante el análisis de varianza.
Esto hará posible saber cuál o cuáles factores o combinación de estos tiene un efecto
significativo sobre cada una de las variables respuesta.
Se realizó un diseño factorial al azar de dos niveles con un punto central y dos variables
independientes, la humedad y la mezcla de materia prima. El punto central se efectuó por
triplicado para hacer un análisis estadístico de los resultados y encontrar la magnitud relativa
del efecto de las variables independientes sobre las variables dependientes plasticidad,
contracción, resistencia a la compresión y densidad.
En este análisis también determinaremos los intervalos de confianza por cada variable
independiente y de su influencia sobre cada una de las variables dependientes mediante la
siguiente expresión:
Intervalo de confianza = ±𝑡.𝑠
√𝑁/4
Donde:
s= Desviación estándar a partir de los datos centrales.
t= t student estadístico
66
N= Número de corridas factoriales en el diseño
Con la herramienta estadística STATGRAPHICS podemos establecer de manera más
clara que parámetros de los mencionados afectan de manera significativa la variable
respuesta.
Factores y Niveles que Afectan la Plasticidad, Contracción, Resistencia a la
Compresión y Densidad.
Humedad: Los niveles involucrados de humedad son 13% y 16%.
Mezcla de materia prima: Los niveles involucrados de mezcla son (40% Caolín – 60%
Tierra) y (40% Tierra – 60% Caolín).
Tabla 6: Factores y niveles diseño de experimento.
Exp. % humedad
(caolín/tierra
)L%
1 (-)(-) 13 40/60
2 (+)(-) 16 40/60
3 (-)(+) 13 60/40
4 (+)(+) 16 60/40
5 (0)(0) 14.5 50/50
RESULTADOS
Para la interpretación de los resultados se realizó un análisis estadístico de acuerdo al método
publicado por Thomas D. Murphy- Design and Analysis of Industrial Experiments, en la
revista de Chemical Engineering, june 6, 1977. Por otra parte, se obtuvieron las tablas
ANOVA de los resultados empleando el software estadístico STATGRAPHICS centurión
XVI.
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su interacción
sobre la plasticidad
La tabla 7 muestra los valores de plasticidad promedio obtenidos por el método Pfefferkorn.
67
Tabla 7: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Plasticidad
Fuente: Elaboración propia
Tabla 8: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales
Tabla 9: Resumen del análisis estadístico para la Plasticidad.
Fuente: Método publicado por Thomas D. Murphy 1977
Z= 1.8048; s= 0.4194; N= 4; t= 4.3030
En la tabla 9 se reporta la matriz factorial, de los efectos principales y su interacción, donde
a partir de los datos se obtienen ∑+ y ∑-, las cuales son:
(H)(Mezcla)
Plasticidad (mm)
Replica 1 Replica 2 Replica 3
(-)(-) 5.8333
(+)(-) 12.0000
(-)(+) 6.5000
(+)(+) 12.6667
(0)(0) 8.1667 9.0000 8.5000
Puntos centrales Promedio Varianza Desv.estd
8.1667 9.0000 8.5000 8.5556 0.17592593 0.41943525
Prueba Plasticidad Humedad Mezcla Interacción
1 5.83 (-) (-) (+)
2 12 (+) (-) (-)
3 6.5 (-) (+) (-)
4 12.66 (+) (+) (+)
∑+ 36.99 24.66 19.16 18.49
∑- 12.33 17.83 18.5
Diferencia 9.2475 12.33 1.33 -0.01
Efecto 6.165 0.665 -0.005
Intervalo de confianza = Efecto principal
4/ Nts
7.9698 2.4698 1.7998
4.3602 -1.1398 -1.8098
68
∑+: Sumatoria de las variables de respuesta a nivel alto (+)
∑-: Sumatoria de las variables de respuesta a nivel bajo (-)
Para la estimación de los efectos principales se emplea la ecuación siguiente (Murphy, T
1977)
Efecto principal de Xi = sfactorialecorridasdenúmerodelmitad
)()(
Los efectos principales estimados son sólo estimaciones puntuales. Ellos no dan ninguna
idea de la fiabilidad o precisión de estas estimaciones. La precisión generalmente se muestra
en la forma de un intervalo de confianza, que es un intervalo que dice que incluye el efecto
"verdadero" a un nivel de confianza establecido. Los niveles de confianza más comunes son
90, 95 y 99%, por lo que en este trabajo se ha empleado el de 95%. La confianza - intervalo
de anchura es una función de la estimación del error de respuesta para un efecto principal
(z). El intervalo de confianza es obtenido por la siguiente ecuación:
Intervalo de confianza= (Efecto principal estimado) 4
/ Nts
4/ Ntsz
Donde:
s= Desviación estándar a partir de los datos centrales.
t= t student estadístico
N= Número de corridas factoriales en el diseño
Por lo tanto, los valores para este experimento fueron de: s= 0.4194; N= 4; t= 4.3030
Cabe indicar que para calcular el valor del estimado del efecto principal se empleó en
denominador la mitad de las corridas factoriales, que este caso es de dos, ya que el número
de corridas factoriales son cuatro.
Los resultados obtenidos están reportados en la tabla 9 en la que se aprecia en la última
fila los intervalos de confianza. Si el intervalo de confianza no incluye el cero, se puede decir
que el efecto es significantemente diferente de cero al nivel de confianza fijado, en nuestro
caso se ha empleado el nivel de confianza de95%.
Por lo tanto, empleando la ecuación se observa en la tabla 9 que tanto la variable
independiente mezcla, así como la interacción de las variables independientes (%humedad
y mezcla) dentro del intervalo de confianza incluye el cero, por lo que se puede decir que
estas variables no tienen efecto sobre la plasticidad. Sin embargo, el intervalo de confianza
69
para él % de humedad no incluye el cero, y se puede afirmar que él% de humedad tiene un
efecto significativo sobre la plasticidad. A un nivel de confianza del 95%.
Las hipótesis serían las siguientes:
Ho: La humedad tiene un efecto directo sobre la plasticidad de la masa en la fabricación
del ladrillo.
H1: La humedad no tiene un efecto directo sobre la plasticidad de la masa en la
fabricación del ladrillo.
