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2 Mejoras tecnológicas disponibles en hornos túneles de cocción cerámica INTRODUCCIÓN Las Mejoras Tecnológicas disponibles en Hornos Túneles de Cocción de Cerámica, permiten mejorar la calidad de los productos, y el aumento y la flexibilización de la producción frente a un mercado cambiante. También se consigue con estas tecnologías una mejora del rendimiento de los hornos que actualmente es obligatoria debido al altísimo coste de la energía y la limitación de emisiones de CO 2 determinada de horno los gases disminuyen su temperatura (línea azul), mientras que, la carga aumentaría su temperatura según la línea roja. Si consideramos el horno túnel completo, vemos que está constituido por 2 intercambiadores gas-sólido en serie cuya parte central es la zona de cocción. En la Fig. 2 vemos análogamente una representación gráfica ideal de la evolución de temperatura de los gases (línea azul) y de la temperatura de la carga (línea roja). Para explicar mejor las tecnologías aplicables, es necesario hacer una pequeña exposición de algunos conceptos sobre funcionamiento de estos hornos, como son: El horno túnel como Intercambiador Los gases longitudinales contrarios Los gases transversales Fig. 1. Representación de la temperatura de gases (en azul) y de la temperatura de la carga (en rojo) en función de la longitud de una sección de horno. EL HORNO TÚNEL COMO INTERCAMBIADOR Si consideramos una sección de horno túnel, vemos que se trata de un dispositivo en el que viajan a contracorriente los flujos de carga y vagonetas por un lado, y los gases por otro. El contacto más o menos eficiente entre estos flujos produce una transferencia de calor, de manera que en el caso representado en la Fig. 1, para una longitud Fig. 2. Esquema de horno túnel como intercambiador 2

3 Dos son los diferentes cometidos de un horno túnel que se favorecen mutuamente: El primero cocer perfectamente la cerámica, y el segundo asegurar la máxima eficiencia energética, y esto lo consigue el horno túnel en su condición de intercambiador. Para favorecer la transferencia calor entre: los gases a carga, lo cual tiene lugar en las secciones de precalentamiento y cocción y de la carga a gases, lo cual tiene lugar en las secciones de enfriamiento es necesario actuar sobre la agitación o turbulencia de gases para promover el mejor contacto y la transferencia de calor entre ambos. Los gases longitudinales contrarios Son gases muy importantes para la eficiencia energética de los hornos túnel, puesto que son los responsables de la recuperación del calor por transporte del mismo, desde las zonas de enfriamiento de atrás, hacia las de precalentamiento en la parte delantera. Presentan las siguientes limitaciones, tal como se esquematiza en la Fig. 3: Son gases que circulan con turbulencia insuficiente Tienen tendencia a pasar por la sección anular y a no pasar por el interior de la carga (buscan el camino de menos resistencia) Circulan con una estratificación natural, la parte más caliente lo hace por la parte alta y la más fría por la baja En definitiva, estos gases longitudinales contrarios permiten recuperar el calor en el horno pero no satisfacen las necesidades para una buena cocción de la cerámica porque: La parte más caliente pasa cerca del techo que ya está caliente y la más fría cerca de las vagonetas que precisamente entran frías constantemente y requieren más calor. Calientan mal el interior de los paquetes de carga Proporcionan un deficiente contacto entre la carga y los gases, y solo pasan una vez por cada lugar, con lo cual si fuera solamente por ellos tenemos muy difícil asegurar una cocción homogénea. Los gases transversales Para paliar estas limitaciones es necesario mezclar bien los gases dentro del horno. Esto quiere decir crear una circulación transversal de gases, cuanto más intensa mejor. Nos referimos a la recirculación interna. La recirculación se crea por inyección de gases con alta cantidad de movimiento, ya sea por quemadores de alta velocidad o por recirculadores, situados en posiciones horizontales o verticales, según se muestra en la Fig. 4 y 5 La recirculación tiene las siguientes ventajas, Eliminan estratificación debido a la mezcla Igualan temperaturas transportando calor de las partes más calientes a las menos calientes si su velocidad o cantidad de movimiento es alta Generan flujos dentro de la carga por efectos dinámicos Los flujos transversales son útiles tanto en calentamiento como en enfriamiento, porque maximizan el intercambio de calor entre la carga y los gases, lo que hace del horno un intercambiador más eficiente, y por tanto contribuyen a disminuir el consumo al mejorar la eficiencia energética del mismo. Tecnologías disponibles para hornos túneles de cerámica Las tecnologías disponibles aplicables para aumentar la eficiencia de los hornos túneles son las siguientes: Fig. 3. Gases contrarios en una sección de horno Sistema DumBypass Combustión DumPulsion y sistema DumJet Analizador de atmósferas DumZirconexact Nueva supervisión DumVision V6 y sus funciones de control de energía DumControlEnergy y exportación de datos a Excel DumDataExport 3

