CONAM

MEMORIA DESCRIPTIVA CONSULTORIA:

ESTUDIO DE DEFINICION DE TIPO DE HORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO

Consultores: Ingº. Celso Suma Quispe Ingº Julio Gutiérrez Samanez Ingº. Rodolfo Suma Quispe

Cusco – 2008.

INDICE

RESUMEN........................................................................................................................................................8 MEMORIA DESCRIPTIVA PARA EL ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE TIPO DE HORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO. ................................................................................9 1.- OBJETO DEL PROYECTO:.....................................................................................................................9 ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE TIPO DE HORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO ..............................................................................................................................................9 OBJETIVO ........................................................................................................................................................9 1.1.- INDUSTRIAL.- ..................................................................................................................................9 1.2.- ECONÓMICO.-.................................................................................................................................9 1.3.- LABORAL.- .......................................................................................................................................9 1.4.- AMBIENTAL.- ...................................................................................................................................9 2 ANTECEDENTES. .....................................................................................................................................10 2.1. DIAGNOSTICO DE LOS HORNOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA LADRILLERA DE LA REGIÓN....................................................................................................................................10 2.1.1. DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y FUNCIONAMIENTO DEL HORNO TRADICIONAL. ........................................................................................10 2.1.2. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN:...........................................................................10 2.1.3. CONSTRUCCIÓN O ALBAÑILERÍA DEL HORNO. ...................................................11 2.1.4. CARACTERISTICAS DE UN HORNO LADRILLERO TRADICIONAL ...................11 2.1.5. OPERACIÓN DEL HORNO:............................................................................................11 2.1.6. MANTENIMIENTO.............................................................................................................12 2.2. EVALUACIÓN DE LA EMISIÓN DE GASES TÓXICOS A LA ATMÓSFERA.....................13 2.3. PROBLEMAS ENCONTRADOS EN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS HORNOS TRADICIONALES.........................................................................................................................14 2.3.1.- COMBUSTIÓN INCOMPLETA DE LOS COMBUSTIBLES EMPLEADOS. ..........14 2.3.2.- LA MAYOR PARTE DE LOS HORNOS SON ABIERTOS. ......................................14 2.3.3.- CALIDAD DEFICIENTE DE LOS PRODUCTOS........................................................15 2.3.4.- EXCESIVA GENERACIÓN DE DESPERDICIOS SÓLIDOS....................................15

2.4. EVALUACION TECNICA DE HORNOS .....................................................................................16 2.4.1. EVALUACION DE TEMPERATURA..............................................................................16 2.4.2. BALANCE DE ENERGIA EN HORNOS TRADICIONALES: ......................................18 2.4.3. BALANCE DE ENERGIA EN HORNOS TRADICIONALES CON VENTILADOR:...................................................................................................................18 2.4.4. ELABORACIÓN DE ESTRUCTURA DE COSTOS .....................................................19 2.4.5. DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EQUILIBRIO: ....................................................20 3. ESTUDIO DE HORNOS LADRILLEROS DE BOVEDA EN EL CUSCO.........................................20 3.1.1. PROBLEMAS .....................................................................................................................21 3.2. HORNO SEMI CONTINUO DE VILLA RINCONADA: .............................................................22 3.2.1. CARACTERÍSTICAS: .......................................................................................................22 3.3. SELECCIÓN DEL HORNO APROPIADO PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA DE LA REGIÓN. ..................................................................................................................................22 3.3.1. HORNOS DE BÓVEDA DE TIRO ASCENDENTE: ....................................................23 3.3.2. HORNOS DE CÁMARAS MÚLTIPLES.- .......................................................................23 3.3.3. HORNOS DE BÓVEDA DE TIRO INVERTIDO.- .........................................................24 3.3.4. HORNO JAPONÉS DE BÓVEDA Y TIRO INVERSO.- ..............................................25 3.3.5. HORNO CUSQUEÑO DE BÓVEDA CATENARIA Y TIRO INVERSO.-..................25 3.3.6. HORNO SEMICONTINUO DE CAMARAS.-.................................................................26 3.4. HORNOS CONTÍNUOS .................................................................................................................28 3.4.1. HORNOS DE TÚNEL.- .....................................................................................................28 4. HORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO DEL CUSCO ....................................30 4.1. TAMAÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL HORNO. ..................................................................30 4.2. RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL HORNO:...................................30 4.3. DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y FUNCIONAMIENTO DEL HORNO. .........................................................................................................................................31 4.4. INNOVACIONES PRESENTADAS EN EL HORNO DE CAMARAS MULTIPLES...............32 4.4.1.- HORNO CERRADO CON CÚPULA .............................................................................32 4.4.2.- CHIMENEA........................................................................................................................32

4.4.3.- TIRO INVERSO O DESCENDENTE .............................................................................32 4.4.4.- QUEMA ECOLÓGICA.....................................................................................................32 4.4.5.- AIRE FORZADO CALIENTE..........................................................................................33 4.4.6.- AISLAMIENTO TÉRMICO ..............................................................................................33 4.4.7.- DISEÑO PARA USO DE COMBUSTIBLES DIVERSOS ..........................................34 4.4.8.- RECUPARACIÓN DE LA ENERGÍA RESIDUAL EN EL HORNO DE CÁMARAS..........................................................................................................................34 4.4.9.- CONTROL TÉCNICO DE LA TEMPERATURA..........................................................35 5. INGENIERÍA DEL DISEÑO .....................................................................................................................36 5.1. DESCRIPCIÓN Y CARÁCTERISTICAS DEL HORNO DE CÁMARAS MULTIPLES ........36 5.1.1. CÁMARA DE COCCIÓN.- ...............................................................................................36 5.1.2. CÁMARA DE COMBUSTIÓN.-.......................................................................................36 5.1.3. DUCTOS DE SUCCIÓN.-.................................................................................................36 5.1.4. COMPUERTAS DE EVACUACIÓN DE GASES.- .......................................................37 5.1.5. CHIMENEA.- ......................................................................................................................37 5.1.6. ORIFICIOS DE ALIMENTACIÓN DE CARBÓN.-........................................................37 5.1.7. VENTILADOR.-..................................................................................................................37 5.1.8. EQUIPO ALIMENTADOR DE CARBON......................................................................37 5.1.9. PIRÓMETROS.-.................................................................................................................38 5.1.10.

QUEMADOR AUXILIAR.- ...........................................................................................38

5.1.11.

PLACAS DE REGISTRO.-..........................................................................................38

5.2. CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS O DE ALBAÑILERÍA DEL HORNO: .............39 5.2.1. CIMIENTOS.-......................................................................................................................39 5.2.2. SOBRE CIMIENTOS:........................................................................................................39 5.2.3. PAREDES:..........................................................................................................................39 5.2.4. BÓVEDA: ............................................................................................................................39 5.2.5. REVOQUE DE PAREDES: ..............................................................................................40 5.2.6. DUCTOS DE SUCCIÓN: ..................................................................................................40

5.2.7. CHIMENEA:........................................................................................................................40 5.2.8. CÁMARA DE COMBUSTIÓN: ........................................................................................41 5.2.9. COMPUERTAS O DUCTOS INTERCÁMARAS:.........................................................41 5.2.10.

ORIFICIOS DE ALIMENTACIÓN DE CARBÓN: ....................................................41

5.2.11.

TENSORES METÁLICOS: .........................................................................................41

5.3.

EVALUACION TECNICA Y ECONOMICA DEL HORNO DE CAMARAS ..............42

5.3.1. BALANCE DE ENERGÍA:................................................................................................42 5.3.2. CONSUMO Y COSTO DE COMBUSTIBLE..................................................................42 5.3.3. ESTRUCTURA DE COSTOS: .........................................................................................43 5.3.4. DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EQUILIBRIO: ....................................................43 5.3.5. COMPARACION TECNICA Y ECONOMICA ENTRE HORNOS TRADICIONALES Y DE CAMARAS .............................................................................44 5.3.6. EVALUACIÓN TÉCNICA DEL HORNO EN EL PROCESO DE QUEMA................44 6. PLANIMETRIA ..........................................................................................................................................45 ANEXO............................................................................................................................................................48 ANEXO 1. CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ..............................................................................................48 ANEXO 2. BALANCE ENERGIA.................................................................................................................51 ANEXO 3. .......................................................................................................................................................58 ANEXO 4 ........................................................................................................................................................59

INTRODUCCION

La presente consultoría: “Estudio de definición de tipo de horno apropiado para el sector ladrillero”, licitado por el Programa Regional de Aire Limpio (PRAL) y el Consejo Nacional de Medio Ambiente (CONAM) para la fundación SWISS CONTACT y la Agencia Suiza para el Desarrollo y Cooperación (COSUDE), es producto de ardua labor de los consultores para elaborar un producto que satisfaga las exigencias del documento: Terminos de Referencia en cuyo acápite II expresa lo siguiente: II. Objetivo y resultados Objetivo general: Desarrollar un proyecto definitivo del tipo de horno apropiado para sector ladrillero del Cusco. Objetivo Especifico. Definir el tipo de horno a aplicarse en el sector ladrillero de la ciudad del cusco bajo los siguientes parámetros: -

La mayor eficiencia térmica medida en base a un ladrillo sólido de 24x11.5x8 cm.

-

Capacidad para utilizar combustibles como el carbón mineral y de mayor eficiencia térmica, con posibilidad al reconversión al gas natural.

-

Sistema de instrumentos y control del horno.

-

Posibilidad de producir variedades de productos (ladrillos y tejas).

-

El diseño debe utilizar una tecnología intermedia, adecuada a la zona de aplicación.

-

Facilitar los criterios de asociatividad empresarial.

Resultados: Contar con un documento técnico definitivo a escala y que cuente con: -

Memoria descriptiva.