El análisis de varianza ANOVA realizada a los datos de plasticidad se prueba la
significancia estadística de cada efecto. De tal forma se aprecia que, de los efectos
estudiados, solo la humedad es significante ya que el p-valor es menor al 5%.
Tabla 10: Análisis de varianza para Plasticidad
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Al analizar los parámetros se determina que hay una relación significativa de la humedad
con la plasticidad, por lo tanto, se acepta la hipótesis planteada. Donde el uso del equipo
Pfefferkorn determina que la humedad tiene efecto sobre la plasticidad.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P
A:%HUMEDAD 38.0689 1 38.0689 97.33 0.0022
B:MEZCLA 0.4489 1 0.4489 1.15 0.3625
AB 0.0 1 0.0 0.00 1.0000
Error total 1.17334 3 0.391114
Total (corr.) 39.6911 6
Diagrama de Pareto Estandarizada para PLASTICIDAD
0 2 4 6 8 10
Efecto estandarizado
AB
B:MEZCLA
A:%HUMEDAD
+-
figura 26: Diagrama de Pareto para la Plasticidad
70
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Gráfica de Interacción para PLASTICIDAD
5.5
7.5
9.5
11.5
13.5
PL
AS
TIC
IDA
D
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA=-1.0
MEZCLA=-1.0
MEZCLA=1.0
MEZCLA=1.0
Gráfica de Efectos Principales para PLASTICIDAD
5.8
7.8
9.8
11.8
13.8
PL
AS
TIC
IDA
D
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA
-1.0 1.0
Superficie de Respuesta Estimada
-1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1
%HUMEDAD
-1-0.6
-0.20.2
0.61
MEZCLA
5.5
7.5
9.5
11.5
13.5
PL
AS
TIC
IDA
D
figura 27: Efectos principales para la plasticidad
figura 28: Interacción para la Plasticidad
figura 29: Superficie de respuesta estimada
71
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su interacción
sobre la contracción
La tabla 11 muestra los valores de contracción promedio obtenidos por el método de
contracción lineal.
Tabla 11: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Contracción.
Fuente: Elaboración propia
Tabla 12: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales.
Puntos centrales Promedio Varianza Desv.estd
3.1594 3.0369 3.0351 3.0771 0.0050746 0.07123619
Tabla 13: Resumen estadístico para la contracción.
Prueba Contracción Humedad mezcla Interacción
1 1.7648 (-) (-) (+)
2 3.0984 (+) (-) (-)
3 3.1790 (-) (+) (-)
4 3.3897 (+) (+) (+)
∑+ 11.4318 6.4881 6.5687 5.1544
∑- 4.9438 4.8632 6.2774
Diferencia 2.8580 1.5443 1.7055 -1.1230
Efecto 0.7722 0.8527 -0.5615
Intervalo de confianza = 1.0787 1.1593 -0.2550
0.4656 0.5462 -0.8680
Fuente: Método publicado por Thomas D. Murphy 1977
Z= 0.3065; s= 0.0712; N= 4; t= 4.3030
(H)(Mezcla)
Contracción (%)
Replica 1 Replica 2 Replica 3
(-)(-) 1.7648
(+)(-) 3.0984
(-)(+) 3.1790
(+)(+) 3.3897
(0)(0) 3.1594 3.0369 3.0351
72
La tabla 13 nos muestra la matriz factorial, donde se determinaron los efectos principales
y los intervalos de confianza.
De los resultados obtenidos se puede apreciar que las variables independientes % de
humedad, mezcla, así como la interacción de ambas no incluyen el cero, y se puede afirmar
que estas tienen efecto significativo sobre la contracción. Los intervalos de confianza para
el % de humedad y mezcla son positivos y se puede afirmar que la contracción es
directamente proporcional a estos. Al nivel de confianza del 95%.
Las hipótesis serían las siguientes:
Ho: La humedad y la mezcla de materia prima tiene un efecto directo sobre la contracción
del ladrillo H 15 en la ladrillera Sagitario.
H1: La humedad y la mezcla de materia prima no tiene un efecto directo sobre la
contracción del ladrillo H 15 en la ladrillera Sagitario.
El análisis de varianza ANOVA realizada a los datos de contracción
se prueba la significancia estadística de cada efecto. De tal forma se aprecia que, de los
efectos estudiados, la humedad, la mezcla y la interacción de ambas son significativas ya
que el p-valor es menor al 5%.
Tabla 14: Análisis de varianza para la Contracción
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Al analizar los parámetros se determina que hay una relación significativa de la humedad,
la mezcla y su interacción de estas sobre la contracción, por lo tanto, se acepta la hipótesis
planteada.
Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P
A:%HUMEDAD 0.727166 1 0.727166 23.59 0.0167
B:MEZCLA 0.596222 1 0.596222 19.34 0.0218
AB 0.315286 1 0.315286 10.23 0.0494
Error total 0.0924846 3 0.0308282
Total (corr.) 1.73116 6
73
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Gráfica de Efectos Principales para CONTRACCION
2.5
2.7
2.9
3.1
3.3
3.5
CO
NT
RA
CC
ION
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA
-1.0 1.0
Diagrama de Pareto Estandarizada para CONTRACCION
0 1 2 3 4 5
Efecto estandarizado
AB
B:MEZCLA
A:%HUMEDAD
+-
Gráfica de Interacción para CONTRACCION
1.8
2.1
2.4
2.7
3
3.3
3.6
CO
NT
RA
CC
ION
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA=-1.0
MEZCLA=-1.0MEZCLA=1.0
MEZCLA=1.0
figura 31: Diagrama de Pareto para la Contracción
Figura 30: Interacción para la contracción
figura 32: Efectos principales para Contracción
74
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su interacción
sobre la densidad
La tabla 15 nos muestra los valores de densidad promedio hallados.
Tabla 15: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Densidad
Fuente: Elaboración propia
Tabla 16: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales.
Promedio Varianza Desv.estd
2.6588 2.6528 2.6554 2.6557 9.0727E-06 0.00301209
Puntos centrales
Densidad g/cm3
Replica 1 Replica 2 Replica 3
(-)(-) 2.5580
(+)(-) 2.2560
(-)(+) 2.7964
(+)(+) 2.7798
(0)(0) 2.6588 2.6528 2.6554
Superficie de Respuesta Estimada
-1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1
%HUMEDAD
-1-0.6
-0.20.2
0.61
MEZCLA
1.7
2
2.3
2.6
2.9
3.2
3.5C
ON
TR
AC
CIO
N
figura 33:Superficie de respuesta estimada
75
Fuente: Método publicado por Thomas D. Murphy 1977
Z= 0.01296; s= 0.003012; N= 4; t= 4.3030
La tabla 17 nos muestra la matriz factorial, donde se determinaron los efectos principales y
los intervalos de confianza.
