CUANTIFICACION DEL AHORRO ENERGÉTICO EN LA COCCIÓN POR A.T.D, PASTAS DE MENOR ABSORCIÓN DE CALOR.

XAVIER ELIAS CASTELLS. Cerámica Sugrañes - Gres Catalán.

RESUMEN El presente estudio trata de un sistema de economizar energía por un método al alcance de cual­quier tecnología y 'economía. Se basa en la introducción de combustible sólido en la pasta empleada juntamente con desperdicios de la propia producción. El sistema es fácilmente adoptable a cualquier ti­po de fabricación y permite ensayarlo sin introducir cambios en la instalación. Otra ventaja a tener en cuenta es el aprovechamiento de recursos energéticos de procedencia nacional.

SUMMARY The present work considers the study of a system of economizing energy by means of a method suitable to any technology or economy. It is based in the introdutction of solid fuel in the paste used together with production by-products. The system may be easily adapted to any typo fo manufactu­ring and it is possible to test it without any changes in the installation. Another advantage that has to be taken into account is the use of ejergy resources of national origin.

RESUME II s'agit d'étudier un système pour économiser de l'énergie par une méthode á la portée de n'impor-te quelle technologie et économie. Il se base sur l'introduction de combustible solide dans la pâte em­ployée a la fois avec des déchets de la propre production. Le système est facilement susceptible d'adoption a n'importe quel genre de fabrication et mermet d'être essayé sans besoin d'introduire des variations dan l'installation. Le profis de recours énergétiques d'origine nationale est un avantage à te­nir de même en compte.

ZUSAMMENFASSUNG: Die Untersuchung befasst sich mit einem System zur Einsparung von Energie mittels eines Verfah­rens, das mit jeder Technologie und jedem Wirtschaftssystem unschwer angewandt werden Kann. Es beruht auf der Einführung sowohl fester Brennstoffe als auch von Produktionsrückständen in die Kera­mikmasse. Die Methode kann ohne grössere Schwierigkeiten jeder Herstellungstechnik angepasst wer­den und gestattet ihre Erprobung ohne Änderungen der bestehenden Anlagen vornehmen zu müssen. Ein weiterer zu berücksichtigender Vorteil ist die Nutzung einheimischer Energieträger.

1.- INTRODUCCIÓN La industria cerámica es por naturaleza intrínseca, gran

consumidora de energía. Para concretar un orden de magni­tud puede decirse que la industria cerámica consume la mi­tad de la energía absorbida en la industria del vidrio y una quinta parte de la que consume la industria metalúrgica o la química. Situándonos ante el esquema de un balance térmi­co nos cercioramos de que tan sólo una parte ínfima del ca­lor apartado se transforma en energía útil, el resto son pér­didas. Tomando el caso de una cocción cerámica, los núme­ros se distribuyen de la siguiente manera:

Del 1 al 9^/0 Calor preciso para la cocción. Del 10 al 45^/0 Calor recuperado en el enfriamiento,

de donde concluimos que, el rendimiento térmico de un horno cerámico rara vez supera el 10* /o.

Si ahora pensamos en cifras de consumo, vemos que el calor de reacción absorbe entre 20 y 60 Kcal/Kg, valor de­pendiente del tipo de pasta empleada, mientras que el con­sumo global de energía puede oscilar entre 600 y 3000 Kcal /Kg., dependiente, claro está, del tipo de horno, ciclo de cocción, temperatura máxima, etc.

Un simple repaso a la formación de costos de la cocción

cerámica de material de construcción, realizada en un horno de la siguientes características:

Tipo de homo: túnel. Combustible: gas natural. Temperatura de cocción: lOOO^C. Longitud del homo: 97,5 mts. Producción: 135 tn/día (sobre material cocido).

figura el esquema de los diversos costos. Obsérvese que la incidencia del combustible sobre el total es del 75^/o.

El objeto del presente estudio estriba en trabajar sobre la formulación de una pasta que, lejos de absorber calor pro­duzca una reacción exotérmica que pueda ser aprovechada para reducir el consumo global de energía.

Un breve repaso a los sistemas de economizar energía servirá para centramos en el problema y poder evaluar el es-

Pone de manifiesto la gran incidencia del combustible so­bre el costo del producto en la fase de cocción. En la tabla I fuerzo a realizar en términos monetarios con los resultados esperados.

BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR.VOL.20 - NUM.l 25

T A B L A I BASE

561 Nm^/h

8700 Kcal/Nm^

E N E R G Í A E L E C T R I C A 46Kw.24h=1104.Kwh/día

MANO DE OBRA 3 Oficiales/día

CONCEPTO

COMBUSTIBLE

MANTENIMIENTO Reparación vagonetas Engrase etc. . .

PRECIO

6,3 pts./Nm^

2.500.000 pts./año.

Pts./día Pts./Tm.

84.823 631

2,6 pts./Kwh. 2.870

1.000.000 pts/hom .año 8.219

6.849

21

61

51

AMORTIZACIÓN 12 años 45.000.000 pts. 10.273

1.1. CALOR RECUPERADO EN EL ENFRIAMIENTO Empezamos por él ya que suele suponer la partida más

importante. En términos porcentuales su valor suele oscilar alrededor del 40^/o. Aunque no se trata un calor últil en cocción es evidente que para mejorar el consumo global será preciso aumentar al máximo este valor. Sus probabilidades dependen del tipo de horno y de su constmcción. Todos los hornos dotados de enfriamiento directo o indirecto mejoran notablemente el rendimiento.

1.2. CALOR A LA SALIDA DE HUMOS Este constituye una perdida neta que puede oscilar entre

el 30 y el 90^ I o del calor entrante según el tipo de horno. Sus posibilidades de aprovechamiento viene en función de:

— La naturaleza de los humos según de tipo de combus­tible empleado.

- Temperatura de salida de los humos. Ciñéndonos al caso de humos procedentes de la combus­

tión de combustibles gaseosos, con temperaturas de salida superiores a los lOO^C, los modernos diseños de cambiado­res de calor (humos-aire) construidos con aletas y tubos tér­micos abren unas posibilidades enormes de ahorro de calor. Así obtener recuperaciones entre el 40 y 50^/o de la ener­gía de los humos es relativamente sencillo y los periodos de amortización de estos intercambiadores, de 12 a 20 meses, hacen pensar en una rápida incorporación de los mismos del proceso.

1.3. PERDIDA A TRAVÉS DE PAREDES Y TECHOS Nos encontramos aquí con un problema semejante el

enunciado al hablar del enfriamiento del homo, sus posibi­lidades, muy importantes, dependen en gran manera de la forma constructiva del homo. Estas pérdidas pueden osci­lar entre un 15 y un 30^/o.

El empleo de materiales de baja densidad y gran poder aislante pueden propiciar economías muy importantes en la explotación del horno.

Hasta aquí hemos considerado la economía de combusti­ble desde un punto de vista estructural del horno, si ahora enfocamos el problema bajo una optica de funcionamiento, disponemos de los siguientes medios:

1.4. CICLOS RÁPIDOS DE COCCIÓN La utilización de ciclos cortos puede bajar de manera

drástica el consumo. Aquí el problema hay que enfocarlo bajo dos aspectos diferentes:

a) Capacidad del horno, y de su material móvil, para traba­jar a este régimen. Es fundamental un diseño que asegure

26

76

840 una alta transferencia de calor con una isotermía lo más per­fecta posible en la sección transversal del homo y una capa­cidad calorífica de todos los elementos lo más baja posible, b) La consecución de una pasta suceptible de soportar ci­clos cortos de cocción.

Un horno que satisfaga tales requisitos puede llegar a conseguir economías hasta un 75 o/o respecto a los tradicio­nales.

1.5. MANIPULACIÓN DE LA ATMOSFERA

Este apartado afecta más al proceso cerámico propia­mente dicho que a a instalación en sí. El correcto ajuste de los parámetros de la combustión y la aportación de vapor de agua afectan de una manera determinante a fenómenos tan trascendentales en la cocción como son: La vitrificación de las pastas, la tensión superficial y la viscosidad de la fase no cristalina, la reactividad, etc . . .

1.6. FORMULACIÓN DE PASTAS NUEVAS Es en este capítulo donde queremos hacer hincapié ya

ya que permite realizar una serie de ensayos sin modificar en absoluto las características estmcturales de las instalacio­nes existentes.

Este aparato lo podemos enjuiciar desde dos ángulos claramente diferenciados:

a) Modificación de la pasta en el sentido de lograr una vitrificación total, o parcial según el producto, a temperatu-tar inferiores sin menoscabo de sus propiedades. Teniendo en cuenta que el rendimiento térmico de un horno es inver­samente porporcional a la temperatura de cocción, una dis­minución efectiva de la misma redundara en una economía muy importante. b) Adición a la pasta existente de: materiales que no ab­sorban calor durante la cocción y substancia capaces de aportar calor al proceso.

