Mejoras tecnológicas disponibles en hornos túneles de ... - Kilnogy

KILNOGY NEWSMejoras tecnológicas disponiblesen hornos túneles de cocción cerámicaINTRODUCCIÓNLas Mejoras Tecnológicas disponiblesen Hornos Túneles de Cocción deCerámica, permiten mejorar la calidadde los productos, y el aumento y laflexibilización de la producción frente aun mercado cambiante.También se consigue con estas tecnologíasuna mejora del rendimientode los hornos que actualmente esobligatoria debido al altísimo coste dela energía y la limitación de emisionesde CO 2determinada de horno los gases disminuyensu temperatura (línea azul),mientras que, la carga aumentaría sutemperatura según la línea roja. Siconsideramos el horno túnel completo,vemos que está constituido por 2 intercambiadoresgas-sólido en serie cuyaparte central es la zona de cocción.En la Fig. 2 vemos análogamente unarepresentación gráfica ideal de la evoluciónde temperatura de los gases (líneaazul) y de la temperatura de la carga(línea roja).Para explicar mejor las tecnologías aplicables,es necesario hacer una pequeñaexposición de algunos conceptossobre funcionamiento de estos hornos,como son:• El horno túnel como Intercambiador• Los gases longitudinales contrarios• Los gases transversalesFig. 1. Representación de la temperatura de gases (en azul) y de la temperatura de la carga (en rojo) enfunción de la longitud de una sección de horno.EL HORNO TÚNEL COMOINTERCAMBIADORSi consideramos una sección de hornotúnel, vemos que se trata de un dispositivoen el que viajan a contracorrientelos flujos de carga y vagonetas por unlado, y los gases por otro. El contactomás o menos eficiente entre estosflujos produce una transferencia decalor, de manera que en el caso representadoen la Fig. 1, para una longitudFig. 2. Esquema de horno túnel como intercambiador2

KILNOGY NEWSDos son los diferentes cometidos deun horno túnel que se favorecen mutuamente:El primero cocer perfectamentela cerámica, y el segundo asegurar lamáxima eficiencia energética, y esto loconsigue el horno túnel en su condiciónde intercambiador.Para favorecer la transferencia calorentre:• los gases a carga, lo cual tiene lugaren las secciones de precalentamientoy cocción• y de la carga a gases, lo cual tienelugar en las secciones de enfriamientoes necesario actuar sobre la agitacióno turbulencia de gases para promoverel mejor contacto y la transferencia decalor entre ambos.Los gases longitudinales contrariosSon gases muy importantes para laeficiencia energética de los hornostúnel, puesto que son los responsablesde la recuperación del calorpor transporte del mismo, desde laszonas de enfriamiento de atrás, hacialas de precalentamiento en la partedelantera. Presentan las siguienteslimitaciones, tal como se esquematizaen la Fig. 3:• Son gases que circulan con turbulenciainsuficiente• Tienen tendencia a pasar por lasección anular y a no pasar por elinterior de la carga (buscan el caminode menos resistencia)• Circulan con una estratificación natural,la parte más caliente lo hace porla parte alta y la más fría por la bajaEn definitiva, estos gases longitudinalescontrarios permiten recuperar elcalor en el horno pero no satisfacen lasnecesidades para una buena cocciónde la cerámica porque:• La parte más caliente pasa cercadel techo que ya está caliente y lamás fría cerca de las vagonetas queprecisamente entran frías constantementey requieren más calor.• Calientan mal el interior de lospaquetes de carga• Proporcionan un deficiente contactoentre la carga y los gases, y solopasan una vez por cada lugar, conlo cual si fuera solamente por ellostenemos muy difícil asegurar unacocción homogénea.Los gases transversalesPara paliar estas limitaciones es necesariomezclar bien los gases dentro delhorno. Esto quiere decir crear una circulacióntransversal de gases, cuantomás intensa mejor. Nos referimos a larecirculación interna.La recirculación se crea por inyecciónde gases con alta cantidad de movimiento,ya sea por quemadores dealta velocidad o por recirculadores,situados en posiciones horizontaleso verticales, según se muestra en laFig. 4 y 5La recirculación tiene las siguientesventajas,• Eliminan estratificación debido a lamezcla• Igualan temperaturas transportandocalor de las partes más calientes alas menos calientes si su velocidado cantidad de movimiento es alta• Generan flujos dentro de la carga porefectos dinámicosLos flujos transversales son útiles tantoen calentamiento como en enfriamiento,porque maximizan el intercambiode calor entre la carga y los gases, loque hace del horno un intercambiadormás eficiente, y por tanto contribuyena disminuir el consumo al mejorar laeficiencia energética del mismo.Tecnologías disponibles para hornostúneles de cerámicaLas tecnologías disponibles aplicablespara aumentar la eficiencia de los hornostúneles son las siguientes:Fig. 3. Gases contrarios en una sección de horno• Sistema DumBypass• Combustión DumPulsion y sistemaDumJet• Analizador de atmósferasDumZirconexact• Nueva supervisión DumVision V6 ysus funciones de control de energíaDumControlEnergy y exportación dedatos a Excel DumDataExport3

