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Proyecto Final de Carrera | Vicente Snchez Snchez

Proyecto para la construccin de un horno cermico de combustin mixta: gas propano y combustibles vegetales. | 1

Escuela Superior de Cermica de Manises.

Proyecto para la construccin de un horno cermico de combustin mixta: gas propano y combustibles vegetales.

Proyecto fin de carrera.

Alumno: Vicente Snchez Snchez.

Tutor: Maite Larena Colon.

Fecha: 02-05-2013.



Escuela Superior de Cermica de Manises.

Proyecto para la construccin de un horno cermico de combustin mixta: gas propano y combustibles vegetales.

Proyecto fin de carrera.

Alumno: Vicente Snchez Snchez.

Tutor: Maite Larena Colon.

Fecha: 02-05-2013.



ndice.

1.- Presentacin del proyecto 11. Idea original: objetivos.

Introduccin.

Antecedentes histricos: Los hornos cermicos en la historia. Coccin en pozo. Primeras evoluciones:

Hornos Europeos.

La revolucin industrial. El horno de tiro inferior. Hornos continuos. Hornos Hoffmann y derivados. Hornos de tnel.

Hornos de estudio.

2.- Repaso de algunas nociones de fsica del calor y sus aplicaciones a los hornos 26.

Calor y energa trmica.

Temperatura.

Cantidad de calor: Calora.

Calor especifico.

Dilatacin lineal de los slidos.

Transmisin de calor

Transmisin de calor por conduccin.

Transmisin del calor por conveccin.

Transmisin de calor a travs de las paredes de un horno.

Nociones sobre la combustin y los combustibles.

Combustin.

Combustibles.



3.- Clasificacin de los hornos para cermica 37. Hornos para cermica.

Clasificacin de los hornos para cermica, segn la disposicin de la circulacin de gases dentro del horno.

Horno de tiro ascendente. Hornos de tiro de aire horizontal (o de tiro cruzado). Horno de llama invertida (o de tiro invertido).

Clasificacin de los hornos para cermica.

4.- Eleccin del combustible 45. La combustin.

Algunas consideraciones previas. Hornos responsables.

Diseo del horno.

Combustibles.

Eleccin del combustible.

Madera. Quemador para combustibles vegetales. Descripcin de algunos combustibles vegetales. Tipos de lea.

Composicin de combustibles usados para hornos cermicos (tabla). Gas.

Quemadores atmosfricos. Caloras necesarias.



5.- Materiales para la construccin de hornos cermicos 60. Ladrillos refractarios densos.

Tipos de refractario.

Coeficiente de dilatacin lineal.

Ladrillos refractarios blandos, o aislantes.

Formatos ladrillos refractarios normalizados.

Ladrillo comn.

Mortero.

Descripcin de algunos materiales refractarios.

Otros refractarios.

La fibra cermica. La fibra cermica y la salud del ceramista.

Hormigones refractarios.

Qu es el hormign refractario?

Aglomeracin o enlace.

Aglomeracin cermica. Aglomeracin hidrulica. Aglomeracin qumica. Aglomeracin orgnica.

ridos.

Clases de hormigones refractarios.

Hormigones reforzados.

Tipos de fibras metlicas. Mezclado. Vibrado y gunitado. Propiedades y ventajas del hormign reforzado.

Masas apisonables.

Hormigones gunitables.

Secado, calentamiento y curado de hormigones refractarios.



6.- Diseo de un horno cermico 82. Diseo optimo.

Algunas consideraciones.

Ubicacin adecuada.

Exigencias de tamao y forma.

Por qu los hornos son corrientemente rectangulares?

Temperaturas requeridas.

Tipo de combustible.

Combustibles vegetales. G.L.P.

Disposicin de la circulacin de gases dentro del horno.

Hornos de tiro superior. Hornos de tiro inferior o cruzado.

Principios bsicos del diseo de hornos.

Materiales.

El diseo paso a paso.

Cimentacin. Base. Muros. Cmara de coccin. Parafuegos, Muro deflector. Bvedas. Canal de evacuacin, Chimenea. El registro. Tiro. Puerta.

Quemador de lea.

Quemadores atmosfricos para gas.

Aislacin trmica suficiente.

Resumen. Construccin de hornos.

Notas.



7.- Construccin de un horno cermico 98. Cimientos.

Con mortero o sin mortero?

Colocacin de ladrillos.

Mtodos para colocar los ladrillos.

La puerta.

Bveda, Cimbra.

Registro.

Chimenea.

La construccin de la chimenea. Notas, resumen.

8.- Proceso de construccin del horno y justificaciones 115. Algunas consideraciones.

El comienzo. Intencionalidad.


El horno.

Ubicacin.

Proceso constructivo.

Preparacin del terreno. Cimentacin. Plataforma de hormign. Suelo del horno. El mortero. Desarrollo fila a fila. La bveda Disposicin de la bveda y detalles. Estructura refuerzo del la bveda. El quemador para lea. La chimenea. El registro.



9.- Resultado final 142. Vistas: alzado, planta y perfil.

Vista posterior y perspectiva.

Dimensiones.

Vista de la planta, sin bveda, parte metlica de la chimenea y tapas de los quemadores para lea.

Perspectiva.

Otras.

10.- La coccin 150. Fases de la coccin.

El proceso de la coccin de lea.

Coccin a gas.

Combustibles, combustin y quemadores.

Madera. Coccin de bizcocho.

Control de atmosferas.

Oxidacin. Reduccin.

Algunas experiencias en cocciones de hornos a lea.

Rendimiento.

Poder calorfico suficiente.

Composicin de combustibles usados para hornos cermicos.

Medida de la temperatura piromtrica.

Indicadores de temperatura. Pirmetros. Termoscopios (Conos Seger). Tabla conos Seger.

Tabla: Fenmenos que se producen durante la coccin.



Diccionario de trminos y vocabulario 171.

Citas 173.

Bibliografa 174.

Anexo I 175.

Caractersticas y composicin del hormign refractario denso.

Caractersticas y composicin del hormign refractario aislante.

Anexo II 179.

Bocetos, ideas inciales, diseos previos.



1.- Presentacin del proyecto.

Idea original: objetivos.

La idea es proyectar la construccin de un horno cermico alta temperatura, en el que poder cocer a partir de combustibles vegetales, propano o combinando los dos combustibles. Adems se trata de unificar, las ms avanzadas tcnicas, diseos y materiales, en construccin de hornos cermicos, con las ms antiguas y tradicionales y limpias tcnicas de coccin a base de madera y residuos vegetales.

Introduccin.

Que el horno es una de las herramientas ms importantes de un taller de cermica es algo evidente, (esta evidencia se hace desagradablemente palpable cuando no funciona correctamente), tambin es una de las mayores inversiones que tiene que realizar el ceramista y encima no es algo de lo que se pueda prescindir. Hay una especie de leyenda de taller que plantea el asunto como algo de gran dificultad y con serias probabilidades de que el horno en cuestin no funcione bien, si algo es temido en un taller es tener un horno que no suba correctamente. La verdad es que hoy en da hay cantidad de libros e informacin sobre el tema, y tambin la masiva utilizacin de la fibra ha simplificado la construccin; as pues es ms bien una cuestin de tomar la decisin de hacerlo y ponerse manos a la obra.

Antecedentes histricos: los hornos cermicos en la historia.

La historia del horno es realmente la historia de la evolucin, del simple pozo, hasta una estructura fija diseada para dirigir y contener el calor del fuego. Como muchos otros dispositivos el horno no es una invencin sino ms bien el resultado de una serie de pequeos perfeccionamientos. El hecho de que la coccin en pozo funcione bastante bien, significa probablemente, que durante los primeros varios milenios de la produccin de cermica hubiese poca motivacin para el cambio. El que el fuego abierto se utilice an en muchos lugares del mundo, es testimonio del hecho de que los alfareros sienten poco inters para introducir incluso los perfeccionamientos ms obvios (4).

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Primeras evoluciones.

El primer perfeccionamiento del pozo fue utilizar un muro bajo de barro, para contener algo el fuego en los lados. El efecto no era diferente de cavar el pozo un poco ms profundo, pero fue un paso hacia una estructura fija. El pequeo muro facilitaba la acumulacin de rescoldo alrededor de las vasijas, a medida que avanzaba la coccin, pero no promova la combustin en el centro y el fondo de la carga y as no haca que las temperaturas fuesen ms elevadas. Encerraba el fuego, un movimiento en la direccin correcta. Tambin disminua el enfriamiento, y la utilizacin del muro pudo ser de hecho realizada como medida para evitar el agrietamiento de grandes piezas en el enfriamiento.