De los resultados obtenidos se puede apreciar que las variables independientes % de
humedad, mezcla, así como la interacción de ambas no incluyen el cero, y se puede afirmar
que estas tienen efecto significativo sobre la densidad. Los intervalos de confianza para el
% de humedad son negativos y se puede afirmar que la densidad es inversamente
proporcional a este. Al nivel de confianza del 95%.
Las hipótesis serían las siguientes:
Ho: Optimizando la mezcla se logra obtener una mejora en la densidad del ladrillo cocido
H15 en la ladrillera Sagitario.
H1: Optimizando la mezcla no se logra obtener una mejora en la densidad del ladrillo
cocido H15 en la ladrillera Sagitario.
El análisis de varianza ANOVA realizada a los datos de densidad se prueba la
significancia estadística de cada efecto. De tal forma se aprecia que, de los efectos
estudiados, la humedad, la mezcla y la interacción de ambas son significativas ya que el p-
valor es menor al 5%.
Prueba Densidad Humedad mezcla Interaccion
1 2.5580 (-) (-) (+)
2 2.2560 (+) (-) (-)
3 2.7964 (-) (+) (-)
4 2.7798 (+) (+) (+)
∑+ 10.3901 5.0357 5.5762 5.3378
∑- 5.3544 4.8140 5.0524
Diferencia 2.5975 -0.3187 0.7622 0.2854
Efecto -0.1594 0.3811 0.1427
-0.1464 0.3941 0.1557
-0.1723 0.3681 0.1298
Intervalo de confianza = Efecto principal
4/ Nts
Tabla 17: Resumen estadístico para la densidad
76
Tabla 18: Análisis de varianza para Densidad
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Al analizar los parámetros se determina que hay una relación significativa de la humedad, la
mezcla y su interacción de estas sobre la densidad, por lo tanto, se acepta la hipótesis
planteada.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P
A:%HUMEDAD 0.0253927 1 0.0253927 13.10 0.0363
B:MEZCLA 0.14524 1 0.14524 74.91 0.0032
AB 0.0203676 1 0.0203676 10.50 0.0478
Error total 0.0058168 3 0.00193893
Total (corr.) 0.196817 6
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA=-1.0
MEZCLA=-1.0
MEZCLA=1.0 MEZCLA=1.0
Gráfica de Interacción para DENSIDAD
2.2
2.4
2.6
2.8
3
DE
NS
IDA
D
Diagrama de Pareto Estandarizada para DENSIDAD
0 2 4 6 8 10
Efecto estandarizado
AB
A:%HUMEDAD
B:MEZCLA
+-
figura 34: Diagrama de Pareto para la Densidad
figura 35:Interaccion para Densidad
77
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su interacción
sobre la resistencia a la compresión
La tabla 19 nos muestra los valores promedios de resistencia hallados en los ensayos
realizados en los laboratorios de Ing. civil de la USIL.
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA
-1.0 1.0
Gráfica de Efectos Principales para DENSIDAD
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
DE
NS
IDA
D
Superficie de Respuesta Estimada
-1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1
%HUMEDAD
-1-0.6
-0.20.2
0.61
MEZCLA
2.2
2.4
2.6
2.8
3
DE
NS
IDA
D
figura 36:Efectos principales para Densidad
figura 37: Superficie de respuesta estimada
78
Tabla 19: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Resistencia a la
compresión.
Resistencia a la compresión kg/cm2
Replica 1 Replica 2 Replica 3
(-)(-) 31.8268
(+)(-) 32.7168
(-)(+) 49.3568
(+)(+) 33.1033
(0)(0) 36.40 32.69 33.29
Fuente: Elaboración propia
Tabla 20: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales.
Puntos centrales Promedio Varianza Desv.estd
36.40 32.69 33.29 34.1267 3.96603333 1.99149023
Tabla 21: Resumen estadístico para la resistencia a la compresión.
Prueba Resistencia Humedad mezcla Interacción
1 31.8268 (-) (-) (+)
2 32.7168 (+) (-) (-)
3 49.3568 (-) (+) (-)
4 33.1033 (+) (+) (+)
∑+ 147.0037 65.8201 82.4601 64.9301
∑- 81.1836 64.5436 82.0736
Diferencia 36.7509 -15.3635 17.9165 -17.1435
Efecto -7.6817 8.9583 -8.5717
0.8876 17.5276 -0.0024
-16.2511 0.3889 -17.1411
Fuente: Método publicado por Thomas D. Murphy 1977
Z= 8.5693825; s= 1.9914902; N= 4; t= 4.3030
79
La tabla 21 nos muestra la matriz factorial, donde se determinaron los efectos principales y
los intervalos de confianza.
De los resultados obtenidos se puede apreciar que la interacción de las variables
independientes % de humedad y mezcla, no incluyen el cero, así como tampoco la variable
mezcla, entonces se puede afirmar que estas tienen efecto significativo sobre la resistencia a
la compresión. Los intervalos de confianza para la interacción de las variables son negativos
y se puede afirmar que la resistencia a la compresión es inversamente proporcional a este,
además la variable mezcla tiene un efecto directo. Al nivel de confianza del 95%.
Las hipótesis serían las siguientes:
Ho: Optimizando la humedad y la mezcla se logra obtener una mejora en la resistencia a
la compresión del ladrillo cocido H15 en la ladrillera Sagitario.
H1: Optimizando la humedad y la mezcla no se logra obtener una mejora en la resistencia
a la compresión del ladrillo cocido H15 en la ladrillera Sagitario.
El análisis de varianza ANOVA realizada a los datos de resistencia a la compresión se
prueba la significancia estadística de cada efecto. De tal forma se aprecia que, de los efectos
estudiados, la mezcla y la interacción de %humedad y mezcla son significativas ya que el p-
valor es menor al 5%.
