PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL CAMBIO CLIMATICO EELA

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1 Contrato /2011 Entregable 1 Fecha: 15/09/2011 Ejecutor Regeneración Ltda. PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL CAMBIO CLIMATICO EELA Estudio tecnológico para definir el tipo de tecnología de horno apropiada para la reconversión de las ladrilleras artesanales, ingeniería básica y supervisión del montaje. Nemocón Colombia Septiembre 2011

2 CONTROL DE REVISIONES Título: REPORTE FASE I: Estudio tecnológico para definir el tipo de tecnología de horno apropiada para la reconversión de las ladrilleras artesanales, ingeniería básica y supervisión del montaje. Esta cubierta es un registro de todas las revisiones al documento identificado arriba por el número y el título, por lo tanto todas las versiones previas deben ser reemplazadas y destruidas. Rev Fecha Autor Revisor Aprob. Líder Director Proyecto Aprob. Cliente Descripción No. A1 18/08/2011 DE AG AG CG Emitido para revisión interdisciplinaria Observaciones: Primeros capítulos en versión preliminar B1 30/08/2011 DE AG AG CG Emitido para revisión interdisciplinaria Observaciones: Versión completa preliminar para comentarios del cliente C1 15/09/2011 DE AG AG CG Emitido para revisión interdisciplinaria Observaciones: Versión finalizada y revisada con sugerencias y cambios implementados F1 DE=Diego Eslava CG=Cesar García AG=Andrés González Versión finalizada para el cliente 2

3 Tabla de Contenido INTRODUCCION... 5 Objetivos... 5 Descripción del Problema... 5 Descripción de la población... 6 Características de los beneficiarios... 9 Apreciaciones de la situación actual ESTADO DEL ARTE TECNOLOGIAS DISPONIBLES Hornos Intermitentes Hornos Semicontinuos Hornos Continuos Comparación entre hornos Tecnologías de dosificación de carbón Stoker Carbojet Gasificación de carbón Mejoras y modificaciones Matriz de Criterios de Evaluación EXPERIENCIAS NACIONALES E INTERNACIONALES Programas de VSBK PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO Presencia EELA en SurAmérica Cooperativismo METODOLOGIA DESARROLLO Segmentación por consumo de los empresarios Ponderación Criterios de evaluación Modelos de intervención SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA ARTESANAL Descripción de la tecnología BAUL COLMENA EQUIPO DE QUEMA Y DOSIFICACION DE COMBUSTIBLE VSBK Montos de inversión Desempeño previsto SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA GRUPAL Descripción de la tecnología MultiCámaras Hoffman Túnel Montos de inversión Desempeño previsto CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Referencias ANEXO 1: Resultados de la Ponderación ANEXO 2: Presupuestos hornos artesanales

4 ANEXO 3: Presupuestos hornos industriales ANEXO 4: Resultados Simulación RetScreen Artesanales Baúl + Equipo de quema Colmena + Equipo de Quema Equipo dine Quema VSBK ANEXO 5: Resultados Simulación Retscreen Industriales Multicámaras Horno Hoffman HORNO TUNEL

5 INTRODUCCION El programa Eficiencia Energética en Ladrilleras Artesanales de Nemocón EELA busca asistir técnicamente a las personas involucradas en los procesos de producción de ladrillos artesanales brindándoles capacitación y asesoría especializada para mejorar sus competencias en los ámbitos ambientales, productivos y empresariales que permitan optimizar sus procesos de fabricación, incrementar la calidad de sus productos y desarrollar acciones de mejoramiento ambiental que mitiguen el impacto ambiental causado por dicha actividad, logrando avanzar en un camino hacia la competitividad. En este sentido, se desarrolla el CONTRATO DE CONSULTORIA No /2011, Estudio tecnológico para definir el tipo de tecnología de horno apropiada para la reconversión de las ladrilleras artesanales, ingeniería básica y supervisión del montaje, que como su nombre lo indica tiene como objetivo determinar una tecnología de horno apropiada que resuelva la problemática asociada a la actividad artesanal. Objetivos Objetivo general: Contribuir a mitigar el cambio climático a través de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad de vida de su población mediante la implementación de modelos integrales de producción más limpia en ladrilleras artesanales de Nemocón con una propuesta para el acceso al mercado de carbono. Objetivos específicos: Promover una tecnología y procesos energéticos más eficientes y el uso de combustibles menos contaminantes que contribuyan a la reducción de los gases efecto invernadero. Incidir sobre las instituciones competentes para la construcción de una agenda de institucionalización para promover la producción limpia en el sector ladrillero. Fomentar el fortalecimiento de capacidades empresariales para ser incluidos en la cadena de valor. Promover el intercambio de conocimientos y experiencias SurSur. Descripción del Problema La problemática de la actividad de producción artesanal de ladrillos es diversa, y concebir una solución integral requiere claridad sobre sus causas para poder así trazar la estrategia que permita solucionarlas Problemática Ambiental: Agotamiento de recursos naturales Alto consumo de carbón Altas emisiones atmosféricas por bajo grado tecnológico Incumplimiento normativo Dosificación de combustibles inadecuada Calidad de combustibles Problemática técnica Problemas de calidad de producto Pérdidas considerables de material cocido Necesidad de reconstrucciones y reparaciones de horno recurrentes (entre cocidas) Deficiencias en el proceso productivo que se traducen en ineficiencia de combustible Incapacidad de registrar desempeño ambiental 5

6 Problemática Económica Reducidos Ingresos operacionales Rentabilidad del negocio comprometida Poca cultura empresarial Limitado crecimiento empresarial Competitividad gravemente comprometida Problemática Social Informalidad laboral Limitada seguridad industrial Empleos flotantes En el flujo del proceso ladrillero, un horno ineficiente es tan solo uno de los componentes que ahondan la problemática. Una selección apropiada de tecnología de horno permitirá mitigar los efectos negativos de la situación observada. Descripción de la población Entre la población beneficiaria del programa EELA, se distinguen diferentes perfiles de empresa y empresarios, entre los cuales las diferencias de proceso productivo y nivel de tecnificación/mecanización marcan una importante brecha. A continuación describimos la población beneficiaria. Aspectos Técnicos (extracción, horno, producto, ambiente) Microempresa Chircal Procesos artesanales de fabricación: Extracción manual de arcillas Cocción en hornos tipo fuego dormido u horno Árabe. También pueden tener grados de tecnificación los cuales involucran procedimientos mecanizados en el beneficio de las arcillas sin un alto grado tecnológico. La selección de materiales y control de calidad son prácticamente nulos Principal producto que se fabrica es el ladrillo tipo Tolete y Tejas. Ilustración 1. Horno de Fuego Dormido El bajo rendimiento térmico de los hornos se produce contaminación atmosférica por emisión de CO, CO2, azufre, nitrosos y partículas en suspensión. En muchas explotaciones la disposición de los residuos se realiza de una forma desordenada en áreas próximas al horno. 6

7 Pequeña industria Segmento tecnificado parcialmente y con procesos de mayor valor agregado: La extracción se adelanta en forma mecanizada usando bulldozer o retroexcavadoras Se utilizan criterios de selección y calidad de materias primas (los productos así lo requieren) y se incorpora un circuito de molienda y homogenización para la pasta cerámica La extrusión se realiza al vacío para eliminar aire y agua El horno tipo se tiene el de llama invertida en sus formas Colmena Los productos que se obtienen son ladrillo tipo tolete, bloque No. 4, bloque No. 5 y tejas. Mediana Industria Empresas con altas inversiones en infraestructura: las etapas de extracción, molienda y homogenización son similares a la pequeña industria pero a mayor escala, lo que implica en muchos casos que se automaticen procesos como en la introducción de secadores artificiales tipo túnel. El tipo de horno que caracteriza esta industria es el tipo Hoffman (horno continuo). Este segmento industria puede producir diferentes piezas tales como tabletas, pisos, ladrillos, tejas pero tienen una dedicación especial a la fabricación de bloques. Ilustración 2. Horno Colmena Ilustración 3. Horno Hoffman Ambientalmente este segmento hace uso más eficiente de la energía y de los recursos por el tipo de tecnología que emplean. El tipo de horno, los dosificadores de carbón (Carbojet) y el uso de control de postcombustión permiten una mejor combustión, menores residuos y menos emisiones por tonelada que en los segmentos anteriores. En este segmento se reprocesan los rechazos o de los residuos mediante una retrituración de los desechos que se incorporan nuevamente a la arcilla para su homogenización, extrusión y posterior cocción. Aspectos sociales Microempresa Chircal Estas unidades empresariales son integradas mayoritariamente por familias que tienen como único sustento la producción de ladrillos. Las condiciones de laborales son precarias, los servicios básicos son insuficientes y de baja calidad. Adicional, el tipo de vinculación del trabajador es a destajo, es decir, sin una vinculación permanente. Pequeña industria Aun cuando presentan mayor nivel de tecnificación e infraestructura que emplea, la población que labora en la pequeña industria presenta deficientes condiciones de vida y de seguridad social, pues en su mayoría no están afiliados a 7

8 regímenes de salud o pensión, y es inestable la situación laboral pues depende de la demanda externa de productos. Esta industria vincula indirectamente mano de obra para el transporte de productos a los sitios de compra, pero no tienen ninguna relación patronal directa con la industria. Mediana Industria La mediana industria presenta unas mejores condiciones de vida para la población vinculada a ella, ya que vincula un mayor número de personal directamente, aunque igualmente vincula un porcentaje similar de población que trabaja a destajo, de acuerdo a lo producido, y sin seguridad social. Vincula en mayor medida mano de obra no calificada, aunque dados sus niveles de tecnificación requiere del concurso de personal capacitado técnicamente. Aspectos Ambientales: La medición de emisiones no solo permite generar un ambiente más limpio y generar una conciencia de producción energética amigable con el medio ambiente, sino también permite el cumplimiento de las normas ambientales locales y garantiza la sostenibilidad de la empresa evitando multas y hasta cierres permanentes La resolución 909 DE 2008 del AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL en su capítulo 10, establecen las normas y estándares de emisión admisibles de contaminantes a la atmósfera para las industrias de fabricación de productos de cerámica refractaria, no refractaria y de arcilla. A continuación resumimos los requisitos de norma aplicables para el sector Tabla 1. Estándares de emisión admisibles de contaminantes al aire para las industrias existentes de fabricación de productos de cerámica refractaria (Capitulo X. Articulo 30;[1]) Combustible Estándares de emisión admisibles (mg/m3) MP SO2 NOx Sólido Sin embargo, debido a que la Resolución 909, realiza una distinción entre el uso de biocombustibles para cualquier tipo de fuente fija (Articulo 18, de la misma Resolución), la regulación premia la conversión de fuentes fijas existentes cuando surten una sustitución total de combustible (tabla 2) y no promueve la implementación de nuevas fuentes fijas (artículo 19) a partir de biomasa (tabla 3) Tabla 2. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa existentes que utilicen biomasa como combustible a condiciones de referencia (Capítulo VII. Articulo 18; [1]) Combustible Estándares de emisión admisibles (mg/m3 ) MP NOx Biomasa Tabla 3. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa nuevos que utilicen biomasa como combustible a condiciones de referencia (Capítulo VII. Articulo 19; [1]) Combustible Estándares de emisión admisibles (mg/m3 ) MP NOx Biomasa Tabla 4. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa existentes a condiciones de referencia (Capítulo III. Articulo 7; [1]) Combustible Estándares de emisión admisibles (mg/m3) MP SO2 NOx Sólido Tabla 5. Estándares de emisión admisibles de contaminantes al aire para las industrias nuevas de fabricación de productos de cerámica refractaria, no refractaria y de arcilla, a condiciones de referencia (Capitulo X. Articulo 31; [1]) Combustible Estándares de emisión admisibles (mg/m3) MP SO2 NOx Sólido De la misma manera, sustituciones parciales de combustible tienen una exigencia mayor de cumplimiento ambiental ya que como el artículo 21 lo especifica, un equipo de combustión externa que utilice biomasa como combustible, use 8

9 adicionalmente otro combustible en proporción superior al 5% mezcla de biomasa, deberá cumplir con lo establecido en la tabla 4. Los requisitos para nuevas instalaciones son tan estrictos como lo muestra la tabla 3, ya que restringen el cumplimiento ambiental a los límites de la biomasa en sustitución total (tabla 5). En el artículo 33 se restringe la temperatura de los gases emitidos por hornos continuos a no más de 180 ºC y para el caso de hornos discontinuos no debe exceder 250 ºC durante la etapa de máximo consumo de combustible. Esto último promueve regulatoriamente el uso racional y eficiente de la energía en esta industria. Por último la obligatoriedad de construcción de un ducto o chimenea del Artículo 69 para todas las actividades que realicen descargas de contaminantes a la atmósfera es el requisito que de entrada desarticula y pone en riesgo la continuidad en operación de los hornos de fuego dormido de la zona. Características de los beneficiarios Los beneficiarios del programa EELA están categorizados entre artesanales y mecanizados. La Gráfica 1 nos presenta el número encuestado de empresarios, de los cuales, 114 disponen de información detallada. Gráfica 1. Características de los beneficiarios Un gran número de estos encuestados están actualmente asociados a la COOPERATIVA MULTIACTIVA DE LADRILLEROS Y ARTESANOS DE NEMOCON COLANEM. Entre estos asociados se pueden contar entre 53 y 57 empresarios con hornos de los diversos segmentos que adicionalmente hace parte de la muestra de la figura anterior. La diferencia de capacidad productiva entre los artesanales y los mecanizados es grande como lo muestran la Gráfica 2 y la Gráfica 3. Un empresario mecanizado usualmente tiene una operación semicontinua con múltiples hornos intermitentes que le permite tener un gran rango de producción. Los mecanizados beneficiarios del programa son alrededor del 10% del total y tiene una capacidad de procesar casi el 30% del total de la arcilla. Es evidente que los empresarios mecanizados están equipados con tecnología de horno superior a la de los chircales y pequeños empresarios lo que implica un desempeño energético y ambiental superior, como lo muestra la Gráfica 3. Aun cuando tan solo 10% de los productores cubren 32% del procesamiento de arcilla, son responsables del 28% de las emisiones de CO2 de y el carbón consumido. Los anteriores factores, entre otros, evidencian la brecha tecnológica presente entre los grupos artesanales y mecanizados. 9

