MANUAL DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA INDUSTRIA...
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1 MANUAL DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA INDUSTRIA LADRILLERA 3°Edición MANUAL DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA INDUSTRIA LADRILLERA
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MANUAL
DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
EN LA INDUSTRIA LADRILLERA
2°Edición
3°Edición
MANUAL
DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
EN LA INDUSTRIA LADRILLERA
2
PROGRAMA DE EFICIENCIA
ENERGÉTICA EN LADRILLERAS
DE AMÉRICA LATINA PARA
MITIGAR EL CAMBIO
CLIMÁTICO – EELA
Setiembre - 2015
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Institución Ejecutora Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación (MCTI) Ministro: José Aldo Rebelo Figueiredo Instituto Nacional de Tecnología (INT) Director General: Domingos Manfredi Naveiro Coordinación de Tecnologías Aplicadas Coordinador: Antonio Souto de Siqueira Filho División de Energía Jefe: Maurício Francisco Henriques Júnior Co-ejecución Fundación de Ciencia, Aplicaciones y Tecnologías Espaciales (FUNCATE) Programa de Eficiencia Energética en la Industria de Cerámica Roja - Proyecto EELA Coordinador: Joaquim Augusto Pinto Rodrigues Cooperación Internacional Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (COSUDE) Swiss Foundation for Technical Cooperation (Swisscontact) Autores Maurício F. Henriques Jr. Marcelo Rousseau Valença Schwob Joaquim Augusto Pinto Rodrigues Revisión Julia Santos Nunes de Campos Diagramación y Proyecto Gráfico Jeferson T. Barros, Ricardo Fontes Vivian F. D. de Souza y Gil Brito (DvDI/INT)
23 Para el caso que no cuente con informaciones sobre la masa específica de la leña o del residuo de
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E PRESENTACIÓN El programa Eficiencia Energética en Ladrilleras de América Latina para Mitigar el Cambio
Climático (EELA) busca contribuir a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
(GEI) en la industria ladrillera de América Latina (AL) y mejorar la calidad de vida de la
población involucrada. Este programa es financiado por la Agencia Suiza para el Desarrollo y la
Cooperación (COSUDE), y ejecutado por Swisscontact con sus socios en siete países: Argentina,
Bolivia, Brasil, Colombia, Ecuador, México y Perú.
El presente Manual de Eficiencia Energética forma parte de un conjunto de herramientas e
instrumentos que buscan proveer a las empresas información técnica para una producción
más eficiente energéticamente, más limpia y sostenible.
El texto se divide en siete partes principales donde se presentan diferentes alternativas
para reducir el consumo de energía en las empresas: mejora del proceso de combustión,
recuperación del calor, colocación de piezas en el interior del horno, empleo de residuos como
parte de la masa cerámica, aislamiento térmico, empleo de boquillas de cerámica y uso de
hornos más eficientes. Este conjunto de medidas técnicas, además de proporcionar un ahorro
de energía térmica, también resulta en la mejora de la calidad de los productos, reduciendo las
pérdidas en la producción.
Finalmente, se presenta en el anexo el concepto de consumo específico de energía y un ejemplo
que puede ayudar a los empresarios a conocer mejor la eficiencia en sus procesos productivos y
de los costos efectivos en energía.
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Contenido
1| INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 6
2| EFICIENCIA ENERGÉTICA ............................................................................................... 7
3| USO EFICIENTE DE ENERGÍA ........................................................................................ 8
3.1. MEJORA DE LA COMBUSTIÓN ................................................................................... 10
3.1.1 EMPLEO DE AIRE FORZADO (INYECCIÓN DE AIRE) .................................................. 11
3.1.2 USO DE LEÑA TROZADA .......................................................................................... 12
3.2. RECUPERACIÓN DEL CALOR ....................................................................................... 13
3.2.1 RECUPERACIÓN PARA SECADOR ............................................................................. 14
3.2.2 RECUPERACIÓN PARA HORNO ................................................................................. 15
3.3. ACOMODO DE LAS PIEZAS EN LOS HORNOS ........................................................... 16
3.4. EMPLEO DE RESIDUOS EN LA MASA CERÁMICA ..................................................... 17
3.5. MEJORÍA DEL AISLAMIENTO TÉRMICO ................................................................... 18
3.6. EMPLEO DE BOQUILLAS DE CERÁMICA DURA ......................................................... 19
3.7. EMPLEO DE HORNOS MÁS EFICIENTES .................................................................. 19
ANEXO 1. CONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGÍA .............................................................. 23
ANEXO 2. EJEMPLO DE CÁLCULO DEL CONSUMO ENERGÉTICO ESPECÍFICO ................. 25
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1| INTRODUCCIÓN
Este manual presenta conceptos e información técnica sobre el desempeño de hornos
eficientes para la industria ladrillera, presentando conceptos y datos relacionados al
uso de la energía y la calidad de los productos finales.
