Este documento describe el horno cerámico Kerabedarf, incluyendo una descripción general, el sistema de combustión, el abastecimiento de aire, el tiro del horno y las zonas del horno. También presenta mediciones de temperatura, presión de aire y presión de combustible en diferentes zonas y grupos del horno.

1. Estudio del Horno Cerámico
CAPÍTULO II
ESTUDIO DEL HORNO CERÁMICO
2.1 DESCRIPCIÓN DEL HORNO KERABERDARF
2.1.1 Descripción general
El horno túnel Kerabedarf es de procedencia alemana, continuo y semimuflado, en el
cual el calor pasa a través de una pared o mufla evitándose el contacto directo entre la
carga y los gases de combustión. La longitud del horno es de 62.5 mts, dispone de un
túnel de revisión el cual atraviesa totalmente por debajo del horno y sirve para retirar
obstáculos cuando se haya producido algún derrumbe de la carga.
Este horno dispone además de orificios tanto al costado izquierdo como derecho, los
cuales sirven para revisar la carga o para medir la temperatura dentro del mismo
mediante pirómetros.
La carga es transportada mediante vagonetas, cabe indicar que en el horno caven 31
vagonetas, que son empujadas mediante un sistema de tracción hidráulico.
El combustible que usa es diesel, el horno consta de 30 cámaras de combustión con su
respectivo quemador. La alimentación tanto del combustible como del aire se lo realiza
a grupo de quemadores. Este horno tiene 4 grupos de quemadores.
Un aspecto muy importante en el funcionamiento del horno, es el aire que se introduce,
y son: el aire de precalentamiento del combustible, el aire de combustión, el aire de
inyección, el aire de enfriamiento brusco, el aire de empuje y la esclusa de aire. Cada
uno de estos aires tiene su respectivo objetivo dentro del funcionamiento del horno es
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2. Estudio del Horno Cerámico
así que el aire de precalentamiento de combustible sirve para mejorar las características
del diesel para que este sea más apto al momento de la combustión.
El aire de combustión es el que permite la correcta combustión y se divide en primario y
secundario. Este debe tener una temperatura de unos 250 °C. El aire de inyección tiene
como propósito dar una temperatura uniforme en todas las vagonetas en la zona de
precalentamiento es llamado también aire de recirculación.
El aire de enfriamiento brusco, sirve para enfriar con mayor rapidez la cerámica recién
cocida, con este aire se evita el rango entre los 500 y 700 °C (en una zona de seguridad
en que no se tiene el shock térmico), luego de la cocción.
El aire de empuje tiene como finalidad evitar la salida de gases calientes en la zona de
enfriamiento del horno usando una cortina de aire, para así evitar pérdidas de energía, y
además con la inyección de este aire se mantiene una presión en la zona de cocción para
tener una buena quema de la cerámica.
La esclusa de aire, usa un ventilador que sirve para evacuar la humedad y demás
vapores de los productos en la entrada del horno, por la chimenea, o se puede usar
también la fuerza de aspiración producida por los ventiladores de tiro por aspiración.
Un diagrama del horno con sus principales partes se puede observar a en la figura 2.1.
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3. Figura 2.1 2DIAGRAMA DEL HORNO KERABEDARF
INYECCION DE AIRE.
CHIMENEA
AIRE DE COMBUSTION
DIESEL
CALOR DE ESCAPE
ESCLUSA DE AIRE
AIRE DE EMPUJE
SALIDA HORNO
TUNEL DE REVISION
AIRE DE ENFRIAMIENTO
BRUSCO
ZONA DE ZONA DE
ZONA DE COCCION
PRECALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO
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Estudio del Horno Cerámico

4. Estudio del Horno Cerámico
2.1.2 Sistema de combustión
El sistema de combustión se encuentra formado por:
a) Quemadores
b) Tuberías de Aire
c) Tuberías de combustible
d) Calibradores de la relación Aire-Combustible
e) Medidores de Combustible
f) Válvulas de calibración del aire y del combustible
La combustión del diesel se lo realiza en una cámara de combustión, la misma que se
encuentra compuesta por un material refractario de alta alúmina.
En las cámaras de combustión, es importante tener en cuenta que se realice una
combustión total, la correcta mezcla de la relación aire combustible y la salida de la
mayor parte de los gases. Por esta razón es que el tamaño de la cámara sea lo mas
adecuado posible para poder realizar una perfecta combustión.
Cabe señalar que el horno esta compuesto por 30 cámaras, una para cada quemador.