10 Gráfica 2. Producción por categoría Gráfica 3. Emisiones y consumo por categoría El consumo de energía de la muestra (Gráfica 4) nos presenta una tendencia creciente en función de la productividad lo que es usual. Hay una gran dispersión de datos entre los hornos de pequeña capacidad lo cual debe ser objeto de estudio detallado más adelante. Lo que parece inusual de la gráfica es que las producciones mayores tienen un consumo aparente muy por encima de la línea de tendencia lo que implica que probablemente los datos de los empresarios de mayor capacidad de producción no deberían ser incluidos en la misma escala. Gráfica 4. Consumo de energía de la muestra En el contexto actual de los ladrilleros de Nemocón, la preocupación más importante es la permanencia, continuidad y sostenibilidad en el mercado a la luz de la normativa ambiental. La normativa vigente como expondremos a continuación restringe la continuidad de la operación dado que la tecnología de horno predominante (fuego dormido) no permite reporte de monitoreo isocinético de las emisiones de chimenea, lo cual limitará la operación de dichos hornos. Por otra parte, pero en menor proporción, los hornos colmena y en algunos casos los Hoffman presentes no 10

11 cumplen con la estricta normativa ambiental por lo cual también serán sujeto de sanciones, entre ellas el cierre permanente en caso que no se cumpla con los requisitos de ley. En la zona están se identifican los diferentes tipos de hornos de acuerdo al segmento del sector, como lo muestra la Tabla 6. Adicionalmente se relacionan los tipos de producto preponderantes en cada segmento. Tabla 6.Tipos de Horno según sector Segmento Sector ladrillero Tipo de horno Productos Tipo de producción Nemocón Chircal Fuego dormido Ladrillo tolete, teja Intermitente Pequeño Colmena Ladrillo tolete, teja, bloque Intermitente / SemiContinuo Mediano Hoffman, múltiples Bloque, baldosa, teja Continuo / SemiContinuo colmenas Grande Túnel Adoquín, Bloque, tableta, teja Continuo De acuerdo a lo anterior es necesario segmentar la distribución de consumos según el tamaño de producción y de esta manera establecer los grupos objetivo más claramente. Reafirmando lo anterior expuesto, la Gráfica 5 nos muestra la distribución de datos de consumo entre los encuestados donde se reporta que algo más que 60% de los encuestados afirman un consumo por horneada de 12 toneladas de carbón. Este valor en conjunto con la distribución reportada de producción en unidades año nos hace pensar o; 1) que los datos reportados de consumo de combustible no se ajustan a la realidad o 2) que las diferencias de rendimiento de combustible por unidad producida entre los encuestados es sustancialmente diferente. En cualquiera de los casos es necesario establecer un ordenamiento de datos que reorganice a los beneficiarios según el segmento del sector al que pertenecen. Gráfica 5. Histograma de consumo de combustible Gráfica 6. Histograma de distribución de producción Adicionalmente la Gráfica 6 muestra como el número de productores se concentra en el rango menor de capacidad de procesamiento entre 40 y 520 mil unidades al año (mitad inferior), concentrando casi el 70% de los beneficiarios encuestados. La selección óptima del horno va dirigida para este 70% de la población objetivo, cuya finalidad consiste en permitirles mejorar sus condiciones operativas (laborales, técnicas y ambientales), e incrementar su competitividad e ingresos futuros. 11

12 Apreciaciones de la situación actual Preliminarmente al ver la conformación del grupo de beneficiarios y sus características, se percibe que la tecnología de horno predominante en la región (fuego dormido) limita la posibilidad de superar la problemática expuesta. La reconversión tecnológica se centra en la tecnología de quema dado que en esta se relaciona directamente con la problemática ambiental. La solución tecnológica que propone el presente estudio deberá evaluarse en paralelo con otros aspectos clave, sin los cuales viabilidad y sostenibilidad en el tiempo de la solución se verá seriamente comprometida. Los aspectos adicionales a los cuales hacemos referencia son: Dificultad y resistencia al cambio en el sector Imaginario del ladrillero y su identidad Crecimiento y formación de los empresarios ladrilleros Oportunidades de educación y formación personal para la población objetivo Generación de otras oportunidades de trabajo y subsistencia diferente a las relacionadas con la industria ladrillera. Con respecto al modelo de intervención tecnológica nos permitimos hacer uso de la siguiente figura para evidenciar la problemática técnica a la que nos enfrentamos y de esta manera esquematizar los objetivos de la solución tecnológica. Un horno de fuego dormido tiene un principio de operación relativamente similar al Pampa al cual hacemos referencia en la Gráfica 7. En esta, se presentan las diferentes perdidas de energía del proceso las cuales buscamos mejorar mediante la búsqueda de eficiencia energética y disminución de consumo de energía primaria (carbón). En primera medida podemos ver dos diferentes órdenes de magnitud en la gráfica. Las mayores pérdidas corresponden a la tecnología misma del horno y su operación, y contabilizan un 70% de las pérdidas que se pueden optimizar y minimizar. Las menores pérdidas no son particulares a la tecnología y están presentes en mayor o menor proporción en los diferentes tipos de hornos, lo que no implica que no puedan ser eventualmente optimizadas. Gráfica 7. Pérdidas de Horno tipo Pampa 12

13 Si consideramos lo anterior, la solución energética que se busca por el modelo de intervención debe: 1. Recuperar aprovechar la mayor cantidad de calor aportado por el combustible y recuperar el calor sensible de los gases de escape para el secado de las piezas crudas: a. Por intercambio directo de calor de los gases de escape b. Por intercambio indirecto con celdas de secado 2. Disminuir las pérdidas de combustible útil mediante una adecuada dosificación y regulación del aire de combustión: a. Por medio de una adecuada dosificación b. Ajustar excesos aire y llevar la mezcla de combustible próximo a la estequiometria c. Eliminar fugas/infiltraciones de aire d. Debido dimensionado del tiraje de los gases de escape 3. Eliminar la energía perdida en el precalentamiento de la inercia térmica del horno: a. Reduciendo los periodos muertos entre cargue y descargue b. Utilizando materiales y aislante en la zona de quema Por todo lo anteriormente dicho y si la alternativa tecnológica seleccionada lo permite, la reconversión del horno podría conducir a reducciones importantes de las pérdidas de entre 30% (meta planteada) y 33%, lo cual impactará enormemente el consumo de combustible y las emisiones asociadas a este. 13

14 1 ESTADO DEL ARTE En este capítulo hacemos un breve recuento de las tecnologías disponibles para desarrollar la conversión tecnológica, resolviendo la problemática del proyecto. 1.1 TECNOLOGIAS DISPONIBLES La clasificación de los hornos puede hacerse según el tipo de proceso[2]: 1. Intermitentes 2. Semicontinuos 3. Continuos Hornos Intermitentes Son hornos de cámaras individuales o en batería, en los que los productos, la instalación de la cocción y la de enfriamiento quedan en posición fija durante la totalidad del ciclo. El esquema de este ciclo es: 1. Entrada de los productos 2. Precalentamiento 3. Cocción de los productos 4. Enfriamiento de los productos 5. Salida de los productos Los tiempos de cada una de estas operaciones no son idénticos y difieren considerablemente según el producto a cocer y la naturaleza del proceso Horno de Fuego Dormido Es un horno artesanal, construido en forma circular, generando una especie de bóveda circular abierta, conocido también como horno cilíndrico. Posee una puerta lateral por donde se carga el material. Estos hornos se cargan con una capa de carbón, posteriormente una de ladrillos y consecutivamente una de carbón y otra de ladrillos, hasta que se alcanza el tope del horno. Una vez se ha terminado el endague se prende el horno. La cocción dura aproximadamente entre 20 y 40 días. La producción en estos hornos varía según el tamaño del mismo al igual que el consumo de combustible (carbón). Estos hornos son de baja producción y elevada contaminación, debido a una quema no homogénea y la combustión incompleta, el material producido es de baja calidad, pues algunos ladrillos quedan requemados, mientras otros quedan crudos Hornos Pampa Los hornos Pampa se constituyen en cuartos rectangulares descubiertos en la parte superior con puertas de salida y entrada a través de las cuales se extraen e introducen los materiales antes u después de la cocción; además poseen unas bóvedas en la parte inferior formadas por material a quemar, por los cuales se introduce el combustible para la cocción. Son hornos de rápida cocción (aproximadamente 7 días), alta producción y alta contaminación. El endague del horno debe comenzarse con unos ladrillos de canto, ya cocidos de modo que cubra un cuadrado de 10 a 15 metros de largo. La principal desventaja de este horno es que necesita que el combustible genere mucha llama para que ardiendo con la máxima rapidez, pueda llegar a penetrar hacia arriba y cocer los ladrillos de la parte superior Horno Baúl Tiene igual diseño que el horno Pampa, pero dispone de una bóveda y evacúa los gases de combustión por tiro natural, mediante una chimenea situada al lado del horno. En este horno se reduce significativamente la emisión de humos y material particulado Horno Colmena. También conocidos como hornos redondos de Llama Invertida, son hornos cerrados, intermitentes en donde a diferencia de los Pampa se puede regular mejor el tiro, el cual puede ser natural o forzado. La alimentación del material seco se realiza por una puerta lateral. Una ventaja de estos hornos es que el combustible y sus residuos no están en contacto inmediato con el producto debido a la pared separadora y conductora de gases del hogar. La bondad de esta ventaja radica en 14

15 que la coloración de los productos presenta tonalidades rojizas muy homogéneas, además, la distribución vertical de temperaturas típica de este horno permite una diferencia de calidades en los productos cocidos, es así como en la parte superior del endague se obtiene un producto homogéneamente oscuro que por sus características y tonalidades adquiere un mayor valor en el mercado Hornos postizos Una ventaja de usar cascarilla de arroz como combustible es que permite quemar los ladrillos contenidos en un simple cubo con paredes hechas de ladrillos cocidos y cubriéndolos únicamente con cascarilla. Este tipo de horno se denomina postizo o temporal y se puede armar en cualquier lugar. Para su construcción se usan ladrillos de desecho con una cubierta exterior de barro lo que los convierte por algunos meses en hornos fijos pero pueden ser desarmados fácilmente. En general, este tipo de hornos es una simple construcción de ladrillos corrientes sin pegar, con algunos canales o bocas de combustión en la parte inferior. Mientras que para cargar los hornos fijos es necesario transportar todos los ladrillos crudos, en los hornos postizos éstos están cerca del horno. Como dicen los ladrilleros, son hornos que van a los ladrillos. El costo de un horno postizo es aproximadamente diez veces menor que el de un horno fijo, pero su consumo de cascarilla es ligeramente mayor: en promedio, 1100 kilogramos de cascarilla por millar de ladrillos. Como ya se mencionó, la quema tarda un promedio es de seis días (sin incluir la carga y el período de enfriamiento). La desventaja de estos hornos es que no están protegidos de la lluvia y que son menos eficientes y duraderos que los hornos fijos. Sin embargo, en hornos de pequeñas capacidades (menos de cinco millares por quema) son más económicos y de fácil construcción, lo que ha permitido que algunos trabajadores contratados por dueños de hornos puedan realizar sus propias quemas[3] Hornos Semicontinuos Se entiende con esta denominación un horno semejante al continuo en cuanto a la carga del producto, sobre vagones y el recorrido de éstos en galería (túnel), pero que se diferencian del continuo porque todos los vagones cargados en 1 turno o 2 turnos de trabajo deben ser introducidos completamente en la galería, sin almacenamiento de reserva. Por lo tanto, el ritmo de avance de los vagones dentro del horno es igual al del cargue de vagones y durante las horas de descanso del personal, el funcionamiento de los hornos semicontinuos es similar al de un horno intermitente, con la diferencia importante de que la evacuación del aire ocurre siempre por el extremo de entrada de los vagones. Como funcionamiento, los hornos semicontinuos se aproximan tanto más a los hornos continuos cuanto más tiempo duran los turnos de trabajo y el ciclo de cocción; son tanto más semejantes a los hornos intermitentes en el caso inverso. Los hornos semicontinuos son en ocasiones, agrupaciones de hornos intermitentes tendientes hacia una operación continua. Adicionalmente, se encuentran modelos como los tipos Vagón y Rápido Intermitente, de funcionamiento similar y forma rectangular Horno Vagón Consiste en 1 ó 2 cámaras rectangulares con techo plano o curvo, en las cuales se introducen un vagón cargado con las piezas a quemar. La alimentación es lateral y el tiro se realiza por el lado opuesto a la zona de quema, interiormente tiene un revestimiento de ladrillo refractario en la bovedilla de quema y semirefractario en las paredes internas del horno. En el techo tiene un recubrimiento de fibra refractaria. El tiempo promedio de quema es de 36 horas y la capacidad del vagón es de unidades por quema. La carga se monta sobre un gran vagón del tamaño del horno Horno Rápido Intermitente Consta de 2 cámaras contiguas de manera que se aprovecha el aire de enfriamiento de una para calentar la otra, haciendo que la operación tenga continuidad. Los quemadores son ubicados lateralmente por una sola pared de cada una de las cámaras. Otra modalidad consiste en una cámara con varios vagones, de manera que mientras uno se somete a cocción, el otro se descarga y carga nuevamente. Se trata de un horno modular que permite su traslado y reubicación en caso de ser necesario, su proceso de cocción opera de manera semicontinua y tiene un ciclo de 36 Horas. Su uso en Colombia no es muy reconocido pues tan solo se tiene noticia de la existencia de 2 15