La información técnica incluidas en este manual proviene de la experiencia
obtenida en el marco de las actividades del Programa EELA, los resultados obtenidos
producto de la operación de los hornos han resultado en diferentes aspectos positivos
como la reducción en el consumo de combustible, lo que representa la reducción de
emisiones de gases de efecto invernadero a partir del uso de estos modelos de hornos
energéticamente eficientes; asimismo, este ahorro representa para las empresas
ladrilleras mejoras a nivel de la productividad y la competitividad, además de la mejora
de la calidad del producto final.
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2| EFICIENCIA ENERGÉTICA
El concepto de eficiencia energética está relacionado al uso óptimo de los recursos
energéticos sin alterar la producción de la industria de ladrillos, buscando explorar
diversas posibilidades para la reducción del consumo de energía que además
represente ventajas a nivel económico y ambiental.
La eficiencia energética puede comprender desde medidas simples y de bajo costo
(engrosamiento de las paredes del horno, reacomodo de los ladrillos al interior del
horno, etc.), hasta otras medidas mucho más complejas y caras (como el cambio a
hornos continuos altamente eficientes), pero que aun así pueden presentarse
económicamente atractivas. Por lo tanto, a mayor empleo de técnicas, equipos y
procesos más eficientes, menor será el consumo de energía y por ende el gasto en
este recurso.
Para tener una idea de cuán eficiente o no es una empresa ladrillera, una manera muy
común y simple para determinarla es conocer su consumo específico de energía, ya
sea por el consumo de combustible, por el consumo de energía eléctrica, para luego
compararlo a nivel de otras empresas que presenten el mismo tipo de producción.
Este consumo específico de energía está dado por la relación entre el consumo de
energía (por ejemplo el consumo de leña), dividido entre la producción (reportada en
mil piezas o en toneladas), obteniéndose un indicador que podrá indicarnos si la
empresa haciendo un uso eficiente o no de la energía e indicarnos a cuántos
productores potenciales sería posible apoyar para la mejora con relación al estado de
producción actual.
Así, sabiendo que es posible economizar energía, es importante evaluar algunas
alternativas u opciones tecnológicas en relación a los tipos de hornos, conforme se
presenta a continuación, de modo que los productores puedan optar por el modelo de
horno que cumpla sus expectativas con relación a la mejora de su proceso productivo.
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3| USO EFICIENTE DE ENERGÍA
En ocasiones, algunas de las medidas tecnológicas propuestas para el uso eficiente de
la energía pueden parecer económicamente inviables o imposibles de aplicar; en la
práctica esto no es algo tan cierto, pues algunas medidas permiten obtener logros
adicionales asociados al ahorro de energía, lo que al final es un gran beneficio para el
productor. Este es el caso de medidas técnicas que pueden beneficiar, además del
ahorro en el consumo de energía y/o combustible, en el incremento de la cantidad de
ladrillos producidos, en la reducción de pérdidas por lote de ladrillos producidos y, en
algunos casos, hasta en un aumento de la producción de piezas de primera calidad;
pudiendo también tener la posibilidad de producir nuevos productos o piezas de
mayor valor.
Por ello, es importante contabilizar todas estas ganancias cuando se piensa invertir en
la implementación de acciones y proyectos de eficiencia energética. De cualquier
forma, la implementación de proyectos y modificaciones en una empresa debe estar
precedida por una evaluación cuidadosa de las ventajas y posibles desventajas de las
tecnologías. En el caso de los hornos, el calor producido en la combustión se distribuye
hacia varios puntos, pero solo una parte es utilizada por la cocción de los ladrillos y/o
tejas. La mayor parte se pierde en los gases de combustión (humo) que salen del
horno por la chimenea, otra parte se queda almacenada en las paredes y en el techo
(o bóveda) y otra parte se queda retenida en los propios productos cocidos; esto es
considerado como pérdida de calor. En la Figura 1 se muestra la distribución del calor
durante el proceso de quema.
