Financiado por: Ejecutado por:
Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras de América Latina - EELA
CORPORACIÓN AMBIENTAL EMPRESARIAL CAEM
Seminario Internacional
Producción
mas eficiente en el
sector ladrillero
2
Horno Colmena con Dosificador EELA – COLOMBIA
3
Información general
• También conocidos como hornos redondos, bóveda o de llama Invertida, son hornos cerrados, intermitentes y cilíndricos de tiro natural o forzado con punto de descarga de gases o chimenea.
Tipo
• Producción semi-mecanizado • Línea de producción semi mecanizado >3 Ton hora/hora
Naturaleza de la organización
• Dosificación manual en el inicio y mecanizado en el proceso de quema.
• Cargue y descargue manual
Nivel de mecanización
• Capacidad nominal horno: 125 ton de arcilla/quema • Producción mes: 375 ton material cerámico/mes. (75
millares)
Capacidad de producción
• Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín • Material perforado: Ladrillo rejilla, prensado, • Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS • Material de fachada y pisos: Tabletas, fachaletas, tejas.
Tipos de productos
• Latino América: Colombia, Perú y Brasil. • Colombia: Cundinamarca, Boyacá, Norte de Santander
(349 hornos. CAEM 2013).
Distribución geográfica
ESTUDIO DE CASO
Implementación (2) Hornos Colmena con sistema aire combustible
Ubicación Nemocón, Cundinamarca, Colombia
ASERDIM Ingeniería y procesos.2014. Catalogo maquinaria para la industria cerámica. Pag.15
Descripción técnica
4
• Combustión cerrada • Traslado de la corriente calor a través del horno – Carga fija
durante la quema. • Inicio de quema por hornilla.
Tipo de Cocción
• Natural o inducido • Tiro invertido • Llama ascendente
Tiraje
• Piso – parrilla • Cargue: Acomodación manual del material cerámico
ocupando el área útil del horno. • Descargue manual
Modo de carga
• Carbón mineral (Granulado), Biomasa (Leña, cascarilla de café). Combustible
Etapas de la cocción
• Inyección manual de combustible por hogares laterales. (Alcanzar una Temperatura 400 °C)
• 12 a 24 horas.
Encendido y calentamiento
Inyección de combustible
mecanizada (4 a 6 dosificadores. (45 - 75 horas a 800 a
1050 °C)
Cocción Periodo de tiempo en que suspenden
la inyección de combustible
Enfriamiento
CAEM 2013. Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras EELA. Identificación de equipos de quema y/o de inyección de combustible para la industria ladrillera. Pág.. 5 - 12
CAEM, 2013. Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras Artesanales. Validación de horno Colmena.
Información Técnica
5
• Índice de consumo: 2 – 4 MJ/Kg cerámico • 113 kg carbón/ Ton arcilla
Consumo de energía
• Pequeña industria (1 a 5 hornos): 500 a 1000 millares de ladrillos
• Mediana industria (> 5 hornos): 1001 a 5000 millares de ladrillos
Capacidad de producción
• Eficiencia térmica: 33 % • 9 Kg arcillas/Kg carbón Eficiencia
Emisiones Medición Material
Particulado (condicion
es de referencia (25 ° 760 mm Hg)
Combustible sólido)
Parámetro Estándares de emisión admisibles de contaminantes
(mg/m3). Resolución 909 de 2008 -
Resultado horno
cámaras valido – (mg/m3)
Partículas en suspensión totales (TSP)
250 131,59
Dióxido de azufre (SO2) 550 190,1
Óxidos de nitrógeno (NOX) 550 42,13
O2 de referencia (%) 18 % 14,27 %
Temperatura salida-Max ° C 250 209,62
CAEM 2013. Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras EELA, Simulación por elementos finitos de horno tipo colmena. Pág. 7
Swisscontact,2013, Factsheets, Horno Abovedado. Pág.. 3
Información financiera
6
• Capacidad: 375 ton material cerámico /mes • $ 30 a 50 mil (USD). Construcción horno. • $ 20 – 40 mil (USD). Sistema de dosificación.
Costo Construcción
horno
• TIR: 48 % • VAN: 44.546 • Tiempo de recuperación: 06 – 1,7 años • Tiempo de recuperación de la inversión: 1 año
Desempeño financiero
• $ 80 COP/kg material cerámico = 0,040 USD/Kg material cerámico.