Horno primitivo consistente en un muro circular bajo, con aberturas para los

fuegos. La parte alta que se reconstruye para cada coccin, es una capa de arcilla y paja empastadas sobre las vasijas, dejando aberturas para el tiro.



El paso siguiente en el desarrollo del horno, y un paso crucial, fue la innovacin de introducir fuego en el horno, de tal manera que el calor pasase hacia arriba a travs de la cermica. Se abrieron aberturas en el muro y durante la coccin se alimenta el fuego introduciendo combustible en la parte inferior de la propia carga.

As se introdujo la circulacin; en lugar de basarse sobre la transmisin del calor por radiacin desde las brasas ardientes a la cermica, sta es calentada por el flujo de gases calientes alrededor de ella. La introduccin de fuego de esta manera uniforma la temperatura y utiliza el combustible ms eficazmente.

Por simples que puedan parecer estas disposiciones representan un gran avance en eficacia. El calor del fuego en lugar de simplemente aplicarse a la cermica desde arriba, se dirige a travs de la carga y la acumulacin de calor esta favorecida por una barrera aislante en todos los puntos.

En la figura siguiente: un horno en Sokoro, Nigeria, cada horno tiene 90 centmetros de altura y 3,6 metros de dimetro y cuando se carga tiene un volumen de alrededor de 14 metros cbicos. Tiene seis pequeos hogares y se alimentan con tallos de maz de Guinea. El tiempo de coccin es de alrededor de dos horas. Al final amontonan hierba seca en la parte alta, que arde con gran intensidad.

En Egipto, Asa Menor y la zona mediterrnea estos hornos primitivos se hicieron con adobes arenosos, ladrillos cocidos o piedra arenisca. las paredes de los hornos se asentaban con arcilla y a menudo se apilaba tierra alrededor de la estructura para la mejor retencin del calor y un mejor soporte. Con frecuencia los hornos se construan contra la falda de una colina o un terrapln. En esta etapa el horno se convirti en una estructura fija y pudo resistir numerosas cocciones.

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Las ventajas de un sencillo horno de tiro alto de este tipo son manifiestas. El fuego puede ser controlado y puede variar desde un fuego suave de rescoldos, al comienzo, a uno llameante, fieramente caliente, en la culminacin de la coccin. Los gases calientes y la llama del fuego transmiten el calor con eficacia directamente a la cermica. Las paredes del horno retienen el calor y, cuando sus superficies se calientan al rojo, reflejan el calor hacia el interior del horno.

Hornos Europeos y modernos.

En Europa y la zona Mediterrnea, no se hizo ningn perfeccionamiento fundamental en el horno desde la antigedad hasta tiempos bastantes recientes. Hasta los comienzos de la revolucin industrial, en el siglo XVIII, los ceramistas estuvieron cociendo an sus barros cocidos en hornos sencillos de tiro alto, hechos con ladrillos corrientes, incapaces de lograr temperaturas por encima de aproximadamente 1050 C.

La lea y la maleza siguieron como nico combustible para los hornos. Puesto que la temperatura de la coccin no exceda aproximadamente los 1050 C, no era necesario utilizar refractarios especiales y para la construccin se utilizaban ladrillos rojos comunes.

El diseo de los primeros hornos construidos para cocer porcelana pudo haber sido muy similar a los hornos usados ya para el barro cocido, pero con una mejor calidad de los ladrillos utilizados para su construccin con parrillas de hierro fundido diseadas para el carbn. En cualquier caso, durante el corto perodo entre 1708 y 1720, el horno europeo se renov y se hizo capaz de cocer a 1300 C.

Despus de 1700 las parrillas de hierro fundido, diseadas para quemar carbn, se hicieron comunes en los hornos de cermica. La figura muestra sus caractersticas esenciales. El carbn se sostiene sobre barras de hierro y el aire para la combustin entra desde debajo, las cenizas caen a travs de la parrilla y se recogen debajo, de donde pueden ser retiradas de vez en cuando. Esta disposicin es similar a la de cualquier horno o estufa que queme carbn. Con ella se lleva el aire a todas las superficies del combustible.



El horno de tiro alto quemando carbn se convirti en el equipo estndar para la coccin de porcelana. Se levantaba en forma de una alta botella con una cmara de bizcochado, como se muestra en las figuras siguientes. En este diseo parte de las llamas se desviaban hacia el centro del horno a travs de pasos bajo el suelo, mientras que el resto de las llamas, desviadas por un bajo muro deflector, se elevaban directamente hacia arriba, hacia el coronamiento. Esta distribucin de las llamas extenda el calor bastante uniformemente a travs de toda la carga. El calor procedente de la cmara de vidriado, calentaba la cmara de bizcochado de arriba. A la cmara superior se entraba a travs de una puerta que, corrientemente, coincida con el segundo piso de la factora. La cuidadosa conduccin del fuego y el largo ciclo de coccin daban la temperatura uniforme que era crucial para la coccin con xito de la porcelana. Los hornos de las factoras de porcelana europeas se construan para durar muchos aos y el procedimiento de coccin se refinaba y perfeccionaba a travs del curso de cientos de cocciones. Las piezas se cargaban en gacetas para protegerlas del contacto directo de las llamas.



Una desventaja del horno de botella de dos cmaras, era el esfuerzo de la pesada cmara superior y la chimenea apoyndose sobre la cmara inferior, necesitndose gruesas paredes y robustos refuerzos externos de cadenas o bandas de hierro.

Un horno de botella y horno de botella ingles.

No se utilizaba ningn tipo de aislamiento ms que los propios muros gruesos de albailera, sin embargo el coste del combustible por unidad de cermica cocida era muy bajo debido a la disponibilidad de carbn barato. Las puertas o "postigos se tapiaban con ladrillos en cada coccin. Las porcelanas de Europa eran casi siempre cocidas en atmsfera reductora, esto mejora la vitrificacin y da al cuerpo un color blanco azul, en lugar del tono de marfil producido por la oxidacin.



La revolucin industrial.

Al comienzo de la revolucin industrial, alrededor de 1750 y especialmente durante el siglo XIX, se hizo mucho trabajo en el desarrollo y perfeccionamiento de los hornos. Los grandes progresos hechos en todas las artes industriales y los avances de la metalurgia y fundicin, energa de vapor y mecanizacin, fueron reflejados fuertemente en la industria cermica, aunque esta fue una de las ltimas en mecanizarse totalmente.

Con la industrializacin los productos cermicos comenzaron a hacerse en grandes cantidades: ladrillos, azulejos, tubos de drenaje, tubos de chimenea, vasijas, platos y cermica artstica, se cocieron en grandes hornos. La cermica se transform en una gran industria.

El horno de Cassel, popular en Alemania, para la fabricacin de ladrillos y su primo en Inglaterra, el horno de New-castle, representan una ruptura con los sistemas corrientes de tiro superior.



El horno de Cassel, (ver figura anterior), consiste en una cmara rectangular de aproximadamente 3,50 metros de alto, con un techo abovedado, en la parte frontal del horno hay dispuestos uno o ms hogares. En el extremo opuesto del horno se encuentra la puerta de paso y sobre ella la chimenea. A 60 90 centmetros del frente del horno hay un muro pantalla que protege la carga del ataque directo de las llamas y proporciona una mejor distribucin del calor. En la parte inferior del muro pantalla hay tres o ms conductos que llevan a la parte ms lejana del horno, y sirven para conducir algunos de los gases caliente directamente a la parte trasera. La parte superior del muro pantalla est construido en forma ajedrezada, de manera que admita los gases fcilmente. El horno de Cassel es una disposicin de tiro cruzado y su ventaja es la transferencia completa del calor a la cermica y tambin la posibilidad de distribuir o dirigir los gases calientes segn se desee, a medida que pasan a travs de la cermica. Puede verse que el horno de Cassel no necesitara cambios drsticos para convertirse en un horno de tiro inferior.

El horno de tiro inferior.



El horno de tiro inferior evita la mayora de las desventajas de los otros sistemas y puede considerarse el desarrollo final de los hornos quemando combustible. El horno europeo de tiro inferior era de forma redonda o rectangular. Los hogares estn dispuestos a los lados, y las llamas son desviadas hacia arriba y luego dirigidas hacia abajo, a travs de la carga, a los agujeros de evacuacin en el fondo del horno y a un conducto colector debajo que conduce a la chimenea.

