CONAM

MEMORIA DESCRIPTIVA

CONSULTORIA:

ESTUDIO DE DEFINICION DE TIPODE 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 HORNOAPROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO. ................................................................................9

1.- OBJETO DEL PROYECTO:.....................................................................................................................9

ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE TIPO DE HORNO APROPIADO PARA EL SECTORLADRILLERO ..............................................................................................................................................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 DELA REGIÓN....................................................................................................................................10

2.1.1. DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y FUNCIONAMIENTODEL 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 HORNOSTRADICIONALES.........................................................................................................................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 CONVENTILADOR:...................................................................................................................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 DELA 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 DELHORNO. .........................................................................................................................................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 DECÁMARAS..........................................................................................................................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 HORNOSTRADICIONALES 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 parael sector ladrillero”, licitado por el Programa Regional de Aire Limpio (PRAL) y elConsejo Nacional de Medio Ambiente (CONAM) para la fundación SWISS CONTACT yla Agencia Suiza para el Desarrollo y Cooperación (COSUDE), es producto de ardualabor de los consultores para elaborar un producto que satisfaga las exigencias deldocumento: 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 delCusco.

Objetivo Especifico.

Definir el tipo de horno a aplicarse en el sector ladrillero de la ciudad del cusco bajo lossiguientes 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 eficienciatérmica, 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 delcuidado del ambiente y la salud de productores, usuarios y ciudadanos, ponemos aconsideración de los señores directivos del CONAM el diseño de un horno detecnología intermedia denominado:

7

Horno semicontinuo de cámaras múltiples, el mismo que ha sidoseleccionado a partir de un exhaustivo estudio técnico y económico, comparativo entrelos hornos tradicionales, de tiro abierto y con ventiladores, y los modernos hornosintermitentes, semicontinuos y continuos; sin soslayar la experiencia de nuestrospropios productores quienes nos facilitaron, generosamente, sus alcances, datostécnicos e innovaciones en las visitas que realizamos a sus centros de labor y en lostres talleres de trabajo en los que presentamos el proyecto en su fase de gestión y dediseño.

Finalmente, agradecemos la oportunidad que se nos dio para acometer untrabajo que es un aporte tecnológico palmario al desarrollo de la Región y quecontribuye con la limpieza del aire en el contexto de la nueva corriente de proteccióndel medio ambiente global.

Cusco, enero del 2008.

Los consultores.

RESUMEN

1. Nombre de la Consultoría: Estudio de definición de Tipo de HornoApropiado 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 tirodirecto con cúpula, de tiro inverso descendente con cúpula; horno catenariode 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 enatención a las siguientes cualidades:

Capacidad de producción de 120 mil ladrillos mensuales en 6 ciclos dequema 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 ladrillerostradicionales.

5. El presupuesto de construcción del Horno arroja la suma de 28673.00Nuevos 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 láminasprocesadas en formato autocad con la distribución de planta, techos,elevaciones frontales, posteriores y laterales; cortes longitudinales ytransversales; cimientos, sobrecimientos y zapatas; asi como isometrías,detalles y especificaciones técnicas.

Finalmente, acompañan al expediente el manual de operaciones y seguridaddel horno, costos y presupuestos, anexos con los cálculos técnicos deingeniería y procesos correspondientes.

MEMORIA DESCRIPTIVA PARA EL ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE TIPO DEHORNO APROPIADO PARA EL SECTOR LADRILLERO.

1.- OBJETO DEL PROYECTO:ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE TIPO DE HORNO APROPIADO PARA EL SECTORLADRILLEROOBJETIVO

• Diseñar un horno ladrillero de tecnología intermedia que logre coccionesuniformes, sea térmicamente eficiente, reduzca la contaminaciónambiental y pueda ser fácilmente manejable

1.1.- INDUSTRIAL.-Proponer un diseño de un horno de tecnología intermedia que represente un pasoen la modernización tecnológica del sector.

1.2.- ECONÓMICO.-El proyecto debe reducir los costos de fabricación, costos de quema, costos poruso de combustible.

1.3.- LABORAL.-El proyecto debe mejorar las condiciones de trabajo de los involucrados en laproducción de ladrillos, introduciendo estandarización de la producción y uso denormas de higiene y seguridad para el trabajo.

1.4.- AMBIENTAL.-El proyecto busca reducir ostensiblemente la emisión de gases contaminantes ala atmósfera, por medio de un sistema de quemado óptimo de los combustibles,para contribuir con la preservación del aire limpio de la región.

10

2 ANTECEDENTES.

2.1. DIAGNOSTICO DE LOS HORNOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIALADRILLERA DE LA REGIÓNSegún las indagaciones históricas que hemos realizado el tipo de hornos usadoen la actualidad por los ladrilleros de la región, corresponde, todavía, a diseñosde hornos cerámicos romanos que datan de dos mil años de antigüedad.

2.1.1. Descripción de las características físicas y funcionamiento del hornotradicional.Los hornos utilizados actualmente en el sector ladrillero del distrito deSan Jerónimo, poseen básicamente dos formatos geométricos y estosson:Cilíndricos y los cúbicos de base rectangular.Sus capacidades de carga oscilan entre 7 000 a 10 000 ladrillosartesanales o mecanizados de 18 huecos, y de 4 000 a 8 000 tejas. Estoshornos se caracterizan por tener dos cámaras una de combustión que seencuentra en la parte inferior cuya altura máxima es de 1 m.aproximadamente y seguida de otra cámara que es la de cocción cuyaaltura varía de 2 a 3 m. Existe una parrilla que divide ambas cámaras ysirve como base para cargar los productos a quemarse.La cámara de cocción tiene generalmente una compuerta de carga ydescarga 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 bóvedacatenaria, por donde se suministra el combustible (aserrín, cáscara decafé, 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,

11

Mortero de barro o arcilla,Palos de eucaliptoCalaminas.

2.1.3. Construcción o albañilería del horno.

En el cuadro siguiente se muestra las características y los materialesutilizados en la construcción del horno.

