COMO DETERMINAR LA ENERGIA EMPLEADA PARA QUEMAR LADRILLOS
GUIA PRACTICA PARA FABRICANTES DE LADRILLOS, TRABAJADORES DE CAMPO E INVESTIGADORES Introducción
En 1996, Practical Action empezó a trabajar con fabricantes de ladrillos a pequeña escala en Perú, Ecuador y Zimbabwe. La idea era difundir principios y prácticas adecuadas sobre el uso eficiente de energía. Pero ¿qué es una tecnología de cocción de ladrillos con uso eficiente de la energía? ¿Cómo podemos evaluarla? ¿Y cómo puede compararse con las tecnologías empleadas en otros lugares? En general, los datos sobre el uso de energía en la fabricación de ladrillos están reunidos y presentados de una forma desordenada. A menudo resultan poco útiles para evaluar y comparar procesos. Por ejemplo, en un informe puede afirmarse que "los fabricantes de ladrillos emplean cuatro sacos de carbón para quemar mil ladrillos". Pero esto no nos permite calcular la energía utilizada, pues no conocemos la masa de un saco de carbón ni su valor calorífico y no sabemos nada acerca de Ios ladrillos. ¿Con qué tipo de tierra se hacen? ¿Cuánto calor se necesita para su vitrificación (es decir, para su fusión cerámica)? ¿Cuán húmedos estaban cuando entraron al horno? ¿Cuánto combustible se emplea para secarlos? ¿Cuál es su masa? (obviamente, los ladrillos mas grandes y pesados requieren de mas energía para quemarse). ¿Están bien quemados? En resumen, prácticamente no sabemos nada útil. En este artículo técnico se plantea en forma detallada un método para reunir y presentar información sobre la quema de ladrillos. Si se sigue este método, no sólo podrá calcularse el consumo de energía de un horno en particular sino también la Figura 1: Fabricante de ladrillos eficiencia de dicho encendiendo un horno con un horno con respecto a quemador de combustible líquido otros que se usan en Foto: Practical Action. el todo el mundo. De hecho, hay dificultades para establecer una metodología. Por ejemplo, algunos conocimientos científicos se consideran implícitos y, además, las instalaciones que se emplean en las distintas partes del mundo y los
Figura 2: Quema de ladrillos usando madera como combustible. Foto: Practical
Action.
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recursos de que disponen quienes controlan la quema de ladr illos son diferentes. El método que presentamos a continuación es muy sencillo y su objetivo es reducir Ios costos de elaboración y la necesidad de acudir a los especialistas.
Antecedentes
Los factores que influyen en el consumo de energía en la elaboración de ladrillos son los siguientes: • La naturaleza de la arcilla: su refractoriedad –resistencia al cambio por efectos del calor-; la presencia de flujos -sustancias que contribuyen a la vitrificación-; el valor calorífico intrínseco. • El contenido de humedad de Ios ladrillos "crudos" cuando ingresan al horno. • El tipo de combustible empleado, su valor calorífico, su contenido de humedad y su distribución. • El diseño del horno. • La habilidad de Ios fabricantes de ladrillos que controlan el proceso de quema. • Las condiciones climáticas: la temperatura ambiental, la dirección y la fuerza del viento. Normalmente lo que se investiga es el efecto del diseño del horno o la variación de las condiciones operativas de hornos similares. Aquí, la forma en que reunimos los datos toma en cuenta la naturaleza de la arcilla y su efecto sobre el consumo de energía. Sólo estamos considerando la energía empleada en la quema -dejando de lado la energía usada en el secado- de modo que podemos comparar directamente Ios procesos. Luego, proponemos una forma de determinar cuánto trabajo de calentamiento se ha realizado. Así podremos saber cuál ha sido la eficiencia de la quema (sería simplista pensar que un proceso es eficiente porque consumió poca energía y luego descubrir que Ios ladrillos sólo eran Iodo seco y no estaban vitrificados en absoluto).