Habiendo expuesto el abanico de posibilidades de forma general, vamos a estudiar este último apartado con más pro­fundidad.

2 . - ANALISIS TÉRMICO Cuando sometemos una substancia a la acción de una

fuente de calor, aquella absorberá una energía que será pro­porcional a su capacidad calorífica en un tiempo que depen­derá de su coeficiente de transmisión del calor.

Cuando cesamos en la aportación de energía, la substan­cia nos devolverá el mismo calor que le habíamos aportado, si es que en ella no se ha obrado cambio alguno. En este ca­so la gráfica temperatura-tiempo será una recta tanto en ca-

M=f; Q L 1 1 JQ_ ^

1 1 r*i 1 -

^ ^

* \ , ^ (c l) Tiempo

Q 1 — —1 JQ

• 1

K \ ;

^ (b) 1 r F 1 T T "

Tiempo

^o'dl iexo iexo

Q 1 1 [*| 1

• 1-

1 1—(Í

r*> 1 J Q -

(c

1 Q 1 1 [*| 1

• 1-

1 1—(Í

r*> 1 J Q -

(c

4 endo

^

r*> 1 J Q -

(c ) ' "^ 1 Figl

lentamiento como en el enfriamiento y así diremos que un cuerpo que se comporta de tal manera es una substancia inerte. (Fig. 1-a).

Si por el contrario, durante el calentamiento se produce una reacción de absorción de calor, su temperatura descen­derá momentáneamente y en este caso será preciso una aportación de calor suplementario para mantener la tempe­ratura. Durante el enfriamiento la substancia nos devolverá una cantidad de calor inferior a la suministrada. Esta dife­rencia de calores es lo que se denomina calor de reacción. (Y el gráfico correspondiente es el b de la Fig. 1).

Si ahora colocamos ambas substancias, la reactiva y la inerte i, en un mismo homo y conexionamos los termopares de la manera indicada en el esquema c, la gráfica obtenida (Fig. 1 - c) nos indicará lo siguiente:

— Cuando la linea permanezca horizontal es señal de que no hay absorción ni cesión de calor por parte de la subs­tancia reactiva.

— Si la línea se curva en el sentido de la figura es que se ha producido una reacción endotérmica, o sea de absorción de calor. Si es al revés será exotérmica o de cesión de ca­lor.

Esta introducción, que constituye el principio de funcio­namiento de un análisis térmico, nos bastará para estudiar que sucede cuando cocemos una pasta. Tomemos el caso de una arcilla cuyos análisis químico y mineralógico, son los de la tabla - II.

El termograma correspondiente a esta arcilla se realizó sobre una muestra tal y como se extrae del yacimiento una vez molturada V cribada por un tamiz de 100 M de luz. La aparición del efecto endotérmico a baja temperatura denota la presencia de montmorillonita, ya que viene relacionada con la aparición del agua depositada entre las capas de su es­tructura. El endotérmico a 549^C. corresponde a la deshi-dratación de la parte arcillosa y el gran pico endotérmico a 796^C a la descomposición del carbonato calcico. Asi mis­mo el termograma revela que la identidad de una de los mi­nerales integrantes de la arcilla es la caolinita ya que presen­

ta un claro pico exotérmico a 927^C. (Fig. 2). La cocción de una pasta formada por una arcilla de esta

naturaleza resultará más onerosa que la que se realice sobre una arcilla, cuyo termograma puede verse en la Fig. 3. Aquí se trata de una arcilla caolinítica con un importante conte­nido de ilita. De la comparación de ambos termogramas re­sulta evidente que la adición de una substancia inerte bajo el punto de vista térmico, como la chamota, amortiguaria en gran manera los efectos endotérmico y, por ende, el ca­lor de reacción. Para fijar datos digamos que en caso de tra­tarse de un caolín puro, el calor preciso para la deshidrata-ción es de 168 Kcal/Kg. En la parte inferior de termograma de la Fig. 3 se ha querido representar esquemáticamente la cantidad y calidad de las diferentes fases que se forman en el transcurso de la cocción.

T A B L A II

ANALISIS QUIMICC »

SiOa 37.850/0

AI2O3 16,170/0

FejOa 5.970/0

MgO

CaO 17,290/0

NajO 1.070/0

K2O 1,280/0

p.f. 20,250/0

ANÁLISIS RACIONAL

Caolinita

Ilita

Montmorillonita

Carbonato calcico

290/0

31^/0

50/0

350/0

"^c

200

400 f

600 4

800 +

1.000 f

1.200 +

106,3 mgr. 10 oc/mín.

