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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS

ING. ELECTROMECANICA

INGENIERÍA BÁSICA DEL HONO TUNEL DEL (CIMAC )

Instrumentación II INGENIERÍA BÁSICA EN LA PLANTA DEL CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES

CERÁMICOS ( CIMAC ) EN EL AREA DE HORNOS, EN CIUDAD DE CUCUTA, NORTE DE SANTANDER

MERILEN ARDILA TRIANA Cod: 1090045 [email protected]

RESUMEN: En este documento realizan una ingeniería básica a la planta de cerámica que se encuentra en la universidad francisco de Paula Santander, permitiendo un análisis de parámetros, condiciones y normas que se utilizan en un sistema de horneado en la fabricación de productos cerámicos. PALABRAS CLAVE: Ingeniería Básica, hornos túnel, P&DI, KEMAC, horno rodillo, temperaturas, quemadores, válvulas, control, ventiladores. INTRODUCCIÓN Esta planta está ubicada en la universidad de francisco de Paula Santander, de la ciudad de Cúcuta, este Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC), se encargada de investigar, desarrollar, y mejorar la fabricación de baldosas, utilizando como materia prima la gran variedad de arcilla, la cual es procesada anteriormente para lograr una pasta única y eficiente, capaz de darle las características necesarias a la cerámica para una mejor calidad en norte de Santander El (CIMAC) está conformado por una planta de producción moderna, con el fin de generar nuevas oportunidades para el desarrollo de los ceramistas artesanales de Norte de Santander. El proceso de fabricación de las baldosas cerámicas llevado a cabo en el Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC), consta de tres áreas consecutivas: 1. Prensa y secado, 2. Esmaltado y decorado y 3. Hornos, selección. A pesar de que casi todo el proceso es automático, está sujeto a eventos imprevistos. El propósito de este trabajo es realizar una ingeniería básica que permita cumplir con las normas de seguridad y permitiendo visualización de los diferentes procesos realizados en la planta , con su simbología pertinente, para así cumplir con diferentes normas legales, y a su vez es una herramienta muy importante para los ingenieros, técnicos y operarios, ya que permite toma de decisiones rápidas y acertadas en eventos de

supervisión, manejo u reparación de cualquier proceso realizado en la planta. Este paper contiene la presentación de la ingeniería básica del Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC), en el área de hornos. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general Realizar una ingeniería básica en la planta del Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC), en el área de hornos. 2.2 Objetivos específicos • Conocer el proceso de fabricación de

baldosas. • Conocer las diferentes etapas en el proceso

de horneado de baldosas. • • Conocer tipo de horno utilizado en la

fabricación de baldosas en planta del CIAMAC

• • Realizar planos de la planta del CIMAC

implementando toda simbología aprobada por las normas ISA.

• • Observar y dar conocer de forma detallada

las diferentes máquinas que constituyen el área de hornos,

• • Generar una herramienta de utilidad para la

buena operatividad de la planta.

3. MARCO TEÓRICO y CONCEPTUAL

A continuación se incluyen los conocimientos más relevantes para un completo entendimiento del proceso de fabricación de baldosas y posterior desarrollo de la ingeniería básica de los hornos utilizados en el Centro de Investigación en Materiales Cerámicos.




La materia prima principal del proceso de fabricación de la cerámica, en norte de Santander es la arcilla. Existe una gran variedad de arcillas utilizadas en la fabricación de cerámica, las diferencias se reflejan en su composición química que afecta directamente en las propiedades físico-químicas de los productos obtenidos y en las emisiones residuales, generadas durante todo el proceso. También se utilizan en mucha menor proporción, otras sustancias tales como: cuarzo, arena, feldespato, granito, etc. Entre las características más importantes de este sector industrial se pueden citar: ��Gran disparidad de tamaños y tecnificación de las instalaciones productivas. ��Fabricación de una gran variedad de productos El proceso de fabricación de cerámica estructural puede ser diferente en cada empresa. Las diferencias más notables de los procesos productivos individuales respecto al general se dan en las operaciones de preparación de las materias primas (molienda, humectación, amasado, etc.) y en el moldeo (prensado, extrusión, colada, torneado, etcétera). Proceso de producción general en la industria cerámica ver en la fig.1

Fig.1. Proceso de Producción de la Industria cerámica.

3.1. Tipos de Piezas Según Su Cocción y Composición Química.

Las piezas cerámicas se destinan a diferentes usos y presentan diversos aspectos según la temperatura de cocción y su composición química: - 900° y 1000°: Productos porosos para ladrillaría y tejería. - 1100° y 1300°: Productos semiporosos de loza y gres cerámico. - 1300° y 1500°: Productos impermeables de gres vitrificado. Porcelana y refractarios- Efecto de las impurezas Las impurezas que aportan las arcillas, debido a su origen sedimentario, pueden mejorar alguna propiedad del material cerámico pero perjudicar otras. En esquema el efecto es el siguiente: SiO2 (arenas): Aportan dureza y resistencia mecánica a las piezas y son desgrasantes pero quitan homogeneidad. Para evitarlo se deben moler muy finamente. Se detectan por el tacto, tamaño del grano y brillo. CO3Ca (caliza): Tiene un efecto fundente y vitrificante pero al cocer las arcillas se descomponen dando cal viva- CO3Ca calor CO2 + CaO Y esta se hidrata con carácter muy expansivo al mojar las piezas fisurándolas. Son los denominados "Caliches" que se evitan en parte moliendo finamente. Se detectan por su color blanco. CO3Mg (dolomía): Se descompone a mayor temperatura que la caliza por lo que no produce su efecto. Es refractaria. Fe2O3 (óxido de hierro): Aporta resistencia mecánica. Da arcillas más, bastas y heterogéneas. Da coloración rojiza o gris.




