PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGETICA EN LADRILLERAS

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1 ve PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGETICA EN LADRILLERAS Informe de validación del horno PTR modificado La producción de ladrillos implica un gran impacto en los recursos naturales, a través de modificaciones tecnológicas en el proceso de producción es posible ayudar a mitigar dicho impacto y ayudar al sector en una mejora de sus ingresos. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 0

2 Contenido 1. Detalles constructivos del horno... 4 Productor: Marco Antonio Hernández de la colonia Parnaso... 4 Productor: don Pedro Medina de la colonia Santa Marta Informe del proceso de caldeo del horno mejorado PTR Primera Quema de Validación Breve descripción del proceso... 8 Preliminares... 8 Etapa de preparación... 8 Proceso de Quema Combustibles y control de la combustión Ventilador Resultado de calidad del ladrillo de la primera quema Correcciones a tomar para la segunda quema Segunda Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación Proceso de Quema Combustibles y control de la combustión Ventilador Resultado de calidad del ladrillo de la segunda quema Correcciones a tomar para la tercera quema Tercera Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación Proceso de Quema Combustibles y control de la combustión Ventilador Resultado de calidad del ladrillo de la tercera quema Cuarta Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación Informe de validación de Horno PTR modificado Página 1

3 Proceso de Quema Combustibles y control de la combustión Ventilador Resultado de calidad del ladrillo de la cuarta quema Quinta Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación Proceso de Quema Combustibles y control de la combustión Ventilador Resultado de calidad del ladrillo de la quinta quema Sexta Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación Proceso de Quema Combustibles y control de la combustión Ventilador Resultado de calidad del ladrillo de la quinta quema Séptima Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación Proceso de Quema Combustibles y control de la combustión Ventilador Resultado de calidad del ladrillo de la quinta quema Consumo energético en las quemas Conclusiones Anexo 1: Planos de construcción del horno mejorado Anexo 2 Resultados de emisiones CO2 y eficiencia energética Anexo 3 Resultados de la resistencia del ladrillo por quema Informe de validación de Horno PTR modificado Página 2

4 Ilustración 1 Secuencia fotográfica del horno PTR tiro directo ubicado en la Colonia El Parnaso... 5 Ilustración 2 Secuencia fotográfica del horno PTR tiro directo ubicado en la Colonia Santa Marta.. 6 Ilustración 3 Antes y Después, modificaciones al horno... 8 Ilustración 4 Fotografías del endague y altura del horno Ilustración 5 Secuencia de endague del horno... 9 Ilustración 6 Instalación de toma Ilustración 7 Sistema neumático para aire de combustión Ilustración 8 Cambio de ventilador Ilustración 9 Secuencia grafica del cargado del horno Ilustración 10 Secuencia de reparación de fisuras de la base de la chimenea Ilustración 11 Modificaciones en el sistema de ventilación Ilustración 12 Secuencia grafica del cargado del horno Ilustración 13 Secuencia grafica del cargado del horno Ilustración 14 Secuencia grafica del cargado del horno Ilustración 15 Secuencia grafica del cargado del horno Ilustración 16 instalación del ventolin en el nuevo esquema Ilustración 17 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 21 de marzo Ilustración 18 Informe de emisiones y eficiencia energética de la segunda quema del horno PTR mejorado con ventilador del 29 de abril Ilustración 19 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno mejorado con ventilador del 17 de mayo Ilustración 20 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 14 de junio Ilustración 21 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 15 de julio Ilustración 22 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 21 de agosto Ilustración 23 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 23 de septiembre Ilustración 24 Pruebas de resistencia de la 2da quema del 29 de abril Ilustración 25 Pruebas de resistencia de la 3ra quema del 16 de mayo Ilustración 26 Pruebas de resistencia de la 4ta quema del 14 de junio Ilustración 27 Pruebas de resistencia de la 5ta quema del 15 de julio Ilustración 28 Pruebas de resistencia de la 6ta quema del 21 de agosto Ilustración 29 Pruebas de resistencia de la 7ma quema del 21 de septiembre.. Error! Marcador no definido. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 3

5 Informe de Quema de Validación Horno PTR Modificado. 1. Detalles constructivos del horno El horno utilizado para la validación por la Secretaria Técnica del proyecto EELA en Honduras es un horno construido en la década de los ochenta por el Programa Técnico Rural, cabe mencionar que ninguno de los hornos fue validado por dicho proyecto y que tras tres décadas de funcionamiento la mayoría de ellos están en condiciones de deterioro. Se visitaron todos los productores que en la zona piloto tuviesen hornos construidos por el Programa Técnico Rural y se escogieron los dos mejores para hacer la evaluación técnicoeconómica que nos permitieran tener un horno de tiro invertido que fuese factible de construir en Honduras. A continuación se detallan los hornos seleccionados e información relevante de los mismos: Productor: Marco Antonio Hernández de la colonia Parnaso Marco Antonio Hernández es un productor de teja, el produce por quema un total de 1000 ladrillos y 4000 tejas, su producto principal es la teja, el ladrillo lo produce únicamente para hacer la cama que soportara las tejas, posee ventolin y como información adicional puedo comentar que produce ladrillos de 10½ 4¾ 2¾ con un peso de 6.5 libras. De su propia voz sabemos que quema con leña y aserrín, el problema que él tiene es que quema mayormente con leña ya que el aserrín es cada vez más escaso en la zona. Su horno es de 1.95m de largo por 2.6m de ancho por 2.3m de alto (medidas internas), con un espesor de 0.43m y la altura de la cúpula es 0.60m, este horno tiene problemas en la cúpula y no soporta el peso de una persona, al igual que la estructura de madera que soporta el techo lo cual hace prácticamente imposible perforar un agujero para instalar la sonda de medición de los gases en la chimenea, en la ultima fotografía se puede apreciar el agujero de la chimenea. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 4