4 Fig. 4. Gases transversales de recirculación horizontal Fig. 5. Gases transversales de recirculación vertical Sistema DumBypass Características principales del sistema DumBypass: Consiste en aspirar gases de la zona de enfriamiento y reinyectarlos en la zona de precalentamiento, con las siguientes características: Se realiza a temperaturas de 700 a 800ºC. Requiere de una construcción especial en lo referente a ventiladores, tuberías, y adecuado diseño de tomas de aspiración e impulsión. Requiere tener una extracción parcial o total de gases antes de la zona de cocción Inyección en precalentamiento con alta cantidad de movimiento (mejora homogeneidad en precalentamiento) El sistema DumBypass consigue las siguientes mejoras en la zona de cocción, según se representa en los siguientes esquemas: Tenemos: Menor flujo contrario y controlado porque predominan los gases transversales de los quemadores de alta velocidad (Q A V) Mejor control de la temperatura debido a la homogeneidad puesto que el flujo longitudinal se reduce considerablemente. Posibilidad de control de atmósfera (aislamiento zona) Aprovechamiento mejorado ventajas quemador alta velocidad porque se hacen predominantes los gases transversales Fig. 6. Principio del sistema DumBypass 4

5 Fig. 7. Zona cocción sin DumBypass Fig. 8. Zona cocción con DumBypass Qué ocurre en horno túnel sin DumBypass? (Fig. 9) Recuperación de calor limitada por la zona de cocción, que representa un cuello de botella El caudal contrario en la zona de cocción se tiene que limitar por las extracciones BT (Baja Temperatura) y AT (Alta Temperatura) Se produce una utilización no óptima del calor para secaderos, pues este calor de alta temperatura lo aprovecharía mejor el horno en la sección de precalentamiento. Menor rendimiento y control de la zona de cocción Menor rendimiento y control del precalentamiento Mayor consumo debido al uso no óptimo de la energía Si disponemos del DumBypass tenemos (ver Fig. 6): Caudal contrario controlado según convenga. Entrega calor distribuida como se requiera para precalentamiento y cocción Mejor control porque podemos entregar menos calor en cocción y mas en precalentamiento Exactitud en la curva o receta de cocción diferente que necesite cada producto Enfriamiento más rápido Uso de menos aire frío para disminuir la temperatura de las llamas que lo que se traduce en un menor consumo Aumento de la producción por m lineal horno Aumento posible de la producción en hornos existentes modificados Prolongamos vida vagonetas y horno al disminuir la diferencia de presiones entre entrada-salida del mismo Quemadores de alta velocidad (QAV) Recordando las propiedades de los quemadores de alta velocidad, son uno de los medios más efectivos de crear flujos transversales recirculativos en cualquier horno. Esto es debido a que Fig. 9. Horno convencional sin sistema DumBypass Fig. 10. Gráfica ejemplo de la potencia respecto a la velocidad del QAV 5

