CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE …
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CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO LADRILLERO TIPO HOFFMANN Con miras a su Utilización como Incinerador de Residuos Sólidos Municipales MARIA VANESA TRILLOS URIBE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ 2003
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CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO
LADRILLERO TIPO HOFFMANN
Con miras a su Utilización como Incinerador de Residuos Sólidos Municipales
MARIA VANESA TRILLOS URIBE
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ
2003
CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO
LADRILLERO TIPO HOFFMANN:
Con miras a su Utilización como Incinerador de Residuos Sólidos Municipales
MARIA VANESA TRILLOS URIBE
Trabajo de grado para optar el título de
Ingeniero Químico
Asesor:
Ing. NÉSTOR Y. ROJAS
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ
2003
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iii
Nota de Aceptación
_________________________
_________________________
_________________________
_________________________
Asesor
_________________________
Jurado
_________________________
Jurado
Bogotá, 2 de Julio de 2003
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos a:
César Augusto García, Ingeniero Civil, Gerente Técnico INAMCO Ltda. Por permitirme la
participación en el desarrollo de su investigación doctoral y su inalterable motivación.
Néstor Y. Rojas., Ph. D. Ingeniero Químico y Asesor del Proyecto por su valiosa orientación y
colaboración.
Rubén Fajardo, Ingeniero Químico por su colaboración y apoyo.
José Luis Quiroga, Propietario Ladrillera Los Quiroga por acceder a la evaluación del horno, su
constante respaldo y su inestimable ayuda.
José de Jesús, Luis Felipe Lozano y Gustavo Rodríguez, Operarios Ladrillera Los Quiroga por su
paciencia y colaboración en la recolección de los datos.
Juan Carlos Moreno, Director del Departamento de Química Universidad de Los Andes por permitir
la utilización de los laboratorios de Química para la elaboración de los análisis. De la misma forma a
Jaime Oyuela, Eder Cortés y José Salvador Escobar, colaboradores del laboratorio por su ayuda.
Un especial agradecimiento a mi hermana Claudia por su apoyo y colaboración en la elaboración de
los planos; a mis papas por su amor e inspiración; y a Camilo García por su paciencia y apoyo.
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN xiii
1. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR 16
1.1. LA INDUSTRIA LADRILLERA EN COLOMBIA 16
1.2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS HORNOS TIPO HOFFMANN 18
1.2.1. ORIGEN 18
1.2.2. OPERACIÓN DE LOS HORNOS TIPO HOFFMANN 20
1.3. SISTEMAS DE CONVERSIÓN TÉRMICA DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES 22
1.4. EMISIONES Y RESIDUOS EN INCINERADORES Y REGULACIÓN ACTUAL
24
1.5. FACTORES PARA LA MINIMIZACIÓN DE EMISIONES DE DIOXINAS Y FURANOS EN
INCINERADORES 28
1.6. EVALUACIONES PREVIAS EN HORNOS HOFFMANN PARA SU UTILIZACIÓN COMO
INCINERADORES DE RESIDUOS SÓLIDOS 29
2. CARACTERISTICAS GENERALES DEL HORNO ANALIZADO 30
2.1. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN 31
2.2. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE (CARBOJET) 34
2.3. CONDICIONES DE OPERACIÓN 36
2.3.1. TEMPERATURA DEL HORNO 36
2.3.2. ETAPAS DE OPERACIÓN 37
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v i
2.3.2.1. Endague 37
2.3.2.2. Arranque 37
2.3.2.3. Cocción 38
2.3.2.4. Descargue del Horno 38
2.3.3. OPERACIÓN DE LAS VÁLVULAS 39
2.3.4. COMBUSTIBLE EMPLEADO 39
2.3.5. HUMOS 39
2.4. BALANCE DE MASA 40
2.5. BALANCE DE ENERGÍA 42
3. PARAMETROS RELEVANTES PARA LA INCINERACION DE RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES EN EL HORNO 43
3.1. TEMPERATURA DE LOS GASES 44
3.2. PORCENTAJE DE OXÍGENO EN LA CÁMARA 45
3.3. CONCENTRACIÓN DE MONÓXIDO DE CARBONO 47
3.4. CONCENTRACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE Y NITRÓGENO 49
3.5. TIEMPO DE RESIDENCIA DE LOS GASES 51
4. EFECTOS DE LA OPERACIÓN DE INCINERACIÓN DE RSM EN EL PROCESO
LADRILLERO: ESTIMACIÓN 53
5. EVALUACIÓN 56
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 59
BIBLIOGRAFÍA 61
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LISTA DE ANEXOS
ANEXO A. RESULTADOS DE VARIABLES MEDIDAS EN EL HORNO 65
A.1. Temperatura de Operación 65
A.2. Temperatura del Medio Ambiente 70
A.3. Flujo de Material de Arcilla 71
A.4. Consumo de Combustible 73
A.5. Cenizas 74
A.6. Análisis Isocinético y ORSAT en chimenea 75
A.7. Resultados incineración Línea 40 75
A.8. Condiciones de Combustión en la Cámara 76
ANEXO B. ANÁLISIS DEL CARBÓN, RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES Y CENIZAS 89
B.1. Análisis de Carbón Utilizado en el Horno 89
B.2. Composición de los Residuos Sólidos Municipales 89
B.3. Análisis de Cenizas 90
ANEXO C. MUESTRA DE CÁLCULOS 91
C.1. Balance de Materiales para el proceso actual 91
C.2. Balance de Energía 95
C.3. Estimación de Tiempos de Residencia para gases en el horno 98
C.4. Energía Suminitrada al proceso por la incineración de RSM 100
ANEXO D. Fotografías 102
ANEXO E. Planos detallados del horno 109
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1.1. Clasificación de las Industrias Ladrilleras según la tecnología empleada en Colombia
Tabla 1.2. Hornos utilizados por la Industria Ladrillera en Colombia
Tabla 1.3. Principales procesos térmicos para la incineración de RSM
Tabla 1.4. Compuestos peligrosos presentes en gases de chimenea de incineradores
Tabla 1.5. Límites de emisión promedio diario
Tabla 2.1. Características generales del horno empleado en la Ladrillera “Los Quiroga”
Tabla 2.2. Velocidad de calentamiento para las etapas de cocción
Tabla 2.3. Análisis de Gases
Tabla 2.4. Balance de masa general para la operación normal del horno
Tabla 2.5. Verificación de operación normal
Tabla 2.6. Balance de energía
Tabla 2.7. Porcentaje de demanda de combustible
Tabla 3.1. Tiempos de residencia de los gases en zonas de máxima temperatura
Tabla 4.1. Estimación del costo bruto sobre la operación por la incineración de RSM sin previo
tratamiento
Tabla A.1. Variables medidas en el horno
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1. El Horno Hoffmann Original
Figura 1.2. Horno Hoffmann Moderno de 16 cámaras
Figura 1.3. Esquema de operación Horno Hoffmann
Figura 2.1. Planta Horno Ladrillera Los Quiroga
Figura 2.2. Fachada Frontal Horno Ladrillera Los Quiroga
Figura 2.3. Corte Transversal de la Galería 1 en la Línea de alimentación 37. Horno Ladrillera Los
Quiroga
Figura 2.4. Modulación de los Bloques N°5 en el Horno
Figura 2.5. Dimensiones Promedio de los bloques N°5 en la Ladrillera Los Quiroga
Figura 2.6. Sistema Carbojet Horno Ladrillera Los Quiroga
Figura 2.7. Balance de Materiales del Proceso para una horneada
Figura 2.8. Balance de Masa del Proceso (Verificación por combustión)
Figura 3.1. Cámara de Evaluación en Horno Ladrillera Los Quiroga
Figura 4.1. Daño en algunos de los bloques debido a la incineración de RSM
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LISTA DE GRAFICAS
Gráfica 1.1. Curva típica de calentamiento
Gráfica 2.1. Curva de Calentamiento Horno Ladrillera Los Quiroga
Gráfica 3.1. Temperatura de los gases en la cámara de evaluación
Grafica 3.2. Perfil de Temperatura en la cámara de evaluación (segundo seguimiento)
Gráfica 3.3. Porcentaje de Oxígeno de los gases en la cámara de evaluación
Gráfica 3.4. Perfil de Porcentaje de Oxígeno en la cámara de evaluación (segundo seguimiento)
Gráfica 3.5. Concentración de CO para los gases en la cámara de evaluación (promedio diario a
condiciones estándar)
Gráfica 3.6. Perfil de Concentración de CO en la cámara de evaluación (promedios a condiciones de
operación segundo seguimiento)
Gráfica 3.7. Concentración de NOx y SO2 para los gases de en la cámara de evaluación (promedio
diario a condiciones estándar)
Gráfica 3.8. Perfil de Concentración de NOx y SO2 para los gases de en la cámara de evaluación
(promedios a condiciones de operación segundo seguimiento)
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RESUMEN
En búsqueda de soluciones al inminente problema del límite físico de los rellenos sanitarios que se
utilizan para contener las basuras domésticas generadas por las comunidades, y la necesidad de
optimizar el proceso de combustión dentro de los hornos ladrilleros, el Ingeniero Cesar Augusto
García, en el planteamiento de su tesis doctoral en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de
Los Andes, observó la posibilidad de introducir un módulo de conversión térmica de Residuos
Sólidos Municipales (RSM) en un horno ladrillero.
Para evaluar el procedimiento óptimo con el cual se cumplirá el propósito planteado por el
ingeniero, se caracterizaron y evaluaron las condiciones generales de diseño, construcción y
operación de un horno ladrillero tipo Hoffmann localizado en el municipio de Tabio (Cundinamarca,
Colombia); y se realizó un seguimiento de los parámetros relevantes para la incineración segura de
los RSM: Temperatura de los gases, porcentaje de oxígeno en la cámara, concentración de
monóxido de carbono, concentración de NOx y SO2 y tiempo de residencia de los gases.
Se hizo un seguimiento completo de la operación realizándose los balances de masa y energía
pertinentes. A partir de estos se realizó una identificación de las ventajas y desventajas de la
operación actual y el aprovechamiento energético del combustible empleado. Se encontró que bajo
las condiciones actuales de operación en el horno no es posible hacer una incineración segura de
los RSM, teniéndose que implementar primero correcciones en la operación y en el diseño que
permitan aumentar la temperatura y los tiempos de residencia de los gases en la zona de
combustión. Se recomienda finalizar la construcción de la segunda galería del horno y puesta en
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marcha de ésta, diseñar un esquema de seguimiento de la operación y considerar la intensificación
del uso del sistema de alimentación y el reingreso de los gases de combustión a la galería.
Palabras Claves: Horno Ladrillero Tipo Hoffmann, Incineración, Residuos Sólidos Municipales
(RSM), Temperatura de Operación, Tiempo de Residencia de los gases.
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INTRODUCCION
En Colombia se producen 22,000 toneladas diarias de basura; razón por la cual actualmente los
municipios y ciudades se enfrentan al problema de que hacer con éstos residuos sólidos, cuando
los rellenos sanitarios en donde se hace su disposición final están llegando al límite de su capacidad
física. Esta situación crítica se ve reflejada en el Botadero de Mondoñedo en donde 40 municipios
de Cundinamarca arrojan 500 toneladas diarias de desechos y en este momento está en riesgo de
sufrir una avalancha como la ocurrida en el relleno sanitario de Doña Juana en Septiembre de
19971.
Existe un numeroso grupo de organismos encargados del manejo y control de los residuos sólidos
en Colombia; sin embargo, estas instituciones no cuentan con planes operativos, financieros y
ambientales para el manejo integral de los desechos, y para la adecuada disposición final de los
materiales y residuos que no pueden ser reciclados o reutilizados [19].
La carencia de planes no se ve reflejada exclusivamente en el marco institucional. En el
“Diagnostico de la situación del manejo de los residuos sólidos en América Latina y el Caribe”
realizado por Guido Acurio et. al. (1997) para el Banco Interamericano de Desarrollo [2], se
observó que una inmensa parte del problema radica en la débil o inexistente participación de la
comunidad y el sector privado en las estrategias de minimización, reutilización, reciclaje y manejo
final de los residuos en los municipios, lo cual lleva a la población a considerar que el problema
compete exclusivamente a las municipalidades y entidades gubernamentales.
1 NOTICIAS AMERICA LATINA Ambiental.net: Crisis de Basura en Ciudades Colombianas; http://www.ambiental.net/noticias/ColombiaCrisisBasura.htm, Consultado el 9 de Febrero de 2003
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Si se lograse involucrar a la industria del sector privado de los pequeños municipios y a la
comunidad a participar en el desarrollo de estrategias que permitan la disposición final de los
residuos de una forma segura, y que a su vez, esto cree soluciones prácticas para el control de los
procesos, se podrían generar metodologías que minimicen el impacto ambiental y económico de la
disposición de los residuos.
Ante este panorama, el Ingeniero Cesar Augusto García, en el planteamiento de su tesis doctoral en
la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Los Andes, observó la posibilidad de introducir un
módulo de conversión térmica de Residuos Sólidos Municipales (RSM) en un horno ladrillero. Para
evaluar el procedimiento óptimo con el cual se cumplirá el propósito formulado por el ingeniero, se
propuso realizar una identificación y caracterización de las condiciones de construcción, diseño y
operación de un horno ladrillero tipo Hoffmann localizado en el municipio de Tabio, Cundinamarca,
lo cual constituye el objetivo fundamental de este trabajo.
Así mismo, se hizo un seguimiento de cinco parámetros relevantes para una incineración segura
durante la operación del horno. Estos parámetros fueron descritos por la investigación de Gordon
McKay [17], y están contemplados por la Resolución N° 0058 del 21 de Enero de 2001 del
Ministerio del Medio Ambiente de Colombia [18]: 1. Temperatura de los gases; 2. Porcentaje de
oxígeno en la cámara de combustión; 3. Concentración de monóxido de carbono; 4. Concentración
de gases ácidos inorgánicos (NOx y SO2) y 5. Tiempos de residencia de los gases. Las condiciones
bajo las cuales se efectuó el seguimiento fueron de operación normal, siempre teniendo claro que
lo que se pretende llegar a hacer es una incineración de los residuos en conjunto con el proceso de
fabricación de ladrillos.
En la investigación se determinaron cuales de las características y parámetros del horno tipo
Hoffmann evaluado resultan ventajosas para la introducción del sistema de incineración.
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Igualmente, las consideraciones técnicas que deban mejorarse o controlarse para optimizar la
combustión dentro del horno, y finalmente la posible existencia de aporte energético por parte de
los residuos al proceso.
Se espera que esta evaluación sirva para el futuro desarrollo de una metodología de operación más
eficiente en el horno, y al mismo tiempo, para el surgimiento de una tecnología que permita la
conversión de RSM, reduciendo significativamente el volumen de los residuos destinados a los
rellenos sanitarios.
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1. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
1.1. LA INDUSTRIA LADRILLERA EN COLOMBIA
La industria ladrillera en Colombia esta conformada por una gran variedad de fábricas que pueden
clasificarse de acuerdo a la infraestructura y tecnología empleadas para la realización de las cuatro
etapas generales del proceso de fabricación [6]: 1). Excavación y preparación de la arcilla; 2).
Moldeo de los bloques; 3). Secado y 4). Cocción2. La industria abarca un amplio espectro de
empresas, desde las más artesanales hasta las empresas altamente tecnificadas y de alta
producción.
Tabla 1.1. Clasificación de las Industrias Ladrilleras Según la Tecnología Empleada
TIPO DE LADRILLERA Chircal artesanal Chircal Mecanizado
Ladrilleras Pequeñas
Ladrilleras medianas
Ladrilleras Grandes
MOLDEO Manual o por extrusora sin
vacío
Extrusora sin vacío
Extrusora de vacío
Extrusora de vacío Extrusora de vacío
SECADO Natural Natural Natural o Artificial (cámara)
Natural o Artificial (cámara o túnel)
Artificial (Túnel)
P R
O C
E S
O
COCCION Hornos de fuego dormido, Hornos
Árabes
Horno de colmena o de llama invertida
Horno de llama invertida
Horno de llama invertida o Horno
Hoffmann
Horno Hoffmann o Horno túnel
CAPACIDAD Menor de 110 Ton/mes
110-250 Ton/mes
250-1000 Ton/mes
1000-3000 Ton/mes
Superior a 3000 Ton/mes
Fuentes: ACERCAR: Industria Cerámica, Planes de acción para mejoramiento ambiental, p. 9, 1999; BAYLI M. A.: Brick Manufacturing in Colombia; World Development, Vol. 9, p. 204, 1981.
2 Para una mejor referencia sobre las etapas de proceso cerámico véase: ACERCAR: “Industria Cerámica: Planes de Acción para el mejoramiento ambiental”, pp. 15-18, o COLCIENCIAS-U.P.B.-OEA: “Auditorias Energéticas: Industria Ladrillera”; Programa de Conservación y Sustitución de Energía; Editorial U.P.B.; p.p. 14-18
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La mayoría de industrias se encuentran localizadas en Cundinamarca, Norte de Santander y Antioquia,
aunque también hay algunos desarrollos en el Valle del Cauca, Boyacá y la Costa Atlántica [1]. Ningún
estudio conoce con certeza el número de industrias en el sector, puesto que en éste predomina la
informalidad, y la mayoría de productores ven su actividad como un mecanismo de subsistencia.