-

Planos.

-

Costos y presupuestos.

-

Manual de operación.

-

Conclusiones y Recomendaciones.

Con estos fines técnicos y económicos, con fuerte énfasis en el tema del cuidado del ambiente y la salud de productores, usuarios y ciudadanos, ponemos a consideración de los señores directivos del CONAM el diseño de un horno de tecnología intermedia denominado:

Horno semicontinuo de cámaras múltiples, el mismo que ha sido seleccionado a partir de un exhaustivo estudio técnico y económico, comparativo entre los hornos tradicionales, de tiro abierto y con ventiladores, y los modernos hornos intermitentes, semicontinuos y continuos; sin soslayar la experiencia de nuestros propios productores quienes nos facilitaron, generosamente, sus alcances, datos técnicos e innovaciones en las visitas que realizamos a sus centros de labor y en los tres talleres de trabajo en los que presentamos el proyecto en su fase de gestión y de diseño. Finalmente, agradecemos la oportunidad que se nos dio para acometer un trabajo que es un aporte tecnológico palmario al desarrollo de la Región y que contribuye con la limpieza del aire en el contexto de la nueva corriente de protección del medio ambiente global. Cusco, enero del 2008.

Los consultores.

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RESUMEN 1. Nombre de la Consultoría: Estudio de definición de Tipo de Horno Apropiado para sector ladrillero. 2. Términos de referencia: Contar con un documento técnico definitivo a escala y que cuente con: -

Memoria descriptiva.

-

Planos.

-

Costos y presupuestos.

-

Manual de operación.

-

Conclusiones y Recomendaciones.

3. Se han estudiado los siguientes tipos de Horno: de tiro abierto, de tiro directo con cúpula, de tiro inverso descendente con cúpula; horno catenario de tiro inverso con vagoneta removible, hornos semicontinuos de cámaras, hornos continuos tipo Hoffman y túnel. 4. Se seleccionó el Horno de tipo semicontinuo de cuatro cámaras múltiples en atención a las siguientes cualidades: Capacidad de producción de 120 mil ladrillos mensuales en 6 ciclos de quema de 20 mil ladrillos a 5 000 ladrillos por cámara. Eficiencia térmica de 27 % sobre la eficiencia de hornos ladrilleros comunes. Rentabilidad del 20 % sobre la producida operando hornos ladrilleros tradicionales. 5. El presupuesto de construcción del Horno arroja la suma de 28673.00 Nuevos Soles, distribuidos en materiales e insumos (9473.00); mano de obra (10500.00); Equipos y accesorios (8600.00). 6. El expediente contiene la planimetría total del horno en 10 láminas procesadas en formato autocad con la distribución de planta, techos, elevaciones frontales, posteriores y laterales; cortes longitudinales y transversales; cimientos, sobrecimientos y zapatas; asi como isometrías, detalles y especificaciones técnicas. Finalmente, acompañan al expediente el manual de operaciones y seguridad del horno, costos y presupuestos, anexos con los cálculos técnicos de ingeniería y procesos correspondientes.

MEMORIA DESCRIPTIVA PARA EL ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE TIPO DE HORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO. 1.- OBJETO DEL PROYECTO: ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE TIPO DE HORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO OBJETIVO • Diseñar un horno ladrillero de tecnología intermedia que logre cocciones uniformes, sea térmicamente eficiente, reduzca la contaminación ambiental y pueda ser fácilmente manejable 1.1.- INDUSTRIAL.Proponer un diseño de un horno de tecnología intermedia que represente un paso en la modernización tecnológica del sector. 1.2.- ECONÓMICO.El proyecto debe reducir los costos de fabricación, costos de quema, costos por uso de combustible. 1.3.- LABORAL.El proyecto debe mejorar las condiciones de trabajo de los involucrados en la producción de ladrillos, introduciendo estandarización de la producción y uso de normas de higiene y seguridad para el trabajo. 1.4.- AMBIENTAL.El proyecto busca reducir ostensiblemente la emisión de gases contaminantes a la atmósfera, por medio de un sistema de quemado óptimo de los combustibles, para contribuir con la preservación del aire limpio de la región.

2 ANTECEDENTES. 2.1.

DIAGNOSTICO DE LOS HORNOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA LADRILLERA DE LA REGIÓN Según las indagaciones históricas que hemos realizado el tipo de hornos usado en la actualidad por los ladrilleros de la región, corresponde, todavía, a diseños de hornos cerámicos romanos que datan de dos mil años de antigüedad.

2.1.1. Descripción de las características físicas y funcionamiento del horno tradicional. Los hornos utilizados actualmente en el sector ladrillero del distrito de San Jerónimo, poseen básicamente dos formatos geométricos y estos son: Cilíndricos y los cúbicos de base rectangular. Sus capacidades de carga oscilan entre 7 000 a 10 000 ladrillos artesanales o mecanizados de 18 huecos, y de 4 000 a 8 000 tejas. Estos hornos se caracterizan por tener dos cámaras una de combustión que se encuentra en la parte inferior cuya altura máxima es de 1 m. aproximadamente y seguida de otra cámara que es la de cocción cuya altura varía de 2 a 3 m. Existe una parrilla que divide ambas cámaras y sirve como base para cargar los productos a quemarse. La cámara de cocción tiene generalmente una compuerta de carga y descarga cuyas dimensiones varía entre 0,80 a 1,0 m a 1,20 a 1,50 m. de altura. Las compuerta de la cámara de combustión tiene una forma de bóveda catenaria, por donde se suministra el combustible (aserrín, cáscara de café, ramas de eucalipto, etc.) 2.1.2. Materiales de Construcción: Los materiales de construcción utilizados en la construcción de los hornos son: Piedras, Ladrillos, Adobes, 10

Mortero de barro o arcilla, Palos de eucalipto Calaminas. 2.1.3. Construcción o albañilería del horno. En el cuadro siguiente se muestra las características y los materiales utilizados en la construcción del horno. 2.1.4. CARACTERISTICAS DE UN HORNO LADRILLERO TRADICIONAL PARTES DEL HORNO Cimientos, Parrilla de cargado

MATERIALES Piedras y mortero de arcilla y arena Ladrillos y mortero de arcilla

CARACTERISTICAS

Palos de eucalipto

Dimensiones de 0,80 x 0,50 m. Altura de la bóveda 1m. con espacios vacíos cuadrados de 0,29 m. de lado. Muros de cabeza de 0,50 m de espesor. Interior de la cámara de cocción, y Tiene 0,0254 m. de espesor. Todo el perímetro de la cámara de cocción.

Palos de eucalipto y calamina

No es parte de la cámara de cocción.

Muros o paredes

Adobes y mortero de arcilla y arena

Revoque

Mortero de arcilla, arena y paja

Vigas de protección Techos Elaborado: por los autores.

Adicionalmente los hornos cuentan con machones de adobes cada dos metros aproximadamente que protegen las paredes laterales del horno, sobre todo aquellos que no están protegidos incrustados en las laderas. Se debe destacar que no se utiliza materiales refractarios y refractarios aislantes térmicos, en la construcción de los hornos. 2.1.5. OPERACIÓN DEL HORNO: La operación del horno consta de las siguientes acciones: 1.- Se carga los materiales a quemarse, dejando espacios vacíos por donde pueda fluir el fuego y los gases de combustión. Algunos productores en las últimas capas de la carga incluyen carbón mineral con el objeto de uniformizar la temperatura de cocción de los productos. 2.- Haciendo uso de leña (bolillos o rajas de eucalipto), se enciende lentamente por un lapso de 4 horas aproximadamente, hasta completar el secado de los productos a cochurarse o coccionarse. Luego se continúa con la quema utilizando como combustibles aserrín, cáscara de café, ramas de eucalipto por un lapso estimado de 14 a 18 horas hasta completar la cocción de los productos.

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Una vez que se a completado la cocción se sella la parte superior del horno con las cenizas extraídas de la cámara de combustión, aserrín, productos malogrados, etc. Como también la compuerta de la cámara de combustión con ladrillos y sellando con mortero de arcilla, para evitar un enfriamiento brusco y pueda malograr los productos coccionados. 3.- Se deja enfriar durante 48 horas aproximadamente, luego de este tiempo se puede descargar los productos, observándose una pérdida de aproximadamente del 20 %. De los productos cargados por enconchamiento y rajaduras. 2.1.6. MANTENIMIENTO. Los trabajos rutinarios de mantenimiento mas frecuentes en el horno son: a) En el revoque en el interior de la cámara de cocción por que estos se agrietan frecuentemente como consecuencia de la dilatación que sufre las paredes del horno. b) En la bóveda de la cámara de cocción puesto que algunos ladrillos que lo conforman tienden a fusionarse, con lo cual corre riesgo la parrilla de carga, por lo que es necesario sustituir estas para garantizar su estabilidad. Evaluación de las características técnicas del horno en el proceso de quema Los hornos utilizados en la industria ladrillera del sector de San Jerónimo, técnicamente denominados “Hornos de tiro ascendente y natural”, nos muestra las siguientes características técnicas durante su operación: a) El horno no puede quemar completamente el combustible, es decir no hay combustión completa por falta de oxígeno pese a tener la cámara de combustión alta, originado por la falta de chimenea que mejoraría el tiro en el horno y una consecuencia directa de ello es que no aprovecha eficientemente el combustible. b) El horno al carecer de bóveda y de aislamiento térmico especialmente en la cámara de cocción, hace que disipe calor al medio ambiente, de esta manera se debe quemar más combustible de lo requerido y se incrementa el tiempo de operación. c) En la cámara de cocción no hay una distribución uniforme de temperatura, existiendo una gradiente apreciable, es así que en la parte inferior de la cámara de cocción es más alta inclusive llegan fusionarse los productos lo que indica que ha alcanzado temperaturas superiores a 1 000 ºC y en la parte superior de la cámara todavía los productos no han completado la cocción, lo que indica que no han superado los 800 ºC. Hoy en día algunos van solucionando el problema adicionando carbón mineral en la parte superior del horno.