2.1.4. CARACTERISTICAS DE UN HORNO LADRILLERO TRADICIONAL

PARTES DEL HORNO MATERIALES CARACTERISTICAS

Cimientos,

Parrilla de cargado

Muros o paredes

Revoque

Vigas de protección

Techos

Piedras y mortero de arcilla yarenaLadrillos y mortero de arcilla

Adobes y mortero de arcilla yarena

Mortero de arcilla, arena y paja

Palos de eucalipto

Palos de eucalipto y calamina

Dimensiones de 0,80 x 0,50 m.Altura de la bóveda 1m. conespacios vacíos cuadrados de 0,29m. de lado.Muros de cabeza de 0,50 m deespesor.Interior de la cámara de cocción, yTiene 0,0254 m. de espesor.Todo el perímetro de la cámara decocción.

No es parte de la cámara de cocción.

Elaborado: por los autores.

Adicionalmente los hornos cuentan con machones de adobes cada dosmetros 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. Algunosproductores en las últimas capas de la carga incluyen carbón mineralcon el objeto de uniformizar la temperatura de cocción de los productos.

2.- Haciendo uso de leña (bolillos o rajas de eucalipto), se enciendelentamente por un lapso de 4 horas aproximadamente, hasta completarel 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 18horas hasta completar la cocción de los productos.

12

Una vez que se a completado la cocción se sella la parte superior delhorno con las cenizas extraídas de la cámara de combustión, aserrín,productos malogrados, etc. Como también la compuerta de la cámarade combustión con ladrillos y sellando con mortero de arcilla, paraevitar un enfriamiento brusco y pueda malograr los productoscoccionados.

3.- Se deja enfriar durante 48 horas aproximadamente, luego de estetiempo se puede descargar los productos, observándose una pérdidade aproximadamente del 20 %. De los productos cargados porenconchamiento 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 seagrietan frecuentemente como consecuencia de la dilatación que sufrelas paredes del horno.

b) En la bóveda de la cámara de cocción puesto que algunos ladrillos que loconforman tienden a fusionarse, con lo cual corre riesgo la parrilla decarga, por lo que es necesario sustituir estas para garantizar suestabilidad.Evaluación de las características técnicas del horno en el proceso dequemaLos hornos utilizados en la industria ladrillera del sector de San Jerónimo,técnicamente denominados “Hornos de tiro ascendente y natural”, nosmuestra las siguientes características técnicas durante su operación:

a) El horno no puede quemar completamente el combustible, es decir nohay combustión completa por falta de oxígeno pese a tener la cámara decombustión alta, originado por la falta de chimenea que mejoraría el tiroen el horno y una consecuencia directa de ello es que no aprovechaeficientemente el combustible.

b) El horno al carecer de bóveda y de aislamiento térmico especialmente enla cámara de cocción, hace que disipe calor al medio ambiente, de estamanera se debe quemar más combustible de lo requerido y seincrementa el tiempo de operación.

c) En la cámara de cocción no hay una distribución uniforme detemperatura, existiendo una gradiente apreciable, es así que en la parteinferior de la cámara de cocción es más alta inclusive llegan fusionarselos productos lo que indica que ha alcanzado temperaturas superiores a1 000 ºC y en la parte superior de la cámara todavía los productos nohan completado la cocción, lo que indica que no han superado los 800ºC. Hoy en día algunos van solucionando el problema adicionandocarbón mineral en la parte superior del horno.

13

d) Los productos coccionados no tienen una calidad homogénea y quedifícilmente podría pasar los estándares de calidad si esta se sometieraa evaluación.

e) La eficiencia térmica del horno es inferior al 20 %, es decir, quesolamente aprovecha el 20 % de la energía suministrada para coccionarlos productos mientras que, el 80%, se disipa por la parte superior delhorno 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 deladrillos y tejas en San Jerónimo, Presentan un problema crucial el cual es, lacombustión incompleta de los combustibles suministrados por falta de oxígeno,pese a tener la cámara de combustión un volumen considerable, esto es originadopor la ausencia de tiro en el horno (ausencia de chimeneas). La existencia de unbuen tiraje es muy importante por que permite una buena circulación de oxígenoen el interior del horno con lo que se obtiene una buena combustión (quemarcompletamente el combustible). Esta deficiencia origina que los hornos seanfuentes 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 comoconsecuencia de ello, se lanza a la atmósfera grandes cantidades de gasestóxicos de CO, NO, SO2 , CO2 etc. que contaminan el aire de zona circundantea la ciudad del Cusco, generan riesgo de precipitación de lluvias ácidas queafectan a la actividad agrícola regional y que, además, son contribuyentespotenciales del efecto invernadero que actualmente vienen destruyendo la capade ozono, poniendo en peligro la sostenibilidad de la vida y afectando alcomportamiento del clima global.

b) Presencia de Sustancias Particuladas, estas se originan, principalmente, en ladescarga de los productos cocidos en los hornos, operación en la que seobserva la presencia de abundante subproductos de la cocción, cenizas quequeda después de la combustión de los combustibles sólidos (ramas deeucalipto, aserrín y carbón mineral, llantas de jebe y desperdicios plásticos ). Lapresencia de estos materiales afecta a la salud integral de la población aledaña,generando condiciones para males bronco-respiratorios, silicosis, conjuntivitiscrónica y hasta enfermedades malignas.

c) Inadecuado Manejo de Residuos Sólidos, No se tiene lugares especialmenteacondicionados para depositar los residuos sólidos de cenizas así comotambién ladrillos y tejas rotas. Tampoco hay programas para el reciclaje deestos materiales que pueden ser usados como abonos, en el caso de lascenizas y como insumos anti-plásticos de la misma industria cerámica en elcaso de tajas y ladrillos rotos.

14

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

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 HORNOSTRADICIONALES

2.3.1.- Combustión incompleta de los combustibles empleados.La buena combustión se realiza por un equilibrio entre la cantidad decombustible y la cantidad de oxígeno del aire necesario para esta reacciónquímica. Su deficiencia trae consigo la emisión de gases tóxicos como elmonóxido de carbono, anhídrido carbónico y gases sulfurosos junto conhumo negro o carbón particulado, con lo que se poluye la atmósfera y secontribuye con el calentamiento global y la destrucción de nuestroecosistemaComo resultado de esta quema deficiente, se requiere gastar máscombustible que el requerido pues la eficiencia térmica es muy baja, lo queredunda en el alto costo de las quemas con el consiguiente encarecimientode 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 temperaturasentre la base y parte alta de la carga en la cámara de cocción sea muygrande por lo que las quemas son deficitarias, pudiendo fundirse la cargacercana a las llamas del hogar y quedar casi cruda la carga colocada en laparte más alta. Además los hornos abiertos pierden la mayor parte de laenergía térmica producida por el combustible, reduciéndose la eficienciatérmica de este en la cocción de la carga.