140 mm/h.

Fig. 2

Si ahora tomamos una substancia cuyo calor de reacción sea perfectamente conocido, la ejecución de un termograma sobre dicha substancia nos servirá de elemento de calibra­ción. Una vez detemiinado las cal/cm^ sobre el patrón, el ATD nos permitirá, trabajando en idénticas condiciones cal­cular el calor preciso para cocer cualquier pasta cerámica.

BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR.VOL.20 - NUM.l 27

Así pues, concluyendo, el ATD realizado sobre una pas­ta cerámica nos permite conocer, entre otras cosas:

— La naturaleza de las substancias empleadas. — Las características de las reacciones que se originan du­

rante la cocción (endotérmica o exotérmica). - La temperatura a la que se producen tales reacciones. - La necesidad de calor preciso para provocar las transfor­

maciones.

200+

400 f

600

800

1.000-

1.200+

^ 3 Caolín Metacaolln

EÜMulllta ^ ^ F . vitrea

CrlstobalKa

. Fig. 3

3. OJRSO DE LA COCCIÓN En el curso de la cocción concurren una serie de fenóme­

nos físicos y químicos que, de manera sucinta pueden des­cribirse como:

3.1. FENÓMENOS FÍSICOS

Como la dilatación, las transformaciones alotrópicas, los cambios de densidad, la fusión de determinados compues­tos, e tc . . , Que traen como consecuencia una modificación, generalmente importante, de sus propiedades como son: el módulo de elasticidad, la conductividad térmica y eléctrica, la resistencia, etc.

3.2. FENÓMENOS QUÍMICOS Como es la eliminación de agua, tanto higroscópica co­

mo de composición, descomposición de carbonatos, sulfa-tos, reacciones de re combinación, de orientación, etc.

El análisis térmico colabora a esclarecer la complejidad de las reacciones que tienen lugar durante la cocción y nos proporciona una idea global de la aportación de calor que debemos realizar para conseguir que tales transformaciones se lleven a cabo.

4. BALANCE TÉRMICO El horno túnel donde se han llevado a cabo los experi­

mentos tiene las siguientes características:

longitud: 97,5 mts. anchura útil de carga: 2700 mm. altura útil de carga: 2200 mm. Producción normal: 5600 Kg/h. Temperatura máxima: 1000 ^C. Combustible: Gas natural.

of

200Í

400f

60ol

80o|

iûoo[

l.20o[

50,4 mgr. 10 «C/mln.

140 mm/h

A=IJ I cm^ QA= 1,7 Cal/cm2 • 1,11 cm^ = |,87 CaL

1.87 Col ^A'5¿.4-0-V"''°'^'"/»^ O =0,52 cm2 Qc= 1,7 Cal/cm2- 0,52 cm2 =0,88 Cal.

0,88 Col. ^,^^3 y ^^ 50,4IO-5gr qf =qA+Qc-54,63 Cal/ r.

Fig.4

El balance energético, cuyo resumen se halla en la tabla-2, se ha realizado obedeciendo los siguients criterios:

a) Cálculo del calor de reacción:

Se ha calculado a partir de la pérdida del fuego de la arci­lla y la valoración de los carbonatos. Este cálculo teórico arroja un valor de 53,43 Kcal/Kg. Con ánimo de establecer comparaciones en la fig. 4 se representa el termograma de la misma arcilla. Del mismo, por integración, se ha deducido un calor total de reacción de 54,63 Kcal/Kg. Como se ob­servará los valores se hallan en buen acuerdo ya que tan sólo existe una desviación del 2,2^/o.

b) Calor sensible a la salida

Que corresponde a la salida de vagonetas y material ca­liente. Se ha calculado tomando como base un calor especí­fico del material de 0,22 Kcal/Kg ^C.

c) Calor perdido en paredes y bóveda. Se ha realizado experimentalmente con la ayuda de un

medidor de pérdidas de calor.

d) Calor evacuado por los humos El caudal fué determinado por diferencia de presiones a

la entrada y salida del exhaustor, una vez conocido el con­sumo del mismo. La pérdida energética se evaluó por dife­rencia de calor sensible entre la temperatura de salida: 110^ C, y la ambiente de referencia: 20^C.

e) Calor recuperado en el secadero Corresponde al calor recuperado en la zona de enfria­

miento del horno y que, por medio de ventilador se trans­porta al secadero. El cálculo se realizó de manera análoga al de los humos.