KILNOGY NEWSFig. 4. Gases transversales de recirculación horizontalFig. 5. Gases transversales de recirculación verticalSistema DumBypassCaracterísticas principales del sistemaDumBypass:Consiste en aspirar gases de la zonade enfriamiento y reinyectarlos en lazona de precalentamiento, con lassiguientes características:• Se realiza a temperaturas de 700 a800ºC.• Requiere de una construcción especialen lo referente a ventiladores,tuberías, y adecuado diseño detomas de aspiración e impulsión.• Requiere tener una extracción parcialo total de gases antes de la zonade cocción• Inyección en precalentamiento conalta cantidad de movimiento (mejorahomogeneidad en precalentamiento)El sistema DumBypass consigue lassiguientes mejoras en la zona de cocción,según se representa en lossiguientes esquemas:Tenemos:• Menor flujo contrario y controladoporque predominan los gases transversalesde los quemadores de altavelocidad (Q A V)• Mejor control de la temperatura debidoa la homogeneidad puesto queel flujo longitudinal se reduce considerablemente.• Posibilidad de control de atmósfera(aislamiento zona)• Aprovechamiento mejorado ventajasquemador alta velocidad porquese hacen predominantes los gasestransversalesFig. 6. Principio del sistema DumBypass4

KILNOGY NEWSFig. 7. Zona cocción sin DumBypassFig. 8. Zona cocción con DumBypass¿Qué ocurre en horno túnel sinDumBypass? (Fig. 9)• Recuperación de calor limitada por lazona de cocción, que representa uncuello de botella• El caudal contrario en la zona decocción se tiene que limitar por lasextracciones BT (Baja Temperatura) yAT (Alta Temperatura)• Se produce una utilización no óptimadel calor para secaderos, pues estecalor de alta temperatura lo aprovecharíamejor el horno en la secciónde precalentamiento.• Menor rendimiento y control de lazona de cocción• Menor rendimiento y control delprecalentamiento• Mayor consumo debido al uso noóptimo de la energíaSi disponemos del DumBypasstenemos (ver Fig. 6):• Caudal contrario controlado segúnconvenga.• Entrega calor distribuida como serequiera para precalentamiento ycocción• Mejor control porque podemos entregarmenos calor en cocción y masen precalentamiento• Exactitud en la curva o receta decocción diferente que necesite cadaproducto• Enfriamiento más rápido• Uso de menos aire frío para disminuirla temperatura de las llamasque lo que se traduce en un menorconsumo• Aumento de la producción por mlineal horno• Aumento posible de la producción enhornos existentes modificados• Prolongamos vida vagonetas y hornoal disminuir la diferencia de presionesentre entrada-salida del mismoQuemadores de alta velocidad (QAV)Recordando las propiedades de losquemadores de alta velocidad, son unode los medios más efectivos de crearflujos transversales recirculativos encualquier horno. Esto es debido a queFig. 9. Horno convencional sin sistema DumBypassFig. 10. Gráfica ejemplo de la potencia respecto a la velocidad del QAV5