ACTIVIDAD PM100 SOx NO2 CO COV

Ladrillerías ytejeríasPanaderiaTransportevehicularViviendasOtros

Total

1 067,30

134,30

148 989,40650,20712,00

151 553,20

8,0

5,40

605,3045,9035,00

699,60

55,80

13,40

2 437,5097,4080,50

2 684,50

5 575,40

1 252,90

6 848,903 495,00

136,00

17 758,20

1 831,90

526,70

1 264,901 994,70

690,00

6 308,20

15

2.3.3.- Calidad deficiente de los productos.Como consecuencia de las quemas deficientes se ofertan productos decalidad dudable, pues la mezcla cerámica no llega a la quema completa oa la “sinterización”, quedando con un alto nivel de porosidad, bajaresistencia al golpe, cizallamiento, abrasión y tracción. Sin contar lapresencia de gránulos calcáreos o “caliche” que al quemarse generannódulos 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 suactividad una gran cantidad de desperdicios sólidos como ladrillos y tejasrotas, fundidas o mal quemadas que modifican el entorno dando unaimpresión de abandono desorden. Estos materiales deben serreprocesados, molidos y reciclados como materiales antiplásticoscomponentes de las pastas arcillosas, con esta operación se eliminaría lapolución por excretas sólidas y se daría un valor agregado a estosdesechos. Algunos señores ladrilleros ya están reciclando estosmateriales.

16

2.4. EVALUACION TECNICA DE HORNOS

2.4.1. EVALUACION DE TEMPERATURA

En la figura siguiente se muestra la distribución de temperaturas en lacámara de cocción, hornos tradicionales muy utilizados en la región, en unmuestreo de 15 hornos los resultados son los siguientes:

- Temperatura en la puerta del hogar o cámara de combustión es 350ºC 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 porque, estas son muy grandes, afectando la salud de los operarioshorneros.

- En la base de la carga es el único lugar de temperatura en el cualpuede coccionarse adecuadamente los productos de arcilla, por queesta, se encuentra cerca al punto de sinterización de la arcilla,obteniéndose productos de arcilla cocida irreversibles a la acción de lahumedad .

- En la parte superior se ve que la temperatura no ha superado los 550ºC. lo que significa estos productos están crudos y todavía no hanadquirido las propiedades de un producto cerámico y es atacado conrelativa facilidad por la humedad del ambiente. También nos muestra laexistencia de una gradiente de temperatura muy grande deaproximadamente de 320 ºC. entre la parte inferior y superior de lacarga, que debe ser eliminado prontamente.

- Finalmente el adobe nos muestra ser un material con buenascaracterísticas de aislamiento térmico, puesto que no permite ladisipación de calor a través de él.

17

18

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 Cantidad Kcal.Calor para cocción de productosCalor suministrado por los combustibles

7 437 50038 350 000

Eficiencia térmica : 18 %

Se puede observar que gran parte de la energía proporcionada por loscombustibles se pierde a través del techo y las paredes especialmente.

Consumo y Costos de Combustibles

Combustible Cantidad Precio S/.AserrínRama de eucaliptoCarbón mineral

1 Canter (camionada)¼ de camión100 Kg.

450,00200,0060,00

Total 710,00

El consumo de carbón mineral recién se está incorporando comocombustible para quemar productos de arcilla, mejorando paulatinamentela calidad de estos.

2.4.3. BALANCE DE ENERGIA EN HORNOS TRADICIONALES CONVENTILADOR:

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 Cantidad Kcal.Calor requerido para cocción del productoCalor proporcionado por combustibles

2 025 0007 457 500

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

19

Consumo y Precios de Combustible

Combustible Cantidad Precio S/.AserrínCarbón mineralEnergía eléctrica

04 m. Cúbicos300 Kg.18 Kw.

160,00180,00

6,00Total 346,00

La incorporación de un ventilador, implica el uso de energía eléctrica cuyocosto no es muy significativo como se puede apreciar en la tabla anterior.

2.4.4. ELABORACIÓN DE ESTRUCTURA DE COSTOSSe muestra en la tabla siguiente:

ESTRUCTURA DE COSTOS PARA LA FABRICACION DE1000LADRILLOS ARTESANALES EN HORNOS TRADICIONALES

ACTIVIDAD Unid. Cant.C.U.S/, S.T S/, C.T S/, C.F. C.V

Materiales 26,56 95,88 95,88Arena Cubos 0.75 10.00 7,50

Materia Agua Cilindros 2.00 2,50 5,00prima e Arcilla fina Cubos 1.25 11,25 14,06insumos Insumos para quemado 69,31

Ramas de Eucalipto Camión 0.125 350,00 43,75aserrín Canter 0.125 200,00 25,00Carbón mineral Kg. 100.00 60,00 0,60Extracción y secado dearcilla Operario 1 20,00 20,00 109,75 109,75

Manode Chancado de arcilla Operario 1 2,25 22,25obra Mezclado de arena y arcilla Operario 1 20,00 20,00

Elaboración y raspado deladrillos Operario 2 15,00 30,00Cargado de ladrillos alhorno Operario 7 2,50 17,50Quemado Operario 4 5,00 20,00

Capitaldetrabajo Alquiler de terreno Millares 0.125 250,00 31,25 31,25 31,25

Total 236,88 109,75 127,13Fuente: Diagnostico socio económico de pequeñas ladrilleras Dist. San Jerónimo

20

2.4.5. DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EQUILIBRIO:

Base de cálculo: 1000 ladrillos artesanales.

Costo fijo (CF) : 109,75Costo variable (CV): 127,30Costo total (CT): 236,80Ingreso por ventas (V): 300Punto de Equilibrio: 673 Unidades.

Una unidad productiva pequeña cubre sus costos de producción, con sólovender 673 ladrillos, y el resto de ingresos viene a ser sus utilidades queúltimamente se viene incrementado por la mejora de precios en elmercado.