Figura 1. Flujo de calor en hornos de producción de ladrillos
2
Pérdidas de calor en horno cerámico:
4
4 4
5 4
7
3 1
6
9
En la figura se han indicado con números las diferentes situaciones relacionadas con la
pérdida de calor:
a. Suministro de calor/quema de combustible
b. Pérdida de calor en los gases de combustión/chimenea
c. Pérdidas en aberturas y rendijas
d. Pérdidas a través de paredes y techo/bóveda
e. Calor acumulado en las paredes del horno
f. Calor acumulado en las piezas producidas
g. Calor útil absorbido por las piezas en la cocción
La cocción de piezas en el horno es la principal etapa del proceso de fabricación de
productos en términos energéticos, haciendo uso, en general, del 95% de toda la
energía térmica demandada por la empresa. El 5% restante está relacionado con el
proceso de secado, sólo en aquellas empresas que han implementado este proceso.
Por lo tanto, lo ideal es que se pueda producir utilizando la menor cantidad de energía
posible, lo que puede conseguirse destinando una menor cantidad de calor en los
puntos identificados en la figura anterior que constituyen pérdidas o,
alternativamente, buscar algún tipo de recuperación de este calor para usarlo en el
proceso productivo, como es el caso del secado de las pieza en un área cerrada.
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3.1. MEJORA DE LA COMBUSTIÓN
Para tener una buena operación en un horno y generar productos de calidad, es
importante tener una buena combustión. Este proceso transforma la energía química
del combustible en calor que, a su vez, es transmitido hacia la carga procesada (tejas,
ladrillos o baldosas).
Una buena combustión exige una serie de cuidados, pero debe partir de un correcto
dimensionamiento de las hornillas o cámaras de combustión (volumen y forma de la
cámara de acuerdo al tipo de combustible y la carga a ser procesada). Por ejemplo, una
cámara de combustión muy pequeña, alimentada con mucha leña, puede no recibir
aire suficiente para una buena quema, y generar mucho hollín y desperdicio de
energía.
Por lo tanto, cada tipo de combustible (leña, petróleo o gas) debería implicar una
hornilla específica para conseguir una combustión bien dirigida y equilibrada (sin
desperdicio y sin hollín).
Leña Aire Calor
Energía Térmica
Oxígeno
Calor Energía Térmica
Esquema de combustión
Combustible
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Debe realizarse un control de
quema, lo ideal sería realizarlo
a través del monitoreo de la
cantidad de aire presente en la
combustión. Esto puede ser
hecho con pruebas de CO2 (gas
carbónico) o de O2 (oxígeno).
Pero como ese control es difícil
en el trabajo cotidiano, lo ideal
es que se cuente con una
alimentación continua de
combustible y observar la
intensidad del alimentador
automático de combustible, la radiación de las llamas y si hay o no producción de
hollín en la chimenea. El exceso de hollín representa mala combustión por falta de aire
y consecuente pérdida de energía. La alimentación continua reduce las fluctuaciones
en la combustión y garantiza un mejor aprovechamiento del calor producido en la
quema.
Además del correcto dimensionamiento de las cámaras de combustión, del control de
combustión y de la alimentación lo más continua posible, la inyección de aire y el uso
de leña trozada o aserrín pueden ser de bastante ayuda.
3.1.1 EMPLEO DE AIRE FORZADO (INYECCIÓN DE
AIRE) La inyección de aire de
combustión por medio de
ventiladores (aire forzado),
cuando es bien operado,
puede permitir la reducción
del tiempo de quema y del
consumo de combustible en el
orden de 30%, así como la
mejora en la calidad del
producto por el adecuado
suministro de calor a la carga
del horno.
Esta solución pueda reducir
Alimentador automático de combustible
Inyección de aire de combustión
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Ejemplo de uso de leña trozada
problemas frecuentes de mala distribución del calor en hornos, evitando la quema con
llama de color amarillenta, lo que indica combustión ineficiente. Evidentemente se
genera un consumo de electricidad con los ventiladores, que puede ser compensado
por la economía de leña.