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d) Los productos coccionados no tienen una calidad homogénea y que difícilmente podría pasar los estándares de calidad si esta se sometiera a evaluación. e) La eficiencia térmica del horno es inferior al 20 %, es decir, que solamente aprovecha el 20 % de la energía suministrada para coccionar los productos mientras que, el 80%, se disipa por la parte superior del horno y por las paredes de la cámara de cocción.

2.2. EVALUACIÓN DE LA EMISIÓN DE GASES TÓXICOS A LA ATMÓSFERA Por el diseño de los hornos con el que vienen laborando los industriales de ladrillos y tejas en San Jerónimo, Presentan un problema crucial el cual es, la combustión incompleta de los combustibles suministrados por falta de oxígeno, pese a tener la cámara de combustión un volumen considerable, esto es originado por la ausencia de tiro en el horno (ausencia de chimeneas). La existencia de un buen tiraje es muy importante por que permite una buena circulación de oxígeno en el interior del horno con lo que se obtiene una buena combustión (quemar completamente el combustible). Esta deficiencia origina que los hornos sean fuentes de contaminación ambiental, que a continuación enumeramos: a) Emisión de gases contaminantes, que ocurre durante la operación del horno, debido a la combustión incompleta de los combustibles utilizados y como consecuencia de ello, se lanza a la atmósfera grandes cantidades de gases tóxicos de CO, NO, SO2 , CO2 etc. que contaminan el aire de zona circundante a la ciudad del Cusco, generan riesgo de precipitación de lluvias ácidas que afectan a la actividad agrícola regional y que, además, son contribuyentes potenciales del efecto invernadero que actualmente vienen destruyendo la capa de ozono, poniendo en peligro la sostenibilidad de la vida y afectando al comportamiento del clima global. b) Presencia de Sustancias Particuladas, estas se originan, principalmente, en la descarga de los productos cocidos en los hornos, operación en la que se observa la presencia de abundante subproductos de la cocción, cenizas que queda después de la combustión de los combustibles sólidos (ramas de eucalipto, aserrín y carbón mineral, llantas de jebe y desperdicios plásticos ). La presencia de estos materiales afecta a la salud integral de la población aledaña, generando condiciones para males bronco-respiratorios, silicosis, conjuntivitis crónica y hasta enfermedades malignas. c) Inadecuado Manejo de Residuos Sólidos, No se tiene lugares especialmente acondicionados para depositar los residuos sólidos de cenizas así como también ladrillos y tejas rotas. Tampoco hay programas para el reciclaje de estos materiales que pueden ser usados como abonos, en el caso de las cenizas y como insumos anti-plásticos de la misma industria cerámica en el caso de tajas y ladrillos rotos.

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En la tabla 2. Se muestra los valores de emisión de gases contaminantes en la cuenca del valle del Cusco. Realizado el 2 004, por el programa “A limpiar el Aire” Cusco.

ACTIVIDAD

PM100

Ladrillerías y tejerías Panaderia Transporte vehicular Viviendas Otros

1 067,30

Total

SOx

NO2

CO

8,0

55,80

5 575,40

1 831,90

134,30

5,40

13,40

1 252,90

526,70

148 989,40 650,20 712,00

605,30 45,90 35,00

2 437,50 97,40 80,50

6 848,90 3 495,00 136,00

1 264,90 1 994,70 690,00

151 553,20

699,60

17 758,20

6 308,20

2 684,50

COV

Tabla Nº 2. Nivel de Emisiones para Cuenca Atmosférica del Cusco (Ton/año) Fuente: Plan a “Limpiar el Aire” Cusco 2 004.

2.3. PROBLEMAS ENCONTRADOS EN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS HORNOS TRADICIONALES 2.3.1.- Combustión incompleta de los combustibles empleados. La buena combustión se realiza por un equilibrio entre la cantidad de combustible y la cantidad de oxígeno del aire necesario para esta reacción química. Su deficiencia trae consigo la emisión de gases tóxicos como el monóxido de carbono, anhídrido carbónico y gases sulfurosos junto con humo negro o carbón particulado, con lo que se poluye la atmósfera y se contribuye con el calentamiento global y la destrucción de nuestro ecosistema Como resultado de esta quema deficiente, se requiere gastar más combustible que el requerido pues la eficiencia térmica es muy baja, lo que redunda en el alto costo de las quemas con el consiguiente encarecimiento de los procesos de producción. 2.3.2.- La mayor parte de los hornos son abiertos. Este hecho hace que la gradiente térmica o la diferencia de temperaturas entre la base y parte alta de la carga en la cámara de cocción sea muy grande por lo que las quemas son deficitarias, pudiendo fundirse la carga cercana a las llamas del hogar y quedar casi cruda la carga colocada en la parte más alta. Además los hornos abiertos pierden la mayor parte de la energía térmica producida por el combustible, reduciéndose la eficiencia térmica de este en la cocción de la carga.

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2.3.3.- Calidad deficiente de los productos. Como consecuencia de las quemas deficientes se ofertan productos de calidad dudable, pues la mezcla cerámica no llega a la quema completa o a la “sinterización”, quedando con un alto nivel de porosidad, baja resistencia al golpe, cizallamiento, abrasión y tracción. Sin contar la presencia de gránulos calcáreos o “caliche” que al quemarse generan nódulos de cal que por higroscopía rompen las estructuras de los ladrillos.

2.3.4.- Excesiva generación de desperdicios sólidos. La industria ladrillera artesanal del sector de San Jerónimo genera en su actividad una gran cantidad de desperdicios sólidos como ladrillos y tejas rotas, fundidas o mal quemadas que modifican el entorno dando una impresión de abandono desorden. Estos materiales deben ser reprocesados, molidos y reciclados como materiales antiplásticos componentes de las pastas arcillosas, con esta operación se eliminaría la polución por excretas sólidas y se daría un valor agregado a estos desechos. Algunos señores ladrilleros ya están reciclando estos materiales.

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2.4. EVALUACION TECNICA DE HORNOS 2.4.1. EVALUACION DE TEMPERATURA En la figura siguiente se muestra la distribución de temperaturas en la cámara de cocción, hornos tradicionales muy utilizados en la región, en un muestreo de 15 hornos los resultados son los siguientes: -

Temperatura en la puerta del hogar o cámara de combustión es 350 ºC y a un metro de la puerta 125 ºC. En la superficie de la parrilla es de 820 ºC. Temperatura en la parte superior de la carga oscila entre 430 y 500 ºC. Temperatura de la pared externa del horno es 30 ºC.

De esta distribución de temperatura podemos deducir lo siguiente: -

-

-

El horno pierde energía por la puerta de la cámara de combustión por que, estas son muy grandes, afectando la salud de los operarios horneros. En la base de la carga es el único lugar de temperatura en el cual puede coccionarse adecuadamente los productos de arcilla, por que esta, se encuentra cerca al punto de sinterización de la arcilla, obteniéndose productos de arcilla cocida irreversibles a la acción de la humedad . En la parte superior se ve que la temperatura no ha superado los 550 ºC. lo que significa estos productos están crudos y todavía no han adquirido las propiedades de un producto cerámico y es atacado con relativa facilidad por la humedad del ambiente. También nos muestra la existencia de una gradiente de temperatura muy grande de aproximadamente de 320 ºC. entre la parte inferior y superior de la carga, que debe ser eliminado prontamente. Finalmente el adobe nos muestra ser un material con buenas características de aislamiento térmico, puesto que no permite la disipación de calor a través de él.

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2.4.2. BALANCE DE ENERGIA EN HORNOS TRADICIONALES: Base de cálculo: 10 millares de ladrillos artesanales. Masa de ladrillo seco: 3,5 Kg. Humedad : 14 %. Rubro Calor para cocción de productos Calor suministrado por los combustibles

Cantidad Kcal. 7 437 500 38 350 000

Eficiencia térmica : 18 % Se puede observar que gran parte de la energía proporcionada por los combustibles se pierde a través del techo y las paredes especialmente. Consumo y Costos de Combustibles Combustible Aserrín Rama de eucalipto Carbón mineral Total

Cantidad 1 Canter (camionada) ¼ de camión 100 Kg.

Precio S/. 450,00 200,00 60,00 710,00

El consumo de carbón mineral recién se está incorporando como combustible para quemar productos de arcilla, mejorando paulatinamente la calidad de estos. 2.4.3. BALANCE DE VENTILADOR:

ENERGIA

EN

HORNOS

TRADICIONALES

CON

Base de cálculo: 3 ,0 millares de ladrillos tipo pandereta, Masa del ladrillo seco: 3,50 Kg. Humedad: 14 %. Resumen del Balance de Energía Rubro Calor requerido para cocción del producto Calor proporcionado por combustibles

Cantidad Kcal. 2 025 000 7 457 500

Eficiencia térmica: 25% La tabla nos muestra que sólo con incorporar un ventilado para forzar el aire de combustión, mejora su eficiencia térmica, es decir, esta aprovechando mejor el combustible por que se está quemando completamente el poder de los combustibles.

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Consumo y Precios de Combustible Combustible Aserrín Carbón mineral Energía eléctrica Total

Cantidad 04 m. Cúbicos 300 Kg. 18 Kw.