6 Ilustración 1 Secuencia fotográfica del horno PTR tiro directo ubicado en la Colonia El Parnaso Productor: don Pedro Medina de la colonia Santa Marta Este horno es exactamente igual al horno anterior, de hecho fueron construidos en la misma época y posee las mismas dimensiones, tiene de 1.95m de largo por 2.6m de ancho por 2.3m de alto (medidas internas), con el mismo espesor del anterior, los ladrillos que produce son de 9⅞ 5 2½ con un peso de 6.25 libras, el problema de este horno es que no tiene chimenea. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 5

7 Ilustración 2 Secuencia fotográfica del horno PTR tiro directo ubicado en la Colonia Santa Marta Una vez evaluado los hornos se comenzó el plan de modificación de tiro directo a tiro invertido que el cual se modificarán de tal manera que el flujo comenzará su recorrido lateralmente, el aire caliente ascenderá por las paredes y canales que se serán formados por el ordenamiento de las piezas y después bajara hacia el centro donde será succionado por la chimenea. En el anexo se detallan planos de las modificaciones (ver paginas 25-28) Informe de validación de Horno PTR modificado Página 6

8 Entre las mejoras instaladas se encuentran: a) Se fabricó una chimenea de 600 mm de diámetro interior, 9.5 m de alto sobre la base de concreto, no incluida en este presupuesto. b) La chimenea se construyó en secciones empernadas para su instalación en sitio debidamente pintada con pintura de aluminio exterior (dos manos). c) Se fabricaron tensores con resorte compensadores a la dilatación de las paredes y reforzarlas. d) El cuerpo de la chimenea fue trasladado al sitio para realizar el montaje, que requiere de un sistema de erección con poleas y personal calificado. e) En sitio se realizó la conexión de las tuberías y válvulas para el suministro del aire de combustión que va desde el ventolin hasta las cámaras de combustión. f) Se desarrolló una transición rectangular redonda para la salida del ventolin hacia la tubería. g) Se demolió la bóveda anterior y se construyó una bóveda con ladrillos especiales de arcilla con la dimensión necesaria para realizar el aislamiento térmico en el horno. h) Se construyó un ducto central que conectara el horno con la chimenea exterior ubicada a un metro de distancia del horno. i) Se construyeron 2 de las tres paredes principales ya que las existentes estaban debilitadas y podía ocasionar que no resistiesen el peso de la bóveda. j) Adicionalmente conforme ha avanzado el proceso de validación del horno se han hecho modificación en las siguientes secciones del horno: piso, ductos de succión, hornillas y ceniceros, a fin de hacer más eficiente el proceso de combustión. 2. Informe del proceso de caldeo del horno mejorado PTR El objetivo del proceso de caldeo es secar las paredes del horno que por las condiciones del mismo era necesario reforzar para que soportara el proceso de validación y el uso de los próximos años. Como puede verse en la ilustración No 3 esta consistió en la reparación de una pared lateral, la pared trasera y la sustitución completa de la bóveda, mismas que debían ser secadas con temperatura. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 7

9 Ilustración 3 Antes y Después, modificaciones al horno El proceso de caldeo del horno mejorado PTR se realizó el día 7 de Marzo del 2013 en el cual se utilizaron 1.5 toneladas de leña de pino (desperdicio de palillera y corteza de árbol) y se alcanzaron temperaturas de 750 C. El proceso comenzó a las 00:00 am. y concluyó a las 11:00 am (Duración del caldeo 11 horas). Durante el proceso de caldeo no se observó ninguna anormalidad, el horno absorbió la temperatura de la combustión y la chimenea realizo bien su función de extracción de los gases. 3. Primera Quema de Validación. Breve descripción del proceso Preliminares La primera quema de validación se realizó el 21 de Marzo de 2013, durante el proceso se tuvieron algunos inconvenientes en los días que le precedieron, como el hecho de que las condiciones meteorológicas de la zona impedían que los ladrillos tuviesen un proceso de secado adecuado. Etapa de preparación El día 20 de Marzo se procedió a las siguientes actividades: 1. Para la instalación de los ladrillos se estableció un ordenamiento que permitiera el flujo de aire hacia el ducto que conecta a la chimenea, siguiendo el esquema establecido con el ingeniero Juan Gonzales 1, en el esquema se establecía como seria la distribución de las primeras cuatro dagas (diferentes niveles y disposición de los ladrillos en el horno) en el horno. 1 Consultor del diseño del horno PTR. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 8

10 Ilustración 4 Fotografías del endague y altura del horno. 2. El equipo técnico de EELA presencio la carga del horno desde la plataforma hasta el cierre en la novena daga, no se presenció el cierre total del horno debido a que a que simultáneamente teníamos una capacitación en Comayagua con los productores de la zona. El productor termino el proceso de cargado a partir de la daga Acorde a la información proporcionada por el productor en el horno se cargó con ladrillos. Ilustración 5 Secuencia de endague del horno 4. Se instalaron la toma muestras de gases que estaban pendientes para la realización de los análisis de gases. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 9