SO4Ca (yeso) y álcalis: No aportan ventaja alguna y por su solubilidad en agua y posterior cristalización forman eflorescencias o manchas externas. En agua y posterior cristalización forman eflorescencias o manchas externas. Si lo hacen internamente disgregan las piezas.

3.2. PREPARACIÓN DE LA PASTA ACOPIO DE MATERIIAS PRIMAS

• La mayoría de empresas dedicadas al sector cerámico obtienen la materia prima de canteras cercanas al emplazamiento donde se encuentran ubicadas (ya sean propias o ajenas). Esta arcilla sin tratar es transportada mediante camiones hasta el emplazamiento donde se descarga y se almacena hasta su posterior uso. El transporte de las arcillas en el interior de la planta se realiza mediante cintas transportadoras. Ver foto (1) y (2). Banda transportada y cajón alimentación.

Foto1. Banda transportadora

Foto2. Cajón alimentación

3.3 MOLIENDA En el proceso de molienda se realiza la trituración de la arcilla sin tratar que provenga directamente de la cantera, y se obtiene la materia prima con la granulometría y textura necesarias para su posterior conformado. Puede llevarse a cabo de dos formas distintas, por vía seca o por vía semi-húmeda. Las arcillas secas y duras se preparan mejor en instalaciones por vía seca. Este tipo de sistema asegura la obtención de un porcentaje importante de partículas finas que se humectan con más facilidad y rapidez, obteniéndose una masa muy homogénea y de mayor plasticidad. Como consecuencia obtenemos un mejor acabado y una mayor resistencia mecánica, tanto del material seco como del producto cocido. Por otro lado, también puede llevarse a cabo este proceso por vía semi-húmeda, donde el proceso de humectación de la arcilla puede comenzar desde el mismo lecho de homogeneización. En estas condiciones el agua queda fuertemente ligada al cristal arcilloso, dando como resultado un aumento de la plasticidad y cohesión de la masa arcillosa, así como un aumento de su resistencia a las tensiones del secado. En algunos casos, la arcilla molida puede ser mezclada con distintos aditivos según los requerimientos de calidad del producto final. Existen distintos tipos de maquinaria para llevar a cabo este proceso según el tipo de molienda que se realice. En el proceso de molienda se realiza la trituración de la arcilla sin tratar que provenga directamente de la cantera, y se obtiene la materia prima con la granulometría y textura necesarias para su posterior conformado. Puede llevarse a cabo de dos formas distintas, por vía seca o por vía semi-húmeda. Las arcillas secas y duras se preparan mejor en instalaciones por vía seca. Este tipo de sistema asegura la obtención de un porcentaje importante de partículas finas que se humectan con más facilidad y rapidez, obteniéndose una masa muy homogénea y de mayor plasticidad. Como consecuencia obtenemos un mejor acabado y una mayor resistencia mecánica, tanto del material seco como del producto cocido. Por otro lado, también puede llevarse a cabo este proceso por vía semi-húmeda, donde el proceso de humectación de la arcilla puede comenzar desde el mismo lecho de homogeneización. En estas condiciones el agua queda fuertemente ligada al cristal arcilloso, dando como resultado un aumento de la




plasticidad y cohesión de la masa arcillosa, así como un aumento de su resistencia a las tensiones del secado. En algunos casos, la arcilla molida puede ser mezclada con distintos aditivos según los requerimientos de calidad del producto final. Existen distintos tipos de maquinaria para llevar a cabo este proceso según el tipo de molienda que se realice. Ver foto3. Vista panorámica general donde puede visualizar cajón almacenamiento, banda transportadora, mezcladora, laminadora, extrusora, cortadora.

Ver foto3. cajón almacenamiento, banda transportadora,

mezcladora, laminadora, extrusora, cortadora.

3.4 PREPARACIÓN DE LA PASTA

Foto4. Mezcladora

Se empieza por la fabricación de pasta la cual nace de combinar una serie de materias primas, teniendo como base la arcilla para obtener al final el producto deseado. Esta se combina con otros minerales, para después ser triturados y mezclados

en unos molinos. En dichos molinos se bate el material hasta convertirlo en lodo llamado chocolisto por su color, el cual después de tener la consistencia deseada se pulveriza para crear la pasta final. Ver foto3. Molienda y preparación de la pasta. 3.5. PRENSADO

La prensa lleva una matriz compacta enteriza con el tipo de formato al cual se va hacer. Es de molde es intercambiable y en su extremo superior es alimentado por una tolva por donde baja la pasta. Al molde se le suministra la pasta por medio de un barrido, y luego la prensa hace dos prensados (el primero para darle forma y el segundo para compactarla), para obtener la cerámica en crudo. Al terminar un carrito móvil saca la tableta y a su vez comienza de nuevo el mismo proceso. La tableta se hace al revés para obtener una superficie totalmente plana. Uno de los sistemas de moldeo empleado en la industria cerámica. • Prensado en seco: Azulejos, baldosas,

refractarios, vajillas y piezas especiales En la foto1 se observa la prensa hidráulica

foto5. Prensa hidráulica

3.6. SECADO

Después de girar la tableta esta entra una máquina llamada secador la cual se encarga de extraerle la humedad necesaria para que esta no se deforme después en el trayecto de transporte al decorado, esta máquina de gran tamaño, almacena la cerámica mediante un sistema de carga-descarga. En la foto2 se observa máquina llamada secadero




