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

em

pera

tura

de la

pru

eba 1

- horn

o S

ur

en e

l in

teri

or.

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