Aproximadamente el 90% de estas empresas se caracteriza por tener un mínimo control del proceso y
alto impacto ambiental, debido a malas prácticas de combustión y baja innovación tecnológica.
La cocción del ladrillo es la etapa del proceso que presenta mayor interés para el análisis. La
cocción ocurre a temperaturas entre 700 y 1000°C por periodos de media a 16 horas dependiendo
del bloque (ladrillo), las arcillas y el tipo de horno utilizado.
Tabla 1.2. Hornos utilizados por la industria ladrillera en Colombia.
Tipo de Horno Temperaturas y tiempos de cocción Capacidad promedio en N° de bloques Horno Pampa 700-900°C
1 hora 41000
Llama invertida 750-800°C 6-16 horas
48000
Hoffmann 850-1000°C 30 minutos
280000
Túnel 820°C 4 horas
1300000
Fuentes: ECOCARBON: Hornos Ladrilleros a Carbón, Universidad Pontificia Bolivariana, p.p. 12-18, 1998; BAILY M.A: “Brick Manufacturing in Colombia : A Case Study of Alternative Technologies”; World Development, Vol. 9, p.p 211, 1981
En Bogotá la industria cuenta con un estimado de 240 ladrilleras distribuidas en seis zonas. La Unidad
de Asistencia Técnica Ambiental ACERCAR (1999), estima que el 57% de las ladrilleras de Bogotá y
municipios cercanos utilizan hornos tipo pampa, el 30% hornos de llama invertida, 10% hornos
Hoffmann, y 3% hornos de túnel lo cuales son los más tecnificados. Todos estos hornos utilizan
como combustible principal carbón. En la industria los hornos tipo Hoffmann son utilizados por las
empresas medianas las cuales tienen una producción estimada de 1000 a 3000 ton/mes y
consumen entre 5 a 30 toneladas de carbón al mes [1]. En los sectores de producción de Bogotá
existen alrededor de 44 de estos hornos.
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1.2. DESCRIPCION GENERAL DE LOS HORNOS TIPO HOFFMANN
1.2.1. Origen [16]
El desarrollo de los hornos tipo Hoffmann comenzó alrededor de 1841 cuando Joseph Gibbs en
Inglaterra patentó un diseño de horno anular continuo con alimentación de carbón por el techo. En
1849 Mason Arnold zu Fürstenburg construyó un horno anular con un grupo de cámaras
arregladas en forma circular alrededor de una chimenea central; este diseño no funcionó, pero la
idea de tener un horno con fuego móvil surgió.
Para 1856 se publicó un artículo sobre otro horno anular por parte de un constructor de Berlín
llamado Friedrich Hoffmann. Sus cámaras estaban construidas en forma de bóveda y en el techo
del horno había orificios por donde se alimentaba carbón pulverizado (Figura 1.1.). Por la pared
exterior del horno había aperturas que permitían la carga y descarga de los ladrillos. Las cámaras
eran separadas unas de otras por grandes válvulas metálicas que podían ser abiertas o cerradas a
medida que el fuego se desplazaba por las cámaras del horno. Este tipo de horno permitía ahorrar
entre una y dos terceras partes del combustible, por lo que su construcción se difundió
rápidamente en Europa llegándose a construir para 1870 un total de 639 unidades.
El horno anular fue reemplazado por una versión que consiste de dos galerías paralelas
construidas una enseguida de la otra, unidas a los extremos formando un circuito cerrado. Las
cámaras están comunicadas entre sí y el fuego avanza de una cámara a la inmediatamente
siguiente. En el interior, las piezas de arcillas son colocadas de tal manera que se permita el paso
adecuado de los gases a través de los ladrillos y también el espacio suficiente para el quemador y
el combustible (buitrón). Esta construcción permite que la chimenea sea construida por fuera de la
estructura del horno por lo cual puede ser conectada a más de un horno.
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Figura 1.1. El Horno Hoffmann Original. (Tomado de: JONES T: Wallbuilding Technical Brief Hoffmann Kilns, 1995 )
El horno de galerías paralelas tiene un mínimo de 16 cámaras para funcionar con eficiencia aunque
un óptimo de 22 cámaras es preferible (Figura 1.2.). Las separaciones de las cámaras se logran por
medio de la colocación de una pantalla de papel o tela que va siendo colocada a medida que se
carga el horno con el material. La pantalla cierra ese punto de la galería y evita que aire frío entre
por la zona incorrecta alrededor de la zona de quema del horno. La pantalla se destruye a medida
que se acerca la zona de combustión.
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Figura 1.2. Horno Hoffmann Moderno de 16 cámaras. (Tomado de: JONES T: Wallbuilding Technical Brief Hoffmann Kilns, 1995 )
1.2.2. Operación De Los Hornos Tipo Hoffmann [9]
Una vez encendido el horno, éste tiene un funcionamiento continuo. La carga permanece estática
en la cámara y el fuego se va desplazando por medio del movimiento de los quemadores que
alimentan el carbón pulverizado, diesel o gas natural a través de los orificios en el techo de la
galería. Dos de las cámaras siempre están abiertas para permitir la carga y descarga del material,
así como la entrada de aire por la zona de descarga.
La operación del horno se divide generalmente en cuatro etapas: Carga de material,
Precalentamiento, Quema y Enfriamiento [8]:
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1. Carga: En esta etapa, el material con una humedad del 8 al 20% se apila dentro del horno,
previéndose que en cada boca de alimentación quede un espacio que permita la entrada del
combustible y el flujo de los gases.
2. Precalentamiento: Comprende el periodo en el cual se retira la humedad residual del material
elevándose la temperatura hasta 300°C. Este precalentamiento se realiza con los gases
provenientes de la sección de quema (Ver figura 1.3).
3. Quema: Esta etapa comprende la región donde se alimenta el combustible por la parte superior
del horno. La temperatura promedio de esta etapa esta entre los 600 y 1050°C.
4. Enfriamiento: Después de haberse quemado el material, éste entra a una etapa de enfriamiento
lento con el objeto de evitar roturas debido al choque térmico. El enfriamiento se debe realizar con
el aire que ingresa al horno para ser empleado en la combustión.
Figura 1.3. Esquema de Operación Horno Hoffmann. (Fuente: Proyecto de Energía –CIDI-U.P.B., 1985)
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La curva típica de calentamiento de estos hornos se presenta en la gráfica 1.1.:
0
200
400
600
800
1000
1200
0 8 16 24 32 40 48 56Horas
T°C
Gráfica 1.1. Curva típica de Calentamiento. (Fuente: Proyecto de Energía –CIDI-U.P.B., 1985)
Esta curva puede variar dependiendo de la altura relativa a la bóveda a la que esté ubicada la
termocupla. Se pueden presentar diferencias de temperatura de 50°C por cada metro. La velocidad
promedio de calentamiento en la etapa de precalentamiento y quema es de 45°C por hora y la
velocidad de enfriamiento típica es de -30°C por hora.
1.3. SISTEMAS DE CONVERSIÓN TÉRMICA DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES
El tratamiento de Residuos Sólidos Municipales (RSM) y Residuos Peligrosos a través del uso de
incineradores y otros procesos térmicos ha sido una importante opción para el manejo de los
desechos en Estados Unidos, Canadá, Japón y algunos países industrializados. Los procesos
térmicos exponen la corriente de basuras a temperaturas entre los 450 y 1700°C en ambientes
controlados logrando en cuestión de segundos, promover el rompimiento de los compuestos
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orgánicos en formas mas simples y menos tóxicas [11]; minimizando el volumen de éstas de un
85% a un 90% de manera inmediata [5] y reduciendo los riesgos ambientales y de salud de los
rellenos sanitarios. Así mismo los procesos térmicos permiten recobrar la capacidad de los rellenos,
recuperando una proporción de la energía de los desechos y controlando las descargas
atmosféricas por medio de equipos al final de línea que permiten cumplir con los límites impuestos
en las legislaciones ambientales. Por último existe la posibilidad de disminuir los costos de
transporte debido a que los incineradores se construyen mas cerca de los puntos de recolección.
Los sistemas de conversión térmica son generalmente incineradores, sistemas de pirolisis, calderas
o procesos industriales; cuyas características se presentan en la tabla 1.3.
Tabla 1.3. Principales Procesos de Conversión Térmica de RSM
Sistema Característica Condiciones de Operación
Incinerador Oxidación de los materiales en ambientes de alta temperatura, O2 y turbulencia
Temperatura: 700 - 1600°C Tiempo de residencia de los gases: 0.5 - 2.0 s
Sistema de Pirolisis Pirolisis de los materiales en ambientes de alta temperatura privados de oxígeno, para obtener combustibles a partir de residuos sólidos
Temperatura: Máx. 1200°C Tiempo de residencia: 1.0 s- horas
Calderas Sistemas de producción de vapor a partir de combustión. Se consideran procesos térmicos de destrucción cuando utilizan RSM como combustible suplementario
Temperatura: 700-1400°C Tiempo de residencia: 1.0-5.0 s
Procesos Industriales Producción de Cemento, Producción de Cal, y procesos que utilicen combustión de carburantes en los cuales se utilice RSM como combustible suplementario
Temperatura: 700-1650°C Tiempo de residencia: 1.0-5.0 s
Fuente: FREEMAN H.M, et. al.: “Thermal Destruction Of Hazardous Waste – A State-Of-The-Art Review”; Journal of Hazardous Material, N°14, p. 104, 1987
Existen otros procesos de alta tecnología como: reactores electrolíticos, destrucción por sales
fundidas y arco de plasma [11], pero su alto costo de inversión y operación hace que estos
procesos solo sean utilizados para la destrucción de residuos muy peligrosos.
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La tecnología de conversión térmica genera gran controversia pública debido al potencial riesgo
contra la salud y al medio ambiente de las emisiones atmosféricas y cenizas por mal diseño y
operación de los incineradores, pero a su vez es “la tecnología que asegura el mejor control
(destrucción) de los residuos que no pueden ser prevenidos o reciclados”3.
Los principales problemas surgen debido a [3]:
• Algunos materiales no deben ser incinerados debido a que no son combustibles o deben
ser reciclados.
• Pueden presentarse malas prácticas de operación por personal no calificado.
• El contenido de cloro y metales pesados en la alimentación puede generar emisiones de
Dioxinas, Furanos y metales
Sin embargo estos problemas pueden minimizarse con un correcto manejo técnico y con la
colaboración de la comunidad, y ciertamente no serán mayores que los provocados igualmente por
exceder los límites de capacidad de los rellenos sanitarios.
1.4. EMISIONES Y RESIDUOS EN INCINERADORES Y REGULACIÓN ACTUAL
Debido a la alta variabilidad de la composición química de las basuras y a la naturaleza misma del
proceso de combustión, un amplio número de compuestos químicos pueden resultar siendo
emitidos por la chimenea, como se muestra en la siguiente ecuación [23]:
incompletacombustióndeorgánifragmentoscenizasHClNOSOCO
HOOHCOimpurezasClOHNOSNOHC
xx
yxwvu
cos
76.3 2222222
+++++
++++=+++++
3 T. Oppelt, Director del Laboratorio de Reducción de Riesgo en Ingeniería, EPA, en [13] C.C. LEE AND G.L. HUFFMAN: “Research of Thermal Destruction Of Wastes”; Journal Of Hazardous Materials, 49, p. 302, 1996
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Estos compuestos son perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente, por lo cual el diseño
del incinerador debe enfocarse en propender disminuir las condiciones de formación de las
sustancias presentadas en la tabla 1.4.
Tabla 1.4. Compuestos peligrosos presentes en gases de chimenea de Incineradores
Compuesto Consideración
Dioxinas y Furanos
Sustancias de efecto tóxico, cancerígenas, mutagénicas y bioacumulativas. Cada componente comprende dos anillos bencénicos interconectados por átomos de oxigeno. Se conocen cerca de 75 dioxinas y 135 furanos, cada uno varía por el número y posición de los átomos de cloro (Cl). La mayor fuente registrada de emisión de dioxinas y furanos provienen de la combustión incompleta en incineradores, pero también pueden ser emitidos durante compostaje y varios procesos químicos.
Gases ácidos inorgánicos y Productos de combustión Incompleta (PCI)
Sustancias como Monóxido de Carbono (CO), Óxidos de Nitrógeno (NOx), Dióxido de Azufre (SO2), Compuestos gaseosos de cloro y fluor inorgánico (HCl, HF, etc.), resultado de combustión incompleta y alto contenido de cloro, fluor y azufre en las basuras que van a ser incineradas.
Metales Pesados
El cadmio, talio, plomo, mercurio, cromo, arsénico y berilio, son tóxicos, persistentes y bioacumulativos en bajas concentraciones y pueden ser liberados en los gases de chimenea a muy altas temperaturas; especialmente el mercurio.
Material Particulado
Partículas de material suspendido en el aire (<2.5 µm) resultado del proceso de combustión. Este tipo de material debido a su tamaño se puede alojar en los pulmones y producir asma y muerte prematura en personas con antecedentes cardiacos y respiratorios.
Fuente: ALLSOPP M., COSTNER P., Y JOHNSTON P: “Incineration and Human Health: State of Knowledge of the Impacts of Waste Incinerators on Human Health”, www.greenpeace.org/~toxics/reports/ euincin.pdf, p.p. 41-54, Marzo de 2001
De igual manera, hay que controlar las cenizas generadas por la combustión de los RSM. Igual que
con los gases de chimenea, las cenizas contienen dioxinas y metales pesados, por lo cual estos
residuos deben ser encapsuladas antes de su disposición en el relleno sanitario para evitar
filtraciones al subsuelo. En algunos países europeos parte de estas cenizas son utilizadas como
agregados en mezclas para construcción y en el proceso ladrillero podrían ser mezcladas en la
maceración para aumentar el volumen de la arcilla, y a su vez mejorar la plasticidad y el color de
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los ladrillos, sin embargo ésta última alternativa está pendiente de evaluación. Es necesario saber
que estas cenizas no pueden utilizarse en compostaje debido a su naturaleza.
1.4.1. Regulación para Incineradores de Residuos sólidos en Colombia: Resolución
N°0058, Ministerio del Medio Ambiente, Enero 21 de 2002
En Colombia, la resolución N°0058 establece las normas y límites máximos permisibles de emisión
para incineradores de residuos sólidos domiciliarios como se presentan en la tabla 1.5.
Tabla 1.5. Límites de emisión para promedio diario
Sustancia Concentración (mg/m3N 11%O2 base seca)
HCl 10 HF 10 SO2 50 NOx 200 CO 50 Material Particulado 10 Mercurio 0.03 NIOSH 6000; EPA 29 Cadmio+Talio Total 0.05 Sb,As,Pb,Cr,Co,Cu,Mn,Ni,V Total 0.5 Dioxinas 0.7 ng Equivalente Toxicológico/m3
Para los incineradores multicámara se debe tener una cámara de combustión a 850°C y una
cámara de post-combustión a 1200°C con un tiempo de residencia de los gases de dos segundos.
Cada cámara debe tener un control automático de temperatura y un quemador, y debe estar
dotado con quemadores suplementarios. La alimentación y el paso de una cámara a otra debe
poseer equipos automáticos, que no permitan el suministro de residuos en caso de que las
temperaturas desciendan por debajo de las requeridas. No obstante, la resolución aclara en el
artículo 15 que se pueden presentar otras temperaturas y tiempos de residencia, mientras las
mediciones de los contaminantes cumplan con los límites máximos exigidos4.
4 Resolución publicada en el Diario Oficial N° 44691 de Enero 29 de 2002
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Cabe anotar que en Colombia no existe una resolución aprobada por el Ministerio de Medio
Ambiente que especifique los niveles máximos permitidos de metales pesados y dioxinas en las
cenizas, sin embargo la resolución N°0058 dice que las cenizas deben ser tratadas como residuos
peligrosos y encapsuladas antes de ser depositadas en el relleno sanitario.
1.4.2. Legislación Internacional
En este punto organizaciones como la EPA y otras agencias ambientales en el mundo, están de
acuerdo en señalar la necesidad de establecer regulaciones para transportar, almacenar y disponer
los RSM en forma integral, considerándose un análisis de “cuna a tumba” [22].
Las regulaciones establecen que la destrucción debe ser del 99.99% y la emisión de material
particulado debe ser menor a 135 mg/m3 corregido a 11% O25. Los criterios para promedio diario
de emisiones de la resolución N° 0058 colombiana son iguales en la regulación europea y
americana, a excepción del criterio de dioxinas que es mas estricto (0.1 ng/ m3 equivalente
toxicológico)
De la misma manera que con la regulación colombiana, no existe una directiva en cuanto a valores
máximos de concentración permitidos en las cenizas. Sin embargo, bajo la corrección al Acto de
Disposición de Residuos Sólidos en Estados Unidos, se está trabajando en implementar una
legislación para las cenizas [15].