3. ESTUDIO DE HORNOS LADRILLEROS DE BOVEDA EN EL CUSCODescripción de hornos de tecnología intermedia, usados en la industria ladrillera.En las visitas de campo, los consultores encontramos una serie de innovacionesrealizadas por los propios ladrilleros, innovaciones, en algunos casos yasocializadas o compartidas, mientras que otras no eran compartidas y seencontraban 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 longitudpor 2.5m de altura. La chimenea apenas tiene 5m de altura. El horno funcionó condiez quemadores de aceite quemado pero fue abandonado por no presentareficiencia en la quema, lo que se pudo haber subsanado.Una serie de hornos abovedados de tiro directo hemos encontrado en la granjaK’ayra, de propiedad de la Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco enconvenio con una entidad privada. Al parecer estos hornos no fueron usados luegode su construcción, tienen una planta interior de 2.5 x 5 m y una altura de 3 m.

21

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.

22

Por la zona de Villa Rinconada, opera una fábrica que usa una especiede horno Hoffman, muy modificado, sin cúpula, las cámaras de cocciónson como calles cerradas, en las que se coloca la carga por lotesseparados se cierra con tapias de adobes y ladrillos; con planchas demetal (cilindros aplanados) cierran el techo de los compartimientos yqueman con carbón granulado suministrado por alimentadores desde laparte alta. Un sistema de ventilación mueve y dirige las llamas y gases decombustión hacia una chimenea de aproximadamente 15 metros.Otras innovaciones encontradas son: El uso de ventiladores para darmás eficiencia a la quema de combustibles sólidos (aserrín, leña yramas), el aire entra frío y probablemente genera rajaduras en la carga.Para superar el problema de la gradiente térmica en los hornos de tirodirecto ahora se ha introducido el uso de briquetas de carbón colocadasen 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 LADRILLERADE LA REGIÓN.Para realizar la selección de un horno apropiado para la industria ladrillera, losconsultores, evaluaron varios tipos de hornos avanzados, como los que siguen:

23

3.3.1. Hornos de bóveda de tiro ascendente:Estos hornos fueron desarrolladas por los años de 1 550 a 1 650 ºC. Esmás eficiente que los anteriores, la combustión se desarrolla en lacámara de combustión y el calor fluye de abajo hacia arriba atravesandola carga para desfogar los gases de combustión por la chimenea que seencuentra encima de la bóveda del horno. El inconveniente de estoshornos es que la cámara de combustión tiene mayor temperatura en laparte inferior de la cámara de cocción y mas fría en la parte superior, loque 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 losceramistas Japoneses lo mejoraron construyendo hornos de cámaracontinua. Consiste este horno en una serie de cámaras individuales peroconectadas entre si, y comparten el mismo cañón de chimenea. Existehasta de 20 cámaras en algunos casos, son hornos de alta producción.Su funcionamiento es muy sencillo, el encendido se inicia en la primeracámara haciendo pasar el calor residual de los gases de combustión alas siguientes cámaras para precalentar y completar el secado de losproductos cargados, cuando la primera cámara ha alcanzado latemperatura de cocción, la segunda cámara estará entre los 300 a 400ºC., para cuando esto suceda se inicia la combustión en la segundacámara y la tercera cámara aprovechará el calor residual de la segundacámara así sucesivamente hasta completar la serie, cabe indicar quecada cámara tiene su compuerta para la combustión. Estos hornos muyeficientes puesto que reducen enormemente el tiempo de operación,como también los costos de operación.

24

3.3.3. Hornos de Bóveda de tiro Invertido.-En Europa, por el año de 1 750, por la necesidad de mejorar la calidad delos productos se desarrolló el horno de tiro invertido, cuya característicaes que la chimenea se encuentra en el piso del horno, el fuego siguehacia arriba para luego ser succionado por la chimenea atravesando lacarga de arriba hacia abajo, con lo que consigue una cocción homogéneade los productos, puesto que existe una distribución de temperaturauniforme en la cámara de cocción. Estos hornos pueden tener formatoscilíndricos y cúbicos, cuyos volúmenes variables tiene mucha aplicaciónen la industria cerámica incluyendo la industria ladrillera de producciónpequeña y mediana.

25

3.3.4. HORNO JAPONÉS DE BÓVEDA Y TIRO INVERSO.-Se trata de un horno construido para alta temperatura 1350°C. Uno de losconsultores 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 detecnología del SENATI en 1995. El horno posee una vagoneta para

26

facilitar la carga y descarga. En este horno se quemó porcelana de usoquímico y ladrillos refractarios aislantes a 1300°C. La ceramista japonesaHideko Iwakuni elogió este horno construido bajos las condiciones de3400 msnm. Y en los andes peruanos en su libro “Reciban el canto de losbarros”, 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 losintermitentes, y optimiza el uso de la energía que se perdería en elcalentamiento de las cámaras subsiguientes. Además cuenta convagonetas de carga para facilitar la carga y descargas.

27

VISTA Y ESQUEMA DEL HORNO INDUSTRIAL DE CÁMARAS, TIPOSEMICONTINUO

ESTRUCTURA DE LAS BÓVEDAS

28

3.4. HORNOS CONTÍNUOS

Son hornos que se caracterizan por operar las 24 horas del día y los 365 días alaño. Son hornos utilizados en centros gran producción y cuyo costo deimplementación también son levados. Dentro de estos hornos tenemos lossiguientes:

3.4.1. Hornos de Túnel.-Estos hornos se caracterizan por que el producto a coccionarse sedesplaza continuamente en vagonetas o rodillos a través de una galeríamuy larga aproximadamente de 100 metros de longitud y divididos entres sectores, precalentamiento, cocción y enfriamiento. Los productos sedesplazan del sector de precalentamiento hacia la zona de cocción,siguiendo un programa de cocción con parámetros ya definidos paracada tipo de pasta. Obteniéndose productos de alta calidad. El airecircula en sentido contrario al desplazamiento de la carga, generando unahorro en el consumo de combustible en las etapas de precalentamientoy secado. Estos son hornos de alta productividad pues su capacidadoscila desde 15 a 90 metros cúbicos por día.

La economía del horno túnel estriba en que se recupera el calor de losgases de combustión para calentar la carga que entra y utilizando elcalor de los ladrillos que se enfrían para precalentar el aire de lacombustión o en algunos casos, para secar ladrillos.

Ventajas:

- Hornos para procesos de producción continua y de volúmenesgrandes.

- 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.

29

ESQUEMA DEL HORNO ANULAR HOFFMAN

ESQUEMA DEL HORNO TÚNEL

30

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 haciendouso de tecnología intermedia.

- Unidades de producción pequeña de 20 a 40 millares mensuales, haciendouso de tecnología artesanal.

- Promediando la producción de ambos segmentos, tenemos una producciónmensual de 120 millares de ladrillos.

