tecnologias hornos colombia andres gonzalez regeneracion ltda

Financiado por: Ejecutado por:

Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras de América Latina - EELA

CORPORACIÓN AMBIENTAL EMPRESARIAL CAEM

Seminario Internacional

Producción

mas eficiente en el

sector ladrillero

2

Horno Colmena con Dosificador EELA – COLOMBIA

3

Información general

• También conocidos como hornos redondos, bóveda o de llama Invertida, son hornos cerrados, intermitentes y cilíndricos de tiro natural o forzado con punto de descarga de gases o chimenea.

Tipo

• Producción semi-mecanizado • Línea de producción semi mecanizado >3 Ton hora/hora

Naturaleza de la organización

• Dosificación manual en el inicio y mecanizado en el proceso de quema.

• Cargue y descargue manual

Nivel de mecanización

• Capacidad nominal horno: 125 ton de arcilla/quema • Producción mes: 375 ton material cerámico/mes. (75

millares)

Capacidad de producción

• Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín • Material perforado: Ladrillo rejilla, prensado, • Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS • Material de fachada y pisos: Tabletas, fachaletas, tejas.

Tipos de productos

• Latino América: Colombia, Perú y Brasil. • Colombia: Cundinamarca, Boyacá, Norte de Santander

(349 hornos. CAEM 2013).

Distribución geográfica

ESTUDIO DE CASO

Implementación (2) Hornos Colmena con sistema aire combustible

Ubicación Nemocón, Cundinamarca, Colombia

ASERDIM Ingeniería y procesos.2014. Catalogo maquinaria para la industria cerámica. Pag.15

Descripción técnica

4

• Combustión cerrada • Traslado de la corriente calor a través del horno – Carga fija

durante la quema. • Inicio de quema por hornilla.

Tipo de Cocción

• Natural o inducido • Tiro invertido • Llama ascendente

Tiraje

• Piso – parrilla • Cargue: Acomodación manual del material cerámico

ocupando el área útil del horno. • Descargue manual

Modo de carga

• Carbón mineral (Granulado), Biomasa (Leña, cascarilla de café). Combustible

Etapas de la cocción

• Inyección manual de combustible por hogares laterales. (Alcanzar una Temperatura 400 °C)

• 12 a 24 horas.

Encendido y calentamiento

Inyección de combustible

mecanizada (4 a 6 dosificadores. (45 - 75 horas a 800 a

1050 °C)

Cocción Periodo de tiempo en que suspenden

la inyección de combustible

Enfriamiento

CAEM 2013. Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras EELA. Identificación de equipos de quema y/o de inyección de combustible para la industria ladrillera. Pág.. 5 - 12

CAEM, 2013. Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras Artesanales. Validación de horno Colmena.

Información Técnica

5

• Índice de consumo: 2 – 4 MJ/Kg cerámico • 113 kg carbón/ Ton arcilla

Consumo de energía

• Pequeña industria (1 a 5 hornos): 500 a 1000 millares de ladrillos

• Mediana industria (> 5 hornos): 1001 a 5000 millares de ladrillos


• Eficiencia térmica: 33 % • 9 Kg arcillas/Kg carbón Eficiencia

Emisiones Medición Material

Particulado (condicion

es de referencia (25 ° 760 mm Hg)

Combustible sólido)

Parámetro Estándares de emisión admisibles de contaminantes

(mg/m3). Resolución 909 de 2008 -

Resultado horno

cámaras valido – (mg/m3)

Partículas en suspensión totales (TSP)

250 131,59

Dióxido de azufre (SO2) 550 190,1

Óxidos de nitrógeno (NOX) 550 42,13

O2 de referencia (%) 18 % 14,27 %

Temperatura salida-Max ° C 250 209,62

CAEM 2013. Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras EELA, Simulación por elementos finitos de horno tipo colmena. Pág. 7

Swisscontact,2013, Factsheets, Horno Abovedado. Pág.. 3

Información financiera

6

• Capacidad: 375 ton material cerámico /mes • $ 30 a 50 mil (USD). Construcción horno. • $ 20 – 40 mil (USD). Sistema de dosificación.

Costo Construcción

horno

• TIR: 48 % • VAN: 44.546 • Tiempo de recuperación: 06 – 1,7 años • Tiempo de recuperación de la inversión: 1 año

Desempeño financiero

• $ 80 COP/kg material cerámico = 0,040 USD/Kg material cerámico.