Con este sistema, el largo recorrido de las llamas asegura la mxima transferencia de calor a la cermica y las temperaturas de la chimenea son reducidas. Adems, variando la altura y permeabilidad de los muros deflectores y ajustando los pasos de las llamas a travs de la carga y el tamao, y posicin de las aberturas del conducto colector, la distribucin del calor puede controlarse estrechamente.

Puede verse que puesto que el horno de tiro inferior fuerza a los gases hacia abajo, en lugar de permitirles elevarse como es su tendencia natural, se necesita un fuerte tiro de la chimenea. Esto es especialmente cierto si el recorrido horizontal, a travs de los conductos colectores, es largo o si la chimenea debe estar a cierta distancia del horno. As el horno de tiro inferior requerir una chimenea ms ancha y alta que la necesaria en un horno de tiro alto o tiro cruzado.

Con el desarrollo completo del horno de tiro inferior, el nico paso necesario para poner los hornos occidentales a un nivel igual al que haban alcanzado ms de un milenio antes en China fue la idea de conectar varias cmaras, lo que ahorra combustible utilizando el calor desaprovechado en una cmara para calentar la siguiente.

Hornos continuos.

El horno de la figura est construido como un anillo hecho de numerosas cmaras. Estas pueden conectarse a la chimenea central mediante un conducto mvil. Cada cmara se calienta introduciendo combustible entre los ladrillos a travs de agujeros en la parte alta. El aire para la combustin es aspirado de la cmara vecina que est enfrindose, mientras que los gases calientes se evacuan a travs de la cmara del otro lado que se est calentando. El calor desperdiciado es casi solamente el que se filtra a travs de los muros del horno. Obviamente los hornos continuos de este tipo son slo adecuados para una produccin muy grande. En un momento determinado una cmara



est en coccin, otra est vacindose y las restantes estn, o bien calentndose, o bien enfrindose. El horno continuo original fue diseado por Hoffmann y Licht en 1858 y estaba basado en un estudio de los hornos de recuperacin entonces usados en metalurgia.

Hornos Hoffmann y derivados

Se utilizan todava mucho para cocer materiales de construccin de diversos tipos, a los que aaden a veces molduras de terracota para revestimientos de exteriores. Ahora bien, a pesar de que su rendimiento trmico es elevadsimo, requieren mucha mano de obra, que trabaja en condiciones incmodas y poco higinicas, por lo que van siendo sustituidos gradualmente por los hornos de tnel, ms modernos. El horno Hoffmann es de funcionamiento continuo y presenta la caracterstica de que el material permanece quieto en una galera cerrada en anillo (formada por dos largos paralelos unidos por dos breves tramos semicirculares o rectilneos), mientras que el fuego se desplaza a lo largo de la galera a medida que se desplaza la introduccin de combustible a travs de boquetes abiertos en la bveda de la citada galera.

Del todo similar en cuanto a funcionamiento es el horno en zigzag, que ocupa menor espacio, pero en el que la coccin es menos uniforme.



El primer horno continuo satisfactorio fue inventado por Friedrich Hoffman en 1856. El horno Hoffman original consista en una galera circular de unos 44 metros de longitud media, con doce compuertas

dispuestas equidistantes alrededor de la pared exterior y doce entradas de conductos de humos controladas por reguladores en la pared interior. Los conductos desembocan en una cmara de retencin de humos y de aqu a una chimenea. Pueden colocarse tabiques de papel temporales entre cada compuerta y conducto de humos, dividindose as el horno en doce cmaras si se desea.

Hornos de tnel.

En la industria el horno de mayor rendimiento para gran produccin es el horno de tnel de vagonetas. En este tipo de horno la cermica es transportada lentamente sobre carretillas a travs del tnel. Durante el ciclo de calentamiento las carretillas se acercan a la zona caliente en el centro. Y luego se dirigen a la salida por el extremo fro.



El primer horno de tnel que tuvo xito fue diseado por O. Bock en Inglaterra y patentado en 1877 El horno de Bock tena un sellado de arena similar a los empleados actualmente, pero tena la desventaja de ser demasiado corto para proporcionar una buena coccin de la cermica. Otra dificultad en los primeros intentos de construir hornos de tnel era el quemado del combustible, ya que los quemadores de aceites combustibles o gas no haban aparecido an. El horno de Bock se alimentaba echando carbn a travs de aberturas en el coronamiento del horno, que luego quemaba entre la carga de ladrillos. Es probable que no se hiciese ningn intento para cocer cermica en los primeros hornos de tnel, porque los controles eran insuficientemente exactos para la coccin relativamente precisa que se necesita para los vidriados.

Esquema bsico de un horno de tnel moderno

La gran ventaja del horno de tnel es que no se pierde calor en el calentamiento y enfriamiento peridico del horno mismo. La temperatura constante alarga tambin la vida del horno, ya que no est sometido a la expansin y contraccin alternativas causadas por el calentamiento y enfriamiento. El ciclo de coccin puede ajustarse fcilmente controlando la velocidad de las carretillas. Otra ventaja ms del horno de tnel es que la carga y descarga de las carretillas puede hacerse cmodamente fuera del horno.

El arte de construir hornos peridicos estaba bastante completo en el ao 1900, exceptuando dos aspectos del mismo que han sido desarrollados ms plenamente en el siglo XX. Estos eran, primero la introduccin de combustibles lquidos y gaseosos y el perfeccionamiento de los quemadores y segundo el desarrollo de refractarios perfeccionados, especialmente refractarios aislantes.



Hornos de estudio.

El pequeo es un desarrollo del siglo XX. Antes de ello la mayora de los hornos eran grandes y diseados para cocer un nmero relativamente grande de piezas producidas en la fbrica o en el taller artesano; la aparicin de artistas ceramistas individuales lleg al final del siglo XIX, cuando fue reconocida por algunos la importancia de las artesanas amenazadas de extincin por la industrializacin.

La primera proliferacin de pequeos hornos de estudio se produjo para llenar las necesidades de los pintores de porcelana china. El hobby de la pintura china, que floreci entre 1900 y alrededor de 1925, necesitaba un horno de mufla que pudiese cocer a temperatura suficiente para fundir los esmaltes sobre vidriado. Para atender esta necesidad se fabricaron y vendieron un nmero considerable de hornos porttiles de gas y queroseno. Muchos tenan muflas de tubos. Las paredes de estos hornos de decoracin eran delgadas y pobremente aisladas y no eran utilizables por encima de aproximadamente el cono 08. La Denver Fireclay Co., fue la pionera en el campo de los hornos porttiles. Los hornos de Denver diseados para hacer cermica estaban mejor aislados que los hornos para china. Algunos modelos se construyeron para coccin a gran fuego.

Hasta principios del siglo pasado pocos ceramistas tenan el conocimiento (o el valor) para construir sus propios hornos. Henry Varnam Poore, un audaz pionero de la cermica de estudio, construy un horno de lea en los primeros aos treinta. Era una estructura relativamente primitiva, slo capaz de lograr bajas temperaturas, pero de ella sac muchas piezas hermosamente cocidas. El horno de catenaria no fue muy utilizado en los hornos de estudio hasta bastante recientemente. Muchas versiones de este horno se construyeron durante los aos 1950. Durante los aos 50 y los aos 60, Paul Soldner dirigi muchos talleres de construccin de hornos, ayudando a disipar el misterio que hasta entonces rodeaba el tema de diseo de hornos, construccin, combustibles y quemadores. Gradualmente a medida que se dispona de mayor informacin los ceramistas comenzaron a confiar ms en el horno hecho en casa, el cual era ms barato y en muchos casos mejor que los hornos porttiles entonces disponibles comercialmente. Actualmente hay centenares de hornos construidos por sus propietarios y la mayora de las escuelas que ensean cermica dan instruccin sobre el diseo y construccin del horno.



2.- Repaso de algunas nociones de fsica del calor y sus aplicaciones a los hornos.

Calor y energa trmica.

El calor es una entidad fsica de cuya realidad no es posible dudar; efectivamente, es susceptible de medida; y sin embargo es muy difcil definir con precisin la naturaleza del calor. De acuerdo con los conceptos de la fsica moderna, se puede identificar el calor con la fuerza viva, o energa de movimiento, de las molculas; como es sabido, estas ltimas partculas de la materia estn dotadas de un rapidsimo movimiento (vibratorio en torno a una cierta posicin en los slidos, y ms libre en los lquidos y en los gases); es precisamente esta energa de movimiento (energa cintica) de las molculas lo que constituye la energa trmica.

La experiencia cotidiana nos dice que el calor pasa de un cuerpo caliente a otro ms fro: por lo arriba dicho, cabe pensar que lo que se transmite es en definitiva la fuerza viva de las molculas.