16 hornos de este tipo en el país, uno en Medellín y otro en Sogamoso dedicados a la cocción de productos refractarios Hornos Continuos Los hornos continuos aparecieron como una solución más rentable en la fabricación de productos cerámicos. El funcionamiento continuo de los hornos se caracteriza por el desarrollo ininterrumpido de la cocción y la posibilidad de efectuar las diferentes etapas sin variar el ritmo de la producción Horno Hoffman Consiste en 2 galerías paralelas, formadas por compartimientos contiguos, en cuyos extremos se unen por un pasafuegos. Son hornos continuos de alta producción, donde no se puede producir materiales vitrificados. En estos hornos el fuego se mueve a través del horno en dirección opuesta a las manecillas del reloj, este sistema permite obtener una alta eficiencia térmica y de producción, ya que el calor obtenido en la cámara de combustión se utiliza en el precalentamiento de las cámaras precedentes. Aproximadamente una semana es el tiempo que toma realizar un ciclo completo de quema (el fuego llega al punto de donde partió). Cada galería está formada por varias cámaras, cada una de ella con su respectiva puerta, para el cargue y descargue del horno y un canal de salida que va al colector principal que conduce a la chimenea, cada cámara comunica con el colector, por un conducto de humos, los cuales se cierran herméticamente con válvulas. La alimentación del combustible se realiza en la parte superior del horno, mediante alimentación manual o con la ayuda de carbojet (alimentación neumática), la cual debe realizarse en forma dispersa, evitando chorros que provoquen combustión incompleta Horno Bull s Trench Kiln (BTK) El horno Bull s Ring (horno de cámaras, anular u ovalado), consiste básicamente en una sola zanja anular u ovalada excavada en el suelo; sus dimensiones pueden variar considerablemente, aunque el tipo más corriente suele tener un diámetro de 30 a 50 m; la zanja tiene aproximadamente 6 m de ancho por 2,5 m de profundidad. Al terminar de llenar la zanja con los ladrillos que se van a cocer, en los pisos (hiladas) superiores, los ladrillos se colocan unos contra otros (unidos) sirviendo así de bóveda o cobertura del horno; en las capas de cobertura se van dejando abiertos unos orificios convenientemente dispuestos para la introducción del combustible. Al igual que en el horno de Bock, la cobertura de los ladrillos del horno se recubre a continuación con una delgada capa de material removible que puede ser ceniza, arena o una mezcla de ambas. El Bull s Ring difiere del Hoffman de Bock, en cuanto a que las zanjas de éste último son 2 zanjas paralelas conectadas por ambos extremos Horno Hoffman de Bock Cuando se trata de construir un horno en poco tiempo y a bajo costo, o bien cuando se trata de obtener una buena producción en un clima muy cálido como lo es Neiva, se utiliza el horno llamado de Bock (sucesor del BTK), que es un horno Hoffman pero sin bóveda. Para la construcción del horno de Bock, se excavan 2 zanjas en el terreno y se levantan paredes de revestimiento delgadas pues no tienen que soportar la presión de una bóveda. Es condición indispensable para la construcción de un horno de esta clase que el subsuelo sea seco, lo que reafirma aún más su conveniencia en climas cálidos. Los ladrillos a cocer se cubren con 1 capa de ladrillo cocido y 1 sobrecubierta de tierra magra o arena. El suministro del combustible, al igual que en los Hoffman convencionales, se hace por orificios dispuestos en la parte superior los cuales atraviesan la capa de ladrillo cocido y la capa de sobrecubierta Horno Hoffman Abierto De manera antagónica al horno Bull s Ring, el horno Hoffman abierto ó Hoffman sin techo aparece como el sucesor del Hoffman de Bock, con lo cual se superaron los inconvenientes derivados de tener un horno enterrado a un nivel diferente del resto de la planta industrial. Al estar completamente expuesto sobre la superficie, el Hoffman sin techo tiene paredes más anchas que sus 2 antecesores para asegurar el aislamiento térmico; sin embargo, sus paredes son más delgadas y de menor complejidad que las paredes de los Hoffman convencionales, pues no tienen que soportar ni el peso ni la presión lateral que ejercen las bóvedas. 16

17 Al horno Hoffman sin techo, su nombre lo describe de manera breve y exacta. Este tipo de horno surgió en los países en desarrollo para darle solución de manera práctica e ingeniosa a los mayores inconvenientes que presenta la construcción de un horno Hoffman tradicional en medio de economías débiles. Su uso está ampliamente difundido en países como la India y Pakistán. En cualquiera de las modalidades del horno Hoffman, la alimentación del combustible se hace de igual manera; el combustible se introduce por la parte superior, ya sea de manera manual o con la ayuda de alimentadores mecánicos (carbojet) Horno zigzag Una de las variedades más conocidas del horno Hoffman es el Zigzag[2] u horno Bührer (nombre de su inventor); se trata de un horno continuo de menor producción y puede tener de 10 a 16 cámaras. La denominación singular del horno se debe al recorrido segmentado del fuego desde una cámara a otra. Las cámaras son paralelas, las 2 laterales son de mayor longitud que las centrales, las cuales están cortadas y separadas de la zona de los conductos de humos y de recuperación de calor. Se emplea generalmente para pequeñas producciones, requiere menos espacio que el horno Hoffman tradicional y se diferencia de éste último por el movimiento del fuego a través de las cámaras Horno Túnel Son hornos continuos, de bajo nivel de contaminación, en donde el material se moviliza mediante vagones que se desplazan a través de la galería. La concepción de este horno responde a la idea de fijar una zona de fuego y hacer pasar los productos a cocer, siguiendo la curva de calentamiento del horno. Ello supone la ventaja de ahorro de calorías en el enfriamiento y precalentamiento del horno, además de la economía de mano de obra en el cargue y descargue de los ladrillos y mayor rapidez en la etapa de cocción. La longitud del horno fluctúa entre 70 a 150 m. El combustible se suministra por la parte superior mediante un sistema de transporte neumático, el cual disminuye totalmente la contaminación en esta etapa. Este horno es utilizado por industrias altamente tecnificadas y con altos niveles de producción Horno de Rodillos Los hornos de rodillos son una modificación del horno Túnel, son hornos continuos en donde el material a cocer no es transportado en vagonetas, sino mediante una serie sucesiva de rodillos cerámicos, de donde proviene su nombre. Estos hornos tienen generalmente 2 o 3 líneas de flujo por donde circula el material a cocer. El combustible utilizado en estos hornos es gas y su utilización prevé una economía de combustible. El gas es introducido por la parte lateral; existen varios tipos de quemadores, uno frente al otro, un sistema diferente es que el quemador de la izquierda lanza el fuego hacia la bóveda y el de la derecha hacia la carga a cocer. La alimentación de gas en cada mechero está regulada por un registro y poco antes del quemador se encuentra una cámara de combustión. El colector supone una gran economía, pues las cámaras son muy pequeñas. El aire secundario para ser insuflado en los quemadores, es calentado previamente Horno de Cámaras Múltiples Consiste en una serie de cámaras individuales pero conectadas entre sí, y comparten el mismo cañón de chimenea. Son hornos de alta producción. Su funcionamiento es muy sencillo, el encendido se inicia en la primera cámara haciendo pasar el calor residual de los gases de combustión a las siguientes cámaras para precalentar y completar el secado de los productos cargados, cuando la primera cámara ha alcanzado la temperatura de cocción, la segunda cámara estará entre los 300 a 400 C, para cuando esto suceda se inicia la combustión en la segunda cámara y la tercera cámara aprovechará el calor residual de la segunda cámara así sucesivamente hasta completar la serie, cabe indicar que cada cámara tiene su compuerta para la combustión. Estos hornos son muy eficientes puesto que reducen enormemente el tiempo de operación, como también los costos de operación. Es importante tener presente, que siendo un horno continuo, por estar conformado por múltiples cámaras paralelas interconectadas, cada cámara se puede considerar como un horno independiente, donde podemos ajustar las tres etapas básicas para la quema de productos cerámicos: Precalentamiento, Cocción y enfriamiento. Su funcionamiento es muy sencillo y similar al Hoffman, ya que el fuego se desplaza a través de las cámaras y 17

18 por ductos en la parte inferior del horno, el cual constituye otra trampa adicional para las cenizas que no se depositen en el hogar de combustión. Cada cámara consta de la zona de combustión, zona de arrume o endague del material y laberintos de tiro y succiónconducción del aire a la siguiente cámara. En la zona de combustión están las toberas de quema y el ducto de tiro y está separada de la zona del material mediante un muro. En la zona del material se encuentra las mirillas o cánulas para control de temperatura y observación y la tobera de recuperación de aire caliente para el secadero. Cabe anotar que el piso de esta zona es un emparrillado compensado que permite el paso del aire caliente hacia la otra cámara a través del laberinto, laberinto diseñado de tal manera que la succión sea homogénea en toda la cámara. La zona de combustión, es una sección dentro de cada cámara y es donde se mezcla el aire secundario de combustión con el primario y el combustible; el aire secundario proviene de las cámaras inmediatamente anteriores y que no se aprovecha en la recuperación para el secadero. Este aire por encontrarse a temperaturas entre C benefician la combustión Horno Vertical VSBK El horno vertical VSBK[4][5], por sus siglas en inglés, consta de una o más cámaras situadas dentro de una estructura de bloques rectangulares. Estas son de 1 a 1,25 metros de ancho con una longitud nominal de 1 m, 1,5 m, 1,75 m ó 2,0 m. La altura del horno varía dependiendo el número de lotes que se vayan a cocer por ciclo, generalmente es entre 8 y 13 lotes. La cámara se carga desde la parte superior con un lote de ladrillos crudos. Cada lote contiene típicamente cuatro capas de ladrillos colocados en un patrón predeterminado. Este lote descansa sobre unas barras de apoyo cuadradas, las cuales se puede remover o insertar, y apoyado a su vez por un par de vigas horizontales a través de los arcos en el túnel de descarga. Para la evacuación de los gases de escape se disponen de dos chimeneas rectangulares en las esquinas opuestas de cada cámara. Se utilizan unas cubiertas para cubrir la parte superior de la cámara dirigiendo los gases de la chimenea a través del cañón de la misma. Durante el arranque del horno, el fuego es encendido en la cámara de combustión en la parte inferior (o superior) del horno. Durante el funcionamiento continuo, un lote de ladrillos crudos es cargado en capas por la parte superior. La descarga se realiza desde la parte inferior con un carro de descarga, que se desplaza sobre rieles a lo largo de la longitud del túnel. El siguiente lote de ladrillos crudos se carga en la parte superior subiéndolos a la plataforma de carga. La frecuencia de descarga carga varía entre 90 a 150 minutos. El tiempo de residencia de un lote en el horno varía entre 15 a 30 horas[4] Horno MK El Horno MK [4]es un horno que busca canalizar el flujo (Energía y gases de combustión) a través de la arcilla cruda. Para lograr esto es necesario considerar un horno de dos etapas. En primer lugar, para canalizar el flujo a través de arcilla, era necesario para cubrir el techo abierto del horno tradicional. Esta etapa por sí sola genera una reducción de las emisiones dañinas (PM, SOx, NOx, CO), debido a que el horno se hizo más eficiente térmicamente y su quema más limpia, mientras que una pequeña chimenea de escape de combustión permite un flujo adecuado. En segundo lugar, la chimenea estaba cubierta y el efluente del horno se alimenta, a modo de conectar los canales de flujo, a través de un horno doble lleno de ladrillos sin cocer, que sirvió como un filtro de elemento pasivo para reducir aún más las emisiones. El papel activo y pasivo de los dos hornos se invierten sucesivamente Horno MK3 El MK3 es una modificación del horno MK original, el sistema se compone de tres hornos modulares, en vez de dos, que se caracterizan por estar interconectados por túneles subterráneos por los cuales circulan los gases calientes de cocción de uno a otro módulo. El funcionamiento es simultáneo en dos de ellos (uno de cocción y el segundo de calentamiento), mientras que el tercero está siendo vaciado y posteriormente cargado con ladrillos crudos. Así se produce una suerte de rotación y trabajo continuo. 18

19 1.2 Comparación entre hornos La realización de una comparación basada en criterios cuantitativos demostró ser una tarea de suma complejidad. Dos factores claves se encontraron al intentar comparar los hornos: la poca disponibilidad de la información relevante para comparación, y la divergencia en la información encontrada en diferentes fuentes para el mismo tipo de horno. Los tres factores principales considerados en esta sección como puntos de comparación (consumo energético, producción y tiempo de cocción) dependen de un sinnúmero de variables que los modifican, entre muchas otras: el tamaño del horno, sus condiciones medioambientales, la inercia térmica característica de cada horno, el espesor de las paredes de aislamiento, el ritmo y forma de trabajo del personal involucrado, el tipo de combustible utilizado, inclusive la naturaleza misma del tipo del horno dificulta la tarea de comparación de los mismos. En la Tabla 7 se muestra una comparación para el consumo energético y la producción de cada horno, se evidenció que el consumo energético para el mismo tipo de horno podía llegar a presentar variaciones significativas dependiendo del país de operación. Tabla 7. Consumo energético según el tipo de horno [MJ/ton Arcilla cocida]. Tipo de Horno 1999[6] 2002[6] Otras fuentes Promedio Kg Carbón*/Kg Arcilla Producida Vertical VSBK 0.83[7]1.1[8] BTK (Chimenea Fija) [9] BTK (Chimenea Móvil) [9] Rodillos Túnel [10] Hoffmann [10] Hoffmann sin techo 2.18[11] Vagón Zigzag Semicontinuo Colmena Baúl [11] Pampa (Árabe) [11] Fuego Dormido [11] *Carbón Tipo Checuano coquizable. Fuente: FECOCUPME. 19