- Por estas consideraciones, se propone construir un horno con una capacidadde quema de 120 millares de quema por mes, con una frecuencia de seisquemas, es decir 20 millares por ciclo de quema.

- Las dimensiones del horno para este volumen serían muy grandes, así comosu 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 sepresta para una operación semicontinua, quemando volúmenes reducidos porciclo, alcanza a la producción promedio mensual requerida por sectorladrillero de San Jerónimo.

- El volumen a quemarse por mes será de 120 millares de ladrillos, dividimos enseis ciclos por mes y en cada ciclo se quemará veinte millares, siendo elvolumen óptimo de producto a quemarse de cinco millares por cámara.

- Por las razones indicadas anteriormente se propone construir un horno de 4cámaras cada una de ellas con una capacidad de carga de cinco millares. Conlo que se puede satisfacer a los dos segmentos de productores que existen enSan Jerónimo.

4.2. RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL HORNO:El horno propuesto consta de cuatro cámaras contiguas comunicadas entre si porductos, con una capacidad de carga de 5 millares de ladrillos artesanales y conuna producción global de 20 millares de ladrillos artesanales por ciclo de quema,cada ciclo tiene una duración aproximada de 30 días. La producción aproximadamensual de este horno es de 120 millares de ladrillos artesanales o similares en 6ciclos de quema por mes.

A continuación se detalla las especificaciones técnicas del horno:

Área del terreno : 80 metros cuadradosVolumen de producción por ciclo de quema : 20 millares de ladrillosVolumen de carga : 12 m3 por cámaraTemperatura máxima : Hasta 1 000 ºC.Temperatura de trabajo : 900 ºC.Tiempo de operación : 30 horasConsumo de energía : 11 645 054 Kcal.Consumo de energía por hora : 388 168 Kcal.Flujo de aire por hora :

31

Área de combustión : 1,15 m cuadrados/CámaraNúmero de alimentadores por cámara : 08 unidades.Área transversal de loa alimentadores : 0,064 m cuadradosÁrea de Compuerta de evacuación de gases : 0,49 m CuadradosLongitud de ductos de evacuación : 25 m.Altura de Chimenea : 12 m.Diámetro de Chimenea : 0,80 m

4.3. DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y FUNCIONAMIENTODEL HORNO.

INNOVACIONES TECNOLÓGICAS INTERMEDIAS EN EL HORNO DE CÁMARAS MÚLTIPLES

32

4.4. INNOVACIONES PRESENTADAS EN EL HORNO DE CAMARAS MULTIPLESLas innovaciones técnicas más resaltantes que presenta el horno seleccionadoson los siguientes:

Los objetivos de la innovación tecnológica son:1.- Mejorar la rentabilidad,2.- Aumentar los beneficios y3.- Reducir la contaminación

4.4.1.- Horno cerrado con cúpulaEl horno va contar con cuatro cámaras de techo de bóveda construidocon ladrillos porosos. El cual evitará la fuga de calor hacia el exterior conlo que se ahorrará el consumo de combustible como también que seconsiga una temperatura constante en la cámara de cocción con lo quese garantiza la calidad homogénea de los productos quemados

4.4.2.- Chimenea.Es un elemento muy importante del horno puesto que nos permite queexista una buena circulación de aire y gases en el horno, lo que permiteuna buena combustión del combustible suministrado al horno, con lo quese logra evitar la emisión de gases contaminantes a la atmósferaespecialmente el CO. Finalmente este hecho redunda una vez más en elmejor aprovechamiento del poder calorífico del combustible.

4.4.3.- TIRO INVERSO O DESCENDENTEEl sentido de las llamas es inverso, de arriba para abajo. Las llamas sonsuccionadas por el tiro que ejerce la chimenea

4.4.4.- QUEMA ECOLÓGICA.Para garantizar una quema limpia el horno contará con un quemadorauxiliar en la bese de la chimenea, para completar la combustión del

33

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

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

4.4.6.- AISLAMIENTO TÉRMICO

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

34

4.4.7.- DISEÑO PARA USO DE COMBUSTIBLES DIVERSOS

La cámara de combustión del horno estará acondicionado para quemarcombustibles sólidos (laña, aserrín, carbón mineral); combustibleslíquidos (kerosen, petróleo) y gas natural, recurso con que cuenta nuestraregión y hasta la fecha no viene gozando de sus beneficios. Consolamente modificar el parapeto o deflector existente en el hogar delhorno.

4.4.8.- RECUPARACIÓN DE LA ENERGÍA RESIDUAL EN EL HORNO DECÁMARAS

El calor residual proveniente de la quema de las cámaras anteriores delhorno, son aprovechados por las cámaras contiguas al atravesar porunos ductos de succión alcanzando temperaturas que oscilan entre 400 a450 ºC. Con lo que se consigue un precalentamiento y secado de losproductos cargados en esta cámara ahorrando tiempo y energía en estaetapa inicial de la quema, que es la más difícil donde generalmente se

35

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

4.4.9.- CONTROL TÉCNICO DE LA TEMPERATURAPara un mejor control de la temperatura y para introducir la tecnologíamoderna se usará termocuplas y pirómetros portátiles digitales, así comoel control por conos Orton.

En conclusión todas estas características innovadoras se integran en eltipo de horno denominado de cámaras, en el cual a través de un análisisbeneficio costo, sustentado en los balances de energía comparados, entrelos hornos en uso actuales de tiro directo y abiertos, han dado unadiferencia de 36% (es decir 55% – 19%) en cuanto a la variable deingeniería, más importante que es la eficiencia térmica.Por lo tanto el horno seleccionado como el más apropiado para laindustria ladrillera del Cusco, y que cumple con las características de serde tecnología intermedia, reducir la emanación de gases tóxicos y de fáciloperación es el HORNO DE CÁMARAS MÚLTIPLES.

36

5. INGENIERÍA DEL DISEÑO

5.1. DESCRIPCIÓN Y CARÁCTERISTICAS DEL HORNO DE CÁMARASMULTIPLES

El horno consta de cuatro cámaras cada una con una capacidad de carga decinco millares de ladrillos artesanales, es decir, veinte millares de ladrillosartesanales 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 productossimilares, siendo su volumen interno de 21 metros cúbicos, y el volumende carga del producto es de 12 metros cúbicos, que ocupa 5 mil unidadesde ladrillos artesanales con separación de 5 cm. Entre ladrillo.La cámara de cocción cuenta con dos compuertas de carguío, que facilitael carga y descarga de los productos a coccionarse, también se puedeutilizar para forzar el enfriamiento de la cámara de cocción al concluir laquema de la cámara.