Tabla 22: Análisis de varianza para Resistencia a la compresión.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Al analizar los parámetros se determina que hay una relación significativa de la mezcla y la
interacción de ambos factores con la resistencia a la compresión, por lo tanto, se acepta la
hipótesis planteada.
Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P
A:%HUMEDAD 59.0093 1 59.0093 8.99 0.0577
B:MEZCLA 80.2502 1 80.2502 12.23 0.0396
AB 73.4749 1 73.4749 11.19 0.0442
Error total 19.6913 3 6.56375
Total (corr.) 232.426 6
80
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Gráfica de Interacción para RESISTENCIA A LA COMPRESION
30
34
38
42
46
50
RE
SIS
TE
NC
IA A
LA
CO
MP
RE
SIO
N
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA=-1.0MEZCLA=-1.0
MEZCLA=1.0
MEZCLA=1.0
Gráfica de Efectos Principales para RESISTENCIA A LA COMPRESION
31
33
35
37
39
41
RE
SIS
TE
NC
IA A
LA
CO
MP
RE
SIO
N
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA
-1.0 1.0
Diagrama de Pareto Estandarizada para RESISTENCIA A LA COMPRESION
0 1 2 3 4
Efecto estandarizado
A:%HUMEDAD
AB
B:MEZCLA
+-
figura 38: Diagrama de Pareto para la Resistencia a la Compresión
figura 39: Interacción para la Resistencia a la Compresión
figura 40: Efectos principales para Resistencia a la Compresión
81
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su interacción
sobre la Porosidad
La tabla 23 nos muestra los valores de porosidad promedio hallados.
Tabla 23: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Porosidad.
Porosidad
Replica 1 Replica 2 Replica 3
(-)(-) 0.3990
(+)(-) 0.4024
(-)(+) 0.3533
(+)(+) 0.3768
(0)(0) 0.3840 0.3817 0.3896
Fuente: Elaboración propia
Tabla 24: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales.
Puntos centrales Promedio Varianza Desv.estd
0.3840 0.3817 0.3896 0.3851 1.6353E-05 0.00404391
Superficie de Respuesta Estimada
-1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1
%HUMEDAD
-1-0.6
-0.20.2
0.61
MEZCLA
30
34
38
42
46
50
RE
SIS
TE
NC
IA A
LA
CO
MP
RE
SIO
N
figura 41: Superficie de respuesta estimada
82
Tabla 25: Resumen estadístico para la Porosidad
Prueba Porosidad Humedad mezcla Interacción
1 0.398957 (-) (-) (+)
2 0.402381 (+) (-) (-)
3 0.353293 (-) (+) (-)
4 0.376835 (+) (+) (+)
∑+ 1.5315 0.7792 0.7301 0.7758
∑- 0.7523 0.8013 0.7557
Diferencia 0.3829 0.0270 -0.0712 0.0201
Efecto 0.0135 -0.0356 0.0101
Intervalode confianza = Efecto
principal4
/ Nts
0.0264 -0.0227 0.0229
0.0006 -0.0485 -0.0028
Fuente: Método publicado por Thomas D. Murphy 1977
Z= 0.012869; s= 0.0040439; N= 4; t= 4.3030
La tabla 25 nos muestra la matriz factorial, donde se determinaron los efectos principales y
los intervalos de confianza.
De los resultados obtenidos se puede apreciar que las variables independientes % de
humedad y mezcla, no incluyen el cero, y se puede afirmar que estas tienen efecto
significativo sobre la porosidad. Los intervalos de confianza para la mezcla son negativos y
se puede afirmar que la porosidad es inversamente proporcional a este. Al nivel de confianza
del 95%.
El análisis de varianza ANOVA realizada a los datos de porosidad se prueba la
significancia estadística de cada efecto. De tal forma se aprecia que, de los efectos
estudiados, la humedad y la mezcla son significativas ya que el p-valor es menor al 5%.
83
Tabla 26: Análisis de varianza para Porosidad
Fuente Suma de Cuadrados Gl Medio Razón-F Valor-P
A:%HUMEDAD 0.000181791 1 0.000181791 13.21 0.0359
B:MEZCLA 0.00126772 1 0.00126772 92.11 0.0024
AB 0.000101183 1 0.000101183 7.35 0.0731
Error total 0.0000412913 3 0.0000137638
Total (corr.) 0.00159198 6
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Diagrama de Pareto Estandarizada para POROSIDAD
0 2 4 6 8 10
Efecto estandarizado
AB
A:%HUMEDAD
B:MEZCLA
+-
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA
-1.0 1.0
Gráfica de Efectos Principales para POROSIDAD
0.36
0.37
0.38
0.39
0.4
0.41
PO
RO
SID
AD
figura 42:Diagrama de Pareto para Porosidad
figura 43: Efectos principales para Porosidad
84
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Análisis estadístico para el estudio del efecto del %humedad y mezcla y su interacción
sobre la Dureza
La tabla 27 nos muestra los valores de dureza promedio hallados.
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA=-1.0MEZCLA=-1.0
MEZCLA=1.0
MEZCLA=1.0
Gráfica de Interacción para POROSIDAD
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
0.4
0.41
PO
RO
SID
AD
Superficie de Respuesta Estimada
-1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1
%HUMEDAD
-1-0.6
-0.20.2
0.61
MEZCLA
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
0.4
0.41
PO
RO
SID
AD
figura 44: Interacción para Porosidad
figura 45: Superficie de respuesta estimada
85
Tabla 27: Diseño factorial para el análisis estadístico de la variable Dureza
Dureza
Replica 1 Replica 2 Replica 3
(-)(-) 97.3750
(+)(-) 97.2500
(-)(+) 95.8700
(+)(+) 97.1250
(0)(0) 96.5000 96.8000 96.7500
Fuente: Elaboración propia
Tabla 28: Estimación del error a partir de los datos de puntos centrales.