2.1.3 Sistema para el abastecimiento del aire de combustión
A cada quemador se alimenta con aire y combustible. Al aire se lo llama aire de
inyección o aire de recirculación. El cual tiene la función de mantener la temperatura a
lo largo de la vagoneta en la zona de precalentamiento, también este aire ayuda a crear
una presión en la zona de cocción mayor a la presión atmosférica y así poder tener una
temperatura uniforme en la zona de fuego. En la figura 2.2 se muestra un diagrama de
distribución del aire de combustión.
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5. Estudio del Horno Cerámico
QUEMADORES LADO IZQUIERDO
INGRESO VAGONETAS
QUEMADORES LADO DERECHO QUEMADORES
Figura 2.2 Distribución del Aire de Inyección
Cada uno de los quemadores se encuentra alimentado por canales de aire de
combustión. A los 15 quemadores del lado izquierdo y derecho del horno se le alimenta
por dos canales de aire: El canal superior abastece a 6 quemadores y el canal inferior a
los 9 quemadores.
Los gases resultantes de la combustión que se salen de las cámaras de combustión,
circulan por los canales de la mufla superior e inferior, para luego reunirlos en un solo
canal. Estos gases son aprovechados en la zona de precalentamiento para calentar las
piezas y después salen por la chimenea. Ver figura 2.3.
CHIMEMEA
QUEMADORES SUPERIORES
ENTRADA VAGONETAS
CANAL SUPERIOR DE LA MUFLA
CANAL INFERIOR DE LA MUFLA
QUEMADORES INFERIORES
Figura 2.3 Canales de las Muflas
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6. Estudio del Horno Cerámico
2.1.4 Sistema para el tiro del horno
Tiro es la diferencia entre la presión atmosférica y la presión interior del horno, la cual
viene dada en mm de agua.
Cabe indicar que el empleo del tiro del horno es una de las ramas importantes en
ingeniería de combustión, ya que el calentamiento de los hornos que queman
combustible depende del establecimiento de un cierto tiro.
En el proceso de combustión, el aire situado alrededor del horno se calienta, por lo tanto
su densidad disminuye y tiende a elevarse por encima del aire frío más denso que lo
rodea. El movimiento ascendente en un recinto cerrado da lugar a una reducción de la
presión en el fondo, de tal forma que hay que aspirar el aire. Mientras tanto que la
presión en la parte superior el aire intenta salir al exterior por las aberturas existentes.
Entre ambas zonas existe una región neutra (la presión atmosférica es igual la presión
interna). La diferencia de presión aumenta con la altura del aire confinado, por lo tanto
para conseguir una diferencia de presión se requiere una chimenea alta.
A continuación se explica mediante la figura 2.4, como se produce el tiro del horno
túnel. La chimenea a, el horno b y el aire exterior c, forman un tubo gigantesco en
forma de U, una de las ramas es la chimenea y la otra es la columna hipotética del aire
frío, y el tramo horizontal esta formado por el horno. Como una de las ramas es más
pesada que la otra, se produce un movimiento continuo de descenso del aire atmosférico
más pesado y el ascenso de los gases de combustión ligeros en las ramas de la
chimenea, pudiendo resumirse la utilización efectiva del tiro en:
a) El tiro lleva los gases de combustión al sitio adecuado, en el tiempo correcto y
en la cantidad necesaria.
b) El tiro permite la combustión del combustible y la distribución de los productos
de combustión calientes.
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7. Estudio del Horno Cerámico
c
b
a
Figura 2.4 Tiro un Horno Túnel
Cabe indicar que el horno consta de unos reguladores de tiro, los mismos que
conjuntamente con la válvula reguladora de presión para los gases que salen hacia la
chimenea permite mantener la presión de los gases que salen.
2.1.5 Zonas del horno
a) Zona de Precalentamiento.- En la zona de precalentamiento el horno viene
provisto con hogares laterales, los cuales están concebidos de tal forma que
permiten la inyección de aire entre las piezas, los gases provenientes de la zona
de cocción, con temperaturas mayores a la de los productos, con el fin de evitar
el exceso de choques térmicos.
b) Zona de Cocción.- La zona de cocción esta comprendida de 30 quemadores, los
cuales se encuentran distribuidos a lo largo de esta zona en las paredes del horno
(15 quemadores a cada lado), también se ha provisto la instalación de tuberías
para insuflar aire a cada quemador, para llegar a homogeneizar las temperaturas.
