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 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.
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.
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.
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.
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.
Foto 18: Carga típica de un horno media naranja. Argentina
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.
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.
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.
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.
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.
Foto 21. Batería de hornos de ladrillos en varias fases del
ciclo de carbonización.
Minas Gerais, Brasil. Foto J. Bim.
Largo |
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Ancho |
|
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 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 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 |
No. de chimeneas | 3 |
No. de bocas de salida | 4 |
No. de bocas de salida de emergencia | 4 |
Cantidad de ladrillos | 2.000 |
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, 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.
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.
Foto 22. Horno colmena para colina, construida sobre un costado de
colina,
ya sellada y pronta para el encendido. Brasil. Foto J. Bim.
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.
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.
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
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de 180 m3 |
Volumen total 200 m3 |
Cemento con aglomerado expandido de pizarra |
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Ladrillos comunes |
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Total ton de acero |
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Refuerzos |
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Marco de las puertas |
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Conductos de aire |
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Puertas |
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Diversos |
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Tubos de cerámica |
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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.
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 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.
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.
Foto 23. Bateria de hornos media- naranja de mas de ocho años
y todavía en funcionamiento. Los Tigres, Argentina. Foto H.
Booth.
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.
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.
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
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Rendimiento medio/leña carbón vegetal | |
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Horno colmena de ladrillo de 5 m. de diámetro. |
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Horno tipo colina de 4 m de diámetro. |
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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.
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.
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.
(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 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.
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.
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No requiere una topografía especial | Es necesario tener una pendiente natural o preparar una artificial |
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. |