Como comprobación se tomó la lectura del contador de gas.

5. - FORMULACIÓN DE PASTAS DE MENOR CONSU­MO ENERGÉTICO

La fábrica en cuestión trabajaba con una pasta compues­ta en su totalidad por una arcilla de estructura ilitica cuyo yacimiento se halla en el Valles Occidental (Barcelona).

El análisis químico de arcilla revela un 9,52^/o de pérdi­da al fuego a 700^C y un 3,4^/o de carbonato cálcilo por lo que, en primera aproximación, puede evaluarse el calor de reacción como:

28

BALANCE ENERGÉTICO

Producción: 5.600 Kg/h Consumo combustible: (Gas natural) 561Nm^/h =4.880.700 Kcal/h, Consumo unitario: 871,3 Kcal/Kg

CONCEPTO

QR Calor de reacción

Qv Calor sensible salida

Qp Calor perdido paredes y bóveda

Qh Calor evacuado humos

Qs Calor recuperado en secadero

Qi Calor perdido varios

TOTAL

Kcal/h Kcal/Kg o/o

299.040 53,4 6,1

345.720 61,7 7,0

394.680 70,4 8,1

1.534.690 274,0 31,4

2211.330 394,8 45.4

95.240 17,0 1,9

4.880,700 871,3 99,9

9,52-3,4 Kg . 637 KcaJ

100 Kg

3,4 Kg.425 Kcal loo Kg

: 38,98

= 14,45 53,43 Kcal/Kg.

El conjunto de fábricas ubicadas en este centro fabril produce una cantidad de subproducto (piezas rotas) que eran apropiadas para incorporarlas a la arcilla tratada. Se evaluó esta cantidad y se concluyó que podía añadirse un 20^/o de cascotes de la arcilla con lo que, teóricamente, el consumo energético ahroa sería de:

53,43 .0,8 =42,74 Kcal/Kg.

Es obvio que, teniendo en cuenta que la producción de dicha fábrica es de 5600 Kg/h., el ahorro de energía por es­te sólo concepto sería de:

10,69 Kcal/Kg . 5600 Kg/h . 24h/día = 1.436.736 Kcal/día que traducido en términos económicos representan unas 1143 ptas/día. Si, a eUo añadimos que se aprovecha un ma­terial inservible como es el cascote y se deja de gastar un 20^/o de arcilla, la economía total puede cifrarse en unas 10.551 Ptas./día, cifra importante para tenerla en cuenta.

Sin embargo, el estudio fixé más lejos ya que so probó de incorporar un combustible en la pasta. Las posibilidades teóricas del esnasyo eran las siguientes:

a) Teniendo en cuenta que la finalidad de una cocción es qu el calor llegue por conducción al interior del cuerpo para que se realicen las transformaciones, es evidente que si entre las partículas de arcilla se incorporan granulos de combusti­ble el rendimiento de la operación será mayor.

b) Al producirse una reacción exotérmica en el interior del cuerpo cerámico por la ignición del carbón, las temperatu­ras en el interior del cuerpo aumentarán y en consecuencia la aportación de calor desde el exterior deberá ser menor.

c) Para que la acción del combustible surja efecto hay que proceder a una molturación del conjunto más fína, con ello se logran dos objetivos: conseguir una mayor plasticidad en la pasta, cosa necesaria ya que queda agio mermada por la

incorporación de cascotes y segundo, aumentar la reactivi­dad de las substancias debido a un mayor estado de subdi­visión.

Con todo ello se procedió a preparar tres pastas cuyas composiciones eran los que indica la tabla - IIL

5.1. PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS Las probetas tenían unas medidas de: 20 x 45 x 68 mm.

o sea, con una dimensión de espesor bastante superior a la que normalmente se utilizaba, este grosor se eligió delibe­radamente para estudiar el comportamiento de la transfe­rencia de calor por conducción.

T A B L A m ARCILLA CASCOTES CARBON-A

A 100

B 70 20 10

C 70 20

CARBON-B-

La arcilla filé molturada, por vía seca, y tamizada por un taiz de malla 250 ¡u. El cascote se introdujo con una granu-lometría máxima de 1,75 mm. y el carbón filé tamizado a 125 M.

Una vez preparadas las mezclas, se extmsionaron y seca­ron no sobrepasando en ningún momento los 115^C.

5.2. COCCIÓN DE LAS PROBETAS

En todas las probetas se efectuó un taladro ciego en sen­tido longitudinal que permitía el alojamiento de un termo-par.