5 EPA, “Regulations for the incineration of RCRA”, Enero 23 de 1981
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1.5. FACTORES PARA LA MINIMIZACIÓN DE EMISIONES DE DIOXINAS Y FURANOS EN
INCINERADORES [17]
Gordon McKay (2001) realizó una recopilación de los factores que promueven la formación de
dioxinas y furanos en los incineradores, y estrategias para su minimización.
La fuente principal de formación de dioxinas y furanos es la presencia de cloro y precursores
orgánicos bencénicos en la alimentación, que a temperaturas entre los 250 y 400°C forman
puentes de oxígeno entre dos anillos bencénicos, a los que se les unen átomos de cloro para
formar compuestos estables a temperaturas inferiores.
En teoría las dioxinas y furanos tiene una destrucción completa a temperaturas superiores a 500°C,
pero en la práctica esta temperatura debe ser mayor a 850°C para evitar encontrar en el
incinerador productos de combustión incompleta, que actúan como precursores para la reformación
de las dioxinas y furanos en los periodos de post-combustión o enfriamiento del incinerador. El
tiempo de residencia a 850°C debe ser mínimo de 2 segundos. Si se tienen temperaturas entre los
700 y 850°C se deben tener tiempos de residencia en el incinerador de 5 segundos. También se
debe tratar de tener tiempos de residencia muy cortos a las temperaturas de la etapa de post-
combustión (menores a 400°C), ya que se puede presentar la reformación de los compuestos, por
las razones anteriormente mencionadas.
La recopilación de Gordon McKay indica que es necesario verificar la disponibilidad de oxígeno en
la cámara, la cual es función de la relación aire/combustible y las condiciones de mezcla. Para
mejorar las condiciones de mezcla es importante crear turbulencia dentro de la cámara y también
es recomendable hacer un tratamiento previo de secado y reducción de tamaño de los residuos.
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Por último se debe buscar que el combustible suplementario tenga una alta capacidad calorífica que
permita alcanzar las temperaturas requeridas en la cámara.
1.6. EVALUACIONES PREVIAS EN HORNOS HOFFMANN PARA SU UTILIZACIÓN COMO
INCINERADORES DE RESIDUOS SÓLIDOS
Russel y Vogel (1999) evaluaron un horno tipo Hoffmann en Sudáfrica buscando elementos en el
diseño que pudieran ser incorporados en un proyecto de incineración de Residuos Sólidos
Municipales [20].
El informe de evaluación de la tecnología asegura que los hornos de este tipo pueden trabajar a
temperatura homogénea en la cámara de 960°C por 30 horas, lo cual permite que los ladrillos en la
cámara se cocinen hasta alcanzar todas sus características mecánicas deseables. Esta temperatura
a su vez, garantiza la combustión completa de toda la materia orgánica y los gases por medio de
la recirculación de éstos a través de todas las cámaras del horno. El nivel de emisión de CO
promedio para ese horno fue de 100 mg/m3N con una concentración de oxígeno en los gases de
chimenea de 18% en base seca.
Por otra parte, estudios isocinéticos en chimenea realizados en distintas ladrilleras en Bogotá muestran
que este tipo de hornos cumplen con toda la legislación ambiental para el desarrollo de su actividad [1].
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2. CARACTERISTICAS GENERALES DEL HORNO
El horno que se utilizó para la investigación fue construido en 1985 por Arturo Gómez para el señor
José Luis Quiroga, como equipo fundamental para la cocción de las piezas producidas por la
Ladrillera Los Quiroga. El horno se encuentra ubicado en la vereda de Río Frío, zona rural del
municipio de Tabio, Cundinamarca, a 4 Km. de la variante de la carretera que conduce de Cajicá a
Tabio.
Tabla 2.1. Características generales del horno empleado en la Ladrillera Los Quiroga
Características Material: Ladrillo ordinario # de cámaras: 11 + Arranque Longitud total: 75.0 metros Ancho: 4.14 metros Alto: 3.5 metros Combustible: Carbón pulverizado Consumo total: 16.5 ton/hornada Flujo de material cocido: 3300 piezas/cámara Operación: Semicontinuo Tiempo de Funcionamiento:
24 horas/día durante 8 días
N° de Válvulas: 7 Tipo de válvula: Cono, manual
Horno Tipo Hoffmann
Sistema de Control automático:
NO
Carbojet 6 salidas Alimentador Carga: Manual Material: Acero Ventilador Potencia: 28 hp Material: Ladrillo Tipo: Cuadrado
Chimenea
Altura Total: 13.4 m Material: Ladrillo Ancho: 0.75 metros Alto: 1.00 metros
Ducto de gases
Ubicación relativa: Exterior
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2.1. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
El horno empleado en la Ladrillera Los Quiroga esta construido de ladrillo ordinario tanto en el
interior como en el exterior con algunos elementos de hierro no estructurales. En este momento el
horno tiene en funcionamiento una sola galería, lo cual ocasiona que el proceso deba ser
interrumpido al finalizar la quema en la última cámara y se obligue a reiniciar la operación en la
primera. Esto inhabilita la primera cámara para las labores de cocción, ya que en ésta se efectúa el
arranque del horno. La diferencia mas importante que se observa con respecto a este diseño, es
que se impide el precalentamiento del aire a través del material ya quemado, por lo que el aire
entra en el mismo sentido de la quema y se mezcla con los gases de combustión, ocasionando
temperaturas mas bajas en la galería y un aumento del consumo de combustible.
Actualmente se encuentra en construcción la segunda galería que permitirá el funcionamiento
continuo del horno.
Figura 2.1. Planta Horno Hoffmann Ladrillera Los Quiroga (Detalles en anexo E)
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La galería tiene una longitud efectiva de 65.8 metros y un ancho interior de 3.4 metros, con 60
líneas de alimentación. Cada línea de alimentación esta compuesta por 4 buitrones ubicados en el
techo, los cuales permiten la entrada del combustible al horno. El ducto de la galería cuenta con 7
válvulas para la regulación del tiro y el desalojo de los gases agotados, ubicadas en promedio cada
10.6 metros. Esto significa que el control por válvula se debe hacer cada dos cámaras a excepción
de las cámaras 4 y 5, las cuales son independientes debido a que la cámara N°4 es mas larga.
Figura 2.2. Fachada Frontal Horno Ladrillera Los Quiroga
En la figura 2.2., se observan las distancias en metros a las que están separadas cada una de las
puertas de acceso del material. El horno tiene una altura de 3.5 metros y esta recubierto por una
enramada de tejas plásticas a una altura de 7 metros. La chimenea tiene una altura de 13.4
metros, siendo ésta insuficiente para generar el tiro dentro del horno por lo que es necesario
utilizar un ventilador.
Las dimensiones en metros de la sección transversal se muestran en el corte de la figura 2.3. La
forma de bóveda del techo de la cámara permite no incluir mas elementos estructurales dentro del
volumen. Este tipo de techo también facilita la dilatación y contracción térmica de los ladrillos, los
cuales interiormente no están sujetos por mortero sino por una mezcla de barro y melaza.
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Figura 2.3. Corte transversal de la Galería 1 en la línea de alimentación 37. Horno Ladrillera Los Quiroga
Para la modulación de los bloques, cada línea de alimentación esta conformada normalmente por 2
dagas macizas (Fig. 2.4.a) y una daga de buitrones (Fig. 2.4.b) cada una con 276 y 224 bloques
N°5 respectivamente. Esta modulación obliga a que el flujo de gases calientes tienda a dirigirse a la
parte inferior del horno.
Figura 2.4. Modulación de Bloques N°5 en el Horno
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El peso promedio de un bloque N°5 (figura 2.5.) a la entrada del horno es de 8.5 kg y a la salida de
7.0 Kg.
Figura 2.5. Dimensiones Promedio en metros de los Bloques N°5 en la Ladrillera Los Quiroga
2.2. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE (CARBOJET)
El sistema Carbojet MacLobo, de construcción nacional, cuenta con una tolva con capacidad para
almacenar 50 kilos de carbón previamente triturado y se desocupa en un tiempo que varía de 20 a
45 minutos dependiendo de la graduación de flujo que se haga por parte del operario. Esta
graduación de flujo se hace de manera manual por medio de una compuerta colocada antes de la
entrada al molino de martillos. El molino opera con un motor Siemens de 6.6 hp a 1800 rpm. El
tamaño de partícula que se obtiene con este sistema oscila entre 0.84 mm y 0.10 mm.
Las partículas son transportadas por un jet de aire primario al hogar de combustión a través de un
pulpo de 6 salidas con un diámetro de ¾” (19.05 mm). Se conecta una manguera a cada salida, la
cual va al buitrón por medio de un tubo de conexión con una longitud promedio de 1.2 m.
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35
Figura 2.6. Sistema Carbojet Horno Ladrillera Los Quiroga
Con este sistema el carbón se dispersa en el aire tratando de formar una fase homogénea, pero
debido a que la velocidad de las partículas de carbón y aire no son iguales, la gravedad actúa sobre
las partículas de carbón promoviendo la combustión muy cerca al piso, por lo que es necesario
intentar homogenizar la cámara por medio del requeme o suministro adicional de carbón a través
del buitrón con una cuchara o pala.
Las cenizas producidas por este sistema son de baja densidad y son arrastradas fácilmente por la
corriente de aire, pero la modulación de los bloques en el horno permite atrapar una gran cantidad
de cenizas, que luego son barridas y recolectadas.
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36
2.3. CONDICIONES DE OPERACION
2.3.1. Temperatura del Horno
Para la evaluación de este aspecto, se determinó hacer un seguimiento midiendo la temperatura
del horno a dos alturas relativas de la bóveda durante una hornada. Esto se hizo considerando la
diferencia que podía presentarse por el paso del frente de llama y los gases en el horno. Las
mediciones fueron hechas en la línea N° 41 a 38.5 metros de la primera válvula, a 4 metros de la
válvula N°4 y a 7 metros de la válvula N°5. Esto con el fin de evitar interferencia en las mediciones
por el arranque, la apertura y cierre de válvulas.
La curva puede cambiar dependiendo del punto donde se haga la medición, sin embargo se
consideró que este punto era representativo para obtener las temperaturas de las etapas de
operación en todo el horno.
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1000.0
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165Tiempo (Hora)
Tem
pera
tura
°C
Buitrón 2(2.2 m)Buitrón 3(0.8 m)Hoffmanntípico
Gráfica 2.1. Curva de calentamiento Horno Ladrillera Los Quiroga. 20 a 27 de Febrero de 2003
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Comparando la curva obtenida con la información presentada en la gráfica 1.1. (Hoffmann típico),
se observa que el tiempo de operación es tres veces mayor. Esto puede deberse al funcionamiento
semicontinuo actual del horno.
2.3.2. Etapas de Operación 2.3.1.1. Endague La operación de endague o cargue del material se realiza por cámaras durante un tiempo promedio
de ½ a 1 día. Ésta es hecha de manera manual por un operario. La relación de material cargado
durante la hornada de seguimiento se presenta en el Anexo A.3.3. El total de material cargado para
la operación fue de 382568.0 kg, el cual entró al horno con una humedad promedio de 17.6%.
2.3.1.2. Arranque Para el horno en evaluación es fundamental incluir dentro de las etapas del proceso el arranque, ya
que bajo las condiciones actuales de operación esta etapa consume en promedio el 25% del carbón
y un día de tiempo de operación. Los gases del arranque se desplazan por el horno permitiendo el
calentamiento previo de la galería; encontrándose en esta etapa todas las válvulas cerradas. El aire
entra por cuatro aperturas en la base del horno que permanecen abiertas durante todo el proceso.
El carbojet solo entra en operación cuando la temperatura del horno de la segunda cámara esta
entre 500 y 600°C.
En la hornada de seguimiento se gastaron 4 toneladas de carbón grueso en un periodo de 24 horas
(151.2 kg/h).
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2.3.1.3. Cocción Por la velocidad de calentamiento calculada a partir de los cambios de pendiente en la curva de
temperatura se presentaron cinco etapas intermedias de operación para la cocción: 1. Caldeo, 2.
Precalentamiento, 3. Calentamiento, 4. Quema y 5. Enfriamiento.
Hay que tener claro que las etapas se presentan simultáneamente en las distintas cámaras del
horno, pero un análisis integral, permite generalizar los tiempos y las etapas para toda la
operación.
Tabla 2.2. Velocidad de calentamiento para las etapas de cocción
Etapa t (h) T (°C) ?t (h) ?T (°C) °C/h
B2 B3 B2 B3 B2 B3 B2 B3 B2 B3
Inicio 0 0 48.5 226.0 0 0 0 0 0 0
Caldeo 30 20 92 285.1 30 20 43.5 59.1 1.5 3.0
Precalentamiento 51 49 305.4 479.8 21 29 213.4 194.7 10.2 6.7
Calentamiento 66 66 660.0 655.5 15 17 354.6 175.7 23.6 10.3
Quema 70 69 977.9 835.1 4 3 317.9 179.6 79.5 59.9
Enfriamiento 162 162 163.0 335.0 92 93 -814.9 -500.1 -8.9 -5.4
El consumo de carbón para la etapa de cocción fue de 75.6 Kg/h, calculado a partir del seguimiento
hecho sobre la operación (presentado en el Anexo A.4). La velocidad de enfriamiento en el Horno
es entre 3 y 4 veces menor a la del Hoffmann normal.
2.3.1.4. Descargue del Horno
El material en las cámaras fue descargado a una temperatura entre 35 y 50°C. Como la cámara
tiene que haber pasado por las cuatro etapas de cocción, y debido al diseño de una sola galería del
horno, este proceso finalizó 15 días después del arranque. El material se descarga en forma
manual. Se obtuvo 39033 piezas para venta con un peso total de 273230.0 Kg. El resto del material
fue rechazado.
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2.3.3. Operación de las válvulas
Tanto la válvula N°1 como la N°7 permanecieron cerradas durante todo el seguimiento. Estas
válvulas solo serán empleadas cuando el horno opere en forma continua. Después del arranque se
abren las válvulas que están a menos de 20 líneas del frente de llama, a medida que el carbojet
avanza por el horno se van cerrando las válvulas que quedan detrás del sistema de alimentación.
Las cámaras 11 y 12 estaban abiertas cuando se terminó el arranque por lo que la cámara 10 fue
sellada con papel periódico y engrudo para impedir el paso de aire frío por ese lado del horno. La
operación de las válvulas esta ligada a la experiencia del hornero, ya que no existen un sistema de
medición de temperatura para ser utilizado por éste, por lo que el operario utiliza las válvulas como
un sistema de regulación del tiro y no como un sistema de control de temperatura de las cámaras.
2.3.4. Combustible empleado
Se tomó una muestra de carbón en el horno siguiendo el método ASTM D2284 y se hizo un análisis
elemental por los lineamientos del método ASTM D3176 (anexo B). Debido a que el equipo para la
medición de nitrógeno estaba descompuesto en el laboratorio, fue necesario tomar a partir de la
literatura el porcentaje típico para el oxígeno, y calcular por diferencia el porcentaje de este
elemento.
El poder calorífico es de 7899 Kcal/Kg (anexo B).
2.3.5. Humos
Para la caracterización de los humos se contaba con un análisis isocinético acompañado de un
ORSAT realizado por la firma INAMCO Ltda. (Anexo A.6.), en el cual se habían determinado las
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concentraciones de óxidos de carbono, óxidos de azufre (como SO2), oxígeno y nitrógeno. El
análisis fue efectuado en el tercer día de operación.
Tabla 2.3. Análisis de Gases
Análisis Isocinético Análisis ORSAT
Temp. Chimenea 348.15 K O2 18.50% Humedad 6.88% N2 79.00% Flujo de Gas 1.92 m3/s CO2 2.50% SO2 1.757 Kg/h CO 0.00%
2.4. BALANCE DE MASA Con base en las mediciones realizadas durante el seguimiento de la horneada se procedió a calcular
el balance de materiales para la operación actual (Anexo C.1.)
Figura 2.7. Balance de materiales del Proceso para una Horneada (proceso semicontinuo)
Base de Cálculo: 1 Hornada à 8 días de Operación
Tabla 2.4. Balance de Masa General para Operación Normal del Horno (Anexo C.1.)