5.1.2. Cámara de combustión.-Es el espacio donde se realiza la quema del combustible que utiliza elhorno, tiene un área de 1,15 metros cuadrados. La cámara esta divididoen dos compartimientos, separados por una parrilla de ladrillos conespacios de 6 cm. entre si, quedando en la base el cenicero y en la partesuperior la cámara de combustión propiamente dicha. También cuentacon tubos metálicos de 8 cm. de diámetro doblado en herradura pordonde se va a suministrar aire caliente para facilitar el quemado decombustibles utilizados. Una característica importante, es que la cámara,se puede adecuar para quemar combustibles sólidos, líquido y gasnatural, simplemente adecuando la pared provisional que hace dedeflectores.

5.1.3. Ductos de Succión.-Son canales que se encargan de recolectar y hacer circular los gasesproductos de la quema de combustibles por la cámara y evacuarlos haciala chimenea, su característica principal es, que el área transversal de losductos es de 0,49 metros cuadrados, adicionalmente cuenta con registrosque sirven para regular el flujo de gases garantizando el buenfuncionamiento del horno.

37

5.1.4. Compuertas de Evacuación de Gases.-Son espacios abiertos que comunican los ductos succión con lachimenea, así mismo cuenta con compuertas auxiliares que unen lascámaras entre si, que se utiliza para evacuar los gases de combustiónde la cámara donde se esta realizando la cocción a las cámarassiguientes para precalentar y secar los productos cargados que seencuentran en esta, optimizando la energía calorífica de loscombustibles.

5.1.5. Chimenea.-Es el conducto por donde se evacuan los gases de combustión a laatmosfera, es un elemento muy importante para el buen funcionamientodel horno. Es muy importante el cálculo de la longitud de la chimeneapara que haya un buen tiro, es decir, una buena presión de succión quepermita una buena circulación de aire y gases en las cámaras del horno.Un detalle muy importante a tener en cuenta es que las chimeneas dehornos que trabajan en zonas de altura, deber ser sobre dimensionadasen su altura y diámetro para compensar la deficiencia de oxígeno. Lasdimensiones 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 ductode la lluvia y el viento.

5.1.6. Orificios de alimentación de Carbón.-El horno cuenta con dos sistemas de alimentación. El alimentador deleña se encuentra en la parte del horno, aproximadamente a 80 cm. delpiso, mientras por la parte superior existe 4 orificios de alimentación decarbón o aserrín con una granulometría de 2 a 5 mm de diámetro, quese va alimentar desde unas tolvas ubicadas en parte superior de labóveda e ingresarán a la cámara de combustión por gravedad.

5.1.7. Ventilador.-Es un accesorio muy importante para la buena combustión delcombustible, puesto que sirve para insuflar aire caliente a la cámara decombustión. El ventilador es centrifugo con un caudal de 794.56 piescúbicos 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 alimentacióndispuesto en la parte superior o bóveda y se desplaza en formatransversal de extremo a extremo del horno por medio de rieles.

Partes del tren de alimentación-

El tren de alimentación de combustible consta de las siguientes partes

- Tolva de alimentación- Eje- Moto reductor- Riel para el desplazamiento

38

- Motor eléctrico- Alimentador sin fin, en cada tolva.

Funcionamiento.-

- Las tolvas de alimentación deben estar alineadas con los orificiosdispuestas en la bóveda del horno.

- Cargar la mezcla de carbón y aserrín con granulometría entre 2- 3mm de diámetro promedio con un flujo de 800 gr./ minuto.

- Cuando el horno concluye la primera fase de la quema cuyatemperatura es de 400 a 450 ºC se pone en marcha el motor del trende alimentación de combustible.

- Terminada la quema se apaga el motor y se desplaza el tren dealimentación a la siguiente cámara, así hasta terminar el ciclo en laúltima cámara.

5.1.9. Pirómetros.-El pirómetro es un instrumento de medición de temperatura en la cámarade 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 lachimenea, para quemar los residuos de carbón y monóxido de carbónque salen del hogar especialmente en las etapas iníciales delfuncionamiento del horno.

5.1.11. Placas de Registro.-Son placas refractarias ubicadas en las compuertas de los ductos desucción y cuya función es regular el flujo de aire y los gases decombustión en el interior del horno.

39

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 divisionesLongitud: 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 variardependiendo 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: 175Sí las longitudes son muy considerables, es necesario incluir juntas dedilatación.

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 delhorno.Longitud interna: 3,14 m.Longitud externa: 3,40 m.Vano : 3,0 m.Espesor: 0,24 m.Angulo interno: 60º.

40

Materiales Ladrillos cónicos porosos cocidos y mortero de arena y arcilla.La formulación de pasta para la fabricación de estos ladrillos se detallaen el anexo respectivo

5.2.5. Revoque de Paredes:Las paredes son revocadas con la finalidad de evitar la fuga de calorhacia 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 combustióndesde 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 arenaLa parte superior del ducto esta espaciado de ladrillo a ladrillo de0,06 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 paracontrolar 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 degases y como también con un orificio de 0,10 m. para el quemadorauxiliar.El horno cuenta en el interior de las cámaras con construcciones

adicionales, que a continuación describimos brevemente:

41

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 a0,10 m.

5.2.9. Compuertas o Ductos Intercámaras:Cada cámara cuenta con cuatro compuertas de un área transversa de0,01225 metros cuadrados, por donde se desplazan los gases residualesa las cámaras contiguas para precalentar los productos cargados que seencuentran en esta.

5.2.10. Orificios de Alimentación de Carbón:Cada cámara del horno cuenta con ocho orificios de 0,08 m de diámetropor donde se alimenta el carbón. Las paredes estarán protegidas conplanchas metálicas o porcelana para proteger de la erosión porrozamiento, con las boquillas del alimentador.

5.2.11. Tensores Metálicos:Con la finalidad de garantizar la estabilidad del horno, se colocaranparantes y tirantes metálicos por todo el perímetro del horno a altura delarranque 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 eldesplazamiento se puede construir pasarelas de tablones o metálicas,evitando que la bóveda sea el soporte de estos.