Foto6. secadero

3.7 CEPILLADO

En el transcurso del transporte pasa por un cepillo el cual limpia las impurezas de la superficie para que no haya ningún problema a la hora de agregarle el engobe y después el esmalte, los cuales son los encargados de preparar la superficie de la cerámica para que el decorado sea lo más nítido y compacto y no sufra alteraciones cuando se cocine la baldosa, en este proceso la cerámica es humedecida, produciéndose a veces exceso de humedad y quebrando el material. El tipo de secado que se lleve a cabo influirá en la resistencia y calidad final de la pieza después de su

cocción. El secado de una pieza cerámica de cualquier tipo transcurre en dos fases: ��Eliminación del agua de mojado a velocidad constante manteniéndose húmeda la superficie de la pieza. En esta etapa se produce una contracción en la pieza igual al agua eliminada. ��La velocidad de eliminación del agua decrece manteniéndose seca la superficie de la pieza. La contracción de esta etapa es muy pequeña. 3.8 ENGOBE Y ESMALTADO

Es una mezcla de la pasta con diferentes compuestos como el yeso y tintes, que generan un líquido espeso parecido a la pintura Blanca que hace las veces de base para que en la superficie de la baldosa no quede porosidad, es un sellante. Ver foto3.

Foto7. Esmaltado

3.9 DECORADO El decorado se hace por serigrafía de un esmalte ligado con tinte o pintura de color que imprimen el motivo o estilo que se quiera producir (ejemplo: si el estilo tiene un solo color la tableta pasa por una Serigrafía; en cambio si tiene más de dos colores puede pasar por tres y por cuatro serigraficadoras




para el estampado final)., en estos procesos hay variables, importantes de almacenamiento, producción y rotura y alarmas debido al constante fallo del proceso por parte de las maquinas y descuido del operador. Ver foto4. Maquina de decoración con diferentes modelos con método de cerografía.

Foto8. Decoración cerografía

3.10 CICLO DE HORNEADO

La cocción es la fase más importante y delicada del proceso de fabricación de productos cerámicos. Ver foto9 vista general del horno, Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC).

Foto9. Horno (CIMAC).

En este proceso se confiere a la pieza las propiedades deseadas, al mismo tiempo que se muestra si las fases precedentes (amasado, moldeo y secado) se han llevado a cabo correctamente o no. Las piezas se cuecen en hornos, a una temperatura que va desde 875º C hasta algo más de 1000ºC. En la industria cerámica, se entiende por cocción

el proceso físico - químico de calentamiento, de acuerdo Con un plan preestablecido, de las piezas crudas moldeadas, seguido de un enfriamiento según un plan igualmente bien definido. En él las arcillas se transforman en silicatos de aluminio cristalinos sin hidratar. Si la cocción se hace lentamente, se mejora la calidad, pero con ello aumentan los costos. Industrialmente se estudian las curvas de temperatura-tiempo de cada horno para conseguir el equilibrio del sistema. Con un intervalo de cocción demasiado corto, cualquier pequeña diferencia de temperatura del horno hace que el producto pase de poco a demasiado cocido. Las condiciones para una buena cocción son: (1).- Uniformidad de la temperatura en el horno lo más perfecta posible, evitando el contacto directo de la llama con el producto cerámico. (2).- Control de la curva de cocción. Ver figura3. Incluso durante el calentamiento y enfriamiento, ya que pueden presentarse tensiones que produzcan roturas. (3).- Atmósfera del horno controlada. La cuestión es más complicada para las piezas gruesas, puesto que la superficie se calienta más rápidamente que el interior, y de este gradiente de temperatura resulta una contracción exterior más rápida, que puede Tener como resultado la fisuración del producto. Los dos tipos de hornos más utilizados en el proceso de cocción son los siguientes:

4. TIPOS DE HORNO UTILIZADO Los dos tipos de hornos más utilizados en el proceso de cocción son los siguientes: 4.1 Horno Hoffmann A diferencia del horno túnel, en este caso el material a cocer se mantiene estático, y es el fuego el que se desplaza a lo largo de las distintas cámaras hasta conseguir una curva de cocción de características similares a las generadas en los hornos túnel. 4.2 Horno Túnel




(Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC)) El principio del horno de túnel es que está formado por una zona de fuego fija, mientras la mercancía a cocer se desplaza. Dentro del horno se distinguen tres zonas: precalentamiento, cocción y enfriamiento. Ver foto10 entrada horno y Ver foto11. Salida horno

Foto10. Entrada horno

Foto11. Salida horno

Ya con producto terminado se da preparación y almacenamiento del producto 4.2.1. Características del Horno Túnel. Son llama fija moviéndose las piezas a cocer. El horno túnel de llama libre es el más clásico y simple de los hornos túnel. Está constituido por una galería recta con una sección relativamente pequeña y una longitud que puede alcanzar los 130 metros. La galería está provista de puertas a ambos lados (Figuras4 y 5).

El producto cerámico que se va a cocer se coloca en vagonetas que recorren lentamente la galería desde un extremo al otro. Las vagonetas cargadas llenan casi por completo el interior del horno y circulan sobre raíles. A intervalos regulares se introduce una vagoneta de producto crudo y se extrae otra de producto cocido. El movimiento de las vagonetas en el interior del horno es continuo y uniforme. Las vagonetas están constituidas por una parte metálica inferior, con ruedas, que sostiene una capa de material aislante y refractario; la parte superior del refractario, que sostiene el material que se cuece, tiene espacios a través de los cuales pasan las llamas y productos de combustión. Las vagonetas forman un diafragma horizontal que aísla del calor todo lo que está situado por debajo y en particular las partes metálicas de la vagoneta. Con objeto de que el aislamiento sea más perfecto, los bordes de la vagoneta están prolongados y tienen una forma curva, de modo que estos lados curvos están colocados en dos canales laterales rellenos de arena. Las vagonetas circulan por la acción de un mecanismo de empuje, generalmente hidráulico, que permite el empuje en ambos sentidos. El movimiento puede ser intermitente o continuo y suele estar comprendido Entre 40 y 90 minutos. 4.2.2 Etapas Cocción Del Horno Túnel. La cocción consta de 3 zona principales, precalentamiento, cocción y enfriamiento. Por lo cual se generan tres temperaturas diferentes a lo largo del recorrido que hace la cerámica dentro del horno tunel: ver figura2. • Precalentamiento: En donde se le extrae la humedad a la tableta. En esta zona existe una corriente de aire caliente procedente de la zona de cocción que circula en sentido contrario al material. Normalmente se utiliza como fuente térmica el calor recuperado del horno y se pretende que el material pierda su contenido en agua (tanto la absorbida superficialmente como la estructural) aumentando la temperatura de manera progresiva.

• Cocción: La baldosa cerámica es sometida a

altas temperaturas mediante la exposición quemadores durante determinado tiempo.




Donde los quemadores de combustible se ocupan de conseguir la curva de cocción óptima en la parte central del horno

• Enfriamiento: La cual se hace para evitar

inconvenientes a la hora de transportar y manipular la cerámica, ya que esta puede salir con una temperatura hasta de 200⁰C. Todo el material se somete a progresivo, para evitar grietas en las piezas por un contraste brusco de la temperatura.

figura2. Diagrama del horno túnel

5. Transformación de la cerámica a diferentes temperaturas. Durante la cocción es indispensable controlar y garantizar que se cumpla la curva de cocción donde determinan las zona de aspiración, zona precalentamiento, zona de encendido, zona de enfriamiento directo, zona enfriamiento directo, zona enfriamiento final. Ver figura3.

Fig3. Ciclo de cocción en un horno túnel

Las transformaciones que presentan la cerámica a diferentes temperaturas se dan a los 573 °C. El cuarzo presenta una transformación α↔β y Esta transformación va acompañada de una variación de volumen del 0.8 %. Y a más alta temperatura, a partir de los 920 °C y bajo la acción de mineralizadores, el cuarzo-β da cristobalita - α con un aumento de volumen del 14.3 %. Otra es la cristobalita(estructura cristalina cuarzo) se transforma reversiblemente en la variedad β, entre 240 y 170 °C, con una variación de volumen comprendida entre el 3 y el 7%. proceso esquematizado en la cocción es el siguiente: - DE 0° A 400°: se elimina residuo de humedad con dilatación de la pasta. - DE 400° A 600°: eliminación del agua combinada. descomposición en óxidos. retracción de la pasta y aumento de porosidad. - DE 600° A 900°: formación de un metacaolín inestable. - DE 900° A 1000°: formación de silicatos por reacción de los óxidos. - MÁS DE 1000°: transformación molecular de los silicatos cristalizando en agujas. - SOBRE 1800°: fusión del material vitrificando. 6. Horno KEMAC La empresa Kemac fue la elegida por Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC), ya que esta brida tecnología en constante desarrollo y alta calidad. Kemac Iberica s.a. nació en 1989 para acercar a las empresas del sector cerámico español , dedicadas a la producción de 3er fuego y piezas especiales, la tecnología italiana desarrollada por las firmas Kemac SRL y Sertam SRL como principales aportaciones a la innovación tecnológica en este sector.

La aplicación de nuevos diseños, formas y soluciones arquitectónicas en la industria cerámica, obligan a empresas como Kemac Iberica a desarrollar de forma continua, nuevos sistemas y nuevas maquinas para producir una cerámica especial. Figura4.




Figura4. Horno KEMAC De Rodillos

6.1 Especificaciones Técnicas De Hornos KEMAC. Ver tabla1.

tabla1. Especificaciones técnicas horno KEMAC

6.2 Proceso De Marcha Del Horno Túnel.

A ambos lados de la zona de cocción, situada en la par te central del túnel, se encuentran los mecheros, que pueden ser de fuel o de gas. La extracción de aire se realiza en la primera parte de la zona de precalentamiento, de tal modo que se crea una corriente de los productos de combustión en sentido opuesto al de circulación de las vagonetas. El calentamiento del material es, de este modo, gradual hasta la temperatura máxima.

Una vez atravesada la zona de cocción, se produce un enfriamiento gradual mediante una corriente de aire que circula en contracorriente y que se introduce en el horno por medio de ventiladores.

El aire de los ventiladores se calienta al circular entre el material cocido y alcanza la zona de cocción, recuperando así el calor; en la zona de cocción el aire se mezcla con los productos de combustión y, en parte, sirve de aire de combustión. Además, las paredes, en la zona de enfriamiento, presentan unos intersticios por los que circula el aire frío.mParte del aire caliente se recupera en los secaderos.

Para graduar el enfriamiento y tener la posibilidad de modificar la curva de cocción, en la zona descendiente se tiene el aire de enfriamiento directo, que ha pasado desde la entrada por las vagonetas que van a salir del horno y circula en sentido contrario, y una acción de enfriamiento indirecto obtenido haciendo pasar parte de este aire por los canales situados entre dos paredes del horno podemos observar las dimensiones y estructura del horno túnel en la figura5.

Figura5. Dimensiones horno túnel




6.3. Funcionamiento De Horno De Rodillos.

En los hornos de rodillos, estos producen un movimiento, de traslación continuo y suave. El horno de rodillos ha sido proyectado y fabricado para la cocción de azulejos cerámicos. El mismo también se denomina "monoestrato de rodillos" porque los azulejos cerámicos se apoyan directamente en un solo estrato, sobre un plano formado por rodillos. El producto avanza sobre los rodillos dentro del horno y, durante el pasaje, se cumple la fase de cocción. La misma se obtiene usando quemadores de alta velocidad que funcionan con gas metano y que se distribuyen, según un esquema exacto, en la parte superior y en la parte inferior respecto del eje de los rodillos.

El horno túnel de cocción sobre rodillos de piezas cerámicas mediante placas refractarias presenta ciclos de ejecución rápidos y consumos reducidos. Así, los ciclos de cocción son de 2 - 3 horas para hornos sin placas y de 45 - 65 minutos con ellas. Ver esquema del horno en la figura6

Los rodillos pueden ser de material refractario, principalmente sillimanita, o de acero inoxidable tipo Iconel .

.Los inconvenientes son, en el material refractario, la fragilidad y, en el acero inoxidable, la curvatura de los rodillos. Presentan las mismas zonas características que los hornos túnel (Figura6) son normalmente de llama libre y utilizan combustible gaseoso, gas natural o GLP. Debido a la cocción en llama libre, el consumo energético especifico es sensiblemente más bajo que en los hornos muflados, siendo del orden de las 2926 KJ/Kg de producto cocido para el caso de monococción de pavimento gresificado y del orden de 2090 KJ/Kg de producto cocido en el caso de cocción de producto esmaltado (bicocción).

Otro tipo de diferencias entre estos hornos son la utilización de fibra cerámica refractaria o de ladrillo refractario de calor especifico bajo. Por la inercia térmica es más aconsejable la fibra cerámica, pero por el ataque de diversas sustancias a la fibra cerámica y en especial su deterioro con el tiempo, parece más interesante el ladrillo refractario. Sus características estructurales son: - Estructura modular prefabricada. - Aislamiento mediante especiales refractarios ligeros de estructura microporosa para los elementos en contacto con el fuego y fibras cerámicas para los no expuestos a la llama. - Bóveda del horno en refractario aislante colgando de la carpintería del módulo mediante ganchos de acero inoxidable. - La solera está realizada con material refractario cuyo revestimiento de protección es de placas de Refractario denso. - Paneles exteriores en chapa de acero esmaltada.

Figura6. Esquema del horno túnel de rodillos

El sistema de movimiento de los rodillos es Accionado por motorreductores con inversión y Transmisión del movimiento mediante pares de Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales Figura, con lubricación en baño de aceite, emparejado a cada rodillo. Cada engranaje Está acoplado, mediante un perno, a una copa Especial que, actuando en conjunto con un par de




Resortes laminares moldurados, asegura el centrado de la pinza porta - rodillo y su arrastre correcto.

Figura6. Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales

Para el movimiento de los rodillos

Los rodillos descansan sobre cojinetes de banda ancha en el lado libre, mientras que al extremo opuesto viene fijada una pinza metálica especial que permite el enganche rápido de los mismos a la copa indicada anteriormente. El sistema de combustión es de aire fijo - gas modulado o aire modulado y gas modulado. Los quemadores son de alta velocidad, van provistos de válvulas de seguridad y repartidos en grupos autorregulados instalados por arriba y por debajo de la carga y van equipados de válvula moduladora. Todos los quemadores cuentan con dispositivos de encendido automático y control de la llama. 6.4. Zonas del Horno. En base a la curva de cocción se pueden individualizar diferentes ZONAS en el horno. Las zonas toman el nombre de la fase de elaboración que se cumple en las mismas. La descripción de diferentes zonas del horno puede ver figura7

Figura7. Distribución de las zonas

6.5. CHIMENEA B PRE-HORNO (modulo no presiente en esta . Versión del horno) C PRE-COCCIÓN D COCCIÓN E ENFRIAMIENTO RÁPIDO F ENFRIAMIENTO INDIRECTO G ENFRIAMIENTO ESTÁTICO H ENFRIAMIENTO FINAL 6.5. LISTA DE LOS GRUPOS QUE COMPONEN EL HORNO. Desde el punto de vista de la fabricación, el horno se puede descomponer en los siguientes grupos: - Estructura de módulos - Sistema de movimiento rodillos - Grupo quemador - Sistema de combustión - Sistema de aspiración de los humos - Sistema de aire comburente - Sistema de aire de enfriamiento - Instalación eléctrica - Tablero de mando y control - Ordenador (opcional) 6.6. DESCRIPCIÓN DE LOS MÓDULOS Se describirán brevemente las siguientes características de cada tipo de módulo: Forma, tipo de aislamiento y materiales empleados, accesorios; además se suministrarán Unas notas breves sobre la función que cumple cada uno de ellos. Ver figura8 - un bastidor en carpintería (pos.1) con pies regulables para nivelar y alinear los Módulos; - una mampostería en refractario dividida en techo (pos.2), piso (pos.3) y paredes (pos.4); - los rodillos (pos.5) para sostener y hacer avanzar el producto. - aislamientos en material aislante (pos.6). - cárteres de revestimiento (pos.7) realizados en chapa barnizada.




- predisposición de aberturas para aplicaciones variables de módulo a módulo, (quemadores, tomas de aire, campanas de aspiración humos, instrumentos de mando y control, etc.).

Figura8. Esquema de fabricación de los módulos

6.7 MÓDULO ZONA CHIMENEA Son módulos (A) ver figura7, formados por la estructura del bastidor aislada, a través de la cual pasan los humos calientes aspirados de la cocción; están provistos de aspiraciones en El techo y en el piso (pos.2) de las cuales se toman todos los productos de la combustión a enviar a la chimenea de los humos. Ver figura9. La temperatura de trabajo dentro de estos módulos varía de 100 °C a 200 °C.

Figura9. Zona chimenea

6.8 Automatización Horno Túnel De Rodillos Del KIMAC. El proceso cocción de cerámica está completamente automatizado y se gobierna y controla mediante un tablero de mando y una instalación eléctrica

Las variables fundamentales a tener bajo control simultáneamente son las siguientes: - la velocidad de atravesamiento y el tiempo de permanencia del producto en el horno; - el calor presente en el horno, considerando dos aspectos importantes: - cantidad de calor en relación al volumen, y temperatura dentro del horno; - distribución del calor respecto del producto (arriba, abajo). Modulando y combinando correctamente estas variables se obtiene la curva de cocción Justa para cada producto. 6.7.1. CONFIGURACIÓN DEL HORNO (ver tabla2.)

Tabla2. Configuración horno túnel KEMAC

6.9 MÓDULO DE PRE-COCCIÓN Son módulos (C) ver figura7. Que ya poseen una estructura del bastidor más sólida, y están aislados Internamente con material refractario y aislante situado de modo bien definido. Su función es la de favorecer la expulsión gradual de la humedad residual y de los gases que se forman dentro del horno por reacciones químico-físicas del esmalte a altas temperaturas. La temperatura de trabajo dentro de estos módulos varía entre 800 °C y 900 °C.




En este módulo ya están presentes los quemadores, que siempre están posicionados simétricamente, distribuidos en los dos lados del módulo: uno por lado, dos por lado, etc. En base al tipo de producto a precalentar pueden variar: - la posición de los quemadores relativa al plano rodillos (los quemadores pueden ser Montados arriba o abajo del plano rodillos); - el número de quemadores por módulo; cada módulo está predispuesto para montar al máximo 8 quemadores (cuatro por lado).

Figura10. Descripción del horno KEMAC

6.10 MÓDULO DE COCCIÓN Los módulos (D) ver figura7.de cocción tienen una estructura del bastidor muy similar a la de los Módulos de precalentamiento, y están aislados internamente con material refractario clase 26 colocado de modo bien definido. Su función es la de cocción del material. La temperatura de trabajo dentro de estos módulos varía entre 900 °C y 1250 °C. En este módulo están presentes los quemadores, que siempre están posicionados simétricamente, distribuidos en los dos lados del módulo, uno por lado, dos por lado, etc. En base al tipo de producto a cocer pueden variar: - la posición de los quemadores relativa al plano rodillos (los quemadores pueden ser Montados arriba o abajo del plano rodillos); - el número de quemadores por módulo; cada módulo está predispuesto para montar Al máximo 8 quemadores (cuatro por lado) ver figura10.

6.11 MÓDULO DE ENFRIAMIENTO RÁPIDO Son módulos (E) ver figura7. Que poseen una estructura del bastidor y de los aislantes similares a los de cocción. Su función es la de iniciar el enfriamiento del material soplando aire en presión, utilizando Tubos en acero en la parte superior y en la parte inferior del material. La temperatura de trabajo dentro de estos módulos varía entre 900 °C y 750 °C. El grupo por el enfriamiento rápido es constituido por tubos a fuelles integrados en la pared del horno, sobre y bajo los llanos rollos, que introducen aire dentro del grupo por agujeros alineados. Los tubos normalmente están de acero austenitico y a solicitud pueden ser montados Tubos en carburo de silicio que resisten a las altas temperaturas y tienen una duración mayor. Los tubos son orientables a según de las necesidades y son pinchados de modo que distribuir con una buena homogeneidad el aire dentro del grupo. Ver figura10. 6.12 MÓDULO DE ENFRIAMIENTO INDIRECTO. Son módulos (F) ver figura7. Que tienen una estructura del bastidor y de los aislantes similares a la del pre-horno. Su función es la de bajar gradualmente la temperatura dentro del horno y por Consiguiente del material, utilizando un sistema de conductos en material refractario situados longitudinalmente respecto del sentido de marcha del material, que aprovechando el pasaje de aire frío dentro de los mismos, absorben calor del horno, creando un enfriamiento indirecto ver figura10. La temperatura de trabajo dentro de estos módulos varía de 750 °C a 650 °C. 6.13 MÓDULO DE ENFRIAMIENTO ESTÁTICO. Son módulos (G) ver figura7. Constituidos solamente por la estructura del bastidor aislada. Su función es la de bajar gradualmente la temperatura dentro del horno y por consiguiente del material, utilizando eventualmente un sistema




de aspiración del aire del techo provisto de ventiladores eléctricos, ver figura10. La temperatura de trabajo dentro de estos módulos varía entre 650 °C y 450°C. 6.14 MÓDULO DE ENFRIAMIENTO FINAL. Éste es un módulo (H) ver figura7. Opcional y sirve para bajar ulteriormente las temperaturas del material en salido por el horno por de las barras pinchadas que soplan aire sobre el material mismo. En el módulo es previsto el empleo de un ventilador eléctrico, ver figura10. 7. SISTEMA DE MOVIMIENTO El horno monoestrato utiliza, como sistema de transporte del material dentro del mismo, una serie de rodillos de material cerámico o en acero que, por efecto de su rotación, transporta el material apoyado sobre los mismos desde la zona de entrada del horno hasta la salida. La longitud del horno se divide en tantos troncos predefinidos, cada uno movido autónomamente. Ver figura11. El movimiento de los rodillos de cada tronco se cumple gracias a un grupo motorreductor, el cual transmite el movimiento con una cadena a las Barras de soporte de los rodillos.

Figura11. Esquema movimiento horno KEMAC

8. SISTEMA DE COMBUSTIÓN En este horno el calor necesario para la cocción del producto se genera mediante la combustión de gas metano o GPL. 8.1 GRUPO GENERAL DE GAS Normalmente, el grupo general de gas se encuentra a la entrada del horno, en correspondencia de la zona pre-horno o al inicio del precalentamiento. El mismo cumple la función de recibir el gas de la red de alimentación y llevarlo, luego de haber reducido la presión a los valores requeridos, a la red de alimentación de los quemadores.

En el grupo general también están instaladas todas las electroválvulas, los presostatos, los manómetros y los grifos de cierre, que son obligatorios de norma para la seguridad del funcionamiento. El grupo está compuesto por: ver figura12 1) Ventil de bolas 2) Junta 3) Filtro 4) Grifo 5) Manómetro 6) Reductor de presión 7) Manómetro 8) Válvula de resuello 9) Válvula electro. 10) Presostato 11) Válvula de resuello 12) Válvula electro. 13) Presostato A) Sección de tubo B1) Sección de tubo C) Sección de tubo D) Sección de tubo

Figura12. Grupo genera de mecanismo para precalentamiento

8.1.2. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL SISTEMA DE GAS Consumo máx. Teórico (Nm3/h): 30 Presión de alimentación gas (bares): 1 Diámetro del tubo de alimentación gas al horno: 1" Normas de referencia: UNI 7728 8.1.3. Grupo general gas: 1) Ventil de bolas 1" Pmax = 4 bar 2) Junta 1" Pmax = 2 bar 3) Filtro 1" Pmax = 2 bar 4) Grifo 1/2" 5) Manómetro D=100 0-2,5 bar 6) Reductor de presión 1" 30-75 mbar




7) Manómetro D=100 0-100 mbar 8) Válvula de resuello V50/B 55-85 mbar 9) Válvula electro. 1" 230 V 10) Presostato GW50 11) Válvula de resuello 3/4" 230 V + Micro 12) Válvula electro. 1" 230 V 13) Presostato GW 150 9. GRUPO QUEMADOR El quemador montado en el horno funciona mediante la combustión de una mezcla de gas y aire. Ver figura13. Cada grupo quemador está compuesto por: 1) Cuerpo quemador. 2) Compuerta de gas con accionamiento manual, que permite alimentar o excluir cada quemador. 3) Tubo flexible de alimentación gas. 4) Electroválvula de seguridad, mandada por el control de llama, que interrumpe la Alimentación del gas a cada quemador en caso de apagado accidental del mismo. 5) Compuerta de aire con accionamiento manual, que permite alimentar o excluir cada Quemador. 6) Tubo flexible de alimentación aire. 7) Control de llama. 8) Transformador de encendido. 9) Bujía de encendido. 10) Bujía de detección de la llama. 11) Testigo del control de llama.

Figura13. Esquema quemador.

10. VENTILADORES ELÉCTRICOS INSTALADOS. En el horno están instalados los siguientes ventiladores eléctricos: 1) Ventilador eléctrico chimenea: funciona en aspiración desde el interior del horno y en envío hacia el sistema de aspiración general. Este ventilador eléctrico posee la conexión motor-rotor en dos ejes diferentes, y la transmisión se efectúa mediante correa trapezoidales; esto porque la temperatura del aire aspirado es elevada y por consiguiente la conexión directa podría dañar el motor. Ver figura14. 2) Ventilador eléctrico aire comburente: funciona en envío; cumple la tarea de alimentar todos los quemadores instalados en el horno. La transmisión del motor es directa sobre el árbol del rotor; la temperatura de funcionamiento es la ambiente. 3) Ventilador eléctrico enfriamiento rápido: funciona en envío; cumple la tarea de alimentar todos los tubos sopladores instalados en el módulo de enfriamiento rápido. La transmisión del motor es directa sobre el árbol del rotor; la temperatura de funcionamiento es la ambiente. 4) Ventilador eléctrico enfriamiento indirecto: funciona en aspiración desde el interior del horno y en envío hacia el sistema de aspiración general. Este ventilador eléctrico posee la conexión motor-rotor en dos ejes diferentes, y la transmisión se efectúa mediante Correas trapezoidales; esto porque la temperatura del aire aspirado es elevada y por consiguiente la conexión directa podría dañar el motor. 5) Ventilador eléctrico de enfriamiento final: tiene la tarea de alimentar todos los tubos fuelles establecidos de las barras soplanti situado sobre el trasportador a rodillos presente en salida por el horno.

Figura14. Distribución de ventiladores




10.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA DISTRIBUCIÓN DE AIRE Sistema de aspiración de humos: Ventilador eléctrico BPC 351 3 kW Presostato DG6U 0,4-6 mbar Transductor de presión 0-1 mbar Sistema de aire comburente: Ventilador eléctrico MPR 451 4 kW Presostato DG 50B 2,5-50 mbar Transductor de presión 0-50 mbar Sistema de enfriamiento rápido: Ventilador eléctrico MPR 451 4 kW Sistema de enfriamiento indirecto: Ventilador eléctrico BPC 351 3 kW Sistema de enfriamiento final: Ventilador eléctrico EU 352 1,5 kW