Precio S/. 160,00 180,00 6,00 346,00

La incorporación de un ventilador, implica el uso de energía eléctrica cuyo costo no es muy significativo como se puede apreciar en la tabla anterior. 2.4.4. ELABORACIÓN DE ESTRUCTURA DE COSTOS Se muestra en la tabla siguiente: ESTRUCTURA DE COSTOS PARA LA FABRICACION LADRILLOS ARTESANALES EN HORNOS TRADICIONALES

DE1000

C.U. ACTIVIDAD Unid. Cant. S/, S.T S/, C.T S/, C.F. C.V Materiales 26,56 95,88 95,88 Arena Cubos 0.75 10.00 7,50 Materia Agua Cilindros 2.00 2,50 5,00 prima e Arcilla fina Cubos 1.25 11,25 14,06 insumos Insumos para quemado 69,31 Ramas de Eucalipto Camión 0.125 350,00 43,75 aserrín Canter 0.125 200,00 25,00 Carbón mineral Kg. 100.00 60,00 0,60 Extracción y secado de arcilla Operario 1 20,00 20,00 109,75 109,75 Mano de Chancado de arcilla Operario 1 2,25 22,25 obra Mezclado de arena y arcilla Operario 1 20,00 20,00 Elaboración y raspado de ladrillos Operario 2 15,00 30,00 Cargado de ladrillos al horno Operario 7 2,50 17,50 Quemado Operario 4 5,00 20,00 Capital de trabajo Alquiler de terreno Millares 0.125 250,00 31,25 31,25 31,25 Total 236,88 109,75 127,13 Fuente: Diagnostico socio económico de pequeñas ladrilleras Dist. San Jerónimo

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2.4.5. DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EQUILIBRIO: Base de cálculo: 1000 ladrillos artesanales. Costo fijo (CF) : 109,75 Costo variable (CV): 127,30 Costo total (CT): 236,80 Ingreso por ventas (V): 300 Punto de Equilibrio: 673 Unidades. Una unidad productiva pequeña cubre sus costos de producción, con sólo vender 673 ladrillos, y el resto de ingresos viene a ser sus utilidades que últimamente se viene incrementado por la mejora de precios en el mercado. 3. ESTUDIO DE HORNOS LADRILLEROS DE BOVEDA EN EL CUSCO Descripción de hornos de tecnología intermedia, usados en la industria ladrillera. En las visitas de campo, los consultores encontramos una serie de innovaciones realizadas por los propios ladrilleros, innovaciones, en algunos casos ya socializadas o compartidas, mientras que otras no eran compartidas y se encontraban sólo en posesión de sus creadores o implementadores. Los casos más importantes de tecnología intermedia encontrados son: Un horno de bóveda, chimenea y tiro invertido de 2.5 m de ancho y 5. de longitud por 2.5m de altura. La chimenea apenas tiene 5m de altura. El horno funcionó con diez quemadores de aceite quemado pero fue abandonado por no presentar eficiencia en la quema, lo que se pudo haber subsanado. Una serie de hornos abovedados de tiro directo hemos encontrado en la granja K’ayra, de propiedad de la Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco en convenio con una entidad privada. Al parecer estos hornos no fueron usados luego de su construcción, tienen una planta interior de 2.5 x 5 m y una altura de 3 m.

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3.1. HORNO CERRADO UVINACHAYOC: -

Horno cerrado con tiro inverso Capacidad para 15 000 ladrillos Combustible utilizado aceite sucio 12 Quemadores Chimenea de 5 m de altura

3.1.1. PROBLEMAS - Altura de chimenea muy baja no existe suficiente succión de aire por consiguiente deficiente Combustión. - Quemadores muy pequeños y los deflectores son muy altos. - La alimentación del combustible sin filtrar provoca el atoramiento de los quemadores dificultando una buena quema. - Los ductos de evacuación de los gases no están bien distribuidos dificultando la circulación de aire.

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Por la zona de Villa Rinconada, opera una fábrica que usa una especie de horno Hoffman, muy modificado, sin cúpula, las cámaras de cocción son como calles cerradas, en las que se coloca la carga por lotes separados se cierra con tapias de adobes y ladrillos; con planchas de metal (cilindros aplanados) cierran el techo de los compartimientos y queman con carbón granulado suministrado por alimentadores desde la parte alta. Un sistema de ventilación mueve y dirige las llamas y gases de combustión hacia una chimenea de aproximadamente 15 metros. Otras innovaciones encontradas son: El uso de ventiladores para dar más eficiencia a la quema de combustibles sólidos (aserrín, leña y ramas), el aire entra frío y probablemente genera rajaduras en la carga. Para superar el problema de la gradiente térmica en los hornos de tiro directo ahora se ha introducido el uso de briquetas de carbón colocadas en la parte alta, entre la carga. 3.2. HORNO SEMI CONTINUO DE VILLA RINCONADA: 3.2.1. Características: - Horno abierto de 30 m de longitud de cámara. - Capacidad de carga de 100 a 150 millares de ladrillos por ciclo de quema. - Ciclo de que 15 días. - Flujo de aire y gases de combustión invertido (tiro invertido). - Combustible utilizado carbón mineral mezclado con aserrín. - Se construyen bóvedas provisionales para cada ciclo de quema. - Utiliza un ventilador d e 20 HP y tiene una chimenea de 12 a 15 m de altura y 0,60 m de diámetro. - Utilizado en unidades de alta producción. - Ciclo de quema largo que afecta al stock de productos

3.3. SELECCIÓN DEL HORNO APROPIADO PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA DE LA REGIÓN. Para realizar la selección de un horno apropiado para la industria ladrillera, los consultores, evaluaron varios tipos de hornos avanzados, como los que siguen:

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3.3.1.

Hornos de bóveda de tiro ascendente: Estos hornos fueron desarrolladas por los años de 1 550 a 1 650 ºC. Es más eficiente que los anteriores, la combustión se desarrolla en la cámara de combustión y el calor fluye de abajo hacia arriba atravesando la carga para desfogar los gases de combustión por la chimenea que se encuentra encima de la bóveda del horno. El inconveniente de estos hornos es que la cámara de combustión tiene mayor temperatura en la parte inferior de la cámara de cocción y mas fría en la parte superior, lo que no garantiza una buena cocción de los productos.

3.3.2.

Hornos de Cámaras Múltiples.Estos tienen como su antecesor a los hornos tubulares que los ceramistas Japoneses lo mejoraron construyendo hornos de cámara continua. Consiste este horno en una serie de cámaras individuales pero conectadas entre si, y comparten el mismo cañón de chimenea. Existe hasta de 20 cámaras en algunos casos, son hornos de alta producción. Su funcionamiento es muy sencillo, el encendido se inicia en la primera cámara haciendo pasar el calor residual de los gases de combustión a las siguientes cámaras para precalentar y completar el secado de los productos cargados, cuando la primera cámara ha alcanzado la temperatura de cocción, la segunda cámara estará entre los 300 a 400 ºC., para cuando esto suceda se inicia la combustión en la segunda cámara y la tercera cámara aprovechará el calor residual de la segunda cámara así sucesivamente hasta completar la serie, cabe indicar que cada cámara tiene su compuerta para la combustión. Estos hornos muy eficientes puesto que reducen enormemente el tiempo de operación, como también los costos de operación.

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3.3.3.

Hornos de Bóveda de tiro Invertido.En Europa, por el año de 1 750, por la necesidad de mejorar la calidad de los productos se desarrolló el horno de tiro invertido, cuya característica es que la chimenea se encuentra en el piso del horno, el fuego sigue hacia arriba para luego ser succionado por la chimenea atravesando la carga de arriba hacia abajo, con lo que consigue una cocción homogénea de los productos, puesto que existe una distribución de temperatura uniforme en la cámara de cocción. Estos hornos pueden tener formatos cilíndricos y cúbicos, cuyos volúmenes variables tiene mucha aplicación en la industria cerámica incluyendo la industria ladrillera de producción pequeña y mediana.

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3.3.4. HORNO JAPONÉS DE BÓVEDA Y TIRO INVERSO.Se trata de un horno construido para alta temperatura 1350°C. Uno de los consultores participó en su construcción, en Nagoya Japón. 1994. Trayendo esta tecnología para la construcción de hornos al país.

3.3.5. HORNO CUSQUEÑO DE BÓVEDA CATENARIA Y TIRO INVERSO.Horno construido en el taller Inca en un curso de transferencia de tecnología del SENATI en 1995. El horno posee una vagoneta para 25

facilitar la carga y descarga. En este horno se quemó porcelana de uso químico y ladrillos refractarios aislantes a 1300°C. La ceramista japonesa Hideko Iwakuni elogió este horno construido bajos las condiciones de 3400 msnm. Y en los andes peruanos en su libro “Reciban el canto de los barros”, publicado en el Japón en el año 2004.

3.3.6.

HORNO SEMICONTINUO DE CAMARAS.Este tipo de horno reúne las características de los hornos continuos y los intermitentes, y optimiza el uso de la energía que se perdería en el calentamiento de las cámaras subsiguientes. Además cuenta con vagonetas de carga para facilitar la carga y descargas.

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VISTA Y ESQUEMA SEMICONTINUO

DEL

HORNO

INDUSTRIAL

DE

CÁMARAS,

TIPO

ESTRUCTURA DE LAS BÓVEDAS

27

3.4. HORNOS CONTÍNUOS Son hornos que se caracterizan por operar las 24 horas del día y los 365 días al año. Son hornos utilizados en centros gran producción y cuyo costo de implementación también son levados. Dentro de estos hornos tenemos los siguientes: 3.4.1.

