Tecnología de hornos de KELLER ICS

Hornos túnel

Los famosos hornos túnel de KELLER ICS son el corazón de muchas fábricas de cerámica estructural.

La combinación de innovadores conceptos de control con los más modernos quemadores y una tecnología medioambiental innovadora garantizan la obtención de productos cocidos de la más alta calidad así como una alta eficiencia económica.
 

Tecnologías medioambientales del futuro

Desde hace muchos años, KELLER ICS lleva complementando su gama de productos y servicios con soluciones personalizadas en las áreas de protección medioambiental y de tecnología energética.
El empleo de plantas de cogeneración para la obtención de energía eléctrica de las que se recupera el calor, la utilización del calor de recuperación del horno túnel para el secadero o la post-combustión de los gases pobres de carbonización, como parte de una nueva fábrica o como reequipamiento de una planta existente, son sólo tres ejemplos de los muchos que hay y que demuestran lo que KELLER ICS entiende por tecnología de protección medioambientales del futuro para la industria cerámica estructural.

Con nuestro nuevo horno “Enviro” marchamos rumbo al futuro

El cambio de la política energética es la responsabilidad de toda la sociedad y se discute desde hace muchos años en Alemania. Ahora es apoyada por la mayoría de la población y la política. El objetivo es garantizar, por ejemplo, que las fuentes convencionales de energía en Alemania sean sustituidas en la mayor medida posible por renovables. La eficiencia energética es en este contexto al menos igual de importante. Cada vez es mayor la atención que se concede a este aspecto desde hace tiempo en el debate público.

La misión de la empresa KELLER ICS es aumentar de modo sostenible la eficiencia energética en las fábricas cerámicas y, de esta forma, reducir las emisiones de CO2 debidas a la energía. Los procesos que mayor energía consumen en la producción de ladrillos y tejas son, sin duda, el secado y la cocción. Con el fin de reducir de manera importante el consumo de energía durante la cocción, en KELLER ICS hemos replanteado este concepto de horno para hacer de ello un nuevo concepto todavía más sostenible. Así por ejemplo, puede ser reducido el consumo energético de una fábrica de tejas con soportes refractarios en H en al menos un 30%, en comparación con una nueva planta convencional.

El proceso de cocción

En el horno túnel convencional se transfiere la energía según el principio fluido a sólido, lo que significa que aire es utilizado para transportar la energía. En la práctica, esto quiere decir que se tiene que utilizar el aire caliente de la zona de enfriamiento del horno en otro lugar. El aire sigue atravesando la zona de cocción y sale del horno como pérdida de calor en gases de combustión. Ahora bien, hay que reducir o incluso eliminar estos flujos de energía para reducir de forma significante el consumo de energía en el proceso de cocción.¿Cómo hacerlo?

Aunque parezca difícil encontrar la respuesta ya la tenemos. Un horno con avance de carga en marcha opuesta reúne varias ventajas. La energía se transfiere según el principio sólido a sólido (véase imágen 1) y no de fluido a sólido como es el caso en un horno convencional, garantizando que se evita un flujo de aire longitudinal a través de la carga en la zona de cocción y que se reducen considerablemente las pérdidas debidas a los gases de combustión. Además, ya no se necesita la conexión entre horno y secador, ya que no se evacua energía de la zona de enfriamiento. Ya existen hornos de este tipo con dos carriles y carros de horno con un ancho de 3 o 4 m, aproximadamente. La energía se transfiere de un carril a otro por convección libre (véase imágen 2). En relación con la omogeneización; y la intensificación de la convección mediante una ventilación forzada existen todavía potenciales de mejora en estos hornos. La pared separadora entre los carriles hace que no sea posible un intercambio de radiación.

Se conocen, además, las consideraciones teóricas, por ejemplo, de universidades e institutos científicos. En KELLER ICS hemos trabajado intensamente con los resultados conocidos y los principios básicos del horno con avance de carga en marcha opuesta. Y mediante rediseños y modificaciones hemos creado una innovación: el horno "Enviro. En este horno hemos eliminado las desventajas y nos aprovechamos de los beneficios, de manera que se ha creado un concepto de cocción totalmente nuevo y con un enorme potencial de ahorro energético.