Puntos centrales Promedio Varianza Desv.estd
96.5000 96.8000 96.7500 96.6883 0.0258333 0.1607275
Tabla 29: Resumen estadístico para la Dureza
Prueba Dureza Humedad mezcla Interacción
1 97.375000 (-) (-) (+)
2 97.250000 (+) (-) (-)
3 95.870000 (-) (+) (-)
4 97.125000 (+) (+) (+)
∑+ 387.6200 194.3750 192.9950 194.5000
∑- 193.2450 194.6250 193.1200
Diferencia 96.8750 1.1300 -1.6300 1.3800
Efecto 0.5650 -0.8150 0.6900
Intervalode confianza = Efecto
principal4
/ Nts
1.2566 -0.1234 1.3816
-0.1266 -1.5066 -0.0016
Fuente: Método publicado por Thomas D. Murphy 1977
Z= 0.6916105; s= 0.1607275; N= 4; t= 4.3030
86
La tabla 29 nos muestra la matriz factorial, donde se determinaron los efectos principales y
los intervalos de confianza.
De los resultados obtenidos se puede apreciar que la variable independiente mezcla, no
incluyen el cero, y se puede afirmar que estas tienen efecto significativo sobre la dureza. Los
intervalos de confianza para la mezcla son negativos y se puede afirmar que la dureza es
inversamente proporcional a este. Al nivel de confianza del 95%.
El análisis de varianza ANOVA realizada a los datos de dureza se prueba la significancia
estadística de cada efecto. De tal forma se aprecia que, de los efectos estudiados, la mezcla
es significativa ya que el p-valor es menor al 5%.
Tabla 30: Análisis de varianza para la Dureza
Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P
A:%HUMEDAD 0.3025 1 0.3025 5.96 0.0925
B:MEZCLA 0.64 1 0.64 12.60 0.0381
AB 0.4624 1 0.4624 9.10 0.0569
Error total 0.152386 3 0.0507952
Total (corr.) 1.55729 6
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Diagrama de Pareto Estandarizada para DUREZA
1 2 3
Efecto estandarizado
A:%HUMEDAD
AB
B:MEZCLA
+-
figura 46: Diagrama de Pareto para Dureza
87
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Fuente: Elaboración propia con STATGRAPHICS centurión XVI.
Gráfica de Efectos Principales para DUREZA
96.4
96.6
96.8
97
97.2
97.4D
UR
EZ
A
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA
-1.0 1.0
Superficie de Respuesta Estimada
-1-0.6
-0.20.2
0.61
%HUMEDAD
-1
-0.6
-0.2
0.2
0.6
1
MEZCLA
95
95.4
95.8
96.2
96.6
97
97.4
DU
RE
ZA
Gráfica de Interacción para DUREZA
95
95.4
95.8
96.2
96.6
97
97.4
DU
RE
ZA
%HUMEDAD
-1.0 1.0
MEZCLA=-1.0MEZCLA=-1.0
MEZCLA=1.0
MEZCLA=1.0
figura 47: Efectos principales para Dureza
figura 48: Interacción para Dureza
figura 49: Superficie de respuesta estimada
88
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Plasticidad
Delos resultados obtenidos en la tabla 7 se puede apreciar una disminución significativa de
la plasticidad al disminuir la humedad de 16% a 13 % de 12.66 a 6.5 mm. con alto porcentaje
de caolín. Asimismo, si disminuimos el porcentaje de caolín con alta humedad la plasticidad
disminuye de 12.66 a 12 mm. y si disminuimos el porcentaje de caolín con baja humedad la
plasticidad disminuye de 6.5 a 5.83 mm. La disminución máxima de la plasticidad se da
cuando se disminuye el porcentaje de caolín y humedad, variando la plasticidad de 12.66 a
5.83 mm. Se puede afirmar que la humedad es directamente proporcional a la plasticidad de
la masa. Según Facincani (1993) “el agua proporciona plasticidad a la mezcla. El contenido
en “arcilla”, finura de las partículas elementales y la cantidad de agua, suponen una mejora
de calidad del producto; pero también puede suponer inconvenientes importantes cuando la
calidad supera el nivel exigido, pues en este caso, la materia prima utilizada presenta claras
dificultades en el proceso productivo.
la materia prima básica para la fabricación del ladrillo es una mezcla, más o menos
natural, de arcilla y de otros componentes, la mezcla final de arcillas se prepara con
porcentajes de humedad variables, en función de la materia prima, de los tipos de productos
deseados y de las maquinas empleadas.”
Contracción
De los resultados obtenidos en la tabla 11 se puede apreciar una disminución significativa
de la contracción al disminuir la humedad de 16% a 13% de 3.09 a 1.76% manteniendo el
porcentaje de caolín en el nivel bajo. Asimismo, al disminuir el porcentaje de caolín
manteniendo el nivel alto de humedad la contracción disminuye de 3.38 a 3.09%. La mayor
diferencia en la contracción se da al disminuir el porcentaje de caolín y humedad variando
la contracción de 3.38 a 1.76%.
En la tabla 11 se muestra los resultados estadísticos, en el que se aprecia que él%
humedad, la mezcla y su interacción entre ambas tienen un efecto directo sobre la
contracción. Teniendo el %humedad y la mezcla un efecto que es directamente proporcional
a la contracción.
89
Durante el secado, el agua que envuelve la superficie de las partículas de arcilla
gradualmente adelgaza su espesor, las partes solidas se acercan y provocan una reducción
del volumen (contracción). La cantidad de contracción está estrechamente ligada al agua. Si
la pérdida de agua no se realiza de modo relativamente uniforme en todo el conjunto de la
pieza, se provocan roturas o tensiones desequilibradas que reducen la resistencia del
producto. Además, la adición de desgrasantes como la arena en la mezcla provoca una
disminución en la contracción del secado, esto es notorio en nuestras pruebas ya que en las
muestras con mayor porcentaje de tierra la contracción fue menor.
Densidad
En la tabla 15 podemos observar que la mayor densidad se da a porcentajes altos de caolín
con un nivel bajo de humedad (2.77 grs/cm3), también podemos observar que al aumentar
el porcentaje de humedad la densidad disminuye de 2.55 a 2.25 grs/cm3 en el nivel bajo de
caolín y de 2.79 a 2.77grs/cm3 en el nivel alto de caolín, lo que nos indica que la densidad
es inversamente proporcional al porcentaje de humedad. De la misma manera la densidad
más baja se dio con nivel bajo de caolín y un nivel alto de humedad. Los resultados
estadísticos nos muestran que la humedad, la mezcla y la interacción de ambas tienen efecto
significativo sobre la densidad, así la humedad tiene un efecto inverso mientras que la mezcla
y la interacción de ambos un efecto directo.