• 8 a 10 operarios. (315 UDS 1 quema) • Combustible: 13 Ton/carbón 720 USD 1 quema
Costo producción
DESCRIMINACIÓN DE COSTOS
ÍTEM COSTOS USD %
Diseño - plano $ 1.537 1,7
Materiales de construcción $ 4.800 5,2
Material cerámico - construcción $ 15.000 16,3
Mano de obra construcción $ 16.200 17,7
Infraestructuras de alimentación (Molino)
$ 7.250 7,9
Instrumentación $ 1.200 1,3
Alquiler de maquinaria $ 1.790 2,0
Equipamiento – dosificador $ 30.000
1,7
5,2
16,3
17,7
7,9
1,3
2
Costos de construcción
Diseño - plano
Materiales deconstrucción
Material cerámico -construcción
Mano de obraconstrucción
Infraestructuras dealimentación (Molino)
Instrumentación
Alquiler de maquinaria
Costo de operación por quema (125 Ton/Material cerámico)
Ítem UDS
Mano de obra $ 315 Combustible (Carbón) $ 780 Mantenimiento $ 50
$ 315
$ 780
$ 50
Costos de Operación
Mano de obra
Combustbible (Carbón)
Mantanimiento
7
Calidad del producto CALIDAD DE PRODUCTO
(Bloque No 4) Parámetro Tipo Pasta Valor
laboratorio Rango óptimo
(NTC 4205) Resultados de
laboratorio cerámico – Validación horno Figura 46: Bloque N° 4
Densidad aparente Pasta reformulada validación
(PRV)
2 (kg/cm3) 1,6 - 2
Resistencia mecánica a la compresión
PRV 26,38 (Kg/cm2)
Mayor a 20
Contracción secado PRV 5,34 NA
Contracción cocción PRV 1000°C -0,26 Menor 1,5
Absorción PRV 1000°C – 11,96
Menor a 16
Pérdidas por calcinación
PRV 1000°C – 5,74 Menor a 10
Percepción mercado local
Parámetro coloquial Descripción Calificación Dimensiones Que cumpla con las dimensiones
estándar (30*20*10). Excelente
Alabeo Las caras y ángulos del material cerámico mantengan la ortogonalidad permitida
(deformaciones mínimas).
Excelente
Timbre Refiere al sonido generado por el material cerámico, que a
mayor agudeza del sonido se determina la calidad de cocción
del material.
Excelente
Tipos de productos pueden se cocinados en
el horno
Tipo Nombre
Macizo Adoquín estructural y tipo corbatín Hueco Bloque No 4, Bloque No 5, Bloque No3
Perforado Ladrillos portante, rejilla, estructural perforado Fachada y teja Teja rustica, teja cuadrada, fachadas y tableta
10
20
30
Figura 46: Bloque N° 4
Seminario Internacional Producción
mas eficiente en el sector ladrillero
8
Horno Cámaras Continuas EELA – COLOMBIA
9
Información general
• Semi-continuo (>8 cámaras) • Continuo (<8 cámaras) Tipo
• Producción industrial • Línea de producción semi mecanizado • Capacidad de instalada >6 ton/hora.
Naturaleza de la organización
• Dosificación mecanizado • Cargue y descargue manual
Nivel de mecanización
• Capacidad por cámara (12 a 20 ton de arcilla) • Horno semi- continuo (6 cámaras) = 75 ton/quema - 7200 ton/año.
(1440 millares) • Horno continuo : (24 cámaras) = 556 ton/quema, - 26.726 ton/año
(5345 Millares)
Capacidad de producción
• Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín • Material cerámico perforado: Ladrillo rejilla, prensado, portante,
multi- perforado, perforación vertical, y estructural. • Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS
Tipos de productos
• Latino América: Colombia y Brasil. • Colombia: Cundinamarca, Boyacá y Huila. (15 hornos).
Distribución geográfica
ESTUDIO DE CASO
Reconversión (2) Hornos Colmena a uno (1) Cámaras (Semi-continuo)
Ubicación Nemocón
Descripción técnica
10
Cámara 4 Cámara 3 Cámara 2 Cámara 1
Hornilla
Equipo dosificador
Extractor
Brameras
Ducto Gases
Dámper Ducto pasa fuego
Muro corta
fuego
Puerta
cámara Cámara de
cocción
Chimenea
Flujo de calor
Flujo de gases
Inyección combustible
• Combustión cerrada • Traslado de la corriente calor a través del horno – Carga fija
durante la quema. • Inicio de quema por hornilla.
Tipo de Cocción
• Forzado • Controlado por válvulas independientes en cada cámaras
ubicadas sobre el ducto principal de gasa de salida Tiraje
• Piso – parrilla • Cargue: Acomodación de material cerámico – con
perforaciones u orificios en orientación vertical • Distancia de 5 cm de la paredes del horno.