20 Ton Carbon/ton Arcilla Pampa (Árabe) Fuego Dormido Baúl Colmena Semicontinuo MK3 Vagón Zigzag Hoffmann sin techo Hoffmann Túnel Rodillos BTK (Chimenea Móvil) BTK (Chimenea Fija) Vertical 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 MJ/ton Arcilla Cocida Gráfica 8. Tipo de horno Vs Consumo energético [MJ/ton arcilla procesada] De la Gráfica 8 se observa que la eficiencia energética de los hornos tradicionales de tipo artesanal intermitentes es bastante menor que la de las alternativas continuas y semicontinuas, en general, los hornos continuos consumen aproximadamente entre una tercera y quinta parte de lo que consumen los intermitentes, cabe resaltar que el más eficiente (horno vertical) consume casi 7 veces menos que el más ineficiente (horno fuego dormido), y que este último horno es el que predomina en la zona. Como se mencionó en las apreciaciones de la situación actual, las pérdidas más importantes (calor sensible de gases, pérdidas en paredes y combustión incompleta) definen la operación de tecnología intermitente. Como se puede apreciar en la gráfica 8, el sobresalto en el índice de consumo entre intermitentes y continuos tiene probablemente su explicación en este tipo de pérdidas. En las siguientes páginas se justificará el hecho de que para incrementar el desempeño energético, los empresarios deberán moverse a una tecnología semicontinua y para dar cumplimiento a los requerimientos ambientales la tecnología de dosificación y equipos de quema se convierten en una necesidad. Para consolidar la información de capacidad de producción y tiempos de cocción se evidenció que la disponibilidad de la misma es limitada y en muchos casos nula, además las unidades de medida son diferentes según el tipo de fuente y de producto, y son de difícil conversión entre ellas. Debido a esto las gráficas de capacidad de producción (Gráfica 9 y Gráfica 10) y tiempos de cocción (Gráfica 12 y Gráfica 11) presentan la información general recopilada en forma estimativa para cada uno de los hornos considerados. 20

21 Vertical (VSBK) MK3 Horno rapido intermitente Pampa (Árabe) Colmena Baúl Fuego Dormido Rodillos Túnel BTK (Chimenea Móvil) BTK (Chimenea Fija) Hoffmann sin techo Hoffmann Multicamaras Zigzag Gráfica 9. Tipo de horno para solución Artesanal Vs Rango Operativo Estimado [Ton de Arcilla máxima procesada/día] Gráfica 10. Tipo de horno para solución Industrial Vs Rango Operativo Estimado [Ton de Arcilla máxima procesada/día] Teniendo en cuenta las anteriores gráficas se evidencia que los hornos de mayor capacidad de producción son los continuos, entre ellos el tipo BTK es el que tiene el mayor rango de producción, sin embargo este tipo de hornos también es de los más contaminantes que existen[9]. La Gráfica 11 y la Gráfica 12 muestran el tiempo de cocción estimado para la solución individual (artesanal) y para la solución grupal (Industrial) respectivamente. Es importante resaltar que las condiciones particulares de los diferentes hornos dificultan la comparación entre estos al intentar hacer un paralelo de sus respectivos tiempos de cocción, esto se debe a que ésta es una labor compleja en función de diferentes variables, entre ellas las de producción, tipo de tecnología, combustible usado, dimensiones del horno, tipos de materiales usados en la construcción del mismo, tipo de operación, etc. Gráfica 11. Tipo de horno para solución Artesanal Vs Tiempo de Producción estimado [Horas] Gráfica 12. Tipo de horno para solución Industrial Vs Tiempo de Producción estimado [Horas] 21

22 1.3 Tecnologías de dosificación de carbón Las diferentes tecnologías de dosificación de combustible permiten tener un mejor ajuste de los parámetros de combustión y en esa medida mejorar las condiciones de combustión acercándola al nivel estequiométrico. Adicionalmente un equipo debidamente dimensionado y ajustado a la curva de calentamiento particular del horno permitirá ahorros considerables de combustible frente a una alimentación manual. A continuación describimos algunos de los sistemas de dosificación comercialmente disponibles Stoker Este tipo de dosificación es ampliamente conocido por los ladrilleros tecnificados desde tiempo atrás en hornos colmena. La dosificación de estos dispositivos permite alimentación de carbón grueso a la parrilla en evitando partículas muy gruesas (reduciendo inquemados), distribuyendo uniformemente sobre la parrilla (evitando zonas calientes), manteniendo una regularidad y cadencia del carbón, y evitando lechos muy gruesos (evitando excesos de aire y combustión ineficiente) Carbojet Nuevas tecnologías de carbojet hacen posible el suministro de carbón pulverizado a hornos diferentes a los tradicionalmente alimentados con carbojet. Estos nuevos sistemas promueven la eficiencia y adecuada dosificación de combustible mediante sofisticados controles de temperatura, velocidad y caudal de aire. Su consideración en el modelo de intervención es un requisito para los hornos de colmena y baúl en caso de considerarse. El rendimiento de los hornos ladrilleros incrementa considerablemente con la implementación de los equipos de quema anteriormente descritos frente a un proceso de alimentación manual. El rendimiento de combustible y la productividad del proceso de cocción son algunos de sus beneficios. Estos equipos de quema pueden ser divididos de acuerdo a la granulometría del combustible como lo describimos anteriormente. El ahorro de combustible asociado a estos equipos puede ser de entre un 40 a un 60% y los tiempos de cocción en horno Baúl y Colmena reducidos un 40% (de 72 a 42 horas) Gasificación de carbón La gasificación de carbón es una transformación termoquímica en un ambiente controlado (reactor), donde el combustible sólido se transforma en combustible gaseoso por una oxidación pobre (pirolisis). La eficiencia de dichos sistemas es superior al 80% y se elimina la probabilidad de emitir material particulado e inquemados. Un sistema de gasificación debe ir acompañado de los quemadores de combustible gaseoso y un sistema de presurización. El control de combustión es de cualquier manera superior a cualquier sistema de dosificación de combustible sólido y el ajuste de la estequiometria es razonablemente simple. El reactor de gasificación es sensible a la dimensión del combustible alimentado. La calidad y la confiabilidad del suministro hacen al sistema dependiente del proveedor de combustible. El suministro de estos sistemas es limitado y su aplicación debe ser estudiada en detalle para cada caso. 1.4 Mejoras y modificaciones Reacondicionamiento de horno de fuego dormido Similar al horno baúl a partir de un horno pampa, sería posible adecuar el horno de fuego dormido con una bóveda y una chimenea modificando significativamente su modo de operación y mejorando el consumo de combustible y los 22

23 parámetros de emisión. Sin embargo, este tipo de propuesta aún no ha sido comprobada con experiencias exitosas, además, esta solución podría significar una proliferación de hornos pequeños sin la garantía de cumplimiento ambiental. La inversión requerida en las adecuaciones es considerablemente inferior a la de una reconstrucción de horno total. Para garantizar el cumplimiento ambiental este tipo de reconversión debe ir acompañado con un sistema de dosificación de combustible como los descritos anteriormente. Buenas prácticas operativas con miras a la mantenibilidad y eficiencia Existen diferentes acciones para llevar a cabo una operación eficiente, estas constan de buenas prácticas operativas que a un bajo costo pueden implicar ahorros considerables de energía. Operar horno a plena carga Evitar enfriamiento excesivo de hornos Aislar paredes y conducciones de gases de escape Precalentar aire de combustión con material cocido que necesite enfriamiento Exceso de aire moderado Precalentar material crudo con gases de escape Disminuir humedad de material verde Mantener controlado el consumo de energía y llevar registros Conservar aislamientos en optimas condiciones Estas medidas solo llevaran a una mayor eficiencia a aquellos empresarios que surtan la reconversión tecnología y que cumplan con la normativa ambiental. 23

24 1.5 Matriz de Criterios de Evaluación El programa EELA ha desarrollado una matriz de diferentes criterios de valoración cualitativa de las diferentes tecnologías de horno que permite deslumbrar las bondades y deficiencias de cada tipo. Hemos reorganizado los criterios en la Tabla 8, de acuerdo a su efecto en los diferentes aspectos de la planta ladrillera. Tabla 8. Criterios de evaluación Operativo Energético Ambiental Social Impacto en las condiciones productivas y de operación Impacto en el desempeño de combustible Impacto en el cumplimiento normativo Impacto en las condiciones sociales, replicabilidad y modelo de negocio Criterios Capacidad de Horno Tipo de Horno Tipo de combustible Permite cambiar a otro combustible Pérdida por producción Habilitado para producir tejas Habilitado para producir ladrillos con huecos Habilitado para producir ladrillos sólidos Habilitado para producir baldosas Requerimiento de la calidad de mezcla Calidad del producto Inversión Retorno de la inversión Disponibilidad cap. local para su construcción Energía por Kg de Ladrillo Permite recuperar calor para el secado Homogeneidad de temperatura Emisiones a la atmosfera Posibilidad de cumplir las normas de emisiones Requerimiento de organización Disponibilidad de réplica Experiencia de implementación a nivel regional Potencialidad para aplicar al mercado de carbono Se presenta a continuación las cualificaciones de cada tipo de horno en las siguientes tablas. 24

25 Tabla 9.Matriz de criterios para los hornos en el sector ladrillero[4]. Criterios Fuego Dormido Pampa Baúl Colmena Vagón Rápido Intermitente Capacidad de Horno Regular Alta Alta Baja Alta Alta Tipo de Horno Intermitente Intermitente Intermitente Intermitente Semicontinuo Semicontinuo Tipo de combustible Variable Variable Variable Variable Fijo Fijo Permite cambiar a otro combustible Si Si Si Si Si Si Homogeneidad de temperatura Regular Regular Regular Media Media Buena Energía por Kg/ de Ladrillo Alta Alta Alta Media Media Baja Permite recuperar calor para el secado No No No No No No Habilitado para producir tejas Si Si Si Si Si Si Habilitado para producir ladrillos con huecos Si Si Si Si Si Si Habilitado para producir ladrillos sólidos Si Si Si Si Si Si Habilitado para producir baldosas Si Si Si Si Si Si Emisiones a la atmosfera Altas Altas Medianas Medianas Medianas Medianas Posibilidad de cumplir las normas de emisiones Bajas Bajas Bajas Medianas Medianas Medianas Requerimiento de la calidad de mezcla Bajo Bajo Bajo Bajo Medio Medio Calidad del producto Regular Regular Regular Buena Buena Buena Pérdida por producción Alta Alta Alta Regular Baja Baja Inversión Baja Baja Mediana Mediana Alta Alta Retorno de la inversión Rápido Rápido Rápido Rápido Mediano Mediano Requerimiento de organización Bajo Bajo Bajo Bajo Alto Alto Disponibilidad de réplica Fácil Fácil Fácil Fácil Difícil Difícil Disponibilidad cap. local para su construcción Si Si Si Si No No Experiencia de implementación a nivel regional Si Si Si Si No No Modelos certificado para aplicar al mercado de carbono No No No No No No 25

26 Criterios Tradicional Bull's Trench Kiln Hoffman Bock Abierto Túnel Rodillos Cámaras Múltiples Vertical VSBK Capacidad de Horno Alta Alta Alta Alta Alta Alta Regular Regular Regular Tipo de Horno Continuo Continuo Continuo Continuo Continuo Continuo Continuo Continuo Continuo Tipo de combustible Fijo Fijo Fijo Fijo Fijo Fijo Variable Fijo Fijo Permite cambiar a otro combustible Si Si Si Si Si No Si No Si Homogeneidad de temperatura Buena Buena Buena Buena Buena Buena Buena Buena Buena Energía por Kg/ de Ladrillo Baja Baja Baja Baja Baja Baja Baja Baja Baja Permite recuperar calor para el secado Si No No Si Si Si Si No Si Habilitado para producir tejas Si No No Si Si Si Si No Si Habilitado para producir ladrillos con huecos Si Si Si Si Si Si Si No Si Habilitado para producir ladrillos sólidos Si Si Si Si Si Si Si Si Si Habilitado para producir baldosas Si Si Si Si Si Si Si No Si Emisiones a la atmosfera Bajas Altas Medianas Medianas Bajas Bajas Bajas Bajas Bajas Posibilidad de cumplir las normas de emisiones Medianas Bajas Medianas Medianas Altas Altas Altas Altas Altas Requerimiento de la calidad de mezcla Alto Alto Alto Medio Alto Alto Bajo Bajo Bajo Calidad del producto Optima Buena Buena Buena Optima Optima Buena Buena Buena Pérdida por producción Regular Regular Regular Regular Baja Baja Baja Regular Regular Inversión Alta Mediana Mediana Mediana Alta Alta Mediana Mediana Mediana Retorno de la inversión Mediano Mediano Mediano Mediano Mediano Mediano Mediano Mediano Mediano Requerimiento de organización Alto Alto Alto Alto Alto Alto Bajo Alto Bajo Disponibilidad de réplica Difícil Fácil Fácil Fácil Difícil Difícil Regular Difícil Regular Disponibilidad cap. local para su construcción No No No No No No No No No Experiencia de implementación a nivel regional Si No No No No No No No No Modelos certificado para aplicar al mercado de carbono Si No No No Si Si No No No MK