42

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 Calor Requerido paraCoccionar Productos (Kcal)

Calor proporcionado porCombustibles (Kcal)

1234

3 349 925.001 693 125.001 693 125,001 693 125,00

5 318 336.002 108 906.002 108 906,002 108 906,00

Total 8 429 300,00 11 645 054,00

Se considera como margen de seguridad 5 % del calor proporcionadopor 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 puntode partida la temperatura ambiente que es de 16 ºC.Las cámaras 2, 3 y 4, consumen menor energía por que estas ya se hancalentado haciendo uso de el calor residual de la cámara anterior,partiendo de temperaturas de 450 ºC. Aproximadamente, donde losproductos se encuentran exentos de humedad.Al aprovechar el horno la energía residual de lasa cámaras anterioreseleva su eficiencia térmica aproximadamente en un 45 %, respecto a loshornos tradicionales lo que repercute en la rentabilidad económica delsector.

5.3.2. CONSUMO Y COSTO DE COMBUSTIBLE

Combustible Cantidad Precio S/.Carbón mineralLeñaAserrín

1 248 kg362 kg534 kg

750.0076.0053,40

Total 879.40

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

43

5.3.3. ESTRUCTURA DE COSTOS:

Se muestra en la tabla siguiente:

ESTRUCTURA DE COSTOS PARA LA FABRICACION DE 1000 LADRILLOSARTESANALES EN HORNOS DE CAMARAS

ACTIVIDAD Unid. Cant. C.U. S/, S.T S/,C.TS/, C.F. C.V

Materiales 26,56 70,53 70,53Arena Cubos 0.75 10.00 7,50

Materia Agua Cilindros 2.00 2,50 5,00prima e Arcilla fina Cubos 1.25 11,25 14,06insumos Insumos para quemado 43,97

Leña Kg. 18,18 0,20 3,80Aserrín Kg. 26,70 0,10 2,67Carbón mineral Kg. 62,50 0,60 37,50Extracción y secado de arcilla Operario 1 20,00 20,00 109,75 109,75

Mano de Chancado de arcilla Operario 1 2,25 22,25Obra Mezclado de arena y arcilla Operario 1 20,00 20,00

Elaboración y raspado de ladrillos Operario 2 15,00 30,00Cargado de ladrillos al horno Operario 7 2,50 17,50Quemado Operario 4 5,00 20,00

Capitaldetrabajo Alquiler de terreno Millares 0.125 250,00 31,25 31,25 31,25

Total 211,53 109,75 101,78Fuente: Propia

5.3.4. Determinación del Punto de Equilibrio:

Base de cálculo: 1 000 ladrillos artesanalesCosto fijo (CF): 109,75Costo variable (CV): 101,78Costo total (CT): 211,53Precio de venta (V): 300,00Punto de equilibrio: 540 Unidades.

Vendiendo 540 ladrillos, se paga el costo de producción y el restosignifica utilidades, haciendo mas rentable la actividad ladrillera.

44

5.3.5. COMPARACION TECNICA Y ECONOMICA ENTRE HORNOSTRADICIONALES Y DE CAMARAS

RUBRO H. TRADICIONAL (20 Millares) H. DE CAMARAS (20 Millares)-Consumo de-Energía útil-Eficiencia térmica- Costo de operación-Punto de equilibrio-Utilidades

76,70 MKcal.14,88 MKcal.

18%1420,00 N. soles13 460 unidades2 220,00 N. soles

12 ,227 MKcal.8, 43 M Kcal.

45%879,40 N. soles

10 800 Unidades2 760,00 N. soles

Fuente: propia

Interpretando los resultados de esta evaluación consideramos que en elcuadro anterior la diferencia porcentual de la eficiencia térmica del hornode cámaras respecto del horno tradicional es del orden de 27 %, (45 –18 %). Esto significa que el horno de cámaras aprovecha mejor laenergía del combustible suministrado, además de emitir gases nocontaminantes por su chimenea. Esto se refleja en la rentabilidadcomparada entre estos hornos de 369 soles por operación querepresenta un 20% más en utilidades. Razones económicas suficientespara optar la decisión de implementar este tipo de horno para losproductores 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 enun horno intermitente común y un horno de cámaras múltiples. Allí seilustra el ahorro de energía al operarse el horno de cámaras que tieneuna característica única de ser semi-continuo.

45

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

6. PLANIMETRIAEl expediente técnico está acompañado por un conjunto de 10 láminasprocesadas en el programa AUTOCAD por el Diseñador Gráfico Pierre VidalLetona, bajo la supervisión del Ingeniero Civil Colegiado Mg. Sandro GutiérrezSamanez.

DESCRIPCION DE LAS LÁMINAS

Lamina 01: Distribución de planta, escala 1:50, muestra las cuatro cámaras delhorno, los vanos para carga y descarga, los alimentadores de aire, los ductos yregistros para el manejo de la quema. Así como las dimensiones pormenorizadasde las áreas y detalles del horno.

Lamina 02: Planta techos, escala 1:50, muestra la superficie del horno con losorificios de alimentación del carbón, los carriles y el tren de alimentación decombustible. También muestra las dimensiones de la base de la chimenea.

Lamina 03: Elevación frontal, escala 1:50, muestra la longitud total y el alzadodel horno, la altura de la chimenea metálica; el sistema de tensores metálicos; lasposiciones de los alimentadores para aire precalentado que serán conectadosaun ventilador movible.

46

Lamina 04: Elevación posterior, escala 1:50. Muestra la chimenea metálica ysu 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 losdetalles del alzado de la chimenea, alzado lateral del horno y el tren dealimentadores de quema.

Lamina 06: Corte Longitudinal, escala 1:50. Muestra las dimensionesdetalladas de los ductos, zapatas, sobrecimientos, paredes, bóveda y relleno deltecho del horno.

Lamina 07: Corte transversal, escala 1:50. Exhibe las dimensiones y formas delas zapatas, cimientos; posición del alimentador del aire precalentado; el soportey 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 delos elementos del alzado del cuerpo de horno, también los detalles de lascámaras 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. Muestradetalladamente el sistema de los ductos, una vista isométrica del volumen totaldel horno; una isometría del esfuerzo de las estructuras metálicas, una isometríadel alimentador del carbón, los detalles del alimentador de aire precalentado y lossiguientes cuadros.

Cuadro de vanos.

Cuadro de áreas y volúmenes.

Cuadro de detalles y piezas.