Hornos de Túnel.Estos hornos se caracterizan por que el producto a coccionarse se desplaza continuamente en vagonetas o rodillos a través de una galería muy larga aproximadamente de 100 metros de longitud y divididos en tres sectores, precalentamiento, cocción y enfriamiento. Los productos se desplazan del sector de precalentamiento hacia la zona de cocción, siguiendo un programa de cocción con parámetros ya definidos para cada tipo de pasta. Obteniéndose productos de alta calidad. El aire circula en sentido contrario al desplazamiento de la carga, generando un ahorro en el consumo de combustible en las etapas de precalentamiento y secado. Estos son hornos de alta productividad pues su capacidad oscila desde 15 a 90 metros cúbicos por día. La economía del horno túnel estriba en que se recupera el calor de los gases de combustión para calentar la carga que entra y utilizando el calor de los ladrillos que se enfrían para precalentar el aire de la combustión o en algunos casos, para secar ladrillos.

Ventajas: -

Hornos para procesos de producción continua y de volúmenes grandes. Carga y descarga sencilla. Ahorro de combustible y alta eficiencia térmica.

Desventajas: - Alto costo inicial para su construcción, - Alto costo de mantenimiento de los accesorios del horno. - Trabaja solo con cargas con formato uniforme.

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ESQUEMA DEL HORNO ANULAR HOFFMAN

ESQUEMA DEL HORNO TÚNEL

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4. HORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO DEL CUSCO 4.1. TAMAÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL HORNO. La producción de Ladrillos en San Jerónimo esta dividida en dos segmentos. -

-

-

-

-

Unidades de producción mediana de 200 millares aproximadamente haciendo uso de tecnología intermedia. Unidades de producción pequeña de 20 a 40 millares mensuales, haciendo uso de tecnología artesanal. Promediando la producción de ambos segmentos, tenemos una producción mensual de 120 millares de ladrillos. Por estas consideraciones, se propone construir un horno con una capacidad de quema de 120 millares de quema por mes, con una frecuencia de seis quemas, es decir 20 millares por ciclo de quema. Las dimensiones del horno para este volumen serían muy grandes, así como su operación sería más dificultosa, por lo que se optó por distribuir esta carga, en compartimientos más pequeños. El horno que cumple estas características es el horno de cámaras, que se presta para una operación semicontinua, quemando volúmenes reducidos por ciclo, alcanza a la producción promedio mensual requerida por sector ladrillero de San Jerónimo. El volumen a quemarse por mes será de 120 millares de ladrillos, dividimos en seis ciclos por mes y en cada ciclo se quemará veinte millares, siendo el volumen óptimo de producto a quemarse de cinco millares por cámara. Por las razones indicadas anteriormente se propone construir un horno de 4 cámaras cada una de ellas con una capacidad de carga de cinco millares. Con lo que se puede satisfacer a los dos segmentos de productores que existen en San Jerónimo.

4.2. RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL HORNO: El horno propuesto consta de cuatro cámaras contiguas comunicadas entre si por ductos, con una capacidad de carga de 5 millares de ladrillos artesanales y con una producción global de 20 millares de ladrillos artesanales por ciclo de quema, cada ciclo tiene una duración aproximada de 30 días. La producción aproximada mensual de este horno es de 120 millares de ladrillos artesanales o similares en 6 ciclos de quema por mes. A continuación se detalla las especificaciones técnicas del horno: Área del terreno Volumen de producción por ciclo de quema Volumen de carga Temperatura máxima Temperatura de trabajo Tiempo de operación Consumo de energía Consumo de energía por hora Flujo de aire por hora

: : : : : : : : :

80 metros cuadrados 20 millares de ladrillos 12 m3 por cámara Hasta 1 000 ºC. 900 ºC. 30 horas 11 645 054 Kcal. 388 168 Kcal. 30

Área de combustión Cámara Número de alimentadores por cámara Área transversal de loa alimentadores Área de Compuerta de evacuación de gases Longitud de ductos de evacuación Altura de Chimenea Diámetro de Chimenea

:

1,15 m cuadrados/

: : : : : :

08 unidades. 0,064 m cuadrados 0,49 m Cuadrados 25 m. 12 m. 0,80 m

4.3. DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y FUNCIONAMIENTO DEL HORNO.

INNOVACIONES TECNOLÓGICAS INTERMEDIAS EN EL HORNO DE CÁMARAS MÚLTIPLES

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4.4. INNOVACIONES PRESENTADAS EN EL HORNO DE CAMARAS MULTIPLES Las innovaciones técnicas más resaltantes que presenta el horno seleccionado son los siguientes: Los objetivos de la innovación tecnológica son: 1.- Mejorar la rentabilidad, 2.- Aumentar los beneficios y 3.- Reducir la contaminación 4.4.1.- Horno cerrado con cúpula El horno va contar con cuatro cámaras de techo de bóveda construido con ladrillos porosos. El cual evitará la fuga de calor hacia el exterior con lo que se ahorrará el consumo de combustible como también que se consiga una temperatura constante en la cámara de cocción con lo que se garantiza la calidad homogénea de los productos quemados 4.4.2.- Chimenea. Es un elemento muy importante del horno puesto que nos permite que exista una buena circulación de aire y gases en el horno, lo que permite una buena combustión del combustible suministrado al horno, con lo que se logra evitar la emisión de gases contaminantes a la atmósfera especialmente el CO. Finalmente este hecho redunda una vez más en el mejor aprovechamiento del poder calorífico del combustible.

4.4.3.- TIRO INVERSO O DESCENDENTE El sentido de las llamas es inverso, de arriba para abajo. Las llamas son succionadas por el tiro que ejerce la chimenea 4.4.4.- QUEMA ECOLÓGICA. Para garantizar una quema limpia el horno contará con un quemador auxiliar en la bese de la chimenea, para completar la combustión del

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monóxido de carbono residual, especialmente en la etapa inicial de operación del horno.

4.4.5.- AIRE FORZADO CALIENTE Con la finalidad de conseguir una combustión eficiente del combustible (carbón mineral), se va a suministrar aire precalentado a la cámara de combustión del horno, con lo que se garantiza un buen performance del carbón, puesto que este se va a quemar en un sistema de lecho fluidizado.

4.4.6.- AISLAMIENTO TÉRMICO Las cámaras de cocción del horno se va a revocar con mortero aislante con la que se evitará la pérdida de calor a través de las paredes del horno, con el consiguiente ahorro en el consumo de combustible.

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4.4.7.- DISEÑO PARA USO DE COMBUSTIBLES DIVERSOS La cámara de combustión del horno estará acondicionado para quemar combustibles sólidos (laña, aserrín, carbón mineral); combustibles líquidos (kerosen, petróleo) y gas natural, recurso con que cuenta nuestra región y hasta la fecha no viene gozando de sus beneficios. Con solamente modificar el parapeto o deflector existente en el hogar del horno.

4.4.8.- RECUPARACIÓN DE LA ENERGÍA RESIDUAL EN EL HORNO DE CÁMARAS El calor residual proveniente de la quema de las cámaras anteriores del horno, son aprovechados por las cámaras contiguas al atravesar por unos ductos de succión alcanzando temperaturas que oscilan entre 400 a 450 ºC. Con lo que se consigue un precalentamiento y secado de los productos cargados en esta cámara ahorrando tiempo y energía en esta etapa inicial de la quema, que es la más difícil donde generalmente se 34

origina las pérdidas del producto por rajaduras y desconchamiento por un secado muy rápido.

4.4.9.- CONTROL TÉCNICO DE LA TEMPERATURA Para un mejor control de la temperatura y para introducir la tecnología moderna se usará termocuplas y pirómetros portátiles digitales, así como el control por conos Orton.

En conclusión todas estas características innovadoras se integran en el tipo de horno denominado de cámaras, en el cual a través de un análisis beneficio costo, sustentado en los balances de energía comparados, entre los hornos en uso actuales de tiro directo y abiertos, han dado una diferencia de 36% (es decir 55% – 19%) en cuanto a la variable de ingeniería, más importante que es la eficiencia térmica. Por lo tanto el horno seleccionado como el más apropiado para la industria ladrillera del Cusco, y que cumple con las características de ser de tecnología intermedia, reducir la emanación de gases tóxicos y de fácil operación es el HORNO DE CÁMARAS MÚLTIPLES.

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5. INGENIERÍA DEL DISEÑO 5.1.

DESCRIPCIÓN MULTIPLES

Y

CARÁCTERISTICAS

DEL

HORNO

DE

CÁMARAS

El horno consta de cuatro cámaras cada una con una capacidad de carga de cinco millares de ladrillos artesanales, es decir, veinte millares de ladrillos artesanales por ciclo de quema y sus partes fundamentales son: a) Cámaras de cocción, b) Cámaras de combustión, c) Ductos de succión, d) Compuertas de evacuación de gases, e) Chimenea, f) Orificios de alimentación de combustible sólido granulado, g) Equipos auxiliares y accesorios. 5.1.1. Cámara de cocción.Es lugar donde se realiza la cocción de ladrillos artesanales o productos similares, siendo su volumen interno de 21 metros cúbicos, y el volumen de carga del producto es de 12 metros cúbicos, que ocupa 5 mil unidades de ladrillos artesanales con separación de 5 cm. Entre ladrillo. La cámara de cocción cuenta con dos compuertas de carguío, que facilita el carga y descarga de los productos a coccionarse, también se puede utilizar para forzar el enfriamiento de la cámara de cocción al concluir la quema de la cámara. 5.1.2. Cámara de combustión.Es el espacio donde se realiza la quema del combustible que utiliza el horno, tiene un área de 1,15 metros cuadrados. La cámara esta dividido en dos compartimientos, separados por una parrilla de ladrillos con espacios de 6 cm. entre si, quedando en la base el cenicero y en la parte superior la cámara de combustión propiamente dicha. También cuenta con tubos metálicos de 8 cm. de diámetro doblado en herradura por donde se va a suministrar aire caliente para facilitar el quemado de combustibles utilizados. Una característica importante, es que la cámara, se puede adecuar para quemar combustibles sólidos, líquido y gas natural, simplemente adecuando la pared provisional que hace de deflectores. 5.1.3. Ductos de Succión.Son canales que se encargan de recolectar y hacer circular los gases productos de la quema de combustibles por la cámara y evacuarlos hacia la chimenea, su característica principal es, que el área transversal de los ductos es de 0,49 metros cuadrados, adicionalmente cuenta con registros que sirven para regular el flujo de gases garantizando el buen funcionamiento del horno.