Las cocciones se realizaron en un homo de fibra cerámi­ca de calefacción eléctrica, suministrando idéntica potencia en todos los ensayos.

En todas las cocciones se introdujo una probeta del tipo A junto a la otra a ensayar. La separación entre las mismas era de 5 mm. espacio justo para situación del termopar de controL En el interior de cada probeta había un termopar para registrar la temperatura.

El calentamiento duró siempre 2 horas y media y al final del mismo se determinó porcaida de cono.

En la Fig. 5 se representan las curvas obtenidas en las cocciones de:

10

BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR.VOL.20 - NUM.l 29

Fig. 5 Probeta A-B y Probeta A-C03Ca. Del primer código se

desprende que, a partir de 200^C, la curva temperatura-tiempo correspondiente a la probeta B adquiere una mayor pendiente y sigue adelantada respetando a la A de referen­cia hasta el final de la cocción, todo ello debido al calor que desprende la oxidación del combustible.

Como elemento de comparación se realizó la cocción de A - COaCa, productos que, teniendo a bajas temperaturas (SOO^C) conductividades similares 0,99 Cal/m h^C. el CO3 Ca y 1,15 Cal/m h ^C. la arcilla, no presentan la misma cur­va ya que la arcilla al iniciar su descomposición precisa ab­sorber calor y por tanto su temperatura interna desciende. Sucede lo contrario a alta temperatura ya que la disociación del carbonato es de naturaleza fuertemente endotérmica y consume 425 Cal/gr. Ellos nos sirvió de base de compara­ción para iniciar los estudios cuantitativos con el aitálisis térmico y pasar más adelante a las pruebas industriales.

6.- RESULTADOS

Los resultados cabe enjuiciarlos bajo el aspecto de prue­bas de laboratorio y desde el punto de vista industrial. Las

oc

20(>f

400J-

60o|

800

I.00OJ-

l.20oL

50,5 mgr 10 «CAiln,

140 mm/h

425 Cal/gr •50,5-10V , «

Fig. 6

conclusiones, que figuran en el capítulo siguiente, se refie­ren exclusivamente a consideraciones de índole económica.

6.1. PRUEBAS DE LABORATORIO

En primer lugar se realizaron numerosos termogramas, uno de los cuales aparece en la figura. 6, con carbonato cal­cico puro para calibración del analizador. En los mismos se fijaron los siguientes porámetros:

- Peso de la substancia (50,5 mgr) - Velocidad de calentamiento (lO^C/min.) - SensibÜidad (0,5 mV/250 mm.) - Velocidad de registro (140 mm/h) - Cápsulas: cerámicas.

Se integraron todas las áreas de picos endotérmicos co­rrespondiente a la disociación del carbonato calcico, arro­jando una desviación inferior al 2^/0.

Seguidamente se reaHzaron los termogramas de la pasta a la que se habia añadido carbón, en idénticas característi-cas de funcionamiento del instmmento. La observación de uno de ellos„por ejemplo el que aparece en su fig. 7, pone de manifiesto que el inicio de la reacción exotérmica de los 560^C. La integración de las áreas de los diversos termogra­mas reveló una disparsión máxima de 3,8^/0, valor que se nos antoja aceptable teniendo en cuenta que se trata de muestras tomadas al azar y que se hallan constituidas de tres substancias diferentes: arcilla, cascotes y carbón.

°c

2oeH-

400+

600

800

1.000+ 17 Col/cm2 • 14,2 cm^ = 24,65 Cal.

I ^ ^ 6 5 C a L , 493 cal/gr. I 50,0-10 ^gr.

Fig. 7

Las valoraciones cuantitativas reaüzadas tomando como base la disociación del carbonato calcico en 425 cal/gr., dan una medida de: 493 Cal/gr. lo que representa un poder calo­rífico del carbón utilizado de 4930 Kcal/Kg.

A partir de estos datos, pueden deducirse teóricamente los siguientes resultados:

a) Caldr apottado por el combustible adicionado: 493 Kcal/Kg., (el Kg. se refiere al Kg. de pasta).

b) Calor de reacción preciso para la pasta tipo B (de arci­lla sólo hay el 7 0 % ) :

53,43 Kcal/Kg-a . 0,7 = 37,4 Kcal/Kg. c) Suponiendo una eficacia de la combustión del 90^/o,

valor incluso algo bajo teniendo en cuenta que el combusti­ble se halla iimierso en la pasta, el calor residual limpio que queda libre será:

493.0,9-37,4=406,3Kcal/kg. d) El ahorro de gas que supone esta aportación de calor

es, teóricamente, para una producción de 5600 Kg/h. de* 406,3Kcal/kg.5600Kg/h. 1 Nm^ =261Nm3/h

8700 Kcal

30

Lo que supone un 46^/o de ahorro de gas.