El horno Enviro

¿Cómo es construido y cómo funciona?

El aspecto fundamental del horno Enviro es la transferencia energética que en este caso es de sólido a sólido. Por lo tanto, es óbvio que cargas de producto que se mueven en posiciones adyacentes tienen sus limitaciones geométricas y que la convección es forzada y se aprovecha de manera más eficaz posible la transferencia de calor por radiación. Con el objetivo de alcanzar estos requisitos, en KELLER ICS hemos seccionado el carro de horno en partes longitudinales para colocarlas después en paralelo. De esta manera, es mayor el número de carros de horno cargados con productos que deben ser cocidos y después enfriados. Y estos carros avanzan en sentido opuesto a través del horno. Aquí las condiciones marco para la transferencia de calor son óptimas. En la zona de convección a lo largo del horno se encuentran instalados ventiladores de recirculación, que proporcionan una recirculación en sentido transversal. En temperaturas por encima de aproximadamente 700 °C los ventiladores de recirculación ya no son necesarios, ya que la parte de radiación es superior y el calor se transfiere por radiación. La máxima cocción se realiza en la zona de cocción, igual que en los hornos convencionales.

Horno piloto

Las consideraciones para el rediseño del horno con avance de carga en marcha opuesta estuvieron precedidas por estudios teóricos, entre otros con el software “Fluent”, en colaboración con la Universidad de Osnabrueck (Alemania). Con el fin de confirmar los resultados alcanzados y obtener datos consolidados, KELLER ICS ha construido un horno de prueba, 5 m de ancho, 16 m de largo y 5 m de alto, ha realizado extensas mediciones.

También la Fundación federal alemana para el Medio Ambiente, que apoya de diversas formas proyectos para la protección del medio ambiente, ha reconocido el gran potencial del nuevo horno “Enviro” y ha prestado su apoyo financiero para la construcción del horno piloto.

Mecánica de fluidos

Para obtener resultados de cocción de alta calidad, es necesario conseguir un perfil de flujo uniforme en la carga. Se ha podido lograrlo a través de instalaciones específicas y fue comprobado mediante mediciones en diferentes alturas (véase imágen 6). Una velocidad del flujo de aire inferior de 1 m/s ya es suficiente para garantizar la transferencia de calor en la zona de convección.

Termodinámica

La transferencia de calor según el principio sólido a sólido funciona: Se puede medir y registrar el “calentamiento” de una sección de carga y el “enfriamiento” de la otra después de cada avance de carro de horno y así comprobar la transferencia de calor (véase imágen 7). Como los productos en el horno Enviro se apilan principalmente en una fila, la distribución de la temperatura en el ambiente es excelente, y se pueden aplicar gradientes de calentamiento y enfriamiento más altos en el punto crítico de retención de lo que sería posible en los hornos convencionales y la calidad del producto es igualmente alta. En el nuevo horno “Enviro” de KELLER también se pueden producir otros productos como por ejemplo ladrillos cara-vista, plaquetas, ladrillos huecos o bloques cerámicos o incluso productos no cerámicos.

Ahorrar energía y reducir costes operativos

El diagrama Sankey muestra muy bien el potencial de ahorro energético que tiene el nuevo horno “Enviro”. El ejemplo de una moderna fábrica de tejas con soportes refractarios en H muestra, que se puede reducir la demanda de energía total para el secado y la cocción de 631 a 398 kcal por cada kg de tejas.

Y con el nuevo horno “Enviro” de KELLER por fin ya no se necesita la conexión entre el secado y la cocción, con la consecuencia de que resultan completamente nuevas posibilidades para calentar el secador, como por ejemplo el secado de bajo consumo, la cogeneración o el calentamiento mediante el uso de combustibles alternativos. Gracias a estas nuevas posibilidades, se puede adaptar el sistema del suministro de energía a las necesidades específicas del cliente y su demanda. Con un nuevo horno de este tipo se evitaría en muchas plantas un exceso de energía disponible para el secador que al final sería expulsado hacia fuera en forma de valiosa energía contenida en el aire del horno. Y esto cuida el medio ambiente, ahorra recursos y reduce los costes operativos: una inversión con buena rentabilidad.