27 2 EXPERIENCIAS NACIONALES E INTERNACIONALES Las experiencias de transferencia de tecnología para el sector ladrillera a nivel internacional comprenden en su gran mayoría interacciones nortesur entre Europa y Asia, particularmente la agencia suiza de cooperación (COSUDE)[12] y GATE/GTZ[13]. Estas dos agencias han basado sus esfuerzos en la transferencia y difusión de hornos verticales VSBK para diferentes países asiáticos desde china. 2.1 Programas de VSBK Inicios en Nepal En 1991 bajo el proyecto GTZ/GATE, un VSBK de doble eje fue construido en la fábrica de ladrillo de Katmandú, Lubhu, Nepal. Una VSBK más se construyó en Biratnagar, Nepal. Con un consumo de energía de 1 MJ por kg de ladrillos de barro cocido, el potencial de ahorro de energía de la tecnología VSBK quedó claramente demostrado. Pakistán En 1993, un VSBK se demostró en Peshawar, Pakistán, de nuevo en los proyectos de desarrollo GTZGATE. Esto fue seguido por la construcción de varias unidades VSBK varios en la misma región. En Pakistán, las unidades de demostración VSBK (con diseño de doble eje) fueron comercializadas como una alternativa a la tecnología del horno Bull s Trench Kiln (BTK). Esta diferencia resultó ser un obstáculo importante para atraer la atención de los propietarios de BTK hacia VSBK. Como consecuencia de información inadecuada sobre los límites y potencialidades de la tecnología VSBK, la tecnología VSBK no hizo importante avance en Pakistán más allá de los procesos de los primeros proyectos piloto. Sudán El horno VSBK fue adaptado para el uso en Sudán en Un horno piloto fue construido por el Building and Road Research Institute (BRRI) de la Universidad de Khartoumin en cooperación con la GTZGATE. El combustible utilizado fueron residuos agrícolas carbonizados de los tallos de algodón, tallos de girasol o bagazo. El combustible carbonizado, reducido a un tamaño de grano se dispersó entre los ladrillos verdes cuando se cargaba el horno en la parte superior. Este VBSK fue el primero de su tipo, que utiliza los residuos agrícolas carbonizados. No hay actualizaciones recientes sobre las operaciones de la tecnología están disponibles. Afganistán En 1995, el proyecto Pakistán VSBKGTZ proporcionó capacitación a ingenieros y horneros de Herat, en Afganistán con el fin de construir un VSBK de 6 ejes para la Afghanistan Rehabilitation & Energy Conservation Association. Los empresarios privados construyeron tres nuevas unidades de seis ejes VSBK y un total de 4 unidades de este tipo (es decir, 24 ejes, cada uno de 1m x 1m) se informó que en la operación en El estado de estos hornos de hoy no se conoce. India 1996 En 1996, la COSUDE (Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación) apoyó un traslado organizado de los VSBK para la India a través de un elaborado Programa de Acción de Investigación. El proceso se inició a través de un equipo de expertos locales e internacionales. Este equipo fue el encargado de analizar los errores cometidos en los primeros intentos de transferir la tecnología VSBK más allá de su medio natural e identificar los factores de éxito responsables de su crecimiento en China. Basándose en los resultados del estudio, se formuló un proyecto para la transferencia de la tecnología VSBK para diferentes regiones geográficas de la India. El primer horno VSBK se creó en el centro de la India en Datia, en Madhya Pradesh. El horno se basó en diseños chinos y se constituyó en asociación conjunta con un experimentado propietario de un horno artesanal ladrillero. En un principio, un equipo de especialistas experimentados chinos siempre en el lugar servicios de apoyo operacional. El apoyo local y personal clave fueron proporcionados por Alternativas de Desarrollo

28 para ayudar en el proceso de construcción y operación del horno. Este horno piloto confirmó el ahorro de energía potencial asociada con VSBK y demostró la viabilidad técnica de cocción de ladrillos corto ciclo de uso de suelos indígenas y de los combustibles. El rendimiento de los hornos se ha actualizado continuamente con la ayuda de los socios locales y los consultores internacionales. En mayo de 2003, más de cuarenta hornos comerciales estaban en funcionamiento en todo el país. Vietnam 2001 Un proyecto del PNUD financiado por el "Programa de Pequeñas Donaciones del Fondo para el Medio Ambiente Mundial" introdujo el VSBK por primera vez en Vietnam en 2001[14]. El VSBK fue construido bajo la supervisión de expertos chinos y el VSBK entró en funcionamiento en diciembre de Después de la operación exitosa de este VSBK, un centenar de VSBK s se construyeron a través de Vietnam en un corto período de dos años. Algunos de los hornos tuvieron problemas en el diseño, sin embargo, el Ministerio de Ciencia y Tecnología concedió una medalla de oro a una empresa VSBK de ahorro de energía y el desempeño ambiental en diciembre de Reintroducción en Nepal 2003 Problemas técnicos enfrentados durante la introducción inicial de la tecnología VSBK en Nepal en el año 1991 se resolvieron durante una fase de casi 10 años de desarrollo tecnológico centrado principalmente en la India. Así, una tecnología global VSBK con un potencial de difusión se llevó a cabo. Un estudio de factibilidad, realizado por Skat de consultoría en 2002, confirma el potencial comercial de VSBK con un impacto general positivo sobre el medio ambiente. Así, un Programa de Transferencia de Tecnología VSBK en Nepal fue firmado entre la Agencia Suiza para el Desarrollo (COSUDE) y HMG, Nepal en febrero de 2003 para reintroducir en el Valle de Katmandú. La estrategia de introducción de la tecnología VSBK a Nepal incluye una fase de demostración, que actualmente está siendo implementada. Durante esta fase piloto dos hornos ya han sido construidos. Introducción a Suráfrica2009[15] La COSUDE llevó a cabo un estudio de viabilidad en 2009, que supuso la visita de técnicos de la COSUDE de India y Nepal donde la tecnología VSBK ya está siendo utilizada a Suráfrica y viceversa, los equipos evaluaron las oportunidades para la transferencia de la tecnología para Sudáfrica y ayudaron en el diseño de los hornos. Se ha realizado una preselección de los sitios para el establecimiento de VSBKs piloto, con cinco productores de ladrillos de arcilla que han sido identificados para el proyecto piloto: dos en Western Cape Province, dos in Eastern Cape. Las evaluaciones de impacto ambiental se están llevando a cabo en los sitios piloto. Finalmente, se están negociando Acuerdos de Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL) se para la compra de Certificados de Reducción de Emisiones (CRE) que el proyecto generaría. 2.2 PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO Este programa también hace parte de la ayudas impulsadas por la COSUDE en Perú[12], algunas de las transferencias de tecnología implementadas se presentan a continuación. Implementación de mejoras en los hornos piloto tradicionales de Arequipa Basado en un horno desarrollado por la Universidad de San Agustín, un horno piloto tradicional se implementó con algunas mejoras como: Rejillas de ventilación modificadas para permitir una mejor entrada de aire, Altura de la cámara

29 de cocción reducida, Aumento del espacio entre los ladrillos, Racionalización de la distribución del carbón, Control de la temperatura dentro del horno en diferentes puntos. Las pruebas permitieron la reducción del período de cocción de siete a cuatro días y la cantidad de combustible se redujo también. Implementación de mejoras técnicas en los hornos convencionales en Arequipa Las mejoras propuestas en la Guía de buenas prácticas para un horno convencional, cumplían con los siguientes criterios: a. La dimensión del horno debe estar de acuerdo con la capacidad de producción b. La estructura tiene un cuerpo superior e inferior construido con adobes o ladrillos, siguiendo las dimensiones recomendadas de acuerdo a la capacidad de producción. c. La cámara de cocción: Debe ser construido siguiendo la longitud del nivel del suelo y orientado hacia la dirección predominante del viento Una comparación de los costos fijos y variables se hizo para los dos hornos, el horno mejorado permite un ahorro de 198 soles por menor de carbón que se consume. Los resultados muestran que las recomendaciones de la Guía de buenas prácticas son válidas para lograr una mayor eficiencia y rentabilidad en la producción de ladrillos. Implementación de horno piloto VSBK en Arequipa Se propuso la construcción de un horno de eje vertical de la producción continua, basado en los hornos de eje vertical que se utilizan ampliamente en Asia. Las características generales del horno son: La producción continua Los ladrillos se cargan en la parte superior, son cocidos en la sección media y se descargan en la parte inferior. El horno piloto fue construido a finales de Durante el año 2006 varias pruebas se llevaron a cabo para optimizar su funcionamiento. Una vez que las mejoras se llevaron a cabo se realizo una prueba y la viabilidad técnica del horno pudo ser probada. Después de eso, el horno fue entregado a la Asociación Primero de Mayo para su uso. 2.3 Presencia EELA en SurAmérica Bolivia: Implementación del Horno MK3, que comprende tres compartimentos: Precalentamiento, Quema, Enfriado. Se han realizado 16 pruebas de quemas pero todavía se encuentra en calidad de piloto. Este horno permite el transporte de gases calientes por esa razón hay un adecuado espacio entre ladrillos. Actualmente la eficiencia es de 2.9 MJ/ Kg pero si llega a rotar llegaría a 1.7 a 2 MJ/ Kg. El tiempo aproximado es de 24 a 36 horas la quema. En cada compartimento pueden entrar 10,000 ladrillos, es decir en nueve quemas se tienen 90,000 ladrillos. Este horno aún no ha sido validado al 100%. Ecuador: Se han Identificados dos hornos más eficientes posibles a implementar: horno vertical a leña y horno túnel. Se encuentra en proceso el planteamiento de mejora en hornos tradicionales con aprovechamiento del calor para el secado de ladrillo. En los hornos tradicionales se realizaron pruebas modificando la ubicación del ladrillo en el horno y la leña, logrando una mayor distribución del calor que permita una cocción uniforme, esto permitió una disminución de hasta el 30% de leña y del tiempo de quema.

30 Perú: El horno propuesto para Perú pretende mejorar la eficiencia energética de los actuales hornos tradicionales de tiro natural, en donde se requiere de 8 a 9 m3 de combustible sólido, sea aserrín o ramas de eucalipto para quemar 10,000 ladrillos tipo King Kong con un costo promedio de 430 USD aproximadamente. La etapa de construcción del horno mejorado ha sido concluida habiendo demoras por las irregulares condiciones climáticas (lluvias intensas e intermitentes fuera de estación); la etapa de validación se realizará durante el mes de julio. Las dimensiones externas del horno mejorado son de 6 x 4 x 3.8 e internas de 3 x 5 x 3.4, con una capacidad de carga de 7,000 a 10,000 ladrillos King Kong o 3,000 bloques, el horno es de tiro invertido; los combustibles a ser utilizados pueden ser gaseosos, líquidos o sólidos; en Cusco se utilizará aserrín y carbón mineral por ser combustibles de acceso en el mercado. El costo del horno mejorado es de 5,400 USD, frente a los 1,800 USD que cuestan los tradicionales, por lo tanto como estrategia se les demuestra que al ser más eficiente el horno mejorado, la cantidad de combustible requerido se reducirá en más del 30%, reduciendo así los costos por quema, pudiendo recuperar la inversión del horno entre 6 a 12 meses de acuerdo al número de quemas mensuales. Brasil: La estrategia es estudiar nuevos hornos para la región del Seridó. Se tiene un problema ambiental en la zona dado que son 600 hornos a mejorar en su eficiencia energética. Se está tratando el tema del ordenamiento de los ladrillos este permitió aumentar las piezas de primera calidad que tiene un mejor precio de mercado. Se está promoviendo el mejor uso de los ventiladores. Se están realizando estudios de calor y de secado para poder producir durante la temporada de lluvias en la zona. La gasificación de biomasa es un proceso costoso que probablemente no es factible para pequeñas empresas. México Se siguen analizando alternativas de nuevos hornos como el semicontinuo con biomasa como combustible, un horno intermitente, los hornos MK, hornos tradicionales mejorados y una alternativa de horno de tiro invertido como el de Perú pero de dos cámaras. Se pretende hacer un estudio de disponibilidad de combustibles para empelar de referencia en la decisión del tipo de horno. Se están haciendo presentaciones a grupos de ladrilleros para mostrarles diferentes alternativas y que una tendencia detectada es el interés en que por su cuenta ir mejorando los hornos con paredes permanentes. Sobre la evaluación del horno MK, se encuentra en una etapa de curado. Las autoridades estatales han logrado conseguir recursos y construir por su cuenta unos hornos de este tipo en esta y otras comunidades. Los hornos que van a construir con fondos del gobierno de Guanajuato son de dos cúpulas (MK2) y con capacidad de aprox. 5,000 ladrillos. 2.4 Cooperativismo Evaluar los diferentes casos exitosos de cooperativismo de trabajo conocidos en el contexto local nos permite entender los patrones y factores de éxito. COLANTA, la Federación Nacional de cafeteros y Asocolflores son algunos de estas iniciativas asociativas exitosas en Colombia. Todos los anteriores tuvieron como objetivo incrementar la competitividad e ingresos de los asociados al darle un mayor valor agregado a los productos, incrementando el mercado de los productos, mejorando las condiciones de comercialización, fortaleciendo y blindando a los asociados frente a las fuertes variaciones de precios ($/un) mediante la distribución de utilidades entre sus asociados pero más importante generando trabajo para sus asociados.

31 El primordial objetivo de la asociatividad de los ladrilleros es incrementar la productividad, la competitividad, el acceso al mercado y combatir el papel predominante del transporte del producto, dentro de este contexto, dos de las más grandes representantes de la asociatividad entre ladrilleros son la Asociación Nacional de Fabricantes de Ladrillo y Derivados de la Arcilla ANFALIT, que es una entidad gremial que representa a la industria de la Arcilla colombiana, y a su vez, la Asociación Nacional de Fabricantes de Ladrillo y Material de Construcción ANAFALCO, que es un también un gremio que agrupa las industrias transformadoras de arcilla, estas dos instituciones se han desempeñado como actores importantes en estudios de mejoramiento tecnológico en diferentes instancias del sector ladrillero. Como se mencionó anteriormente, el transporte y distribución de ladrillo tiene un peso importante dentro del precio final al consumidor, teniendo esto en cuenta este tipo de asociaciones, junto con comercializadoras como CADEMAC, han sumado esfuerzos para afrontar este tema. No hay paralelo con el sector industrial que demuestre experiencias asociativas exitosas, excepto por ASOMISUCRE en el sector de cerámicos, esta asociación logró construir un horno tipo túnel con recursos del fondo nacional de regalías (FNR), hecho que refuerza la posibilidad de contar con este fondo para financiar la construcción del presente proyecto. Se sugiere hacer contacto directo con esta asociación para analizar en profundidad todos los detalles relacionados con la exitosa implementación de este tipo de experiencias.