Esto es debido a que las partículas de arcilla en polvo en mayor cantidad hacen que la
masa sea menos porosa. Por el contrario, la humedad excesiva hace que ladrillo tenga mayor
volumen por lo mismo que sufre mayor contracción. Para hallar la densidad se utilizó la
siguiente fórmula:
𝐷 =𝑚
𝑣
Donde:
D= densidad
m= masa
v= volumen
La máxima compacidad y la mínima porosidad se tienen cuando el reparto granulométrico
comprende una grande y gradual variación de diámetros (equivalentes), tal que los gránulos
más pequeños se coloquen dentro de los huecos dejados por los más grandes.
90
Resistencia a la compresión
La tabla 19 nos muestra claramente que a mayor cantidad de caolín hay mayor resistencia a
la compresión mecánica siendo con el nivel bajo de humedad el de mayor valor
49.35kg/cm2. Las muestras con mayor porcentaje de humedad, tanto con nivel alto y bajo
de caolín registraron menores valores. Los resultados estadísticos nos muestran que la
mezcla tiene un efecto directo sobre la resistencia a la compresión, mientras que la
interacción de la mezcla y el porcentaje de humedad tiene un efecto inverso. Según Facincani
(1993) “la resistencia mecánica del producto cocido depende directamente de los porcentajes
de los componentes arcillosos y su dimensión granulométrica, dado que los enlaces están
influenciados notablemente por la subdivisión y finura granulométrica y por la gran
reactividad superficial, que promueve y acelera las reacciones de cocción.
La composición química adecuada tanto en la formación de fases liquidas con la presencia
de óxidos alcalinos (sodio y potasio) o alcalinotérreos (calcio y magnesio), como en el
favorecimiento de las transformaciones químicas y recristalizaciones. También los
porcentajes de los componentes inertes en lo que se refiere a resistencia mecánica del
producto en seco, pero activos en la fase de cocción (esquicios duros, basalto, etc.).”
Porosidad
En la tabla 23 podemos observar que la mayor porosidad se da en las condiciones de menor
porcentaje de caolín y mayor porcentaje de humedad 0.40 (40%), también podemos observar
que al incrementar el porcentaje de caolín la porosidad disminuye de 0.39 a 0.35 con el
porcentaje menor de humedad y de 0.40 a 0.37 con el porcentaje alto de humedad. Esto nos
indica que la mezcla tiene un efecto inverso en la porosidad. Así también la menor porosidad
se dio con el porcentaje alto de caolín el porcentaje bajo de humedad 0.35 (35%). Los
resultados estadísticos nos muestran que la humedad y la mezcla tienen efecto significativo
sobre la porosidad, así la humedad tiene un efecto directo mientras que la mezcla un efecto
inverso.
Según Facincani (1993), “la porosidad es uno de los atributos más importantes del
ladrillo, como medio de reequilibrio de la humedad en el interior de las habitaciones. En
estado seco la porosidad de un ladrillo depende de las fracciones granulométricas de los
componentes y del modo en que estén mezclados. Durante la cocción, la porosidad aumenta,
como consecuencia del desprendimiento de los gases debidos a la combustión de la materia
orgánica y la descomposición de los carbonatos de magnesio y calcio; comienza a reducirse
91
de tamaño por efecto de las formaciones de fases liquidas, que tienden a llenar los poros
existentes y a provocar la contracción del material.
Las únicas posibilidades de modificación de la porosidad son prácticamente las mismas
que sirven para la modificación de la resistencia mecánica, es decir, la corrección de la pasta
con el incremento del componente “arcilla” o de los fundentes, si se quiere reducir la
porosidad o viceversa.”
Dureza
En la tabla 27 podemos observar que la mayor dureza superficial medido con el método
shore se da en las muestras con menor cantidad de caolín y menor porcentaje de humedad
97.37, el de menor dureza superficial se dio con el nivel alto de caolín y el nivel bajo de
humedad 95.87. Los resultados estadísticos nos muestran que la mezcla tiene un efecto
significativo sobre la dureza, además la mezcla tiene un efecto inverso sobre la dureza, es
decir a mayor cantidad de caolín menor dureza superficial. Estos resultados nos indica la
presencia de una cantidad importante de arena en el porcentaje de tierra de tierra utilizada
en la mezcla, esta al contener sílice, el cual tiene efectos como la reducción de la plasticidad,
disminuye la contracción en el secado y cocción, reduce la resistencia mecánica, reduce la
refractariedad o temperatura de vitrificación, aumentando la dureza del ladrillo.
CONCLUSIONES
La masa cerámica para la fabricación del ladrillo H15 en la ladrillera Sagitario se optimiza
según los ensayos realizados aumentando la cantidad de caolín en la mezcla y reduciendo y
manteniendo el porcentaje de humedad, con esto lograríamos un ladrillo con mejores
propiedades. Teniendo como variable de control la plasticidad que sería medido por el
método Pfefferkorn, además se determinó que a una humedad del 14.5% se consiguieron los
mejores resultados en plasticidad 8.1mm, contracción 3.1% y densidad de 2.8 gr/cm3.
El método Pfefferkorn y el uso de su equipo, el cual replicamos, se determinó el efecto
directo que tiene la humedad y la mezcla de materia prima sobre la plasticidad de la masa.
Así se pudo determinar que la variación de humedad en solo 3 puntos porcentuales de 13 a
16% conlleva a una variación importante en la plasticidad que va de 12 a 5.8 mm, la
contracción de 1.7 a 3.1% y la densidad de 2.3 a 2.57 gr/cm3. Esto nos hace notar la
importancia de mantener una humedad constante.
92
La prensa modelo elaborada para el presente trabajo de investigación, demostró en la
práctica su eficacia, ya que las muestras obtenidas a través de ella sirvieron para realizar los
ensayos de contracción, densidad, resistencia a la compresión, porosidad y dureza,
obteniendo resultados válidos.
Los resultados determinaron que la densidad se mejora con la utilización de más caolín
en la mezcla (60/40) y menor porcentaje de humedad, en contraparte la porosidad disminuye,
teniendo así un ladrillo con mejores características. Aquí también vemos la importancia de
tener un control estricto del porcentaje de humedad de la masa.