Componente Entradas Salidas Arcilla 315056.0 kg Agua con la arcilla 67512.0 kg Carbón Seco 15691.0 kg Agua con el carbón 185.0 kg Gases de chimenea secos
890928.5 kg
Agua en los gases de chimenea
65824.6 Kg
Cenizas 2175.0 kg Material para venta 273229.6 kg Rechazo 41826.4 kg Total 398444.0 kg 1273984.1 kg
HORNO
Carbón húmedo
Aire
Arcilla húmeda
Gases de Combustión
Residuos Obra Cocida
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El flujo de Aire se calculo por diferencia obteniéndose un valor de 875540.1 Kg
A partir de este cálculo y se procedió a la verificación del balance por combustión del carbón
suministrado:
Tabla 2.5. Verificación Operación Normal (Anexo C.1)
Elemento Entrada Total Combustión Salida Total Diferencia %Error C 11569.0 11569.0 9858.2 1710.8 14.8% N 671530.8 671530.8 676298.5 -4767.7 -0.7% O 203957.0 26288.53 205614.8 -5727.03 87.11% S 246.3 246.3 164.9 81.5 33.1% H2O 67882.0 75788.8 65824.6 -8091.8 18.7%
Figura 2.8. Balance de masa del Proceso para una Horneada. Verificación por Combustión
La verificación del balance indica que al proceso debe estar entrando una cantidad
aproximadamente 15% menor a la determinada; o el flujo de gases en chimenea cambia en los
distintos momentos de operación y el promedio debe ser mas alto.
Bajo estas condiciones se tiene un exceso de aire de 378.74% por la verificación. Sin la verificación
se tiene un exceso de 433%. Esto indica que es posible que se presente una dilución de los gases
después de la combustión.
HORNO
Carbón X (315056Kg)
Aire A (875316.3Kg)
Gases de Chimenea P (890928.5 Kg)
Agua W (65824.6 Kg)
%w.C 73.73H 05.73O 10.23N 00.68S 01.56Ceniza 08.07 100.00
CO2 2.50%CO 0.00% N 79.00% O2 18.50% SO2 1.757Kg/h
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2.5. BALANCE DE ENERGÍA
El balance de energía se hizo sobre el volumen total de la galería, en base al balance de materiales
inicial. La memoria del cálculo se presenta en el Anexo C.2.
Tabla 2.6. Balance de Energía
Kcal Kg Carbón
equivalente Entradas Carbón 123943210.8 15691.00023 Salidas Cocción de la Arcilla 36372018.0 4604.6 Calentamiento humedad arcilla y carbón 4840335.4 612.8 Evaporación Humedad arcilla 36816319.0 4660.9 Evaporación Humedad carbón 100885.2 12.8 Calentamiento exceso de Aire 13619286.0 1724.2 Total 91748843.6 11615.2 Pérdidas no calculadas 32194367.3 4075.8
Dentro de las pérdidas no calculadas se encuentra: el calor necesario para calentar el horno, las
pérdidas al ambiente y perdidas por la salida de los gases de combustión. Cabe notar que gran
parte de estas pérdidas son resultado del arranque del horno.
Del balance se puede determinar que los procesos con mayor demanda de combustible en el
horno son la cocción de la arcilla, la evaporación del agua en el material y el calentamiento del aire
en exceso. Estos sin contar el arranque.
Tabla 2.7. Porcentaje de demanda de combustible
% Carbón seco Cocción de la Arcilla 29.3 Calentamiento humedad arcilla y carbón 3.9 Evaporación Humedad arcilla 29.7 Evaporación Humedad carbón 0.1 Calentamiento exceso de Aire 11.0 Perdidas no calculadas 26.0 Total 100.0
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3. PARAMETROS RELEVANTES PARA LA INCINERACION DE RESIDUOS SÓLIDOS
MUNICIPALES EN EL HORNO
Para determinar si es posible hacer una incineración segura de los RSM en el horno Hoffmann se
hizo un seguimiento de las condiciones de combustión y tiempos de residencia de los gases.
Para la evaluación de las condiciones de combustión se escogió como volumen de control la sección
comprendida entre la línea 36 a la 43 (Figura 3.1.). En este punto se puede simular completamente
el comportamiento continuo del horno de dos galerías.
Figura 3.1. Cámara de Evaluación en Horno Ladrillera Los Quiroga
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Por medio de un analizador de gases (Anexo A.8.) se midió la temperatura, concentración de
oxígeno, CO, NOx y SO2 dentro de la sección.
Se hizo un segundo seguimiento en la misma cámara con la introducción en la línea 40 de una
cantidad moderada de RSM de alto contenido de humedad obtenida del municipio (157 Kg).
3.1. TEMPERATURA DE LOS GASES
En los dos seguimientos se observo que la temperatura máxima de los gases no fue superior a
711°C.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 2 4 6 8 10
Día de Quema
Tem
pera
tura
°C
Primer Seguimiento
Segundo Seguimientocon RSM
Gráfica 3.1. Temperatura de los gases en la cámara de evaluación
La temperatura de los gases en el primer seguimiento fue ligeramente superior a las del segundo
seguimiento hasta el quinto día; momento en el cual, se observa una inversión del patrón. Esto se
debio probablemente a variaciones en la operación por parte de los horneros o al aporte energético
de los RSM. McKay (2001) señala que la temperatura de los gases en la cámara de combustión
debe ser superior a 850°C para garantizar la destrucción de Dioxinas y Furanos y los productos de
combustión incompleta (PCI). Este patrón claramente no se presenta en el horno.
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Buitron1
Buitron2
Buitron3
Buitron4
Segundo Día
Quinto día
Octavo día
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
700.0-800.0
600.0-700.0
500.0-600.0
400.0-500.0
300.0-400.0
200.0-300.0
100.0-200.0
0.0-100.0
Gráfica 3.2. Perfil de Temperatura en el volumen de control. Segundo Seguimiento
Sin embargo, en los dos seguimientos se encontró que las temperaturas medidas en los buitrones
exteriores eran entre 50 y 100°C menores a las del centro de la cámara, lo cual indica dificultades
de homogenización de la temperatura del proceso.
3.2. PORCENTAJE DE OXIGENO EN LA CÁMARA
La cámara de combustión en un incinerador debe operar con un porcentaje mínimo de O2 de 6%
[25]. En el horno el porcentaje de O2 oscila en el rango de 16.5 a 19.5%. Una de las mediciones en
el segundo seguimiento arrojo una concentración de oxígeno de 11%, siendo éste el valor mínimo
que se obtuvo para la cámara.
En el primer seguimiento las concentraciones mas bajas se dieron los días en que el frente de llama
estaba próximo o dentro del volumen de control (días 4, 5 y 6).
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46
16.5
17
17.5
18
18.5
19
19.5
20
0 2 4 6 8 10
Día de Quema
%O
xíge
no Primer Seguimiento
Segundo Seguimientocon RSM
Gráfica 3.3. Porcentaje de Oxígeno en los gases de la cámara
Para el segundo seguimiento se observaron incrementos constantes de la concentración de oxígeno
hasta el cuarto día. Luego la combustión reduce la concentración de oxígeno hasta un valor de
17.7%, para posteriormente aumentar hasta 19.2%. El aumento de O2 en la última etapa,
nuevamente puede señalar la posibilidad de que los gases se están diluyendo por algún punto de
ingreso de aire no determinado.
El porcentaje de O2 en los buitrones exteriores es entre 1 y 2% mayor al porcentaje en los
buitrones centrales, a excepción del séptimo día del segundo seguimiento, en donde los buitrones
centrales tuvieron concentraciones mas altas (gráfica 3.4). Sin embargo este resultado parece
haber sido un comportamiento atípico comparado con el comportamiento del primer seguimiento.
En términos globales los resultados obtenidos concuerdan con el estudio de Russell y Vogel (1999),
para el Hoffmann de operación continua en Sudáfrica. Los investigadores señalan éste como el
punto mas fuerte a favor del uso del Hoffmann como incinerador, pero a su vez este resultado es
un consecuencia directa del exceso de aire en la operación normal del Hoffmann y por lo tanto del
costo energético y ambiental del combustible empleado para calentar el aire.
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47
Buitron1
Buitron2
Buitron3
Buitron4
Segundo Día
Tercer DíaCuarto Día
Quinto díaSexto día
Séptimo díaOctavo día
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
21.0
18.0-21.015.0-18.012.0-15.0
Gráfica 3.4. Perfil de Porcentaje de Oxígeno en la cámara de evaluación. Segundo Seguimiento
3.3. CONCENTRACION DE MONOXIDO DE CARBONO
Un buen parámetro para medir la eficiencia de la combustión es la concentración de monóxido de
carbono en los gases. La combustión incompleta en la cámara de combustión puede significar
formación de fragmentos orgánicos que como señala McKay (2001), a temperaturas de 250-400°C
y presencia de cloro en los residuos, son precursores de dioxinas y furanos en la etapa de post-
combustión. Por legislación la concentración máxima de CO a condiciones estándar para
incineradores es de 100 mg/m3.
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48
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10
Día de Quema
CO m
g/m
3 Primer Seguimiento
Segundo Seguimientocon RSM
Gráfica 3.5. Concentración de CO para los gases en la cámara de evaluación (promedio diario a condiciones estándar)
En el horno las mayores concentraciones de CO se encontraron al final de la quema con valores
máximos de 1200 mg/m3N. Si el horno funcionara en continuo, probablemente este valor sería
mucho menor por la recirculación de gases dentro del horno, sin embargo la concentración mas
alta se dio en el momento del enfriamiento y por lo tanto de acuerdo con la investigación de McKay
(2001), nuevamente se presentan condiciones favorables para formación de dioxinas.
Observando la Gráfica 3.6., se ve que el comportamiento promedio es resultado de grandes
diferencias entre la concentración de CO para las zonas cercanas a la pared del horno y para el
centro de la cámara. Todas las mediciones se hicieron a una misma altura del buitrón, pero tal vez
las bajas concentraciones en los buitrones exteriores son resultado de la forma de bóveda de la
cámara, lo cual obliga a los gases a concentrarse sobre la parte central del horno.
Según el perfil, las concentraciones mas bajas se presentan en el momento en que el frente de
llama se encuentra dentro del volumen de control. Las concentraciones mas altas se dan a
temperaturas entre los 250 y 500°C.
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49
Buitron1
Buitron2
Buitron3
Buitron4
Segundo Día
Tercer DíaCuarto Día
Quinto díaSexto día
Séptimo díaOctavo día
0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0
1000.01100.01200.01300.01400.01500.0
1400.0-1500.01300.0-1400.01200.0-1300.01100.0-1200.01000.0-1100.0900.0-1000.0800.0-900.0700.0-800.0600.0-700.0500.0-600.0400.0-500.0300.0-400.0
Gráfica 3.6. Perfil de Concentración de CO en el Volumen de Control (promedios a Condición de Operación segundo seguimiento)
3.4. CONCENTRACION DE OXIDOS DE AZUFRE Y NITROGENO
El horno actualmente está emitiendo un máximo de 140 mg/m3N de SO2 y 190 mg/m3N de NOx.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
0 2 4 6 8 10
Día de Quema
mg/
m3
Primer SeguimientoNOxSegundo Seguimientocon RSM de NOxPrimer SeguimientoSO2Segundo Seguimientocon RSM de SO2
Gráfica 3.7. Concentración de NOx y SO2 para los gases de en la cámara de evaluación (promedio diario a condiciones estándar)
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50
Este resultado se encontró en el segundo seguimiento frente a valores máximos en el primer
muestreo de 60.5 y 39.8 mg/m3N respectivamente. El aumento no necesariamente se debió a la
introducción de los RSM ya que la cantidad de material introducido no alcanza a generar este
incremento.
La mayor concentración de NOx se presento el cuarto día. Este valor se debe al exceso de aire en
el horno, no obstante es un parámetro que no requiere un control posterior, ya que el límite para
promedio diario en incineradores es de 200 mg/m3N. Los óxidos de azufre estuvieron mas altos en
el segundo seguimiento con un valor promedio diario de 94.6 mg/m3N. La medición de azufre en
los RSM dio un valor de 0.06% comparado con 1.54% en el carbón, por lo que probablemente
este valor no se incrementó por la introducción de los RSM, sino por efectos de combustión en el
horno. Sin embargo, la norma exige que la emisión no sea superior a 50 mg/m3N.
Buitron1
Buitron2
Buitron3
Buitron4
Segundo Día
Tercer DíaCuarto Día
Quinto díaSexto día
Séptimo díaOctavo día
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
140.0
160.0
180.0
200.0
220.0
200.0-220.0180.0-200.0160.0-180.0140.0-160.0120.0-140.0100.0-120.080.0-100.060.0-80.0
Gráfica 3.8. Perfil de Concentración de NOx y SO2 para los gases en el Volumen de Control (Promedio a Condiciones de Operación. Segundo seguimiento)
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51
El perfil de concentración de SO2 (Gráfica 3.8.), en el segundo seguimiento muestra el mismo
comportamiento que han venido presentando los otros perfiles, en cuanto a la presencia de las
concentraciones mas altas sobre el centro del horno. Esto finalmente pudo deberse a que la
longitud de la sonda de medición no permitió medir a una profundidad mayor a un metro desde la
apertura del buitrón, por lo que las mediciones en los extremos quedaron en el borde de la bóveda
y no dentro de la galería. Sin embargo, previendo esto se hicieron algunas mediciones aleatorias
sobre los buitrones exteriores introduciendo la cabeza de la sonda para alcanzar mayor
profundidad, pero no se obtuvo cambios significativos en la medición.
3.5. TIEMPO DE RESIDENCIA DE LOS GASES
El último parámetro analizado dentro del horno fue el tiempo de residencia de los gases. El
volumen de la cámara de combustión fue calculado a partir de las dimensiones de la galería y el
volumen ocupado por los bloques. No obstante, la galería completa no posee una temperatura
homogénea, por lo que fue necesario recalcular el volumen teniendo en cuenta únicamente las
secciones que operan a las máximas temperaturas (Anexo C.3).
Se tomaron dos secciones del horno como volúmenes de cámara de combustión:
1. Línea: Esta sección posee la temperatura mas alta debido a la operación actual con el carbojet.
En esta sección se pueden garantizar temperaturas de 835-977°C por media hora. Volumen:
2.763 m3
2. Cámara: La cámara esta conformada por 5 líneas y presenta temperaturas de operación de 655-
711°C por 1 día. Volumen: 13.814 m3
El flujo volumétrico dentro del volumen se calculó a partir de la velocidad de los gases en
chimenea, asumiendo conservación de masa y despreciando las caídas de presión.
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52
Tabla 3.1. Tiempos de Residencia de los Gases en zonas de máxima temperatura
Temperatura °C T (K) Flujo Volumétrico (m3/s)
Volumen Cámara de Combustión
Tiempo de residencia (s)
655 928.15 5.12 Cámara 2.70 711 984.15 5.43 Cámara 2.54 835 1108.15 6.12 Línea 0.45 977 1250.15 6.90 Línea 0.40
El tiempo de residencia promedio a 683 °C es de 2.62 s, y a 906°C es de 0.42 s.
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4. EFECTOS DE LA OPERACIÓN DE INCINERACIÓN DE RSM EN EL PROCESO
LADRILLERO: ESTIMACIÓN
El primer paso para la valoración de la operación conjunta de incineración con la cocción de los
ladrillos es determinar el aporte energético de la introducción de los residuos en el horno y el costo
para el proceso normal de fabricación de los ladrillos. Este ejercicio se hizo a partir de la prueba de
incineración en la línea 406. Es importante aclarar que sería muy ambicioso suponer que son
resultados definitivos y se debe tener cautela a la hora de utilizarlos para otras investigaciones.
Con un poder calorífico estimado de 3132.27 Kcal/Kg, e ingresando los residuos con una humedad
del 68.93% se tiene un aporte energético de 548.04 Kcal/Kg lo que equivale a 70 gramos de
Carbón (Anexo C.4).
Esto significa para la operación, una posibilidad de sustitución de 70 gramos de carbón por cada
kilogramo de basura sin tratamiento previo adicional.
Teniendo en cuenta la pérdida de capacidad del horno por la introducción de los residuos y el daño
a algunas piezas, se puede hacer una estimación del costo bruto sobre la operación de $46,3.oo
pesos por cada kilogramo incinerado de RSM (Tabla 4.1). Adicionalmente hay que considerar el
costo de los operarios para el manejo exclusivo de los residuos, los equipos de control de
emisiones, la disposición de las cenizas y los costos administrativos y legales adicionales.
6 Estos cálculos se hicieron a partir de la prueba de incineración conjunta en el horno con 157 Kg de residuos en la línea 40. Se determino el número de piezas retiradas, dañadas y el aumento en la proporción de cenizas (Anexo A.7.). Luego estas cantidades se multiplicaron asumiendo que se puede trabajar sobre una longitud de 58 líneas. La contribución energética teórica de las basuras en el horno se calculó a partir del resultado de los análisis de humedad y la relación C/H/S en la muestra de residuos colocados en la línea 40 (Anexo B.2.)
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54
Tabla 4.1. Estimación del Costo bruto sobre la operación por la incineración de RSM sin previo tratamiento
Cantidad Unidad Costo Unitario Costo Total Bloques Dañados 116 Pieza 320 37120.0 %Bloque retirado para venta 1282 Pieza 320 410240.0 Carbón remplazado 573.1 Kg 45 -25790.4 Total 421569.6
El segundo punto a valorar es la relación que existe entre la cantidad de residuos sólidos
incinerados y los que se producen en el proceso conjunto.
