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D I R E C T O R D E T E S I S : D R . J U A N R O D R Í G U E Z R A M Í R E Z
EFECTO DE UN HORNO MK-2 EN LA CALIDAD DEL LADRILLO
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALCIIDIR Unidad Oaxaca
Maestría en Ciencias en Conservación y Aprovechamiento de Recursos Naturales
(Ingeniería)
OAXACA DE JUÁREZ, A 28 DE ABRIL 2015
INTRODUCCIÓN
“Proyecto piloto para la instalación, equipamiento y pruebas de funcionamiento de dos hornos prototipo para el cocido de ladrillo en la Zona Metropolitana de Oaxaca”
Figura 1. Humo producido en Horno Convencional (izquierda) y Humo producido en MK2 (derecha)
(González Galván, 2010)
Este horno esta diseñado para reducir las emisiones. Pero… ¿Se obtendrán una buena calidad en
los ladrillos, cuáles son las causas?
OBJETIVOS
• Evaluar el efecto que causa las temperaturas de cocción en el color y en la resistencia a la compresión de los ladrillos cocidos por un horno prototipo MK-2. • Conocer el comportamiento térmico de la cocción de un
horno prototipo MK-2 mediante los perfiles de temperaturas.
• Determinar los parámetros de cocción que existen de un horno MK-2.
HIPÓTESIS
• Existe una relación directamente proporcional en la temperatura de cocción en el color y la resistencia a la compresión.
Horno Norte
Horno Sur
Figura 1. Designación de hornos
HORNO MK 2 Y SUS PARTES
• Horno ladrillero de forma cilíndrica que hacía más eficiente la combustión
TÚNELES SUBTERRÁNEOS
CÚPULA
PUERTA DE ALIMENTACIÓN
CHIMENEA
PUERTA DE CARGA
ARCOS
COMPUERTA
COMPUERTAZONA DE
COMBUSTIÓN
COCIMIENTO
• Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas.• Desde el punto de vista mineralógico, engloba a
un grupo de minerales llamados filosilicatos, cuyas propiedades físico-quimicas dependen de su estructura y de su tamaño.
PROCESO DE COCCIÓN
La cocción de ladrillos es un proceso el cual se producen elevadas
temperaturas a partir de la quema de combustible
Los diferentes tonalidades de color que
adquiere el ladrillo, es debido a los cambios estructurales de los
minerales de la mezcla.
DIFERENCIAS DE UN MK-2 CON OTROS HORNOS
MK2 ESCOCÉS MODIFICADO
Más tiempo en la cocción de
ladrillos
El operario tiene mayor
exposición al calor
No tiene un sistema de
filtrado
Menos tiempo de cocimiento de ladrillos
Ocupa un proceso de
filtrado
ANTECEDENTES
Rodríguez et al., 2004• Perfiles de
temperatura en un horno ladrillero
Karaman et al, 2006• Evaluación de la
resistencia a la compresión de ladrillos usando valores cuantitativos de los componentes del color
Karaman et al. 2012• Variación de color y
resistencia mecánica por el efecto de diferentes temperaturas en ladrillos
OTROS ANTECEDENTES
Aramide (2012)
• Efecto de la temperatura de cocción sobre las propiedades mecánicas de los ladrillos de mampostería producidos en Ipetumodu
Karaman et al.
(2006)
• Influencia de la temperatura y el tiempo de cocción en las propiedades mecánicas y físicas de ladrillos.
METODOLOGÍA
ÁREA DE ESTUDIO
Figura 2. Mapa de la Región de Valles Centrales (Adaptado de INEGI, 2005) Ubicación
• San Francisco Tutla, está situada en la región de los Valles Centrales a 1560 metros de altitud. Colinda al norte con San Agustín Yatareni, al este con Tlalixtac de Cabrera, al sur con San Sebastián Tutla, y al oeste con Santa Lucía del Camino.
MATERIAL
• CARACTERÍSTICAS• Arcilla obtenida de
3 bancos ubicados en San Francisco Tutla, Oaxaca.
• Dimensiones: 26 cm x 13.5 cm x 5 cm (tamaño nominal)
• La letra indica la ubicación con relación a la altura de la carga:
Ladrillos superiores
: AI, AII
Centrales: CI, CII, CIII
Inferiores: EI, EII
HORNO PROTOTIPO MK-2
Diagrama esquemático de la carga del horno• Se realizaron 2 cocimientos a
mediados del mes de Septiembre y a principios del mes de Octubre del 2014. El combustible se obtuvo del negocio “Puertas Finas de Montealban S. A. de C. V.” localizado al norte del sitio de estudio.
• La cantidad de ladrillos cocidos fue aprox. de 7200 a 7250 tabiques.
• En el inicio de la quema (primera quema), se realizó una dosificación manual combinada con el uso de un dosificador de biomasa.
ETAPAS
1. Medición de temperaturas
Perfilado de temperaturas
(Rodríguez et al., 2004)
2. Medición de color Colorimétrico (Karaman et al., 2006)
3. Medición a la resistencia a la
compresión
NMX-C-036-ONNCCE-2004
Análisis de datos Correlación
Método
PERFILES DE TEMPERATURAS
• Es un término que se usa para describir un proceso de registro e interpretación de temperaturas de los productos y del sistema de operación a través de un tratamiento térmico. • Los datos son registrados de manera continua
mediante termopares que resistan la temperatura máxima del producto. Se ocupa un sistema de adquisición para medir las lecturas y que se guarden en una computadora con un software compatible.