Los resultados estadísticos nos mostraron que hay efecto directo de la mezcla sobre la
resistencia del ladrillo, los ensayos mostraron mejores resultados de resistencia aquellos que
tuvieron mayor cantidad de caolín y menor porcentaje de humedad, estos resultados también
se dieron con la densidad y la porosidad hallada es decir a mayor densidad menor porosidad
y mayor resistencia.
La granulometría mostro que los mejores resultados se dieron con la mezcla 60/40, es
decir mayor porcentaje de caolín, teniendo un módulo de fineza de 3.79, siendo menor esta
al de las demás mezclas, indicando una mezcla de grano más fino. Esta fue la mezcla que
ofreció mejores resultados en los ensayos de densidad, resistencia a la compresión y
porosidad en forma directa.
RECOMENDACIONES
Promover el uso del equipo Pfefferkorn como método de ensayo para determinar la
plasticidad cerámica, además como aporte a un cambio de metodología de trabajo donde se
haría seguimiento de la plasticidad y humedad de la masa, sobre todo cuando haya un cambio
en la materia prima y varíe el punto de plasticidad o humedad.
Se recomienda la mejora de la prensa modelo sobretodo en la parte motriz (sistema
de empuje) y una cámara de vacío, así como también la elaboración de otros moldes para las
pruebas de los diferentes productos que elabora la empresa.
93
Se recomienda instalar un SISTEMA DE CONTROL DE HUMEDAD AUTOMATICO
(ver anexo 4), el cual mantendría el porcentaje de humedad constante y evitar variaciones en
la plasticidad, contracción y densidad del ladrillo H15.
Se recomienda la implementación de un laboratorio donde se pueda disponer de los
instrumentos básicos que permitan medir parámetros además de la plasticidad como
densidad, contracción, alabeo, y resistencia si es posible, dado que son controles que en la
actualidad no se vienen dando y que son de mucha importancia para asegurar la calidad del
producto.
Se recomienda en lo posible el uso de un mayor porcentaje de caolín en la mezcla para la
elaboración del ladrillo H15, ya que esto unido a un mejor control de humedad mejora
notablemente la resistencia a la compresión del ladrillo que es la característica más
importante del ladrillo cocido.
Se recomienda mejorar el proceso de molido, tanto de la tierra como del caolín. Una buena
opción sería independizar los molinos, un molino por cada línea de producción, ya que se ha
observado que las dos líneas de producción no producen lo mismo al mismo tiempo, si la
línea uno produce techo 15, que necesita un molido más fino, la línea dos produce ladrillo
King-Kong el cual al tener las paredes más gruesas necesita otro tipo de mezcla.
94
REFERENCIAS
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arcillas y preparación de pastas cerámicas para la fabricación de tejas y ladrillos en la región
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Vega, A. y Díaz, Y. (2014). Aprovechamiento de los gases generados por el horno
Hoffman para mejorar la zona de secado en la ladrillera Ocaña, Recuperado
deURL:repositorio.ufpso.edu.co:8080/dspaceufpso/handle/123456789/255.
Velilla, W. (2009). Diseño y validación de un modelo de extrusora de arcilla. Recuperado
dehttp://hdl.handle.net/10584/116.
96
ANEXOS
Anexo 1: CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
97
Anexo 2: PRESUPUESTO
98
Anexo 3: CERTIFICACION DE ANALISIS DE MATERIA PRIMA
99
100
101
Anexo 4: COTIZACION DE EQUIPO DE CONTROL DE HUMEDAD
102
Anexo 5: EQUIPO PFEFFERKORN
103
104
105
106
107
108
109
110
111
41
Anexo 6: PRENSA MODELO
41
114
41
116
117
118
119
Anexo 7: NORMA NTP 331.017
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
Anexo 8: NORMA NTP 399.613
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
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149
150
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156
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158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
Anexo 9: NORMA NTP 331.040
176
177
178
179
180
181
182
183
184
Anexo 10: NORMA NTP 331.018
185
41
NEXO 11: MEDICIONES DE ENSAYOS
Primera Replica
CONTRACCION
exp. 1 exp. 2 exp. 3
alto (mm) ancho (mm) largo (mm) alto (mm) ancho (mm) largo (mm) alto (mm) ancho (mm) largo (mm)
(-)(-) 38 36.8 76.5 73.9 75.5 73.5 38 36.8 76.5 73.9 59.5 58 38.5 37.3 76.3 73.6 77 75
(+)(-) 37.8 36.6 76 74.8 75 73.8 38.3 37.6 76.2 74.5 77.5 76 37.8 37.5 75.5 74.8 75.7 74.5
(-)(+) 38.5 37.5 77 74.2 78.5 76.2 38.5 37.3 77 74.5 76.7 75 39 38 77.5 75 75.5 73
(+)(+) 38 36.8 76.3 73.8 80 77.5 38.5 37.5 77 74.5 77.3 74.3 38.3 37 76.5 74.3 76.3 74