6.2. PRUEBAS INDUSTRIALES Una vez contrastados los datos procedentes del laborato­

rio se decidió hacer una prueba semi-industriai, cuyas carac­terísticas principales aparecen en los apartados siguientes:

6.2.1. ELABORACIÓN DE LA PASTA ELEGIDA

Para Uevar a cabo las pruebas industríales se eligió la pas­ta B, cuya composición es:

70 o/o de arcilla 20 o/o de cascote 10 o/o de carbón

Este conjunto se mezcló en una era y se introdujo direc­tamente a un molino de martillos equipado con una reja de 8 mm. de luz. En esta operación se cometió una desviación respecto a las pruebas de laboratorio ya que en éstas los cas­cotes se trituraron en un molino individual. En la pmeba industrial ello no ñié posible y resultó la siguiente distribu­ción granulométrica:

< 0,6 mm. 71,40/0 0,6 4-0,9 mm. 12,0 0/0

1 + 2 mm. 16,00/0 > 2 mm. 0,6 0/0

Es evidente que la adición de cascote con granulometría tan fina hace perder, en parte, el efecto chamotizador que se espera del árido. Sin embargo al no ser este el fin princi­pal del experimento, ya que no había cortapisas respecto a la contracción, este aspecto puede despreciarse. El fenóme­no sin embargo reporta otro inconveniente y es el hecho de que la misma cantidad de cascote adicionada con un tama­ño de grano mucho más pequeño presenta una superfici mu­chísimo mayor con lo que, siendo el cascote poroso, la can­tidad de agua de amasado se ve incrementada respecto al va­lor que le hubiese correspondido en detrimento, natural­mente, de la energía que más tarde será precisa para el seca­do.

A la salida del molino la oasta se humedeció hasta un 8 + 1 0 0/0 y seguidamente se depositó en un silo de alma­cenamiento en el que permaneció por espacio de unos 20 días. La pasta, una vez "reposada", iba directamente a la extmsionadora.

6.2.2. EXTRUSION

La pasta estudiada se extmsionó con adición de vapor hasta corregir una humedad del orden del 20 0/0, Esta no fué posible rebajarla ya que el árido añadido era cascote y en consecuencia su porosidad es del 15 4-20 0/0.

Sin embargo dguna mejoría se obtuvo en la potencia necesaria para la extrusión ya que pasó de: 4,41 Kw para un caudal de 18,6 tn/h. de pasta a 3,95 Kw para la misma pro­ducción.

6.2.3. SENSIBILIDAD AL SECADO Otra ventaja importante a tener en cuenta cuando se adi­

ciona un producto árido a una arcilla es la disminución de las grietas en el secado.

Definimos el factor sensibilidad r¡ como el cociente entre el porcentaje de la contracción en secado (c) dividido por el tiempo, en minutos, que tarda en aparecer grieta (t): T? = ^ la bibliografía nos aporta numerosos valores de 17, que nos proporcionan una idea de la dificultad o facilidad al secado de una pasta, siendo los más difíciles las arcillas montomori-

BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR.VOL.20 - NUM.l

lloniticas y las caoliníticas. En nuestro caso la adición de un 300/0 de árido, a efectos de secado el carbón puede consi­derarse como tal, hace descender, teóricamente, el valor de la susceptibilidad TÍ de 0,9 a 0,3. Estadísticamente no ha po­dido ser corroborado pero la experiencia mostró que el ín­dice de rotura y grietas durante el secado había descendido de manera notable. *'Desde el punto de vista de la cocción hay que tener presente que la adición de cascote en este ti­po de pasta juega una baza importante durante el precalen-tamiento de la misma ya que la porosidad durante el preca­lentamiento de la misma ya que la porosidad es un factor que ayuda a la oxidación del combustible".

6.2.4. COCCIÓN

Los resultados obtenidos en la cocción industrial de esta pasta son un poco dift'dles de enjuiciar por el hecho de que un horno túnel de construcción tradicional es bastante com­plicado de estabilizar, máxime cuando la geometría y masa del producto a cocer varía casi con la misma frecuencia con que se consume el ciclo de cocción, hecho éste insoslayable debido a los avatares que dicho sector atraviesa en la región Catalana.