El calor es, indudablemente, una forma de energa, capaz, en consecuencia, de producir un trabajo; todo trabajo, como nos ensea la fsica, se expresa mediante el producto de dos factores, una cantidad multiplicada por una intensidad; en el caso del calor, estos dos factores son respectivamente, la cantidad de calor y la temperatura.

Temperatura.

El concepto de temperatura se puede decir que es intuitivo; el sentido del tacto nos advierte que un cuerpo est ms caliente que otro, o ms fro, es decir, si la temperatura del primero es mayor o menor que la del segundo; pero es obvio que tales sensaciones son demasiado imprecisas y permiten slo reconocer lmites de temperatura demasiado poco extensos para que puedan servir de medida fsica lo bastante exacta de la intensidad del calor. Debido a estos motivos se utilizan para medir las temperaturas aparatos (termmetros o bien pirmetros) que se basan en diversos fenmenos fsicos que el calor produce en los cuerpos.

Hablando de hornos, por lo comn se consideran bajas temperaturas las inferiores a 600 C, temperaturas medias las comprendidas entre 600 y 1150 C, Y altas temperaturas las que son superiores a 1150 C.



Cantidad de calor: Calora.

Cuando calentamos un cuerpo aumenta su temperatura, y es lgico por tanto pensar que el cuerpo contiene ms calor que al principio. Es evidente que para calentar en un grado 2 kg de agua se necesita el doble de calor que el necesario para calentar, tambin en un grado, un solo kg; es evidente asimismo que para calentar un kg de agua en dos grados se necesita igualmente (por lo menos de modo aproximado) el doble de calor que el necesario para calentar el mismo kg en un grado solamente.

Es lgico, por consiguiente, el concepto de medir la cantidad de calor suministrado a un cuerpo por el efecto producido en ste, o lo que es igual, por el aumento de temperatura que el mismo experimenta. En consecuencia, se toma como unidad de medida de la cantidad de calor la cantidad necesaria para elevar en un grado la temperatura de 1 kg de agua: esta es la calora (abreviado Cal, o tambin kcal), que se usa siempre en mediciones industriales, y a ella nos referiremos siempre.

La calora tal como se acaba de definir, llamada tambin calora grande, o calora kg (Q incluso kilocalora) se distingue de la calora pequea, o calora gramo, en que tiene solamente inters para clculos de laboratorio y equivale a 1/1000 de la calora. Algunas veces, en la prctica, se emplea tambin la termia, equivalente a 1000 Cal.

En los pases anglosajones se usa tambin como unidad de cantidad de calor la B.T.U. (British Thermal Unit), que equivale a 0,252 Cal.

Calor especifico.

La experiencia nos dice que, suministrando una cierta cantidad de calor a pesos iguales de sustancias diferentes, la temperatura de stos aumenta en diferente nmero de grados para cada sustancia; y viceversa, para calentar en el mismo nmero de grados pesos iguales de sustancias diferentes hay que suministrar cantidades de calor diferentes. Ello indica la existencia de una diferente capacidad de absorcin del calor, variable segn la naturaleza y el estado fsico de las diversas sustancias. As pues, cada sustancia tiene su propia capacidad calorfica o, ms exactamente, su propio calor especfico. El calor especfico de una sustancia se define como la cantidad de calor, expresada en Cal, que se necesita para elevar en un grado la temperatura de 1 kg de la sustancia. En virtud de la misma definicin de la calora, el calor especfico del agua es obviamente igual a 1.



El calor especfico de los metales suele ser bastante pequeo: el del hierro, por ejemplo, es 0,11, Y el del plomo 0,03; lo cual significa que para calentar un metal se necesita poco calor, y que el metal se calienta rpidamente.

Para los materiales que ms nos interesan, dentro de los lmites de temperatura de utilizacin y de coccin que nos afectan, esto es, para materiales cermicos en general, ladrillera y refractarios, el calor especfico est comprendido entre 0,20 y 0,27; en nuestros clculos vamos a suponer un valor aproximado de 0,24 . Este mismo valor de 0,24 ser igualmente el adoptado para los gases que ms nos interesan en el estudio de la coccin (aire y productos de la combustin).

Dilatacin lineal de los slidos.

Es sabido que todos los cuerpos se dilatan al calentarse. Interesa con frecuencia, en el campo de la coccin de cermica, conocer el alargamiento que experimentan las dimensiones de un cuerpo slido que se calienta un cierto nmero de grados, tanto en lo que respecta a las variaciones dimensionales que sufre un cuerpo cermico durante la coccin (Anlisis dilatomtrico), como en lo que se refiere a las que afectan a la estructura del horno. Es por ello que ha sido determinado experimentalmente para cada sustancia el coeficiente de dilatacin lineal, que corresponde al alargamiento que experimenta una muestra de sustancia de longitud unitaria cuando se calienta un grado.

Coeficientes de dilatacin lineal a de algunos materiales Material Coeficiente de dilatacin

Hierro y acero

Obra de albailera

Hormign de cemento

Refractario silico-aluminoso

Refractario de carborundum

Refractario silceo de baja temperatura

Refractario silceo de alta temperatura

Materiales cermicos (maylica, loza dura, clinquer, gres)

0,000012

0,000006

0,000011

0,000006

0,0000045

0,00001

Valor bajsimo

0,000006



Denominando al coeficiente de dilatacin lineal, el alargamiento que experimenta un cuerpo de longitud l (en mm) para un calentamiento de t grados se expresa por:

El coeficiente de dilatacin vara con la temperatura, pero esta variacin es muy pequea, y si los clculos no son muy rigurosos Se puede despreciar.

Calculemos, por ejemplo, como aplicacin numrica, el aumento de longitud que experimenta la zona de coccin de un horno de tnel, construida con refractario silico-aluminoso, de 10m de longitud (10000 mm) cuando se calienta hasta una temperatura de 1050 C.

Segn la frmula, el alargamiento es de:

a = 0,000006 x 10000 x 1050 = 63 mm

En consecuencia resulta necesario construir las paredes internas del horno de forma discontinua, dejando espacios, llamados juntas de dilatacin: en el caso del ejemplo, para mayor seguridad, se pueden dejar en la longitud de 10 metros 3 juntas de 3 cm cada una.

Y si no hubiera juntas, esto es, si ni las paredes ni la bveda pudieran dilatarse libremente? Se resquebrajaran y fracturaran desastrosamente, porque se veran sometidas a un esfuerzo de compresin igual al que sera necesario ejercer para comprimirlas en 63 mm, esfuerzo de un valor enorme que se puede calcular del orden de 15000 20000 kg/cm2, que ninguna obra de albailera podra resistir.

Transmisin de calor.

La experiencia cotidiana nos ensea que un cuerpo caliente situado en un ambiente a menor temperatura o en las cercanas de un cuerpo ms fro que l, se enfra, es decir, transmite al ambiente o al cuerpo ms fro parte de su propio calor; y viceversa, un cuerpo fro se calienta si se le coloca en un ambiente a mayor temperatura o en la vecindad de un cuerpo ms caliente; y la transmisin del calor prosigue hasta que se alcanza el equilibrio de temperaturas.



Se pueden distinguir cuatro modos de transmisin del calor:

a. Por mezcla: Tiene lugar cuando se mezclan entre s dos o ms sustancias que estn a diferentes temperaturas; claro est que tal modo de transmisin de calor solamente puede efectuarse entre cuerpos fluidos (lquidos o gases) miscibles entre s. Es ste un caso especial de transmisin del calor que tiene, sin embargo, frecuentes aplicaciones en la prctica. La mezcla queda, naturalmente, a una temperatura intermedia entre las de sus componentes.

b. Por conduccin o conductividad interna: Se verifica cuando el calor se transmite del cuerpo caliente al fro (o de una parte a otra de un mismo cuerpo que estn a temperatura diferente) propagndose gradualmente de molcula en molcula a travs de una cadena ininterrumpida de medios materiales. Por ejemplo, en una baldosa durante su calentamiento el calor se propaga por conduccin desde las superficies externas a la parte central.

La conduccin es caracterstica de los cuerpos slidos (puede darse tambin en los lquidos, pero stos no interesan para el estudio de la coccin de cermica); entre los slidos existen buenos conductores del calor, en especial los metales, y malos conductores (aislantes), es decir, cada sustancia tiene su propia conductividad trmica interna.

c. Por conveccin: Es caracterstica de los gases, y va siempre acompaada de un movimiento de stos. El caso ms sencillo es el de un gas en estado de quietud inicial, en contacto con un cuerpo caliente: el gas, al calentarse, experimenta una reduccin de peso especfico y como consecuencia se eleva, dejando lugar a otra porcin de gas ms fra; se establecen as movimientos convectivos o corrientes de conveccin, que producen una mezcla; esto es lo que ocurre por ejemplo en un radiador ordinario.