El aire que circula por las tuberías se lo conoce como aire de combustión.
c) Zona de Enfriamiento.- La instalación de recuperación está provista para actuar
sobre una zona un poco larga con el fin de poder intervenir sobre el enfriamiento
de los productos y poder adaptar a esta necesidad la temperatura adecuada. En
esta zona las piezas son enfriadas mediante la adición de aire frío, lo cual se lo
conoce con el nombre de enfriamiento rápido.
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8. Estudio del Horno Cerámico
En dos primeras zonas es donde se define el producto, debido a que en la zona de
precalentamiento el producto puede trizarse sí la temperatura de la misma es muy
elevada. En la zona de cocción las piezas obtienen su calidad dependiendo de cómo se
quemen las mismas.
En la zona de enfriamiento es donde menos se producen fallas, por esta razón se
considera como a zonas críticas del horno a la zona de precalentamiento y de cocción.
A continuación en la figura 2.5 se muestra la distribución de las zonas en el horno
túnel.
ENTRADA
SALIDA
ZONA DE ZONA DE ZONA DE
PRECALENTAMIENTO COCCIÓN ENFRIAMIENTO
Figura 2.5 Zonas del Horno
2.2 MEDICIÓN DE LAS VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL
PROCESO DE COCCIÓN.
2.2.1 Temperatura.
Mediciones.- La medición de las temperaturas se realizó atraves de termocuplas propias
del horno, las cuales entregan una señal analógica en mili voltios que son transformados
a grados centígrados mediante un convertidor analógico. Los valores obtenidos durante
los procesos de medición en cada una de las zonas se muestran en la tabla 2.1:
Zona.- En este caso se utiliza la palabra zona, para definir una longitud del horno en
donde se encuentra un sensor de temperatura (termocupla), cabe indicar que el horno
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9. Estudio del Horno Cerámico
esta compuesto por 12 zonas, las cuales se encuentran a lo largo de todo el horno. La
zona 1 se encuentra a la entrada de las vagonetas y la zona 12 a la salida de las mismas.
Temperatura en ºC
Zona 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mínimo 590 750 800 820 1060 1140 1160 1180 1000 580 450 320
Máximo 660 860 880 935 1190 1240 1240 1240 1140 760 560 440
Tabla 2.1. Valores de Temperatura.
En la figura 2.6 se presenta la gráfica de temperatura de los valores mínimos.
Valores Mínimos
1400
1200
1000
800 Curva de Temperatura
ºC
600
400
200
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Zona
Figura 2.6 Valores mínimos de temperatura.
2.2.2 Presión de aire
Mediciones.- Los valores de presión de aire se obtuvieron a través de manómetros
mecánicos, en mili Bares, cabe indicar que los manómetros no entregan ninguna señal
eléctrica y el principio de funcionamiento de este equipo es netamente mecánico. Hay
que tomar en cuenta que las mediciones en el grupo uno no se puede realizar, debido a
que el instrumento destinado a obtener dicha medición se encuentra deteriorado. En la
tabla 2.2 se presenta sus respectivos valores.
Grupo.- El horno esta compuesto por 30 quemadores, (15 a cada lado). El grupo uno
esta compuesto por seis quemadores (3 a cada lado) los mismos que se encuentra
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10. Estudio del Horno Cerámico
separados entre ellos con una longitud de 2 metros. En cambio el grupo 2, 3 y 4 esta
compuesto por 8 quemadores (4 a cada lado), los mismos que están separados entre
ellos con una longitud de 1 metro.
Presión de Aire de Combustión en mBar
Grupo 2 3 4
Mínimo 68 60 64
Máximo 72 67 73
Tabla 2.2 Mediciones de la presión de Aire
2.2.3 Presión de combustible
Mediciones.- Al igual que sucede con la presión del aire, los valores de presión de
combustible son obtenidos a través de manómetros mecánicos, con la diferencia que la
presión de combustible esta en Bares. El manómetro que realiza las mediciones en el
grupo uno también se encuentra deteriorado. En la tabla 2.3 se muestra las mediciones
correspondientes.
Presión de Combustible en Bar
Grupo 2 3 4
Mínimo 1 1 1.2
Máximo 1.1 3.1 2.3
Tabla 2.3 Valores de la Presión de Combustible
2.3 PRODUCCIÓN ACTUAL DEL HORNO
2.3.1 Determinación de la producción
Dentro de la industria cerámica la producción se define como la acción de crear
artículos a partir de las materias primas.
Este estudio esta basado en la producción de la empresa cerámica IPORSAN, y
específicamente del horno tipo túnel.
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11. Estudio del Horno Cerámico
La producción del horno comprende de piezas pequeñas como son los accesorios para
baño y piezas grandes como es la taza, el lavamanos, etc. En la tabla 2.4 se muestra la
producción de accesorios para baño correspondiente a los meses de abril y mayo.
De la misma manera la producción de las piezas grandes se detallan en la tabla 2.5:
MODELO ARTICULOS PRODUCCION ACCESORIOS
ABRIL_2000 MAYO_2000
CEPILLERA 612 2170
GANCHO 0 0
T JAB PEQ 1763 2422
E JAB REPISA 893 2792
X JAB TINA 1446 5565
A PAPELERA 1466 2318
S TOALLERO. C 1547 2163
TOALLERO. S 1986 3680
CEP. GRANDE 0 0
GANCHO DOS 1814 251
A CEPILLERA 0 0
L GANCHO 0 0
A JAB. GRANDE 0 0
B JAB. PEQ 0 0
A TOALLERA 0 0
M PAPELERA 0 0
A
TOTAL PIEZAS
PEQUEÑAS 11527 21361
Tabla 2.4 Producción del Horno (Piezas Pequeñas)
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12. Estudio del Horno Cerámico
MODELO ARTICULOS PRODUCCION
ABRIL_2000 MAYO_2000
TAZAS 1323 581
T1 TANQUES 1891 956
TAPAS 1880 956
0 0
TAZAS 0 0
T2 TANQUES 0 0
TAPAS 0 0
0 0
L JADE 4" 0 0
A JADE 8" 0 0
V ZAFIRO ILL 0 0
A ZAFIRO 4" 1822 676
M RUBI 4" 0 0
A RUBI 8" 0 0
N ESMERAL 4" 0 0
O AGATA 4" 0 0
S AGATA IL 0 0
MARRIOT 0 0
PEDESTAL 636 519
TOTAL PIEZAS
GRANDES 7552 3688
T1 = corresponde al modelo ONIX
T2 = corresponde al modelo AMATISTA.
Tabla 2.5 Producción del Horno (Piezas Grandes)
Se nota que la producción de abril es muy diferente a la de mayo, esto es causado por
diversos motivos; uno es el tamaño de las piezas, ya que una pieza grande como un
lavamanos o taza, ocupa un espacio mucho mayor que cualquier accesorio de baño,
entonces es lógico pensar que si en un mes la producción de accesorios aumenta, por
ejemplo de 11527 piezas en abril a 21361 en mayo, la cantidad fabricada de piezas
grandes disminuirá como se ve en las tablas, que desciende de 7552 piezas en abril a
3688 en mayo. Cabe señalar que las condiciones de funcionamiento del horno sean las
mismas, ya que esto es otro motivo para que haya diferencias en la producción de un
mes con respecto a otro.
2.3.2 Influencia del proceso de cocción en la producción.
A principios de siglo, la cocción se la realizaba en dos etapas, la primera en la que se
cocía el soporte y en la segunda etapa se cocía el esmalte. Ambas etapas eran cocidas en
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13. Estudio del Horno Cerámico
hornos árabes usando como combustible la leña. El secado se realizaba al aire libre o en
salas lo suficientemente ventiladas preparadas para tal efecto.
Durante el período 1930-1970, debido a la evolución tecnológica se generalizó el uso de
combustibles líquidos (fuelóleo), este combustible se empezó a emplear primero en la
segunda cocción, posteriormente en la cocción del soporte y luego en el secado.
En la segunda cocción se empezaron a usar hornos de pasajes, pero manteniendo los
hornos árabes para la cocción del soporte. La aparición de los hornos tipo túnel para la
primera cocción (finales de los años 60) y de los hornos de canales para la segunda
(principios de los 70), eliminaron definitivamente el uso de hornos árabes y por ende el
empleo de combustibles sólidos.
La posibilidad de poder cocer el soporte y el esmalte al mismo tiempo (mono cocción)
dio lugar, a finales de los años 70, a uno de los más importantes cambios tecnológicos
de los últimos años: el empleo de hornos mono estrato de rodillos en la etapa de
cocción. La aparición de esta nueva tecnología de cocción provocó cambios
importantes en los procesos de producción. Poco a poco, el proceso de doble cocción
tradicional fue sustituido por el de mono cocción en hornos mono estrato.
Mediante este proceso de mono cocción se obtiene una mayor producción, un
rendimiento energético mejor, y una calidad superior con respecto a los productos
cocidos mediante una doble cocción.
Ahora con respecto a la empresa IPORSAN, para la cocción usa un horno tipo túnel,
empleando el diesel como combustible.
La etapa de cocción es una de las últimas etapas dentro del proceso de fabricación
cerámica y afecta directamente en la producción de la empresa, ya que en este caso se
tiene solo un horno y una avería podría ser causa para que se detenga la producción de
la fábrica.
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14. Estudio del Horno Cerámico
En esta empresa se ha llegado a determinar que el ciclo de cocción puede adaptarse a la
demanda del mercado, por ejemplo si se necesita acelerar la producción dado la gran
demanda se puede acortar el ciclo de cocción para obtener a la salida del horno una
vagoneta hasta cada 36 minutos con una buena cocción del producto. De manera
análoga si la demanda disminuye se puede alargar el ciclo de cocción para obtener una
vagoneta a la salida del horno cada 50 minutos.
En las tablas 2.6 y 2.7 se observa y se puede comparar que la producción de marzo
realizada con ciclo de cocción corto es superior a la de mayo y abril realizadas con ciclo
de cocción largo. Se comprueba lo dicho porque la cantidad de piezas grandes como son
las tazas, pedestales, etc. cocidas en marzo es 3 veces mayor que las cocidas en mayo y
en accesorios solo hay una pequeña diferencia. Ahora con respecto al mes de abril la
diferencia en piezas grandes no es tan evidente, mas bien la diferencia se da en la
producción de accesorios.
Cabe señalar que las diferencias entre abril y mayo no es debido al tiempo de cocción ya
que en estos meses se trabajo en condiciones similares, sino más bien se debe al tamaño
de las piezas, puesto que un pedestal o un tanque ocupa mucho mayor espacio en la
vagoneta que un porta cepillos u otro accesorio requiriéndose para la cocción de un
mayor número de vagonetas. Entonces se puede concluir que la etapa de cocción no
representa para la empresa IPORSAN un cuello de botella dentro de la producción ya
que ésta tiene la capacidad de adaptarse a la demanda del mercado. Se puede señalar
también que el horno funciona las 24 horas del día los 7 días de la semana, ya que así la
demanda sea baja este tiene que seguir funcionando para evitar que los componentes del
horno puedan llegar a dañarse (torcerse los rodillos por el cambio de temperatura) o
perder la gran energía acumulada en las paredes refractarias del mismo.
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15. Estudio del Horno Cerámico
MODELO ARTICULOS PRODUCCION ACCESORIOS
MARZO_2000 ABRIL_2000 MAYO_2000
CEPILLERA 1274 612 2170
GANCHO 153 0 0
T JAB PEQ 2007 1763 2422
E JAB REPISA 1090 893 2792
X JAB TINA 2842 1446 5565
A PAPELERA 4058 1466 2318
S TOALLERO. C 1828 1547 2163
TOALLERO. S 4483 1986 3680
CEP. GRANDE 0 0 0
GANCHO DOS 1838 1814 251
0 0 0
A CEPILLERA 0 0 0
L GANCHO 0 0 0
A JAB. GRANDE 0 0 0
B JAB. PEQ 0 0 0
A TOALLERA 0 0 0
M PAPELERA 0 0 0
A
TOTAL PIEZAS
PEQUEÑAS 19573 11527 21361
Tabla 2.6 Producción de Accesorios de Baño
MODELO ARTICULOS PRODUCCION
MARZO_2000 ABRIL_2000 MAYO_2000
TAZAS 1942 1323 581
T1 TANQUES 2168 1891 956
TAPAS 2142 1880 956
0 0 0
TAZAS 0 0 0
T2 TANQUES 0 0 0
TAPAS 0 0 0
0 0 0
L JADE 4" 0 0 0
A JADE 8" 0 0 0
V ZAFIRO ILL 0 0 0
A ZAFIRO 4" 2506 1822 676
M RUBI 4" 0 0 0
A RUBI 8" 0 0 0
N ESMERAL 4" 0 0 0
O AGATA 4" 0 0 0
S AGATA IL 0 0 0
MARRIOT 0 0 0
PEDESTAL 1456 636 519
TOTAL PIEZAS
GRANDES 10214 7552 3688
T1 = corresponde al modelo ONIX
T2 = corresponde al modelo AMATISTA.
Tabla 2.7 Producción de Artículos de Baño
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