11 Ilustración 6 Instalación de toma muestra de gases. 5. Se instaló el sistema neumático que proporciona el exceso de aire para la combustión. Este sistema instalado es el mismo que se utilizó para el horno tradicional con excepción de que este cuenta con dos brazos principales y cada brazo cuenta con tres ramales de distribución que proporcionan el aire a cada una de las hornillas. Los ramales de distribución cuenta con una válvula de globo con el objeto de regular el aire y un tubo flexible metálico para que se pueda ajustar su posición con respecto a la hornilla. Proceso de Quema Ilustración 7 Sistema neumático para aire de combustión. Para la fabricación del ladrillo pequeño solido nuestro productor tiene un solo tipo molde, se procedió a pesar los ladrillos secos sin quemar obteniéndose un peso de 3.4 kg, posterior a la quema se procedió a hacer el mismo proceso de pesado y se obtuvo peso quemado de 3.11 kg lo que significa un porcentaje de humedad de 8.52% de humedad. El proceso de quema inició a la 1:00 am, tiempo durante el cual tuvimos problemas de lecturas de temperaturas con la termocupla lo cual al revisarla detectamos que uno de las conexiones estaba en falso. La reparamos y así pudimos tomar lecturas a partir de las 5:00 am. Combustibles y control de la combustión En lo relacionado al combustible presupuestamos 2.5 viajes de leña para la quema que son equivalentes a 2500 kg de leña, y al final de la quema utilizamos kg de leña lo que encareció el proceso en L. 800 en este ítem. El tipo de leña utilizado para estas quemas son residuos de palilleras y Corteza de árbol de Pinus Caribarea que tiene un poder calorífico de MJ/ton madera y una densidad de 370 kg/m 3. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 10

12 La placa de salida de los gases en la chimenea se cerró a un 25% a las 8:18 a.m. Junto con los agujeros de inspección y a las 11:40 a.m. se cerró a un 67% en función al incremento de temperatura del horno. El tiempo estimado para la quema era de 16 horas pero debido a los resultados del proceso y a los problemas presentados se decidió a las 6:00 pm parar el proceso de quema. Presentamos durante el proceso altas temperaturas en la chimenea debido a que toda la energía calorífica producto de la combustión era succionada por el ducto, esto ocurrió porque el horno se cargó demasiado cerrándose el endague entre la novena y la décimo segunda daga 2. Así mismo al final de la quema se detectaron fisuras en la base de la chimenea, debido a la alta temperatura que recibió el ducto de succión producto de los múltiples problemas que se presentaron durante la quema. Ventilador En lo relativo al uso del ventilador que proporciona la alimentación de aire adicional para la combustión se tuvieron problemas de disparos continuos por sobre temperatura, por lo que tuvimos que colocar el ventilador del productor para poder continuar con la quema. Ilustración 8 Cambio de ventilador Estos disparos por alta temperatura eran debido al alto voltaje de la zona, 15% arriba de lo máximo permitido, el alto voltaje calienta las bobinas del estator lo que provoca el disparo. Esto lo solucionamos para la segunda quema realizando dos acciones, la primera colocando un regulador de voltaje y cambiando el motor por una de carcaza abierta lo que ayuda a un máximo enfriamiento del estator. Resultado de calidad del ladrillo de la primera quema Después de 16 horas de quema, y al ver que la temperatura del horno no subía, determinamos dar por concluida la prueba y dado que la temperatura no había subido de los 300 grados centígrados y no habían sinterizado los ladrillos decidimos no sacar muestras para prueba de resistencia, ya que el producto no había alcanzado el proceso normal de cocción. Correcciones a tomar para la segunda quema 2 ver etapa de preparación numeral 2 Informe de validación de Horno PTR modificado Página 11

13 Dados los resultados de la quema decidimos tomar las siguientes acciones para la siguiente quema: 1. Cambiar la estructura del endague: a. Dejar un espacio mayor entre las paredes del horno y los ladrillos. b. Cerrar un poco el endague en la plataforma de manera que restringa el flujo del gas en el ducto. c. Permitir un espacio en la hornilla que permita la introducción de más leña a manera de simular una pared cortafuego. 2. Cambiar el sistema de ventilación cambiando la carcasa del motor 3 y para controlar el voltaje se instaló un estabilizador de voltaje. 3. Hacer la reparación de las fisuras del ducto de succión de la chimenea con materiales resistentes a alta temperatura y de esta manera evitar problemas posteriores durante el funcionamiento del proceso. Para esto se contactó a varios proveedores de sustancias de sellado de estructuras que se someten a alta temperatura. Después de varias consultas se encontró un proveedor que pudo proveer el insumo necesario. 4. Segunda Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación La segunda quema de validación se realizó el 29 de abril de 2013, proceso durante el cual se tuvieron algunos inconvenientes en los días que le precedieron, como el hecho de que las condiciones meteorológicas de la zona impedían que los ladrillos tuviesen un proceso de secado adecuado. 1. La instalación de los ladrillos comenzó a las 9:00 de la mañana del 28 de abril de 2012, cuando nosotros arribamos al plantel este proceso ya había comenzado y el orden de los ladrillos se estableció por el sr. Pedro Medina y fue complementado por el ing. Juan Gonzales y Douglas Sandoval según la secuencia que se observa en la ilustración 7. 3 El Proveedor absorbió esta reparación en respuesta a la garantía que había ofrecido al equipo de ventilación. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 12

14 Ilustración 9 Secuencia grafica del cargado del horno horas previo a la quema se hizo la reparación de las fisuras encontradas en la base de la chimenea como producto de la primera quema, se utilizaron los productos Belzona 4111 (material polimérico diseñado para reparaciones de bases de hormigón y concreto y de consistencia blanda) y Belzona 4151 (material epóxido diseñado para las reparaciones de base de hormigón y concreto y de consistencia fluida), el proceso de reparación puede observarse en la secuencia que se observa en la ilustración 8. Ilustración 10 Secuencia de reparación de fisuras de la base de la chimenea Informe de validación de Horno PTR modificado Página 13