La transmisin del calor por conveccin tiene una enorme importancia en los hornos para cermica; con bastante frecuencia el movimiento de los gases recibe un impulso artificial (conveccin forzada) con circulaciones transversales respecto al movimiento del material, destinadas a evitar o limitar la formacin de estratificaciones de los gases que recorren el horno, las cuales podran dar origen a faltas de uniformidad de temperatura y de atmsfera.



d. Por radiacin: Como es sabido, cada cuerpo, llevado a una cierta temperatura, emite una radiacin de energa electromagntica que, si la temperatura es suficientemente elevada, se manifiesta en forma de luz y de calor. Esta radiacin, al caer sobre otro cuerpo ms fro, en parte se refleja, y en parte se absorbe en forma de calor; por lo cual, si bien no ha existido ningn transporte material de fuerza viva de las molculas, todo sucede como si se hubiera transmitido calor desde el cuerpo caliente al cuerpo ms fro.

Hay tambin diversos gases que, llevados a elevadas temperaturas, emiten radiacin (vapor de agua, CO2, hidrocarburos) mientras que otros, como el aire, no emiten radiacin, pero se dejan atravesar por las radiaciones sin calentarse sensiblemente; el fenmeno de la radiacin por parte de los gases incandescentes tiene una notable importancia tcnica a los efectos de transmisin del calor entre los gases de la combustin y el material que se quiere calentar

Transmisin de calor por conduccin.

El coeficiente de conductividad corresponde al nmero de caloras transmitidas en una hora a travs de un m2 de pared de 1 metro de espesor por cada grado de diferencia de temperaturas entre las dos caras de la pared. Este coeficiente vara con la temperatura, generalmente aumentando con ella.

La expresin: se llama resistividad trmica.

Como se desprende de la tabla, el aire es el mejor aislante, pero solamente si est encerrado en espacios muy pequeos; ello explica el ptimo poder aislante de la harina fsil y de la vermiculita. En cambio, si los espacios son amplios se originan movimientos convectivos que anulan el efecto aislante; es por esto que en algunos casos es ms aislante la pared de un horno con los muros macizos que la de un horno con cmara de aire.



Material

Aire (cerrado)

Hierro, acero, fundicin

Muro de ladrillo macizo, seco

Muro de ladrillo hueco, seco

Arena comn seca

Conglomerado de cemento

Refractarios Silico-aluminoso del 28 al 44 % de almina

Silico-aluminoso del 44 al 72 % de almina

Aluminoso (corindn)

Slice

Carborundum (carburo de silicio)

Aislantes Vermiculita, perlita, o harina fsil suelta

Lana de vidrio o amianto

Arcilla expandida, granulometra mixta

Ladrillos aislantes p. esp. 0,4-0,5

Ladrillos aislantes p. esp. 0,80-1,0

Ladrillos refractarios aislantes p. esp. 0,4-0,5

Ladrillos refractarios aislantes p. esp. 0,8-1,0

Fibra cermica en manta o en hojas

A 0 A 500 A 1000

0,02

40-50

0,35-0,45

0,30-0,35

0,28-0,35

0,65-1,10

0,60-1,00

0,80-1,40

1,00-1,80

0,50-0,60

15-20

0,30-0,06

0,03-0,06

0,08-0,10

0,08-0,10

0,13-0,18

0,10-0,13

0,25-0,35

0,03-0,04

0,04

30-40

0,40-0,50

0,35-0,40

0,30-0,38

----

0,75-1,25

1,00-1,75

1,25-2,25

0,80-0,90

11-15

0,06-0,09

0,06-0,10

0,10-0,15

0,12-0,15

0,16-0,24

0,13-0,18

0,30-0,38

0,11-0,13

0,07

----

----

----

----

----

0,90-1,50

1,20-2,00

1,50-2,70

1,10-1,20

7-10

0,09-0,12

----

----

----

----

0,17-0,22

0,35-0,45

0,18-0,20

Coeficientes de conductividad trmica . de diversos materiales en Cal por m2, por hora, por metro de espesor y por grado de temperatura.



Transmisin de calor por conveccin. Se da tan slo entre un slido y un fluido (en nuestro caso el aire o los productos

de la combustin) o viceversa. La transmisin del calor por conveccin tiene una enorme importancia en el estudio de la coccin de cermica porque, en la mayor parte de los casos que nos interesan, el calor entra en contacto con el material que se cuece (o se extrae del material ya cocido) por los fluidos en circulacin, por conveccin libre o forzada. Incluso en un horno con mufla de baja temperatura, contrariamente a lo que muchos piensan, la mayor parte del calor se transmite al material que se cuece por conveccin.

La cantidad de calor que se transmite por conveccin de un fluido a un slido, y viceversa, depende de la raz cuarta de la diferencia de temperaturas, lo que comporta que vare poco al variar la diferencia de temperaturas; cambia mucho, en cambio, con las condiciones de movimiento del fluido, aumentando fuertemente cuando se incrementa la velocidad del mismo; ste es el motivo de que en los hornos se haga uso de diversos artificios (disposicin apropiada de los quemadores y de las cmaras de combustin, recirculaciones, insuflacin de aire, deflectores, etc.) para que las corrientes de conveccin sean muy activas, con objeto de aumentar la cantidad de calor transmitida y de uniformar en el mximo grado posible la temperatura en la carga del material que se ha de cocer.

Un conocimiento claro de las principales leyes que regulan el movimiento de los fluidos resulta esencial para comprender bien los fenmenos que tienen lugar durante el funcionamiento de un horno y, por tanto, para poder gobernarlo de manera correcta y eficaz.

En todo horno hay que trabajar siempre con fluidos (limitados al aire y los productos de la combustin) que, circulando por su interior, constituyen el principal factor que interviene para el calentamiento, la coccin y el enfriamiento del material; su circulacin se dirige por medio de ventiladores en combinacin con conductos o tuberas (tiro, aire para los quemadores, aire de contracorriente, recirculacin, recuperacin de calor, etc.).



Transmisin de calor a travs de las paredes de un horno.

Consideremos la pared representada en la figura, constituida por una parte interna de pared de hasta (dos anchos) de ladrillo refractario silico-aluminoso (0,22 m), de una parte intermedia tambin de dos anchos de ladrillos aislantes (0,22 m) y de una parte externa de dos anchos de ladrillo macizo (0,25 m). Supongamos que la temperatura interna es de 1000 y la del ambiente externo de 24.

Del diagrama de la figura se puede deducir la gran eficacia de la capa aislante

intermedia: gracias a ella la cada de temperatura dentro de la pared de refractario es relativamente pequea; por consiguiente, si la temperatura es elevada se requiere una buena calidad, ya que todo el material refractario, y no solamente la cara en contacto con los productos de la combustin, est sometido a elevada temperatura. Se observa asimismo que la cara ms interna de la capa aislante se encuentra a temperatura elevada, por lo que es necesario un material adecuado; en cambio la pared de ladrillo permanece toda ella a temperaturas relativamente bajas.



El olvido de estas consideraciones lleva a uno de los errores ms frecuentes que se cometen al proyectar hornos: la capa de material aislante, si es de insuficiente resistencia trmica, se funde o se contrae, perdiendo su poder de aislamiento y dejando que el calor, o las mismas llamas, lleguen a la pared externa de ladrillo.

Nociones sobre la combustin y los combustibles.

Combustin.

Se puede definir la combustin como la combinacin completa, relativamente rpida y acompaada de emisin de luz y de calor, del oxgeno del aire con los elementos (generalmente carbono e hidrgeno) contenidos en determinadas sustancias llamadas combustibles. Esta combinacin u oxidacin es una reaccin exotrmica: en ella los tomos de oxgeno por una parte, y los de carbono e hidrgeno por otra, dotados de mutua afinidad qumica, se precipitan violentamente unos contra otros formando nuevas molculas; en stas permanece la fuerza viva adquirida al reunirse los tomos y se produce as calor y por tanto, luz.