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5.1.4. Compuertas de Evacuación de Gases.Son espacios abiertos que comunican los ductos succión con la chimenea, así mismo cuenta con compuertas auxiliares que unen las cámaras entre si, que se utiliza para evacuar los gases de combustión de la cámara donde se esta realizando la cocción a las cámaras siguientes para precalentar y secar los productos cargados que se encuentran en esta, optimizando la energía calorífica de los combustibles. 5.1.5. Chimenea.Es el conducto por donde se evacuan los gases de combustión a la atmosfera, es un elemento muy importante para el buen funcionamiento del horno. Es muy importante el cálculo de la longitud de la chimenea para que haya un buen tiro, es decir, una buena presión de succión que permita una buena circulación de aire y gases en las cámaras del horno. Un detalle muy importante a tener en cuenta es que las chimeneas de hornos que trabajan en zonas de altura, deber ser sobre dimensionadas en su altura y diámetro para compensar la deficiencia de oxígeno. Las dimensiones de la chimenea son: Altura de 13 m y 0,60 m. de diámetro. Al final del tubo metálico cuenta con una capucha que protege al ducto de la lluvia y el viento. 5.1.6. Orificios de alimentación de Carbón.El horno cuenta con dos sistemas de alimentación. El alimentador de leña se encuentra en la parte del horno, aproximadamente a 80 cm. del piso, mientras por la parte superior existe 4 orificios de alimentación de carbón o aserrín con una granulometría de 2 a 5 mm de diámetro, que se va alimentar desde unas tolvas ubicadas en parte superior de la bóveda e ingresarán a la cámara de combustión por gravedad. 5.1.7. Ventilador.Es un accesorio muy importante para la buena combustión del combustible, puesto que sirve para insuflar aire caliente a la cámara de combustión. El ventilador es centrifugo con un caudal de 794.56 pies cúbicos por minuto y una potencia de 5 HP. 5.1.8. EQUIPO ALIMENTADOR DE CARBON La alimentación del carbón se realiza mediante un tren de alimentación dispuesto en la parte superior o bóveda y se desplaza en forma transversal de extremo a extremo del horno por medio de rieles. Partes del tren de alimentaciónEl tren de alimentación de combustible consta de las siguientes partes -

Tolva de alimentación Eje Moto reductor Riel para el desplazamiento 37

-

Motor eléctrico Alimentador sin fin, en cada tolva.

Funcionamiento.-

-

Las tolvas de alimentación deben estar alineadas con los orificios dispuestas en la bóveda del horno. Cargar la mezcla de carbón y aserrín con granulometría entre 2- 3 mm de diámetro promedio con un flujo de 800 gr./ minuto. Cuando el horno concluye la primera fase de la quema cuya temperatura es de 400 a 450 ºC se pone en marcha el motor del tren de alimentación de combustible. Terminada la quema se apaga el motor y se desplaza el tren de alimentación a la siguiente cámara, así hasta terminar el ciclo en la última cámara.

5.1.9. Pirómetros.El pirómetro es un instrumento de medición de temperatura en la cámara de cocción, consta de dos partes: a) El indicador de temperatura cuya escala es de 0 a 1 200 ºC. b) Los termopares tipo K, con una longitud de 0,60 m. 5.1.10. Quemador Auxiliar.Es un equipo que funciona con kerosene y está ubicado en la base de la chimenea, para quemar los residuos de carbón y monóxido de carbón que salen del hogar especialmente en las etapas iníciales del funcionamiento del horno. 5.1.11. Placas de Registro.Son placas refractarias ubicadas en las compuertas de los ductos de succión y cuya función es regular el flujo de aire y los gases de combustión en el interior del horno.

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5.2.

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS O DE ALBAÑILERÍA DEL HORNO: 5.2.1. Cimientos.Están conformados por el perimetral y divisiones entre cámaras. a) Perimetral Longitud perimétrica: 35,50 m. Ancho: Varía desde 0,80 m. al inicio y 0,50 al finalizar, Profundidad: 0,60 m. b) Cimientos en divisiones Longitud: 9 m. Ancho : Varía desde 0,80 al inicio, finalizando en 0,40 m. Profundidad: 0,60 m. Materiales: Piedras y mortero de arcilla y arena en ambos casos. La profundidad y el ancho de los cimientos pueden variar dependiendo de la calidad del suelo. 5.2.2. Sobre cimientos: Longitud: 44,5 m. incluyendo el perímetro y las divisiones entre cámaras. Ancho: 0,50 m. Altura : 0,30 m. Materiales: Cemento, agregados y piedras. Tipo de Concreto: 175 Sí las longitudes son muy considerables, es necesario incluir juntas de dilatación. 5.2.3. Paredes: Se tiene dos tipos de paredes las perimétricas y las divisorias. a) Perimétricas: Longitud: 35,50 m. Ancho: 0,50 m. Altura: 2,40 m. Materiales: Adobes y mortero de arcilla y arena (barro). b) Divisorias: Longitud: 9 m. Ancho: 0,40 m. Altura: 2,40 m. Materiales: Adobes y mortero de arcilla y arena (barro). En ambos caso las paredes son denominadas como muros de cabeza. 5.2.4. Bóveda: Es el arco o radio de curvatura que cubre todo el ancho de la cámara del horno. Longitud interna: 3,14 m. Longitud externa: 3,40 m. Vano : 3,0 m. Espesor: 0,24 m. Angulo interno: 60º.

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Materiales Ladrillos cónicos porosos cocidos y mortero de arena y arcilla. La formulación de pasta para la fabricación de estos ladrillos se detalla en el anexo respectivo 5.2.5. Revoque de Paredes: Las paredes son revocadas con la finalidad de evitar la fuga de calor hacia el exterior. Área: 115,20 metros cuadrados. Espesor: 0.0254 m. Materiales: arcilla, arena, caolín, paja y aserrín.

5.2.6. Ductos de Succión: Son conductos por donde circula los gases productos de la combustión desde el interior del horno hacia la chimenea. a) En el interior de las cámaras: Área transversal: 0,49 metros cuadrados. Longitud: 16 metros, Materiales: Ladrillos cocidos y mortero de arcilla y arena La parte superior del ducto esta espaciado de ladrillo a ladrillo de 0,06 metros. b) En el exterior de las cámaras: Área transversal: 0,49 metros cuadrados, Longitud: 30 metros, Materiales: Ladrillos cocidos y mortero de arcilla y arena. Tapas: Concreto armado con alma de fierro de 3/8. A la salida de cada cámara, los ductos contarán con registros para controlar el flujo de gases. 5.2.7. Chimenea: La chimenea consta de dos partes: a) Base de chimenea: Área transversal: 0,49 metros cuadrados, Altura : 2 metros, Espesor de muro: 0,25 m. Materiales: Ladrillos, cemento y arena fina. b) Tubo metálico: Área transversal: 0,49 metros cuadrados, Longitud: 10 metros. Material: Plancha de fierro negro de 1/16. La chimenea cuenta con placa de registro para controlar el flujo de gases y como también con un orificio de 0,10 m. para el quemador auxiliar. El horno cuenta en el interior de las cámaras con construcciones adicionales, que a continuación describimos brevemente:

40

5.2.8. Cámara de Combustión: Está dividido en dos compartimientos: a) Cenicero: Longitud: 3 m. Ancho: 0,38 m. Altura: 0, 43 m. Compuertas: Materiales: ladrillos y mortero de arcilla, arena y caolín. b) Hogar: Longitud: 3 m. Ancho: 0,38 m. Altura: Varía entre 0,50 a 0,80 m. Compuertas: El hogar cuenta con una parrilla de ladrillos separados entre si, de 0,06 a 0,10 m. 5.2.9. Compuertas o Ductos Intercámaras: Cada cámara cuenta con cuatro compuertas de un área transversa de 0,01225 metros cuadrados, por donde se desplazan los gases residuales a las cámaras contiguas para precalentar los productos cargados que se encuentran en esta.

5.2.10. Orificios de Alimentación de Carbón: Cada cámara del horno cuenta con ocho orificios de 0,08 m de diámetro por donde se alimenta el carbón. Las paredes estarán protegidas con planchas metálicas o porcelana para proteger de la erosión por rozamiento, con las boquillas del alimentador. 5.2.11. Tensores Metálicos: Con la finalidad de garantizar la estabilidad del horno, se colocaran parantes y tirantes metálicos por todo el perímetro del horno a altura del arranque de la bóveda. Los materiales a utilizarse son: Angulares: 4 x 4 x ¼. Fierro lizo: ½. Tuercas. Adicionalmente encima de las bóvedas se pude nivelar con ladrillos, piedra chancada puzolánica y mortero de arcilla y arena. Para facilitar el desplazamiento se puede construir pasarelas de tablones o metálicas, evitando que la bóveda sea el soporte de estos.

41

5.3.