Por cada kilogramo incinerado en el horno se producen 140 gramos de residuos sólidos de los
cuales, 51 gramos son debidos a las cenizas de los RSM, y 89 gramos son de piezas de arcilla
dañadas por el proceso. Esto implica que 63.6% de los nuevos residuos son resultado del
funcionamiento conjunto de los dos procesos. La mayoría de estas piezas se dañaron por que la
basura entro en combustión antes de que el frente de llama se ubicará sobre la cámara y liberó el
calor sobre las piezas sin finalizarse la etapa de calentamiento de la arcilla.
Figura 4.1. Daño en algunos de los bloques debido a la incineración de RSM.
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55
Esto sin embargo, puede disminuir cuando el horno opere en continuo y la velocidad de
calentamiento general de la curva aumente, de tal manera que coincidan los periodos de mayor
temperatura con la auto combustión de los residuos.
Por último se tendría un liberación adicional de 0.30 Kg de CO2 y 0.03 Kg de SO2 por cada
kilogramo de basura incinerada, asumiendo combustión completa.
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56
5. EVALUACIÓN
Una ventaja evidente del horno Hoffmann es el escalamiento térmico con el que opera, el cual
permite hacer un secado de las basuras junto con la operación de combustión; por lo que no se
requiere secar los residuos antes de su ingreso al horno, teniendo en cuenta que su capacidad
calorífica no aumenta significativamente por este procedimiento. No obstante, se justifica la
introducción de un secador que aproveche los gases de enfriamiento de las cámaras (50-100°C),
para hacer un caldeo previo de los ladrillos que entran al horno y con ello ahorrar parte del 29.7%
del combustible empleado en esta etapa. Esta es una práctica usual en el Hoffmann típico.
Por otra parte, la velocidad de calentamiento del horno en las etapas de precalentamiento y
calentamiento es muy lenta, y es necesario aumentar esta velocidad con el fin de evitar que las
basuras se quemen antes de que el frente de llama se encuentre sobre la cámara. Será necesario
prestar atención al cambio de ésta característica cuando el horno opere en forma continua.
La temperatura de la cámara no es superior a 711°C, con tiempo de residencia de los gases de
2.54 segundos. El valor de estos dos parámetros implica que bajo la forma de operación vigente
(una sola galería y entrada paralela del aire de enfriamiento con el frente de llama), no se puede
hacer una incineración segura de los residuos. Esta baja temperatura puede incidir en la calidad del
material que sale del horno. Se deben buscar formas para que la temperatura de operación dentro
de la cámara sea homogénea y mayor a 850°C. La solución evidente es poner en funcionamiento la
segunda galería, aunque otra solución posible es colocar en las salidas del carbojet divisores de
flujo, de tal manera que se puedan conectar dos mangueras por salida y hacer la quema
simultánea de 3 líneas. Este procedimiento permite la homogenización más rápida de la cámara y
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57
extiende el volumen de la cámara de combustión, con lo cual se logra aumentar el tiempo de
residencia de los gases. El carbojet estaría sobre las líneas menos tiempo y se reduciría el uso del
requeme si las mangueras adicionales se colocan sobre el buitrón a una profundidad menor a la
actualmente manejada. Con esta modificación se podría conseguir una reducción de los tiempos de
operación de las etapas de precalentamiento, aumentando la producción y ahorrando combustible.
Para el seguimiento de la temperatura se pueden instalar termocuplas en cada cámara que
permitan a los operarios hacer un seguimiento de la operación controlando la entrada de
combustible por el carbojet y el manejo de las válvulas.
Los gases dentro de la cámara tienen 17.7% de oxígeno y el horno esta operando con un exceso
de aire que consume el 10% del carbón total ingresado. Cabe la posibilidad de que las grandes
cantidades de aire dentro el horno sean consecuencia de diluciones anteriores y posteriores a la
combustión debido a la entrada de aire frío por las cámaras abiertas, o debido a la porosidad del
ladrillo con el que esta construido el horno. Se tiene que intentar disminuir el exceso de aire
manteniendo el nivel de oxígeno de los gases de la cámara en un 7%. Aun con este exceso de aire
el horno esta produciendo altas concentraciones de CO, comparado con los resultados de Russel y
Vogel (1999). En realidad esto puede estar indicando que el exceso de aire en el horno y la
operación de una sola galería disminuye la temperatura de operación dentro de la cámara,
impidiendo la combustión completa. Las dificultades de combustión se están presentando debido a
que probablemente no hay tiempo suficiente para que las partículas dentro de la cámara se
quemen, y éstas terminan avanzando por el horno delante del frente de llama, sin importar que la
granulometría del carbón sea buena. Esta afirmación puede ser soportada por el pico que se
presenta en la curva de temperatura de operación.
Actualmente los gases pasan una sola vez por el volumen de la cámara de combustión, sin
embargo existe la posibilidad de aumentar estos tiempos cuando el horno Hoffmann opere en
forma continua, obligando a que los gases entren nuevamente a las galerías en las zonas de alta
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58
temperatura. Esta opción debe ser muy bien evaluada ya que si los gases de combustión entran
fríos pueden afectar la temperatura de combustión de las otras cámaras y traducirse en un
aumento de consumo de combustible.
Los resultados encontrados establecen que las concentraciones de gases ácidos (NOx y SO2) son
relativamente bajas; por lo tanto, teniendo en cuenta las características químicas de los residuos
(0.06%S, 0.01%Cl, etc) éste comportamiento se podrá mantener durante la incineración. No será
redundante sin embargo, considerar la introducción de un scrubber húmedo que permita mantener
las emisiones en los límites propuestos por la regulación N° 0058, y que también sirva como
sistema de control para el material particulado emitido por la ladrillera y las posibles emisiones de
dioxinas y furanos.
Por último el horno esta construido de ladrillo ordinario por lo tanto no es posible llegar a
temperaturas dentro de la cámara mayores a 1100°C, ya que se comprometería la estructura
interior de las galerías y esto significa que no se puede adecuar una cámara de post-combustión de
los gases dentro del horno a 1200°C. También se puede presentar escape de llamas y cenizas por
los buitrones cuando estos son abiertos para introducir combustible. Si se aumentan los tiempos de
residencia de los gases, y tomando la precaución de mantener cerrados los buitrones de las líneas
que anteceden y proceden al frente de llama, se podría lograr cumplir con la legislación y atenerse
al artículo 15 de la resolución N° 0058.
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59
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. Bajo las condiciones actuales de operación en el horno, no es posible hacer una
incineración segura de los RSM. Se tienen que primero implementar correcciones en la
operación y en el diseño actual del horno, que permitan aumentar la temperatura y los
tiempos de residencia de los gases en la zona de combustión. Se recomienda fuertemente
la puesta en marcha de la segunda galería del horno y se propone intensificar el uso del
carbojet, y estudiar el efecto del reingreso de los gases de combustión a las galerías.
2. Se observa que la operación de una sola galería del horno fomenta el ingreso de aire en
momentos no adecuados de operación, lo cual se traduce en exceso de consumo de
combustible para el calentamiento de aire y un descenso en la temperatura de operación.
El horno opera con un exceso de aire de 370 a 430% calculado a partir del balance de
masa. Es recomendable verificar la permeabilidad del ladrillo ordinario ya que este puede
promover la entrada de aire.
3. No se observa la necesidad de hacer un secado previo de las basuras gracias al
escalamiento térmico del horno, pero si un caldeo de los bloques húmedos a partir del
aprovechamiento del aire de enfriamiento.
4. El horno en este momento tiene una operación manual ligada a la experiencia y habilidad
del hornero, por lo cual es importante diseñar un esquema de seguimiento de la operación
que permita ayudar a los operarios a controlar de manera más eficaz la entrada de
combustible y aire, el manejo de las válvulas y la apertura y cierre de las cámaras.
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60
5. El material con el que está construido el horno no puede soportar temperaturas mayores a
1100°C sin comprometerse la estructura de las galerías, por lo cual no es posible introducir
una cámara de post-combustión de los gases a 1200°C.
6. En la zona de Bogotá existe 44 hornos de esta clase, por lo cual se recomienda conocer
estos hornos y observar cada una de las modificaciones y adaptaciones que tienen respecto
al Hoffmann típico. Siendo una industria tradicional y altamente competitiva, no se ha
presentado una transferencia de conocimiento que permita operar de manera mas óptima y
productiva a estas empresas; pero haciendo un seguimiento técnico que identifique puntos
fuertes y desventajas en cada uno de los hornos, se podría intentar acercar a las empresas
a mejores formas de funcionamiento, y finalmente a estrategias para la incineración segura
de RSM en Hornos Hoffmann.
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International Bank for Reconstruction and Development / THE WORLD BANK; Washington D.C;
1999
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65
ANEXO A
RESULTADOS DE VARIABLES MEDIDAS EN EL HORNO
La metodología para la recolección de datos se baso en la información presentada en el informe de
Auditorias Energéticas a la Industria Ladrillera realizado por la Universidad Pontificia Bolivariana y
Colciencias. En la tabla A.1. se presentan la variables principales que fueron medidas en el horno
Hoffmann y una breve descripción de estas.
Tabla A.1. Variables Medidas en el Horno
Variable
Sección Descripción
Temperatura de Operación A.1. Define la temperatura a la que se encuentran los gases en el punto de operación.
Temperatura del Medio Ambiente A.2. Promedio de Temperatura del Medio ambiente con el horno en funcionamiento
Flujo de material de Arcilla A.3. Masa total de material de arcilla que entra y sale en una hornada
Consumo de Combustible A.4. Combustible total utilizado durante la horneada en operación normal
Cenizas A.5. Flujo másico de cenizas del combustible y los RSM
Análisis Isocinético y ORSAT en Chimenea
A.6. Resultado del análisis isocinético y ORSAT en chimenea
Resultados Incineración línea 40 A.7. Cantidad de masa introducida al horno, Conteo de cenizas producidas y bloques sacrificados
Condiciones de Combustión en la Cámara
A.8. Temperatura y Composición Gases de Combustión (%O2, PCI y Humedad)
A.1. TEMPERATURA DE OPERACIÓN A.1.1. Equipos
Equipo: Termocupla N°1 (Buitrón 2) Termocupla N°2 (Buitrón 3) Fabricante: A&C Termocuplas A&C Termocuplas Rango de Operación: 18-1200°C 18-1200°C Incertidumbre: +- 1°C +-1°C Detalle: Tipo K
Longitud: 2.2 metros Tipo K Longitud: 0.8 metros
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A.1.2. Metodología
Las termocuplas N°1 y N°2 se introdujeron en la línea 41 de la cámara 8, sobre el Buitrón N°2 y
N°3 respectivamente. Las altura relativas a la bóveda eran: 1.5 metros y 0.8 metros.
Por medio del termómetro digital se tomaron lectura en estos dos puntos cada media hora. La
comenzó el tercer día de encendido el horno.
Las lecturas fueron realizadas con la ayuda de los tres operarios del horno.
A.1.3. Resultados Toma de Muestras Horno Ladrillero Los Quiroga ( Tabio, Cundinamarca) Tipo: Horno Hoffmann Fecha inicio 20 de Febrero de 2003 Hora Inicio: 4:00:00 p.m.
Fecha Hora tiempo (min) BUITRON 2 BUITRON 3 Observaciones tiempo (h) 20/02/2003 (3) 16:00:00 0 48.5 226.0 0
20-Feb-03 16:30:00 30 49.6 230.5 0.5 20-Feb-03 17:00:00 60 48.6 226.8 1 20-Feb-03 17:30:00 90 48.5 229.0 1.5 20-Feb-03 18:00:00 120 48.6 218.2 2 20-Feb-03 18:30:00 150 48.4 226.4 2.5 20-Feb-03 19:00:00 180 48.8 227.7 3 21-Feb-03 08:30:00 990 69.2 266.9 16.5 21-Feb-03 09:00:00 1020 68.2 265.0 17 21-Feb-03 09:30:00 1050 73.3 255.8 17.5 21-Feb-03 10:00:00 1080 73.1 274.2 18 21-Feb-03 10:30:00 1110 74.4 279.6 18.5 21-Feb-03 11:00:00 1140 73.8 278.4 19 21-Feb-03 11:30:00 1170 77.1 285.1 19.5 21-Feb-03 13:00:00 1260 82.5 295.0 21 21-Feb-03 13:30:00 1290 85.0 294.0 21.5 21-Feb-03 14:00:00 1320 86.5 295.7 22 21-Feb-03 14:30:00 1350 91.8 301.0 22.5 21-Feb-03 15:00:00 1380 89.0 299.1 23 21-Feb-03 15:30:00 1410 91.0 300.1 23.5 21-Feb-03 16:00:00 1440 92.0 300.5 24 21-Feb-03 16:30:00 1470 94.8 300.4 24.5 21-Feb-03 17:00:00 1500 95.0 302.9 25
21-Feb-03 17:30:00 1530 97.5 304.8 25.5 21-Feb-03 18:00:00 1560 100.6 306.4 26 21-Feb-03 18:30:00 1590 103.8 309.3 26.5 21-Feb-03 19:00:00 1620 107.6 311.5 27