A fin de que la combustin sea completa es necesario que las molculas de carbono e hidrgeno entren en ntimo contacto con las molculas de oxgeno, y para ello se necesita que cada partcula de combustible entre en contacto con la cantidad exacta de aire (aire comburente) que contenga el oxgeno necesario; cuando esto no sucede, y en la prctica en los hornos puede ocurrir alguna vez, una parte del carbono y del hidrgeno quedan sin oxidar y entonces, adems de producirse humo y holln, y de obtenerse una menor temperatura, se tiene una prdida econmica neta, puesto que una parte de la energa trmica contenida en estado potencial en el combustible queda inutilizada .

Combustibles.

Los combustibles industriales que se utilizan en los hornos para cermica son:

Slidos, (lea, carbn, etc.); hoy da, por lo general, completamente abandonados, salvo en algn caso de cermica artstica de tipo artesanal; sin embargo, dado el altsimo coste actual de los productos petrolferos, se estn haciendo estudios para emplear tambin carbn en hornos cermicos.

Lquidos, que se reducen al gasleo y otros tipos ms pesados (fuel-ol).



Gaseosos, gas natural y gas licuado (que se considera combustible gaseoso porque es en esta forma como llega al quemador).

Los elementos activos contenidos en los combustibles son el carbono y el hidrgeno. Adems de stos, el combustible puede contener, en pequeas cantidades, azufre, que, si bien es til a efectos trmicos, se considera por lo general elemento nocivo en los combustibles, porque el anhdrido sulfuroso que se forma en la combustin del azufre suele perjudicar al material tratado en el horno y deteriora siempre las partes metlicas con las que los productos de la combustin entran en contacto, aparte de que es una fuente de contaminacin atmosfrica; puede haber asimismo nitrgeno, oxgeno, humedad, y sustancias slidas no combustibles que dan origen a cenizas o escorias.

En la combustin el carbono (C) y el hidrgeno (H) reaccionan con el oxgeno (O) del aire dando lugar respectivamente al anhdrido carbnico (CO2) y agua (H2O en forma de vapor) segn las reacciones:

C + O2 CO2

H2 + 1/2 O2 H2O


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El calor necesario para las transformaciones procede de la reaccin oxidante del oxgeno del aire sobre el carbono, el hidrgeno y, eventualmente, sobre pequeas cantidades de azufre, contenidas en los combustibles.

En todos los hornos de combustin se pueden distinguir tres partes principales:

1) Instalacin de combustin.

2) Laboratorio, que es el ambiente en el que tienen lugar las transformaciones.

3) Instalaciones de expulsin de los productos de la combustin (chimenea o tiro).

Hornos para cermica.

La clasificacin de los hornos para cermica puede responder a diferentes criterios: - Por el tipo de calefaccin: - Elctricos: pequeos, intermitentes, de laboratorio; o continuos, de canales (que se van abandonando). - De combustin:

de combustible slido: desde hace tiempo cayeron en desuso; sin embargo, dado el elevadsimo precio de los productos petrolferos, se hicieron estudios para consumir tambin carbn en los hornos para cermica. (Combustibles vegetales)

de combustible lquido: fuel ol o gasoil. de combustible gaseoso: gas natural, o gas licuado (G.L.P.) que llega al

quemador en forma gaseosa.

- Por la manera de funcionar en el tiempo: Continuos Intermitentes (para objetos artsticos o refractarios, hasta hace algn tiempo

abandonados para otros materiales, pero actualmente de nuevo utilizados para baldosines, generalmente para cocer materiales decorados a tercer fuego).

- Por la disposicin del material respecto a los productos de la combustin: De llama libre o directa De mufla Con el material en cajas, en hornos de llama libre (caso intermedio).



Pero el criterio ms importante de clasificacin de los hornos para cermica se basa en el tipo intrnseco constructivo y funcional:

- De cmara: Hoffmann y derivados

- De canales: de pequea seccin, con impulsin de una sola pieza cada vez de gran seccin

con material cargado en pilas o cajas.

- De tnel: de llama directa o libre de semi-mufla de mufla

- De tnel monoestrato: de mufla de llama directa

- De banda transportadora: - De placas deslizantes (de uno o ms canales):

de mufla de llama directa

- De rodillos: multicanal (con canales superpuestos) monocanal o monoestrato

- De paso de peregrino - Para fusin de frita, rotativo - Para fusin de frita, de crisol.

Esta clasificacin hace referencia a toda la gama de hornos cermicos, dando una mayor importancia a los de tipo industrial. En el caso que nos ocupa, nos limitaremos a clasificar los hornos discontinuos en funcin del combustible y algo que olvida la clasificacin anterior en funcin de la circulacin de gases dentro del horno (o tiro).



Clasificacin de los hornos para cermica, segn la disposicin de la circulacin de gases dentro del horno.

En cuanto a hornos de combustible: gas o lea, existen dos diseos o tipos bsicos: el de tiro ascendente (o directo) y el de tiro descendente (o invertido). Se debe conocer cules son las ventajas y desventajas de uno y otro. Existe un tercer diseo intermedio entre los dos anteriores es el horno de tiro de aire horizontal (o de tiro cruzado) un ejemplo son los Anagama.

En este apartado se mostraran las cualidades, ventajas y hndicaps, de cada diseo. Aunque las opiniones no sean parciales y dependan mucho de la postura y gustos de cada ceramista.

Horno de tiro ascendente.

Los hornos de tiro ascendente o directo, son ms sencillos en su construccin. Funcionan y se controlan ms fcilmente. En reduccin, sobre todo, se comportan perfectamente, ya que su tiro es directo (vertical o natural). En ellos es ms fcil controlar y producir las diferentes atmsferas de coccin: oxidante, neutra y reductora. La llama que sale por la tobera; su color e intensidad, son reveladores inmediatos. Estos hornos son mucho ms baratos en su construccin, ya que utilizan recursos ms simples. No precisan de chimenea, puesto que, si son redondos o circulares, ellos mismos actan como una chimenea gracias al tiro directo. Llegan a altas temperaturas, si han sido

diseados para ello. La nica desventaja que pueden presentar (perfectamente corregible si se hornea bien), es que estos hornos de tiro ascendente pueden tener diferencias de temperaturas entre la zona inferior, donde se hallan los quemadores, que resulta ms caliente, y la superior, cerca de la



tobera. Ante esta ltima dificultad se debe saber que todo horno tiene zonas de mayor o menor calor, incluso los elctricos. Que esa diferencia de temperatura se contrarresta aumentando el tiro, es decir, haciendo que el aire caliente en circulacin suba ms rpidamente. Ello se consigue regulando el tiro, pero tambin controlando el aire que entra a los quemadores; regulando la atmosfera (a llama oxidante el gas se quema abajo; a llama neutra en la zona media del horno; a llama reductora en la parte superior). El rompe llamas al respecto cumple una funcin esencial: si es alto, deriva el calor a la parte superior del horno. Si es pequeo, a la parte inferior (8).

Este tipo de horno es en realidad una extensin de la hoguera o de los sencillos hornos de chimenea usados por ceramistas del mundo entero durante miles de aos. El fuego se enciende en el fondo de la cmara y el calor y las llamas ascienden a travs de un suelo cuadriculado y despus a travs de las piezas colocadas encima. Esta idea debe haber sido desarrollada a partir del horno de hoyo, al que ms adelante se cubri con fragmentos de cermica rota para mantener el calor alrededor de las piezas. Despus se le construyeron paredes para agrandar el espacio donde hornear y poco a poco el diseo de tiro ascendente fue evolucionando y mejorando. Este sistema no necesita ventilacin forzada pero tiene el peligro de que las llamas desarrollen sus propias "chimeneas" dentro de la cmara del horno. El calor y los gases pasarn por el camino ms fcil y se pueden desarrollar focos localizados de calor y crear cocciones desiguales. Al dar la temperatura adecuada a la parte superior del horno puede provocarse una sobrecoccin en la parte ms baja de la hornada. La cuidadosa colocacin de las piezas dentro de la cmara ayuda a distribuir el calor de forma uniforme.

Hornos de tiro de aire horizontal. (o de tiro cruzado)

Los hornos de tiro de aire horizontal tienen dos pasos de llamas. Uno va desde las cmaras de coccin a travs de una simple cmara en forma de tubo el otro por la parte exterior, a travs de los pasos de fuego. Este tipo de horno de una sola cmara, como los hornos "Anagama" del Japn fue posteriormente agrandado y excavado en una pendiente del suelo para provocar ms ventilacin en la boca de fuego. La coccin en estos hornos de tnel se empezaba con un precalentamiento prolongado, hasta que la parte baja de la cmara alcanzaba aproximadamente 1.000 C. Despus se rastrillaban las brasas y se aada ms combustible al fuego y a las bocas de alimentacin laterales;


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se dirijan hacia lo alto del horno. En caso contrario si el horno calienta demasiado en la parte alta, se ensaya el remedio inverso, es decir se bajan los muros de deflexin o se hacen aberturas ms grandes en ellos, de manera que pasen las llamas directamente a la parte inferior de la carga. Tambin pueden hacerse ajustes para hacer que el flujo de gases calientes se dirijan a la parte frontal o a la parte trasera del horno. Esto se realiza cambiando el tamao y posiciones de las aberturas que conducen desde la cmara de coccin al conducto inferior de ella.