Modo de carga
• Inyección manual de combustible por hogares laterales. (Alcanzar una Temperatura 400 °C
Encendido y precalentamiento
• Inyección de combustible mecanizada por las brameras superiores . (8 horas a 950 a 1050 °C)
Cocción • Trasladar la corriente
de calor a la cámara contigua
Transferencia de calor
• Periodo de tiempo en que suspenden la inyección de combustible
Enfriamiento
Etapas de la cocción
Información Técnica
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• Índice de consumo: 2,37 MJ/Kg cerámico • 74 kg carbón/ Ton arcilla • 12,5 Kg arcillas/Kg carbón
Consumo de energía
• Semi-continuo: 600 ton material cerámico mes, equivalente a 120 millares de unidades cerámicas.
• Continuos: 2200 Ton material cerámico mes, 445 millares
Capacidad de producción
• Eficiencia térmica: 22 % • Eficiencia de combustión: 63,5 % Eficiencia
Parámetro Estándares de emisión admisibles de
contaminantes para la fabricación de productos
cerámicas (mg/m3). Resolución 909 de 2008 -
Resultado horno cámaras valido –
prueba Isocinético de gases. (6 febrero
2014) (mg/m3)
Partículas en suspensión totales (TSP)
250 76,66
Dióxido de azufre (SO2) 550 285
Óxidos de nitrógeno (NOX) 550 70,32
Ácido clorhídrico (HCL) 8 2,85
Ácido fluorhídrico (HF) 410 1,53
O2 de referencia (%) 18 % 17,60 %
Temperatura de salida- Max ° C
250 58
Emisiones
Información financiera
12
• Capacidad: 600 ton material cerámico /mes • $ 172.222 (USD).
Costo Construcción
horno
• TIR: 216 % • Tiempo de recuperación de la inversión: 1 año
Desempeño financiero
• $70 COP/kg material cerámico = 0,035 USD/Kg material cerámico .
Costo producción
13
CALIDAD DE PRODUCTO (Bloque No
4 – PH: Perforación horizontal)
Parámetro Tipo Pasta Valor laboratorio
Rango óptimo
(NTC 4205)
Resultados de laboratorio cerámico –
Validación horno
Densidad aparente Pasta reformulada validación (PRV)
1,87 (kg/cm3) 1,6 - 2
Resistencia mecánica a la compresión
PRV 19.9 (Kg/cm2) Mayor a 20
Contracción PRV 900°C- 0,30 1000°C -0,52
Menor 1,5
Absorción PRV 1000°C – 14,93 Menor a 16
Pérdidas por calcinación
PRV 1000°C – 7,72 Menor a 10
Percepción mercado local
Parámetro coloquial Descripción Calificación Dimensiones Que cumpla con las dimensiones
estándar (30*20*10). Bueno
Alabeo Las caras y ángulos del material cerámico mantengan la ortogonalidad permitida (deformaciones mínimas).
Bueno
Timbre Refiere al sonido generado por el material cerámico, que a mayor
agudeza del sonido se determina la calidad de cocción del material.