32 3 METODOLOGIA A continuación describimos la metodología empleada para seleccionar el horno apropiado para la población objetivo: Después de entender la problemática y la población se concibe una metodología que permita reducir el gran número de alternativas y evaluarlas a la luz de criterios técnicos pertinentes. La metodología desarrollada sigue los siguientes pasos, y considera un avance progresivo en la definición de la solución tecnológica: Segmentación de los grupos de aplicación por capacidad productiva Enfoque cualitativo y ponderación Evaluación de los criterios de evaluación Definición de modelos de intervención Análisis de información Una vez determinados los segmentos de aplicación, se ponderan los criterios generales de evaluación para así determinar una lista corta de hornos opcionales y los criterios de evaluación finales. Con toda esta información es posible determinar unos modelos de intervención tentativos y modelarlos para obtener una definición final y una recomendación según el caso. La información será analizada en el software RetScreen que nos permite modelar un escenario de consumo energético y establecer un modelo económico, un modelo de reducción de emisiones y sensibilidades. Se reportarán los siguientes datos fruto de la simulación para cada modelo de intervención propuesto: 1. Modelo de energía 2. Análisis de costos 3. Análisis financiero 4. Análisis de emisiones 5. Análisis de riesgo

33 Energia total por año [GJ/año] Indice de consumo [kj/kg] 4 DESARROLLO 4.1 Segmentación por consumo de los empresarios Conociendo en profundidad el levantamiento de datos de los encuestados por el programa EELA, fue necesario segmentar la información como se muestra en la siguiente tabla. Esta segmentación busca agrupar a los empresarios alrededor de similitud tecnológica y de esta manera poder relacionar consumos específicos a modelo de horno con el que operan y al proceso, entendiendo que los empresarios con múltiples hornos operan un proceso semicontinuo. Tabla 10. Segmentación de la población Chircales: Pequeños: Medianos: Aquellos empresarios con hasta dos hornos de fuego dormido Aquellos empresarios con más de dos horno de fuego dormido o hornos Colmena, no catalogados como mecanizados Todos aquellos catalogados como mecanizados y otros con más de 6 hornos fuego dormido Fuego Dormido Colmena Baúl # Empresarios Artesanal <= Artesanal >2 y <=6 Si Si 51 +Artesanal +Mecanizado >6 Si Si 15 De lo anterior obtenemos la siguiente segmentación por dimensión de la producción y segmento al que pertenecen, esta diferenciación se presenta en forma grafica en términos de energía en las Gráfica 13, Gráfica 14 y Gráfica 15. Chircales y = 1,6809x R² = 0, y = 1,841ln(x) + 15,876 R² = 0, Produccion Anual [Ton/año] Produccion Anual [Ton/año] Gráfica 13. Segmentación de Chircales. Capacidad de producción Promedio 584 Toneladas Año Índice de consumo 4,613 MJ/Ton arcilla La tendencia de consumo nos presenta un escenario de incertidumbre sobre la fiabilidad de los datos adquiridos por el programa EELA y reportados por los empresarios en cuanto a que los consumo reportados se salen de la escala

34 Energia total por año [GJ/año] Indice de consumo [kj/kg] encontrada en la bibliografía (Gráfica 8). Habiendo segmentado la población para los hornos de fuego dormido es claro que tan solo 7 de los encuestados reportan un consumo acorde con la bibliografía y el resto figura tener un desempeño energético superior al de los demás hornos intermitentes. El índice de consumo promedio de este segmento es de 4,6 MJ/ton superior a horno colmena, baúl y árabe, lo cual dificultaría una reconversión tecnológica hacia estos. Prácticamente nos sugiere que la solución tecnología debe estar dirigida a hornos semicontinuos y continuos que se ajusten a este rango de producción. Pequeños y = 2,2258x ,8 R² = 0, Produccion Anual [Ton/año] 2 1 y = 1,971ln(x) + 17,845 R² = 0, Produccion Anual [Ton/año] Gráfica 14. Segmentación de productores Pequeños Capacidad de producción Promedio 1239 Toneladas Año Índice de consumo 4,0422 MJ/ton arcilla Similar a lo se puede apreciar en el anterior segmento, los empresarios que superan una producción de 500 toneladas al año reportan índices de consumo inferiores a los teóricos según la tecnología que manejan. Este segmento agrupa a los que funcionan con más de dos hornos asimilando un proceso semicontinuo, lo cual puede ser la razón de menor consumo específico. De cualquier manera estos empresarios no reportan tener superioridad tecnológica ya que la segmentación fue limitada a los artesanales con múltiples fuegos dormido o colmenas. Tan solo 5 empresarios reportan Índices de consumo acordes con la tecnología. Medianos Este segmento reporta índices de consumo del orden de magnitud de un horno semicontinuo, lo que es acorde con la segmentación aplicada. Estos empresarios operan múltiples hornos en serie logrando procesos semicontinuos. La incertidumbre es conocer como han logrado reducir su consumo especifico si de acuerdo a las posibilidades de la tecnología que usan (Fuego dormido y Colmena), las perdidas energéticas asociadas a sus hornos (inercia térmica, calor sensible de gases de escape) prevalecen.

35 Energia total por año [GJ/año] Indice de consumo [kj/kg] y = 2,7236x ,6 R² = 0, y = 0,071ln(x) + 4,2878 R² = 0, Produccion Anual [Ton/año] Produccion Anual [Ton/año] Gráfica 15. Segmentación de productores medianos Capacidad de producción Promedio Toneladas Año Índice de consumo 3,7202 MJ/ton arcilla Estos empresarios son en su gran mayoría mecanizados, logrando probablemente mayores rendimientos por tecnología de moldeo e inclusive el tipo de productos que manejan. De la misma manera que el segmento de empresarios medianos, el índice de consumo promedio conduce a pensar que la solución adecuada para estos empresarios es un horno semicontinuo o superior que se ajuste a sus capacidades de producción. Solución Grupal COLANEM De acuerdo a los datos recibidos respecto a los beneficiarios asociados, la solución grupal debe reemplazar totalmente a la producción de los agremiados, y estos a su vez dedicarse completamente a la explotación y maduración de su arcilla. Estos agremiados son 57, con una capacidad de producción de 3 720,839 ladrillos tolete por mes (9763 ton arcilla cocida mes). Dado que la información de COLANEM disponible no está vinculada a las encuestas de EELA, es necesario estimar el consumo de combustible en función del producto procesado, considerando que en su mayoría la producción se hace en horno de fuego dormido. Por tanto el combustible total consumido por los asociados es de GJ/mes (2364 ton/mes) De acuerdo a la segmentación desarrollada hay dos tipos de soluciones probables y diferentes modelos de intervención; 1) la artesanal que involucra los segmentos previamente establecidos, y 2) la industrial Grupal que abarca a los asociados a COLANEM 4.2 Ponderación La ponderación de criterios cualitativos, consistió en asignar valores a los criterios evaluados en función de su importancia frente a la evaluación que se quiere realizar. Para ello, se tuvieron en cuenta los criterios presentados en la Tabla 9 y se asignaron valores numéricos para cada uno de ellos, para establecer la importancia relativa de unos criterios respecto a otros, se creó una tabla de ponderación (Tabla 11) que se muestra a continuación.

36 Tabla 11. Ponderación de criterios Criterios Artesanal Industrial Capacidad de Horno 0,5 1 Tipo de Horno 0,5 1 Tipo de combustible 0,3 0,3 Permite cambiar a otro combustible 0,3 0,3 Pérdida por producción 0,5 0,5 Habilitado para producir tejas 0,5 0,7 Operativo Habilitado para producir ladrillos con huecos 0,5 0,7 Habilitado para producir ladrillos solidos 0,5 0,7 Habilitado para producir baldosas 0,5 0,7 Requerimiento de la calidad de mezcla 0,6 0,6 Calidad del producto 0,6 0,6 Inversion 1 0,7 Retorno de la inversion 1 0,7 Disponibilidad cap. local para su construcción 1 0,5 Energia por Kg de Ladrillo 1 1 Energetico Permite recuperar calor para el secado 0,5 0,5 Homogeneidad de temperatura 0,6 0,8 Emisiones a la atmosfera 1 0,7 Ambiental Posibilidad de cumplir las normas de emisiones 1 0,7 Requerimiento de organización 0,5 0,5 Social Disponibilidad de réplica 0,5 0,2 Experiencia de implementación a nivel regional 0,2 0,2 Modelos certificado para aplicar al mercado de carbono 0 0,5 Según se observa, las ponderaciones se llevaron de manera análoga para el caso artesanal (individual) y el caso grupal (COLANEM). Las barras presentadas para cada estado muestran de una forma gráfica la importancia relativa que se dio a cada parámetro, siendo 1 la máxima importancia y 0 de importancia nula. En particular, para el caso de artesanal se dio mayor prelación a las siguientes características: Bajas emisiones a la atmósfera y la posibilidad de cumplir con las normas ambientales, características de suma importancia si tenemos en cuenta los cierres a los que se exponen de no cumplir con la reglamentación. El combustible a utilizar y el nivel de consumo, pues este será únicamente carbón dadas las condiciones geográficas y económicas del sector, a manera de ejemplo el horno artesanal el horno MK3 no podría ser considerado dado que este trabaja con gas natural. La accesibilidad para construcción del horno, es importante al considerar una solución individual que el requerimiento de inversión sea bajo, que el retorno de la inversión sea rápido, y que los materiales para su construcción puedan conseguirse a nivel local. Finalmente se buscó que la energía utilizada por kilogramo de ladrillo sea baja. A su vez, para el caso grupal se consideraron las siguientes características: Parámetros operativos como la capacidad de producción y el tipo de horno (dándose prelación a hornos continuos de alta producción), además la capacidad de producir diferentes tipo de productos de alta calidad. Las emisiones a la atmósfera y la posibilidad de cumplir con las normas ambientales disminuyeron su importancia respecto a la artesanal, dado que estas características están implícitas en los tipos de hornos considerados para la solución grupal. También para esta solución se buscó que la energía utilizada por kilogramo de ladrillo sea baja. La Tabla 12 ilustra los resultados de la ponderación para la lista de hornos considerada para cada segmento, nuevamente se muestra tanto en forma gráfica (con barras) como numérica (con valores) los resultados obtenidos; vale

37 la pena recordar que dada la complejidad intrínseca que implica comparar tipos de hornos tan diferentes, el puntaje obtenido es de utilidad al considerar únicamente el máximo valor obtenido. En el anexo 1 se encuentra una tabla más detallada con los resultados de la ponderación. Tabla 12. Resultados de la ponderación De acuerdo a los puntajes obtenidos de la ponderación mostrados en la tabla anterior, los hornos a considerar para la solución artesanal corresponden a los tipos Vertical, Colmena y baúl. Es importante mencionar que se omitió la consideración del horno rápido intermitente, dado que la información disponible respecto a este tipo de horno es bastante escasa y las experiencias de exitosa implementación del mismo son limitadas. Para la solución tipo industrial los hornos a considerar corresponden a los hornos tipo cámaras múltiples, túnel y Hoffman tradicional, para este caso se omitió el horno de rodillos dado que su funcionamiento, consumo energético y capacidad de producción son bastante similares al horno tipo túnel. 4.3 Criterios de evaluación Después de considerar todos los criterios de evaluación en la ponderación reducimos la lista de criterios de evaluación a los siguientes criterios concretos: Energéticos Máximo ahorro energético Como medida de la posibilidad de maximizar ingresos e incrementar la posibilidad de ingresos de la población objetivo y reducir el agotamiento de un recurso no renovable Ambientales Artesanal Industrial Fuego Dormido Hoffman Tradicional Pampa Bull's Trench Kiln Baúl Hoffma de Bock Colmena Hoffman Abierto Vagón Túnel Rápido Intermitente Rápido Intermitente Vertical VSBK Rodillos Cámaras Múltiples 27.7 Reducción de emisiones de CO2 equivalente Cumplimiento de la normativa ambiental Instalación de chimenea acorde con normativa vigente Como medida del posible cumplimiento ambiental de la solución que derive y el compromiso del programa con el cambio climático

38 Económico: Tasa Interna de Retorno TIR Valor presente Neto VPN Periodo de repago de la Inversión PRI Parámetros económicos en función del flujo de caja positivo liberado por ahorros de combustible. Siendo esta una evaluación de eficiencia energética, la alternativa que derive debe concebirse en función de los ahorros y solo es viable en los términos que los ahorros liberados lo permitan. Sociales Puestos de trabajo formales generados Medida del impacto Técnicos/Operativos Disponibilidad técnica y de materiales locales para la construcción Complejidad técnica de la operación Habilidad de producir diferentes productos Flexibilidad de combustible Medida de la sostenibilidad local de la solución y replicabilidad de los resultados 4.4 Modelos de intervención Para los modelos de intervención tentativos se dio un orden de magnitud para cada segmento en relación con el promedio de capacidad de horno establecido previamente. Microempresarios (Chircales) De acuerdo a la segmentación de empresarios se pudo determinar que los empresarios con productividades de menos de 500 toneladas por mes son los que efectivamente tienen mayores consumos específicos y aunque ellos no forman el grueso de la población la solución artesanal tendrá en estos un gran impacto. De esta manera hemos establecido que el modelo de intervención para estos los debería conducir a una solución que se ajuste a sus posibilidades de producción sin pretender llevarlos a una escala de producción continua muy avanzada. Las situación esperada es conducirlos a hornos baúl o colmena que necesariamente deberán estar equipados con un equipo de quema / dosificación de combustible, que les permita cumplir con la normatividad. Estos empresarios los definimos en un rango de producción de 584 toneladas por mes y su índice de consumo es de acuerdo con la bibliografía de 6,97 MJ/kg de arcilla. Adicionalmente el equipo de quema les permitirá reducir considerablemente el periodo de quema permitiéndoles adicionalmente hacer mas quemas al año e incrementar sus ingresos.