15 3. Se instaló el sistema neumático que proporciona el exceso de aire para la combustión ver ilustración 3 de manera similar a la usada en la primera quema. Proceso de Quema La quema inició a las 12:30 am, tiempo durante el cual no tuvimos ningún tipo de problemas en las lecturas en la termocupla, pero se tuvieron incidentes de lluvia de 2:30 a 3:00 am, y se tuvieron problemas de suministro de aire entre las 5:00 a 6:00 am como se detalla más adelante. La temperatura tuvo el siguiente comportamiento: 600 Temperatura minima del horno Temperatura minima del horno Figura 1 Comportamiento de la temperatura en el horno Como puede observarse en el gráfico de la figura 1 entre las 4:30 y 6:30 de la mañana no fue posible alcanzar una temperatura mayor de 168 C en el área más fría del horno y el área más caliente no sobrepaso los 207 C en ese mismo rango de tiempo. Debido a este tipo de comportamiento en las demás áreas del horno y a los compromisos adquiridos en la venta del producto, el productor decidió restringir completamente la chimenea y abrir los agujeros del techo para que el horno trabajara como un horno de tiro vertical. Combustibles y control de la combustión En lo relacionado al combustible utilizamos 2372 kg de leña, que estaba dentro de lo presupuestado y del consumo normal del horno. El tipo de leña utilizado al igual que la quema pasada fueron residuos de palilleras y Corteza de árbol de Pinus Caribarea que tiene un poder calorífico de MJ/ton madera y una densidad de 370 kg/m 3. La placa de salida de los gases en la chimenea se cerró a un 25% las 6:30 y las 07:40 se cerró completamente la chimenea. El tiempo estimado para la quema era de 16 horas, sin embargo este se extiendo a 20 horas. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 14

16 Ventilador En lo relativo al uso del ventilador que proporciona exceso el flujo de aire necesario para la combustión no se tuvieron problemas de disparos continuos por sobre temperatura, y solamente un disparo de 5:25 a 5:30 pero por lluvia. Lo que demostró que las correcciones realizadas al sistema de ventilador fueron efectivas. Ilustración 11 Modificaciones en el sistema de ventilación Como suceso relevante tuvimos dos momentos en el día en los que la lluvia incomodó el proceso de quema, el primero a las 2:00 am y el siguiente a las 3:30 pm. Resultado de calidad del ladrillo de la segunda quema Dado que la temperatura alcanzada en el lado norte del horno fue de 576 C la cual es menor que la temperatura de sinterización consideramos que posiblemente exista problemas de resistencia en los ladrillos ubicados en esta zona, el color de ladrillo es más pálido en comparación con el producto resultante de otras quemas incluso en el mismo horno antes de ser modificado. Sin embargo se tomaron las muestras de acuerdo al protocolo de muestras para ser llevadas al laboratorio dando los siguientes resultados (ver página 35): resistencia máxima alcanzada 85 kg/cm 2 y resistencia mínima 51 kg/cm 2. Correcciones a tomar para la tercera quema Cambiar la estructura del endague: Dejar un espacio mayor entre las paredes del horno y los ladrillos, distancia superior a los 75 mm por lado. Cerrar un poco el endague en la plataforma justo frente a las hornillas de manera que restringa el flujo del gas al ducto. Adicionalmente se ampliaran los ceniceros para que haya una quema más uniforme de la leña y reducir la posibilidad de producto ahumado. Esta obra civil se empezó a realizar el 11 de mayo, también en esta obra se procederá a reducir el área de succión en la base de la chimenea en un 40 % con el objetivo de disminuir la presión de succión para lograr alcanzar temperaturas más altas en el horno. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 15

17 5. Tercera Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación La tercera quema de validación se realizó el 16 de mayo de 2013, proceso durante el cual se tuvieron algunos inconvenientes en los días que le precedieron, como el hecho de que las condiciones meteorológicas de la zona impedían que los ladrillos tuviesen un proceso de secado adecuado y el efecto en la humedad de la madera que, según el análisis de laboratorio es de 16%. 1. La instalación de los ladrillos comenzó a las 8:00 de la mañana del 15 de mayo de 2013, y el orden de los ladrillos se estableció por el sr. Pedro Medina y el ing. Douglas Sandoval según la secuencia que se observa en la ilustración 10. Ilustración 12 Secuencia grafica del cargado del horno 2. Se instaló el sistema neumático que proporciona el exceso de aire para la combustión ver ilustración 3 de manera similar a la usada en la primera quema. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 16

18 Proceso de Quema La quema inició a las 1:20 am, tiempo durante el cual no tuvimos ningún tipo de problemas en las lecturas en la termocupla, ni en la operación del ventolin. La temperatura tuvo el siguiente comportamiento: 600 Temperatura minima del horno Temperatura minima del horno Figura 2 Comportamiento de la temperatura en el horno Como puede observarse en el gráfico de la figura 2 entre las 2:00 pm y 2:30 de la tarde no fue posible alcanzar una temperatura mayor de 509 C en el horno. Debido a un error en la operación del horno que causo un desabastecimiento de leña en las bocas del horno por lo que el productor decidió dar por terminada la quema a las 2:33pm. Combustibles y control de la combustión En lo relacionado al combustible se utilizaron 2544 kg de leña, que estaba dentro de lo presupuestado y del consumo normal del horno. El tipo de leña utilizado al igual que la quema pasada fueron residuos de palilleras y Corteza de árbol de Pinus Caribarea que tiene un poder calorífico de MJ/ton madera y una densidad de 370 kg/m 3. La placa de salida de los gases en la chimenea inicio con 25% hasta las 5:40 am que se subió a 40% y se cerró a un 24% la 1:47 pm para mantenerse abierta a 40% a las 02:36pm. El tiempo estimado para la quema era de 16 horas, sin embargo este se redujo a horas por la caída de temperatura por la falta de combustible. Ventilador En lo relativo al uso del ventilador que proporciona exceso el flujo de aire necesario para la combustión no se tuvieron problemas de disparos continuos por sobre temperatura o falta de suministro. Resultado de calidad del ladrillo de la tercera quema Informe de validación de Horno PTR modificado Página 17