TEMPERATURAS DE COCCIÓN PROCEDIMIENTO Y EQUIPO
Preparación de termopares
• Aleación Cromel-Alumel• Fibra Cerámica• 10 termopares externos y 13
internos
Carga de ladrillos e Instalación de termopares
•Se ubicaron de acuerdo a la dirección ascendente del hogar
•Se colocaron dentro de las aberturas de los ladrillos
Termopares que se utilizaron para la
medición en la pared del horno
Termopar interno instalado
Termopar externo instalado
MONITOREO DE TEMPERATURAS
Proceso de cocción
•Calentamiento del horno•Secado•Calentamiento de ladrillos•Cocción•Enfriamiento
Recolección de muestras
• Se realiza 2 días después del proceso de cocción.
• Se toman 3 muestras para cada sensor instalado fuera y dentro de horno.
Dosificador mecánico
Sistema de adquisición de datos MAC-14. Marca
Cole-Parmer
El transporte de la biomasa se lleva a cabo por medio de un ventilador centrífugo de alta presión y caudal variable
MEDICIÓN DE COLORPROCEDIMIENTO Y EQUIPO
• Es un parámetro importante en la comercialización del ladrillo(Karaman et al., 2006)• Se mide el espacio de
color al sólido.• Se utilizar un cepillo de
alambre para homogeneizar la textura y el color del sólido.
• Colorímetro MiniScan• Modelo: M4500L
Utilización del cepillo de alambre para medir el
color
Medición de color para un ladrillo de 1era
calidad
RESISTENCIA A AL COMPRESIÓNPROCEDIMIENTO Y EQUIPO
• NMX-C-036-ONNCCE-2004
• Placas y bloques de acero
Máquina de prueba: La probeta cabeceada debe de ir alineada
con el centro de la prensa
Se debe cabecear con mortero de azufre, cuya resistencia
mínima a la compresión sea de 34,4 Mpa (350 kgf/cm2)
ANÁLISIS DE DATOS
FACTORES NO CONTROLADOS
• Este estudio no se cuenta con un diseño experimental, porque no se controlaron factores como la cantidad de combustible y el flujo de aire durante la cocción.
• Estudio fenomenológico. Aquel fenómeno que se trata de entender como sucede en tiempo y espacio.
CORRELACIÓN
• En este estudio se utilizo un análisis de correlación de las variables respuesta, las cuales son las temperaturas de cocción, el color y resistencia de compresión.
RESULTADOS PRELIMINARESPe
rfile
s de t
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pera
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de la
pru
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o S
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Resistencia y componentes de color de la prueba 1- Horno Sur en el interior
Resistencia media
L*
a*
b*
Sensor interno
Resi
stenci
a a
la c
om
pre
sión (
kgf/
cm2)
NumeraciónSensor interno
1 L-12 AI3 AII4 BI5 BII6 BIII7 CI8 CII9 CIII
10 DI11 DII12 DIII13 EI14 EII
PERFILES DE TEMPERATURA PRUEBA 2 HORNO NORTE
NumeraciónSensor interno
1 L-22 AI3 AII4 BI5 BII6 BIII7 CI8 CII9 CIII
10 DI11 DII12 DIII13 EI14 EII
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Resistencia y componentes de color de la prueba 2- Horno Norte en el interior
Resistencia media
L*
a*
b*
Sensor interno
Resi
stenci
a a
la c
om
pre
sión (
kgf/
cm2)
CONCLUSIÓN PRELIMINAR
• El efecto de la temperatura entre pruebas es diferente para el componente de color a* y en la resistencia a la compresión, debido a la dosificación del combustible.
• Observando los resultados preliminares podríamos concluir que no existe un efecto directo de la temperatura con el color y la resistencia, debido a las fluctuaciones que se presentaron en el cocimiento de ambas pruebas.
• Se propone rediseñar el horno prototipo y ajustarlo a las necesidades del productor, para obtener mejores resultados.
S E S I Ó N D E P R E G U N TA S
POR SU ATENCIÓN, GRACIAS
REFERENCIAS
• Aramide, F. O. (2012). Effect of Firing Temperature on Mechanical Properties of Fired Masonry Bricks Produced from Ipetumodu Clay.Leonardo Journal of Sciences. 21(1), 70-82
• Bruce Charles W., Corral Alba Yadira, Lara Antonio S., (2007). Development of Cleaner-Burning Brick Kilns in Ciudad Juarez, Chihuahua, México, Journal of the Air & Waste Management Association, Volumen 57, 445-446.
• Karaman, S., Erşahin, S. & Gunal, H. (2006). Firing Temperature and Firing Time Influence on Mechanical and Physical Properties of Clay Bricks. Journal of cientific and Industrial Research. 65(2), 153-160.
• Rodríguez Ramírez J., Diego-Nava F., Martínez Alvarez C., Méndez Lagunas L., Aguilar-Lescas M., (2004). Perfiles de temperatura en un horno ladrillero, Rev. Mex. De Ing. Química, Volumen 3, 210-211.
• Rhodes, D. (2004). Hornos para ceramistas. Barcelona, España: CEAC.
FUNCIONAMIENTO
1) Se llenan los hornos , y se empieza calentar los arcos
Inicio
2) Se distribuye el calor sin dejar de atizar
Propagación de calor
3) Se mantiene una velocidad de temperatura de ± 50 °C hasta que llegue a 450 °C aprox.. en todo el horno
Calentamiento del horno activo
FUNCIONAMIENTO
4) Se mueve la mampara para cerrar la chimenea y se abre la otra.
Sellado de la chimenea
5) Se abre el túnel , los humos y el calor se pasan al otro horno (filtro)
Filtrado parcial
6) Se sigue transfiriendo el calor al filtro y con ello, disminuye los humos negros.
Transferencia del calor
FUNCIONAMIENTO
7) Se termina de filtrar y se deja de atizar
Humo filtrado
8) Se enfría el ladrillo cocido, y se cambia el papel del horno filtro por activo. Y se repite el paso 1.
Horno enfriado