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21-Feb-03 19:30:00 1650 110.8 313.4 27.5 21-Feb-03 20:30:00 1710 116.3 317.9 28.5 21-Feb-03 21:00:00 1740 119.9 318.4 29 21-Feb-03 21:30:00 1770 125.3 320.7 29.5 21-Feb-03 22:00:00 1800 131.1 323.7 30 21-Feb-03 22:30:00 1830 134.0 324.6 30.5 21-Feb-03 23:00:00 1860 137.3 325.8 31 22-Feb-03 00:00:00 1920 147.0 333.0 32 22-Feb-03 00:30:00 1950 150.7 334.3 32.5 22-Feb-03 01:00:00 1980 154.8 335.0 33 22-Feb-03 01:30:00 2010 160.9 336.3 33.5 22-Feb-03 02:00:00 2040 164.0 349.2 34 22-Feb-03 02:30:00 2070 167.6 348.2 34.5 22-Feb-03 03:30:00 2130 176.9 349.5 35.5 22-Feb-03 04:30:00 2190 183.7 355.1 36.5 22-Feb-03 05:00:00 2220 184.9 352.1 37 22-Feb-03 05:30:00 2250 192.2 357.2 37.5 22-Feb-03 06:00:00 2280 195.6 356.4 38 22-Feb-03 06:30:00 2310 201.1 368.4 38.5 22-Feb-03 07:00:00 2340 205.2 369.9 39 22-Feb-03 07:30:00 2370 209.6 371.0 39.5 22-Feb-03 08:00:00 2400 213.0 372.9 40 22-Feb-03 08:30:00 2430 216.9 379.3 40.5 22-Feb-03 09:00:00 2460 221.7 383.8 41 22-Feb-03 09:30:00 2490 226.3 396.3 41.5 22-Feb-03 10:00:00 2520 229.6 389.7 42 22-Feb-03 10:30:00 2550 235.5 374.9 42.5 22-Feb-03 11:00:00 2580 240.3 395.9 43 22-Feb-03 11:30:00 2610 244.4 401.1 43.5 22-Feb-03 12:00:00 2640 247.8 404.0 44 22-Feb-03 12:30:00 2670 254.7 414.8 44.5 22-Feb-03 13:00:00 2700 257.3 421.6 45 22-Feb-03 13:30:00 2730 264.2 436.3 45.5 22-Feb-03 14:00:00 2760 268.8 438.9 46 22-Feb-03 14:30:00 2790 271.0 444.0 46.5 22-Feb-03 15:00:00 2820 277.3 450.3 47 22-Feb-03 15:30:00 2850 281.8 456.9 47.5 22-Feb-03 16:00:00 2880 285.0 467.6 48 22-Feb-03 16:30:00 2910 289.7 473.4 48.5 22-Feb-03 17:00:00 2940 294.0 479.8 49 22-Feb-03 17:30:00 2970 297.2 478.0 49.5 22-Feb-03 18:00:00 3000 300.0 477.9 50 22-Feb-03 18:30:00 3030 303.0 480.7 50.5 22-Feb-03 19:00:00 3060 305.4 479.0 51 22-Feb-03 19:30:00 3090 308.0 480.8 51.5 22-Feb-03 20:00:00 3120 311.3 482.7 52 22-Feb-03 21:00:00 3180 319.5 487.1 53 22-Feb-03 21:30:00 3210 326.7 491.8 53.5 22-Feb-03 22:00:00 3240 330.2 494.8 54 22-Feb-03 22:30:00 3270 334.4 491.5 54.5 22-Feb-03 23:00:00 3300 340.9 499.8 55 22-Feb-03 23:30:00 3330 346.0 504.1 55.5 23-Feb-03 00:30:00 3390 357.6 508.7 56.5 23-Feb-03 01:00:00 3420 367.2 514.0 57 23-Feb-03 01:30:00 3450 373.2 516.9 57.5 23-Feb-03 02:00:00 3480 382.0 521.9 58 23-Feb-03 02:30:00 3510 391.6 520.4 58.5 23-Feb-03 03:30:00 3570 413.1 531.9 59.5
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23-Feb-03 04:30:00 3630 436.6 542.6 60.5 23-Feb-03 05:00:00 3660 450.1 549.7 61 23-Feb-03 05:30:00 3690 472.3 541.6 61.5 23-Feb-03 06:00:00 3720 489.7 559.0 62 23-Feb-03 06:30:00 3750 504.7 572.9 62.5 23-Feb-03 07:00:00 3780 512.1 580.7 63 23-Feb-03 07:30:00 3810 531.8 593.0 63.5 23-Feb-03 08:00:00 3840 550.4 615.9 64 23-Feb-03 08:30:00 3870 560.6 621.0 64.5 23-Feb-03 09:00:00 3900 568.0 625.0 65 23-Feb-03 09:10:00 3910 576.6 630.9 65.2 23-Feb-03 09:20:00 3920 599.0 604.0 65.3 23-Feb-03 09:30:00 3930 609.9 632.0 65.5 23-Feb-03 09:40:00 3940 620.0 640.0 65.7 23-Feb-03 09:50:00 3950 639.3 648.0 65.3 23-Feb-03 10:00:00 3960 660.0 655.5 Cambio perfil 1 66.0 23-Feb-03 10:10:00 3970 676.0 660.0 66.7 23-Feb-03 10:20:00 3980 714.1 673.0 66.3 23-Feb-03 10:30:00 3990 753.1 682.0 66.5 23-Feb-03 10:40:00 4000 755.8 688.9 66.7 23-Feb-03 10:50:00 4010 772.8 695.2 66.8 23-Feb-03 11:00:00 4020 779.5 703.2 67.0 23-Feb-03 11:10:00 4030 809.1 713.0 67.2 23-Feb-03 11:20:00 4040 820.5 721.4 67.3 23-Feb-03 11:30:00 4050 836.0 724.0 67.5 23-Feb-03 11:40:00 4060 850.6 733.7 67.7 23-Feb-03 11:50:00 4070 856.3 743.7 67.3 23-Feb-03 12:00:00 4080 899.0 750.3 68.0 23-Feb-03 12:30:00 4110 929.0 777.7 68.5 23-Feb-03 13:00:00 4140 950.3 803.7 Cambio Línea 42 69.0 23-Feb-03 13:30:00 4170 966.6 835.1 Máximo Buitrón 3 69.5 23-Feb-03 14:00:00 4200 977.9 825.5 Máximo Buitrón 2 70.0 23-Feb-03 14:30:00 4230 956.1 815.0 70.5 23-Feb-03 15:00:00 4260 950.4 809.4 71.0 23-Feb-03 15:30:00 4290 936.8 803.4 71.5 23-Feb-03 16:00:00 4320 928.2 797.1 72.0 23-Feb-03 16:30:00 4350 932.2 776.1 72.5 23-Feb-03 17:00:00 4380 923.0 773.3 73.0 23-Feb-03 17:30:00 4410 912.0 766.6 73.5 23-Feb-03 18:30:00 4470 895.9 772.1 74.5 23-Feb-03 19:00:00 4500 886.3 766.5 75.0 23-Feb-03 19:30:00 4530 878.3 760.1 75.5 23-Feb-03 20:00:00 4560 878.7 756.8 76.0 23-Feb-03 20:30:00 4590 862.1 741.3 76.5 23-Feb-03 21:00:00 4620 858.0 738.0 77.0 23-Feb-03 21:30:00 4650 849.4 735.2 77.5 23-Feb-03 22:00:00 4680 843.4 723.3 78.0 23-Feb-03 22:30:00 4710 836.9 725.0 78.5 23-Feb-03 23:00:00 4740 829.1 724.0 79.0 23-Feb-03 23:30:00 4770 822.1 721.5 79.5 24-Feb-03 00:00:00 4800 815.8 713.4 80.0 24-Feb-03 00:30:00 4830 808.5 708.4 80.5 24-Feb-03 01:00:00 4860 804.6 707.4 81.0 24-Feb-03 03:00:00 4980 781.3 699.1 83.0 24-Feb-03 03:30:00 5010 775.5 699.7 83.5 24-Feb-03 04:30:00 5070 765.4 699.6 84.5 24-Feb-03 05:00:00 5100 761.2 695.0 85.0 24-Feb-03 05:30:00 5130 756.0 691.1 85.5
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69
24-Feb-03 06:00:00 5160 751.1 687.9 86.0 24-Feb-03 06:30:00 5190 746.2 686.1 86.5 24-Feb-03 07:00:00 5220 742.0 679.6 87.0 24-Feb-03 07:30:00 5250 735.0 698.0 87.5 24-Feb-03 08:00:00 5280 730.7 697.0 88.0 24-Feb-03 08:30:00 5310 728.7 695.6 88.5 24-Feb-03 09:00:00 5340 726.9 694.4 8 89.0 24-Feb-03 09:30:00 5370 726.0 692.2 89.5 24-Feb-03 10:00:00 5400 719.3 691.6 90.0 24-Feb-03 10:30:00 5430 716.7 688.4 90.5 24-Feb-03 11:00:00 5460 711.8 686.6 91.0 24-Feb-03 11:30:00 5490 708.8 683.4 91.5 24-Feb-03 12:00:00 5520 704.9 677.5 92.0 24-Feb-03 12:30:00 5550 700.0 681.2 92.5 24-Feb-03 13:00:00 5580 697.9 675.6 93.0 24-Feb-03 13:30:00 5610 694.2 672.2 93.5 24-Feb-03 14:00:00 5640 692.2 671.3 94.0 24-Feb-03 14:30:00 5670 689.2 668.6 94.5 24-Feb-03 15:00:00 5700 686.0 664.0 95.0 24-Feb-03 15:30:00 5730 682.4 661.5 95.5 24-Feb-03 16:00:00 5760 679.0 658.1 96.0 24-Feb-03 16:30:00 5790 675.0 654.6 96.5 24-Feb-03 17:00:00 5820 672.0 652.6 97.0 24-Feb-03 17:30:00 5850 667.5 649.9 97.5 24-Feb-03 18:00:00 5880 663.2 647.0 98.0 24-Feb-03 18:30:00 5910 660.9 645.3 98.5 24-Feb-03 19:00:00 5940 657.2 643.1 99.0 24-Feb-03 19:30:00 5970 657.4 639.6 99.5 24-Feb-03 20:00:00 6000 650.0 637.3 100.0 24-Feb-03 20:30:00 6030 648.9 634.9 100.5 24-Feb-03 21:00:00 6060 642.2 631.8 101.0 24-Feb-03 21:30:00 6090 638.8 629.1 101.5 24-Feb-03 22:00:00 6120 639.0 639.1 102.0 24-Feb-03 22:30:00 6150 632.3 627.8 102.5 24-Feb-03 23:00:00 6180 627.8 620.8 103.0 24-Feb-03 23:30:00 6210 625.6 618.2 103.5 25-Feb-03 00:00:00 6240 622.8 615.1 104.0 25-Feb-03 00:30:00 6270 618.9 613.0 104.5 25-Feb-03 01:00:00 6300 614.1 609.3 105.0 25-Feb-03 01:30:00 6330 613.1 608.2 105.5 25-Feb-03 02:00:00 6360 609.3 605.1 106.0 25-Feb-03 02:30:00 6390 605.1 601.8 106.5 25-Feb-03 03:00:00 6420 602.8 599.6 10 107.0 25-Feb-03 03:30:00 6450 600.3 596.8 107.5 25-Feb-03 04:00:00 6480 597.3 593.9 108.0 25-Feb-03 04:30:00 6510 594.1 591.7 108.5 25-Feb-03 05:00:00 6540 591.8 589.2 109.0 25-Feb-03 05:30:00 6570 589.8 587.6 109.5 25-Feb-03 06:00:00 6600 586.2 584.8 110.0 25-Feb-03 06:30:00 6630 584.0 582.6 110.5 25-Feb-03 07:00:00 6660 580.6 579.6 111.0 25-Feb-03 07:30:00 6690 578.0 577.6 111.5 25-Feb-03 08:00:00 6720 576.2 576.1 Homogenización 112.0 25-Feb-03 08:30:00 6750 573.4 573.5 112.5 25-Feb-03 09:00:00 6780 572.0 572.1 113.0 25-Feb-03 09:30:00 6810 569.4 569.1 113.5 25-Feb-03 10:00:00 6840 566.8 566.2 114.0 25-Feb-03 10:30:00 6870 563.3 563.0 114.5
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70
25-Feb-03 11:00:00 6900 560.4 562.3 Mas alto B3 115.0 25-Feb-03 11:30:00 6930 558.8 560.6 115.5 25-Feb-03 12:30:00 6990 556.4 558.9 116.5 25-Feb-03 13:00:00 7020 551.2 555.0 117.0 25-Feb-03 13:30:00 7050 550.5 553.7 117.5 25-Feb-03 14:00:00 7080 548.6 552.0 118.0 25-Feb-03 14:30:00 7110 545.8 550.5 118.5 25-Feb-03 15:00:00 7140 544.0 548.6 119.0 25-Feb-03 15:30:00 7170 542.0 546.0 119.5 25-Feb-03 16:00:00 7200 539.3 543.2 120.0 25-Feb-03 16:30:00 7230 537.5 542.4 120.5 25-Feb-03 17:00:00 7260 535.5 540.2 121.0 25-Feb-03 17:30:00 7290 532.6 537.2 121.5 25-Feb-03 18:00:00 7320 530.7 535.4 122.0 25-Feb-03 18:30:00 7350 528.5 533.2 122.5 25-Feb-03 19:00:00 7380 526.5 531.3 123.0 25-Feb-03 19:30:00 7410 523.7 528.7 Final Quema 123.5 27-Feb-03 10:00:00 9720 163.0 335.0 162.0
A.2. TEMPERATURA MEDIO AMBIENTE A.2.1. Equipo Equipo: Analizador de Gases
BACHARACH modelo CA300NSX
Rango de Operación Temp.: 0-1093°C Precisión: +- 1% escala total
A.2.2. Metodología Antes de Iniciar el muestreo de gases de combustión diario se efectuaba la medición de
temperatura ambiente con la sonda del analizador de gases.
A.2.3. Resultados
Fecha Hora Lectura (°C) 20/03/2003 4:00:00 p.m 21.5 21/03/2003 9:00:00 a.m. 18.5 22/03/2003 8:30:00 a.m. 17.4 24/03/2003 8:30:00 a.m. 17.6 25/03/2003 8:30:00 a.m. 18.7 13/05/2003 3:50:00 p.m 22.7 14/05/2003 9:50:00 a.m 20.0 15/05/2003 8:50:00 a.m. 16.7 16/05/2003 12:45:00 p.m 26.1 17/05/2003 12:50:00 p.m 25.5 18/05/2003 2:25:00 p.m. 22.7 19/05/2003 10:00:00 a.m 18.9
Promedio 20.5 +- 3°C
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A.3. FLUJOS DE MATERIAL DE ARCILLA A.3.1. Equipo Equipo: Balanza másica Fabricante: Health meter Rango de Operación: 0.0- 136.0 kg Incertidumbre: +- 0.25 kg
A.3.2. Metodología Se comenzó por determinar el peso de 10 piezas (bloque N°5) a la entrada del horno para distintas
cámaras utilizando la balanza, luego se hizo el conteo de piezas apilados por Daga Maciza, conteo
de piezas apiladas por Daga de Buitrones, conteo del número de dagas de cada tipo por línea y
conteo del número de líneas endagadas por cámara en operación
Finalmente se pesaron 10 piezas de obra cocida (bloque N°5) a la salida del horno y se contaron la
obra cocida para la venta de la hornada. Para determinar el rechazo se hizo la resta del material
ingresado menos el de venta.
A.3.3. Resultados A.3.3.1. Peso de Material a la entrada y a la salida del horno Material a la entrada Material a la Salida Pieza Peso (Kg) Pieza Peso (kg)
1 8.0 11 7.0 2 8.5 12 6.5 3 8.5 13 7.5 4 9.5 14 7.0 5 9.0 15 7.0 6 8.5 16 7.0 7 8.0 17 7.5 8 8.5 18 6.5 9 8.0 19 7.0 10 8.5 20 7.0
Promedio 8.5 +- 0.5 Kg Promedio 7.0 +- 0.5 Kg
Humedad: 100*5.8
0.75.8Kg
KgKg −= 17.65%
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A.3.3.2. Número de Piezas por daga Daga Maciza Daga de Buitrones Hilera # de Piezas Hilera # de Piezas
1 20 1 20 2 20 2 20 3 20 3 20 4 24 4 20 5 25 5 20 6 26 6 20 7 26 7 20 8 24 8 18 9 23 9 16 10 22 10 16 11 20 11 16 12 16 12 12 13 10 13 6
Total 276 224
La línea siempre esta conformada por dos dagas macizas y una de buitrones. A.3.3.3. Material Cargado en una Horneada N° Cámara N° Líneas N° Unidades Peso Total (Kg
Húmedo)
2 4 3104 26384 3 5 3880 32980 4 10 7760 65960 5 5 3880 32980 6 5 3880 32980 7 5 3880 32980 8 5 3880 32980 9 5 3880 32980 10 5 3880 32980 11 5 3880 32980 12 4 3104 26384
Total Cargado 58 45008 382568
A.3.3.4. Material para la venta N° Cámara N° Líneas N° Unidades Peso Total (kg
seco)
2 4 1552 10864
3 5 3492 24444
4 10 6984 48888
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5 5 3492 24444
6 5 3492 24444
7 5 3570 24987
8 5 3570 24987
9 5 3570 24987
10 5 3570 24987
11 5 3570 24987
12 4 2173 15210
Total Cargado 58 39033 273230
A.3.3.5. Rechazo
kgkgkg
MaterialMaterialMaterial rechazoventaadoc
41826273230315056arg
=−
=−
A.4. CONSUMO DE COMBUSTIBLE A.4.1. Equipo Equipo: Balanza másica Fabricante: Health meter Rango de Operación: 0.0- 136.0 kg Incertidumbre: +- 0.25 kg
A.4.2. Metodología
Gasto de combustible arranque: El señor José Luis Quiroga informo que del viaje de carbón
grueso se habían utilizado 4 toneladas.
Gasto combustible en operación:
1. Medición del tiempo que operó el carbojet por línea de observación.
2. Conteo de Número de palas utilizadas por Operador en el tiempo de medición
3. Por medio de una bolsa plástica se introdujo la cantidad de carbón que carga un operador
y se peso la bolsa. Este procedimiento se repitió 5 veces y se saco el promedio por cada
línea.
4. Conteo del Número de cucharas utilizadas de requema por línea
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5. Pesaje de la cantidad de carbón cargada por cuchara. El procedimiento se repitió 5 veces y
se tomo el promedio por cada línea
A.4.3. Resultados Operación Normal
Fecha N° de
Cámara
Tiempo Carbojet o
periodo (h)
N° de Palas
N° Cucharas de Requema
Peso Palada (kg)
Peso Cuchara
(kg)
Peso carbón
empleado (kg)
Flujo total carbón (kg/h)
Línea 1 18/02/2003 Arranque 24 0 0 0 0 3628
Línea 11 21/02/2003 3 6 91 54 5 0.3 471.2 78.5
Línea 22 22/02/2003 4 3.2 47 32 5 0.3 244.6 76.4
Línea 40 23/02/2003 8 2.5 44 18 4 0.3 181.4 72.6
Línea 47 24/02/2003 10 1.8 26 16 5 0.3 134.8 74.9
Promedio 75.6
Consumo Arranque: Kg0.3628
Consumo Operación: ( ) ( ) hornadaKghorasdíashKg /0.1224824*75.6*/6.75 =
Consumo Total: hornadaKgKgKg /0.158760.122480.3628 =+
A.5. CENIZAS A.5.1. Equipo Equipo: Balanza másica Fabricante: Health meter Rango de Operación: 0.0- 136.0 kg Incertidumbre: +- 0.25 kg
A.5.2. Metodología
Las cenizas resultantes de algunas líneas fueron barridas y depositadas en un bolsa que luego fue
pesada.
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A.5.3. Resultados
N° de Cámara
Peso Cenizas
(kg)
Línea 1 Arranque 725
Línea 11 3 24
Línea 22 4 26
Línea 40 8 27
Línea 47 10 23
Promedio por línea 25
Suma total Líneas (58+ Arranque) 2175
A.6. ANALISIS ISOCINETICO Y ORSAT EN CHIMENEA Empresa: Ladrillera Los Quiroga
Fecha: Noviembre de 2002
Sitio de Muestreo: Chimenea
Chimenea Altura 13.4 m Sección Cuadrada Dimensiones 1 m Gases de Salida Flujo Volumétrico 1.92 m3/s Temperatura 348.15 K Humedad 6.88 % Emisión Partículas 0.66 Kg/h SO2 1.757 Kg/h Análisis ORSAT CO2 2.5% CO 0.0% O2 18.5% N2 79.0%
A.7. RESULTADOS INCINERACIÓN EN LÍNEA 40
A.7.1. Equipo Equipo: Balanza másica Fabricante: Health meter Rango de Operación: 0.0- 136.0 kg Incertidumbre: +- 0.25 kg
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A.7.2. Metodología Recolección de los Residuos:
1. Se recolectaron 10 bolsas de RSM en tres casas de Tabio. Con anterioridad se les había solicitado
a las personas que en la medida de sus posibilidades separaran vidrio, metales y plásticos.