19 Dado que la temperatura alcanzada en el lado norte del horno fue de 509 C la cual es menor que la temperatura de sinterización consideramos que posiblemente exista problemas de resistencia en los ladrillos ubicados en esta zona, el color de ladrillo es pálido y para cuantificar la calidad de los ladrillos se tomaron las muestras de acuerdo al protocolo de muestras para ser llevadas al laboratorio los resultados de la muestras (ver página 38) donde la máxima resistencia alcanzada fue 95 Kg/cm 2 y una mínima de 83 kg/cm Cuarta Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación La cuarta quema de validación se realizó el 14 de junio de 2013, y según el análisis de laboratorio la humedad del combustible es de 16%. 1. La instalación de los ladrillos comenzó el 11 de junio a las 10:00 de la mañana, y se concluyó el 13 de julio. el orden de los ladrillos se estableció por el sr. Pedro Medina y el ing. Douglas Sandoval según la secuencia similar a las anteriores. 2. Se instaló el sistema neumático que proporciona el exceso de aire para la combustión ver ilustración 3 de manera similar a la usada en la primera quema. Proceso de Quema La quema inició a las 2:40 am y concluyo a las 22:00, tiempo durante el cual tuvimos problemas en las lecturas en la termocuplas, por lo que las mediciones no son confiables, pero no tuvimos problemas en la operación del ventolin. Combustibles y control de la combustión En lo relacionado al combustible se utilizaron 2368 kg de leña, que estaba dentro de lo presupuestado y del consumo normal del horno. El tipo de leña utilizado al igual que la quema pasada fueron residuos de palilleras y Corteza de árbol de Pinus Caribarea que tiene un poder calorífico de MJ/ton madera y una densidad de 370 kg/m 3. El tiempo estimado para la quema era de 16 horas, sin embargo este se incrementó a horas por la caída de temperatura por la falta de combustible. Ventilador En lo relativo al uso del ventilador que proporciona exceso el flujo de aire necesario para la combustión no se tuvieron problemas de disparos continuos por sobre temperatura o falta de suministro. Resultado de calidad del ladrillo de la cuarta quema Se tomaron las muestras de acuerdo al protocolo de muestras y fueron llevadas al laboratorio los resultados alcanzaron una máxima resistencia (ver página 38) de 95 kg/cm 2 y una mínima de 83 kg/cm 2. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 18

20 7. Quinta Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación La quinta quema de validación se realizó el 15 de julio de 2013, proceso durante el cual se tuvieron algunos inconvenientes en los días que le precedieron, como el hecho de que las condiciones meteorológicas de la zona impedían que los ladrillos tuviesen un proceso de secado adecuado y el efecto en la humedad de la madera que, según el análisis de laboratorio es de 16%. 1. La instalación de los ladrillos comenzó a las 8:00 de la mañana del 13de julio de 2013 en una primera parte y el 14 de julio de 2013 se concluyó esto debido a la falta de espacio en el taller para seguir elaborando ladrillos, y el orden de los ladrillos se estableció por el sr. Pedro Medina y el ing. Douglas Sandoval según la secuencia que se observa en la ilustración 11. Ilustración 13 Secuencia grafica del cargado del horno 2. Se instaló el sistema neumático que proporciona el exceso de aire para la combustión ver ilustración 3 de manera similar a la usada en la primera quema. Proceso de Quema La quema inició a las 2:00 am, tiempo durante el cual no tuvimos ningún tipo de problemas en las lecturas en la termocupla, ni en la operación del ventolin. La temperatura tuvo el siguiente comportamiento: Informe de validación de Horno PTR modificado Página 19

21 2:00 3:38 5:10 6:38 8:10 9:04 10:15 11:01 11:43 13:06 1:52 3:38 5:00 PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGETICA EN LADRILLERAS Temperatura minima del horno Temperatura minima del horno Figura 3 Comportamiento de la temperatura en el horno Como puede observarse en el gráfico de la figura 3 entre las 5:00 pm y 5:47 de la tarde no fue posible alcanzar una temperatura mayor de 759 C en el horno, además del paradigma que se encuentra entre los productores de que una vez llega el fuego a las últimos endagues el ladrillos ha sinterizado, debido a esto se procedió a mantener la temperatura durante hora y media para favorecer el paso de adquirir resistencia en el proceso de cocido. Combustibles y control de la combustión En lo relacionado al combustible se utilizaron 1854 kg de leña, que estaba dentro de lo presupuestado y del consumo normal del horno. El tipo de leña utilizado al igual que la quema pasada fueron residuos de palilleras y Corteza de árbol de Pinus Caribarea que tiene un poder calorífico de MJ/ton madera y una densidad de 370 kg/m 3. La placa de salida de los gases en la chimenea inicio completamente cerrada, pero debido a que la boca número 3 del lado norte del horno no encendía tuvimos que abrir la compuerta a un 22% hasta las 5:08 am que se cerró a 15% y posteriormente a las7:10 am se abre nuevamente a 25%. Se abre la compuerta para mantenerse abierta durante todo la quema hasta un 40% a las 10:15 de la mañana. El tiempo estimado para la quema era de 16 horas, sin embargo este se incrementó en 1.2 horas (7.5%) horas. Ventilador En lo relativo al uso del ventilador que proporciona exceso el flujo de aire necesario para la combustión no se tuvieron problemas de disparos continuos por sobre temperatura o falta de suministro. Resultado de calidad del ladrillo de la quinta quema Informe de validación de Horno PTR modificado Página 20