Recopilación de datos
Clasificamos la arcilla como de alta temperatura (que se vitrifica por encima de 1000 C) o de baja temperatura (que se vitrifica por debajo de 950 C). Para cerciorarse de la naturaleza de la arcilla se requiere tener acceso a un horno de laboratorio que pueda alcanzar dichas temperaturas. El procedimiento consiste en moldear conos de aproximadamente 70 mm d e alto con un diámetro de base de unos 15 mm. Los conos se colocan en el horno, ligeramente inclinados, de modo que al alcanzar la temperatura de vitrificación la parte superior se arquee. Se anota la temperatura y se clasifica la arcilla según corresponda . Es necesario saber el número exacto de ladrillos sometidos a quema. Esto es más fácil de determinar si Ios ladrillos se apilan por miles antes de procesarlos. Otra alternativa es contar Ios ladrillos de cada capa a medida que se ubican en el horno. Luego, necesitamos conocer la masa de Ios ladrillos. Debe seleccionarse al azar un número conveniente de ladrillos crudos (tal vez uno de cada mil, pero no menos de veinticuatro en total) y pesarlos. De este modo puede calcularse una "masa húmeda" promedio. Luego, hay que saber el contenido de humedad de los ladrillos crudos para calcular la energía necesaria solo para secarlos. Los ladrillos seleccionados pueden secarse en un horno convencional o en un horno de campo común y corriente. Es importante mantener los ladrillos a una temperatura de 80 C a 100 C y pesarlos periódicamente hasta que ya no se observe pérdida de peso. Luego puede determinarse la "masa seca" media. Con estos datos se puede calcular la masa de agua y la energía de secado necesaria: contenido de humedad = masa húmeda - masa seca (base húmeda) masa húmeda masa de ladrillos crudos = masa promedio de ladrillos crudos x número de ladrillos contenido total de humedad = contenido de humedad de ladrillo x masa de ladrillos energía de secado = energía de secado específico x contenido total de humedad (donde la energía de secado = 2591 kJ/kg de humedad)
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Debe pesarse todo el combustible. Si un combustible -como polvo de aserrín o ceniza pulverizada- se mezcla en el cuerpo del ladrillo, también hay que determinar su masa. Hay que tomar oportunamente una muestra de cada combustible usado para analizar su valor calorífico y su contenido de humedad. Si la arcilla contiene combustible natural, este también debe analizarse. Si no se dispone de instalaciones de análisis o no es posible acceder a las mismas, puede recurrirse a Ios datos locales más recientes. Si se determina un valor de esta forma, no debe registrarse como valor calórico especifico: debe hacerse una nota sobre la fuente de información. A partir de estos datos, se calcula la energía total empleada: Energía total = masa de combustible x calor específico
Y la energía de cocción se obtiene restando la energía empleada para el secado. Energía de cocción = energía de secado especifica x contenido total de humedad
Necesitamos sober la eficiencia del proceso de quema y si se hizo el trabajo de calentamiento. Analizar las propiedades del ladrillo, tales como la potencia compresiva, no proporcionara datos utiles para comparar hornos, ya que dichos propiedades se ven afectadas por otros factores aparte de la quema. La eficacia de un proceso de coccion esta en funcion del tiempo y la temperatura, pero la relacion no es lineal. Ladrillos quemados a 1000 C durante diez horas no son iguales que ladrillos quemados a 100 C durante cien horas. Podriamos determinar la temperatura con respecto al tiempo en varios puntos del horno y presentar esta inlorrnocion graficamente para evaluar el uso de la energia. Sin embargo, la termometria para determinar altas temperaturas es costosa1. Una alternativa mas accesible es emplear Bullers Bars estratégicamente colocadas en el horno. Las Bullers Bars tienen unos 57 mm de largo y están hechas con un material cerámico que se derrite a determinadas temperaturas. Vienen en una variedad de 590 C a 1525 C. Pueden colocarse cuatro barras que se fundan a diferentes temperaturas en un estante refractario para formar un termoscopio. Los termoscopios se colocan en el horno según las necesidades. Una vez que el horno se calienta y se enfría, debe pesarse una muestra representativa de ladrillos -el mismo numero que se indico previamente- y calcularse el promedio de masa quemada. Así podremos calcular la masa total de ladrillos quemados y la energía especi fica de cocción: Masa de ladrillo quemada = masa de un ladrillo quemado x número de ladrillos quemados Energía de cocción Masa de ladrillo quemada
Energía especifica de cocción =
Presentación de resultados
Finalmente, los resultados de un proceso de quema de ladrillos constan de: La energía especifica empleada. El proceso de moldeado. La clasificación de la arcilla según su temperatura de vitrificación. La cantidad de Bullers Bar para diferentes lugares, y/o un número promedio. Una relación de información calificada, comentarios y observaciones.
A precios de 1998, la termometría para controlar un horno de 20.000 ladrillos costaría alrededor de 2300 USD (obviamente, este equipamiento sería re-utilizable). El uso de las Bullers Bars costaría alrededor de 108 USD por horno.
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Este articulo incluye un formato fotocopiable de monitoreo para el registro de datos. También hay un ejemplo completo para guía y una lista de cotejo para verificar que se hayan anotado todos los datos importantes.
Lista de cotejo
A continuación presentamos una lista de información que debe considerarse: (1) Nombre del fabricante, ubicación y/o dirección de la planta de ladrillos
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Tipo de arcilla según su temperatura de vitrificación Proceso de moldeo Tipo de horno Fechas y horas de inicio y conclusión (duración del quemado) Condiciones climatológicas Número exacto de ladrillos crudos que ingresan al horno Masa de ladrillos crudos Masa de ladrillos secos Masa de cornbustible(s) usado(s) en el horno Valor calorífico del combustible(s) Trabajo de calentamiento hecho (número de Bullers Bars) Masa de ladrillos quemada
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FORMATO DE MONITOREO: Consumo de energía de lo s procesos de quema de ladrillos
Nombre del productor Ubicación / dirección Fechas y horas de la cocción Inicio Fin Tipo de ruma/horno Valor calorífico (kJ/kg) Bruto Neto Contenido de la humedad (%) Contenido de la eficiencia del horno (%) Método de moldeo Tipo de combustible Numero de ladrillos crudos en el horno Masa de combustible (kg) Masa por ladrillo (kg) crudo seco cocido Condiciones climáticas
Calculo de la eficiencia del horno Masa de ladrillo crudo (kg) Masa de ladrillo seco (kg)
Información de clasificación: (i) Categoría de vitrificación de la tierra (ii) Numero de Bullers Bars
Contenido total de humedad (kg) Y/o Energía de secado (kJ) Energía total (kJ) Energía de quemado (kJ) Masa de ladrillo quemada (kg) Energía especifica de cocción (kJ/kg) comentarios Firma, fecha, dirección de la organización y del contacto (iii) Temperatura promedio de quemado ( C) (iv) Tiempo de quema (hrs)
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