2. El contenido de las bolsas fue desocupado sobre un plástico y mezclado. Luego de allí se tomo
una muestra para el laboratorio.
3. Los contenidos fueron nuevamente recogidos y colocados en las bolsas. Cada bolsa fue pesada e
introducida en la parte superior de las dagas macizas de la línea 40 (en este punto fue necesario
eliminar la última hilera de piezas de cada daga).
Recolección de las cenizas: Se barrio el contenido de las cenizas depositadas en la superficie de las
piezas sobre las que se habían colocado los residuos, se depositó en una bolsa y se peso.
Bloques Retirados y Dañados:
1. Se contó el número de piezas que no fueron ingresadas a las dagas por permitir el espacio para
la colocación de los ladrillos.
2. Se contó el numero de piezas dañadas en el lugar donde quedaron los residuos. A.7.3. Resultados Bolsa Peso RSM
Húmedos (Kg) 1 12 2 15 3 13 4 13 5 18 6 27 7 14 8 17 9 16 10 12
Total 157
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Peso (Kg) Cenizas por RSM 8 Masa seca Bloques retirados 182 Bloques dañados 14
A.8. CONDICIONES DE COMBUSTION EN LA CÁMARA
A.8.1. Equipo Equipo: Analizador de Gases
BACHARACH modelo CA300NSX
Rango Temperatura: 0-1093°C Precisión Temperatura +- 1% escala total Rango O2: 0-25% Precisión O2 +- 0.6 % de la lectura Rango CO: 0-3000 ppm Precisión CO +- 5% de la lectura Rango NOx: 0-999 ppm Precisión NOx +- 5% de la lectura Rango SO2: 0-999 ppm Precisión SO2 +- 5% de la lectura
A.8.2. Metodología
1. Se determino el número de líneas sobre las cuales se realizaría el análisis (líneas 36-42,43)
2. La sonda del analizador se introdujo de manera perpendicular al flujo de gases dentro de la
cámara a través del primer buitrón de la línea 36. La lectura se tomó a los 3 minutos.
3. Se permitió de 1 a 2 minutos a que el analizador estabilizara el oxígeno en la celda y se
repitió la medición en el siguiente buitrón, así sucesivamente hasta finalizar con todos lo
buitrones de las líneas analizadas.
4. Cada 4 a 5 buitrones se recalibra el instrumento.
5. La medición se repitió cada día durante seis días de quema para operación normal y para
operación con incineración de RSM.
6. En caso de que la lectura de temperatura fuera superior a 800°C se debía retirar la sonda y
esperar 5 minutos a que se estabilizara el oxígeno. No se continua la medición en ese
buitrón.
7. Si se presentaba saturación de los sensores se interrumpía la medición hasta el siguiente
día.
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A.8.3. Resultados A.8.3.1. Primer Seguimiento Fecha: 20 de Febrero de 2003 Hora Inicio: 4:00 p.m. Realizado por: Vanesa Trillos y Manuel Barrera
N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4 36 t 16:05:00 t 16:11:00 t 16:15:00 t 16:42:00 h 100 cm h 100 cm h 100 cm h 100 cm
Frente de T°C 55.6 T°C 131.111111 T°C 110 T°C 36.7 llama O2% 20.6 O2% 20.6 O2% 20.3 O2% 21.1
Cámara 2 ppm CO 2 ppm CO 3 ppm CO 13 ppm CO 0 Válvula 4 ppm NOx 1 ppm NOx 1 ppm NOx 4 ppm NOx 0 abierta ppm SO2 18 ppm SO2 3 ppm SO2 6 ppm SO2 0
37 t 17:00:00 t 17:03:00 t 17:06:00 t 17:09:00 h 100 cm h 100 cm h 100 cm h 100 cm T°C 68.3 T°C 246.7 T°C 261.1 T°C 163.9
O2% 20.9 O2% 17.5 O2% 17.0 O2% 18.1 ppm CO 0 ppm CO 139 ppm CO 153 ppm CO 122 ppm NOx 0 ppm NOx 34 ppm NOx 43 ppm NOx 34 ppm SO2 0 ppm SO2 97 ppm SO2 124 ppm SO2 96
38 t 17:35:00 t 17:38:00 t 17:50:00 t 17:43:00
h 100 cm h 100 cm h 100 cm h 100 cm T°C 55 T°C 193.3 T°C 177.2 T°C 155.6
T°F 131 T°F 380 T°F 351 T°F 312 O2% 20.8 O2% 17.4 O2% 19.2 O2% 17.6 ppm CO 1 ppm CO 146 ppm CO 126 ppm CO 319 ppm NOx 0 ppm NOx 43 ppm NOx 18 ppm NOx 35 ppm SO2 0 ppm SO2 105 ppm SO2 75 ppm SO2 141
39 t 18:00:00 t 18:05:00 t 18:07:00 t 18:10:00 h 100 cm h 100 cm h 100 cm h 100 cm
Impresora T°C 91.7 T°C 165.6 T°C 182.8 T°C 92.9 Dañada O2% 20.3 O2% 18.5 O2% 17.6 O2% 19
ppm CO 344 ppm CO 118 ppm CO 118 ppm CO .---- ppm NOx 1 ppm NOx .---- ppm NOx .---- ppm NOx .---- ppm SO2 40 ppm SO2 .---- ppm SO2 .---- ppm SO2 .----
Fecha: 21 de Febrero de 2003 Hora Inicio: 09:00 a.m. Realizado por: Vanesa Trillos y Manuel Barrera N° Línea Buitrón 2 Buitrón 3
39 t 09:22:00 t 09:25:00 Frente de llama Cámara 4 h 100 cm h 100 cm
Válvula Abierta T°C 235.6 T°C 265.0 O2% 18 O2% 16.2 ppm CO 567 ppm CO 1423
ppm NOx 22 ppm NOx 37 ppm SO2 345 ppm SO2 528
40 t 09:33:00 t 09:36:00 h 100 cm h 100 cm
T°C 223.3 T°C 235.6 O2% 14.8 O2% 15.5 ppm CO 844 ppm CO 347 ppm NOx 15 ppm NOx 26
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ppm SO2 277 ppm SO2 316 42 t 10:19:00 t 10:41:00
h 100 cm h 100 cm T°C 206.1 T°C 234.4 O2% 19 O2% 16.2 ppm CO 139 ppm CO 366 ppm NOx 34 ppm NOx 36 ppm SO2 97 ppm SO2 172
36 t 10:53:00 t 10:57:00 h 100 cm h 100 cm T°C 317.8 T°C 295.0
O2% 16.5 O2% 16.2 ppm CO 165 ppm CO 263 ppm NOx 36 ppm NOx 44 ppm SO2 137 ppm SO2 188
Fecha: 22 de Febrero de 2003 Hora Inicio: 8:30 a.m. Realizado por: Vanesa Trillos
N° Línea Buitrón 2 Buitrón 3 36 t 10:48:00 t 11:02:00
Sin impresora h 100 cm h 100 cm Sin sensor NOx T°C 480 T°C 491.7 Sin sensor SO2 O2% 17.1 O2% 17
Frente cámara 6 ppm CO 1045 ppm CO 464 37 t 11:05:00 t 11:08:00
h 100 cm h 100 cm T°C 481.1111111 T°C 476.1111111 O2% 18.9 O2% 16.8 ppm CO .---- ppm CO 485
38 t 11:12:00 t 11:15:00 h 100 cm h 100 cm
T°C 452.2 T°C 462.2 O2% 18.2 O2% 14.9 ppm CO 311 ppm CO 3315
39 t 11:19:00 t 11:17:00 h 100 cm h 100 cm
T°C 423.3 T°C 433.9 O2% 18.4 O2% 16.3 ppm CO 349 ppm CO 660
40 t 11:21:00 t 11:23:00 h 100 cm h 100 cm
T°C 395.6 T°C 407.8 O2% 15.1 O2% 16.3 ppm CO 1725 ppm CO 531
42 t 11:25:00 t 11:27:00 h 100 cm h 100 cm
T°C 362. 2 T°C 339. 4 O2% 18.7 O2% 18.4 ppm CO 199 ppm CO 485
Fecha: 24 de Febrero de 2003 Hora Inicio: 8:30 a.m. Realizado por: Vanesa Trillos y Manuel Barrera
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80
N° Línea Buitrón 2 Buitrón 3 36 t 08:41:00 t 08:44:00
Ventilador Apagado h 100 cm h 100 cm T°C 555. 6 T°C 596.1 O2% 16 O2% 18.4
Frente de llama ppm CO 3427 ppm CO 1853 cámara 9 ppm NOx 113 ppm NOx 42
ppm SO2 356 ppm SO2 64 37 t 08:48:00 t 08:51:00
h 100 cm h 100 cm T°C 583.3 T°C 601.7 O2% 18.6 O2% 17.9 ppm CO 1378 ppm CO 2029 ppm NOx 36 ppm NOx 45
ppm SO2 40 ppm SO2 86 38 t 08:53:00 t 08:56:00
h 100 cm h 100 cm T°C 588.3 T°C 620.6 O2% 18.6 O2% 17.9 ppm CO 595 ppm CO 409 ppm NOx 25 ppm NOx 36 ppm SO2 48 ppm SO2 63
39 t 08:58:00 t 09:00:00 h 100 cm h 100 cm
T°C 621.7 T°C 661.1 O2% 18.6 O2% 18.9 ppm CO 480 ppm CO 25 ppm NOx 25 ppm NOx 21
ppm SO2 45 ppm SO2 28 40 t 09:03:00 t 09:05:00
h 100 cm h 100 cm T°C 650 T°C 687.7777778 O2% 18.6 O2% 18.8 ppm CO 248 ppm CO 22 ppm NOx 25 ppm NOx 20
ppm SO2 39 ppm SO2 25 42 t 09:07:00 t 09:10:00
h 100 cm h 100 cm T°C 667.8 T°C 708.3 O2% 17.9 O2% 17.4 ppm CO 467 ppm CO 87 ppm NOx 45 ppm NOx 44 ppm SO2 48 ppm SO2 64
Fecha: 25 de Febrero de 2003 Hora Inicio: 8:30 a.m. Realizado por: Vanesa Trillos y Manuel Barrera
N° Línea Buitrón 2 Buitrón 3 36 t 08:27:00 t 08:33:00
Ultimo día de Quema h 100 cm h 100 cm Ventilador Apagado T°C 453.9 T°C 475.0
O2% 20.2 O2% 20.4 Frente de llama ppm CO 556 ppm CO 415
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81
cámara 11 ppm NOx 2 ppm NOx 1
ppm SO2 2 ppm SO2 1 37 t 08:36:00 t 08:39:00
h 100 cm h 100 cm T°C 470.6 T°C 476.1 O2% 20.3 O2% 19.8 ppm CO 465 ppm CO 1989 ppm NOx 2 ppm NOx 7
ppm SO2 21 ppm SO2 49 38 t 08:41:00 t 08:44:00
h 100 cm h 100 cm T°C 491.7 T°C 497.2 O2% 20.3 O2% 20.2 ppm CO 517 ppm CO 632 ppm NOx 2 ppm NOx 2
ppm SO2 1 ppm SO2 4 39 t 08:46:00 t 08:50:00
h 100 cm h 100 cm T°C 522.2 T°C 547.8 O2% 20.3 O2% 20 ppm CO 589 ppm CO 653 ppm NOx 4 ppm NOx 6 ppm SO2 7 ppm SO2 6
40 t 08:52:00 t 08:54:00 h 100 cm h 100 cm
T°C 536.7 T°C 563.9 O2% 20.1 O2% 19.7 ppm CO 712 ppm CO 666 ppm NOx 6 ppm NOx 6
ppm SO2 6 ppm SO2 3 42 t 08:57:00 t 09:00:00
h 100 cm h 100 cm T°C 569.4 T°C 563.9 O2% 20 O2% 19.2 ppm CO 595 ppm CO 736 ppm NOx 6 ppm NOx 14
ppm SO2 10 ppm SO2 10
A.8.3.2. Segundo Seguimiento Fecha: 13 de Mayo de 2003 Hora Inicio: 3:27 p.m. Realizado por: Vanesa Trillos
N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4 36 t 3:30 p.m. t 3:37 p.m t 3:41 p.m. t 3:47 p.m.