39 Tabla 13. Modelos de Intervención Microempresarios Situación actual Situación esperada Modelo de Índice de Índice de Horno Capacidad Horno Capacidad intervención consumo consumo Tipo Ton/año MJ/ton Tipo 6Ton/año MJ/ton 1 FD 584 6,97 Baúl+ Equipo de quema 584 2,81 2 FD 584 6,97 Colmena+ Equipo de quema 584 2,71 Pequeños y medianos Como pudimos cerciorarnos en la segmentación los empresarios pequeños y medianos se encuentran en condiciones de operación semicontinua lo que les brinda mejores condiciones laborales y de operación y unas aparentes condiciones de consumo específico menores a las encontradas en la bibliografía. Para estos proponemos dos modelos de intervención a evaluar: 1) la implementación de un sistema de quema en los hornos actuales y 2) la implementación de un horno VSBK que permitiría una operación conjunta entre múltiples empresarios (según diseños disponibles por EELA). La primera consideraría a los empresarios segmentados de pequeñas y medianas empresas con una producción promedio de 1239 toneladas al año y un consumo específico de 4,0422 MJ por kg arcilla. La segunda una solución en cierta medida grupal, que les permite hacer una reconversión total a una tecnología de proceso continuo con gran capacidad de producción. Los diseños de VSBK disponibles para el programa por parte del aliado brindan una capacidad de producción estimada en y toneladas por año (1 o 2 cámaras verticales) lo que agruparía entre 5 y 10 empresarios entre pequeños y medianos de los que venimos discutiendo. Tabla 14.Modelos de Intervención pequeños y medianos empresarios Situación actual Situación esperada Modelo de Índice de Índice de Horno Capacidad Horno Capacidad intervención consumo consumo Tipo Ton/año MJ/ton Tipo Ton/año MJ/ton 3 FD s/colmena s ,0422 Equipo de quema ,43 4 FD s/colmena s (x10) 4,0422 VSBK ,1 Medianos Y Solución Grupal COLANEM CHIRCAL La modelos de intervención para los asociados COLANEM deben reemplazar completamente la producción de los mismos calculada en 9763 toneladas por mes y reduciendo el consumo de combustible desde GJ/mes (2364 ton/mes).

40 Tabla 15. Modelos de Intervención solución grupal Situación actual Situación esperada Modelo de Índice de Índice de Horno Capacidad Horno Capacidad intervención consumo consumo Tipo Ton/año MJ/ton Tipo Ton/año MJ/ton 5 FD s/colmenas ,613 Múltiples cámaras ,723 6 FD s/colmenas ,613 Hoffman ,082 7 FD s/colmenas ,613 Túnel ,741 5 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA ARTESANAL 5.1 Descripción de la tecnología BAUL Este tipo de horno tiene un diseño similar al Pampa, con diferencias cruciales que lo hacen más eficiente energéticamente y su operación es similar al Colmena. A diferencia del Pampa, este horno dispone de una bóveda y evacua los gases de combustión por tiro natural por una chimenea. El flujo de gases es invertido frente al Fuego Dormido o el Pampa, usando los puertos que originalmente estaban dispuestos para la alimentación de combustible para evacuar los gases (en el Pampa). La alimentación de combustible se hace a través de hogares dispuestos equidistantes en las paredes del horno y una pared deflectora fuerza los gases a levantarse en el horno y evacuarse a través del piso hacia la chimenea. Este horno reduce significativamente las emisiones frente a los hornos de fuego dormido. Una gran ventaja frente al colmena es que la bóveda puede ser móvil y de esta manera reducir considerablemente los tiempo de cargue así como los de enfriamiento del material previo a la cocción. Después de revisar la bibliografía es posible constatar que el rendimiento de combustible por unidad de producto es superior al de un Horno Colmena en promedio histórico de datos, lo que contradice la razón. Como mencionamos, su operación es similar al honro Colmena, con ciclo de quema de alrededor de 72 horas. Con una operación intermitente el número de operarios fluctúa dependiendo del proceso a cabo. El número de operarios se mantiene invariable en cuanto a la explotación y moldeo de la arcilla respecto al caso base fuego dormido. El número de operarios adicionales se presentaría en los fogoneros encargados que serian cargos a tres turnos durante la quema El cumplimiento ambiental de estos hornos no llega a las condiciones mínimas exigidas por la regulación. Su cumplimiento solo se garantizaría con el equipo de quema. Su implementación implica un sustancial cambio de quema en parrilla de carbón grueso o en stoker por la inyección automática de carbón pulverizado. Más adelante detallamos este aspecto. El consumo específico de este horno tradicionalmente es de 4,69 kj/kg, y equipado con equipo de quema se estima en 2,81 kj/kg COLMENA Como se mencionó en la sección el horno colmena es de tipo Llama Invertida, son hornos cerrados, intermitentes en donde a diferencia del fuego dormido se puede regular mejor el tiro, el cual puede ser natural o forzado. La alimentación del material verde/seco se realiza por una puerta lateral.

41 El suministro del combustible puede realizarse manualmente mediante parrillas colocadas en la pared del horno (Ilustración 4) o automáticamente mediante stoker (Ilustración 5). Están construidos en forma de cámaras circulares con paredes y techo en bóveda de ladrillo; poseen hogares laterales distribuidos uniformemente donde se quema el combustible. Los gases de combustión ascienden entre la pared del horno y la pared frontal del hogar, llegando hasta la bóveda (parte superior del horno) y luego son obligados a salir por la parte inferior del horno atravesando la carga de arriba hacia abajo (debido a esto son llamados hornos de Llama Invertida) abandonando el horno por el conducto de abducción de gases que se encuentra en el centro del suelo del horno y conduce los gases hacia la chimenea. La Gráfica 16 muestra la distribución típica de temperatura de este tipo de horno. Ilustración 4. Horno colmena sin Stoker[2] Gráfica 16. Curva Típica de temperatura de un horno colmena[2] Respecto a otros hornos de fuego dormido y de tipo más artesanal, los hornos Colmena presentan como ventaja la facilidad con la cual se pueden utilizar los gases de combustión y el aire de enfriamiento en otros hornos o en los secaderos. Otra ventaja que presentan es una mayor uniformidad en las temperaturas de quema del material durante el transcurso de la misma. Adicionalmente, este tipo de horno presenta moderados costos de construcción y capacidad para altas temperaturas de cocción. El consumo específico de este horno tradicionalmente es de 4,51 kj/kg, y equipado con equipo de quema se estima en 2,71 kj/kg EQUIPO DE QUEMA Y DOSIFICACION DE COMBUSTIBLE El equipo de quema y dosificación de combustible entrega combustible pulverizado a los hogares del horno, conducido por aire a presión. Este dispositivo es similar al comúnmente usado carbojet en los hornos continuos con sutiles diferencias en el control de dosificación. Este dispositivo viene equipado con una tolva, tornillo sinfín de dosificación, impeler de propulsión, dampers y variadores de velocidad para garantizar un uniforme suministro de combustible a cada hogar. Su implementación permite reducción de considerables de consumo de combustible entre un 4060% y una adecuada mezcla de aire combustible. Adicionalmente y debido al mayor grado de control de las condiciones de combustión es posible reducir un 40% el ciclo de quema en horno baúl y colmena de 72 horas a 45 horas aproximadamente. Ilustración 5. Horno Tipo colmena equipado con equipo de quema (disponible en

42 El equipo requiere supervisión de un operario las veinticuatro horas con las mismas cualificaciones a las del fogonero convencional en la operación de horno colmena sin equipo de quema. El cumplimiento ambiental de los hornos se garantizaría con la implementación del equipo de quema VSBK El horno de ladrillos de eje vertical, VSBK (por sus siglas en ingles) es una tecnología eficiente y amigable con el medio ambiente para producir ladrillo solido. Este horno es vertical y cuenta con una zona de quema estacionaria mientras que las dagas se mueven hacia abajo. El cargue y endague es realizado en su superficie superior mientras que la descarga sale plenamente cocida y fría en abajo. Estos hornos funcionan como un intercambiador de calor de contra flujo donde el intercambio de calor se realiza entre el aire (moviéndose hacia arriba), y las dagas de ladrillos (moviéndose hacia abajo). Un típico VSBK consiste de una o más bóvedas verticales ubicadas al centro de una estructura rectangular de ladrillo y aislamiento. Las bóvedas son de 1 a 1,25 metros de ancho por largos nominales de entre 1 y 2 metros. Las bóvedas han variado para acomodar entre 8 y 13 baches de endague. La superficie interior es en ladrillo y la superficie de quema puede ser de refractario. El volumen entre la superficie interior y exterior es normalmente llenada de material aislante. La provisión de espacio para ventanas de inspección y termocuplas a lo largo de la bóveda vertical hace posible monitorear la posición del fuego y el perfil de temperatura del horno. El ciclo de cocción de ladrillos verdes (precalentamiento, vitrificación y enfriamiento) es función específica del material y es de alrededor de 24 horas. Un bache de ladrillos es cargado y descargado cada 1,5 y 2 horas; aunque puede tardar hasta 3 horas dependiendo de la posición del fuego en la bóveda. Estos hornos requieren operación y supervisión continua las 24 horas. Ilustración 6: Corte y elevación VSBK [Suministrada Swisscontact] La operación del horno requiere de al menos 6 operarios del sector a tiempo completo en 3 turnos de 8 horas (Dos personas por turno) para las labores específicas de endague y descarga, que a su vez se encargan del combustible. El combustible es alimentado directamente sobre el material endagado en los intersticios libres. De acuerdo a la documentación técnica recibida, el cumplimiento ambiental del horno VSBK está garantizado, como lo muestra la tabla 16 frente al límite normativo local. Tabla 16: Comparación entre límite normativo y emisiones VSBK Emisión (mg/m3) MP SO2 NOx Condiciones de referencia Limite normativo (18%,O2) VSBK Reportado NR (10%,O2) VSBK Corregido [16] NR (18%,O2) NR=No Reporta

43 De acuerdo a los muestreos isocinético realizados en India en estos hornos [Suministrada Swisscontact], la emisión de material particulado y dióxido de azufre corregido a las condiciones de referencia los muestreos superan los límites normativos colombianos. En cuanto a la temperatura de gases de escape la temperatura esta dentro de los parámetros, 109 C mientras que el límite normativo para hornos continuos es 180 C. Consideramos que dado que no se reportan análisis último del combustible usado y considerando la proximidad de la Nemocón a la zona carbonera de Lenguazaque, sería factible considerar que la implementación de este horno y el uso de un carbón de óptima calidad o lavado permitirían reducir las emisiones y reducir el periodo de cocción. De acuerdo a la documentación técnica y los diseños recibidos se estimó la productividad del horno VSBK, para producir ladrillo tolete. Asumiendo que el horno posee bóvedas gemelas la productividad está dada según la siguiente tabla. Tabla 17: Productividad prevista del horno VSBK Unidades Peso # Kg Ton Bache (cada 2 hrs)* ,40 Día Bóveda mes Año Año Bóveda La documentación técnica disponible tiene algunos vacios que mencionamos a continuación: Especificación del horno y desempeño previsto (no especificado) Equipo de izare hidráulico (no figura) Escalera de acceso nivel superior (no figura) Detalle compuerta y sellos requerido (no figura) Detalle de chimeneas (no figura) Detalle de rieles y vagoneta para evacuar carga cocida (no figura) Layout de planta 5.2 Montos de inversión Los montos de inversión fueron estimados de acuerdo a Índices de construcción y escalados a la capacidad de producción requerida en las aplicaciones artesanales. Este escalamiento se aplicó la relación empírica de seis decimos. Esta función es una relación de costo y tamaño en aplicable para instalaciones industriales donde el costo se incrementa en función del tamaño en una relación de seis decimos. La ecuación que describe el escalamiento económico es la siguiente: Costo 1 /Costo 2 = (Tamaño 1 /Tamaño 2 ) 0.6 Esta relación es aplicable para presupuestos estimados de ingeniería tipo 3 con un grado de incertidumbre de +40%. Los montos de inversión fueron construidos a partir de estos costos directos escalados y complementados con los costos indirectos (Honorarios) establecidos por ACIEM en su Manual de tarifas de ingeniería. Este manual establece por

44 categorías de obra y la dimensión de la misma la tarifa aplicable para cada actividad de ingeniería. En el caso preciso la construcción de hornos ladrilleros hace parte de la Categoría 4 y los honorarios aplicables para los hornos artesanales se determinan de acuerdo los costos directos de la obra (en SMLMV). La siguiente tabla relaciona los modelos de intervención con los honorarios que le aplican de acuerdo a lo anteriormente descrito: Baúl Colmena Equipo Quema VSBK Hasta SMLMV en Costos Directos ANTEPROYECTOING. CONCEPTUAL 1,3% 1,2% 1,7% 1,5% ESTUDFACTIBILIDADING.BASICA 1,9% 1,8% 2,5% 2,2% PROYECTOING.DETALLE 7,0% 6,5% 9,0% 7,5% DIRECCIONTECNICADIRECCADMIN 4,0% 3,5% 5,5% 4,5% INTERVENTORIA 2,6% 2,6% 3,5% 3,2% PRESUPUESTO 1,0% 0,3% 1,4% 1,2% 17,8% 15,9% 23,6% 20,1% El presupuesto estimado inicial para cada horno se construyó con una estructura de 5 capítulos como los describimos a continuación: 1. COSTOS DE CONSTRUCCIÓN COSTO DIRECTO 1.1 Costo de Obra Gris (Demolición, cimentación, estructura, asilamientos, ductos y chimenea ) 1.2 Equipos y herrajes 1.3 COSTOS DISTRIBUIBLES (A) 1.4 Incrementos en la construcción 2. COSTOS INDIRECTOS DE LA CONSTRUCCIÓN 2.1 Licencia de construcción Impuesto de delineación 2.3 Pólizas de seguros 2.4 Estudios Técnicos ANTEPROYECTOIngeniería conceptual ESTUDIO DE FACTIBILIDADIngeniería Básica PROYECTOIngeniería detallada Elaboración Presupuesto y programa 2.5 Honorarios de Interventora + IVA 2.6 Honorarios de Construcción + IVA 3. COSTOS DE GERENCIA 3.1 Dirección técnica y administrativa 3.2 Impuesto predial 4. COSTOS DEL TERRENO 4.1 Lote 5. COSTOS FINANCIEROS 5.1 Costo del crédito constructor