3.1.2 USO DE LEÑA TROZADA La forma de la leña o del residuo de la biomasa (troncos, ramas, astillas, etc.) empleada
como combustible interfiere mucho en el proceso de combustión. Cuanto más
pequeña sea el combustible (en forma de astillas, chips o aserrín), la quema es más
fácil y requiere menos aire de combustión; a menor cantidad de aire de combustión
(cuidando los límites mínimos), menor será la pérdida de calor en los gases de
combustión en la chimenea y el proceso será más económico.
De la misma forma, la presencia
de agua en el combustible (leña
muy húmeda) perjudica el
proceso de combustión. Cuanto
más pequeño es el combustible,
la pérdida de la humedad
presente más fácil y rápida, así
no dificulta la quema pues no
requiere del calor de
combustión para secarlo. Así,
cuando la leña está trozada, se
reduce inmediatamente el porcentaje de agua en la combustión, disminuye la
demanda de aire para la quema del combustible, dando como resultado la inmediata
disminución de la pérdida de calor en el proceso de combustión.
Una tercera ventaja se relaciona con el control de la combustión y de la temperatura
en el interior del horno, que se hace posible por emplearse un producto (leña) más
homogéneo, cuando está trozado.
El empleo de leña trozada puede proporcionar economía en el uso de combustible de
hasta 20%. Astillas, chips o aserrín pueden ser suministrados mediante dosificadores lo
que permite una combustión homogénea sin emisiones de hollín.
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3.2. RECUPERACIÓN DEL CALOR Los hornos para producción de ladrillos, aun los mejores, presentan por lo general
pérdidas de calor del orden de 30 a 60%, a través de los gases de extracción, así como
en la etapa de enfriamiento. Por lo tanto, se trata de una proporción muy elevada y
que puede ser aprovechada en muchas situaciones.
Las recuperaciones típicas posibles son para uso en estufas o secadores de piezas
crudas o en el precalentamiento de la carga a ser quemada. Cada tipo de horno
posibilitará uno u otro tipo de aprovechamiento, permitiendo economías entre 15% y
30%.
Aire de combustión con exceso de 90%
800 °C
CO2 (10,5%)
Reducción del Consumo de Leña de 20%
Aire de combustión con exceso de 40%
800 °C
CO2 (14%)
Reducción del consumo de leña de 20%
Comparativo entre leña en leños o troncos y leña trozada
............E.s.tu.f.a.............. Aire
caliente
para estufa Válvula
compuerta
cerrada
Válvula
compuerta
abierta
Insuflamiento
de aire Chimenea
HORNO
Quemando
HORNO
Enfriando Válvula Válvula
compuerta compuerta
abierta cerrada Insuflamiento
de aire
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3.2.1 RECUPERACIÓN PARA SECADOR La recuperación de calor en hornos
cerámicos para secado de piezas es
una práctica bastante usual. Varios
tipos de hornos permiten la
recuperación de aire caliente en la
fase de enfriamiento para su uso en la
estufa de secado.
Este procedimiento se hace a través
de la inyección de aire frío a través de
las puertas en la cámara o en el horno
una vez terminada la quema, el aire
caliente es retirado a través de ductos
con la ayuda de un extractor.
El mayor desafío en este tipo de iniciativa es conjugar la operación continua de un
secador con la operación, que en general no es continua en los hornos. La forma de
lograr eso es complementando el calor necesario a través de la instalación de una
hornilla auxiliar.
Ejemplo de secado de piezas en
estufa (secador)
............E.s.tu.f.a.............. Aire
caliente
para estufa Válvula compuerta
cerrada
Válvula compuerta
abierta Inyección
de aire
Chimenea
HORNO Quemando
HORNO Enfriando
Válvula Válvula compuerta compuerta
abierta cerrada
Inyección de aire
Diseño de la recuperación de calor para estufa (secador)
Aire
caliente
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3.2.2 RECUPERACIÓN PARA HORNO Este proceso es utilizado en algunos
tipos de hornos donde es posible
interconectar las cámaras e incluso
los propios hornos. Así, es posible
hacer el precalentamiento de los
productos en una cámara en la que
aún no se ha quemado
aprovechando los gases calientes de
la cámara que está siendo
quemada.
La recuperación de calor puede ser
hecha en hornos tipo cámara, como
el paulistinha, bóveda, Hoffmann, cedan, entre otros.
En los hornos intermitentes (por lotes), por ejemplo, del tipo abovedado (colmena),
debe tenerse cuidado de no interferir negativamente en la quema en el horno que está
operando, donde el control de temperatura debe ser bien monitoreado.