Bueno
Calidad del producto
Seminario Internacional Producción
mas eficiente en el sector ladrillero
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Horno Hoffman EELA – COLOMBIA
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Información general
•Continuo Tipo
•Producción industrial •Línea de producción mecanizada
Naturaleza de la organización
•Dosificación mecanizado •Cargue y descargue manual
Nivel de mecanización
•Horno continuo : (134 Líneas) = 310 ton arcillas por ciclo
Capacidad de producción
• Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín • Material cerámico perforado: Ladrillo rejilla, prensado, portante,
multi- perforado, perforación vertical, y estructural. • Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS
Tipos de productos
•Colombia: Uso generalizado Distribución geográfica
ESTUDIO DE CASO
Reconversión Hoffmann con equipo de dosificación y micronización
Ubicación Cogua
Descripción técnica
16
• Combustión cerrada • Frente de llama móvil. • Inicio de quema por hornilla con carbón grueso y/o madera
Tipo de Cocción
• Forzado • Controlado por válvulas ubicadas sobre el ducto principal de
gasa de salida obturadas independiente mente Tiraje
• Cargue: Endague de material cerámico con orientación axial, espacio de cargue de combustible en cada bramera Modo de carga
Descripción técnica
17
Flujo de material Fluor de aire de combustion
Información Técnica
18
• Índice de consumo: • 1.09 MJ/Kg cerámico • 36.2 kg carbón/ Ton arcilla • 28.02 Kg arcillas/Kg carbón
Consumo de energía
• Continuos: 3100 Ton material cerámico mes, 720 millares
Capacidad de producción
OJO exceso de aire < 600%
Ventajas del Horno Hoffmann
• Alto rendimiento de combustible • Aprovechamiento del calor residual • Versatilidad en referencias y tipos de producto • Disponibilidad de calor residual para secadero • Cumplimiento Normativo de emisiones
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Seminario Internacional Producción
mas eficiente en el sector ladrillero
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Horno Zig Zag EELA – COLOMBIA
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Información general
•Semi - Continuo Tipo
•Producción industrial •Línea de producción mecanizada
Naturaleza de la organización
•Dosificación mecanizado •Cargue y descargue manual
Nivel de mecanización
•Horno semicontinuo : 2 cámaras = = 310 ton arcillas por ciclo
Capacidad de producción
• Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon,
Tipos de productos
•Colombia: Cundinamarca y Antioquia Distribución geográfica
ESTUDIO DE CASO
Reconversión Zig Zag
Ubicación Nemocón
Descripción técnica
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• Combustión cerrada • Frente de llama móvil. • Inicio de quema por hornilla con carbón grueso y/o madera
Tipo de Cocción
• Forzado dámper y válvula de cruce de fuego Tiraje
• Cargue: Endague de material cerámico con orientación similar a Hoffman Modo de carga
Descripción técnica
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Descripción técnica
24
Información Técnica
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• Índice de consumo: • 4.2 MJ/Kg cerámico • 139 kg carbon / ton arcilla
Consumo de energía
• Continuos: 342 Ton material cerámico mes, 76 millares
Capacidad de producción
Variable Máximos según
resolución 909
Zona 3
Temperatura Zigzag 1007
Temperatura 59.74 250 máx
Velocidad 16.65
%O2 21.80 18% referencia
%CO2 6.23
Ppm SO2 60.37 209.9 máx.
Ppm NOx 28.93 305.5 máx
ppm CO 1.53
Parámetros de combustión
Exceso Aire 313%
Masa Combustible (Kg/s) 0.08
Masa Aire (Kg/s) 2.77
AFR 33.81
AFR stoic 8.20
Fi 0.242
Eficiencia de combustión 91%
Ventajas del Horno Zig Zag
• Menores perdidas en envolvente • Versatilidad en referencias y tipos de producto • Cumplimiento normativo de emisiones • Corto ciclo de 3 días de quema • Posibilidad de adicionar cámaras según disponibilidad de recursos
• Perdidas considerables en caldeo • Estructura vulnerable a dilataciones y contracciones terminals
26
27
0 25 50 75 100 125 150 175 200
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
Vertical
BTK (Chimenea Fija)
BTK (Chimenea Móvil)
Rodillos
Túnel
Hoffmann
Hoffmann sin techo
Zigzag
Vagón
MK3
Semicontinuo
Colmena
Baúl
Fuego Dormido
Pampa (Árabe)
kg Carbon/ton Arcilla
MJ/ton Arcilla Cocida
Conclusiones
113 kg/ton
74 kg/ton
36 kg/ton
134 kg/ton
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Conclusiones
Gráfica 1. Tipo de horno para solución Artesanal Vs Rango Operativo Estimado
[Ton de Arcilla máxima procesada/Día]
Gráfica 2. Tipo de horno para solución Industrial Vs Rango Operativo
Estimado [Ton de Arcilla máxima procesada/Día]
Rango de producción (Ton arcilla/día)
Conclusiones
• Mediante rutina de inspección con instrumentación especializada es posible diagnosticar el estado del horno, condiciones de combustión determinar posibilidades de optimización de combustible y aplicar buenas practicas de operación.
• Resultados de estas rutinas de diagnostico arrojan beneficios de entre 5 – 20% de ahorro de combustible en un escenario conservador
• Mejoras recurrentes en las diferentes evaluaciones muestran oportunidades en • Control de temperatura máxima • Optimización del exceso de aire • Mejoramiento de características del combustible • Ajuste de la dosificación del combustible • Mejoras en endagado • Reducción de aire infiltrado
• En pruebas en hornos Cámaras y Hoffmann se ha encontrado viable la sustitución de carbón por biomasa en fracción de 30% sin afectar temperatura máxima, reduciendo considerable emisiones.
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Financiado por: Ejecutado por:
Gracias
Victor Garcia, [email protected] Andres Gonzalez, [email protected]