Cuadro del área total construida.

Cuadro de cimientos y sobrecimientos.

47

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

48

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 = 6 bolsasAgregado

- Base de chimenea:Cimiento-

- Pared:

- Volumen de paredes de adobe

- Volumen de adobe

- Nº de adobes =

49

- Paredes de división:

Volumen de adobe de =((0,40)(0.20)(0.18) =0,0144 m3

Volumen de la pared = 2,50 m3Nº de adobes =2,50/0,0144 = 173 adobes

- DETERMINACION DE LADRILLOS EN LA BOVEDAVano o flecha de arco = 3 m

Longitud interna

Espesor de arco = t = 24 cm

Longitud externa

Como el espesor de arco t = 24

Nº de ladrillos requeridos por Long de fondo de horno

Nº total de adobes= 173x 3 = 519 adobes

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

Espesor de ladrillo a ladrillo 2,1 cm

Nº de ladrillos por arco

Hay que reajustar

50

DETERMINACION DE LADRILLOS DE ARRANQUE: (Paredes laterales)

LADRILLOS DE ARRANQUE PAREDES CENTRALES

51

ANEXO 2. BALANCE ENERGIACámara 1

Base de cálculo:- 5000 ladrillos artesanalesMasa de ladrillo crudo = 3,50 Kg.Masa de ladrillo cocido = 3,00 Kg.Humedad = 14 %

a) Calor requerido para la cocción de productos.

b) calor requerido para evaporar

c) Calor disipado por las paredes y bóveda del horno

Donde:Q3 = Calor perdido por conducciónK = Coeficiente de perdida de calor

Donde:

Donde:

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

Donde:

52

Kpared = 840 Kcal./m2 hKboveda = 1 120 Kcal./m2hApared = 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 KgCe = Calor especifico del ladrillo=

0.25 Kcal./Kg ºC∆T = Diferencia de temperatura= 840 ºC

Q4 = 1980Kg.x 0.25 Kcal. X 884 ºCKg 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

53

Q2= 840 Kcal. x 25.74 m2 x 10 h+ 1 120 Kcal. x 9.42 m2

m2K m2h

Q2 = 193 031 Kcal.

c) Calor requerido para calentar la parrilla y deflectores:

Q3 = mCe∆T Donde: ∆T = 450ºC

Q3 = 1980 Kcal x 0.25KcalKg ºC

Q3 = 222 750 Kcal.

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

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

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.

54

CALCULO DEL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTION:

Base de cálculo: 1 Kg de carbón mineral

C + O2 CO2 : 0.72 Kg. de C x 32 Kg O2 = 1.92 Kg. de O212 Kg C

H2 + ½ O2 H2O: 0.038 Kg.H2 x 16 Kg O2 = 0.304 Kg de O22 Kg H2

O2 : = - 0.056 Kg. de O2

S + O2 SO2 : 0.0086 Kg S2 x 32 Kg O2 = 0.0086 Kg de O232Kg S2

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

Finalmente el O2 requerido es 2.1766 Kg de O2

55

Finalmente se calcula la masa de H2O

mH2O =PH2O x masa de aire seco = 5.23 x 11.328 Kg. H2O =0.116 Kg. H2O508.77

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/KgKg. ºC

H2O : 0.304 Kg.H2O x 18Kg. H2O x 0.476 Kcal. x (185 ºC) = 26.77 Kcal/Kg1Kg. 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/KgKg ºC

∑ Q = 495.15 Kcal./Kg ºC

- Determinación de cantidad de combustible:

La energía suministrada con 5% de factor de seguridad

56

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 C30 h

- DETERMINACION DE LA POTENCIA DEL VENTILADOR

- Flujo mágico de aire: 11.44 Kg. aire x 67.8 Kg C = 775.63 Kg. aireKg. C h h

- Factor de seguridad 50% 775.63 Kg (1.50) = 1163.44 Kg./h

- densidad del aire a Tº 16 º C = ּף = 081 g/lt.

- Flujo volumétrico de aire 1 163.44 Kg de aire x 2.2 lb. x 1 h x 1 ft3

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 cargaŊ

- 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.

Eficiencia térmica respecto al horno tradicional n = 45%

57

- Rendimiento de motor en Cusco = 60%

HP = (0,000175) (794.56) (20) = 4.68 ≈ 5.00 Hp0.60

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.

58

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 Kcal. /m2.h

INTERIOR ºC 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

59

FACTORES DE EMPUJE EN ARCOS DE BOVEDA

Elongación en AnguloFracción

deFactor

de Factor de Factor de

Pulgadas/pie Central Círculo peso W empuje empuje

de distanciaHorizontal

H1 resultante R1

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:RefractariosF:H. Norton

ANEXO 4

PODER CALORIFICO DE COMBUSTIBLES

Combustibles Kcal/ Kg.Cáscara de arrozAlgarroboAserrínEucaliptoCarbón bituminosoCarbón antracítico

3 181.003 703.003 700.004 306.004 066.006 500.00

Fuente: Refractarios F.H Norton.

60

VANOS Y ESPESOR DE BÓVEDAS

Vanos (S)Pies metros

Espesor de Arco (t)Pulgadas cm.

5 1,5212 3,6616 4,8820 6,10

4 1/2 11,439,0 22,8613 ½ 34,2918 45,72

Fuente: Refractarios F.H. Norton

COMPOSICÓN QUÍMICA DEL CARBÓN MINERAL DE CHICAMA

Elementos % en PesoCarbonoHidrógenoOxígenoAzufreHumedadCeniza

72,003,805,600,864,40

13,34

Fuente: Laboratorio de servicios de Química. UNSAAC.

CALOR SENCIBLE DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN

Compuesto Calor Sensible Kcal/kg. º CAnhidrido de carbono CO2Nitrógeno N2Agua H2ODióxido de azufre SO2

0,2350,2470,3420,233

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

61

ANEXO 5

FORMULACION DE MATERIAL PARA LAS DIFERNTES PARTES DELHORNO

Ladrillo de bóveda

Materiales Porcentaje en peso (%)Arcilla roja del lugarArena de minaCaolínAserrín

30402010

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

Ladrillos de arranque

Materiales Porcentaje en peso (%)

Arcilla roja del lugarArena de minaCaolín

305020

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

Revoque refractario

Materiales Porcentaje en peso (%)

Arcilla roja del lugarArena de minaCaolínAserrín

45302015

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