.............E.s.tu.f.a.............
Válvula compuerta
cerrada
Válvula compuerta
cerrada
Chimenea
HORNO
Precalentando
HORNO
Quemando Válvula Válvula compuerta compuerta abierta cerrada
Gases calientes de combustión
Quemando
Precalentando
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3.3. ACOMODO DE LAS PIEZAS EN LOS HORNOS La disposición de las piezas cerámicas en el interior de los hornos es de gran
importancia no sólo para una buena eficiencia de la quema, sino también para
conseguir una mayor proporción de productos de primera calidad y más uniformes.
Los productos deben acomodarse y alinearse de forma tal que permitan una buena
circulación de los gases calientes de combustión entre las piezas cerámicas, de modo
que se vuelva más homogéneo el intercambio de calor con la carga del horno,
alcanzando la temperatura correcta de quema y el tiempo necesario para la
sinterización de los poductos.
La reducción de consumo energético y tiempo de operación puede ser del orden de
5%, y el incremento de piezas de primera calidad puede ser aún mayor, recordando
que este procedimiento no presenta un costo de inversión, sólo un cambio en el
ordenamiento de las piezas al interior del horno.
Acomodo tradicional de tejas siempre en la misma posición (compactadas) y sin espacios para el paso de los gases calientes
Acomodo propuesto con espacios para el paso de los gases calientes
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3.4. EMPLEO DE RESIDUOS EN LA MASA CERÁMICA
Es posible aprovechar algunos tipos de residuos agrícolas e industriales en la
producción de ladrillos. Estos residuos pueden ser: carbón triturado, coque de
petróleo, aserrín, fibra de papel, petróleo residual, entre otros. Estos materiales son
empleados mezclándolos con la masa cerámica en proporciones entre 1% a 5% en
peso, dependiendo del tipo de residuo. En el caso de la fabricación de tejas, no se
aplica este procedimiento, pues generalmente ocurre un aumento de la porosidad de
la pieza cerámica y de absorción de agua.
La economía en el combustible utilizado pueda variar entre 10% y 15%, adicionalmente
la calidad del producto puede mejorar, en especial la resistencia mecánica. También
puede economizarse por un menor uso de la energía eléctrica en la extrusora/prensa,
pues la arcilla cruda se torna más plástica.
HORNO
Arcilla (95%) Carbón triturado
(5%) Agua Reducción de 10% a 15% del consumo de leña
Boquilla Secado
Corte
Extrusora (reducción de 3% - potencia eléctrica)
Esquema de residuos en la masa cerámica
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3.5. MEJORÍA DEL AISLAMIENTO TÉRMICO La eficiencia de los hornos puede mejorar con el uso de sistemas adecuados de
aislamiento térmico, buscando reducir las pérdidas de calor por radiación y convección
en las paredes y el techo del horno. Estas pérdidas pueden alcanzar porcentajes de
hasta 30% de la energía térmica total suministrada a través de la quema de
combustible.
El aislamiento térmico se consigue con el empleo de capas externas de ladrillos
aislantes después de las capas internas de refractarios. En algunos hornos también
pueden emplearse mantas y coberturas de fibra cerámica al interior del horno,
principalmente en aquellos donde no hay contacto físico con empleados y materiales.
Finalmente, el dimensionamiento adecuado de las paredes y el perfecto sellado de
puertas y hornillas también contribuyen a una mayor economía de la energía. La
economía conseguida por el uso de material aislante apropiado es bastante variable,
pero puede representar entre 5 a 12% del consumo de combustible.
Como mejorar el Aislamiento Térmico
1000 °C
1000 °C
127 °C
102 °C
Pared de ladrillo macizo
Fibra Cerámica
Pared de ladrillo macizo
Ca
ra in
tern
a d
el h
orn
o
Cara
ext
ern
a d
el h
orn
o
Cara
extern
a del
horno
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3.6. EMPLEO DE BOQUILLAS DE CERÁMICA DURA A lo largo del tiempo, el perfil de extrusión de acero en la extrusora se va desgastando
por la fricción con los silicatos de la arcilla, lo que conduce a un aumento en el perfil de
la pieza. Como resultado ocurre un aumento gradual del consumo de arcilla (piezas
más pesadas a lo largo del tiempo) y también del consumo de energía eléctrica en el
motor de la extrusora y de calor en las cámaras y hornos.