(0)(0) 38.6 37.3 76.8 74.2 76.4 74.1 38.4 37.3 76.5 74.3 75.7 73.8 38.8 37.3 76.7 74.2 74.8 73
187
Segunda replica
CONTRACCION
exp. 1 exp. 2 exp. 3
alto (mm) ancho (mm) largo (mm) alto (mm) ancho (mm) largo (mm) alto (mm) ancho (mm) largo (mm)
(-)(-) 38.8 37.5 76.2 74.5 75.5 73.8 38.7 37.5 76 74 77 75 38.5 37.4 75.4 73.8 75.5 73.3
(+)(-) 37.8 37 75.5 74.6 75.7 74.3 38.3 37.4 76.2 74.5 77.5 75.9 38.8 37.8 76 74.5 72.5 71
(-)(+) 38.5 37.3 77 74.5 76.7 75 39 38 77.5 75 75.5 73 38.5 37.3 77 74 75.5 73.5
(+)(+) 38.2 37 76.5 74.3 76 74 38 37.6 77 74.4 72.5 70.8 38.5 37.5 77 74.5 77.3 74.3
(0)(0) 38.4 37.5 76.5 74.3 75.7 74.2 38.8 37.3 76.7 74.2 74.8 73 38.6 37.3 76.8 74.2 76.4 74.1
Plasticidad (mm) Contraccion (%)
Plasticidad (mm) Contracción (%)
Exp.1 Exp.2 Exp.3 Exp.1 Exp.2 Exp.3
(-)(-) 6 5.5 6 3.166742 3.121781 3.184101
(+)(-) 12 11 13 2.169661 2.039089 1.115522
(-)(+) 7 6 6.5 3.152875 2.94651 3.129857
(+)(+) 13 12 13 3.291403 3.353352 3.194197
188
Exp.1 Exp.2 Exp.3 Exp.1 Exp.2 Exp.3
(-)(-) 7 6 6 2.684023 2.856456 2.703521
(+)(-) 12.5 11.5 12 1.75095 2.265444 2.257201
(-)(+) 7.5 7 7.5 2.94651 3.129857 3.330767
(+)(+) 11.5 12 12 2.968972 2.319861 3.353352
(0)(0) 9 9.5 8.5 2.460844 3.285491 3.364404
Tercera Replica
CONTRACCION
exp. 1 exp. 2 exp. 3
alto (mm) ancho (mm) largo (mm) alto (mm) ancho (mm) largo (mm) alto (mm) ancho (mm) largo (mm)
(-)(-) 38 36.7 76.5 73.9 75.5 73.5 38 36.8 76.5 73.9 59.5 58 38.5 37.3 76.3 73.6 77 75
(+)(-) 37.8 36.8 75.5 74.3 75.7 74.2 38.3 37.6 76.2 74.5 77.5 76 38.8 37.8 76 74.4 72.5 70.9
(-)(+) 38.5 37.5 77 74.3 78.5 76.2 38.5 37.3 77 74.5 76.7 75 39 38 77.5 75 75.5 73
(+)(+) 38.2 37 76.5 74.3 76 74 38 37.6 77 74.3 72.5 70.8 38.5 37.5 77 74.5 77.3 74.3
(0)(0) 38.6 37.4 76.8 74.3 76.4 74.1 38.4 37.2 76.5 74.3 75.9 74.1 38.8 37.5 76.7 74.3 74.8 73.1
Plasticidad (mm) Contraccion (%)
(0)(0) 8.5 8 8 3.364404 2.828185 3.285491
189
Exp.1 Exp.2 Exp.3 Exp.1 Exp.2 Exp.3
(-)(-) 6.5 5.5 6 3.26053 3.121781 3.184101
(+)(-) 11 10.5 13 2.11801 2.039089 2.350913
(-)(+) 7 8 6.5 3.106319 2.94651 3.129857
(+)(+) 11 12 13.5 2.968972 2.366292 3.353352
(0)(0) 8.5 9 8 3.225736 2.871975 3.007465
Densidad real y Porosidad
Peso seco dep. + agua
dep. + agua +ladrillo
Ladr. Saturado
Vgeometrico Vabsorbido
Densidad real
Porosidad abierta
(-)(-) 196.2 974.9 1094.4 226.8 76.7 30.6 2.55801825 0.39895698
(+)(-) 189.5 965.7 1071.2 223.3 84 33.8 2.25595238 0.40238095
(-)(+) 186.8 974.9 1094.9 210.4 66.8 23.6 2.79640719 0.35329341
(+)(+) 170.4 965.7 1074.8 193.5 61.3 23.1 2.77977162 0.37683524
(0)(0) 192.5 974.9 1095 220.3 72.4 27.8 2.65883978 0.3839779
(0)(0) 191.8 974.9 1094.4 219.4 72.3 27.6 2.65283541 0.38174274
(0)(0)1 188.8 965.7 1083.4 216.5 71.1 27.7 2.65541491 0.38959212
proc. 199.5 965.7 1083 234.6 82.2 35.1 2.4270073 0.4270073
Dureza
190
Toma 1 Toma 2 Toma 3 Toma 4 Toma 5 Toma 6 Toma 7 Toma 8 Promedio
(-)(-) 98 99 95 96 99 97 96 99 97.375
(+)(-) 98 97 97 98 96 99 96 97 97.25
(-)(+) 99 94 95 96 95 95 96 97 95.875
(+)(+) 98 96 97 98 97 96 97 98 97.125
(0)(0) 98 96 96 97 96 97 95 97 96.5
(0)(0)1 95 98 96 97 97 96 98 98 96.875
(0)(0)2 95 97 98 95 96 98 98 97 96.75
proc. 95 97 96 97 99 96 96 99 96.875
41
-/- Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
Peso Área (cm²)
Carga máxima Fr (Kg/cm²) Muestra KN Kg
1 7.45 7.37 3.68 54.95 1,691.10 30.78
2 6.99 7.29 3.70 50.98 1,929.91 37.86
3 7.35 7.29 3.70 53.60 1,438.69 26.84
Promedio 31.83
+/- Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
Peso Área (cm²)
Carga máxima Fr (Kg/cm²) Muestra KN Kg
1 7.38 7.38 0.00 54.49 2,054.17 37.70
2 7.50 7.36 0.00 55.24 1,603.73 29.03
(3)4 7.02 7.31 0.00 51.29 1,611.49 31.42
Promedio 32.72
-/+ Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
Peso Área (cm²)
Carga máxima Fr (Kg/cm²) Muestra KN Kg
1 7.363 7.333 3.74 53.99 3,751.09 69.48
2 7.50 7.32 3.68 54.94 2,560.92 46.61
3 7.24 7.28 3.70 52.65 1,757.11 31.98
Promedio 49.36
+/+ Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
Peso Área (cm²)
Carga máxima Fr (Kg/cm²) Muestra KN Kg
1 7.33 7.31 3.70 53.58 1,693.04 31.60
2 7.62 7.33 3.67 55.79 1,755.17 31.46
3 7.38 7.35 3.70 54.21 1,964.86 36.25
Promedio 33.10
192
0/0 Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
Peso Área (cm²)
Carga máxima Fr (Kg/cm²) Muestra KN Kg
1 7.46 7.40 3.69 55.25 1,941.56 35.14
2 7.25 7.33 3.70 53.19 2,749.25 51.69
3 7.34 7.48 3.70 54.90 1,652.27 30.10
Promedio 38.98
proceso Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
Peso Área (cm²)
Carga máxima Fr (Kg/cm²) Muestra KN Kg
1 7.53 7.33 3.70 55.24 1,947.38 35.25
2 7.43 7.35 3.71 54.65 1,382.39 25.30
3 7.73 7.34 3.70 56.71 2,007.57 35.04
Promedio 31.86