45 Parámetros de escalonamiento Según la regla de seis décimos mencionada anteriormente, se muestran a continuación los costos base para la estimación. Los costos directos de horno baúl fueron estimados de las siguientes características [10][17]: Estructura Bóveda y Chimenea Sistema de dosificación y quema Toneladas/mes COP COP COP 40, Los costos directos de Horno Colmena fueron estimados de las siguientes características [10][17]: Estructura Sistema de dosificación y quema Toneladas/mes COP COP 40, Los costos directos de Horno VSBK fueron estimados de las siguientes características (Documentos de programa EELA): Estructura Equipo Hidráulico de Izaje Toneladas/año COP COP Los equipos de quema están valorados en alrededor de 50 MCOP cada uno para una capacidad de entrega de 500 a 1000 kg de carbón hora. Los costos resumidos por capítulos para los diferentes hornos se muestran en la siguiente tabla. Baúl + EQ Colmena +EQ EQ VSBK 1. COSTOS DE CONSTRUCCIÓN COSTO DIRECTO COSTOS INDIRECTOS DE LA CONSTRUCCIÓN COSTOS DE GERENCIA COSTOS DEL TERRENO 5. COSTOS FINANCIEROS COSTO TOTAL DE CONSTRUCCION El requerimiento de capital de los modelos 3 y 4 son reducidos frente a las posibilidades de producción que implican. Una versión detallada de los presupuestos estimados en anexo Desempeño previsto Después de considerar todas las variables y simular el desempeño económico hacemos un recuento de los hallazgos: Aspectos energéticos: Los modelos de intervención propuestos proveen ahorros considerables de energía en todos los casos, en especial el modelo cuatro (VSBK). Los modelos 1, 2 y 3 propuestos logran de igual manera ahorros considerables que se evaluarán a la luz del monto de inversión más adelante.

46 Modelo de intervención Caso Base FD FD Colmena FD s+ Colmena s Modelo de reconversión Baul+Quema Colmena + Quema Quema VSBK Aspectos Energéticos Máximo Ahorro energético % 60% 61% 40% 73% Aspectos Ambientales Una reducción del consumo energético viene acompañada de reducción de CO2 equivalente por proporción directa. Por si solo la reducción no es un parámetro de evaluación si se ve de esta manera. Lo que demuestra este indicador es la mayor probabilidad de lograr múltiples implementaciones (replicabilidad) para lograr un eventual proyecto MDL sobrilla. De nuevo el modelo VSBK muestra un gran potencial de elegibilidad para una formulación MDL, ya que con un solo proyecto es posible documentar grandes cantidades de reducción de emisiones (donde un proyecto MDL es factible con montos superiores a toneladas CO2 equivalentes). Los demás aspectos ambientales han sido discutidos en la descripción de los modelos de intervención. Todos se cumplen para los modelos. Modelo de intervención Caso Base FD FD Colmena FD s+ Colmena s Modelo de reconversión Baul+Quema Colmena + Quema Quema VSBK Aspectos Ambientales Reducción de emisiones de CO2 equivalente ton CO2 e 266,6 273,5 220, ,3 Cumplimiento normativa ambiental SI SI SI SI Instalación de chimenea acorde con normativa vigente SI SI SI SI Aspectos económicos La búsqueda de eficiencia energética se fundamenta sobre el modelo de capital liberado por el ahorro de energía para financiar la solución tecnológica. Cuando los ahorros no son considerables o cuando las soluciones son excesivamente costosas para tener cierre bajo este modelo, la implementación no debería realizarse. Es el caso de los modelos 1 y 2 donde se pretende hacer una reconversión de horno total, las inversiones resultan ser onerosas para la magnitud de ahorros potenciales. Muestra de eso son los indicadores financieros elaborados mediante la simulación en RetScreen. Sin duda estas soluciones muestran su inviabilidad económica. Por otro lado los modelos de equipo de quema y VSBK muestran un desempeño económico sobresaliente. Modelo de intervención Caso Base FD FD Colmena FD s+ Colmena s Modelo de reconversión Baul+Quema Colmena + Quema Quema VSBK Aspectos Económico: TIR (después de impuestos y capital) % EA 3,7% 3,0% 20,4% 131,0% VPN (25 años) MCOP PBT (Simple) Años 18,7 19,7 7,3 0,8

47 La tasa interna de retorno de los modelos 1 y 2, aunque positiva, no es interesante bajo ningún aspecto ya que inclusive es inferior a la inflación de los últimos años. Con un valor presente neto de la inversión negativo y un tiempo de repago de la inversión de más de 18 años los modelos de intervención 1 y 2 no son inversiones recomendadas. Aspectos sociales La generación de empleo por la implementación de uno u otro modelo se reduce al personal vinculado a la quema, desconociendo la vinculación formal de personal en otras partes del proceso (explotación o moldeo). Exceptuando el modelo 3 todas generan puestos de trabajo frente a la operación tradicional. La que más vinculación formal permanente reporta es el VSBK. Modelo de intervención Caso Base FD FD Colmena FD s+ Colmena s Modelo de reconversión Baul+Quema Colmena + Quema Quema VSBK Aspectos Sociales Puestos de trabajo formales generados Aspectos técnicos La siguiente tabla es auto explicativa. Mientras que los modelos 1, 2 y 3 requieren de equipo especializado para su operación, la construcción de horno se puede dar con material y experticia local. EL VSBK aunque no requiere de equipo especializado la experticia en la construcción es ajena a la zona. En esta misma medida se califica la complejidad de operación. Respecto a la flexibilidad de productos el VSBK es el único que solo puede producir ladrillo tolete debido a la forma de endague. La flexibilidad de combustible depende de diversos factores según su evaluador (calidad y confiabilidad de suministro, precio, manejo de volúmenes y almacenamientos en planta, y curva típica de calentamiento del horno). EL VSBK es el único de los modelos que ha probado ser usado con biomasa. Modelo de intervención Caso Base FD FD Colmena FD s+ Colmena s Modelo de reconversión Baul+Quema Colmena + Quema Quema VSBK Aspectos Técnicos Disponibilidad técnica y de materiales locales 80% 80% 20% 90% para la construcción Complejidad técnica de la operación media media media baja Habilidad de producir diferentes productos si si si no Flexibilidad de combustible no no no Si A continuación calificamos los resultados de cada uno de los aspectos con un chequeo particular a cada ítem con respecto a la superioridad del modelo frente a los demás.

48 Modelo de intervención Caso Base FD FD Colmena FD s+ Colmena s Modelo de reconversión Baul+Quema Colmena + Quema Quema VSBK Aspectos Energéticos Máximo Ahorro energético % 60% 61% 40% 73% Aspectos Ambientales Reducción de emisiones de CO2 equivalente ton CO2 e 266,6 273,5 220, ,3 Cumplimiento normativa ambiental SI SI SI SI Instalación de chimenea acorde con normativa vigente SI SI SI SI Aspectos Económico: TIR (después de impuestos y capital) % EA 3,7% 3,0% 20,4% 131,0% VPN (25 años) MCOP PBT (Simple) Años 18,7 19,7 7,3 0,8 Aspectos Sociales Puestos de trabajo formales generados Aspectos Técnicos Disponibilidad técnica y de materiales locales para la 80% 80% 20% 90% construcción Complejidad técnica de la operación media media media baja Habilidad de producir diferentes productos si si si no Flexibilidad de combustible no no no Si La anterior tabla resume los modelos 3 y 4 con mayor número de ocurrencia en superioridad de los criterios de evaluación seleccionados. 6 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA GRUPAL 6.1 Descripción de la tecnología MultiCámaras El horno multicámaras comparte características de los hornos intermitentes y los continuos al permitir endagues parciales y aprovechar la energía de calentamiento en las cámara consecutivas. Estos pueden ser construidos para recibir la carga en vagonetas o por endague manual similar al Hoffman. Permite recuperación de calor en las cámaras con material cocido para el secado en patios de material verde reduciendo el tiempo de secado considerablemente. Esta recuperación de calor se hace mediante una ducto especialmente diseñado y un tiro forzado que fuerza aire a través de las cámaras con material cocido en enfriamiento. El modelo de intervención deja de lado la idea de las vagonetas pues esto ha probado ser impráctico en los hornos Zigzag desde hace tiempo. Una gran desventaja es que somete a los trabajadores de carga y descargue a ambientes de trabajo de mucha temperatura lo que una condición laboral de mucho riesgo. Ilustración 8. Sección longitudinal de un horno multicámaras[18] Ilustración 7. Horno Multicámaras [18]

49 La tecnología conocida en Colombia de estos hornos proviene de Brasil, y ha sido adaptada al contexto local con buenos resultados. El origen de la tecnología considera flexibilidad de combustible con una clara capacidad para aceptar biomasas en diferentes presentaciones (hasta en troncos). Su operación se asemeja al Hoffman prácticamente en todos los aspectos, aunque el rendimiento de combustible es ligeramente menor por la mayor inercia térmica intrínseca de su construcción. Sus mayores ventajas operativas es la posibilidad de producir diferentes productos (en cada cámara), una calidad superior y uniforme en el materia cocido dado que el producto no entra en contacto directo con llama viva o ceniza, reducidas pérdidas por recocidos Hoffman Como ya se mencionó en la sección de hornos continuos, el horno Hoffman tradicional consiste en dos galerías paralelas, formadas por compartimientos contiguos, en cuyos extremos se unen por un pasafuegos. Aproximadamente una semana es el tiempo que toma realizar un ciclo completo de quema (el fuego llega al punto de donde partió). El suministro del combustible, se hace por orificios dispuestos en la parte superior los cuales atraviesan la capa de ladrillo cocido y la capa de sobrecubierta. El cargue de los productos dentro del horno Hoffmann se realiza dejando libre 1/3 de la sección transversal para permitir la circulación horizontal de los gases a través de las cámaras; cuando se trata de productos perforados como los ladrillos huecos, no es necesario dejar espacio entre los ladrillos, pues los gases circulan a través de las perforaciones. Cada galería está formada por varias cámaras, cada una de ella con su respectiva puerta, para el cargue y descargue del horno y un canal de salida que va al colector principal que conduce a la chimenea, cada cámara comunica con el colector, por un conducto de humos, los cuales se cierran herméticamente con válvulas. La alimentación del combustible se realiza en la parte superior del horno, mediante alimentación manual o con la ayuda de carbojet (alimentación neumática), la cual debe realizarse en forma dispersa, evitando chorros que provoquen combustión incompleta. Ilustración 9. Interior de un Horno Hoffman[2] Ilustración 10. Curva típica de temperatura de un horno Hoffman [2] Túnel [18] Estos hornos se caracterizan por que el producto a cocinarse se desplaza continuamente en vagonetas o rodillos a través de una galería muy larga aproximadamente de 100 metros de longitud y divididos en tres sectores, precalentamiento, cocción y enfriamiento. Los productos se desplazan del sector de precalentamiento hacia la zona de cocción, siguiendo un programa de cocción con parámetros ya definidos para cada tipo de arcilla, obteniéndose productos de alta calidad.

50 El aire circula en sentido contrario al desplazamiento de la carga, generando un ahorro en el consumo de combustible en las etapas de precalentamiento y secado. Estos son hornos de alta productividad pues su capacidad oscila desde 15 a 90 metros cúbicos por día. La economía del horno túnel consiste en que se recupera el calor de los gases de combustión para calentar la carga que entra y utilizando el calor de los ladrillos que se enfrían para precalentar el aire de la combustión o en algunos casos, para secar ladrillos. Ventajas: Desventajas: Hornos para procesos de producción continua y de volúmenes grandes. Carga y descarga sencilla. Ahorro de combustible y alta eficiencia térmica. Alto costo inicial para su construcción, Alto costo de mantenimiento de los accesorios del horno. Ilustración 11. Vista general de Horno tipo túnel[2] Ilustración 12. Curva de temperatura para horno túnel[2] La curva de temperatura del horno (Ilustración 12) indica el tratamiento térmico al que se somete una pieza moldeada y seca al pasar por el horno, ésta curva puede ser modificada teniendo en cuenta que el tiempo depende de la cantidad de masa a tratar. 6.2 Montos de inversión Los montos de inversión fueron estimados de acuerdo a Índices de construcción y escalados a la capacidad de producción requerida por los asociados a COLANEM. El procedimiento de cálculo descrito en el capitulo anterior se replica. Los honorarios aplicables para la construcción de los hornos se Cámara, Hoffman y Túnel son: Cámaras / Hoffman Túnel SMLMV(Hasta) ANTEPROYECTOING. CONCEPTUAL 1,1% 1,0% 4.2 ESTUDFACTIBILIDADING.BASICA 1,6% 1,5% 4.3 PROYECTOING.DETALLE 6,0% 5,5% 4.4 DIRECCIONTECNICADIRECCADMIN 3,5% 3,0% 4.5 INTERVENTORIA 2,2% 2,0% 4.6 PRESUPUESTO 0,7% 0,6% 15,1% 13,6% Parámetros de escalonamiento Los costos directos de Horno Multicámaras fueron estimados de las siguientes características [10] [19]: