El documento describe el horno de ladrillos media naranja argentino para la producción de carbón vegetal. El horno es semiesférico, construido completamente con ladrillos y tiene dos puertas opuestas. Se carga con madera seca de 1 a 1,3 metros y se enciende la parte superior para iniciar la carbonización. El proceso toma varios días mientras se controla el flujo de aire, luego se sella y enfría el horno antes de descargar el carbón vegetal final.

1. Capítulo 7
HORNOS DE LADRILLOS
Los hornos de ladrillos, construídos y operados correctamente, representan sin duda
uno de los métodos más efectivos para la producción de carbón vegetal. En el curso
de varias décadas de uso, estos hornos han demostrado ser una Inversión de capital
moderada, requerir poca mano de obra y poder dar rendimientos sorprendentemente
buenos de carbón vegetal de calidad apta para todos sus usos industriales y
domésticos.
Hay muchos diseños para los hornos de ladrillos usados en todo el mundo, y la
mayoría están en condiciones de dar buenos resultados.
Para tener éxito, el horno de ladrillo debe satisfacer una cantidad de requisitos
importantes. Tiene que ser sencillo en su construcción, que las tensiones térmicas al
calentarse y enfriarse, relativamente no lo afecten, y que sea suficientemente robusto
para aguantar las tensiones mecánicas de la carga y descarga. Por un período de seis
a diez años no se perjudican a causa de las lluvias o del clima.
Se debe poder, en cualquier momento, controlar la entrada del aire en el horno, y
durante la fase del enfriamiento, sellar el horno rápida y herméticamente para impedir
el ingreso del aire. El horno debe permitir - por ser relativamente liviana - un
enfriamiento fácil y, asegurar un buen ' aislamiento térmico a la madera sometida a la
carbonización, puesto que, de lo contrario, se producirían puntos fríos por el golpe del
viento sobre las paredes del horno, que impide la combustión correcta del carbón y
que puede llevar a una producción excesiva de trozos de madera parcialmente
carbonizada ("tizones") y bajos rendimientos. La capacidad del horno de ladrillo de
conservar el calor de carbonización, es una razón importante por su gran eficiencia en
la conversión de madera en carbón vegetal.
Foto 13. Hornos Missouri hechos de cemento armado. Observar las puertas de
acero y la pila de carbón en depósito. Missouri, E.U. de N.A. Foto A. Baker
Los diseños de los hornos tradicionales hechos con ladrillos, han sido mejorados en el
curso de muchos centenares de años, pero hay otros tipos de carboneras de ladrillo en

2. funcionamiento que, en los recientes anos, han sido sometidos a una sistemática
invest igación para su perfeccionamiento. Estos son, el horno colmena brasileño, el
horno argentino media naranga, el horno Schwartz de los europeos y el horno Missouri
de los norteamericanos. El primero, el segundo y el cuarto queman parte de la madera
cargada, dentro del horno, para carbonizar el sobrante. El horno Schawartz usa la
corriente de gas caliente de un fogón externo, pasado a -través del horno, para
generar el calor para el secado y para calentar la madera a fin de que inicie su
carbonizaci6n. El horno Schwartz requiere considerable cantidad de acero para la
grilla, puertas y soportes. Puesto que su rendimiento (cuando la leña es escasa) no es
en la práctica superior al de otros, no puede ser recomendado para uso general en el
mundo en desarrollo. El cuarto tipo de horno, bien probado en la práctica, es el horno
Missouri desarrollado y aún en uso en E.U. de N.A. Está hecho comunmente de
cemento armado o bloques perforados de cemento y tiene chimeneas y puertas de
acero. Sus rendimientos son parecidos a los de las carboneras de Argentina y Brasil.
Se completa con grades puertas de acero, que permiten el uso de equipos mecánicos
para carga y descarga. Tiene dos desventajas para su empleo en el mundo en
desarrollo: requiere una cantidad de acero y cemento en su construcción, siendo
ambos materiales costosos y frecuentemente de importación, y no es tan fácil de
enfriar como los otros hornos. Se adapta más, por lo tanto, a ser usado en climas
templados más fríos donde los materiales y la capacidad para la construcción en acero
y en cemento armado son accesibles, y la temperatura del ambiente permite un
enfriado fácil. Es interesante donde se dispone fácilmente de mano de obra de
motocargadores frontales, etc.
Las ventajas de los hornos argentinos y brasileños son:
 Pueden ser construidos en tamaños medianos a grandes.
 Se construyen totalmente con ladrillos hechos localmente con arcilla/arena de
cocción liviana y argamasa de barro. No requieren acero, excepto pocas barras
de acero plano sobre las puertas y como refuerzo en la base del domo, para el
caso del horno del Brasil.
 Son robustos y no son dañados fácilmente. No pueden ser fácilmente dañados
por exceso de temperatura; pueden quedar expuestos sin protección al sol y a
la lluvia, sin corrosión o efectos negativos, y tener una vida útil de 5 a 8 años.
 Los ladrillos asentados sobre barro pueden ser reciclados y usados de nuevo
cuando se reubican los hornos.
 El control de la quema es relativamente sencillo, especialmente en el caso del
horno argentino.
 Los hornos pueden ser enfriados fácilmentemandoarcilla viscosa y se sellan
herméticamente con facilidad durante el enfriamiento. Un progreso reciente
para el enfriamiento rápido es el uso de la Inyección de agua.
 Ambos sistemas que funcionan en grupo (baterías) de hornos, han sido bien
investigados y normalizados, de manera que se ha llevado al máximo la
eficacia de la mano de obra y del uso de la materia prima.
 El carbón vegetal producido se adapta a todos los usos, inclusive para el
hogar, metalúrgico y para la producción de carbón activado.
El mayor inconveniente de estos dos tipos de hornos es que no se adaptan a la
recuperación o quema reciclada de ningún subproducto, alquitrán o gases, con lo que
aumenta la contaminación del aire y reduce levemente la posible eficiencia termal. Sin
embargo, y justamente, debe agregarse que no hay hornos de ladrillo probados
industrialmente capaces de la simple recuperación de alquitrán sin recurrir a
componentes de acero, lo que aumenta notablemente el costo y la complejidad de la
carbonera.

3. Foto 14 .Construcción de un horno de ladrillo media naranja. Nótese la vara
de madera radial, la manera como se asientan los ladrillos en parte de la pared
para reforzar el domo del horno. Foto J. Bim.
7.1 El horno media-naranja argentino
7.1.1 Preparación del sitio
Para una batería de 12-14 hornos se requiere un espacio limpio de 4.000-5,000 m2. La
madera obtenida de esta limpieza, exceptuando lar. trozas que se pueden usar en
aserrado o para postes, se emplea como leña. El sitio sobre el cual se construirá el
horno debe ser levemente compactado y luego rellenado para llevarlo al nivel general
del sitio, para hacer que el agua drene fácilmente lejos del horno.
7.1.2 Diseño y construcción
En la figura 5 se muestra el diseño de este horno, que se construye totalmente con
ladrillos. Se usan como argamasa, el polvo de carbón (carbonilla) vegetal y barro, por
lo general sin soportes de hierro o acero en ningún lugar. La forma es semiesférica, de
un diámetro de alrededor de 6 m (varía de 5 a 7 m). El semana de los ladrillos es de
0,24 m x 0912 m x 0,06 m, siendo necesario, para construir un horno, una cantidad
total de 5,500 a 6,000 ladrillos, teniendo en cuenta las roturas durante la construcción.
El horno tiene dos puertas, diametralmente opuestas una de la otra. La línea de las
puertas debe ser perpendicular a la dirección de los vientos predominantes. La altura
de cada puerta es de 160 - 170 cm, siendo el ancho en la base de 1,10 m y de 0,70 m
en la parte superior. Se usa una puerta para cargar el horno con leña, mientras que la
otra se usa para descarga del carbón vegetal. Las puertas del horno se cierran con
ladrillos, que se levantan después de completar la carga y ambas se abren cuando ha
terminado la carbonización. Se trata de una operación sencilla, que se repite cada vez
que se carga la la carbonera, que consiste simplemente en colocar un ladrillo sobre
otro y recubrir luego con barro.

4. Foto 15. Una carbonera media naranja apenas terminada.Observar el refuerzo
del arco de la puerta para evitar daños al hornodurante la carga y la descarga.
Observar como se entrecruzan los ladrillos en un espesor doble alredeor de la
puerta, comparado con la pared de un solo espesor como se observa en la
esquina supeior derecha. Argentina. Foto J. Bim.
Se usan alrededor de 100 ladrillos por puerta y pueden volverse a usar hasta que Be
rom- n por el manipuleo. La parte superior del horno tiene un agujero (llamado
"chimenea") pe alrededor de 0,22 a 0,25 m de diámetro. Alrededor de la base, en el
nivel del suelo, hay diez agujeros regularmente distribuidos (0,06 m de altura x 0,12 m
de ancho). Estos agujeros son las bocas de aire y la chimenea permite la salida del
humo. El cimiento del horno consiste en una doble fila de ladrillos, alto tres estratos
asentados con argamasa de barro.
Figura 5: El horno es semiesférico, con dos puertas opuestas para facilitar la carga y
descarga y para ventilar.
El caparazón es mayormente de un solo estrato de ladrillos con una doble fila
alrededor de cada puerta.
Son com,unes a cada costado de las puertas columnas adicionales de ladrillos. Se
requieren alrededor
de 6,000 ladrillos comunes hechos a mano, asentados con argamasa de barro,
mezclado con polvo de carbón.

5. Foto 16: Cerrando la cúpula de un horno media naranja en construcción. Obsérvese
la vara radial y la orientación de los ladrillos en el domo. Argentina. Foto J.Bim.
Foto 17:Horno media naranja parcialmente completado y tanque de depósito de agua
completado. Observar el entrelace de ladrillos en la parte de la pared de doble espesor
y la forma como se asientan los ladrillos en las partes donde el espesor es simple.
Argentina. Foto J.Bim.
7.1.3 Leña
La leña que se utilizará se corta en largos de alrededor de 1,00 - 1,30 m con un
diámetro mínimo de 0,05 m y un diámetro igual al ancho de la puerta. La leña que
viene transportada del monte (por acoplados o animales) debe ser depositada lo más
cerca posible de la puerta de carga. Se recomienda un tiempo de secado al aire no

6. inferior a 4 - 5 semanas, lo que depende de las condiciones locales del clima. Pueden
emplearse medios mecánicos o manuales para descortezar la madera. Mucha de la
corteza cae por sí sola durante el período del secado. La carbonera puede ser cargada
con aproximadamente 30 ton de madera secada al aire, o con un contenido de
humedad del 25%, con una gravedad específica de alrededor de 850 kg/m3.
7.1.4 Carga
Lo más conveniente es cargar por la puerta cerca de la pila de leña. Esta operación
requiere dos hombres, y el tiempo que emplean para completarla no debería ser
mayor de seis horas. Los tirantes sobre los que se apoyará la madera deben ser
preparados con madera corta, de un diámetro no superior a 0,08 - 0,10 m. La razón es
de evitar el contacto directo de la leña con el suelo. Las trozas de mayor diámetro
deben colocarse en el centro donde se alcanzan mayores temperaturas prolongadas.
La leña se apila en el horno en posición vertical hasta la altura de 1,20 m (largo de la
madera). Sobre las trozas verticales se colocan trozas en posición horizontal,
completando a llenar la capacidad del horno, como se ve en la figura 5 y en la foto18
en un horno (bocas de aire) no se-obturen. Arriba de la carga y debajo de la chimenea
se colocan maderas secas y pequeñas para facilitar el encendido de la carbonera. Una
vez completada la carga, ambas puertas deben ser selladas, empleando ladrillos
cubiertos de barro.
Foto 18: Carga típica de un horno media naranja. Argentina
7.1.5 Funcionamiento
Todas las entradas de aire y chimenea de la carbonera deben estar abiertos. Se hacen
caer a través de la chimenea algunos pedazos de carbón encendido, con hojas secas
y ramitas, para asegurar que la leña prenda bien. Al cabo de algunos minutos, una
columna blanca, densa, visible de humo comienza a salir por la chimenea. Esta fase
representa el principio de la destilación y en esta etapa la madera pierde su contenido
de agua. El humo blanco continúa durante algunos días (dependiendo del contenido
de agua) y luego comienza a volverse azul, indicador de que ha entrado en proceso la
efectiva carbonización. Este proceso se controla abriendo y cerrando las bocas de aire
en la base del horno. Por la chimenea no deben aparecer llamas. cuando el proceso

7. de carbonización termina, el humo se pone casi tan transparente como el aire caliente.
En este momento las bocas de la base deben ser cerradas con barro, o cubiertas con
tierra y arena. Esta etapa se denomina el "purgado". Después de esta etapa se cierra
el agujero superior de la chimenea, y comienza la etapa del enfriamiento. Se acelera el
enfriamiento tirando barro (diluido con agua) sobre el horno. Con ello, ademán de
enfriar, se ayuda a tapar todo agujero o rajadura sobre la pared, impidiendo así
cualquier entrada de aire. El barro diluído y el agua deben aplicarse alrededor de tres
veces diarias.
Antes de descargar el carbón, cuando el horno está suficientemente frío, debe tenerse
suficiente agua a disposición para evitar el reencendido al abrir la puerta del horno. Es
suficiente un tambor de 200 litros para cada horno. Dos o tres hombres descargan el
horno. El carbón se saca convenientemente del horno con una especie de horcón
conocido como horquilla para piedra, que tiene 12-14 dientes distanciados 0,02 m, que
hace que el bulto de la carbonilla fina (inferior a 20 mm) caiga y se quede en el horno.
El carbón vegetal se coloca sobre un cuadrado de arpillera de 1,20 m que dos
hombres sacan del horno.
Los tiempos para el proceso típico son los siguientes:
Carga 6 horas
Quemado 6-7 días
Purga 1-2 días
Enfriado 3-4 días
Descarga 3-4 días
Deberían ser suficientes 13-14 días para completar el ciclo para producir 9-10 ton de
carbón vegetal en una carbonera de 7 m de diámetro.
Empleando un horno de 6 m de diámetro el rendimiento aproximado por cada quema
es de 7,5 ton, 0 15 ton/mes. El promedio anual obtenido por el mayor productor de
carbón vegetal en Argentina, Salta Forestal, S.A., durante 1978 fue de 3,75 ton de leña
por tonelada de carbón. Siempre se pesan tanto la leña como el carbón. Rendimientos
inferiores pueden resultar con madera de menor densidad o con mayor contenido de
humedad.
Durante las primeras 3 ó 4 quemas, cuando los ladrillos y el piso de tierra se están
secando, al horno se lo considera "'verde" o "inmaduro" y los rendimientos son algo
menores. La vida útil es de por lo menos 5 años, y no requiere mantenimiento
especial. Cuando aparecen pequeñas rajaduras sobre las paredes, se usan pedazos
pequeños de ladrillo con barro para cerrarlas.
La cantidad normal de hornos, para una batería, es de 10-14, lo que depende del tipo
de monte, del área considerada y de las distancias de transporte. Se necesita también
disponer de agua. Puede hacerse con ladrillos y cemento un tanque para una
capacidad de alrededor de 3.000 litros. Tres hombres mantienen en función una
batería: un fogonero y dos ayudantes.
7.1.6 Ladrillos
Sin importantes los ladrillos usados para los hornos. Un ladrillo ideal es bastante
poroso, con buena resistencia al impacto térmico y buen aislante. Las paredes del
horno deben aislar la madera que se carboniza, contra la pérdida excesiva de calor,

8. especialmente la que causa el viento, y sin embargo, durante la etapa del
enfriamiento, debe conducir el calor para permitir que el enfriamiento tenga lugar
rápidamente.
Por razones de economía, y cuando la estrategia de producción de carbón lo indica,
los ladrillos deberían hacerse y quemarse cerca del lugar donde se construirá el horno.
Se prepara unaarcilla arenosa con un contenido de aproximadamente 65% de arcilla.
Para aumentar la porosidad de los ladrillos, puede agregarse a la mezcla de arcilla
cruda alrededor del 20% de aserrín. Los ladrillos secos se autoqueman en grandes
pilas, usando leña como combustible.
Los ladrillos densos, hechos a máquina, de gran resistencia, como los que se usan en
las construcciones urbanas, no son aptos, siendo más susceptibles a quebrarse por el
calor. Cuestan además mucho más, entregados sobre el lugar, de los que se fabrican
y queman localmente.
Es importante disponer de barro (arcilla). Un buen tipo de barro tiene un contenido
bastante elevado de arena y de materia orgánica y no se encoge o pela al secado.
Tampoco debe secarse muy duro, puesto que periódicamente la arcilla tiene que ser
raspada del horno, ya que se acumula en espesores después de varios ciclos de
enfriamiento. Esta arcilla puede ser usada de nuevo.
La fotografía 19 muestra un típico lugar de fabricación de ladrillos. Los ladrillos se
hacen con arcilla arenosa escavada de un banco aluvial en un arroyo vecino. Se corta
la mezcla compacta húmeda con una zapa para formar cada ladrillo y exponerlo, como
se muestra, para el secado. Los ladrillos secos se enciman en grandes pilas de 20.000
a 30.000 unidades. La pila se arma formando conductos internos, que desembocan en
la parte superior de la pila y se inician en las aperturas para el encendido, a lo largo de
la base en los cuatro costados. Una vez completada la pila, se encienden los fuegos
de leña en las aperturas correspondientes y se alimentan continuamente durante 10-
12 días o más, para aumentar la temperatura de la pila hasta alrededor de 900°C. Se
deja luego que la pila se enfríe y se desmantela. Los ladrillos bien quemados se
separan de los que no lo son tanto y que forman las partes externas de la pila. Los
ladrillos incompletamente quemados pueden volverse a quemar en la pila sucesiva o
usados en construcciones de poca calidad.

9. Foto 19 : Típico sitio de fabricación de ladrillos comunes.
Salta, Argentina. Foto H. Booth.
Foto 20. Fabricación de ladrillos por métodos manuales y quemados
en pilas con conductos que usan madera como combustible.
Foto H. Booth.
7.2 El horno colmena brasileño
7.2.1 Diseño

10. La industria del carbón vegetal en Brasil, fundamental para la industria siderúrgica por
carbón vegetal en ese país, es para dicho producto, en la actualidad, una de las
industrias de mayor éxito en el mundo entero, basado sobre la tecnología de
carboneras en ladrillo. Todo país que desee ampliar su producción de carbón vegetal
sobre criterios válidos, podrá beneficiarse mucho con la experiencia del Brasil. La
descripción que sigue se ajusta mucho al informe de H. Meyers sobre la industria de
carbón vegetal siderúrgico (23).
Los hornos que funcionan ampliamente y con éxito en el Brasil, y especialmente en el
Estado de Minas Gerais, son del tipo fijo, de calcinación interna y producción en
tandas. Las importantes empresas siderúrgicas tienen en funcionamiento varios
millares de estos hornos, que son circulares, con techo en cúpula o domo, y
construídos con ladrillos comunes. La pared circular está totalmente en contacto con el
aire externo. Este tipo de horno se identifica por el nombre de "Horno colmena en
ladrillo% Véase la figura 6.
El horno colmena brasileño tiene las siguientes ventajas:
 Los gases pasan a través de la carga de madera. El calor contenido en los
gases es usado parcialmente en el proceso del secado de la madera y de la
carbonización.
 Rendimientos buenos, de hasta 62% en volumen, 0 sea, 1,6 est. de madera/m3
de carbón vegetal, cuando ha funcionado correctamente.
 Bajo costo, apreximadamente $US 700 (en 1978) incluso vías de acceso
camionables.
 Fácil construcción. Dos hombres pueden construir un horno en 8 días.
 Materiales sencillos. 8-500 ladrillos quemados de arcilla con sólo una banda de
acero para el domo. Sin basamento de concreto.

11.  Larga vida útil. Hasta 6 años en el mismo sitio. Puede ser desmantelado sin
importantes pérdidas de ladrillos y vuelto a armar en otro sitio.
 Tiempo de carbonizaci6n. de 9 días con una producción de 5 ton/ciclo.
 Carbonización uniforme.
 Enfriamiento uniforme, ya que las paredes están completamente en contacto
con el aire externo.
 Programa de funcionamiento corto; alrededor de nueve días. Esta duración
podría ser abreviada por enfriamiento forzado con la pulverización fina de
agua.
 Control uniforme de la combustión interna, por medio de 18 bocas de aire para
la entrada de aire necesario de combustión.
 Manutención fácil y barata, pocas reparaciones, sin rajaduras de paredes, ni
electricidad, muy poca agua, aproximadamente 100 litros por horno y por
tanda.
Foto 21. Batería de hornos de ladrillos en varias fases del ciclo de
carbonización.
Minas Gerais, Brasil. Foto J. Bim.
7.2.2 Construcción
Una batería de 7, requiere un sitio de las siguientes dimensiones:
Largo 70 m
Ancho 25 m
Esta superficie es necesaria para los 7 hornos, para almacenar y para curar el car-
vegetal durante dos días, caminos de acceso para los camiones que traen la madera,
espacio de almacenamiento de una cierta cantidad de madera, caminos de acceso
para los camiones que retiran el carbón, y una superficie para el giro de camiones.
Para preparar el terreno para los hornos, y para la plataforma de carea del carbón
vegetal, será siempre necesario hacer algún movimiento de tierra con caterpilar. El

12. terreno deberán tener una leve pendiente para permitir el drenaje del agua de lluvia.
Con frecuencia se agrupan sobre una misma fila dos o más baterías de hornos. Así es
cuando los bosques vecinos son extensos y se dispone de grandes cantidades de leña
a poca distancia. Cada batería deberá consistir de 7 hornos, y la superficie total será
un múltiple de la superficie citada para una batería. La construcción de una gran
cantidad de baterías permite centralizar bien y supervisar las operaciones,
obteniéndose carbón vegetal de buena calidad y rendimientos.
La cantidad total de hornos, en un centro, deberá limitarse a 35 ó 42 debido a los
humos de sus chimeneas que, si bien no dañinos para la salud, irritan los ojos y los
pulmones. Los centros de fabricación de carbón vegetal deberían por lo tanto ubicarse
a una distancia de por lo menos dos km de los pueblos. Deberá también tomarse en
cuenta la dirección del viento predominante.
Cuando se va a instalar una batería, se marca antes sobre el terreno la línea central.
Los centros de los hornos se distancian de 8 metros. El centro de cada horno está
señalado con un caño de dos metros clavado verticalmente en el suelo. Se trava la
circunferencia interna del horno a los 5 metros y la circunferencia externa a los 5,40 m.
de diámetro.
Se marcan las dos puertas de un metro de ancho, los basamentos para los pilones de
las puertas, las seis chimeneas y los basamentos del horno, y se excava la zanja para
la base. Los basamentos para el horno deben comprender cuatro estratos de ladrillos,
debajo de la superficie del suelo, y un estrato de ladrillos, arriba del suelo. Cada
estrato debe ser asentado con cuidado y a nivel.
Fig. 7 Corte transversal de un horno colmena mostrando los métodos de construcción
Una vara de 2,50 m se fija horizontalmente en el tubo central, para funcionar de guía
en la construcción de las paredes. Al levantar las paredes, se dejan las aperturas para
las puertas pero se construyen sus pilares. La argamasa está hecha de diez partes de
arcilla y una parte de carbonilla fina, previamente tamizada. Cuando se deposita la
primera vuelta de ladrillos, deben dejarse las aperturas necesarias para las bocas de
aire, tres entre cada par de chimeneas, un -total de 18 simétricamente distribuidas. El
tamaño de las bocas de aire es: ancha 0,10 m, altura 0,08 m. Las chimeneas se
construyen simultaneamente a las paredes, y las dimensiones internas de los
conductos son: 0,12 m x 0,10 m. Al construir las paredes del horno debe cuidarse que
las diferentes vueltas o estratos de ladrillos estén nivelados, pudiéndose usar una gula
de madera. Después de asentar cinco cursos de ladrillos, deben dejarse dos aperturas

13. verticalmente arriba de dos bocas de aire ubicados cerca de las chimeneas. Después
de una segunda capa de cinco cursos, se deja una apertura central de emergencia. Al
cabo de las siguientes cinco capas, se ubicarán dos aperturas de emergencia,
verticalmente arriba de las primeras. Las aperturas de emergencia son de 0,07 m x
0,07 m. Para cada par de chimeneas debería ' haber cinco bocas de emergencia.
Cuando la pared ha alcanzado 1,60 m de altura, deben colocarse los linteles de hierro
ángulo sobre los pilones de las puertas y se continúa la construcción de las paredes
de alrededor. Quedarán listas de esta manera las dos aperturas para las puertas de
1.00 m de ancho x 1,60 m de alto. Después de cargar el horno con leña y cerrar las
puertas con ladrillos, el fogonero deberá dejar una boca de aire en la pared de la
puerta, a la misma altura de las otras.
La altura total de la pared vertical será de 1,80 m y la última fila de ladrillos deberá ser
bien nivelada. Sobre esta fila va otro curso de ladrillos con argamasa, y contra este
último curso se adosarán cuatro segmentos de una banda de acero, sujetados con
tornillos no apretados.
La primera fila de ladrillos para el domo, deberá ser ajustada cortando el borde de la
última fila de ladrillos de la pared. Se quita el caño central y se reemplaza con un jalón
o estaca corta, enterrada y nivelada, a la misma altura de la última fila de ladrillos del
basamento. Se conecta a esta estaca la vara de compás gula de un largo aprox. de
3,10 m, para la construcción del domo, que será construido con el espesor de medio
ladrillo, usando el mínimo de argamasa Se asegura la robustez del domo por la pre- de
un ladrillo contra el otro.
Deberán dejarse aperturas de emergencia de 0,07 m x 0,07 m en el quinto curso de
ladrillos, otras diez en el décimo curso y seis en el quinceavo. La apertura para el
encendido, en forma triangular de 0,10 m x 0,10 m, se mantendrá en la parte superior
del domo. Al completarse el domo, se aprieta la banda de acero, las paredes serán
recubiertas con una argamasa fina arcillosa y el domo será regado con arcilla diluída,
para cerrar rajaduras y foros.
Fig. 8 Horno colmena de ladrillo para colinas
Diámetro del horno 4,0 m
Volumen nominal del horno 24,8 m3
Volumen efectivo del horno 21,6 m3
No. de bocas de aire 1

14. No. de chimeneas 3
No. de bocas de salida 4
No. de bocas de salida de emergencia 4
Cantidad de ladrillos 2.000
7.3 Horno colmena para colina
En la figura 8 se hace ver una variación del horno de ladrillo colmena. Se trata de un
horno redondo de 4 m de diámetro, construído sobre una pendiente o colina que forma
sus paredes laterales y trasera. A ella se hará referencia con el nombre de carbonera
tipo colina. Requiere una cantidad considerablemente menor de ladrillos. Muchos
millares de estos hornos funcionan en Minas Gerais y otros estados del Brasil, siendo
muy populares entre los pequeños productores independientes de carbón vegetal. Su
funcionamiento es algo más fácil que el de los hornos de ladrillo colmena, ya que
tienen para el control, solo una boca de aire, comparada con las 18 del anterior. La
composición química y física y los rendimientos del carbón vegetal producido en las
carboneras tipo colina son muy parecidos a los del horno de ladrillo colmena. No se
mencionan diferencias significativas entre las calidades de los dos tipos de carbón
vegetal.
7.3.1 La construcción de la carbonera para colina
En el lugar para el horno, se limpiará una superficie circular de seis metros y se
marcará un círculo de cuatro metros de diámetro. Se excava la cámara del horno de
l,14 m de alto y el piso se nivela bien. Se marcan (Fig. 8) la posición de la puerta de
0,60 m de ancho y tres o cuatro chimeneas (de una sección de 0,35 m x 0,35 m) a
cierta distancia una de otra.
Las aperturas para la puerta y las tres chimeneas deben ser excavadas en el banco
hasta una altura de 1,40 m y las chimeneas levantadas hasta una altura de 1,50 m con
ladrillos colocados en su borde.
Se plantará una estaca en el centro del piso, con un brazo de compás para levantar el
domo arqueado correspondiente. El largo de la guía será igual a la altura exacta inte
rior del domo, o sea, 2,45 m.
Si la altura del banco o de la ladera es insuficiente, para alcanzar la altura de la pared
de 1,40 m, será necesario agregar algunas filas de medio ladrillos. La argamasa
empleada es la misma de la que se usa para el domo. Deberá construirse un de
ladrillos sobre la apertura de la puerta. Alrededor de la base del domo deberá hacerse
la incisión inclinada, necesaria para el asiento del domo.
El domo se construye del espesor de medio ladrillo, con poca argamasa, hecha de
diez partes de suelo arcilloso y una parte de carbonilla fina tamizada. Deberán dejarse
cuatro agujeros de emergencia de 0,07 m x 0,07 m simétricamente ubicados, en el
décimo estrato de ladrillos, y se dejarán otros cuatro agujeros de 0,08 m x 0,08 m
después de otros diez estratos. En la cabeza del domo se dejará una apertura para el
encendido de 0,10 m x 0,10 m x 0,10 m.
El arco sobre la apertura de la puerta se construye con ladrillos apoyados sobre sur.
costados y ligado a la estructura de ladrillos del domo. Cerca de la puerta de la
carbonera se hace una apertura en el faldeo o ladera para facilitar el manipuleo de la
leña. Después de haber cargado la carbonera con madera y se ha cerrado la puerta,

15. deberá dejarse una boca para el ingreso del aire en el nivel de la bola. Alrededor del
horno se excavan las trincheras necesarias para el drenaje del agua.
7.3.2 Manutención de la carbonera
Deberá rasparse periódicamente el exceso de arcilla que se ha formado con las
sucesivas pinceladas de barro diluído, para mejorar el enfriamiento del carbón vegetal.
La extructura del horno puede dañarse con golpes; por ejemplo, por los camiones
carros, trozas etc., y esto debe evitarse. Los pilares de la puerta deben protegerse con
dos postes esquineros. Los ladrillos que se han caído de las paredes o que quedan
flojos deben volverse a poner en su lugar y apretados.
Los agujeros de salida y de emergencia tienen que cerrarse con ladrillos en forma de
cuna sin argamasa y pincelados en el exterior con arcilla líquida. Los conductos de las
chimeneas tienen que ser cuidadosamente limpiados con una vara de madera larga y
flexible.
Las chimeneas tienen que terminar por arriba de la banda de acero del domo, para
reducir la erosión que pueden provocar los humos. De todos modos, al cabo de
algunos años habrá corrosión de la banda. La banda de acero del domo deberá ser
apretada regularmente y deberá reemplazarse cualquier parte corroida.
El piso del horno deberá mantenerse siempre nivelado. Cuando fuese necesario, se
pondrá un poco de tierra arcillosa húmeda y se apisonará. Si el suelo de la plataforma
del horno se raja, tendrá que taparse para evitar daños al basamento del horno, a
causa, por ejemplo, de agua de infiltración. Los canales de drenaje del agua deberán
mantenerse desobstruidos en todo momento.
Los animales sueltos deberán mantenerse fuera del centro de fabricación de carbón
vegetal, por medio de cercos de alambre de púa u otros materiales.

16. Foto 22. Horno colmena para colina, construida sobre un costado de colina,
ya sellada y pronta para el encendido. Brasil. Foto J. Bim.
7.4 El horno Missouri
El horno Missouri ha sido desarrollado en el curso de muchos años en las zonas
forestales de latifoliadas caducas del Estado de Missouri en E.U. de N.A. El diario ha
llegado más o menor. a una normalización alrededor de 1960, y Pitts Jarvis ha
publicado las dimensiones y detalles de construcción recomendados en "The Wood
Charcoal Industry in the State of Missouri" (English Series Bulletin No. 48, Engineering
Experiment Station, Columbia, Missouri). El horno Missouri se adapta a un clima
invernal fuerte, a elevados castos de mano de obra, carga y descarga mecánica, y
emplea métodos de construcción y materiales que pueden ser costosos y difíciles de
conseguir en el mundo en desarrollo.
El horno Missouri tiene que soportar condiciones ¡normales de fuertes heladas,
que pueden ser muy destructivas para los hornos de ladrillos de liviana construcción.
Dos de los mayores peligros son el hinchado de los suelos del basamento por helada y
el congelamiento del agua en rajaduras en la mampostería. Para evitar el rápido
deterioro del horno son esenciales un fuerte refuerzo del basamento, de las paredes y
del techo y una extructura monolítica de cemento armado. Las bajas temperaturas del
aire exigen también una extructura bien aislada para reducir las pérdidas de calor y
una excesiva producción de tizones malquemados en la carga.
El horno Missouri está diseñado para permitir el fácil ingreso de equipo mecánico,
como pequeños tractores, camiones, cargueros frontales que permiten llenar y vaciar
el horno fácil y rápidamente, que viene a ser su característica más interesante, donde
la mano de obra es cara.
7.4.1 Diseño
Los hornos típicos Missouri varían en volumen desde aproximadamente 4 m3 hasta
350 m3. Parece ser que el volumen medio óptimo es de alrededor de 180 m3. Este
tamaño permite tener un costo bastante bajo por m3 de volumen, sin que el horno sea
tan grande que resulte difícil controlarlo. Este horno es alrededor de tres veces más
grande de una media naranja o del horno tipo colmena (ver 7.1 y 7.2).
El horno tiene una planta rectangular (Fig. 9), de alrededor de 7 m de ancho y 11 m de
largo. Las paredes son de alrededor de 2,50 m de alto para permitir la entrada del
equipo mecánico. La máxima altura del techo abovedado es de alrededor de 4 m del
suelo.Las paredes son de aproximadamente 250 m de espesor. La fotografía 13
muestra un grupo típico de hornos Missouri.
Las cantidades de materiales necesarias para construir un horno Missouri son
¡mpresionantes, cuyo costo debe ser cuidadosamente calculado por parte de los
constructores potenciales. En el cuadro 5 se compara el material necesario para un
horno Missouri de 180 m3 (50 cuerdas) de capacidad, con cuatro hornos del tipo
brasileño, que totalizan una capacidad de 200 m3. La mayor desventaja del horno
Missouri, para los países en desarrollo es su elevado contenido de cemento y acero,
ambos productos comunmente importados y a menudo caros y difíciles de obtener.
Puede ser escasa la habilidad de trabajar con estos materiales en un área típica
productora de carbón vegetal. la ventaja que el horno puede ser fácilmente cargado y
descargado mecánicamente, debe ser cuidadosamente sopesada caso por caso.

17. El costo del acero puede ser crítico en países en vía de desarrollo, por lo que es
importante comparar la relativa eficiencia con el acero utilizado en diferentes tipos de
hornos.
Un índice útil es el de calcular la producción de carbón vegetal por cada tipo de acero
usado en la construcción de los diferentes modelos. Es evidente que las parvas de
tierra y las fosas son las mejores carboneras, puesto que no emplean acero en
absoluto y el índice es infinito. La comparación puede ser útil entre los hornos
Missouri, la colmena brasileña y los hornos transportables de acero. Usando los
valores, citados en este manual, para la producción de carbón vegetal obtenido
durante la vida útil del horno, cuando se le emplea con eficiencia, los índices son los
siguientes: colmena brasileña: 8.200 kg de carbón vegetal por kg de acero en la
construcción horno Missouri: 550 kg de carbón por kg de acero de construcción y
hornos transportables de acero: 330 kg de carbón por kg de acero de construcción.
Por lo tanto el horno colmena usa el acero 15 veces en forma más eficiente del
Missouri, y el Missouri usa el acero 1,5 veces más eficientemente que los hornos de
acero transportables.
El horno Missouri es una extructura de ingeniería que debe ser construida con
cuidado, de acuerdo con las especificaciones del diseno. Se producirá el colapso de la
extructura si no se usa suficiente acero de refuerzo, o no ha sido correctamente
ubicado. Si no se emplea pizarra aglomerada expandida y/o el horno se sobrecalienta,
se produce el colapso del techo abovedado por el colapso de los refuerzos de acero
del techo y de las paredes. El colapso de un horno tan costoso seria un desastre
económico para la mayoría de los productores y, si no se dispone de mano de obra
hábil en la construcción y los materiales especificados, no debería encargarse su
construcción.
Cuadro 5: Material empleado en el horno Missouri y 4 hornos colmenas
equivalentes
Materiales Un horno Missouri
de 180 m3
Cuatro hornos colmena
Volumen total 200 m3
Cemento con aglomerado expandido
de pizarra
46 m3 nada
Ladrillos comunes nada 34.000
Total ton de acero 4,4 ton m 0,58 ton
Refuerzos 1,56 0,58
Marco de las puertas 0,74
Conductos de aire 0,34
Puertas 1,11
Diversos 0,20
Tubos de cerámica 37 m de 150 m de diámetro nada
7.4.2 Construcción
Las paredes, el piso y el techo del horno se hacen de hormigón armado, con marcos
de puertas de acero fundido en el lugar. Para mejorar la aislación termal y la
resistencia a los golpes de calor, se recomienda el agregado de pizarra expandida
liviana. Por lo general no se encuentra el aglomerado de pizarra expandido en la
mayoría de las áreas donde se fabrica carbón vegetal en el mundo en vía de
desarrollo. Las puertas dobles del horno son una componente crítica y costosa. Deben
abrirse fácilmente, y aún así, deben poder ser cerradas herméticamente, para evitar

18. filtraciones de aire duran-te la quema. Se recomiendan planchas de acero de 10 cm de
espesor, para reducir deformaciones que impiden un cierre correcto. El cierre se hace
atornillando las puertas al marco de acero de las puertas, embutido en la pared y entre
una y otra donde se juntan, recomendándose tuercas de 18 mm (3/4 pulg.). Cada
lámina de la puerta pesa más de un cuarto de tonelada por lo que deben estar bien
colgadas sobre bisagras de servicio pesado para soportar el repetido abrir y cerrar.
El horno está equipado con ocho chimeneas;, hechas con tubos de drenaje de
cerámica de 15 cm (6 pulgadas). Pueden usarse también canos de acero o de hierro
moldeado. Cada chimenea es de alrededor de 4,5 m de alto y mantenida con
abrazaderas afirmadas en las paredes del horno.
Los hornos normalmente se agrupan en baterías de seis o más, con lo que se tiene un
uso económico del equipo y de la mano de obra. Algunas veces en los Estados
Unidos, para reducir la contaminación, las baterías de hornos están conectadas con un
conducto central y con un sistema de quema posterior que alimentan una chimenea
común. Se desmantelan los conductores normales y las salidas de humo se conectan
por medio de conductores horizontales de acero al quemador final. Este quemador que
se alimenta con gasolio, es necesario para calentar las corrientes de gases que llegan
y asegurar que se reduzcan totalmente a bióxido de carbono y agua, al mezclarse con
la llama del quemador de gasoleo antes de descargarse a la atmósfera, por medio de
un ventilador. Fr. obvio que este sistema puede solamente ser económico si el precio
del carbón vegetal es elevado, cuya producción puede ser económica aún quemando
algo de gasoleo.
7.4.3 Funcionamiento
El rendimiento de conversión de los hornos del tipo Missouri es similar al de los hornos
de ladrillos de tipo brasileño y argentino, cuando todos ellos funcionan bajo
condiciones óptimas. Los elevados costos de construcción del horno Missouri se
compensan con los ahorros de mano de obra producidos por el uso de equipos
mecánicos de carga y descarga. teóricamente, puesto que un horno Missouri grande
tiene el volumen de alrededor de 4 hornos del tipo brasileño, debería producirse un
ahorro adicional, en costos de mano de obra, durante la quema. En la práctica, el
horno Missouri no llega a rendir su total potencial, especialmente en los climas cálidos,
debido a su enfriamiento lento. Existe una estación estrecha entre el área superficial
del horno, el volumen, la temperatura ambiente y el ritmo de enfriamiento. Hornos y
compartimentos muy grandes se enfrían lentamente y, si el costo de la construcción es
elevado, están reflejando un uso ineficiente del capital, debido a la producción limitada
por culpa de su lento enfriamiento.
La quema en el horno se controla en forma parecida a la de los hornos transportables
de metal; el sistema de circulación del gas es bastante similar. Los rendimientos son
normalmente mejores, debido a su mejor aislación termal y mayor relación entre el
volumen y la superficie, lo que significa que se utiliza mejor el calor endotérmico de la
carbonización y que el horno no está tan expuesto a los efectos de enfriamiento, a
causa del viento y de la lluvia, de lo que sucede con el horno metálico no aislado.
Los hornos Minsouri están normalmente equipados con termocuplas, para leer la
temperatura en diferentes puntos dentro del horno. Ello es importante para estos
hornos tan grandes, ya que permiten localizar rápidamente puntos fríos y calientes de
modo que el operador puede tomar medidas correctivas, cerrando o abriendo las
bocas de aire al pie del horno. Puede controlarse también el proceso del enfriamiento,
abriendo el horno solamente cuando la temperatura del carbón es suficientemente

19. baja. Así se evitan fuegos que, en estos hornos tan grandes, no son fáciles de
controlar ni aún con manejos mecánicas.
Se necesita una cuadrilla de dos hombres para la carga y la descarga, equipados con
un motocargador frontal y un camión. Es suficiente un operador por turno para
controlar la combustión y, si se usan termocuplas, un hombre por turno para
supervisar un cierto número de hornos.
El ciclo del horno es generalmente de alrededor de 25 a 30 días, lo que depende de
los ritmos de enfriamiento. La capacidad de dos hornos de 180 m3 igual a
aproximadamente el consumo de madera de una batería standard de siete hornos
brasileños. Pero, dado que el ciclo de tiempos es diferente, la utilización de la mano de
obra no es tan eficiente como podría ser, a menos que hubiera más hornos en la
batería. La estilización del equipo mecánico no llega a su óptimo a menos que el
número de hornos sea suficiente para tenerla trabajando en forma más o menos
continua.
El ciclo de los tiempos, en un horno Missouri en un clima cálido, es de por lo menos un
mes, compuesto en la manera siguiente:
Carga 3 dias 2 hombres mas equipo
Quema 7 dias 2 " en turnos de 12 hrs., ó 3 h en turnos
de 8 hrs.
Enfriamiento 21 dias 1 " supervisión a tiempo parcial
Dascarga 2 dias 2 " más equipo
El tiempo total es de 33 días. Si no se disponen de máquinas, el cielo de tiempo puede
estirarse a dos o más meses.
7.4.4 El horno tipo Missouri en el mundo en vía de desarrollo
El horno tipo Missouri era y aún es un importante método de fabricación de carbón
vegetal en EE.UU. de N.A. DI 1958, cuando la industria estaba en su apogeo, se
produjeron por este método, en Missouri, alrededor de 45,000 ton de carbón vegetal.
(Esta producción es mínima si se la compara con la producción por otros métodos en
el mundo en desarrollo, pero es suficiente para atraer la atención sobre sí).

20. La mayor ventaja del horno Missouri comparado con los hornos de ladrillos es la
posibilidad, realmente la necesidad, de la carga y descarga mecánica.
Sus desventajas son, su elevado casto por el intenso uso de acero y cemento y por su
inmobilidad, Contrariamente a los hornos de ladrillo, no puede ser demolido y
reconstruído. Debe disponerse por lo tanto de abastecimiento en madera para diez
años, dentro de una distancia económica de transporte, para cualquier grupo de
hornos. La cantidad de madera, para un grupo de algunos hornos de 180 m3 sería de
aproximadamente 120.000 m3. Un bosque de 4.000 ha capaz de rendir 30 m3 por
hectárea, tendría que ser reservado durante 10 años para proporcionar esta cantidad
de madera. Esta superficie daría una distancia media de transporte de 2,5 km, lo que
es razonable.
Los hornos tipo Missouri, o sus equivalentes, serían más aceptables si la construoción
fuese más liviana y por lo tanto más barata, y si pudieran ser enfriados más
rápidamente, quizás empleando inyecciones de agua. La industria brasileña está
investigando en esta dirección. Se ha obtenido en los Estados Unidos un enfriamiento
más rápido y una construcción más sencilla, construyendo los hornos con paneles
aislados laminados con acero. Desgraciadamente, el acero en el costo de la
construcción sigue siendo elevado, lo que es una barrera en el mundo en desarrollo,
donde estos productos tienen que ser importados.
En lo que se refiere a la transferencia de tecnología resulta útil la experiencia del
proyecto FAO/PNUD en Ghana. se ha constituido un horno Missouri y, técnicamente,
el funcionamiento de este horno ha sido un éxito. Los problemas son el elevado costo
de construcción y de los equipos mecánicos de carga y descarga.

21. Foto 23. Bateria de hornos media- naranja de mas de ocho años
y todavía en funcionamiento. Los Tigres, Argentina. Foto H. Booth.
7.5 Centros de fabricación de carbón vegetal
Los hornos colmena de ladrillo se agrupan en baterías de 7, 14, etc., (siempre un
múltiple de 7). Los hornos de tipo colina se agrupan en baterías de 14, 18, etc.,
(siempre múltiples de 14).
Fig.10. Ciclo de funcionamiento para hornos colmena de ladrillo
Descarga de carbón y carga de leña 8 horas
Carbonización 96 horas
Enfriamiento 88 horas
Ciclo Total
192 horas u 8
días
Cada batería está cuidada por dos hombres, un operador para el carbón o fogonero y
un ayudante.

22. Un centro de producción vegetal comprende una o más baterías de hornos, cada una
completa con su infraestructura necesaria para una operación continua. Por ejemplo,
canchas para la leña para el almacenamiento del carbón para los elementos de carga
del carbón, caminos de acceso, abastecimiento de agua etc.
7.5.1 Ciclo de funcionamiento de una batería de siete hornos de carbón
vegetal
El ciclo operacional de cada uno de los siete hornos se inicia en días sucesivos. Si el
horno No. 1 se descarga y se recarga (en ocho horas) un día lunes, luego el No. 2 se
descarga y recarga un martes, etc. El horno No. 1 estará por lo tanto listo para la
descarga y recarga el martes siguiente, y el horno No. 2 en el sucesivo miércoles etc.
El domingo es un día de descanso, durante el cual no se descarga ni se carga el
horno. Los hornos que deberían ser descargados de domingo, serán atendidos el
lunes siguiente, de modo que el ciclo vuelve a comenzar un lunes para cada horno en
el turno, después de seis semanas.
Cuadro 6. Características de los hornos colmena y colina
Tipo de horno Volumen de leña en
estéreos
Relacion real Volumen de
carbón por
hornada
Rendimiento
medio/leña
carbón
vegetalNominal Real Nominal
Horno colmena de
ladrillo de 5 m. de
diámetro.
48,94 37,34 70% 17,8 2,1 : 1
Horno tipo colina de 4 m
de diámetro.
24,8 17,40 60% 8,9 2,2 : 1
Los rendimientos arriba citados son los que se han obtenido hasta aproximadamente
1975. A partir de 1976, gracias a la continua Investigación y experiencias y al
mejoramiento de las condiciones operativas, con el entrenamiento de los fogoneros del
carbón de leña y con una mejor supervisión, los rendimientos de los hornos operados
por empresas han mejorado continuamente: a 1,9 : 1 (53%); 1,8 1 (55 1,7 : 1 (59%).
Recientemente se estaban obteniendo (1977) rendimientos de 1,6 : 1 60%) en
operacion de rutina.
Produccón de una batería de 7 hornos colmena en 30 dias: 30/8x7 = 26,25 tandas, o
dígase, 26 hornadas. Cada hornada = 17.8 m3 de carbón vegetal. La producción
mensual l7,8 x 26 = 462,8 m3 de carbón, y la producción anual 17,8 x 26 x 12 = 5-
553,6 m3.
7.5.2 Instrucciones para el funcionamiento del horno colmena de ladrillo.
(i) Carga
Primero colocar dos trozas cruzadas en el lado interno de la puerta de
descarga. Luego bloquear la puerta de descarga con ladrillos, asentados sin
argamasa. La parte externa de la puerta deberá ser pincelada con arcilla
diluída, pero solamente después de terminar la carga.

23. Ahora comienza la carga. Las trozas se colocan verticalmente, las piezas más
delgadas contra la pared, las más gruesas hacia el centro del horno, donde la
temperatura será más alta. Colocar las bases aguzadas de los trozos sobre el
piso del horno, para facilitar la cimentación de los gases. La madera apilada
debajo del techo en cúpula se coloca horizontalmente, sobre la madera que fué
colocada verticalmente sobre el piso. Rellenar bien dentro del domo. La
madera debe ser apilada lo más compacta posible para llenar el horno con una
máxima cantidad de material. Para que el encendido sea más fácil, el
entramado será más suelto y se usará un poco de leña de fácil encendido
cerca del punto de ignición. Si hay alguna madera deteriorada, colocarla cerca
de la apertura de descarga, ya que el carbón que ella produce tendrá la
tendencia de encenderse fácilmente y, si ello sucede, puede ser fácilmente
retirada, cuando se descarga el horno. Cerrar la puerta de carga de la misma
manera como se ha hecho con la puerta de descarga.
Una vez que el horno está listo para el encendido, se dejan abiertas todas las
bocas y aperturas.
(ii) Encendido del horno
Introducir, por la apertura central en el domo, una palada de carbón
incandescente. En la estación de las lluvias puede ser necesario ayudar con un
poco de kerosene o aceite lubrificante usado. Usar el foro central solamente
para el encendido, ya que el proceso de carbonización debe proceder desde
arriba hacia abajo. Al principio de la etapa del encendido, el humo saldrá del
foro de ignición, antes blanco y pocos minutos después, coloreado oscuro, que
es la señal de que el fuego ha prendido. Debe entonces taponarse la apertura,
con ladrillos pincelados con arcilla diluída.
Foto 24. Descargando carbón vegetal de un horno de ladrillo en Salta,
Argentina.
La horquilla se usa para separar tizones encendidos . Foto M. Trossero.

24. (iii) Carbonización
Inmediatamente después del encendido, el humo sale de lar. bocas de
descarga, inicialmente coloreado blanco, significando que la superficie de
carbonizaci6n está aumentando. Ahora se taponan las bocas de salida de
emergencia y las que están Ubicadas en el domo.
Lar. chimeneas comienzan a echar humo. Desde este momento en adelante, el
horno funciona exclusivamente con aire controlado, que viene de las bocas de
aire y por la corriente de las chimeneas que expurgan los gases de
carbonización.
El proceso de carbonización avanza, desde arriba hacia abajo y también
horizontalmente. Deben vigilarse las chimeneas para estar seguros que
funcionan uniformemente, lo que se obtiene controlando la corriente de aire
que entra por las bocas de aire, modificando la posición de un ladrillo suelto
inclinado sobre la boca.
El fueguista controla la carbonización mirando el color del humo que sale de las
chimeneas. La carbonización avanza, siempre que el color sea blanco. Mas
adelante se pondrá blanco azulado y luego, azul transparente. Cuando este
color se estabiliza, deberán cerrarse las bocas de aire.
Al final de la carbonización, el humo se pone incoloro y transparente. Cuando
arriba de las chimeneas aparece una zona de aproximadamente 20 cm de alto
de humo sin color, se cierran las chimeneas.
Las chimeneas no ofrecen simultáneamente el mismo color del humo ni aún
después de haber tomado cualquier precaución. Es por lo tanto necesario
regular, una por una las bocas de aire y cerrar las chimeneas
correspondientes. Estas últimas continuarán a largar humo durante un cierto
tiempo después que se han taponado las bocas de aire. Las chimeneas no
deberán ser cerradas demasiado pronto, para evitar la presencia de pedazos
de leña no carbonizados.
Se da por terminado el proceso de la carbonizaci6n una vez que se han cerrado las
chimeneas. Después de cerrar todas las aperturas, ellas serán pinceladas
cuidadosamente con arcilla diluída para evitar toda entrada de aire.
(iv) Enfriamiento del horno
Se pincela todo el horno con varias capas de arcilla diluída para tapar
todas las aperturas, pérdidas y rajaduras. La cantidad de brochadas
varía entre tres y seis. Cuanto mejor sea hecha esta operación tanto
más rápido será el enfriamiento de la carbonera. Cuando las hendiduras
no se cierran completamente, el aire continuará a entrar en el horno,
impidiendo que se apague el fuego, provocando la pérdida de carbón
vegetal por su combustión y aumentando el contenido de cenizas.
(v) Descarga del horno y curado del carbón vegetal
Cuando el horno es suficientemente frío, se abre y se descarga el
carbón. El fogonero conoce la temperatura correcta, de 60° a 70°C. con
el tacto, apoyando el dorso de la mano sobre la pared de la puerta.

25. Para evitar fuegos expontáneos no debe nunca abrirse el horno hasta
que no esté lo suficientemente frío. Estos fuegos pueden ser apagados
con agua pero, en la mayoría de los casos, será necesario cerrar
inmediatamente el horno, resultando siempre una pérdida de carbón.
Suficiente agua, por lo menos un barril de 200 litros, debe estar a rápida
disponibilidad antes de abrir el horno. El espacio frente al horno, donde
se almacenará el carbón deberá estar limpio. Nunca debe colocarse
carbón fresco sobre carbón viejo. El horno se abrirá rápidamente. El
fogonero observará por el olor de los gases que salen, si hay fuego en
algún lugar y, en tal caso, lo apagará con una pulverización de agua.
Los ladrillos de la apertura de la puerta serán puestos a un costado,
para que interfieran con las operaciones de la descarga, que se hacen a
mano con una horquilla especial ancha y un canasto. Es buena práctica
la de separar todos los pedazos de madera no carbonizada, ladrillos,
cenizas, carbonilla fina y restos de arcilla. Los pedazos de madera no
carbonizados completamente se separan y se vuelven a cargar en la
sucesiva hornada. El carbón vegetal descargado se junta en un montón
y se deja por un tiempo para que se airee completamente, que es lo
que se llama el curado. El carbón fresco absorbe oxígeno; esta reacción
química viene acompañada por un aumento de la temperatura que
puede provocar un encendido espontáneo. Por lo tanto, el carbón fresco
debe ser "curado" al aire libre durante dos días, antes de ser
transportado a los depósitos intermedios o a las plantas siderúrgicas.
Por supuesto, es difícil controlar si esta operación ha sido siempre
hecha con el necesario cuidado. Principalmente al final del mes, cuando
los que trabajan con el carbón tienen apuro por completar sus cuotas
mensuales de producción, sucede con mucha frecuencia que el carbón
vegetal resulte insuficientemente curado, representando un grave
peligro de incendio.
Durante el curado, las parvas de carbón vegetal no deberían superar el
1,50 m de altura o de profundidad, para permitir un contacto íntimo
entre el carbón y el aire que lo circunda.
Después de la descarga, se limpia el fondo del horno. Se abren todas
las bocas de aire y las chimeneas y se limpian de los residuos de la
carbonizaci6n. El interno completo de los hornos queda muy recubierto
de alquitrán duro, pez o betún que se condensa y acumula durante las
sucesivas hornadas y protege los ladrillos.
7.5.3 La carbonización en los hornos de colina
Es lo mismo que en los hornos colmena de ladrillo. El funcionamiento es más sencillo,
puesto que hay sólo una boca de aire para vigilar y regular. Estos hornos
estánubicados frecuentemente en lugares de difícil acceso, sin caminos. El carbón
descargado debe ser llevado al camino más cercano con mulas, o a un lugar donde
será recargado. Para elegir mejor entre los dos tipos de hornos pueden tomarse en
cuenta los siguientes puntos de comparación:
Horno colmena de ladrillo Horno de colina
No requiere una topografía
especial
Es necesario tener una pendiente
natural o preparar una artificial

26. Frecuentemente será
necesario remover una
cantidad considerable de
tierra para preparar una
superficie plana de buena
extnsión.
Se requiere muy poco movimiento
de tierra.
No tiene requisitos
especiales sobre la textura o
composicion del suelo. En el
caso de suelo arenoso, el
piso puede ser hecho con
arcilla traída de otro lugar.
Son importantes la textura y la
composición del suelo. Si es
demasiado arcilloso, se rajará por
el efecto del calor de carbonización
y habrá infiltraciones de aire. Si es
arenoso, la pared puede sufrir
fácilmente un colapso y retener
demasiado calor, impidiendo un
enfriamiento rápido.
Vida útil: mínimo de 1.200
m3 de carbón vegetal.
Vida útil: mínimo de 350 m3 de
carbón vegetal.
Deben hacerse plataformas
para el horno que permitan el
manipuleo del carbón
directamente sobre
camiones, depués del
curado. Los camiones
deberán llegar a un nivel
inferior ( ver fig.10)
Los hornos deben construirse lo
mas cerca posible de la madera
disponible
Distancia máxima de la
madera disponible:5 km.
Distancia máxima de la madera
disponible: pocos centenares de
metros.
Mano de obra: 2 hombres
para cada batería de 7
hornos.
Mano de obra: 2 hombres para
cada batería de 14 hornos.
Los fogoneros para carbón
vegetal deben haber
alcanzado mucha habilidad
para vigilar correctamente y
regular las 18 bocas de aire.
Es recomendable el
entrenamiento de la mano de
obra.
Funcionamiento sencillo.
Solamente una boca de aire. No se
requiere entrenamiento especial.
Capítulo 8
HORNOS METALICOS
En los años 30 se difundió en Europa, para la fabricación de carbón vegetal, el empleo
de hornos metálicos cilíndricos transportables. Durante la Segunda Guerra Mundial su
técnica fué desarrollada aún más por el Reino Unido (U.K) en su laboratorio de
investigación de productos forestales (UK Forest Products Research Laboratory).
Diversas versiones del diseno original fueron usadas de una extremidad a otra en el
Reino Unido. Esta tecnología fue transferida a los países en vía de desarrollo a fines
de los años 60. especialmente con las actividades del Departamento Forestal de
Uganda. Ver también lar. referencias 7, 8, 9, 10, 17, 18, 25, 34 para mayor
información.

27. 8.1 Diseños disponibles de hornos metálicos transportables
El Tropical Products Institute (TPI). que es una unidad científica de la Overseas
Development Administration, ha adquirido considerable experiencia en el
Funcionamiento de diversos modelos de hornos transportables de metal, ya sea en el
Reino Unido como en muchos países en desarrollo. El Instituto ha evolucionado hasta
llegar a un modelo que se considera ahora ser óptimo en economía de construccción,
robustez y durabilidad, funcionaniento sencillo con eficiencia y productividad máxima
para las situaciones de los países en desarrollo.
Las principales características del horno modelo TPI son:
- Se usa una chapa de acero de 3 mm de espesor para fabricar la sección del
fondo del horno; para la sección superior y para la tapa se usa chapa de acero
de 2 mm de espesor.
- Las dos secciones principales del horno son cilíndricas.
- Se usan repisas con perfiles de hierro ángulo de 50 mm, para soportar la
sección superior y la tapa. Estos soportes están soldados en la parte interna
del borde más alto de las dos principales secciones cilíndricas.
- Los ocho tubos de entrada/salida, ubicados debajo de la sección inferior del
horno, se abren en la base. Alrededor del hueco en la cara superior de cada
canal, se ha previsto un collar para sostener la chimenea durante el funciona
miento del horno.
- En la tapa del horno hay cuatro bocas a igual distancia, para la liberación del
vapor.
En otras versiones de hornos metálicos transportables pueden encontrarse varias
modificaciones de las características anteriores. Algunos fabricantes de hornos usan
chapa metálica de espesor menor del que recomienda el modelo TPI. Para asegurar al
horno una vida máxima útil, especialmente cuando se lo hace funcionar con descuido,
el espesor y el tipo de metal empleado en la fabricación del horno es de importancia
fundamental. La sección inferior del horno está expuesta a las tensiones más grandes
por el calor, y debería ser fabricada con lámina de acero de espesores a partir de los 3
mm. Para la sección superior y para la tapa es suficiente un espesor de 2 mm. Un
ulterior aumento de la durabilidad se obtendrá empleando en la fabricación del horno
acero Corten "Al' en lugar de acero dulce. Esta aleación especial tiene la propiedad de
resistir al calor y la herrumbre. Su costa básico es de alrededor del 10%. mayor que el
del acero dulce, pero puede ser más, donde fuesen necesarios acuerdos especiales
para obtenerlo.
Un horno ampliamente usado en los bosques del Reino Unido, tiene una sección
superior cónica, de modo que el diámetro de la tapa es considerablemente menor del
de la sección inferior. Se reduce con ello el peso de la tapa, el armado del horno
resulta más fácil y se aumenta la rigidez de la sección superior, sin afectar el
comportamiento del horno.
Sin embargo, no se le usa en el modelo TPI, puesto que sería más difícil de construir
la sección cónica en los pequeños talleres mecánicos que se encuentran en los países
en desarrollo y limita además su mobilización en terrenos de monte.
Los detalles del sellado entre las secciones son de importancia crítica. Un modelo de
horno metálico usa canales en lugar de repisas para sostener la parte superior y la
tapa. Estos canales están soldados en la parte interna del borde superior de ambas
secciones, inferior y superior; se rellenan con arena durante el armado para crear un
sello hermético al colocárseles encima la sección superior de la tapa. Los canales, sin

28. embarg retienen el alquitrán de madera que se condensa en las paredes del horno, y
las elevadas temperaturas, que se alcanzan durante las últimas etapas de la
carbonización, cuece la me ola de alquitrán de madera con la arena, formándose un
cemento duro, por lo que se requie ren muchas horas de trabajo pesado para limpiar
los canales después de cada hornada. Ade TU las secciones a menudo se funden
juntas después del enfriamiento, y las juntas se da- si se usan palancas de metal para
separar las secciones. Otra falla grave del modelo es el uso de una tapa de cierre
superior, donde el sellado se obtiene por medio de una ba da vertical soldada en la
parte de abajo de la tapa. En el caso en que se observara una fuga en la junta entre la
tapa y la sección superior, después que se ha encendido el horn sería sumamente
difícil sellarla, puesto que ese tipo de tapa impide al fogonero de poner más tierra o
arena en la junta. Estos problemas no surgen con el modelo TPI, ya que los hierros
ángulos usados para soportar la sección superior y la tapa no retiene el alquitrá
Además, la colocación de la tapa dentro del borde de la sección superior permite al
opera dor de agregar a la junta más arena o tierra para el sellado, corno y cuando
fuesen necesarios.
Algunos hornos metálicos usan, como canales de carga y descarga, tubos de sección
cuadrada. Se ha hallacdo, en la práctica, que es más conveniente usar los canales de
base abierta del diseno TPI. Ello es porque el alquitrán de madera, que se condensa
en las chimeneas durante la carbonización, fluye abajo en los canales donde el calor lo
cuece, formando una pasta dura. Cuando los canales tienen una base abierta, la
mayor parte del alquitrán es absorbido por el suelo y lo poco que queda puede ser
fácilmente eliminado por el libre acceso a las superficies inferiores. También, después
de uso prolongado, las terminaciones de los canales de ingreso/salida, insertadas
dentro del horno, se retuercen por el intenso calor localizado, generado en ese punto
por el encuentro entre el aire y la carga. Si se ha usado una sección cuadrada para el
canal, las caras superiores e inferiores se tuercen hacia adentro, lo que limita
seriamente el flujo, del aire y del gas de descarga, a través del canal. Es difícil
reconstruir su forma original, porque las superficies internas del tubo no son
accesibles. Por otro lado, la distorsión de un canal de base abierta puede ser corregida
fácilmente girándolo y enderezándolo con un mar tillo.
En algunos diseños, las chimeneas están inseridas en el canal por un agujero cortado
en la superficie superior de este último. La base de cada chimenea tiene una pequeña
sección cortada que permite el ingreso del humo desde el canal. Este tipo de encaje
puede reducir la salida de los gases, si ocurriese una rotación accidental de la
chimenea y además los canales no pueden ser limpiados fácilmente durante el
funcionamiento del horno.
Todos los hornos metálicos transportables incorporan algún refuerzo para proteger el
horno durante el manipuleo. Un refuerzo excesivo, sin embargo, puede crear
problemas, ya que aún los hornos más robustos pueden ser dañados, si se los
descarga negligentemente del camión. Cuando se daña un horno fuertemente
reforzado, se requerirá considerable trabajo para reponerlo en su forma original. Ello
puede a veces hacerse usando un gato entre dos maderos largos, colocados
atravesados al diámetro de la sección dañada. El refuerzo más importante que se
recomienda, para los hornos metálicos, es el uso de una banda de hierro ángulo,
soldada en forma contínua alrededor de la parte externa del borde inferior de la
sección de abajo. Con ello se tendrá un doble espesor de metal en el borde inferior del
horno, donde las tensiones de calor son más severas. Ofrece también una superficie
plana que distribuye el peso del horno en los canales de ingreso/salida. Las repisas de
apoyo de hierro ángulo, soldadas en el interior del borde superior de las secciones de
la base y superior, ofrecen más refuerzo, que se completa con una tira plana soldada
alrededor y adentro del borde inferior en la sección de arriba y de la tapa.

29. No todos los hornos incorporan en la tapa bocas para la liberación del vapor. Des- del
encendido del horno, las grandes cantidades de vapor liberadas durante la fase inicial
del proceso, deben irse. Si no hay bocas de liberación de vapor, debe quitarse la tapa
antes del encendido y luego puesta en su lugar, apenas la carga comienza a quemar
violentamente. Se puede también recargar el horno: el hundido natural de la carga da
tiempo suficiente para que el vapor escape, antes que la tapa se asiente sobre el
borde de apoyo, Los riesgos obvios que se presentan, con estos dos procedimientos,
producen cierta ansiedad, en los cursos iniciales de entrenamiento de fogoneros con
poca experiencia. Se ha hallado que, cuando se introducen los hornos metálicos en
nuevas áreas del mundo en desarrollo, son mucho más preferidas las bocas de
liberación de vapor. Otra ventaja está en la producción de carbón vegetal a partir de
materia prima de pequeñas dimensiones, como son los desperdicios y las cáscaras de
coco. Para mantener una corriente suficiente de gas, a través de la carga durante la
carbonización de estos materiales, se recomienda encender el horno, arriba, a través
de las bocas de liberación de vapor en la tapa.
En fin, algunos hornos que se encuentran en el mercado, están equipados con aletas y
tapas metálicas unidascon bisagras sobre los canales de entrada/salida, y que se usan
para cerrar el ingresodel aire, dentro del horno, en el momento del sellado. Estos
extras, aumentan el costo de la inversión de capital para el horno, y se ha hallado que
son absolutamente innecesarios. Debido a la herrumbre, las tapas abisagradas no
pueden ser usadas ya a los pocos días. El sellado puede obtenerse más
efectivamente con el uso de tierra o arena. En algunos modelos, se incluyen manijas
en el externo de las secciones cilíndricas del horno. Si bien las agarraderas son
necesarias en las tapas del horno, ellas pueden crear problemas, cuando están en las
secciones cilíndricas principales, en los momentos en que estas secciones tienen que
rodar de un lugar a otro. Se ha hallado que los horno pueden ser fácilmente
maniobrados sin el uso de manijas en las dos secciones cilíndricas.
8.2 Horno metálico para carbón vegetal hecho con tambores de
aceite
Puede fabricarse carbón vegetal en hornos hechos con tambores standard de 45
galones de aceite (aprox. 180 lt). Este método ha funcionado bien, usando materia
prima que quema rápido, como madera de palma de coco, cáscaras de coco y basura
de madera. Sin embargo, cuando se hacen funcionar con latifoliadas densas, es difícil
obtener una completa carbonización y el carbón resultante posiblemente tiene un
elevado contenido de materia volátil. Aún con materiales de baja densidad, el
contenido volátil del carbón vegetal producido es algo elevado, si bien no es un
inconveniente serio para un combustible doméstico de uso local. Si el carbón debe ser
producido para la exportación, el uso, sin embargo, de hornos metálicos apropiados,
hará que sea posible obtener la buena calidad exigida por el comercio.
Un hombre puede hacer funcionar un grupo de hasta 10 unidades de tambores de
gasoleo. El proceso requiere un período de carbonización de alrededor de dos a tres
horas, seguido por un período de enfriamiento de alrededor de otras tres horas. Un
operador con experiencia puede reciclar diez tambores, dos veces por día, obteniendo
una producción total de hasta 30 kg de carbón por cada tambor. Esto significa que la
operación de un hombre, usando 10 hornos, puede producir 1,5 ton de carbón vegetal
en una semana de 5 días, si recibe el suministro de madera adecuadamente
preparada.

30. Comparado con métodos tradicionales de producción la eficiencia de conversión
obtenida con hornos de tambores de aceite, es comparativamente elevada,
habiéndose citado rendimientos de hasta el 23% (sobre la base seca). (8). La principal
desventaja del método es que, para obtener resultados satisfactorios, la materia prima
tiene que ser de un largo menor de 30 cm, con un diámetro máximo de 5 cm. Ello
significa una considerable cantidad de mano de obra para la preparación de la materia
prima. A veces es también difícil y caro obtener tambores de aceite usados. Los
tambores tienden a quemar-se bastante rápidamente, por el metal delgado empleado,
y tienen que ser reemplazados con relativa frecuencia.
Foto 25: retorta hecha con tambores de aceite. Observar
el caño para recoger el condensado y el fuego preparado
en la zanja. Ghana. Foto Lejeune.
8.3 Ventajas y desventajas de los hornos metálicos transportables
Las principales ventajas de los hornos metálicos transportables comparados con el
método tradicional del foso o de la parva de tierra, son:
- La materia prima y el producto están dentro de un recipiente cerrado,
permitiendo el máximo control de la entrada de aire y de la corriente de gases,
durante el proceso de carbonización.
- El personal inexperto puede ser entrenado en poco tiempo y hacer funcionar
con facilidad estas unidades.
- Se requiere menos supervisión del proceso, mientras que para la fosa o la
parva, es necesario el cuidado constante.

31. - Puede obtenerse una eficiencia consistente, media de conversión del 24%
incluyendo la carbonilla fina (sobre la base del peso seco). Las fosas y las
parvas dan a menudo rendimientos erráticos inferiores.
-Puede aprovecharse todo el carbón obtenido en el proceso. Con los métodos
tradicionales (fosa y parva) parte del carbón vegetal producido se pierde en el
terreno, y el que se recupera está, a menudo, contaminado con tierra y piedras.
-Los hornos metálicos transportables, si son diseñados para descargar agua de
la tapa, pueden funcionar en áreas con mucha lluvia, siempre que el sitio tenga
un drenaje correcto. Los métodos tradicionales de producción de rarb6n
vegetal, funcionan con dificultades en ambientes muy húmedos.
-Una mayor variedad de materias primas pueden ser carbonizadas con el
máximo control del proceso, incluyendo coníferas, madera de deshechos,
madera de palma de coco y cáscaras de coco.
-El ciclo total de producción, cuando se usan hornos metálicos, es entre dos y
tres días.
Las desventajas del empleo de hornos metálicos comparados con los métodos
tradicionales de la fosa y de la parva de tierra, son:
-Debe conseguirse el capital inicial para pagar el costo de la fabricación de los
hornos. Debe poderse disponer de habilidades y equipo para talleres
mecánicos fundamentales y, a menudo, debe importarse el acero usado en la
fabricación de los hornos.
-Cierto cuidado es necesario en la preparación de la materia prima para facilitar
el empaquetado y para una eficiencia máxima. La madera debe ser cortada o
rajada a medida, y estacionada por un período de por lo menos tres semanas.
-Puede ser difícil trasladar los hornos portátiles metálicos sobre un terreno muy
quebrado, si bien pueden pasar con facilidad pendientes más suaves.
-La vida útil de los hornos metálicos es de solo dos a tres años.
Las ventajas del uso de hornos transportables metálicos, comparados con
instalaciones fijas, inclusive los hornos de ladrillos, son:
-Los hornos metálicos transportables pueden ser desmantelados con facilidad y
con frecuencia, y hechos rodar sobre el terreno forestal para ir detrás de las
extracciones comerciales de la madera, de los raleos de las plantaciones y de
las operaciones de limpieza del terreno. Ello significa que puede evitarse el
transporte complicado y caro de la madera a lugares centralizados de
elaboración.
-El ciclo total de operación para esas unidades es de aproximadamente de una
semana, mientras que para los hornos metálicos es de dos a tres días.
Las desventajas del empleo de hornos metálicos, comparados con hornos construidas
con ladrillos, son:
-El costo de fabricación de un horno metálico portátil es normalmente mayor de
un horno construido con ladrillos de producción comparable, lo que se debe
principalmente al costo de la materia prima. Cuando el acero tiene que

32. importarse, se necesitan divisas. Para la fabricación y mantenimiento, se
requieren, habilidad para trabajar las láminas de acero, y un taller.
-Gracias a la mayor aislación termal de las paredes del horno construido con
ladrillos, una menor cantidad de la madera cargada se quema durante el
proceso de carbonización y normalmente se obtiene una eficiencia de
conversión levemente mayor de la que se tiene con los hornos metálicos
transportables. Los hornos de ladrillos pueden car bonizar madera de gran
diámetro y se requieren menos cortes transversales y de raja.
-No es factible la recuperación de subproductos con hornos metálicos
transportables para carb6n vegetal. Existen posibilidades de recuperar los
alquitranes condensables, cuando se emplean hornos construidos con ladrillos.
- En una situación de procesos centralizados donde funcionan baterías
estáticas de hornos hechos con ladrillos puede proveerse más rápidamente
supervisión operativa y apoyo logístico.
Foto 26: Horno metálico transportable. Foto TPI
8.4 Fabricación del horno metálico TPI
El horno consiste en dos secciones cilíndricas que encajan y de una tapa cónica. La
tapa viene provista con cuatro bocas para la salida del vapor, regularmente
distanciadas entre sí, que pueden ser cerradas, si requerido, con tapones. El horno se
apoya sobre ocho conductos de entrada/salida de aire, dispuestos radialmente
alrededor de la base. Durante la combustión, cuatro chimeneas para el humo se
encajan sobre conductos alternados de aire.

33. El horno puede ser construído localmente en un sencillo taller que trabaje las chapas
de acero. Si se encuentra, deberían usarse láminas de acero Corten 'A' de 3 mm de
espesor, en lugar de acero dulce, ya que sus condiciones de resistencia al calor y a la
herrumbre prolongarán la vida útil del horno.
8.5 El transporte y la ubicación de los hornos
Los hornos pueden ser transportados con facilidad sobre un camión de piso plano.
Para transportar el horno en la parte trasera de una camioneta pick-up, pueden
encajarse las dos secciones cilíndricas la sección superior dentro del borde inferior del
cilindro de abajo, y hecho rodar sobre la parte trasera del vehículo usando -un plano
inclinado de madera. La tapa cónica puede colocarse dentro de los cilindros y la carga
será apuntada y atada firmemente para evitar que vaya rodando.
Debe cuidarse la descarga de las secciones cilíndricas de los vehículos. Si las
secciones cáen sobre su costado, es posible que se produzcan distorsiones y habrá
dificultades en el momento de ensamblarlas para el uso. Podría tolerarse alguna
distorsión liviana pero, si es profunda, deberá ser arreglada con un gato o cric de auto
y dos palos largos puestos a través del diámetro de la sección dañada
Para economizar mano de obra se recomienda que funcionen dos o más hornos en
grupo a una distancia a pie razonable de uno a otro. El operador puede de esta
manera, descargar una unidad mientras que los otros hornos están en su fase de
carbonización o de enfriamiento.
Para evitar transporte innecesario de madera, los hornos mismos deberían ser
rodados con frecuencia a nuevas ubicaciones, vecinas a la fuente de la madera. Dos
otres hombres pueden hacer rodar cada sección individual del horno; generalmente,
dos hombres empujan desde atrás y uno guía la sección, desde el frente. Se
recomienda el uso de palancas de madera para volear cada sección individual sobre
su costado, antes de rodarla a su nueva ubicación. El rodado de las secciones es más
fácil que su arrastre horizontal, aun si las distancias son sólo de 1 a 2 metros. Con una
cierta experiencia el trabajo de manejar estos hornos sobre el terreno forestal se
vuelve considerablemente más fácil.
8.6 Elección y preparación del sitio
Deberá elegirse un área bien drenada y bastante nivelada, de aproximadamente 3
metros de diámetro, muy cerca de donde está la madera. Deberán evitarse los tocones
y grandes entramados de raices y deberá eliminarse el excesivo sotobosque dentro
del área elegida, así como también se afirmará el suelo , pisoteándolo. Deberá
disponerse de tierra suelta o arena cerca del lugar, para sellar las filtraciones de aire al
horno durante su funcionamiento. Es preferible un suelo arenoso o franco, y si no lo
hay, se obtendrá, para las operaciones iniciales, una cierta cantidad de arena de algún
arroyo vecino. Este material puede ser reutilizado y bien pronto aumentará en
volumen, a medida que se le incorporan carbonilla en polvo y ceniza de madera,
producidos en el curso de sucesivas operaciones.
8.7 Preparación de la materia prima

34. Deberá voltearse, cortarse y apilarse la madera por lo menos tres semanas antes del
horneo, para obtener un rendimiento máximo en carbón vegetal. La madera seca
requiere menos tiempo para carbonizar y aumenta la eficiencia del proceso de
conversión. El tamaño más oportuno para la madera será de 45 a 60 cm de largo y de
hasta 20 cm de diámetro. Pueden incluirse ramas de hasta 90 cm de largo, siempre
que sur. diámetros no sean superiores a 13 cm y que no se reduzca notablemente la
densidad de empaque dentro del horno. Pueden usarse trozas con diámetros vecinos
a los 30 cm, siempre que se recorten en largos no mayores de 30 cm. Cuando la
madera tiene un diámetro mayor a los 30 cm, deberá ser rajada antes del uso.
Las ramas con un diámetro menor de 4 cm no deben ser mezcladas en la misma
carga con madera de diámetros máximos. Este material deberá ser cargado con otra
madera de tamaño mediano. Para llenar el horno son necesarios alrededor de 7
metros cúbicos de madera apilada.
Foto 27: Preparación de la madera para carbón vegetal. Notar el largo reducido
de la madera. Foto TPI
8.8 Método de funcionamiento del horno TPI
8.8.1 Herramientas necesarias para operar con 2-3 hombres:
Sierra mecánica o
trozadora
Poste o plancha de
madera
Palas o azadas (2) Conducto con tamiz
Hoz Bolsas
Hacha Aguja y piolín

35. Cuña (2)
Guantes resistentes al
calor
Martillo pesado
8.8.2 Armado y carga de! horno
(a) Se hace rodar la sección inferior del horno hasta el lugar preparado, y se le vuelca
en su posición de funcionamiento. Usando un poste de madera, como palanca, se
insertan los ocho canales para el ingreso/salida de aire, radialmente y con la cara
abierta hacia abajo, debajo de la sección inferior y a intervalos equidistantes. Se
obtendrán iguales distancias si se colocan los primeros cuatro canales a distancias de
90 0 y luego se intercalan los otros cuatro.
Foto 28: Armado del horno metálico. Foto TPI
Los canales de aire deben penetrar por lo menos 20 cm dentro del horno, para evitar
recalentamientos de la pared del mismo. El collar de soporte, arriba del canal no debe
inclinarse hacia adentro, o sea, hacia la pared del horno, lo que dificultaría luego
colocar las chimeneas, una vez que se ha armado el horno. Una vez que los canales
de entrada/salida, están en posición, será necesario controlar que estén
completamente libres de cualquier obstrucción.
(b) Se carga el fondo del horno con madera asegurándose que las extremidades de
los canales de ingreso/salida y los espacios entre ellos no están bloqueados. Para ello,
la carga se apoya sobre "listones", que son piezas de madera de mediano diámetro
(15 cm) dispuestas radialmente como rayos de rueda.

36. Foto 29. Trozos redondos dispuestos radialmente
como listones. Foto TPI
(c) Para crear cuatro puntos de encendido, se colocan, en cada cuadrante de la base
del horno, Ieñita seca de fácil combustión, con cualquier desperdicio inflamable (papel,
aceite usado, lata.) entre los listones, desde el borde de la parte inferior del horno
hacia el centro.
Foto 30. Desperdicios inflamables colocados entre los listones para
establecer cuatro puntos de encendido. Foto TPI.
(d) Ahora se coloca, haciendo cruz con los listones y sobre la yesca, un puente de
madera de diámetro chico y medio y de tizones (madera no completamente
carbonizada en las hornadas anteriores). se completa el estrato inferior del horno
haciendo puente sobre los listones descubiertos con madera de tamaño pequeño a
medio.
Haciendo que el primer estrato de madera desde el piso se apoye sobre listones, se
forman, debajo de la carga, conductos de aire que harán que el fuego se distribuya
más rápidamente en el centro del horno.

37. Foto 31. Operación de carga de madera. Foto TPI
(e) se carga la sección inferior del horno con sucesivas capas de madera, llenando el
máximo posible de los espacios libres y colocando las maderas de mayor diámetro
hacia el centro del horno. Cuando la sección inferior está cargada y las superficies de
las juntas del horno se han limpiado por raspaje, se rueda al costado, la sección
cilíndrica de arriba, que luego se levan-ha, colocándola sobre la repisa de apoyo de la
sección inferior.
(f) Se completa la carga de la madera hasta que la carga forme un cono arriba del
borde de la sección superior pero, al mismo tiempo, permitiendo que la tapa sea
colocada sin inconvenientes dentro del borde. Se hace rodar la tapa al costado del
horno y se le levanta hasta apoyar sobre la repisa de apoyo. Dos hombres expertos
pueden cargar el horno en alrededor de dos horas.
8.8.3 Encendido del horno
(a) Se aplica una llama a los cuatro puntos de encendido, después de asegurarse que
los cuatro orificios de salida del vapor de la tapa, estén abiertos. Donde predominan
vientos, el costado del horno expuesto quemará más rápidamente. Para evitarlo, no se
encienden los puntos de encendido que se abren al viento, hasta que esté bien
encendido el lado opuesto.

38. Foto 32: Puntos de encendido. Foto TPI
(b) Se deja que el horno queme libremente durante 30 minutos, hasta que la sección
inferior, en correspondencia con cada punto de encendido, se vuelve tan caliente que
resulta desagradable quedarse parado cerca del horno. Duran-te este período grandes
cantidades de vapor se liberan de las cuatro bocas en la tapa del horno. Mientras esto
se está desarrollando, se llenan las juntas entre las secciones principales del horno,
con arena o tierra, y se colocan en posición las cuatro chimeneas sobre los anillos de
soporte, de los conductos de aire, alternadamente.

39. Foto 33. Se llenan con arena y con tierra las juntas entre las secciones
principales, y se colocan las chimeneas para el humo en su lugar,
Foto TPI.
8.8.4 reducción de la corriente
Cuando cada sector del horno ha alcanzado la temperatura requerida, se tapan con
arena o con tierra los espacios entre los canales de ingreso/salida. Cuando se han -
tapado todos los espacios entre los conductos, se sellan las extremidades de los
cuatro canales que soportan lar. chimeneas. Ahora se cierran las bocas de salida del
vapor para que el humo sea eliminado desde la base del horno por medio de las
cuatro chimeneas. Cuando se ha reducido la corriente, el aire penetra en el horno
solamente por los canales de ingreso de donde fluye al centro de la carga. Los gases
de combustión son forzados hacia abajo, hacia el borde externo del horno, y se liberan
por las chimeneas. Puesto que el aire y los gases de descarga circulan en direcciones
opuestas, esta condición se denomina de contracorrientes.
Foto 34. Corrientes de aire y de los gases de descarga
en el horno. Foto TPI.
8.8.5 Control de la carbonización
(a) A los 15-30 minutos, después de generar la contracorriente, cada chimenea
debiera emitir una columna de humo blanco y denso. Durante todo el periodo de la
carbonización, es conveniente asegurar que se mantiene a una temperatura uniforme
alrededor de la circunferencia del horno. El control es más fácil cuando los hornos
funcionan en posiciones protegidas. Si hay un fuerte viento dominante el perfil de la
temperatura a través del horno puede desequilibrarse, con la necesidad de bloquear,
parcial o completamente, una o dos de las bocas de aire en el costado de donde viene
el viento. Pueden necesitarse medidas más extremas para equilibrar el horno, en las
fases iniciales de la carbonización, cuando se funciona en condiciones mojadas o con
madera húmeda de corta reciente. En estas condiciones, hay grandes cantidades de
agua que evaporarán del suelo y de la madera, en el costado más caliente, para
condensarse luego en las zonas más frías del horno. Este agua puede apagar
totalmente el fuego que queda en los puntos de encendido, y deprimir aún más la
temperatura en estas áreas.

40. Para corregir esta situación, deberán temporareamente bloquearse las entradas de
aire en el costado caliente del horno, y deberán destaparse los espacios entre los
canales de entrada/salida, sobre el costado más frio, para permitir que entre más aire
en esta zona del horno. Con ello, se arrastrará el fuego a las zonas más frías del
horno, y una vez que aquí la temperatura ha aumentado suficientemente, pueden
volverse a sellar los espacios entre los canales. Puede seguirse posteriormente con el
método normal para el control de la entrada de aire.
Es importante no dejar nunca un horno desatendido cuando los espacios entre los
canales de entrada/salida están abiertos, puesto que el horno puede quedar
seriamente dañado.
Cuando se usa madera mojada o cuando se hace funcionar el horno en condiciones
mojadas, es probable que el tiempo de carbonización se alargue harta un total de 48
horas. Debido a la mayor cantidad de madera que se quema internamente para
eliminar el exceso de humedad, deben esperarse rendimientos más bajos.
(b) Durante la carbonización, una cierta cantidad de alquitrán se deposita en los
conductos de salida y en lar. chimeneas. Este alquitrán reduce la corriente de
descarga de gas del horno, y debería ser eliminado cuando se nota una reducción de
la cantidad de humo liberado desde algunas de las chimeneas. Ello se hace, retirando
la chimenea de su anillo de apoyo del conducto de salida, usando un par de guantes
resistentes al calor o una vieja bolsa, y se quita toda obstrucción que hubiera dentro de
la chimenea. Al mismo tiempo se hace penetrar una vara larga, por el canal hacia el
centro del horno, para asegurarse que no hay obstáculos internos.
En un cierto momento durante el período de carbonización (normalmente 8 a 10 horas
después del encendido) deberán trasladarse las chimeneas a los conductos de aire
adyacentes, para convertir las bocas de ingreso de aire en salidas de humo y
viceversa. Se mantiene de esta manera una quema regular, reduciendo la formación
de ceniza en las áreas donde el aire penetra en el horno.
(c) La carbonización es completa cuando el color del humo, en todas las chimeneas,
toma un tinte azulado y se vuelve casi transparente, lo que ocurre normalmente de 16
a 24 horas después del encendido. En esta fase, toda la superficie del horno debería
ser muy caliente (1500 a 200°C), tal que una gota de agua hecha caer sobre la pared
del horno, evaporará inmediatamente con un ruido chispeante. Al llegarse a este
momento, se sella completamente el horno para el enfriamiento.
El horno se sella, quitando las chimeneas y bloqueando completamente, con tierra o
arena, todos los conductos de aire. Si fuese necesario, se agrega más tierra o arena a
las juntas de las secciones principales del horno y a las bocas de salida de vapor, para
asegurarse que estén completamente selladas y el aire no pueda entrar. Se deja
enfriar el horno durante 16 a 24 horas antes de abrirlo y descargarlo. Una lluvia
ayudarla mucha el enfriamiento.
8.8.6 Descarga del horno
(a) No debe abrirse el horno antes de que su contenido esté frío y que la superficie
externa del horno resulte fresca al tacto. La presencia de luz del sal directa podría
confundir, por lo que la temperatura interior del horno puede ser apreciada mejor
tocando la superficie de la sección inferior, en una zona sombreada. A continuación
deberá tantearse la temperatura del resto de la superficie de la sección inferior, para
asegurarse que no existen "puntos calientes". Si el contenido del horno sigue caliente

41. después de un período de enfriamiento de 24 horas, significará que no se ha obtenido
el sellado completo con el exterior, que debe tratarse de obtener.Además, si se abre el
horno y se nota que parte del carbón vegetal está aún prendido, se volverá a sellar el
horno para un ulterior período de enfriamiento.
Inmediatamente después de romper el cierre hermético en el horno, deberá sacarse el
carbón, aún cuando pareciera que el contenido es completamente frío. Cualquier
demora podría hacer que se enciendan fuegos localizados y, a parte de la pérdida,
puede hacerse mucho daño al horno.
(b)Durante la carbonización, la madera se habrá reducido a alrededor de la mitad de
su volumen original y será posible quitar la tapa y la sección superior, apenas el horno
se enfría, quedando el carbón vegetal en la sección inferior.
Foto 35. Durante el período de carb on ización la madera se ha reducido
a alrededor de la mitad de su volúmen original. Foto TPI
La tapa se remueve con poco esfuerzo, levantando un costado de su plancha de
apoyo e insinuando la extremidad de una rama larga o tablón en el espacio abierto.
Este pedazo de madera puede ser luego usado como deslizadero, sobre el cual se
hace delicadamente resbalar la tapa hasta el suelo. Se seguirá el mismo
procedimiento para remover la sección superior del horno.
(c) Para retirar la sección inferior, se quitan antes los conductos de entrada/salida de
un costado del horno, usando una palanca. Con la palanca debajo del lado opuesto, la
sección inferior puede voltearse sobre su costado, dejando libre el carbón vegetal para
su embolsado. Cuando se descarga el horno deberá tenerse al alcance de la mano
una paila de agua o una cierta cantidad de arena o de tierra, para apagar cualquier
pequeño fuego que se presente.

42. 8.8.7 Embolsado del carbón vegetal
Para abreviar esta operación debe usarse un tamiz deslizador que separe los pedazos
grandes de carbón vegetal de la carbonilla fina y polvo. En la figura 11 se indica como
construir un tamiz deslizador.
Se recomienda colocar la sección inferior del horno en el lado opuesto de donde se tira
el carbón, y de charla para sostener el tamiz deslizador, de manera que no solamente
aumentará la establidad del tamiz, sino que se reduce la cantidad de polvo que
alcanza al obrero.
Si fuese necesario, se puede también usar un tamiz deslizador de libre apoyo. Dos
obreros pueden descargarlo y llenar las bolsas en alrededor de una hora.

43. Foto 36. Un tamiz deslizador se usará para separar los pedazos
grandes de carbón vegetal de la carbonilla y polvo. Foto TPI
8.9 Variantes en los métodos de funcionamiento
El encendido del horno desde arriba, es un método especialmente adaptado para
carbonizar madera pequeña o cáscaras de coco, puesto que asegura una suficiente
corriente de gas a través de la carga.
8.9.1 Carga
El horno se carga como se ha descrito antes, sin yesca entre los listones en la base.
La yesca de leña se coloca en vez, en una depresión de 25 cm de profundidad en la
parte alta de la carga, que luego se recubre con un estrato final de madera.
No se necesitan los listones cuando se carboniza cáscara de coco. Debe tenerse
cuidado de asegurar que el material de la cáscara no bloquea los extremos de los
conductos de entrada/salida dentro del horno. Para ello, se coloca una pieza plana de
madera (por ejemplo, un pedazo de costilla de una rama muerta de palma) arriba de la
extremidad final del conducto, antes de taparlo con cáscaras.
8.9.2 Encendido
El fuego se enciende arriba, a través de una de las cuatro bocas de liberación del
vapor, y se deja que la carga queme con un acceso de aire completamente libre hacia
la base del horno. El humo escapará por las cuatro bocas de la tapa. Se dejará que
esta etapa continúe por alrededor de dos horas, hasta que toda la sección superior del
horno sea demasiado caliente como para tocarla con las manos desnudas.
8.9.3 Reducción de las corrientes

44. Cuando la sección superior está suficientemente caliente, se cubren los espacios entre
los conductos de ingreso/salida con arena o tierra y se colocan las chimeneas en
posici- Se sellan las bocas de salida de vapor. La inversión de los flujos y el control de
la alimentación de aire se hacen según el método normal de operación descrito
anteriormente.
8.10 Programa para el funcionamiento comercial
Dos hombres expertos pueden hacer funcionar dos hornos metálicos transportables y
producir 2-3 toneladas de carbón vegetal por semana. De acuerdo con las condiciones
y facilidades locales, puede necesitarse ayuda para cortar la madera y mover los
hornos y, en algunos casos, puede ser necesario un tercer hombre, preferentemente
un operador de una sierra mecánica.
La experiencia ha demostrado que las operaciones comerciales exitosas, cuando se
han usado hornos metálicos transportables, han sido las que ofrecían incentivos
máximos a sus operadores. Un ejemplo se tiene en una cooperativa gestionada por
propietarios/operadores del horno, donde los socios reciben la- mayor parte de los
beneficios de la venta del carbón vegetal.
A continuación se formula y se sugiere un programa de trabajo para una semana de 5
días. Pueden hacerse modificaciones al presente horario, para permitir variaciones en
las horas diarias de trabajo y para una semana de 6 días. Además, pueden obtenerse
operaciones adicionales, si se puede contratar, con alguien que viva cerca del área de
producción la tarea liviana de media hora, de sellar el horno durante el fin de semana.
Lunes 08.00-
10.00
Horno
1
Horno
2
Descargar ambos hornos.
10.00-
12.00
Horno
1
Cargar horno con madera
12.00-
13.00
Horno
1
Encender el horno y reducir el tiraje
13.00-
17.00
Horno
2
Cargar horno con madera.
Horno
1
Controlar la carbonización. Cambiar y limpiar las
chimeneas a las 16.30
Martes 08.00-
08.30
Horno
1
Cambiar y limpiar chimenea
08.30-
11.00
Preparar madera para futuras operaciones
11.00-
12.00
Horno
2
Encender el horno y reducir el tiraje
12.00-
17.00
Horno
2
Controlar la carbonización. Cambiar y limpiar las
chimeneas a las 16.30
Horno
1
Cerrar el horno cuando se completa la carbonización
Preparar madera para futuras operaciones
Miercoles 08.00-
08.30
Horno
2
Cambiar y limpiar chimeneas

45. 08.30-
14.00
Preparar madera para futuras operaciones.
14.00-
15.00
Horno
1
Descargar del horno, el carbón vegetal.
15.00-
17.00
Horno
1
Comenzar carga horno con madera
Horno
2
Cerrar el horno cuando se complete la carbonización
Jueves 08.00-
10.00
Horno
1
Terminar carga del horno con madera.
10.00-
11.00
Horno
1
Encender horno y reducir el tiraje.
11.00-
11.30
Horno
2
Descargar del horno el carbón vegetal.
Horno
1
Controlar la carbonización
13.00-
15.00
Horno
2
Cargar el horno con madera.
Horno
1
Controlar la carbonización
15.00-
16.00
Horno
2
Encender el horno y reducir el tiraje.
16.00-
17.00
Horno
1
Cambiar y limpiar las chimeneas.
Horno
2
Controlar la carbonizaci6n.
Viernes 08.00-
09.00
Horno
1 y
Horno
2
Cambiar y limpiar chimeneas.
09.00-
13.00
Horno
1
Cerrar el horno al completar la carbonizaciór
Preparar madera para futuras operaciones.
Horno
2
Cambiar y limpiar chimeneas a las 12.30.
13.00-
17.00
Preparar madera para futuras operaciones.
Horno
2
Cerrar el horno al completar la carbonización
8.11 Los más frecuentes defectos de funcionamiento
(a) Insuficiente encaje de los conductos de entrada/salida debajo del borde inferior de
la sección inferior del horno, durante el armado. La elevada temperatura, que se
produce en la extremidad interna del conducto de aire, produce graves daños a la
pared del horno, si no se mantiene la requerida distancia entre la zona caliente y la
pared del horno.
(b) Insuficiente flujo del gas a través del sistema, por no quitar los depósitos de
alquitrán de los conductos de salida y de las chimeneas, resultando bajas
temperaturas en el honro y períodos de carbonización más largos.
(c) Empleo de demasiado tiempo en el enfriado del horno, con la reducción de la
cantidad de operaciones posibles en la semana de trabajo.

46. (d) Hesitación en mudar los hornos más cerca de la madera disponible, con un
desperdicio de tiempo y de trabajo en el transporte de la madera hasta el horno.
(e) Insuficiente cantidad de madera disponible en el área vecina al horno para cargar
apenas termina la operación anterior.
(f) La práctica de permitir el desarrolla de grandes fuegos cerca de la superficie de la
pared del horno, durante la fase del encendido, lo que normalmente reduce el fluir del
aire debajo del horno e impide que el fuego se expanda rápidamente hacia el centro
de la carga. Puede también causar danos serios a la pared del horno. Todo lo que
normalmente reduce el fluir del aire debajo del horno e impide que el fuego se
expanda rápidamente hacia el centro de la carga. Puede también causar danos serios
a la pared del horno. Todo lo que normalmente se requiere, apenas se enciende
dentro del horno la yesca preparada, es un máximo flujo de aire.
(g) La práctica laboriosa y desperdiciadora de tiempo de embolsar a mano en lugar de
usar una pala y un tamiz. Tiempo excesivo en el descargue del horno produce
demoras en la carga y encendido de la siguiente operación.
8.12 Rendimientos del carbón vegetal
El peso del carbón que se produce en cada hornada en una carbonera metálica
transportable se relaciona con diferentes factores físicos. Los factores fundamentales
que contribuyen a obtener resultados máximos, son;
- elevada densidad de la madera
- bajo contenido de humedad en la madera
- condiciones secas de operación y un sitio bien drenado para el horno
- elevada densidad de empaque de la carga, gracias al tamaño y forma
regulares de la materia prima.
En la práctica, se ha hallado que, raramente pueden juntarse estas condiciones, y por
consecuencia los rendimientos y las eficiencias de conversión mencionadas, difieren
en manera considerable 7, 20 18, 31).
Los programas de entrenamiento por parte de TPI, en siete países, han dado un
rendimiento medio de carbón vegetal, incluyendo carbonilla fina, del 26% sobre la
base seca. El máximo peso de carbón vegetal obtenido en una sola hornada se
observó en Guyana, donde se produjeron 1.083 kg a partir de 3.852 kg (peso seco) de
tronquitos de tamano regular, de una latifoliada muy densa. El contenido de humedad
de la madera empleada era de aproximadamente el 25% (base húmeda), con lo que
se indica una eficiencia de conversión (sobre la base de peso seco) del 28,12%. Se
han obtenido mayores eficiencias de conversión en la región árida litoral del Ecuador,
donde se ha observado una recuperación del 31,40%.
En el otro extremo, la carga más liviana dé carbón vegetal obtenida de una sola
hornada ha sido en Sudán con residuos de costaneras de coníferas. Se produjeron
297 kg de carbón vegetal a partir de una cantidad estimada de madera de 1,568 kg
(peso seco), indicándose una eficiencia de conversión del 18,94%. El contenido de
humedad de las piezas de madera recién aserradas era de aproximadamente el 57%
(sobre base húmeda).
8.13 Vida útil de los hornos metálicos transportables

47. La durabilidad de los hornos depende en gran medida del cuidado y de la habilidad
ejercitados por los operadores. Si no son los propietarios quienes hacen funcionar los
hornos, sino obreros casuales, se reduce el incentivo para disminuir los daños de
funcionamiento. Los obreros no calificados pueden también reducir la vida útil de los
hornos.
La experiencia ha demostrado hasta ahora que, estos hornos pueden sobrevivir un
funcionamiento continuo durante un período de tres anos. Al final de este tiempo el
cilindro inferior necesitará generalmente ser reemplazado o reparaciones
fundamentales. La sección superior y la tapa no están expuestas a la misma cantidad
de tensiones por el calor como en el caso de la sección inferior. Siempre que se haya
tenido cuidado en el transporte y en el armado, debería esperarse un período de uso
más prolongado. En África Occidental, un horno de diseño TPI en continuo
funcionamiento, puso en evidencia al cabo de dos anos, sólo señales menores de
distorsión en la par-be más baja de la sección inferior. La sección superior y la tapa
habían quedado en condiciones de primera clase.
Los componentes del horno, que sufren más con el uso son los 8 conductos de
entrada/ salida. Las elevadas temperaturas que resultan en las extremidades más
internas del canal, distorsionan el metal en estas áreas localizadas. Los conductos
tiene que ser enderezados continuamente, y casi seguramente tendrán que ser
reemplazados al cabo de un período de tres años de uso continuo.
Acta Nova
versión On-line ISSN 1683-0789
RevActaNova. v.7 n.2 Cochabamba set. 2015
ARTÍCULO CIENTÍFICO
Diseño, Construcción y Evaluación de un Horno (MK3)
para la Cocción de Ladrillos Artesanales
Design, Construction and Evaluation of a furnace (MK3) for
firing craft bricks

48. Marcos Luján y Daniel Guzmán
Departamento de Ciencias Exactas e Ingeniería, Universidad Católica Boliviana San
Pablo, calle M. Márquez s/n esq. Parque J. Trigo, Tupuraya, Cochabamba
lujan@ucbcba.edu.bo
Recibido: 20 de julio 2015
Aceptado: 14 de septiembre 2015
Resumen: Los productores artesanales de ladrillo en Bolivia y en toda la región
sudamericana, representan un sector económico importante para la actividad de la
construcción e implica a una población importante dedicada a esta actividad.
Lamentablemente, los productores artesanales utilizan hornos tipo volcán para el
quemado de los ladrillos que son muy ineficientes energéticamente (consumen
entre 4 a 6 MJ/kg de ladrillo cocido y generan fuertes emisiones de contaminantes
atmosféricos, principalmente CO y material particulado. Estas emisiones afectan
seriamente la calidad del aire en las zonas peri-urbanas en las que se instala
regularmente esta actividad. Como respuesta a esta problemática se desarrolló,
construyó y evaluó un horno, tipo MK, que utiliza gas natural como único
combustible y funciona con tres módulos de cocción. Estos módulos se alternan
para funcionar sucesivamente como: horno de quema, horno de
filtración/recuperación y horno de carga descarga. En la operación de quema, se
utiliza un sistema de tiro invertido controlado por un ventilador, los gases calientes
del horno de quema pasan a través del horno de recuperación de manera a
recuperar parte de la energía térmica y filtrar las emisiones contaminantes. De esta
manera se reduce el consumo de energía en un 48% y se logra también una fuerte
reducción de las emisiones de contaminantes, sobre todo en cuanto a CO y material
particulado. La principal desventaja del horno desarrollado es la dificultad en lograr
una elevada proporción de ladrillos de primera, esto por una mala distribución
vertical de la temperatura al interior del horno. Este nuevo horno se denominó MK3
por los tres módulos de quema con los que opera.
Palabras clave: Horno artesanal de ladrillo, contaminación atmosférica, factores
de emisión, MK3.
Abstract: Artisanal brick producers in Bolivia and throughout the South American
region, represent an important economic sector for construction activity and
involves a significant population engaged in this activity. Unfortunately, artisanal
producers use kilns for burning bricks that are very inefficient (consume 4 to 6 MJ /
kg of fired brick) and generate strong emissions of air pollutants, mainly CO and
particulate matter. These emissions affect seriously air quality in peri-urban areas
where this activity is regularly installed. In response to this problem we developed,
built and tested a kiln, MK type, which uses natural gas as the only fuel and works
with three modules. These modules are alternated to run on as: burning furnace,

49. furnace filtration / recovery and furnace loading and unloading in the burning
operation, a system downdraft controlled by a fan is used, the hot gases from
burning furnace pass through the recovery furnac e so as to recover some of the
heat energy and filter emissions. In this way the energy consumption is reduced by
48% and a significant reduction in pollutant emissions is also achieved, especially in
terms of CO and particulate matter. The main disadvantage of the developed
furnace is the difficulty in achieving a high proportion of high quality bricks, due to
poor vertical distribution of temperature inside the oven. This new furnace was
called MK3 because of the three modules with which it operates.
Keywords: artisan brick kiln, air pollution, emission factors, MK3.
1. Introducción
La producción de ladrillo artesanal es una actividad económica que involucra a más
de 2.300 productores en toda Bolivia. Este sector produce diferentes tipos de
productos de cerámica roja, pero el principal producto son los ladrillos tipo gambote
(macizo), en diferentes dimensiones. Se estima que se tiene una producción anual
de unos 11,8 106 millares de ladrillos, lo representa un valor de mercado de unos
830 millones de US$ por año [13]. De acuerdo a estudios realizados por el proyecto
EELA (Eficiencia Energética en Ladrilleras Artesanales), existen en Bolivia unos
2.527 hornos de producción de ladrillos artesanales [13]. No cabe duda de que esta
actividad productiva es una actividad económica importante y contribuye
significativamente a la oferta de insumos para la construcción en todo el país.
El proceso de producción artesanal es relativamente sencillo, con muy bajo nivel de
mecanización, e involucra un uso intensivo de mano de obra. La etapa de formación
de los ladrillos verdes se hace esencialmente a mano y el proceso de secado es por
simple exposición al sol, a campo abierto. La etapa clave del proceso es la quema
de los ladrillos, que se realiza en hornos tipo volcán o colmena, este tipo de hornos
requieren muy poca inversión para su construcción; el combustible utilizado para la
quema en estos hornos depende mucho de los combustibles disponibles en cada
región; en ciertas zonas se utiliza leña y carbón y, cuando existe gas natural, es
éste combustible que se utiliza en mayor proporción.
Los hornos volcán tienen interesantes ventajas para el productor artesanal, la
principal es su bajo costo de construcción; un horno de una capacidad de 80 a 100
millares llega a costar entre 1.500 y 2.000 US$, se construyen de adobe, en forma
de base rectangular y las dimensiones habituales son 6 x 7 x 4,5 m (ver Figura 1:).
En contrapartida a esta baja inversión, las principales falencias de este tipo de
horno son sus elevadas emisiones de contaminantes, principalmente material
particulado (MP) y monóxido de carbono (CO) y su elevado consumo de energía; el
consumo específico de estos hornos es de unos 4 a 6 MJ/kg de ladrillo cocido. La
baja eficiencia de estos hornos implica fuertes emisiones de Gases a Efecto
Invernadero (GEI), sobre todo en forma de CO2.

50. En la mayoría de los centros urbanos de Bolivia, los ladrilleros artesanales se
instalan en la periferia de las ciudades, en zonas en que disponen de materia
prima, esencialmente arcilla, y combustibles para la producción. En el caso de la
ciudad de Cochabamba, Bolivia, los ladrilleros artesanales se encuentran en la zona
sur de la ciudad, en una zona vecina al aeropuerto de la ciudad. Las fuertes
emisiones de contaminantes, afectan seriamente la calidad del aire de los centros
urbanos en los que se encuentran [5] [7]. De acuerdo a un inventario de emisiones
realizado para el año 2008 en la ciudad de Cochabamba (Municipio del Cercado),
las ladrilleras artesanales son una de las principales fuentes fijas de emisión de
contaminantes [10]. A causa de estas emisiones, el del aire en la zona en la que se
encuentran los productores artesanales y los alrededores, tiene niveles de
contaminación mucho mayores que en otras zonas de la ciudad, la concentración de
PM10 es entre 3 a 5 veces más elevada que en las zonas de la ciudad que no están
afectadas por estas emisiones [2]. Esto redunda en una mayor incidencia de
enfermedades asociadas a la contaminación atmosférica en las zonas afectadas por
las inmisiones generadas por los hornos de ladrillo, es lo que sucede por ejemplo en
la zona sur de la ciudad de Cochabamba, donde están instalados la mayoría de los
hornos artesanales de ladrillo [2] [8]. Estos niveles elevados de contaminación
ponen en serio riesgo la salud de la población que habita las zonas vecinas a los
centros de producción e incide significativamente en la incidencia de enfermedades
respiratorias e incluso los índices de mortalidad de la población afectada [11] [12].
El impacto ambiental generado por las ladrilleras provoca una importante presión
por parte de las autoridades municipales y de la población en general sobre los
productores artesanales para que se reduzcan estas emisiones o se trasladen a otro
sector. Lamentablemente, esta actividad ya se ha ganado la fama de ser una
industria "sucia" por lo que resulta difícil encontrar otro sector o municipio en el que
sea aceptada por la población local a las autoridades competentes.

51. Además de sus impactos negativos sobre la calidad del aire, la industria ladrillera
artesanal es un fuerte contribuidor a las emisiones de gases a efecto invernadero.
En el municipio del Cercado de Cochabamba, las ladrilleras representan un 16,1%
de las emisiones de gases de efecto invernadero de este municipio, equivalentes a
123.130 Mg/año. Con hornos más eficientes, estas emisiones se podrían reducir
significativamente, hasta en un 50% [10].
Esta situación genera la necesidad de encontrar una alternativa tecnológica que
permita reducir el impacto ambiental de los hornos artesanales, para mejorar la
eficiencia y calidad de sus productos y para hacerla sostenible, económica,
ambiental y socialmente. Es con este propósito que se desarrolló un nuevo tipo de
horno artesanal que podría ser una buena alternativa tecnológica para el proceso
de quema de los ladrillos artesanales. En el presente artículo se presenta el diseño
y evaluación de este nuevo horno, denominado MK3, por haber sido desarrollado
sobre la base del horno MK desarrollado por Dr. Robert Márquez [1].
2. Estrategia de diseño de un nuevo tipo de horno para
ladrillos artesanales
El horno tipo volcán está muy difundido entre ladrilleros artesanales en Bolivia y en
otros países latinoamericanos por su facilidad de construcción y operación. Para el
productor ladrillero estas ventajas son prioritarias, dejando de lado el problema de
las emisiones contaminantes y la ineficiencia del horno, mientras la actividad sea
económicamente rentable.
Como el objetivo es encontrar una alternativa a este horno, vimos necesario hacer
un análisis de las principales ventajas que tiene este horno para los ladrilleros
artesanales y el modo de producción que utilizan. A partir de este análisis
podremos generar una alternativa que brinde, en lo posible, las mismas ventajas
pero, al mismo tiempo, permita reducir los impactos ambientales negativos y el
consumo de energía.
Los hornos tipo volcán utilizados por los ladrilleros artesanales de la zona de
Champa Rancho se construyen de adobe. Los hornos tienen una base rectangular
de dimensiones variables (habitualmente 6x7 m), según la capacidad, y una altura
de unos 4,5 m. Se construyen hornos con capacidades de entre 80.000 y 120.000
piezas por hornada. El sistema de quema es de tiro natural, los hornos cuentan con
troneras en la parte inferior mediante aperturas que se hacen en paredes opuestas,
cada horno cuenta con 8 a 10 troneras, según el tamaño del horno. Como
combustible se utiliza esencialmente gas natural, para lo cual se emplean
quemadores artesanales con pitones de 4 mm de diámetro y una potencia de 0,3
106 BTU/h a una presión de trabajo del gas natural de 37 PSI. Además de gas
natural, se emplea leña o madera durante la quema, para mejorar la distribución de
calor en la parte central del horno y también se añaden capas de carbón vegetal en
la parte superior del horno, para mejorar el aporte de calor en esta parte del horno
y lograr una quema más homogénea. El proceso de quema toma entre 75 a 85 h,
dependiendo de la calidad del ladrillo verde y de las condiciones ambientales. Luego
de la quema, el horno se deja enfriar entre 10 a 14 días antes de abrirlo y
descargarlo. En general todo el proceso de quema: carga, quema, enfriado y
descarga del horno toma entre 25 a 30 días. De este modo, cada horno permite
realizar entre 12 a 15 quemas al año, lo que representa un producción anual de
entre 1.100 a 1.350 millares de ladrillos al año por cada horno.

52. En consultas con los productores artesanales y también con el personal que trabaja
como hornero, pudimos concluir que las principales ventajas de los hornos volcán
para los ladrilleros artesanales son las siguientes:
• La construcción del horno requiere de muy poca inversión. Un horno de una
capacidad de 80.000 a 100.000 pzas requiere para su construcción de entre 1.700
a 2.000 US$, incluyendo los quemadores e instalaciones de gas (excepto el puente
de gas).
• Conocen muy bien el manejo de este horno y disponen de horneros con
experiencia para operar estos hornos. Esto conocimiento se ha desarrollado luego
de décadas de práctica y esto genera mucha confianza en esta tecnología.
• El sistema de producción por lotes que se aplica a este tipo de hornos les
permite tener cierta flexibilidad en cuanto a la gestión de la producción. Pueden
reducir o aumentar el ritmo de producción de una manera relativamente flexible.
Las principales desventajas de estos hornos serían:
• El consumo de energía y por ende de combustible es elevado debido a la baja
eficiencia de estos hornos. Esto incrementa sensiblemente el costo de producción.
• Las emisiones de contaminantes atmosféricos son elevadas y generan
molestias y afecciones a la salud en la población vecina a la zona de producción. Es
cada vez mayor la población afectada por esta actividad que se queja por esta
situación.
• La baja eficiencia de los hornos tiene también como consecuencia elevadas
emisiones de gases a efecto invernadero (GEI), aunque no es un aspecto que
preocupe especialmente a los productores.
• La operación del horno implica importantes riesgos para la seguridad y salud
ocupacional de los horneros pues están expuestos a las emisiones de gases tóxicos,
debido al modo de operación, y, riesgos de quemaduras, incendios y explosiones,
debido a una deficiente instalación de los sistemas de gas.
Después de analizar éstos y otros elementos de los hornos volcán, se realizó una
investigación sobre las alternativas tecnológicas que podrían reemplazar estos
hornos. Después de analizar varias opciones, se optó por utilizar como base el
horno diseñado por Dr. Robert Márquez [9], con varias modificaciones al sistema de
quema y a la construcción del horno para poder utilizar con mayor ventaja el gas
natural que está disponible en la zona de Champa Rancho y en varias regiones del
país y también para facilitar la operación y la seguridad del horno.
3. El horno MK y diseño del horno MK3
El horno MK (de Márquez Kiln) fue diseñado por el Dr. Robert Márquez como parte
de un proyecto para reducir las emisiones de las ladrilleras artesanales en Ciudad
Juárez, Chihuahua, en el norte de México, que afectaban la calidad del aire en la
región poniendo en riesgo la salud de la población y de los propios trabajadores. El
sistema consta de dos hornos cilindricos que terminan en una bóveda superior que
permite confinar los gases emitidos por el horno [9].

53. Durante la quema, un horno opera como horno de quema y el segundo horno sirve
como sistema de filtración de la contaminación, pues los gases de combustión
generados en el horno de quema son conducidos por un sistema de ductos hacia el
segundo horno para este propósito. El horno de quema es alimentado con
combustible sólido en la parte baja del horno, un sistema de distribución facilita la
distribución de los gases calientes y transferencia del calor a la carga de ladrillos, a
medida que los gases calientes ascienden al interior del horno por tiraje natural. En
la parte superior del horno, la bóveda permite confinar los gases y un sistema de
ductos los conduce a la parte baja del horno de filtración que también se encuentra
cargado con ladrillos verdes. Los gases atraviesan la carga del segundo horno y, en
este proceso, transfieren parte del calor que arrastran a la carga del segundo
horno. En este proceso se produce también un efecto de filtración del material
particulado presente en los gases por simple adsorción sobre la carga de ladrillos
verdes del horno de filtración. Al final de la quema, se descarga el horno de quema
y se carga con ladrillos verdes y el ciclo continúa con el horno de filtración ahora
como horno de quema y el horno que operó como horno de quema, funciona como
horno de filtración. Con este diseño se han logrado importantes reducciones de las
emisiones contaminantes de hasta un 90% y la reducción del consumo de energía
en un 50%; también se logra reducir el tiempo de cocción de los ladrillos [1][9].
Dadas las características del horno MK se consideró que un horno de este tipo sería
una buena alternativa para los ladrilleros artesanales de la zona de Champa
Rancho, en Cochabamba. Sin embargo, se consideró necesario realizar algunos
cambios para mejorar su rendimiento, aprovechar el gas natural como combustible,
y adaptarlo mejor a las necesidades y a las prácticas de producción de los
ladrilleros locales. Con este propósito se introdujeron las siguientes modificaciones
al horno MK original.

54. • Se cambió el sistema de quema de tiro natural a un sistema de gradiente
invertido (ver Figura 3:). Esto implica introducir la llama, mediante un quemador en
la parte superior del horno de quema de manera que los gases calientes
descenderán al interior del horno de quema para transferir la energía térmica a los
ladrillos verdes. Esto facilitaría la distribución horizontal del calor, la distribución
vertical se la aseguraría con un sistema de ventilación forzada. Esta disposición del
sistema de quema también simplifica la construcción del horno pues no es
necesario un sistema de distribución horizontal de los gases calientes.
• Se construyó un tercer horno que funcione como horno de carga/descarga,
mientras los otros dos hornos funcionan, uno como horno de quema, y el otro como
horno de recuperación/filtración. De esta manera, la operación de los hornos sería
semi-continua y permitiría aprovechar de manera más eficiente el calor recuperado
en el horno de recuperación/filtración, pues este horno puede funcionar como horno
de quema inmediatamente después de haber concluido una quema. Para
diferenciarlo del horno tradicional MK, denominaremos esta versión como horno
MK3 a lo largo de este artículo. En el caso del MK, no existe este tercer horno y
esto provoca que se pierda el calor recuperado en el horno de recuperación.
• Modificar el sistema de flujo y control de flujo de gases. Los tres hornos están
conectados por un ducto subterráneo en la parte inferior y, en la parte superior de
cada horno, existe un ducto que se conecta a una chimenea única que sirve para la
evacuación de los gases de combustión. En la chimenea se encuentra instalado un
ventilador que cuenta con un variador de frecuencia para controlar el flujo de la
ventilación.
• Los hornos se construyeron enteramente en adobe, incluida la c úpula. Los
adobes de la cúpula fueron fabricados con una mezcla de arcilla/limo,
especialmente desarrollada para mejorar el aislamiento térmico y la resistencia al

55. calor. El adobe tiene una conductividad térmica que es aproximadamente la mitad
de la conductividad térmica del ladrillo. Esto permite reducir las pérdidas de calor al
entorno. El espesor de la pared de adobe es de 38 cm en las paredes verticales y
de 20 cm en la cúpula.
El horno fue construido inicialmente con tres chimeneas, una para cada unidad,
esto con la intención de realizar la quema sin circulación forzada de aire, sin
embargo, después de varios ensayos, se estableció que no se podía controlar bien
el flujo de aire a través del horno por simple convección natural. Para mejorar el
control del flujo de aire, se modificó la construcción del horno introduciendo una
sola chimenea central conectada a las tres unidades. En esta chimenea se instaló
un ventilador centrífugo de 3.500 m3/h de capacidad, con un sistema de control de
velocidad mediante un variador de frecuencia. Esto permitió un mejor control del
flujo de aire durante la quema para controlar mejor el proceso de quema.
Las características específicas del horno MK3 son las siguientes:
Capacidad de cada horno: hasta 12.000 pzas de ladrillo tipo muro 18 por carga,
haciendo un total de 36.000 pzas para los 3 hornos. El volumen interno disponible
para la carga es de 15,9 m3.
El espesor de las paredes verticales es de 40 cm y fueron construidas en adobe, la
cúpula del horno tiene un espesor de 20 cm construidas con una adobe
especialmente fabricado para este propósito. En la parte superior de los
muros verticales se construyó una viga de encadenado en hormigón armado de 15
cm de ancho por 20 cm de alto para darle rigidez a la estructura y soportar mejor
la cúpula.

56. El sistema de quema cuenta con dos quemadores atmosféricos de gas natural con
una potencia aproximada de 0,3 millones de BTU/h cada uno. Los quemadores
fueron diseñados y fabricados localmente para mejorar la combustión del gas
natural y reducir la formación de CO en el proceso de combustión. Los quemadores
se colocaron en la parte superior del horno, donde la llama ingresa al horno a
través de troneras de 6'' de diámetro.
Los tres hornos están conectados por ductos que tienen una sección de 0,32 m2. La
misma sección se tiene en la chimenea central en la que se instaló un ventilador
con una capacidad de 3.600 m3/h, dotado de un motor trifásico de 1,5 kW.

57. 4. Metodología

58. Para evaluar el desempeño del horno MK3 en relación a los hornos tipo volcán que
son los tradicionalmente utilizados por los productores artesanales de ladrillo, se
realizaron mediciones de consumo de energía, emisiones contaminantes, emisiones
de gases de efecto invernadero y calidad de producto en varias rondas de quemado
con dos hornos volcán y con el horno MK3.
Para medir el consumo de energía se midió la cantidad utilizada de todos los
combustible que se utilizan en el proceso de quema: gas natural (se midió
directamente a través del medidor de gas), carbón (se pesaron las bolsas de carbón
empleadas), madera (se pesó la cantidad de madera utilizada durante la quema) y
aserrín (que se incorpora en los propios ladrillos con una dosificación conocida). A
partir del consumo de cada combustible y del poder calorífico de los mismos se
calculó la energía requerida en cada ronda de quemado. El valor de los poderes
caloríficos utilizados para cada combustible se encuentra en la siguiente tabla.
Para medir las emisiones de contaminantes se midió el flujo de gases en la
chimenea de los hornos y la concentración de contaminantes (CO, NOX y material
particulado), con un equipo Testo 340; las emisiones de material particulado
filtrable (MPF) se midieron con un sistema de muestreo isocinético, por las
dificultades en la operación de este sistema, sólo se pudieron medir las emisiones
del horno MK3. Estas mediciones se hicieron cada 2 a 3 h durante todo el proceso
de quema de los hornos. En el caso de los hornos volcán, donde no se puede medir
el flujo de gases de la chimenea directamente, se hizo una estimación en base al
flujo de combustible y el exceso de oxígeno en la chimenea del horno, con esta
información se estimó la relación aire/combustible de la quema y, tomando el flujo
de combustible del medidor de gas, se pudo estimar el flujo de gases en la
chimenea.
La distribución y destino de la energía utilizada en el proceso de quema se estimó
sobre la base de balances de energía. Para ello se tomaron datos de temperatura
en diferentes puntos del horno (3 puntos en el cuerpo del horno: uno en la parte
superior, otro en la parte media y otro en la parte inferior; un punto en la parte
baja de horno de recuperación; y un punto en la chimenea) y se midió el flujo de
gases en la chimenea durante el proceso de quema. Para determinar la distribución
de la energía térmica se consideraron los siguientes destinos de la energía térmica:
el calor requerido por la carga del horno, el calor perdido asociado a los gases
calientes que emite la chimenea, el calor requerido por la carga térmica del propio
horno y las pérdidas de calor por conducción y radiación hacia el entorno. Las
ecuaciones que se utilizaron para estos cálculos son las siguientes:
Para el calor utilizado por la carga de ladrillos verdes:

59. Para el calor utilizado para calentar la masa térmica del propio horno
En las ecuaciones 1 y 2, Mcarga es la masa de ladrillos verdes que se cargan al
horno, Mhomo es la masa del horno mismo (paredes y cúpula), cp es la capacidad
térmica de la arcilla promedio entre 20 y 1000°C, se tomó un valor de 1.080
kJ/(kg°C) para este valor. Las temperaturas Tf,c y Tf,p se refieren a las temperaturas
promedio finales que alcanzan la carga de ladrillos y las paredes del horno,
respectivamente; Ti es la temperatura inicial del sistema.
Para el calor disipado a la atmósfera por los gases calientes que salen por chimenea
se utilizó la siguiente ecuación.
Donde mch es el flujo másico de gases en la chimenea, cp,g es la capacidad térmica
específica promedio de los gases en la chimenea, Tch la temperatura en la chimenea
y To la temperatura ambiente.
Para las pérdidas por conducción hacia el ambiente se utilizó:
Donde A es el área de transferencia de calor, U es un coeficiente global de
transferencia de calor a través de las paredes del horno, Th y To son las
temperatura al interior y al exterior del horno, respectivamente.
Durante el proceso de quema en el horno MK se controló, por una parte, la potencia
de los quemadores y, por otra, el flujo de aire que ingresaba al horno y los
quemadores. La potencia de los quemadores se controló con la llave de paso de gas
de los propios quemadores y, simplemente, observando el tamaño de la llama. El
ingreso de aire se controló mediante un ventilador centrífugo accionado por un
motor eléctrico dotado de un controlador de velocidad (variador de frecuencia). Al
inicio de la quema en el horno MK los quemadores a un 30% se mantuvieron de la
potencia máxima, durante unas 2 h y luego se subió gradualmente la potencia
hasta llegar a un 100% en unas 5 a 6 h. Cuando la temperatura en la parte
superior del horno alcanza los 1.000 a 1.050 °C, se reduce gradualmente la
potencia de los quemadores de manera a mantener esta temperatura y no
sobrepasar los 1.050°C.
La calidad de los ladrillos producidos se evaluó según los criterios que utilizan por
propios productores en las siguientes calidades: primera, puca-primera, segunda y
quemados. La cantidad de cada tipo de estos ladrillos se la determinó clasificando el
resultado de la quema en estos tipos de ladrillo.
En este trabajo se reportan los resultados de 4 ensayos de quema, dos en los
hornos volcán (HV1 y HV2) y dos en los hornos MK3 (MK1 y MK2). Además de

60. estos ensayos se realizaron otros en los que se obtuvieron resultados similares que
no se reportan en este artículo. El ensayo denominado HV2 se realizó en un horno
volcán dotado de sopladores de aire que inyectaban aire a la entrada de los
quemadores, aumentando de esta manera la relación aire/combustible. La intención
de los sopladores de aire es mejorar la quema y reducir el consumo de combustible
y las emisiones contaminantes en los hornos volcán.
5. Resultados
5.1 Consumo de energía el horno volcán y el MK3
En la Tabla 2: se tiene el detalle de las cargas empleadas en cada ensayo de los
hornos, el tiempo de cocción, el volumen del horno y el número de
quemadores empleados en cada caso. El proceso de quema se desarrolla hasta que
la temperatura al interior del horno alcanza en promedio unos 900°C.
En la Tabla 3: se detalla el consumos de combustibles medido en cada ensayo de
quema: el consumo de gas natural se lo determinó mediante el medidor de gas, el
aserrín es el que está contenido en los ladrillos verdes, el carbón instalado junto
con la carga se pesó en cada caso y la leña se la añade al horno durante el proceso
de quema de los hornos volcán. En el caso del horno MK no se utiliza ni carbón ni
leña durante el proceso de quema.

61. A partir de los consumos de cada tipo de combustible y el poder calorífico de cada
uno de ellos se calculó el consumo específico en cada ensayo de quema como la
relación entre la energía consumida por unidad de masa de ladrillo verde quemado.
El detalle de los consumos específicos de combustible se tiene en la Tabla 4:.
Como se puede apreciar en la Tabla 4: el consumo específico de energía en los
hornos volcán (HV1 y HV2) son algo mayores a los 5 MJ/kg. En el caso del horno
MK, el consumo específico está entre 2,5 y 2,8 MJ/kg, es decir un 48% menos que
en los hornos volcán. También podemos apreciar que la principal fuente de energía
térmica en el proceso de quema es el gas natural, con alrededor del 93% del
aporte requerido para el proceso de quema. En el caso de los hornos volcán, el
carbón y el aserrín contribuyen con un 2% y 4% respectivamente, la leña o madera
utilizada contribuye con una fracción menor al 1%, en cuanto a energía térmica se
refiere.
En las siguientes gráficas se muestra la evolución de la temperatura al interior del
horno de quema en los diferentes ensayos realizados. En la Figura 6: se puede
apreciar la evolución de la temperatura media en el horno volcán (durante el
ensayo HV2), podemos ver en esta gráfica que el aumento de la temperatura se
produce a un ritmo promedio de unos 9,4 °C/h, con variaciones debidas a los
cambios en la potencia de los quemadores y el aumento del tiraje al interior de
horno que hace variar el flujo de entrada de aire, hasta llegar por encima de los
900°C. Los horneros que habitualmente controlan el proceso de quema tienen la
práctica de iniciar la quema con los quemadores a un 30% de la potencia y las
entradas de aire casi completamente cerradas; poco a poco, a medida que el horno
calienta, van aumentando la potencia de los quemadores y abriendo las entradas
de aire. Hacia el final del proceso de quema, vuelven a bajar la potencia de los
quemadores y a cerrar las entradas de aire.

62. En la Figura 7: apreciamos la evolución de la temperatura en el horno MK3 durante
el segundo ensayo de quema, cabe señalar que la evolución de las temperaturas
que se muestra en estas gráficas es muy similar al obtenido en otros ensayos de
quema realizados en el mismo horno. La temperatura en la parte superior del horno
sube rápidamente hasta alcanzar los 1.000°C en unas 6 h del inicio de la quema;
en la parte media se llega a una temperatura máxima de unos 900°C a las 30 h
aproximadamente y, en la parte inferior, la temperatura sube lentamente hasta
alcanzar unos 760 °C. En la parte inferior, la temperatura ya no aumenta más
debido a que se producen filtraciones de aire frío desde el exterior hacia el interior
del horno y esto hace imposible llegar a temperaturas por encima de los 800°C.
Esta situación provoca que los ladrillos en la parte inferior del horno no lleguen a
cocer bien y queden en gran parte como ladrillos de segunda o ladrillos mal
cocidos.

63. Para tener un mejor detalle del destino de la energía térmica consumida en cada
proceso de quema, se realizaron balances de energía para estimar cómo se
distribuye la energía consumida en este proceso. La Tabla 5: detalla el consumo
específico de energía en cada uno de los destinos considerados. En el caso del
horno volcán se puede apreciar que entre un 15 a 23% de la energía se traduce en
calentar la carga de ladrillos en el horno. El resto de la energía se pierde en forma
de: calor perdido por flujo de gases calientes en la chimenea (65 a 77%), calor
perdido para calentar la masa térmica del propio horno (7 a 10%) y calor perdido
por conducción al ambiente (1,2 a 2,7%). Es decir que el rendimiento térmico
promedio del horno volcán es de un 22,5%. En el caso del horno MK3, las
estimaciones realizadas muestran que un 36 a 40% de la energía térmica va a
calentar la carga de ladrillos, un 21% a la masa térmica del propio horno un 10%
se pierde como gases calientes emanados por la chimenea, otro 10% se pierde con
conducción térmica hacia el ambiente, y un 20% se llega a recuperar en el horno
de recuperación, que luego funciona como horno de quema. Estos resultados
muestran que el horno MK3 tiene un rendimiento térmico muy superior (alrededor
del 40%) a los actuales hornos volcán, siendo su principal defecto las bajas
temperaturas en la parte inferior del horno.

64. En la Figura 8: podemos apreciar mejor las causas de las pérdidas de energía
durante el proceso de quema. En el caso de los hornos volcán (EHV1 y EHV2),
vemos que la mayor pérdida de energía se debe al calor disipado al ambiente junto
con los gases calientes que salen por la chimenea, sobre todo en el segundo ensayo
en el que se utilizó un ventilador para aumentar el flujo de aire de entrada; en
segundo lugar se tiene el calor perdido por la masa térmica del propio horno y en
una pequeña proporción de tienen pérdidas por conducción del interior hacia el
exterior del horno. En términos de consumos específicos de energía vemos que
cuando se utiliza el ventilador, el consumo en el horno volcán es ligeramente
superior que cuando no se utiliza el ventilador. La causa más probable es que, al
aumentar el flujo de aire durante la quema, el flujo de gases de combustión es
también mayor y esto provoca mayores pérdidas en la chimenea (ver ec. 3).
En el caso del horno MK3, la principal pérdida se debe al calor requerido para
calentar la masa térmica del propio horno, luego se tiene la pérdida por los gases
calientes que salen por la chimenea y, por conducción hacia el entorno. Cabe

65. resaltar que buena parte del calor se recupera en el horno de recuperación y sirve
para eliminar humedad y precalentar los ladrillos para la siguiente quema.
En la Figura 9: podemos apreciar los consumos específicos calculados con base en
los consumos de combustible. Los consumos específicos, estimados con base en los
balances de energía, son muy similares a los consumos específicos calculados con
base en los consumos de combustible; esto confirma que los balances de energía
nos brindan una buena herramienta para estimar cómo se distribuye el consumo de
energía, tal como se lo detalla en la Tabla 5:
En un intento por resolver el problema de la baja temperatura en la parte inferior
del horno, se realizó una quema colocando carbón en la parte inferior de la carga
de ladrillos del horno MK3. Se colocaron unos 80 kg de carbón en la parte inferior
de la carga de ladrillos en un espesor de unos 80 cm, distribuido en capas, de la
misma forma que usualmente colocan los ladrilleros en la carga de los hornos
volcán. Los resultados de la variación de la temperatura al interior del horno MK3
se muestran en la Figura 10:, se puede apreciar que la temperatura del horno en la
parte baja supera los 900°C, después de unas 36 h de cocción. Esto muestra que el
problema de las bajas temperaturas en el horno se podría resolver con una
pequeña carga de carbón en la parte baja de la carga de ladrillos. Sin embargo, la
adición de este carbón incide en mayores emisiones de CO durante el proceso de
quema y puede entorpecer la recuperación de calor que se pretende lograr en el
horno de recuperación, pues el carbón que se instala en base del horno puede
inflamarse antes de que se llegue a quemar el ladrillo en el horno de quema. En
esta figura se muestra también la temperatura de los gases en la chimenea (T ch) ,
se puede apreciar que esta temperatura no supera los 200°C a lo largo de todo el
proceso de quema.

66. 5.2 Emisiones atmosféricas de los hornos volcán y MK3
En las Figura 11: y Figura 12: se puede apreciar los resultados de la medición de
emisiones de monóxido de carbono (CO) y de óxidos de nitrógeno (NOX) en los
hornos tipo volcán. Podemos apreciar que las emisiones de CO varían a lo largo del
proceso de quema y tienen picos que están relacionados con aumentos de la
potencia de los quemadores y con la quema progresiva del carbón que está
instalado en los hornos. El carbón se lo añade en capas, de modo que cuando una
capa de carbón empieza a quemarse, se produce un aumento de las emisiones de
CO, cuando el carbón de esa capa se termina de quemar, las emisiones de CO se
reducen hasta que se alcanza la siguiente capa de carbón. Hacia el final de la
quema, cuando ya todo el carbón se quemó, las emisiones bajan y se reducen a
casi nada cuando se reduce la potencia de quemadores a gas natural, hacia el final
de la quema.

67. Las emisiones de NOX muestran también variaciones a lo largo del proceso de
quema, aunque no son tan grandes como en el caso del CO. Se percibe una
tendencia a aumentar las emisiones de NOX a medida que aumenta la temperatura
del horno y se aproxima el final del proceso de quema. Las emisiones se reducen
hacia el final del proceso de quema cuando se reduce la potencia de los
quemadores y el horno empieza a enfriarse.

68. En las Figura 13: y Figura 14: apreciamos las emisiones CO y NOX del horno MK3.
Las emisiones de CO son variables y se puede observar que se producen sobre todo
en la primera etapa del proceso de quema, presumiblemente mientras se quema el
aserrín contenido en los ladrillos verdes. Las emisiones de CO disminuyen
rápidamente cuando se agota completamente el aserrín que se encuentra al interior
de los ladrillos verdes y, más todavía, cuando se disminuye la potencia de los
quemadores hacia el final del proceso de quema.

69. En el caso de las emisiones de NOX, se observa que éstas aumentan a medida que
aumenta la temperatura dentro del horno. Hacia el final de la quema se observa el
mayor flujo de emisiones de este contaminante, esto debido a que este
contaminante se forma por combinación directa entre el oxígeno y el nitrógeno del
aire y la cinética de este proceso en más rápida a mayor temperatura [3].
En la Tabla 6: observamos las concentraciones promedio de CO y NOX durante el
proceso de quema, estas concentraciones promedio se calcularon tomando en
cuenta las mediciones que se hicieron a lo largo del proceso de quema. Podemos
apreciar que las concentraciones promedio de CO en las emisiones del horno volcán
(HV1 y HV2) son más elevadas que en el caso de las emisiones del horno MK, sin
embargo ambos hornos tienen concentraciones de CO en los gases emitidos que
sobrepasan los límites establecidos en la normativa del RASIM y la Ley del Medio
Ambiente [6]. En el caso de los NOX, la concentración promedio no sobrepasa el
límite establecido por el RASIM, aunque, durante el proceso de quema se producen
algunos picos de concentración que podrían estar por encima de este límite. La
concentración de material particulado filtrable (MPF) se pudo establecer sólo en el
ensayo realizado con el MK3 (MK2) y se obtuvo una concentración de unos 126,4
mg/m3N. Por simple observación visual se pudo apreciar que las emisiones de
material particulado son mucho menores que las emisiones de los hornos volcán,
lamentablemente no fue posible medir la emisiones de material particulado de los
hornos volcán para comparar las emisiones cuantitativamente.

70. En la Tabla 7: tenemos el detalle de los factores de emisión que se calcularon a
partir de las mediciones de emisiones de contaminantes (para CO y NOX) y a partir
de balances de masa para los gases de efecto invernadero (CO2). Estos factores de
emisión son mayores que los factores de emisión para hornos industriales de
ladrillo que se pueden encontrar en la base de datos AP-42 publicada por la EPA
[4]. Podemos apreciar en esta tabla que las emisiones de CO2 se reducen en un
69,7% en promedio, por tonelada de ladrillo quemado, cuando se utiliza el MK3
para quemar los ladrillos. Esta fuerte reducción de emisiones de CO2 se debe a que
se utiliza menos gas natural para la quema y no se emplea carbón ni leña durante
la cocción.

71. En cuanto a las emisiones de contaminantes, el uso de ventilador en el horno
volcán, reduce en un 27% las emisiones de CO, debido eventualmente al aumento
del oxígeno disponible para la combustión y en un 69% las emisiones de NOX,
debido a una pequeña reducción en la temperatura interna del horno. Las
emisiones de CO cuando se quema en el MK3 se reducen en un 72,5% en promedio
en relación a las emisiones de los hornos volcán, debido a que se elimina el uso de
carbón y leña en el proceso de cocción y la mejora en la combustión que se
produce en los quemadores. En los hornos volcán, el carbón que se instala en
la carga de ladrillos y el aserrín utilizado en el formado de los ladrillos, se quema
con carencia de oxígeno debido a que recibe los gases producto de la combustión
del gas natural en los quemadores, en los cuales gran parte del oxígeno ya se ha
consumido por la combustión previa del gas natural en los quemadores. El carbón
recibe gases calientes carentes de oxígeno y esto provoca que se forme CO en
cantidades elevadas; para reducir la formación de CO en los hornos volcán habría
que eliminar el carbón que se pone junto con la carga y el aserrín que se utiliza en
el formado de los ladrillos verdes.
En cuanto a las emisiones de NOX, se pudo verificar que éstas dependen más de la
temperatura de trabajo del horno, a mayor temperatura, mayores emisiones de
NOx. Sin embargo, se puede también apreciar una reducción de un 55% en la
emisiones de este contaminante en el horno MK3, debido a que se tienen
temperaturas menores durante la cocción; puede que esta reducción no sea tan
significativa cuando se logren temperaturas más elevadas en el MK3, algo que se

72. requiere para mejorar la calidad de los ladrillos que se obtienen en el proceso de
quema.
5.3 Evaluación de la calidad de los ladrillos producidos y los costos de
producción
Para evaluar la calidad se utilizó el sistema de clasificación que los mismos
ladrilleros artesanales emplean regularmente. En orden decreciente de calidad se
tiene: primera, puca-primera, segunda y desperdicios. Los ladrillos de primera son
los que tienen mejor precio y generan más ingresos, por ello se busca tener la
mayor proporción de ladrillos de esta calidad. En la Figura 15: tenemos el detalle
de la calidad de los ladrillos obtenidos en el horno volcán (HV1) y el horno MK3,
podemos observar que en el horno volcán se llega a obtener un 74% de ladrillos de
primera y el horno MK3 se llega a un 60%. Este no es un buen resultado pues se
esperaba obtener una proporción mayor de ladrillos de primera en el horno MK3,
pero la dificultad en alcanzar temperaturas mayores a los 850°C en la parte baja
del horno resultó en esta relativa baja proporción de ladrillos de primera. Todavía
se tiene que trabajar en este aspecto para lograr un mejor resultado en cuanto a la
calidad del producto.
En cuanto a los costos de operación, no se puede hacer un cálculo muy preciso
pues los costos de los ensayos que se llevaron adelante en el MK3 involucraron más
personal y equipamiento que el que se necesitaría normalmente. Sin embargo se
pueden hacer algunas consideraciones al respecto.
La construcción del horno MK3 con una capacidad de producción de unas 80.000
piezas/mes, como el utilizado en estos ensayos tendría un costo de construcción
aproximado de unos 10.000 US$, incluyendo todo el equipamiento necesario como:
quemadores, ventilador, termómetros y otras instalaciones, esto es bastante más

73. que la construcción de un horno volcán de similar capacidad que ronda entre los
1.000 y 1.500 US$, dependiendo del tamaño. La atención del horno durante el
proceso en mucho más sencilla que en caso del horno volcán, pero de todas
maneras requiere de una persona que esté permanentemente controlando las
temperaturas, potencia de los quemadores y velocidad de rotación del ventilador,
este trabajo puede ser realizado por una sola persona. El tiempo de cocción es más
corto que en el caso del horno volcán. Por estos motivos, el costo del personal
dedicado al control del horno sería menor que en el caso del horno volcán. La
energía eléctrica consumida por el ventilador implica un costo adicional en energía,
pero es una cantidad mínima (unos 7,5 US$/quema) en relación a los costos de gas
natural. De acuerdo a un análisis de costos realizado, considerando los
costos directos de producción, producir un ladrillo en el horno MK3 cuesta 3,55
cUS$ y en el horno volcán 3,69 cUS$, la diferencia no es muy grande, pero se tiene
el beneficio de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y las
emisiones contaminantes.
En cuanto a la operación del horno MK3 en relación al horno volcán, se pueden
señalar algunas ventajas interesantes. El horno volcán tiene un ciclo de operación
que dura entre 20 y 25 días si consideramos las operaciones de: cargado, quema,
enfriamiento y descarga; esto implica que en este tipo de horno se puede hacer
entre 12 a 14 quemas al año, normalmente una quema al mes, y una producción
anual de 960 a 1.200 miles de ladrillos por año. La preparación de ladrillos crudos,
el proceso de quema y las operaciones de carga y descarga, implican gastos
elevados que obligan a los productores a vender la producción lo más rápido posible
para recuperar lo invertido, aún si los precios de venta son bajos. Mientras que en
el horno MK3 se puede realizar un ciclo de quema en unos 4 a 5 días lo que implica
una capacidad de producción anual de unos 910 miles de ladrillos /año.
6. Conclusiones
Se diseñó un horno denominado MK3 con un sistema de quema de tiro invertido
que permite reducir fuertemente las emisiones contaminantes y el consumo de
energía en relación a la actual tecnología de hornos volcán que utilizan los
ladrilleros artesanales en el Departamento de Cochabamba. Es un horno que consta
de tres módulos que se alternan en el proceso de quema en un sistema semi-
continuo y permite reducir el ciclo de quema a unos 4 días de manera que pueden
producirse hasta 76.000 piezas/mes de ladrillo.
El principio de operación del horno MK3 consiste en usar un módulo del horno como
horno de quema y un segundo módulo como medio de filtración de emisiones
contaminantes y de recuperación de energía. El horno emplea únicamente gas
natural como combustible y permite eliminar el uso de carbón y de leña en el
proceso de quema, como es habitual en los hornos volcán. Esto permite reducir el
consumo de energía en un 48% y las emisiones de CO2 en un 70%. El efecto de
filtración de partículas, mejoras en la combustión y la eliminación del carbón y la
leña como combustibles, permiten una reducción del 73% en las emisiones de CO y
de un 55% en las emisiones de NOX, también se pudo comprobar que las emisiones
de material particulado del MK3 son menores que las del horno volcán. Sin
embargo, a pesar de las reducciones de emisiones contaminantes, el horno MK3 no
logra todavía cumplir con los límites de emisión de CO y material particulado
establecidos en el RASIM para actividades industriales.
Uno de los mayores inconvenientes del horno MK3 es la dificultad en lograr una
buena distribución vertical de la temperatura la interior del honor. Debido a la

74. filtración de aire del exterior no se logra superar los 850°C en la parte baja del
horno lo que genera una mala cocción de los ladrillos en esa zona. En los mejores
ensayos se ha logrado tener hasta un 70% de ladrillos de primera, pero es
insuficiente para los requerimientos de los productores de ladrillo artesanal. Para
superar este problema habría que mejorar el sellado del horno y aumentar la
potencia del ventilador. Otra barrera importante para la introducción de este horno
como alternativa de cocción para los ladrilleros artesanales es el costo de
construcción del horno que requiere de una inversión 7 veces mayor que para la
construcción de un horno volcán. El costo de operación es menor y en la práctica se
podría reducir un poco más estos costos, cuando la producción sea regular y
semicontínua. Por otra parte la operación del horno requiere de capacitación
específica y estos nuevos aprendizajes no siempre son bienvenidos por los
productores quienes tienen tendencia a aferrarse a tecnologías que conocen bien y
les son rentables.
En síntesis, el horno MK3 se presenta como una buena alternativa para reemplazar
los ineficientes y contaminantes hornos volcán, pero todavía requiere de algunas
mejoras en cuanto a la calidad de los ladrillos quemados y una mayor difusión de
sus ventajas ambientales entre los productores artesanales.
Agradecimientos
Los autores agradecen el apoyo económico brindado por la Fundación Suiza
Cooperación para el Desarrollo Técnico (Swisscontact), en el marco del Proyecto
Aire Limpio, Bolivia, para la construcción del horno MK3 y la realización de los
ensayos en el horno MK3. También agradecemos a la asociación de productores
artesanales de ladrillo "La Unión" por su permanente apoyo y colaboración en la
realización de este proyecto.
Referencias
[1] BRUCE, Charles W.; ALBA, Corral; LARA Antonio,. "Development of cleaner-
burning brick kilns in Ciudad Juarez, Chihuahua, Mexico.(TECHNICAL
PAPER)." Journal of the Air & Waste Management Association. Air and Waste
Management Association. 2007. High Beam Research. 27 Nov. 2013
<http://www.highbeam.com>.
[2] GALLEGOS Aracelly S., LANG Benjamín, FERNÁNDEZ Miguel, LUJÁN Marcos.
Contaminación atmosférica por la fabricación de ladrillos y sus posibles efectos
sobre la salud de los niños de zonas aledañas. ACTA NOVA, 3 (2), pp 192-210
(2006).
[3] De Nevers, Noel. Air Pollution Control Engineering. Singapore : Mc Graw Hill
(2000).
[4] EPA, Emissions Factors & AP 42, Compilation of Air Pollutant Emission
Factors (http://www.epa.gov/ttnchie1/ap42/, acceso septiembre
2010). [ Links ]
[5] Gobierno Municipal del Cercado. Informe Municipal de la Calidad del Aire.
Cochabamba, Bolivia, (2010). [ Links ]

75. [6] Ley Nº 1333. Ley del Medio Ambiente. Gaceta Oficial de Bolivia, La Paz, Bolivia,
15 de Junio de 1992.
[7] LUJÁN, Marcos. Informe Anual de la Calidad del Aire 2009, Cochabamba Bolivia.
(2010).
[8] LUJÁN, Marcos. Evaluación Preliminar del Impacto de la Contaminación
Atmosférica en la Salud de la Población de la Ciudad de Cochabamba ACTA NOVA.
4(1): 105-118, (2008).
[9] MARQUEZ, Robert. A Comparison of the Conventional Kiln with the MK
Design,(en http://www.sidestoke.com/Marquez/Index.html, acceso noviembre
2013)
[10] PAREJA Alejandro, HINOJOSA Marcia, LUJÁN Marcos; Inventario de Emisiones
Atmosféricas Contaminantes de la Ciudad de Cochabamba, Bolivia, año 2008. ACTA
NOVA; Vol. 5(3): 344-373, 2012.
[11] OMS, Calidad del Aire y Salud, Nota descriptiva Nº 313, Septiembre de 2011,
(en http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs313/es/ , acceso, junio
2010). [ Links ]
[12] OMS, Guías de Calidad del Aire, Actualización Mundial 2005
(en http://www.who.int/phe/health_topics/outdoorair/outdoorair_aqg/es/ , acceso,
junio 2010). [ Links ]
[13] Red ladrilleras. Red de Información de Productores Artesanales de Ladrillo
(en http://www.redladrilleras.net/development/web/stats.php, acceso octubre
2013)