Otro punto negativo que causa el desgaste acentuado de las boquillas tradicionales de
acero es la alteración de las dimensiones de los productos, dejándolos fuera de la
especificación técnica. Además, el cambio del perfil exige la interrupción del proceso
productivo, lo que trae un aumento de costos para la empresa.
Por lo tanto, es muy importante reducir la frecuencia de interrupciones y las pérdidas
indicadas anteriormente. Esto puede lograrse con el uso de perfiles de cerámica dura
como la alúmina o el zirconio, que sufren menor desgaste, permitiendo así producir
por más tiempo dentro de los estándares técnicos, además de economizar energía.
3.7. EMPLEO DE HORNOS MÁS EFICIENTES Diversas tecnologías de hornos están
presentes en la industria ladrillera.
Muchas de ellas, desde la época colonial
como en el caso de los hornos tipo
campaña (caieira) y caipira (horno
abierto de paredes fijas), cuyos índices
de consumo energético específico son
extremadamente elevados (por encima
de 1 000 Kcal/kg), y baja eficiencia
energética (menos de 25%).
Es decir, aun hoy operan hornos en los que las pérdidas de calor
representan por lo menos 75% de la energía total suministrada por el combustible.
Fuente: Duracer
Horno caipira
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Cabe señalar que algunos hornos pueden tener aparentemente un menor consumo
específico de leña, pero esto no es exacto, depende del porcentaje variable entre la
producción de piezas de primera y de segunda calidad (o de piezas que no cumplen
las normas de calidad).
En muchos lugares se operan hornos intermitentes (por lotes), pero de mejor nivel
tecnológico, como es el caso de los hornos Paulistinha y abovedado (colmena), en los
que los valores de consumo energético específico se encuentran en el rango de 550 a
1 000 kcal/ kg (eficiencia térmica entre 30% y 40%).
En la categoría anterior, se encuentran los hornos semicontinuos, como los del tipo
HORNOS Caipira Paulistinha Abovedado Hoffman Cedan Metálico Móvil
Túnel
Consumo
Específico
de leña
(st/millar)
1,2 a 1,5
1,25 a 1,7
1,15 a 1,6
0,9 a 1,2
0,6 a 0,7
0,7 a 0,8
0,6 a 0,65
Consumo Específico
inferior 795 583 536 418 409 397 341
de Energía (Kcal/kg)
superior 1104 914 860 637 545 519 422
Capacidad
promedio por
quema
millares
23 a 40
30 a 60
60 a 110
35/cámara
28/cámara
50 a 120
100 a 130
ton/día
Piezas de 1ª Calidad %
20 a 40
50 a 70
60 a 80
90
90
90
95
Eficiencia Térmica
promedio (%)
27 35 38 50 54 56 66
Pérdidas de Producción
promedio (%)
10 a 20 5 a 8 2 a 5 < 2 < 2 < 1 < 1
Productos
Te/La
Te/La/Ba/LH
Te/La/Ba
Te/La/Ba/LH
Te/La/Ba/LH
Te/La/Ba/LH
Te/La/Ba/LH
Recuperación de calor
sí/no
No
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Emisión de hollín
Mucho
Poco
Poco
Muy poco
Muy poco
Muy poco
Muy poco
Costo
miles USD
8.3 a 10
33 a 50
33 a 50
250 a 283
133 a 166
150 a 183
366 a 433
Caipira: Horno abierto de paredes fijas. Abovedado: Colmena
Te: Teja; La: Ladrillo; Ba: Baldosa; LH: Ladrillo hueco.
Tomando como base el poder calorífico para la leña de 3 650 kcal/kg, una masa variable de 1 240 a 2 500 kg de productos cerámicos
por millar, admitiéndose la variabilidad del biomasa combustible entre 225 a 320 kg por estéreo y la premisa de que el calor útil para la
quema de 1,0 kg de material cerámico es de 250 kcal, según las premisas para cada tipo de horno.
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Hoffman, Cedan y otras adaptaciones de éstos, además de los hornos de tipo
metálico móvil, con un consumo energético específico entre 400 y 650 kcal/kg y una
eficiencia térmica entre 45% y 55%.
A la cabeza de los más eficientes, se encuentran los hornos de tipo continuo, como el
horno túnel, con valores de consumo energético específico entre 330 y 450 kcal/kg y
eficiencia energética entre 55% y 70%.