• 8 a 10 operarios. (315 UDS 1 quema) • Combustible: 13 Ton/carbón 720 USD 1 quema

Costo producción

DESCRIMINACIÓN DE COSTOS

ÍTEM COSTOS USD %

Diseño - plano $ 1.537 1,7

Materiales de construcción $ 4.800 5,2

Material cerámico - construcción $ 15.000 16,3

Mano de obra construcción $ 16.200 17,7

Infraestructuras de alimentación (Molino)

$ 7.250 7,9

Instrumentación $ 1.200 1,3

Alquiler de maquinaria $ 1.790 2,0

Equipamiento – dosificador $ 30.000

1,7

5,2

16,3

17,7

7,9

1,3

2

Costos de construcción

Diseño - plano

Materiales deconstrucción

Material cerámico -construcción

Mano de obraconstrucción

Infraestructuras dealimentación (Molino)

Instrumentación

Alquiler de maquinaria

Costo de operación por quema (125 Ton/Material cerámico)

Ítem UDS

Mano de obra $ 315 Combustible (Carbón) $ 780 Mantenimiento $ 50

$ 315

$ 780

$ 50

Costos de Operación

Mano de obra

Combustbible (Carbón)

Mantanimiento

7

Calidad del producto CALIDAD DE PRODUCTO

(Bloque No 4) Parámetro Tipo Pasta Valor

laboratorio Rango óptimo

(NTC 4205) Resultados de

laboratorio cerámico – Validación horno Figura 46: Bloque N° 4

Densidad aparente Pasta reformulada validación

(PRV)

2 (kg/cm3) 1,6 - 2

Resistencia mecánica a la compresión

PRV 26,38 (Kg/cm2)

Mayor a 20

Contracción secado PRV 5,34 NA

Contracción cocción PRV 1000°C -0,26 Menor 1,5

Absorción PRV 1000°C – 11,96

Menor a 16

Pérdidas por calcinación

PRV 1000°C – 5,74 Menor a 10

Percepción mercado local

Parámetro coloquial Descripción Calificación Dimensiones Que cumpla con las dimensiones

estándar (30*20*10). Excelente

Alabeo Las caras y ángulos del material cerámico mantengan la ortogonalidad permitida

(deformaciones mínimas).

Excelente

Timbre Refiere al sonido generado por el material cerámico, que a

mayor agudeza del sonido se determina la calidad de cocción

del material.

Excelente

Tipos de productos pueden se cocinados en

el horno

Tipo Nombre

Macizo Adoquín estructural y tipo corbatín Hueco Bloque No 4, Bloque No 5, Bloque No3

Perforado Ladrillos portante, rejilla, estructural perforado Fachada y teja Teja rustica, teja cuadrada, fachadas y tableta

10

20

30

Figura 46: Bloque N° 4

Seminario Internacional Producción

mas eficiente en el sector ladrillero

8

Horno Cámaras Continuas EELA – COLOMBIA

9


• Semi-continuo (>8 cámaras) • Continuo (<8 cámaras) Tipo

• Producción industrial • Línea de producción semi mecanizado • Capacidad de instalada >6 ton/hora.


• Dosificación mecanizado • Cargue y descargue manual


• Capacidad por cámara (12 a 20 ton de arcilla) • Horno semicontinuo (6 cámaras) = 75 ton/quema - 7200 ton/año.

(1440 millares) • Horno continuo : (24 cámaras) = 556 ton/quema, - 26.726 ton/año

(5345 Millares)


• Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín • Material cerámico perforado: Ladrillo rejilla, prensado, portante,

multi- perforado, perforación vertical, y estructural. • Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS

Tipos de productos

• Latino América: Colombia y Brasil. • Colombia: Cundinamarca, Boyacá y Huila. (15 hornos).

Distribución geográfica

ESTUDIO DE CASO

Reconversión (2) Hornos Colmena a uno (1) Cámaras (Semi-continuo)

Ubicación Nemocón


10

Cámara 4 Cámara 3 Cámara 2 Cámara 1

Hornilla

Equipo dosificador

Extractor

Brameras

Ducto Gases

Dámper Ducto pasa fuego

Muro corta

fuego

Puerta

cámara Cámara de

cocción

Chimenea

Flujo de calor

Flujo de gases

Inyección combustible

• Combustión cerrada • Traslado de la corriente calor a través del horno – Carga fija

durante la quema. • Inicio de quema por hornilla.