EVALUACION TECNICA Y ECONOMICA DEL HORNO DE CAMARAS 5.3.1. BALANCE DE ENERGÍA: Base de cálculo: 20 millares de ladrillos artesanales, Masa de ladrillo seco: 3,50 Kg. Humedad: 14 %. En la Tabla se muestra el resumen del balance de energía:

Resumen de Balance de Energía en Hornos de Cámaras Nº de Cámara 1 2 3 4 Total

Calor Requerido para Calor proporcionado Coccionar Productos (Kcal) Combustibles (Kcal) 3 349 925.00 5 318 336.00 1 693 125.00 2 108 906.00 1 693 125,00 2 108 906,00 1 693 125,00 2 108 906,00 8 429 300,00 11 645 054,00

por

Se considera como margen de seguridad 5 % del calor proporcionado por el combustible. Calor proporcionado por el combustible: 12 227 307.00 Kcal. Eficiencia térmica: 45 %. Del cuadro se concluye: La cámara 1 consume mayor cantidad de energía por que tiene su punto de partida la temperatura ambiente que es de 16 ºC. Las cámaras 2, 3 y 4, consumen menor energía por que estas ya se han calentado haciendo uso de el calor residual de la cámara anterior, partiendo de temperaturas de 450 ºC. Aproximadamente, donde los productos se encuentran exentos de humedad. Al aprovechar el horno la energía residual de lasa cámaras anteriores eleva su eficiencia térmica aproximadamente en un 45 %, respecto a los hornos tradicionales lo que repercute en la rentabilidad económica del sector. 5.3.2. CONSUMO Y COSTO DE COMBUSTIBLE Combustible Carbón mineral Leña Aserrín Total

Cantidad 1 248 kg 362 kg 534 kg

Precio S/. 750.00 76.00 53,40 879.40

El uso del carbón mineral reduce enormemente el volumen de combustibles tradicionales como son la leña y el aserrín con lo que se reduce la emisión de gases contaminantes, inclusive bajando el costo de quema. 42

5.3.3. ESTRUCTURA DE COSTOS: Se muestra en la tabla siguiente: ESTRUCTURA DE COSTOS PARA LA FABRICACION DE 1000 LADRILLOS ARTESANALES EN HORNOS DE CAMARAS

ACTIVIDAD Materiales Arena Materia Agua prima e Arcilla fina insumos Insumos para quemado Leña Aserrín Carbón mineral Extracción y secado de arcilla Mano de Chancado de arcilla Obra Mezclado de arena y arcilla Elaboración y raspado de ladrillos Cargado de ladrillos al horno Quemado Capital de trabajo Alquiler de terreno Total Fuente: Propia

Unid.

Cant.

Cubos Cilindros Cubos

0.75 2.00 1.25

Kg. Kg. Kg. Operario Operario Operario Operario Operario Operario

18,18 26,70 62,50 1 1 1 2 7 4

Millares

0.125

C.T C.U. S/, S.T S/, S/, C.F. C.V 26,56 70,53 70,53 10.00 7,50 2,50 5,00 11,25 14,06 43,97 0,20 3,80 0,10 2,67 0,60 37,50 20,00 20,00 109,75 109,75 2,25 22,25 20,00 20,00 15,00 30,00 2,50 17,50 5,00 20,00 250,00

31,25

31,25 31,25 211,53 109,75 101,78

5.3.4. Determinación del Punto de Equilibrio: Base de cálculo: 1 000 ladrillos artesanales Costo fijo (CF): 109,75 Costo variable (CV): 101,78 Costo total (CT): 211,53 Precio de venta (V): 300,00 Punto de equilibrio: 540 Unidades. Vendiendo 540 ladrillos, se paga el costo de producción y el resto significa utilidades, haciendo mas rentable la actividad ladrillera.

43

5.3.5. COMPARACION TECNICA Y ECONOMICA TRADICIONALES Y DE CAMARAS RUBRO -Consumo de -Energía útil -Eficiencia térmica - Costo de operación -Punto de equilibrio -Utilidades

H. TRADICIONAL (20 Millares) 76,70 MKcal. 14,88 MKcal. 18% 1420,00 N. soles 13 460 unidades 2 220,00 N. soles

ENTRE

HORNOS

H. DE CAMARAS (20 Millares) 12 ,227 MKcal. 8, 43 M Kcal. 45% 879,40 N. soles 10 800 Unidades 2 760,00 N. soles

Fuente: propia

Interpretando los resultados de esta evaluación consideramos que en el cuadro anterior la diferencia porcentual de la eficiencia térmica del horno de cámaras respecto del horno tradicional es del orden de 27 %, (45 – 18 %). Esto significa que el horno de cámaras aprovecha mejor la energía del combustible suministrado, además de emitir gases no contaminantes por su chimenea. Esto se refleja en la rentabilidad comparada entre estos hornos de 369 soles por operación que representa un 20% más en utilidades. Razones económicas suficientes para optar la decisión de implementar este tipo de horno para los productores de la zona ladrillera de San Jerónimo.

5.3.6. Evaluación técnica del horno en el proceso de quema. En los gráficos siguientes, se muestra las diferencias entre la cocción en un horno intermitente común y un horno de cámaras múltiples. Allí se ilustra el ahorro de energía al operarse el horno de cámaras que tiene una característica única de ser semi-continuo.

44

COMPARACION DE LAS CURVAS DE QUEMA ENTRE EL HORNO INTERMITENTE Y EL DE CÁMARAS

6.

PLANIMETRIA El expediente técnico está acompañado por un conjunto de 10 láminas procesadas en el programa AUTOCAD por el Diseñador Gráfico Pierre Vidal Letona, bajo la supervisión del Ingeniero Civil Colegiado Mg. Sandro Gutiérrez Samanez. DESCRIPCION DE LAS LÁMINAS Lamina 01: Distribución de planta, escala 1:50, muestra las cuatro cámaras del horno, los vanos para carga y descarga, los alimentadores de aire, los ductos y registros para el manejo de la quema. Así como las dimensiones pormenorizadas de las áreas y detalles del horno. Lamina 02: Planta techos, escala 1:50, muestra la superficie del horno con los orificios de alimentación del carbón, los carriles y el tren de alimentación de combustible. También muestra las dimensiones de la base de la chimenea. Lamina 03: Elevación frontal, escala 1:50, muestra la longitud total y el alzado del horno, la altura de la chimenea metálica; el sistema de tensores metálicos; las posiciones de los alimentadores para aire precalentado que serán conectados aun ventilador movible. 45

Lamina 04: Elevación posterior, escala 1:50. Muestra la chimenea metálica y su base asi como la elevación del horno con su sistema de tensores de acero. Lamina 05: Elevación lateral izquierda y derecha, escala 1:50. Muestra los detalles del alzado de la chimenea, alzado lateral del horno y el tren de alimentadores de quema. Lamina 06: Corte Longitudinal, escala 1:50. Muestra las dimensiones detalladas de los ductos, zapatas, sobrecimientos, paredes, bóveda y relleno del techo del horno. Lamina 07: Corte transversal, escala 1:50. Exhibe las dimensiones y formas de las zapatas, cimientos; posición del alimentador del aire precalentado; el soporte y pedestal de la chimenea metálica y los vanos y orificios de ventilación. Lamina 08: Planta y amarre de adobes de la primera y segunda hileras, escala 1:50. Muestra las dimensiones y los detalles de la técnica de amarre de los elementos del alzado del cuerpo de horno, también los detalles de las cámaras y los vanos u orificios de ventilación y carga. Lamina 09: Planta, cimentación, sobrecimentación y zapatas, escala 1:50. Muestra las dimensiones, longitudes, espesores y características de las zapatas, los cimientos y sobrecimientos así como los ductos subterráneos del horno. Lamina 10: Isometrías, detalles y especificaciones técnicas. Muestra detalladamente el sistema de los ductos, una vista isométrica del volumen total del horno; una isometría del esfuerzo de las estructuras metálicas, una isometría del alimentador del carbón, los detalles del alimentador de aire precalentado y los siguientes cuadros. Cuadro de vanos. Cuadro de áreas y volúmenes. Cuadro de detalles y piezas. Cuadro del área total construida. Cuadro de cimientos y sobrecimientos.

46

Fotografías virtuales de los planos del horno. Elaboración de los autores

47

ANEXO ANEXO 1. CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. CALCULO DE REQUERIMIENTO DE MATERIAL CIMIENTO: -

Cimiento : Perímetro =35,50 m

-

Volumen de piedra =

-

Sobre cimiento: Volumen de piedra

=

Volumen de agregado cemento = -

Revoque: Mortero de arcilla, paja y aserrín =

-

Ductos de evacuación:

-

Tapa de ducto:

Cemento Agregado

= 6 bolsas

-

Base de chimenea: Cimiento-

-

Pared:

-

Volumen de paredes de adobe

-

Volumen de adobe

-

Nº de adobes

= 48

-

Paredes de división: Volumen de adobe de =((0,40)(0.20)(0.18) =0,0144 m3 Volumen de la pared = 2,50 m3 Nº de adobes =2,50/0,0144 = 173 adobes Nº total de adobes= 173x 3 = 519 adobes

-

DETERMINACION DE LADRILLOS EN LA BOVEDA Vano o flecha de arco = 3 m Longitud interna Espesor de arco = t = 24 cm Longitud externa

NOTA: El numero de ladrillos para la estructura de arco siempre debe ser impar

Como el espesor de arco t = 24

Espesor de ladrillo a ladrillo 2,1 cm Nº de ladrillos por arco Hay que reajustar

Nº de ladrillos requeridos por Long de fondo de horno

49

DETERMINACION DE LADRILLOS DE ARRANQUE: (Paredes laterales)

LADRILLOS DE ARRANQUE PAREDES CENTRALES

50

ANEXO 2. BALANCE ENERGIA Cámara 1 Base de cálculo: - 5000 ladrillos artesanales Masa de ladrillo crudo = 3,50 Kg. Masa de ladrillo cocido = 3,00 Kg. Humedad = 14 % a) Calor requerido para la cocción de productos. Donde:

b) calor requerido para evaporar Donde:

λ λ= calor latente de vaporización = 540 Kcal./Kg

c) Calor disipado por las paredes y bóveda del horno Donde:

Donde: Q3 = Calor perdido por conducción K = Coeficiente de perdida de calor 51

Kpared = 840 Kcal./m2 h Kboveda = 1 120 Kcal./m2h Apared = 25.74 m2 Aboveda = 9.42m2 Tiempo= 10 horas d) Calor requerido para calentar la parrilla de deflectores: Q4 = mCe∆T

Donde: m = masa de los deflectores y parrilla1980 Kg Ce = Calor especifico del ladrillo= 0.25 Kcal./Kg ºC ∆T = Diferencia de temperatura= 840 ºC

Q4 = 1980Kg.x 0.25 Kcal. X 884 ºC Kg ºC Q4 =437 580 Kcal. Calor suministrado a la cámara 1 = 5 470 506 Kcal.