Horno cedan Horno abovedado o redondo
Horno Hoffman
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Sin embargo, las ventajas de algunos hornos no se restringen solamente al uso de la
energía, varios tipos permiten obtener mayor cantidad de productos de primera
calidad y menos pérdidas en la producción.
Las emisiones atmosféricas también pasan a constituir un tema importante a tener en
consideración, en particular las de material particulado (hollín). Las instituciones
gubernamentales de medio ambiente de los países están actuando cada vez más en el
control de estas emisiones. En algunos países, las emisiones de hornos ladrilleros se
controlan con valores denominados límites máximos, las emisiones deben ser
monitoreadas periódicamente a través de servicios especializados.
Algunos hornos no pueden cumplir con estos requisitos, como los hornos abiertos, que
no tienen chimeneas, y aún con chimeneas, algunos tipos de hornos emiten mucho
hollín, principalmente cuando son alimentados con leña, por la falta de aire de
combustión en las hornillas. Para atenuar o resolver este problema, una medida que
puede ayudar es el uso de leña trozada con alimentadores continuos, lo que atenuará
la falta de aire de combustión, reduciendo la aparición de hollín. También es posible
acoplar en esos hornos sistemas de lavado de gases.
Los hornos continuos o semicontinuos tienden a emitir menos cantidad de hollín, dada
su arquitectura interna, donde los gases de combustión cambian de dirección y
condiciones para que el material particulado se quede depositado internamente, sin
alcanzar las chimeneas. Como parte del mantenimiento, el material depositado (hollín
y cenizas) deberá ser retirado cada cierto tiempo de los canales internos de los hornos.
Horno túnel
Horno metálico móvil
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ANEXO 1. CONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGÍA
El consumo específico de energía es un índice de gran importancia para la evaluación
del desempeño energético de una industria o de las etapas de su proceso productivo y
hasta de sus principales equipos. También tiene importancia en la evaluación de los
resultados de la implementación de medidas de eficiencia energética (combustible y
electricidad), permitiendo comparar los resultados antes y después de la aplicación de
un nuevo proyecto o equipamiento. La evolución de los valores de consumo
energético específico a lo largo del tiempo permite hacer un seguimiento del
desempeño energético y compararlo con el de otras empresas. Estos valores también
hacen posible la comparación entre distintas tecnologías, por ejemplo, la de los
diversos tipos de hornos existentes. Para esto, se hace necesario establecer
correctamente estos índices a través de mediciones detalladas.
El consumo energético específico se refiere a la cantidad de energía eléctrica o térmica
consumida para la producción de determinado producto. A continuación, se muestran
algunos tipos de índices de consumo energético específico que pueden ser
establecidos en la empresa.
Energía térmica
Estéreo (st) o metro cúbico (m³) o kg de leña por tonelada (t) de producto final o por
millar (1 000 piezas). Idealmente la unidad de control debería ser Kcal/kg de producto
final (kilocaloría por kilo), pero esto requiere aplicar conversión de unidades, conforme
se muestra en el ejemplo presentado más adelante.
Energía eléctrica
kWh/t de arcilla procesada o kWh/t de producto salido del horno o kWh/t de producto
final (descontando las pérdidas). Si para la electricidad tenemos la medición del
consumo mensual (kWh) informado en la cuenta de suministro del distribuidor de
energía eléctrica, para la leña y otros tipos de biomasa (residuos agrícolas e
industriales) es necesaria una evaluación más cuidadosa.
En el caso de la biomasa, su comercialización se da en t (tonelada) o st (estéreo) –
unidad que considera el volumen de 1 m³, pero con la posibilidad de grandes
variaciones de masa en el referido volumen en función de la variación de la forma de
la leña (presencia de ramas, diámetro promedio). El contenido energético también
está influenciado por el tipo de madera empleada y de la mayor o menor presencia de
agua. Así, la masa de un estéreo de leña puede variar, en general, de 150 a 400 kg,
haciendo la evaluación del consumo energético específico de un proceso de
producción a partir del volumen en st en algo totalmente impreciso, siendo necesario
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convertir esa medida en estéreos a masa de combustible (kg o t).