Sin embargo pueden extraerse algunas conclusiones de indole general como:

— El producto cocid presentaba un aspecto muy similar al tradicionahnente fabricado, con la salvedad de un mejor acabado externo por el hecho de haber substituido a habi­tual molturación a base de molinos de cilindros por un molino de martillos.

— Una molturación más fina de la arcilla repercute en una facilidad de las reacciones en estado sólido lo que se traduce, manteniendo constante la temperatura, en un color más homogéneo y una porosidad algo menor.

— El producto cocido pesó, en promedio, un 70/0 me­nos que el fabricado con la pasta antigua, debido a la volati-zación del combustible. Ello se traduce, sin duda, en un ali­geramiento de la pieza y por tanto en el transporte.

— El consumo de gas disminuyó en un 350/o, situándo­se sobre los 365 Nm^/h., o sea unos 11 puntos por debajo del esperado teóricamente.

6.2.5. NUEVO BALANCE TÉRMICO

Aunque con datos provisionales, el consumo de gas leido es suficiente para elaborar un nuevo balance térmico (ta­bla IV).

De la observación del nuevo balance energético se des­prenden algunas conclusiones:

— El rendimiento, hablando en términos puramente energéticos, ha disminuido por cuanto ha pasado de 871 Kcal/Kg a 1060 Kcal/Kg. La explicación parece que debe buscarse en el hecho de que para producir la ignición del carbón se precisa cierta temperatura, pero cuando el com­bustible sólido comienza a arder la reacción exotérmica provoca una elevación mayor de la temperatura de los humos lo que se traduce en una pérdida mayor.

— Sin embargo, y al margen de las consideraciones, el hecho de que los humos se evacúen a unos 170OC en lugar de los llOOC puede favorecer el rendimiento térmico glo­bal ya que ahora, a temperatura más elevada, es rentable co­locar un intercambiador de calor humos-aire que, con facili­dad puede tener un rendimiento de un 50O/o, con lo que el nuevo consumo uniterio total se situaría sobre los 843 Kcal/Kg., o sea mejor que el inicial.

7 . - CONCLUSIONES ECONÓMICAS Si bien es verdad que el consumo neto ha aumentado, es

31

T A B L A IV

BALANCE ENERGÉTICO (PROVISIONAL)

Producción: 5.600 Kg/h

CALOR ENTRANTE: Aportado por el gas: 365 Nm^/h .8.700 Kcal/Nm^ =3.175.500 Aportado por el carbón: 560 Kg/h . 4.930 Kcal/Kg =2.760.800

TOTAL 5.936300

CALOR SALIENTE

Calor de reacción

Calor sensible salida

Calor perdido paredes y bóveda

Calor evacuado humos

Calor recuperado secadero

Kcal/h Kcal/Kg o/o

209.440 37,4 3,5

353.920 63,2 5,9

394.680 70,4 6,6

2.428.260 433,6 40,9

2.550.000 455,-- 42,9

5.936.300

también cierto que ello se hace a base de utilizar unas calo­rías de origen nacional y además el balance económico es rentable como lo demuestran los números siguientes:

Ahorro de gas: 196,3 Nm^/h x 6,33 Pts./Nm^ = 1243 Pts/h Ahorro de pasta: 1680 Kg/ g x 0,25 Pts./Kg = 420 Pts/h

1663 Pts/h

Incremento precio carbón: 560 Kg/h x 2,3 Pts/h 1288 Pts/h

Ahorro neto = 375 Pts/h

lo que representa 9000 Pts/día o 270.000 Pts/mes., canti­dad ya substanciosa para tenerla en cuenta.

Como colofón a estas consideraciones económicas po­dríamos concluir que:

— El carbón que se ha utilizado tiene un poder calorífi­co muy bajo y en cambio su precio es muy elevado. Este ex-permitento sería idóneo realizado en aquellos lugares donde el combustible sea mas barato y mas bueno. — El procedimiento expuesto consume todos los casco­tes que se producen a la factoría y que a veces resulta one­roso el evacuarlos — La simplicidad del experimento lo hace asequible a la mayor parte de las fábricas cerámicas sin modificar, subs-tanciahnente, su tecnología de trabajo. — El consumo de carbones y lignitos de origen nacional coopera a abaratar los costes de fabricación a la vez que de­ja libre la utüización del gas para aquellos procesos en que sea insistituible.

32