11. TABLERO DE CONTROL Y MANDO. El tablero de control y mando es el conjunto de dispositivos y aparatos destinados a medir, mandar, señalar, controlar y proteger los utilizadores finales. Ver figura15. - Temperatura ambiente inferior a 37 °C - Ambiente no polvoriento (polvos < 5 mgr/Nm3) y humedad relativa ambiente inferior al 85%. - Tolerancia máxima admitida sobre el valor nominal de la tensión entre fase y fase, de la alimentación trifásica principal, +/- 10%. - Tolerancia máxima admitida en la frecuencia de la alimentación principal, +/- 1%. - Además de las tres fases es esencial que esté presente en la red de alimentación del tablero eléctrico, un conductor de tierra, independiente del eventual neutro, y que presente una impedancia máxima de 5 Ohms. - Debe asegurarse la alimentación eléctrica sin microinterrupciones, picos de tensión ni disturbios. En caso que no se puedan garantizar las Condiciones termo-higrométricas del ambiente, el usuario deberá instalar el tablero dentro de una cabina provista de aire acondicionado. Si no pueden garantizarse las condiciones relativas a la alimentación eléctrica, el usuario deberá alimentar al menos los aparatos de control, regulación y ajuste con una red preferencial o bien mediante grupo de continuidad.

Figura15. Tablero de mando

11.1. PANEL DE MANDOS El panel mandos varía según el modelo del horno. En las páginas siguientes son Provistos los principales mandos presentes sobre hornos estándares. Para conocer la exacta configuración del panel mandas hace falta consultar el manual del cuadro eléctrico. Ver figura16. 1) Monitor del ordenador: Visualiza datos y mensajes, con la posibilidad de introducir datos por teclado. - Regulador térmico zona1 2) Impresora: Imprime curvas de temperatura de las varias zonas; datos y mensajes en monitor. - Regulador térmico zona2 3) Alarma visual: Señala visualmente las situaciones de alarma. Regulador térmico zona3. 4) Alarma acústica: Señala acústicamente las situaciones de alarma. - Regulador térmico zona4. 5) Sinóptico del horno: Reproduce el plano del horno y evidencia mediante leds la disposición física de Eventuales desperfectos o inconvenientes señalados por alarmas. - Regulador térmico enfriamiento rápido 6) Autorreguladores: Controlan y regulan la temperatura en las diferentes zonas del horno. - Regulador térmico quemadores zona de enfriamiento 7) Mandos manuales: Sirven para activar o excluir los diferentes utilizadores, ventiladores eléctricos, arrastres, etc. - Regulador térmico intercambiador.




Figura16. Panel de mando

12. Dispositivos Control. 12.1. PARESTÉRMICOS. Son instrumentos de medición, distribuidos a lo largo de todo el horno, que cumplen la Función de detectar la temperatura de ejercicio dentro del horno, en varios puntos Preestablecidos. Luego, una parte de los mismos hace referencia a los autorreguladores y otra parte a otros instrumentos de control para la gestión de la curva de cocción. 12.1.1 VISUALIZADOR TEMPERATURAS Es un instrumento de control, al que son conectadas los termopares presentes sobre El horno. Ello permite de siempre tener a disposición del operador todas las temperaturas Dentro del horno, visualizáis sobre un display. 12.2 CONTROL DE LLAMA. Es el dispositivo de seguridad que gestiona el funcionamiento correcto del quemador. Ver figura16. Del control de llama parten las conexiones para la electroválvula de alimentación de gas Al quemador, la conexión con el electrodo de detección de la llama y la alimentación al Transformador de encendido del quemador.

Figura16. Panel control llama

13. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ( ver tabla3)

TABLA3. Caracterizas térmicas

14. RODILLOS Temperaturas y la particular problemática relativa a la cocción. A continuación se indican los tipos instalados generalmente, las temperaturas límite de Uso y las zonas en las cuales se utilizan normalmente: - rodillos de acero al carbono sin soldaduras (tipo Mannesmann): Con temperatura límite de 400 °C, con posibilidad de uso en el pre-horno y en la última parte del enfriamiento final. - rodillos de acero aisi 310S: Utilizados en las zonas donde la temperatura límite es de 1090 °C, con un intervalo crítico desde los 480 °C a los 820 °C, con cargas bajas. 15. POSICIONAMIENTO DE LOS PICTOGRAMAS Sobre el horno se aplican pictogramas que indican peligros o advertencias que




Todos deben respetar. Las mismas son:

16. Diagrama (P&ID) de un Horno Túnel. Ilustración esquemática de la relación funcional de los componentes de los equipos, de la instrumentación de todo el sistema de horno, aplicando un leguaje universal, el cual es tomado normas internacionales ISA. Ver figura17.

Figura17. Diagrama P&ID de horno túnel

18. CONCLUSIONES • Se realiza una ingeniería básica de un horno

túnel que se encuentra Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC).

• Se conoce el proceso de fabricación de

baldosas. • • Se Conoce tipo de horno utilizado el centro

de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC)

• • Se realizar P&ID del horno túnel,

implementando toda simbología aprobada por las normas ISA.

• • Se observar y se da conocer de forma

detallada las diferentes máquinas que constituyen el área de hornos,

• Se genero un documento, que permite mayor conocimiento de la operatividad del horno túnel que se encuentra en el Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC)

17. BIBLIOGRAFIA

• Centro de Investigación en Materiales Cerámicos (CIMAC) de la universidad francisco de Paula Santander, seccional Cúcuta.

• Girón Casadiego, Victor Alexander , diseño de un sistema automático para cálculo de producción y rotura de baldosas en las áreas de hornos, selección y empaque, utilizando plc vision 280 de unitronics, en la planta de cerámica italia s.a, tesis 2011

• http://www.kemaciberica.com/MAQ2.html

parcial insrrumentacipon.ii

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