22 Dado que la temperatura alcanzada fue de 756 C la cual es menor que la temperatura de sinterización consideramos que posiblemente exista problemas de resistencia en los ladrillos ubicados en esta zona, aunque el color de ladrillo es un poco más rojizo y más uniforme a lo largo del horno en comparación con el producto resultante de otras quemas incluso en el mismo horno antes de ser modificado, Se tomaron las muestras de acuerdo al protocolo de muestras y fueron llevadas al laboratorio encontrándose que la mayor resistencia alcanzada fue de 153 kg/cm 2 y la mínima de 105 kg/cm Sexta Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación La sexta quema de validación se realizó el 21 de agosto de 2013, proceso durante el cual se tuvieron algunos inconvenientes en los días que le precedieron, como el hecho de que las condiciones meteorológicas de la zona impedían que los ladrillos tuviesen un proceso de secado adecuado y el efecto en la humedad de la madera que era de condiciones similares a las quemas anteriores. 3. La instalación de los ladrillos comenzó a las 2:00 de la tarde del 20 de agosto de 2013 en una primera parte y el 21 de julio de 2013 se concluyó la instalación de los ladrillos esto debido a la falta de espacio en el taller para seguir elaborando ladrillos, y el orden de los ladrillos se estableció por el sr. Pedro Medina y el ing. Douglas Sandoval según la secuencia que se observa en la ilustración 11. Ilustración 14 Secuencia grafica del cargado del horno Informe de validación de Horno PTR modificado Página 21

23 12:45 2:11 3:42 4:41 6:30 7:30 9:23 10:48 11:23 13:25 15:40 16:50 18:00 20:03 22:13 PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGETICA EN LADRILLERAS 4. Se instaló el sistema neumático que proporciona el exceso de aire para la combustión ver ilustración 3 de manera similar a la usada en la primera quema. Proceso de Quema La quema inició a las 12:45 am, tiempo durante el cual no tuvimos ningún tipo de problemas en las lecturas en la termocupla, ni en la operación del ventolin. La temperatura tuvo el siguiente comportamiento: Temperatura minima del horno Temperatura minima del horno Figura 4 Comportamiento de la temperatura en el horno Como puede observarse en el gráfico de la figura 4 entre las 11:23 y la 1:17 pm la temperatura del horno comenzó a bajar debido a un problema en la presión interna del horno que resolvimos manipulando la válvula en la chimenea, y a partir de las 10:15 de la noche no fue posible alcanzar una temperatura mayor de 759 C en el horno, además del paradigma que se encuentra entre los productores de que una vez llega el fuego a las últimos endagues el ladrillos ha sinterizado, debido a esto se procedió a mantener la temperatura durante dos y media horas para favorecer el paso de adquirir resistencia en el proceso de cocido. Combustibles y control de la combustión En lo relacionado al combustible se utilizaron 2050 kg de leña, que estaba dentro de lo presupuestado y del consumo normal del horno. El tipo de leña utilizado al igual que la quema pasada fueron residuos de palilleras y Corteza de árbol de Pinus Caribarea que tiene un poder calorífico de MJ/ton madera y una densidad de 370 kg/m 3. Es importante recalcar que el consumo de leña hasta el punto en el cual empíricamente el quemador sabe que están cocidos los ladrillos fue de 2050 kg, sin embargo tratando de seguir la recomendación del técnico de Colombia se prolongó la quema hasta 3.7 horas más con un consumo adicional de 680 kg, este combustible extra no está contabilizado para cálculos de emisiones ni de eficiencia energética. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 22

24 El tiempo estimado para la quema era de 16 horas, sin embargo este se incrementó en 1 horas (6.25%) horas. Ventilador En lo relativo al uso del ventilador que proporciona exceso el flujo de aire necesario para la combustión no se tuvieron problemas de disparos continuos por sobre temperatura o falta de suministro. Resultado de calidad del ladrillo de la quinta quema Dado que la temperatura alcanzada fue de 751 C la cual es menor que la temperatura de sinterización consideramos que posiblemente exista problemas de resistencia en los ladrillos ubicados en la zona central, tal y como lo muestra el análisis ya que la menor resistencia fue de 86 kg/cm 2, al contrario del resto de los ladrillos que tenían resistencias mayores de 100 y hasta 117 kg/cm Séptima Quema de Validación Breve descripción del proceso Etapa de preparación La séptima quema de validación se realizó el 23 de septiembre de 2013, proceso durante el cual se procedió a realizar la quema hasta que las condiciones meteorológicas fuesen favorables además del hecho de que se mantuvo la leña en proceso de secado para que no pasara de un 8% de humedad. La instalación de los ladrillos comenzó a las 6:30 de la mañana del 22 de septiembre de 2013 por completo, y el orden de los ladrillos se estableció por el sr. Pedro Medina y el ing. Douglas Sandoval según la secuencia que se observa en la ilustración 15. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 23

25 Proceso de Quema Ilustración 15 Secuencia grafica del cargado del horno La quema inició a las 01:30 am, tiempo durante el cual no tuvimos ningún tipo de problemas en las lecturas en la termocupla, ni en la operación del ventolin. La temperatura tuvo el siguiente comportamiento: 700 Temperatura minima del Horno Temperatura minima del Horno Figura 5 Comportamiento de la temperatura en el horno Como puede observarse en el gráfico de la figura 3 entre las 5:00 pm y 5:30 de la tarde no fue posible alcanzar una temperatura mayor de 652 C en el horno, además del paradigma que se encuentra entre los productores de que una vez llega el fuego a las últimos endagues el ladrillos ha sinterizado. A diferencia de las veces anteriores esta vez no se trató de alcanzar mayores temperaturas ni de mantener el fuego más tiempo para que el ladrillo alcance una mayor resistencia. Combustibles y control de la combustión En lo relacionado al combustible se utilizaron 1450 kg de leña, que estaba dentro de lo presupuestado y del consumo normal del horno. El tipo de leña utilizado al igual que la quema pasada fueron residuos de palilleras y Corteza de árbol de Pinus Caribarea que tiene un poder calorífico de MJ/ton madera y una densidad de 370 kg/m 3. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 24