En resumen, debe evitarse el control del consumo específico de energía térmica a
través del índice tradicional st o m³ de leña/millar de producción, considerando las
grandes variaciones posibles de masa de leña por st o m³, así como de masa de
producto por millar. Lo ideal sería pesar la leña consumida (pesado de muestra) y la
producción obtenida (cálculo del masa producida), llegándose a valores de kg (o
tonelada) de leña por kg (o tonelada) de producción. Los valores necesarios para el
cálculo del consumo energético específico deben ser confiables y medidos con rigor.
Además de esto, cierta información necesaria puede obtenerse de tablas técnicas que
el productor deberá tener disponible, como las presentadas a continuación.
Tabla 1: Poder Calorífico Inferior (PCI) de diferentes biomasas
Biomasa PCI Biomasa PCI
Leña (40% agua) 2 400 Semilla de huasai 2 400
Leña seca (12% de agua) 3 680 Cáscara de nueces de Brasil
2 400
Ramas de eucalipto 4 300 Cáscara de palma huahuasú
2 400
Eucalipto 3 800 Cáscara de marañón 2 400
Pinas de pino 4 000 Mimosa tenuiflora 2 400
Aserrín seco (20% de agua) 3 500 Caesalpinia pyramidalis 2 400
Briqueta de aserrín + bagazo de caña (50/50)
4 430 Acacia angico 2 400
Bagazo de caña (20% de agua) 3 200 Algarrobo 2 400
Cáscara de arroz (12% de agua) 3 300 Poda de marañón 2 400
Cáscara de coco 4 000 Carbón vegetal 2 400
PCI: Poder calorífico inferior (Kcal/kg)
Tabla 2. Humedad de la biomasa vs. Poder Calorífico Inferior (PCI)
Humedad % PCI Humedad % PCI 0 4 756 50 2 085
10 4 221 60 1 551 20 3 687 70 1 016 30 3 153 80 482 40 2 619 90 -
En caso no cuente con información sobre la masa específica de la leña o residuo de
biomasa (kg/m³), el empresario puede realizar el pesaje de la leña que va a usar en
la propia fábrica (por ejemplo, pesar entre 3 y 6 metros cúbicos).
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ANEXO 2. EJEMPLO DE CÁLCULO DEL CONSUMO
ENERGÉTICO ESPECÍFICO
Una empresa produce 1 000 millares/mes, siendo 40% tejas (1,1 kg/pieza) y 60%
ladrillos huecos (1,8 kg/pieza). Esto significa que la empresa produce 400 millares/mes
de teja (440 toneladas/mes) y 600 millares/mes de ladrillos huecos (1 080
toneladas/mes), dando como resultado una producción total de 1 520 toneladas/mes.
Entonces, los porcentajes indican una proporción en la producción final en masa de
71% de ladrillos huecos y de 29% de tejas.
Si la empresa consume mensualmente 1 000 m³ de leña (1,0 m³ de leña por millar) con
peso específico de 250 kg/m³ o estéreo, significa que requirió en el referido mes la
masa de 250 000 kg de leña (1 000 x 250). Así, ya tendríamos una relación de consumo
de 250 toneladas de leña por 1 520 toneladas de producción, llevando el valor de
consumo específico a 0,164 t de leña/ tonelada de producto (250 000 ÷ 1 520).
Si esta leña presenta un poder calorífico de 3 000 Kcal/kg (ver tabla según el tipo de
leña), significa que la empresa necesitó 750 millones de Kcal (= 250 000 kg x 3 000
Kcal/kg). Si dividimos este valor entre la producción mensual en kg (1 520 000 kg),
llegaremos al consumo específico de energía térmica de 493 Kcal/kg, que es el valor
que deberá servir de referencia para que la empresa verifique periódicamente su
desempeño energético en la parte térmica.
El consumo de leña del secador, en el caso que exista uno, puede ser adicionado al
cálculo, haciendo el índice aún más realista y preciso. Así, si el consumo de leña en el
horno fuera de 50 m³/mes, el consumo total de leña en la empresa será de 1 050
m³/mes y, siguiendo el razonamiento anterior, llegaríamos a un consumo específico de
energía térmica de 518 Kcal/kg. De esta forma, con este valor de referencia, la
empresa podrá hacer un seguimiento semanal o mensual a su consumo de
combustible o hasta proceder a una comparación con competidores o socios.
Se podrán establecer otros índices, como el referido a la masa procesada de arcilla o a
la producción final menos las pérdidas, ya que todos ellos permitirán una lectura más
analítica de la operación energética a lo largo del tiempo.