El horno no debe tener estrechamiento en el camino de las llamas que totalicen una seccin menor que la del conducto de evacuacin. Esto significa que la carga con su amueblamiento del horno, estantes o gacetas no deben constreir el tiro a travs del horno. Si hay una zona colocada apretadamente y otra muy abierta puede resultar una coccin anormal.

Un horno que pueda calentarse en todo l con no ms de un cono de diferencia de temperatura puede considerarse un xito.



4.- Eleccin del combustible.

La combustin.

La combustin es una reaccin qumica exotrmica, esto es, una reaccin entre distintos cuerpos acompaada de un desprendimiento de calor. Reacciones endotrmicas son aquellas en las cuales se absorbe calor. El carbono uno de los cuatro elementos que forman la materia viva, tiene afinidad por el oxgeno y se quema para producir calor y anhdrido carbnico (4). La reaccin se expresa por la frmula:

CALOR

C + O2 = CO2

La combustin de la materia carbonacea se produce en presencia del oxgeno siempre que se alcance la temperatura de combustin. La temperatura de combustin es el grado de temperatura necesario para llevar el combustible a una combustin sostenida. Los distintos combustibles tienen diferentes temperaturas de combustin. Para comenzar la reaccin debe comunicarse calor al combustible; pero una vez ha comenzado la combustin, sta continuar mientras haya combustible y oxgeno presentes para alimentar la reaccin. La velocidad de la reaccin depender del estado fsico del combustible. Una reaccin muy rpida, tal como la que se produce en una mezcla de gas y oxgeno, se llama una explosin; en este caso la materia hidrocarbonada y oxgeno estn ntimamente mezclados. La combustin sin llama se produce, como en un fuego de boiga, cuando el oxgeno alcanza al combustible slo gradualmente.

En realidad todos los combustibles slidos o lquidos deben convertirse en gas antes de que sea posible la combustin; esto se realiza en la prctica por la elevacin de la temperatura. El petrleo se quema ms fcilmente que la madera porque se volatiliza ms fcilmente. Los combustibles slidos son ms difciles de quemar porque el oxigeno slo puede alcanzar su superficie, y su masa quema solamente a medida que es corroda o consumida por el fuego.



Algunas consideraciones previas. Hornos responsables.

La madera se quema, porque est constituida principalmente de carbono. Las plantas usan la fotosntesis para capturar el dixido de carbono de la atmsfera y separar el carbono del oxgeno, utilizando el carbono para su desarrollo y liberando el oxgeno a la atmsfera. Al quemar esta madera, estamos invirtiendo el proceso, recombinamos carbono y oxgeno para producir calor. Como un subproducto se crea dixido de carbono, que vuelve a la atmsfera. Los combustibles fsiles, (es decir carbn, petrleo y gas natural) han sido formados por rboles y plantas que eliminaron el carbono de la atmsfera antes de que los humanos evolucionaran. En los bosques primordiales de la tierra prehistrica, cuando la tierra era una masa de dixido de carbono, las plantas y los rboles captaban el dixido de carbono del aire y expulsaban el oxgeno tal como lo hacen hoy en da. A continuacin, murieron y fueron enterrados bajo capas de hojarasca, en los pantanos y las selvas tropicales, llevndose el carbono con ellos (7).

Los seres humanos llegaron a la escena en una atmsfera rica en oxgeno. A continuacin, comenz la tala de los rboles, quemndolos para alimentar sus hornos, devolviendo dixido de carbono a la atmsfera. Siempre y cuando no se quemaran ms rboles de la cuenta el balance dixido de carbono-oxigeno estaba bajo control. El carbono de los rboles fue sacado de la atmsfera de esa era, as que no haba alteracin significativa para el medio ambiente.

Entonces descubrimos el carbn, el uso del aceite y de las plantas de energa elctrica impulsadas por los combustibles fsiles, en el ltimo siglo se ha agravado el problema. Estamos bombeando a la atmsfera un dixido de carbono que nunca ha estado all en la historia de la evolucin humana. Lo estamos haciendo a un ritmo al que los bosques del mundo no pueden hacer frente, y aun as seguimos reduciendo los bosques para alimentar nuestros hornos.

Los hornos de gas y petrleo son nocivos para el medio ambiente debido a que queman combustibles fsiles, y a menos que la energa elctrica este siendo generada por energa hidrulica, elica o de fuentes solares, los hornos elctricos indirectamente contribuye al aumento de los niveles de CO2. Trabajar con la madera sera lo mejor, pero la combustin de madera en la forma tradicional contribuye a la deforestacin, como alfareros se tiende a quemar ms rboles que crecen.



Diseo del horno.

Artsticamente y pensando en el medio ambiente, la coccin con madera es la mejor opcin. Lo que necesitamos es un horno que pueda lograr los mismos efectos que los hornos tradicionales de madera, pero de una manera ms eficiente: ms barato, ms fcil y rpido. Estos son los criterios a establecer para mi horno.

Un horno de coccin a madera que puede ser puesto en marcha por una persona, significa que tiene que ser capaz de cocer en un da. Un horno con el que cocer una vez al mes en lugar de dos veces al ao, con lo que tener un flujo de cocciones ms estable, para poder experimentar y desarrollar esmaltes y diseos, as que he decidido que las medidas ms apropiadas para mis necesidades de produccin, tamao y coccin son: anchura 0.45, profundidad 0.80, esta es la zona de carga til por una altura de 0.60 metros. Unos 0,216 metros cbicos de capacidad.

El horno ha de ser capaz de cocer con madera de desecho, usando los recortes de aserraderos, carpinteras, desechos de la industria de la construccin y restos de podas, eso significa que no slo se abaratan costes, sino que se evita la tala de rboles destinados a la coccin. Ha de ser fcil de construir, a la hora de elegir los materiales, se buscara el equilibrio entre calidad, precio, y durabilidad, seleccionando los materiales ms apropiados para cada funcin y localizacin. Habr de optimizarse el combustible evitando escapes de energa, no ha de ocupar demasiado espacio. Tambin ha de ser seguro, flexible y fcil de controlar para que una persona sola pueda cocer sin problemas. Se tendera en lo posible a la monococcin de alta o baja temperatura.

Combustibles.

Hay tres elecciones bsicas a la hora de construir un horno: el diseo, el combustible empleado y el material de construccin (3). Vayamos por partes.

La eleccin del combustible no es una decisin que siempre dependa de nosotros, muchos talleres slo pueden usar, por razones legales, hornos elctricos; y a da de hoy resulta difcil construir un horno de lea sin tener problemas con los vecinos o con los permisos o con las dos cosas al mismo tiempo. La mayora de los talleres usan el gas como combustible y la verdad es que resulta muy cmodo y limpio, en mi opinin tiene dos inconvenientes: uno es que tiene cierta peligrosidad y aunque los quemadores vienen equipados con termopar y vlvula de seguridad la realidad es que esos



termopares no duran mucho y los ceramistas acaban cociendo con esos sistemas de seguridad puenteados, y hay algn susto por ah que certifica esto; el otro inconveniente es que para conseguir el contrato con la empresa suministradora del gas primero deberemos pasar la visita de un inspector, en algunos casos son reticentes a dar por bueno un horno autoconstruido y sin homologacin de industria, algunas veces incluso se les nota que estn seriamente alarmados, si es as tenemos un problema, ya que o bien convencemos al inspector de la seguridad del horno en cuestin o bien tendremos que hacer los trmites para homologarlo, con el consiguiente retraso y encarecimiento. Curiosamente tienden a poner menos problemas cuando instalamos la cisterna como fuente del suministro de gas en vez de las botellas industriales. Si el suministro ya lo tenemos garantizado de un horno anterior o por lo que sea entonces no tendremos problemas.

Resumiendo, la eleccin del combustible depender de la ubicacin del horno, de la legislacin local y de nuestras apetencias (sin olvidar la opinin de los vecinos).


Se debe ser prctico y tener en cuenta el material disponible y el resultado final que esperamos obtener de la pasta y el esmalte.