KILNOGY NEWSen ellos, la mayor parte de la combustiónocurre dentro de una tobera concebidapara producir una expansión apresión constante de los productos dela combustión. Con esto, una parte dela energía del combustible se invierteen acelerar e impartir una considerablecantidad de movimiento a estos gases,hasta velocidades del orden de 120m/s o incluso más. Se crean así chorrosque incorporan gran cantidad degases del volumen interior del horno.Si el diseño del horno es el adecuado,es posible incorporar al flujo del ordende 20 veces el volumen emitido por elquemador.Las propiedades de los QAV son entreotras:• La velocidad es función de la potencia(ver Fig. 10), es decir el quemadorde alta velocidad solo mereceeste nombre cuando opera en lascercanías del 100% de la potencia• Pueden utilizarse no solo en precalentamiento,sino en la zona decocción• Si se utilizan en todo el horno seaumenta la producción por m linealdel mismo• Hacen posible un aumento de producciónen los hornos existentescuando sustituyen a otros• Con la vigilancia de llama de quedisponen, la puesta a régimen delhorno es más rápida y segura.Regulación convencional de los QAVLas ventajas que pueden aportar losQAV pocas veces se aprovechan comosería posible.En efecto, cuando se utilizan los QAVde forma convencional modulante, y/ocuando los quemadores están sobredimensionadospara hacer frente a mayoresproducciones futuras, no trabajarána alta velocidad y no obtendremos losbeneficios que se indican más arriba.Con la regulación de potencia convencionallo que se obtiene en la mayoríade los casos es una débil agitación, portanto, un calentamiento más localizado,es decir, diferencias de temperaturaentre las diferentes áreas o zonas delos paquetes de carga (a menos queañadamos más aire del necesario loque hará aumentar el consumo)Combustión DumPulsion y sistemaDumJet¿Cómo funciona el principioDumPulsion? Consiste en un sistemadiferente de regulación de potencia,que elimina los inconvenientes delas regulaciones convencionales, ypermite obtener todos los beneficiosde los QAV que se han expuesto anteriormente.Con este sistema, la regulación delos quemadores se realiza por tiempoy no por intensidad. El quemadorfunciona algunos segundos al 100% yluego queda en llama piloto o mínima,esto tiene los siguientes efectos:• Se crean poderosos flujos a travésde la carga por el vigoroso efectoventuri de succión de los impulsosdel quemador• Transporte calor eficaz al mismotiempo que se crea, incluso cuandola necesidad de potencia es baja• Homogeneización de temperaturasmuy mejorada• Admite mayor libertad de apilamientode los paquetes de carga (hornomás flexible)El sistema DumJet es un sistemade pulsado de aire a alta presiónque produce los mismos efectosbeneficiosos en todo el horno: enlas zonas de calentamiento previo,enfriamiento rápido, lento y final, esdecir, en las secciones donde no hayquemadores.Analizador DumZirconexactEs una tecnología indispensable enhornos para el control y la estandarizaciónde la calidad de los productos,y la disminución del consumo de combustible.Fig. 11. Analizador DumZirconexactSe instala directamente a través de lapared del horno de manera tan simplecomo si fuera un termopar. Sus característicasson:• Temperatura de trabajo hasta 1700 ºC• Medida precisa e instantánea• Medida de atmósferas oxidantes oreductoras• Medidas en factor de aire, bien enforma de O 2/CO• Resistente a los contaminantes habitualesque se encuentran en lasatmósferas de los hornos• Sin mantenimiento frecuente• Precio asequible• Instalable en hornos existentesNueva supervisión DumVision V6Presentamos novedades de la supervisiónpropietaria DumVision actualmenteen versión 6.Características generales:• Es un software especializado ensupervisión de hornos y secaderos(posible instalación para otrasmáquinas) entre sus múltiples ventajasse encuentran su característicamultipuesto y su ubicuidad6

KILNOGY NEWS• Puede manejarse toda la instalacióndesde varios ordenadores en la fábrica,oficina y desde cualquier puntocon acceso a Internet• Puede visualizarse o manejarsesegún privilegio de acceso y contotal seguridad por medio de comunicaciónencriptadaControl de Energía DumControlEnergyPermite:• Control o seguimiento del consumode gas corregido diario, mensual yanual de la cocción o secado en lasmismas unidades que el recibo delgas• Control toneladas CO 2emitidas• Control de varios centros de consumo(hornos, secaderos, etc..)• Instalable en equipos existentes.Exportación de Datos a Excel, elDumDataExportEl DumDataExport puede captar grancantidad de datos y variables de todotipo, entre ellos los consumos de losdiferentes contadores conectados asu sistema. Esto permite vincular losdatos de producción diarios con laprevisión futura de ventas-producción;crear informes de conformidad, defuncionamiento diario y mensual, estadísticos,etc...Se exportan también las curvas registradasde cocción y secado, por selecciónde Fecha y Hora iniciales yfinales.ConclusionesEstas tecnologías hacen ahoraposible:• Recuperación directa para elmismo horno del calor enfriamiento(DumBypass)• Independizar la zona de cocción ycontrol preciso y diferenciado detratamientos DumBypass)• Reducción del consumo (sistemasDumPulsion y DumJet)• Extraer el máximo rendimiento decada metro de horno (sistemasDumPulsion y DumJet)• Compartir y analizar informaciónmediante el DumDataExport• Seguimiento preciso del consumoy emisiones, DumControlEnergyFig. 12. Supervisión DumVision V6Fig. 13. Control y Seguimiento del Consumo energético DumControlEnergy7