6 en ellos, la mayor parte de la combustión ocurre dentro de una tobera concebida para producir una expansión a presión constante de los productos de la combustión. Con esto, una parte de la energía del combustible se invierte en acelerar e impartir una considerable cantidad de movimiento a estos gases, hasta velocidades del orden de 120 m/s o incluso más. Se crean así chorros que incorporan gran cantidad de gases del volumen interior del horno. Si el diseño del horno es el adecuado, es posible incorporar al flujo del orden de 20 veces el volumen emitido por el quemador. Las propiedades de los QAV son entre otras: La velocidad es función de la potencia (ver Fig. 10), es decir el quemador de alta velocidad solo merece este nombre cuando opera en las cercanías del 100% de la potencia Pueden utilizarse no solo en precalentamiento, sino en la zona de cocción Si se utilizan en todo el horno se aumenta la producción por m lineal del mismo Hacen posible un aumento de producción en los hornos existentes cuando sustituyen a otros Con la vigilancia de llama de que disponen, la puesta a régimen del horno es más rápida y segura. Regulación convencional de los QAV Las ventajas que pueden aportar los QAV pocas veces se aprovechan como sería posible. En efecto, cuando se utilizan los QAV de forma convencional modulante, y/o cuando los quemadores están sobredimensionados para hacer frente a mayores producciones futuras, no trabajarán a alta velocidad y no obtendremos los beneficios que se indican más arriba. Con la regulación de potencia convencional lo que se obtiene en la mayoría de los casos es una débil agitación, por tanto, un calentamiento más localizado, es decir, diferencias de temperatura entre las diferentes áreas o zonas de los paquetes de carga (a menos que añadamos más aire del necesario lo que hará aumentar el consumo) Combustión DumPulsion y sistema DumJet Cómo funciona el principio DumPulsion? Consiste en un sistema diferente de regulación de potencia, que elimina los inconvenientes de las regulaciones convencionales, y permite obtener todos los beneficios de los QAV que se han expuesto anteriormente. Con este sistema, la regulación de los quemadores se realiza por tiempo y no por intensidad. El quemador funciona algunos segundos al 100% y luego queda en llama piloto o mínima, esto tiene los siguientes efectos: Se crean poderosos flujos a través de la carga por el vigoroso efecto venturi de succión de los impulsos del quemador Transporte calor eficaz al mismo tiempo que se crea, incluso cuando la necesidad de potencia es baja Homogeneización de temperaturas muy mejorada Admite mayor libertad de apilamiento de los paquetes de carga (horno más flexible) El sistema DumJet es un sistema de pulsado de aire a alta presión que produce los mismos efectos beneficiosos en todo el horno: en las zonas de calentamiento previo, enfriamiento rápido, lento y final, es decir, en las secciones donde no hay quemadores. Analizador DumZirconexact Es una tecnología indispensable en hornos para el control y la estandarización de la calidad de los productos, y la disminución del consumo de combustible. Fig. 11. Analizador DumZirconexact Se instala directamente a través de la pared del horno de manera tan simple como si fuera un termopar. Sus características son: Temperatura de trabajo hasta 1700 ºC Medida precisa e instantánea Medida de atmósferas oxidantes o reductoras Medidas en factor de aire, bien en forma de O 2 /CO Resistente a los contaminantes habituales que se encuentran en las atmósferas de los hornos Sin mantenimiento frecuente Precio asequible Instalable en hornos existentes Nueva supervisión DumVision V6 Presentamos novedades de la supervisión propietaria DumVision actualmente en versión 6. Características generales: Es un software especializado en supervisión de hornos y secaderos (posible instalación para otras máquinas) entre sus múltiples ventajas se encuentran su característica multipuesto y su ubicuidad 6

7 Puede manejarse toda la instalación desde varios ordenadores en la fábrica, oficina y desde cualquier punto con acceso a Internet Puede visualizarse o manejarse según privilegio de acceso y con total seguridad por medio de comunicación encriptada Control de Energía DumControlEnergy Permite: Control o seguimiento del consumo de gas corregido diario, mensual y anual de la cocción o secado en las mismas unidades que el recibo del gas Control toneladas CO 2 emitidas Control de varios centros de consumo (hornos, secaderos, etc..) Instalable en equipos existentes. Exportación de Datos a Excel, el DumDataExport El DumDataExport puede captar gran cantidad de datos y variables de todo tipo, entre ellos los consumos de los diferentes contadores conectados a su sistema. Esto permite vincular los datos de producción diarios con la previsión futura de ventas-producción; crear informes de conformidad, de funcionamiento diario y mensual, estadísticos, etc... Se exportan también las curvas registradas de cocción y secado, por selección de Fecha y Hora iniciales y finales. Conclusiones Estas tecnologías hacen ahora posible: Recuperación directa para el mismo horno del calor enfriamiento (DumBypass) Independizar la zona de cocción y control preciso y diferenciado de tratamientos DumBypass) Reducción del consumo (sistemas DumPulsion y DumJet) Extraer el máximo rendimiento de cada metro de horno (sistemas DumPulsion y DumJet) Compartir y analizar información mediante el DumDataExport Seguimiento preciso del consumo y emisiones, DumControlEnergy Fig. 12. Supervisión DumVision V6 Fig. 13. Control y Seguimiento del Consumo energético DumControlEnergy 7

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