Madera.

La lea se ha usado como combustible desde los tiempos primitivos en que los ceramistas hacan simples hogueras para la coccin. Estos mtodos fueron perfeccionndose a travs de los siglos. Los chinos y los japoneses desarrollaron los sofisticados hornos de tiro ascendente y los de llama invertida. Ms tarde, estos hornos a su vez fueron perfeccionados en Europa y en todo el mundo usando un conocimiento bsico del fuego y del tiraje que lleva al horno a alcanzar la temperatura deseada de la manera ms eficaz posible. Todos estos perfeccionamientos han dado como resultado complejas tcnicas y los hornos que usamos hoy en da.

Es importante darse cuenta que la lea, un material slido, quema solamente en la superficie donde se coloca y requiere la presencia de oxgeno para permitir una buena combustin. Por lo tanto, cuanto ms fina sea la lea ms rpidamente producir energa en forma de calor. Esta propiedad puede ser aprovechada en las etapas inciales de la coccin, para controlar el aporte de calor usando lea ms gruesa. Ms adelante se



puede provocar una subida ms rpida de temperatura usando lea fina en capas cruzadas lo cual har que el calor se produzca ms rpidamente.

El diseo de una cmara de combustin para lea debe tener una medida generosa. Debe evitarse cualquier oclusin en la trayectoria de las llamas o del aire tanto primario como secundario, que pueda disminuir la eficacia de una buena combustin y, en consecuencia, disminuir el incremento de la temperatura.

Es siempre mejor equivocarse por exceso que por defecto, ya que es ms fcil reducir una cmara de combustin o un paso de fuego que intentar agrandarlos si son demasiado pequeos.

Quemador para combustibles vegetales.

Hemos visto que hasta tiempos relativamente recientes la madera ha sido el combustible principal para la alimentacin de los hornos. Tiene la ventaja de estar casi universalmente disponible; es relativamente fcil de dividir al tamao deseado, quema rpidamente con llama larga y contiene poco azufre y otros elementos que pueden hacer fluir el vidriado. El residuo de cenizas de la madera quemada es til como ingrediente para el vidriado y como material aislante. Las cocciones primitivas eran corrientemente alimentadas con maleza, ramitas, o madera finamente astillada. La madera en tales formas finamente divididas quema rpidamente y no se necesita parrilla, Pero si se usa madera con seccin ms gruesa es necesaria una parrilla para mantener en alto el combustible de manera que el aire pueda circular por debajo, alrededor y hacia arriba a travs de la masa ardiente. Cualquiera que haya vigilado una chimenea sabe que el secreto de una llama viva es llevar suficiente aire al fuego, los troncos reposando en el suelo juntos entre s pueden quemarse sin llama pero no arden (4).

Las parrillas se hacen de barras de hierro fundido o arcilla, que pueden resistir el calor. Para quemar la madera con xito los barrotes de la parrilla deben de estar suficientemente juntos para evitar que la madera no quemada caiga a su travs, pero no tan juntas, que eviten que la ceniza caiga libremente a travs de ellos. La separacin de los barrotes de la parrilla depender del tamao de la madera a quemar, pero como regla general, los espacios deben ser de aproximadamente el mismo ancho que el grueso de la madera. Esto significa que para el tamao corriente adecuado de la madera los barrotes de la parrilla deben estar separados entre 5 y 7 centmetros.



Los dispositivos para quemar lea en un horno son realmente muy simples pero

deben destacarse algunos principios. La madera requiere un espacio relativamente grande para quemarse debido a su volumen y a la larga llama producida. La figura muestra un diseo esquemtico de un hogar para quemar madera. El hogar es ms largo que ancho para acomodar trozos largos de lea. Para la combustin hay amplio espacio encima de la parrilla. El aire entra en el hogar a travs de agujeros por debajo del nivel de la parrilla; de esta manera se precalienta al pasar sobre las cenizas y ascuas calientes del cenicero. Se dispone una abertura para permitir la retirada de las cenizas durante la coccin y saliendo del hogar hay un paso sin obstculos hacia el interior del horno que permite el paso de las llamas, generalmente en direccin hacia arriba.

Los hogares para lea se construyen generalmente al lado exterior del propio horno. Esto proporciona un largo recorrido para las llamas, permitiendo un intercambio ms completo del calor a la cermica que en el caso en el que el fuego estuviese realmente en el horno. Introducir la lea directamente en el horno hace que se absorba algo de calor por radiacin en la madera fra y las zonas cercanas al fuego nunca llegan a estar tan calientes como las zonas que estn ms alejadas a lo largo del camino de las



llamas. En los hornos de lea puede observarse que el propio hogar permanece a una temperatura por debajo de la del interior del horno.

Sin importar lo pequeo que sea el horno los hogares para madera necesitan estar por encima de un determinado tamao mnimo. Se necesita espacio para quemar la madera eficazmente y producir suficiente volumen de calor para realizar la coccin. El hogar necesita tener por lo menos 22 centmetros de ancho y es preferible una anchura de 30 a 35 centmetros. Algunos hornos se construyen con hogares de 23 centmetros de ancho justamente para utilizar como barrotes de la parrilla los ladrillos refractarios normales, pero es mejor hacer el hogar ms ancho y utilizar barrotes de hierro o barras de arcilla hechas especialmente.

El hogar debe tener por lo menos 60 centmetros de largo, pero es mejor que tenga 90 centmetros. El espacio por encima de la parrilla debe ser por lo menos de 30 centmetros de alto y debe dejarse un espacio igual por debajo como cenicero. Esta regla prctica nos da un hogar con las dimensiones interiores de aproximadamente 30 centmetros por 60 centmetros por 90 centmetros. Esta estructura es bastante grande; tan grande como algunos hornos. De esto se sigue que, puesto que se necesita un buen espacio para construir el hogar, es ms eficaz construir los hornos de lea de unas dimensiones generosas. Un hogar como el descrito ser ms que adecuado para un horno de 1metro cbico, y acoplarlo a un horno ms pequeo es un desperdicio de estructura y combustible, pues entonces se dedicara un porcentaje demasiado grande del espacio total a la combustin, y las llamas largas escaparan por la chimenea antes de transmitir la mayor parte de su energa calorfica al interior del horno o a la cermica.

Son preferibles las maderas blandas de fibra ancha. Podra pensarse que las maderas duras que tienen ms caloras por kilo seran preferibles; pero las maderas blandas queman ms rpidamente, un factor importante en el logro de la elevacin del calor acumulado en el horno. Adems las maderas blandas son ms fciles de cortar y rajar. Las maderas tales como el pino, el abeto y el pino-abeto son excelentes como combustibles. Aunque muy ligero el lamo tambin quema bien.

Contrariamente a la opinin popular, la utilizacin de madera o carbn en lugar de gas o petrleo no significa ninguna limitacin seria de la temperatura, y con un horno bien diseado pueden alcanzarse temperaturas de 1300 C o mayores.



Otra ventaja de la coccin con lea es el hecho de que causa un mnimo de desgaste y daos del horno, menos que otros combustibles. Esto es as porque las largas llamas al quemar la madera, no funden ni astillan las zonas cercanas al hogar. Con el tiempo el quemado de la madera tambin vidria el interior del horno haciendo la obra de albailera impermeable a los gases carbonosos y alargando la vida til de los ladrillos.

Un horno diseado correctamente, alimentado con madera seca del tamao adecuado, puede subir de temperatura muy rpidamente, a menudo demasiado rpidamente, en especial durante las primeras etapas de la coccin. Es corriente, sin embargo, que el horno de lea se estabilice a 1200 C y la subida desde esta temperatura hasta alrededor de 1300 C puede ser lenta. Este es el punto en el que incluso una pequea diferencia en el tiro (una chimenea demasiado corta, por ejemplo o un paso demasiado estrecho de los conductos) puede ser daino. Tambin en este punto un contenido de humedad, aunque sea ligero, en el combustible o la falta de partir la lea en piezas suficientemente pequeas puede impedir la subida de la temperatura.

Nota: se puede montar una parrilla, fija-desmontable sobre los quemadores de lea para dar a la lea un secado y precalentamiento final antes de su uso. Incluso la lea seca retiene hasta un 20% de humedad.

Aunque la madera de desecho no es tan fcil de encontrar como antes, hay zonas rurales donde todava se pueden encontrar, restos de madera provenientes de aserradoras y manufacturas de la madera o podas donde normalmente hay gran cantidad de desecho. Estos materiales pueden ser una buena fue

proyecto-para-la-construcción-de-un-horno-cerámico

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