BALANCE DE ENERGIA CAMARA 2

a) Calor requerido para la cocción de ladrillos:

Q1 =mCe∆T

∆T = 900-450ºC de la segunda cámara al ser Precalentado está 450ºC

Q1 = (15 050 Kg.) ( 0.25 Kcal/kg ) (450 ºC)

Q1 = 1 693 125 Kcal.

b) Calor disipado por la pared y bóveda del horno

Q2 = KAt

Donde: t = tiempo de operación = 6 horas

52

Q2= 840 Kcal. x 25.74 m2 x 10 h+ 1 120 Kcal. x 9.42 m2 m2K m 2h Q2 = 193 031 Kcal.

c) Calor requerido para calentar la parrilla y deflectores:

Q3 = mCe∆T

Donde: ∆T = 450ºC

Q3 = 1980 Kcal x 0.25Kcal Kg ºC Q3 = 222 750 Kcal.

El H2O se ha eliminado durante el pre-calentamiento por lo que es necesario suministrar energía.

 Calor suministrado a la cámara 2 : 2 108 906 Kcal.

El balance de energía en las cámaras 3 y 4 son similares a la cámara 2 Finalmente el calor suministrado a todo el horno es: 11 645 054 Kcal.

53

CALCULO DEL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTION:

Base de cálculo: 1 Kg de carbón mineral

C + O2

H2 + ½ O2

O2

CO2 : 0.72 Kg. de C x 32 Kg O2 = 1.92 Kg. de O2 12 Kg C H2O: 0.038 Kg.H2 x 16 Kg O2 = 0.304 Kg de O2 2 Kg H2 :

S + O2

=

- 0.056 Kg. de O2

SO2 : 0.0086 Kg S2 x 32 Kg O2 = 0.0086 Kg de O2 32Kg S2

Finalmente el O2 requerido es 2.1766 Kg de O2

DETERMINACION DE H2O EN EL AIRE

Presión barométrica en el cusco : 514 mm Hg Humedad relativa promedio

: 45 %

-Presión de vapor de agua a 16ºC: 11.62 mm Hg vapor saturado -Presión de H2O = (0.45)(11.62) mm Hg = 5.2300 mm Hg -Presión de aire = Pbarométrica – PH2O = (514-523)= 508.77 mm Hg

54

Finalmente se calcula la masa de H2O mH2O =PH2O x masa de aire seco =

5.23 x 11.328 Kg. H2O =0.116 Kg. H2O 508.77

Masa de aire húmedo = (11.44- 0.1116Kg aire ) = 11.44 Kg. aire

- Determinación de los gases de chimenea:

- Asumiendo que los gases abandonan a 200 ºC

CO2 : 0.72 Kg. C x 44 Kg. CO2 x 0.235 Kcal. x (185 ºC) = 111.44 Kcal/Kg Kg. ºC H2O : 0.304 Kg.H2O x 18Kg. H2O x 0.476 Kcal. x (185 ºC) = 26.77 Kcal/Kg 1Kg. H2 Kg ºC SO2 : 0.0086 Kg. S 64Kg. SO2 x 0.235 Kcal x (185ºC) = 0.75 Kcal/Kg. 32Kg. S Kg ºC N2 : 7.86Kg N2 0.25 Kcal. x(185ºC) = 355 Kcal/Kg Kg ºC

∑ Q = 495.15 Kcal./Kg ºC

- Determinación de cantidad de combustible:

La energía suministrada con 5% de factor de seguridad

55

Q suministrado= 11 645 054 x 1.05 = 12 227 306.70 Kcal.

- Carbón suministrado =

12 227 306.70 Kcal. = 2034.50 Kg C (6 500 – 495.15)Kcal./kg ºC

- Carbón suministrado por hora: 2 034.50 Kg. C = 67.8 Kg C 30 h Eficiencia térmica respecto al horno tradicional n = 45%

- DETERMINACION DE LA POTENCIA DEL VENTILADOR

- Flujo mágico de aire: 11.44 Kg. aire x 67.8 Kg C = 775.63 Kg. aire Kg. C h h - Factor de seguridad 50% 775.63 Kg (1.50) = 1163.44 Kg./h

- densidad del aire a Tº 16 º C = ‫ = ףּ‬081 g/lt.

3

- Flujo volumétrico de aire 1 163.44 Kg de aire x 2.2 lb. x 1 h x 1 ft H 1Kg 60 min. 0.051Kg aire

- Flujo volumétrico =794.56 ft3/min.

- POTENCIA DEL MOTOR DE VENTILADOR:

HP = 0.0001753 flujo de aire x perdida de carga Ŋ - Perdida de carga en cámaras de horno = 20 pulg. H2O –(Hornos y combustibles Lovato). - Perdida de carga despreciable cuando los ductos tienen longitudes menores a 100 m.

56

- Rendimiento de motor en Cusco = 60%

HP = (0,000175) (794.56) (20) = 4.68 ≈ 5.00 Hp 0.60 DETERMINACIÓN DE LA ALTURA DE CHIMENEA Relación Matemática: H = 3h+ (di + de)/3 Altura Interna : h = 2,60 m Longitud del ducto de evacuación de la cámara : di = 4 m Longitud de en el exterior: de = 8 m H = 3(2,40) + (4 + 8)/3

=

11,30 m.

H = 12,00 m.

57

ANEXO 3. ALTURAS DE SEGURIDAD PARA PAREDES SIN ANCLAJE

espesor de

Altura maxima de pared

Pared (m)

con arco (m)

0,11

0,91

0,23

2,13

0,35

3,65

0,45

4,57

Fuente: Refractarios F.H. Norton Ed. Blume 1971

COEFICIENTE DE PERDIDAS DE CALOR POR CONDUCCION TEMP. PARED INTERIOR ºC

Kcal. /m2.h muro (0.25 m)

muro (0.45 m)

650

1900

1100

800

2500

1300

1000

3400

1800

1200

4400

2400

Fuente: Jhon Perry – Manual del ingeniero Químico I - II

58

FACTORES DE EMPUJE EN ARCOS DE BOVEDA Elongación en

Angulo

Fracción de

Factor de

Factor de

Factor de

Pulgadas/pie

Central

Círculo

peso W

empuje

empuje

Horizontal H1

resultante R1

de distancia 1,000

37º51`

0,1051

1,02

2,90

3,07

1.250

47º04`

0,1307

1,03

2,30

2,51

1.500

56º08`

0,1560

1,04

1,87

2,13

1,608

60º00`

0,1667

1,05

7,73

2,00

1,750

65º02`

0,1807

1,06

1,57

1,86

2,000

73º44`

0,2048

1,07

1,30

1,64

2,250

82º15`

0,2284

1,09

1,15

1,52

2,500

90º29`

0,2513

1,12

1,00

1,44

3,000

106º15`

0,2952

1,16

0,76

1,25

6,000*

180º00`

0,5000

1,57

0,00

1,00

Fuente:Refractarios F:H. Norton

ANEXO 4 PODER CALORIFICO DE COMBUSTIBLES

Combustibles Cáscara de arroz Algarrobo Aserrín Eucalipto Carbón bituminoso Carbón antracítico

Kcal/ Kg. 3 181.00 3 703.00 3 700.00 4 306.00 4 066.00 6 500.00

Fuente: Refractarios F.H Norton.

59

VANOS Y ESPESOR DE BÓVEDAS Vanos (S) Pies metros 5 1,52 12 3,66 16 4,88 20 6,10 Fuente: Refractarios F.H. Norton

Espesor de Arco (t) Pulgadas cm. 4 1/2 11,43 9,0 22,86 13 ½ 34,29 18 45,72

COMPOSICÓN QUÍMICA DEL CARBÓN MINERAL DE CHICAMA Elementos

% en Peso 72,00 3,80 5,60 0,86 4,40 13,34

Carbono Hidrógeno Oxígeno Azufre Humedad Ceniza Fuente: Laboratorio de servicios de Química. UNSAAC.

CALOR SENCIBLE DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN Compuesto Anhidrido de carbono CO2 Nitrógeno N2 Agua H2O Dióxido de azufre SO2

Calor Sensible Kcal/kg. º C 0,235 0,247 0,342 0,233

Fuente: Principios de Ingeniería. A. Puron. Edit. Limusa

60

ANEXO 5 FORMULACION DE MATERIAL PARA LAS DIFERNTES PARTES DEL HORNO Ladrillo de bóveda

Materiales Arcilla roja del lugar Arena de mina Caolín Aserrín

Porcentaje en peso (%) 30 40 20 10

Fuente: elaborado por los consultores La temperatura de cocción es de 1000 ºC.

Ladrillos de arranque Materiales Arcilla roja del lugar Arena de mina Caolín

Porcentaje en peso (%) 30 50 20

Fuente: elaborado por los consultores La temperatura de cocción es de 1 000 º C.

Revoque refractario Materiales Arcilla roja del lugar Arena de mina Caolín Aserrín

Porcentaje en peso (%) 45 30 20 15

Fuente elaborado por los consultores Se puede añadir también paja al mortero dependiendo del requerimiento de cada albañil.

61