Tipo de Cocción

• Forzado • Controlado por válvulas independientes en cada cámaras

ubicadas sobre el ducto principal de gasa de salida Tiraje

• Piso – parrilla • Cargue: Acomodación de material cerámico – con

perforaciones u orificios en orientación vertical • Distancia de 5 cm de la paredes del horno.

Modo de carga

• Inyección manual de combustible por hogares laterales. (Alcanzar una Temperatura 400 °C

Encendido y precalentamiento

• Inyección de combustible mecanizada por las brameras superiores . (8 horas a 950 a 1050 °C)

Cocción • Trasladar la corriente

de calor a la cámara contigua

Transferencia de calor

• Periodo de tiempo en que suspenden la inyección de combustible

Enfriamiento

Etapas de la cocción


11

• Índice de consumo: 2,37 MJ/Kg cerámico • 74 kg carbón/ Ton arcilla • 12,5 Kg arcillas/Kg carbón

Consumo de energía

• Semi-continuo: 600 ton material cerámico mes, equivalente a 120 millares de unidades cerámicas.

• Continuos: 2200 Ton material cerámico mes, 445 millares


• Eficiencia térmica: 22 % • Eficiencia de combustión: 63,5 % Eficiencia

Parámetro Estándares de emisión admisibles de

contaminantes para la fabricación de productos

cerámicas (mg/m3). Resolución 909 de 2008 -

Resultado horno cámaras valido –

prueba Isocinético de gases. (6 febrero

2014) (mg/m3)

Partículas en suspensión totales (TSP)

250 76,66

Dióxido de azufre (SO2) 550 285

Óxidos de nitrógeno (NOX) 550 70,32

Ácido clorhídrico (HCL) 8 2,85

Ácido fluorhídrico (HF) 410 1,53

O2 de referencia (%) 18 % 17,60 %

Temperatura de salida- Max ° C

250 58

Emisiones

Información financiera

12

• Capacidad: 600 ton material cerámico /mes • $ 172.222 (USD).

Costo Construcción

horno

• TIR: 216 % • Tiempo de recuperación de la inversión: 1 año

Desempeño financiero

• $70 COP/kg material cerámico = 0,035 USD/Kg material cerámico .

Costo producción

13

CALIDAD DE PRODUCTO (Bloque No

4 – PH: Perforación horizontal)

Parámetro Tipo Pasta Valor laboratorio

Rango óptimo

(NTC 4205)

Resultados de laboratorio cerámico –

Validación horno

Densidad aparente Pasta reformulada validación (PRV)

1,87 (kg/cm3) 1,6 - 2

Resistencia mecánica a la compresión

PRV 19.9 (Kg/cm2) Mayor a 20

Contracción PRV 900°C- 0,30 1000°C -0,52

Menor 1,5

Absorción PRV 1000°C – 14,93 Menor a 16

Pérdidas por calcinación

PRV 1000°C – 7,72 Menor a 10

Percepción mercado local

Parámetro coloquial Descripción Calificación Dimensiones Que cumpla con las dimensiones

estándar (30*20*10). Bueno

Alabeo Las caras y ángulos del material cerámico mantengan la ortogonalidad permitida (deformaciones mínimas).

Bueno

Timbre Refiere al sonido generado por el material cerámico, que a mayor

agudeza del sonido se determina la calidad de cocción del material.

Bueno

Calidad del producto



14

Horno Hoffman EELA – COLOMBIA

15


•Continuo Tipo

•Producción industrial •Línea de producción mecanizada


•Dosificación mecanizado •Cargue y descargue manual


•Horno continuo : (134 Líneas) = 310 ton arcillas por ciclo


• Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín • Material cerámico perforado: Ladrillo rejilla, prensado, portante,

multi- perforado, perforación vertical, y estructural. • Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS

Tipos de productos

•Colombia: Uso generalizado Distribución geográfica

ESTUDIO DE CASO

Reconversión Hoffmann con equipo de dosificación y micronización

Ubicación Cogua


16

• Combustión cerrada • Frente de llama móvil. • Inicio de quema por hornilla con carbón grueso y/o madera

Tipo de Cocción

• Forzado • Controlado por válvulas ubicadas sobre el ducto principal de

gasa de salida obturadas independiente mente Tiraje

• Cargue: Endague de material cerámico con orientación axial, espacio de cargue de combustible en cada bramera Modo de carga


17

Flujo de material Fluor de aire de combustion


18

• Índice de consumo: • 1.09 MJ/Kg cerámico • 36.2 kg carbón/ Ton arcilla • 28.02 Kg arcillas/Kg carbón

Consumo de energía



OJO exceso de aire < 600%

Ventajas del Horno Hoffmann

• Alto rendimiento de combustible • Aprovechamiento del calor residual • Versatilidad en referencias y tipos de producto • Disponibilidad de calor residual para secadero • Cumplimiento Normativo de emisiones

19



20

Horno Zig Zag EELA – COLOMBIA

21


•Semi - Continuo Tipo

•Producción industrial •Línea de producción mecanizada


•Dosificación mecanizado •Cargue y descargue manual


•Horno semicontinuo : 2 cámaras = = 310 ton arcillas por ciclo


• Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon,

Tipos de productos

•Colombia: Cundinamarca y Antioquia Distribución geográfica

ESTUDIO DE CASO

Reconversión Zig Zag

Ubicación Nemocón


22

• Combustión cerrada • Frente de llama móvil. • Inicio de quema por hornilla con carbón grueso y/o madera

Tipo de Cocción

• Forzado dámper y válvula de cruce de fuego Tiraje

• Cargue: Endague de material cerámico con orientación similar a Hoffman Modo de carga


23


24


25

• Índice de consumo: • 4.2 MJ/Kg cerámico • 139 kg carbon / ton arcilla

Consumo de energía



Variable Máximos según

resolución 909

Zona 3

Temperatura Zigzag 1007

Temperatura 59.74 250 máx

Velocidad 16.65

%O2 21.80 18% referencia

%CO2 6.23

Ppm SO2 60.37 209.9 máx.

Ppm NOx 28.93 305.5 máx

ppm CO 1.53

Parámetros de combustión

Exceso Aire 313%

Masa Combustible (Kg/s) 0.08

Masa Aire (Kg/s) 2.77

AFR 33.81

AFR stoic 8.20

Fi 0.242

Eficiencia de combustión 91%

Ventajas del Horno Zig Zag

• Menores perdidas en envolvente • Versatilidad en referencias y tipos de producto • Cumplimiento normativo de emisiones • Corto ciclo de 3 días de quema • Posibilidad de adicionar cámaras según disponibilidad de recursos

• Perdidas considerables en caldeo • Estructura vulnerable a dilataciones y contracciones terminals

26

27

0 25 50 75 100 125 150 175 200

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

Vertical

BTK (Chimenea Fija)

BTK (Chimenea Móvil)

Rodillos

Túnel

Hoffmann

Hoffmann sin techo

Zigzag

Vagón

MK3

Semicontinuo

Colmena

Baúl

Fuego Dormido

Pampa (Árabe)

kg Carbon/ton Arcilla

MJ/ton Arcilla Cocida

Conclusiones

113 kg/ton

74 kg/ton

36 kg/ton

134 kg/ton

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Conclusiones

Gráfica 1. Tipo de horno para solución Artesanal Vs Rango Operativo Estimado

[Ton de Arcilla máxima procesada/Día]

Gráfica 2. Tipo de horno para solución Industrial Vs Rango Operativo

Estimado [Ton de Arcilla máxima procesada/Día]

Rango de producción (Ton arcilla/día)

Conclusiones

• Mediante rutina de inspección con instrumentación especializada es posible diagnosticar el estado del horno, condiciones de combustión determinar posibilidades de optimización de combustible y aplicar buenas practicas de operación.

• Resultados de estas rutinas de diagnostico arrojan beneficios de entre 5 – 20% de ahorro de combustible en un escenario conservador

• Mejoras recurrentes en las diferentes evaluaciones muestran oportunidades en • Control de temperatura máxima • Optimización del exceso de aire • Mejoramiento de características del combustible • Ajuste de la dosificación del combustible • Mejoras en endagado • Reducción de aire infiltrado

• En pruebas en hornos Cámaras y Hoffmann se ha encontrado viable la sustitución de carbón por biomasa en fracción de 30% sin afectar temperatura máxima, reduciendo considerable emisiones.

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Financiado por: Ejecutado por:

Gracias

Victor Garcia, [email protected] Andres Gonzalez, [email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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