26 El tiempo estimado para la quema era de 16 horas el cual se cumplio en esta quema. Ventilador En lo relativo al uso del ventilador que proporciona exceso el flujo de aire necesario para la combustión no se tuvieron problemas de disparos continuos por sobre temperatura o falta de suministro. Sin embargo una nueva disposicion de instalacion para reducir las perdidas surgio antes de la quema, la cual puede notarse en la ilustracion 16, instalacion que no tuvo ningun tipo de repercuciones negativas durante la quema. Ilustración 16 instalación del ventolin en el nuevo esquema Resultado de calidad del ladrillo de la quinta quema Dado que la temperatura alcanzada fue de 652 C la cual, se supone es menor que la temperatura de sinterización, según la literatura, contraria a la regla empírica aplicada por los quemadores la cual establece que la sinterización ocurre cuando el fuego llega al último endague. Consideramos que posiblemente exista problemas de resistencia en los ladrillos ubicados en esta zona, el color de ladrillos podría resultar más pálido en comparación con el producto resultante de otras quemas incluso en el mismo horno antes de ser modificado. Se tomaron las muestras de acuerdo al protocolo de muestras y fueron llevadas al laboratorio en cuanto a los resultados puede observarse que las resistencias no alcanzaron un nivel satisfactorio debido a la regla empírica de terminar la quema cuando el fuego llega a las últimas dagas del arreglo. La resistencia mínima alcanzada fue de 68 kg/cm 2 en la fila 20 del lado derecho y la máxima registrada fue de 85 kg/cm 2 en la fila 10 del centro. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 25

27 En resumen podemos concluir de las quemas lo siguiente: Tabla 1 Condiciones de las quemas realizadas Tipo de quema Fecha de la quema Hora de inicio Hora de finalización Duración Cantidad de ladrillos Reducción de tiempo en horas Quema de línea base (horno sin ventilador) Primera quema PTR modificado con ventilador Segunda quema PTR modificado con ventilador Tercera quema PTR modificado con ventilador Cuarta quema PTR modificado con ventilador Quinta quema PTR modificado con ventilador Sexta quema PTR modificado con ventilador Séptima quema PTR modificado con ventilador 6 de Marzo 1:00 am 16:35 pm de Marzo 1:00 am 18:00 pm de Abril 12:30 am 20:00 pm de mayo 1:20 am 14:30 pm de junio 2:40 am 22:00 pm de julio 2:00 am 19:12 pm de agosto 23 de septiembre 12:41 am 22:58 pm :30 am 5:30 pm Consumo energético en las quemas El poder calorífico superior es de MJ/ton madera 4, con estos valores se han calculado las emisiones y el rendimiento del horno. En la tabla puede observarse los valores energéticos más representativos entre los resultados de las dos primeras quemas, así mismo se logró mejores resultados en la segunda quema como los siguientes: Disminución de kg de CO 2 que representa una reducción 15.23% en las emisiones. Reducción de kg de leña que representa una reducción de 16%. Incremento en la eficiencia de un 16.56%. 4 Ver informes de las quemas en el apartado anexos Informe de validación de Horno PTR modificado Página 26

28 Tabla 2 Cálculos de consumos energéticos de las quemas 1 ra quema 2 da quema 3 ra quema 4 ta quema 5 ta quema 6 ta quema 7 ma quema Promedio unidades Cantidad de ladrillos unidades Peso de ladrillos kg/unidad Cantidad de combustible kg leña de pino Humedad del ladrillo % Masa de ladrillo crudo kg Masa de agua de ladrillo Masa de agua de humedad del combustible Poder calorífico superior Energía usada en quema kg kg MJ/kg leña MJ Eficiencia energética MJ/kg ladrillo Masa de CO 2 emitido por combustión Masa de CO 2 emitido por ladrillo kg CO 2 totales emitidos por el horno kg totales formados por cocción de arcilla Informe de validación de Horno PTR modificado Página 27

29 11. Conclusiones 1. En términos generales las ultimas quemas dieron los resultados esperados en cuanto al tiempo de cocción de los ladrillos, la distribución de temperaturas dentro del horno y la cantidad de masa de leña utilizada para la quema sin embargo en la últimas quema se lograron temperatura altas y consideramos que prolongar el tiempo de quema al menos dos horas más para alcanzar mayores temperaturas, a la regla típicamente usada de terminar la quema cuando el fuego llega a las ultimas dagas, y lograr mejores resistencias. 2. En cuanto al mejor rendimiento obtenido en el horno se logró alcanzar 1.3 MJ/kg de cerámica en comparación con el tradicional con un consumo energético de 2.73 MJ/kg de cerámica lo que representa un ahorro de 45%. 3. En cuanto al rendimiento ambiental obtenido por el horno se logró alcanzar un 44.8% que representa una disminución de 1.04 kg de CO2/kg de cerámica 4. Se logró alcanzar temperaturas superiores a los 700 C en la parte superior del horno pero durante la primera quema no paso de 300 C y de 562 en la segunda 5, lo cual nos remite a dos variables importantes, el endague y la apertura de la compuerta de la chimenea, variables que dependen más de la experiencia del quemador y de las condiciones climáticas. 5. Las temperaturas en la chimenea confirman que la mayor cantidad de energía se perdió en la salida de los gases en la chimenea durante las primeras quemas y en las posteriores en los visores del techo del horno. 5 ver párrafo correcciones para la tercera quema Informe de validación de Horno PTR modificado Página 28

30 Anexos Informe de validación de Horno PTR modificado Página 29

31 Anexo 1: Planos de construcción del horno mejorado Informe de validación de Horno PTR modificado Página 30

32 Informe de validación de Horno PTR modificado Página 31

33 Informe de validación de Horno PTR modificado Página 32

34 Informe de validación de Horno PTR modificado Página 33

35 Informe de validación de Horno PTR modificado Página 34

36 Anexo 2 Resultados de emisiones CO2 y eficiencia energética Ilustración 17 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 21 de marzo Informe de validación de Horno PTR modificado Página 35

37 Ilustración 18 Informe de emisiones y eficiencia energética de la segunda quema del horno PTR mejorado con ventilador del 29 de abril Informe de validación de Horno PTR modificado Página 36

38 Ilustración 19 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno mejorado con ventilador del 17 de mayo Informe de validación de Horno PTR modificado Página 37

39 Ilustración 20 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 14 de junio Informe de validación de Horno PTR modificado Página 38

40 Ilustración 21 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 15 de julio Informe de validación de Horno PTR modificado Página 39

41 Ilustración 22 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 21 de agosto Informe de validación de Horno PTR modificado Página 40

42 Ilustración 23 Informe de emisiones y eficiencia energética quema horno PTR mejorado con ventilador del 23 de septiembre Informe de validación de Horno PTR modificado Página 41

43 Anexo 3 Resultados de la resistencia del ladrillo por quema Nota: De la quema del 21 de marzo no se adjunta resultados de resistencia debido a que la mayoría del producto resulto crudo. Ilustración 24 Pruebas de resistencia de la 2da quema del 29 de abril. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 42

44 Ilustración 25 Pruebas de resistencia de la 3ra quema del 16 de mayo. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 43

45 Ilustración 26 Pruebas de resistencia de la 4ta quema del 14 de junio. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 44

46 Ilustración 27 Pruebas de resistencia de la 5ta quema del 15 de julio. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 45

47 Ilustración 28 Pruebas de resistencia de la 6ta quema del 21 de agosto. Informe de validación de Horno PTR modificado Página 46

48 Tabla 3 Ficha de registro del horno MODELOS DE HORNOS PARA PRODUCCIÓN DE LADRILLOS Especificaciones Generales FICHA DE REGISTRO Modelo de horno Tipo Bóveda Dimensiones del horno (en m 3 ) 20.6 m 3 (interno) Tamaño de terreno requerido (requerido o empleado en la práctica, en m 2 ) 120 m 2 (incluye área de chimenea y galera) Combustible utilizado Leña De ser madera, especificar el tipo Pinus Caribarea Poder calorífico del combustible utilizado (KJ/Kg) Frecuencia de uso de horno 24 Capacidad de producción del horno (en miles) 5.2 Número de ladrillos por quema (en miles) 5.2 Producción mensual (toneladas) Ladrillos producidos mensualmente (millares) Tipo de ladrillos producidos Solido Informe de validación de Horno PTR modificado Página 47

49 Dimensiones de los ladrillos (en cm) 25,4 x 12,7 x 5,08 Peso de los ladrillos (en gr) Tipo de tejas producidas n/a Dimensiones de las tejas (en cm) n/a Peso de las tejas (en gr) n/a Porcentaje de mermas por quema (pérdidas) 7.6 Datos técnicos Material requerido para la construcción Ladrillo y otros. Mano de obra para la construcción (en días) 75 días Implementos para operar el horno Guantes, anteojos de seguridad, cinturón, foco de mano, mascarilla contra polvo. Equipo de carga Carga Manual Ventiladores Centrifugo, baja presión y alto volumen Alimentadores de combustible Alimentación Manual Medidores de temperatura Termocupla tipo K Informe de validación de Horno PTR modificado Página 48

50 Equipo para la descarga n/a Vida estimada del horno (en años) 30 Programa de mantenimiento (periodicidad para reparaciones parciales y generales) Resanar después de cada quema con barro. Almacenamiento para producto Galeras Almacenamiento de materia prima Tendales o Galeras Almacenamiento de combustibles Galeras Datos personal e insumos Cantidad requerida de operarios 2 personas Cantidad de combustible utilizado para producir 1000 Kg de ladrillos (en Kg) 106,74 Cantidad de material reciclado (ceniza, ladrillo molido, etc.) por 1000 Kg de ladrillos (en Kg) 0 Datos económicos (en dólares) Costo de terreno $ Costo del horno $ Costo de operación del horno por tonelada de ladrillos $ Informe de validación de Horno PTR modificado Página 49

51 Costo de labores de mantenimiento del horno por periodo $ Costo de la materia prima $ Costo de materiales agregados en la materia prima (estiércol, aserrín, paja, etc.) que aportan poder calorífico) $ 9,82 Precio de venta de millar de ladrillos cocidos $ 0.14 Costo total por millar de ladrillos verdes $ Datos ambientales MJ de energía por Kg de ladrillo verde 1.67 Cantidades generadas de cenizas por quema (en Kg) 15.5 Emisiones de CO 2 en mg/ton de ladrillos producidos Emisiones de CO en mg/ton de ladrillos producidos Emisiones de NO 2 en mg/ton de ladrillos producidos Emisiones de SO 2 en mg/ton de ladrillos producidos Emisiones de PM 10 en mg/ton de ladrillos producidos No evaluado Informe de validación de Horno PTR modificado Página 50

52 Eficiencia energética calculada (MJ/Kg) 1.67 Direcciones de contacto Entidad promotora Centro Nacional de Producción mas limpia Entidad constructora Ecotec de Honduras Dirección exacta donde se ubica el horno Colonia Santa Marta, Siguatepeque Comayagua. Coordenadas (GPS) Latitud Longitud Altitud 760 msn Comentarios Imagen del horno Plano o croquis de la ubicación Informe de validación de Horno PTR modificado Página 51