h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m T°C 47.8 T°C 55.6 T°C 57.2 T°C 45.0
Carbojet O2% 18.9 O2% 15.5 O2% 15.5 O2% 19.6 Apagado ppm CO 368 ppm CO 914 ppm CO 831 ppm CO 163
ppm NOx 25 ppm NOx ........ ppm NOx ........ ppm NOx 16
ppm SO2 4 ppm SO2 4 ppm SO2 ........ ppm SO2 0
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37 t 3:50 p.m t 3:55 p.m t 4:00 p.m. t 4:04 p.m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m
T°C 48. 3 T°C 54.4 T°C 59.4 T°C 46.7 O2% 17.4 O2% 16.9 O2% 16.6 O2% 19.6 ppm CO 486 ppm CO 565 ppm CO 640 ppm CO 182 ppm NOx 16 ppm NOx 8 ppm NOx 48 ppm NOx 16
ppm SO2 1 ppm SO2 0 ppm SO2 4 ppm SO2 0 38 t 4:12 p.m. t 4:18 p.m t 4:28 p.m t 4:34 p.m
h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m Frente de llama T°C 57.2 T°C 53.9 T°C 51.7 T°C 44.4
Cámara 2 O2% 18.7 O2% 16.5 O2% 14.7 O2% 18.3 Carbojet ppm CO 347 ppm CO 1021 ppm CO 2213 ppm CO 679
Encendido ppm NOx 21 ppm NOx 45 ppm NOx 61 ppm NOx 25
ppm SO2 7 ppm SO2 16 ppm SO2 97 ppm SO2 25 39 13 14 15 16 t 4:39 p.m t 4:42 p.m t 4:50 p.m t 4:56 p.m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m
T°C 34.4 T°C 50.6 T°C 52.8 T°C 48.9 O2% 19.0 O2% 16.1 O2% 15.5 O2% 16.6 ppm CO 472 ppm CO 989 ppm CO 1487 ppm CO 1080 ppm NOx 17 ppm NOx 40 ppm NOx 54 ppm NOx 44
ppm SO2 16 ppm SO2 15 ppm SO2 87 ppm SO2 19 40 t 5:04 p.m t 5:10 p.m t 5:17 p.m t 5:22 p.m
h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m RSM en la T°C 41.1 T°C 50.6 T°C 50.6 T°C 43.9 línea O2% 18.3 O2% 17.0 O2% 17.1 O2% 17.6 ppm CO 703 ppm CO 947 ppm CO 951 ppm CO 584 ppm NOx 23 ppm NOx 40 ppm NOx 38 ppm NOx 34
ppm SO2 0 ppm SO2 35 ppm SO2 29 ppm SO2 0 41 t 5:32 p.m t t t 5:35 p.m
h 1.3 m h h h 1.3 m T°C 44.4 T°C T°C T°C 45.6 O2% 17.5 O2% O2% O2% 18.6 ppm CO 993 ppm CO ppm CO ppm CO 792 ppm NOx 29 ppm NOx ppm NOx ppm NOx 19
ppm SO2 0 ppm SO2
ppm SO2
ppm SO2 11 42 t 5:38 p.m t 5:44 p.m t 5:49 p.m t 5:53 p.m
h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m T°C 44.4 T°C 48.3 T°C 48.3 T°C 38.3 O2% 19.0 O2% 18.1 O2% 18.5 O2% 19.1 ppm CO 621 ppm CO 1001 ppm CO 948 ppm CO 788 ppm NOx 14 ppm NOx 23 ppm NOx 19 ppm NOx 14
ppm SO2 9 ppm SO2 14 ppm SO2 8 ppm SO2 6 43 t 6:02 p.m t 6:05 p.m t 6:08 p.m t 6:12 p.m
h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m h 1.3 m T°C 38.3 T°C 47.8 T°C 46.1 T°C 38.3 O2% 19.8 O2% 18.3 O2% 18.5 O2% 19.0 ppm CO 756 ppm CO 936 ppm CO 847 ppm CO 714 ppm NOx 4 ppm NOx 23 ppm NOx 21 ppm NOx 17
ppm SO2 10 ppm SO2 6 ppm SO2 0 ppm SO2 0
Fecha: 14 de Mayo de 2003 Hora Inicio: 9:12 a.m. Realizado por: Vanesa Trillos
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N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4 36 t 9:17 a.m t 9:23 a.m t 9:33 a.m t 9:42 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 85.6 T°C 168.9 T°C 198.3 T°C 141.7 O2% 18.4 O2% 11.1 O2% 16.2 O2% 18.3 ppm CO 690 ppm CO 3200 ppm CO 153 ppm CO 56 ppm NOx 28 ppm NOx 105 ppm NOx 48 ppm NOx 36
ppm SO2 2 ppm SO2 48 ppm SO2 57 ppm SO2 0 37 t 9:48 a.m t 9:54 a.m t 10:05 a.m t 10:17 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m Frente de llama T°C 52.2 T°C 172.2 T°C 146.1 T°C 127.8
Cámara 2 O2% 20.4 O2% 11.9 O2% 13.0 O2% 15.6 ppm CO 30 ppm CO 3337 ppm CO 412 ppm CO 152 ppm NOx 3 ppm NOx 83 ppm NOx 80 ppm NOx 55
ppm SO2 0 ppm SO2 51 ppm SO2 112 ppm SO2 52 38 t 10.21 a.m t 10:40 a.m t 10:45 a.m t 11:12 a.m
Carbojet apagado h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 106.1 T°C 129.4 T°C 156.7 T°C 115.0 O2% 18.1 O2% 18.5 O2% 16.6 O2% 16.7 ppm CO 117 ppm CO 91 ppm CO 171 ppm CO 73 ppm NOx 23 ppm NOx 0 ppm NOx 42 ppm NOx 43
ppm SO2 0 ppm SO2 35 ppm SO2 40 ppm SO2 0 39 t 11:16 a.m t 11:20 a.m t 11:26 a.m t 11:31 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 62.8 T°C 141.1 T°C 147.8 T°C 111.1 O2% 20.2 O2% 17.2 O2% 16.4 O2% 17.1 ppm CO 14 ppm CO 101 ppm CO 136 ppm CO 80 ppm NOx 4 ppm NOx 35 ppm NOx 45 ppm NOx 46
ppm SO2 0 ppm SO2 15 ppm SO2 49 ppm SO2 2 40 t 11:37 a.m t 11:41 a.m t 11:44 a.m t 11:48 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m Carbojet T°C 70.0 T°C 125.0 T°C 116.7 T°C 93.3
Encendido O2% 19.3 O2% 17.4 O2% 16.6 O2% 16.9 ppm CO 34 ppm CO 71 ppm CO 101 ppm CO 134 ppm NOx 17 ppm NOx 43 ppm NOx 43 ppm NOx 42
ppm SO2 0 ppm SO2 22 ppm SO2 16 ppm SO2 13 41 t 11:53 a.m t t t 11:57 a.m
h 1.0 m h h h 1.0 m T°C 84.4 T°C T°C T°C 106.7 O2% 20.2 O2% O2% O2% 16 ppm CO 9 ppm CO ppm CO ppm CO 141 ppm NOx 4 ppm NOx ppm NOx ppm NOx 43
ppm SO2 1 ppm SO2
ppm SO2
ppm SO2 0 42 t 12:01 p.m t 12:09 p.m t 12:13 p.m t 12:18 p.m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
T°C 98.9 T°C 140.0 T°C 122.8 T°C 65.6 O2% 17.8 O2% 16.3 O2% 16.5 O2% 20.2 ppm CO 98 ppm CO 172 ppm CO 112 ppm CO 3 ppm NOx 28 ppm NOx 43 ppm NOx 43 ppm NOx 4
ppm SO2 1 ppm SO2 22 ppm SO2 22 ppm SO2 2 43 t 12:23 p.m t 12:28 p.m t 12:34 p.m t 12:38 p.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 57.2 T°C 144.4 T°C 128.3 T°C 107.8 O2% 20.4 O2% 17.6 O2% 17.6 O2% 17.0 ppm CO 0 ppm CO 88 ppm CO 166 ppm CO 272
ppm NOx 3 ppm NOx 43 ppm NOx 47 ppm NOx 62
ppm SO2 0 ppm SO2 16 ppm SO2 45 ppm SO2 12
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Fecha: 15 de Mayo de 2003 Hora Inicio: 8:51 a.m Realizado por: Vanesa Trillos N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4
1 2 3 4 36 t 8:51 a.m t 8:57 a.m t 9:02 a.m t 9:10 a.m
Frente de llama h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m Cámara 3 T°C 144.4 T°C 312.8 T°C 325 T°C 168.9
O2% 20.6 O2% 17.1 O2% 18.2 O2% 19.5 ppm CO 41 ppm CO 276 ppm CO 185 ppm CO 82 ppm NOx 2 ppm NOx 26 ppm NOx 37 ppm NOx 18
ppm SO2 0 ppm SO2 3 ppm SO2 7 ppm SO2 0 37 t 9:14 a.m t 9:18 a.m t 9:25 a.m t 9:31 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°F 169 T°F 556 T°F 581 T°F 364 T°C 76.1 T°C 291.1 T°C 305.0 T°C 184.4
O2% 20.8 O2% 15.4 O2% 18.1 O2% 20.2 ppm CO 4 ppm CO 595 ppm CO 270 ppm CO 29 ppm NOx 0 ppm NOx 45 ppm NOx 25 ppm NOx 6
ppm SO2 0 ppm SO2 28 ppm SO2 30 ppm SO2 0 38 t 9:40 a.m t 9:48 a.m t 9:54 a.m t 10:05 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 150.6 T°C 255.0 T°C 262.2 T°C 208.3 O2% 19.4 O2% 14.3 O2% 17.1 O2% 19.5 ppm CO 33 ppm CO 788 ppm CO 233 ppm CO 62 ppm NOx 16 ppm NOx 45 ppm NOx 25 ppm NOx 18
ppm SO2 0 ppm SO2 99 ppm SO2 41 ppm SO2 0 39 t 10:16 a.m t 10:23 a.m t 10:31 a.m t 10:38 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 166.1 T°C 235.0 T°C 258.9 T°C 155.0 O2% 18.6 O2% 17.1 O2% 18.1 O2% 20.3 ppm CO 86 ppm CO 224 ppm CO 194 ppm CO 8 ppm NOx 17 ppm NOx 40 ppm NOx 15 ppm NOx 4
ppm SO2 18 ppm SO2 95 ppm SO2 18 ppm SO2 0 40 t 10:10 a.m t 10:43 a.m t 10:51 a.m t 10:56 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 167.2 T°C 218.3 T°C 228.3 T°C 148.9 O2% 16.8 O2% 17.0 O2% 16.9 O2% 19.7 ppm CO 468 ppm CO 437 ppm CO 357 ppm CO 61 ppm NOx 35 ppm NOx 43 ppm NOx 20 ppm NOx 14
ppm SO2 24 ppm SO2 114 ppm SO2 56 ppm SO2 0 41 t 11:00 a.m t t t 11:05 a.m
h 1.0 m h h h 1.0 m T°C 190 T°C T°C T°C 165 O2% 17.1 O2% O2% O2% 19.6 ppm CO 505 ppm CO ppm CO ppm CO 48 ppm NOx 37 ppm NOx ppm NOx ppm NOx 8
ppm SO2 48 ppm SO2
ppm SO2
ppm SO2 0 42 t 11:08 a.m t 11:17 a.m t 11:22 a.m t 11:33 a.m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
T°C 127.8 T°C 209.4 T°C 217.8 T°C 157.2 O2% 19.8 O2% 17.1 O2% 17.5 O2% 19.6 ppm CO 58 ppm CO 674 ppm CO 406 ppm CO 63 ppm NOx 8 ppm NOx 43 ppm NOx 35 ppm NOx 18
ppm SO2 0 ppm SO2 50 ppm SO2 68 ppm SO2 0 43 t 11:49 a.m t 11:39 a.m t 11:57 a.m t 12:02 p.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 191.7 T°C 238.9 T°C 236.1 T°C 186.1
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O2% 17.1 O2% 17.3 O2% 18.7 O2% 18.7 ppm CO 438 ppm CO 216 ppm CO 125 ppm CO 140
ppm NOx 41 ppm NOx 43 ppm NOx 33 ppm NOx 24
ppm SO2 68 ppm SO2 125 ppm SO2 37 ppm SO2 0
Fecha: 16 de Mayo de 2003 Hora Inicio: 12:41 p.m Realizado por: Vanesa Trillos N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4
36 t 12:45 p.m t 12:49 p.m t 12:55 p.m t 12:59 p.m Frente de Llama h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
Cámara 5 T°C 189.4 T°C 426.7 T°C 443.9 T°C 332.8 O2% 20.8 O2% 18.1 O2% 18.9 O2% 19.9
ppm CO 5 ppm CO 399 ppm CO 590 ppm CO 290 ppm NOx 0 ppm NOx 27 ppm NOx 41 ppm NOx 18
ppm SO2 0 ppm SO2 7 ppm SO2 5 ppm SO2 6 37 t 1:03 p.m t 1:07 p.m t 1:13 p.m t 1:17 p.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 143.3 T°C 414.4 T°C 426.1 T°C 275.6
O2% 20.8 O2% 16.5 O2% 19.6 O2% 20.4 ppm CO 6 ppm CO 1529 ppm CO 486 ppm CO 231 ppm NOx 0 ppm NOx 34 ppm NOx 14 ppm NOx 4
ppm SO2 0 ppm SO2 137 ppm SO2 21 ppm SO2 0 38 t 1:21 p.m t 1:25 p.m t 1:29 p.m t 1:33 p.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 309.4 T°C 386.7 T°C 392.2 T°C 364.4 O2% 18.7 O2% 18.3 O2% 18.4 O2% 19.7 ppm CO 121 ppm CO 230 ppm CO 391 ppm CO 382 ppm NOx 20 ppm NOx 4 ppm NOx 15 ppm NOx 14
ppm SO2 45 ppm SO2 64 ppm SO2 33 ppm SO2 15 39 t 1:36 p.m t 1:43 p.m t 1:50 p.m t 1:54 p.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 285 T°C 361.1 T°C 376.1 T°C 264.4 O2% 16.8 O2% 18 O2% 18.3 O2% 20 ppm CO 468 ppm CO 234 ppm CO 408 ppm CO 257 ppm NOx 34 ppm NOx 21 ppm NOx 19 ppm NOx 14
ppm SO2 165 ppm SO2 109 ppm SO2 12 ppm SO2 0 40 t 1:59 p.m t 2:04 p.m t 2:10 p.m t 2:16 p.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 243.9 T°C 328.3 T°C 333.3 T°C 209.4 O2% 17.3 O2% 14.7 O2% 19.2 O2% 20.9 ppm CO 903 ppm CO 2299 ppm CO 393 ppm CO 86 ppm NOx 35 ppm NOx 19 ppm NOx 5 ppm NOx 3
ppm SO2 91 ppm SO2 348 ppm SO2 20 ppm SO2 0 41 t 2:21 p.m t t t 2:24 p.m
h 1.0 m h h h 1.0 m T°C 176.7 T°C T°C T°C 211.1 O2% 19.9 O2% O2% O2% 20.4 ppm CO 80 ppm CO ppm CO ppm CO 125 ppm NOx 4 ppm NOx ppm NOx ppm NOx 4
ppm SO2 0 ppm SO2
ppm SO2
ppm SO2 0 42 t 2:31 p.m t 2:36 p.m t 2:41 p.m t 2:47 p.m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
T°C 250.6 T°C 312.8 T°C 349.4 T°C 210.0 O2% 18.9 O2% 19.1 O2% 19.5 O2% 20.6 ppm CO 183 ppm CO 248 ppm CO 323 ppm CO 105 ppm NOx 17 ppm NOx 17 ppm NOx 4 ppm NOx 2
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86
7 ppm SO2 98 ppm SO2 65 ppm SO2 20 ppm SO2 0
Fecha: 17 de Mayo de 2003 Hora Inicio: 12:52 p.m. Realizado por: Vanesa Trillos N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4
39 t 12:55 p.m t 1:01 p.m t 1:04 p.m t 1:12 p.m Frente de Llama h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
Cámara 6 T°C 380.6 T°C 460.6 T°C 462.8 T°C 371.1 O2% 16.6 O2% 16.6 O2% 19.3 O2% 18.5 ppm CO 257 ppm CO 1031 ppm CO 472 ppm CO 57 ppm NOx 41 ppm NOx 26 ppm NOx 24 ppm NOx 77
ppm SO2 46 ppm SO2 137 ppm SO2 6 ppm SO2 16 40 t t 1:16 p.m t 1:20 p.m t
h h 1.0 m h 1.0 m h T°C T°C 438.9 T°C 443.9 T°C O2% O2% 16.4 O2% 18.8 O2% ppm CO ppm CO 859 ppm CO 449 ppm CO ppm NOx ppm NOx 21 ppm NOx 27 ppm NOx
ppm SO2
ppm SO2 76 ppm SO2 33 ppm SO2
41 t 1:27 p.m t t t 1:32 p.m h 1.0 m h h h 1.0 m
T°C 278.3 T°C T°C T°C 330.0 O2% 20 O2% O2% O2% 16.7 ppm CO 77 ppm CO ppm CO ppm CO 94 ppm NOx 5 ppm NOx ppm NOx ppm NOx 112
ppm SO2 12 ppm SO2
ppm SO2
ppm SO2 54 42 t t 1:35 p.m t 1:40 p.m t h h 1.0 m h 1.0 m h
T°C T°C 412.2 T°C 470 T°C O2% O2% 17 O2% 18.9 O2% ppm CO ppm CO 1164 ppm CO 700 ppm CO ppm NOx ppm NOx 19 ppm NOx 17 ppm NOx
ppm SO2
ppm SO2 230 ppm SO2 47 ppm SO2
43 t 1:43 p.m t 1:47 p.m t 1:52 p.m t 1:57 p.m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
T°C 296.1 T°C 417.2 T°C 432.8 T°C 372.8 O2% 18.5 O2% 17.4 O2% 17.5 O2% 17.2 ppm CO 414 ppm CO 979 ppm CO 549 ppm CO 182 ppm NOx 19 ppm NOx 18 ppm NOx 37 ppm NOx 82
ppm SO2 37 ppm SO2 134 ppm SO2 38 ppm SO2 35
Fecha: 18 de Mayo de 2003 Hora Inicio: 2:22 p.m Realizado por: Vanesa Trillos N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4
36 t 2:26 p.m Frente de Llama h 1.0 m Cámara 8 T°C 633.3
O2% 18.8 ppm CO 1233 ppm NOx 46
ppm SO2 458 37 t 2:32 p.m
h 1.0 m
T°C 680.6
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O2% 18.8 ppm CO 2301 ppm NOx 65
ppm SO2 139
38 t 2:39 p.m h 1.0 m T°C 678.9 O2% 20 ppm CO 237 ppm NOx 7
ppm SO2 24 39 t 2:51 p.m
h 1.0 m T°C 637.2 O2% 19.5 ppm CO 289 ppm NOx 7
ppm SO2 7 40 t 3:00 p.m t 3:06 p.m
h 1.0 m h 1.0 m T°C 686.7 T°C 778.9 O2% 18.1 O2% 19.6 ppm CO 3 ppm CO 724 ppm NOx 25 ppm NOx 313
ppm SO2 38 ppm SO2 23 41 t 3:11 p.m t t t 3:20 p.m
h 1.0 m h h h 1.0 m T°C 705.0 T°C T°C T°C 698.3 O2% 18.2 O2% O2% O2% 18.7 ppm CO 237 ppm CO ppm CO ppm CO 284 ppm NOx 22 ppm NOx ppm NOx ppm NOx 14
6 ppm SO2 131 ppm SO2
ppm SO2
ppm SO2 23 42 t 3:31 p.m t 3:40 p.m h 1.0 m h 1.0 m
T°C 765.6 T°C 718.3 O2% 18.1 O2% 17.9 ppm CO 558 ppm CO 456 ppm NOx 37 ppm NOx 78
7 ppm SO2 62 ppm SO2 32
Fecha: 19 de Mayo de 2003 Hora Inicio: 9:58 a.m. Realizado por: Vanesa N° Línea Buitrón 1 Buitrón 2 Buitrón 3 Buitrón 4
36 t 10:02 a.m t 10:08 a.m. t 10:17 a.m t 10:22 a.m Frente de llama h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
T°C 538.3 T°C 536.7 T°C 534.4 T°C 515.0
Cámara 9 O2% 19.3 O2% 20 O2% 19.1 O2% 18.3 ppm CO 1058 ppm CO 827 ppm CO 668 ppm CO 334
ppm NOx 9 ppm NOx 25 ppm NOx 20 ppm NOx 26 ppm SO2 0 ppm SO2 7 ppm SO2 24 ppm SO2 56
37 t 10:28 a.m t 10:34 a.m t 10:40 a.m t 10:46 a.m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 540.0 T°C 548.9 T°C 532.2 T°C 497.2
O2% 19.6 O2% 19.9 O2% 19.4 O2% 18.6 ppm CO 919 ppm CO 670 ppm CO 536 ppm CO 512 ppm NOx 7 ppm NOx 7 ppm NOx 17 ppm NOx 26
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ppm SO2 24 ppm SO2 9 ppm SO2 24 ppm SO2 43 38 t 10:54 a.m t 11:00 a.m t 11:09 a.m t 11:15 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 556.1 T°C 562.2 T°C 541.1 T°C 525.6 O2% 19.5 O2% 19.7 O2% 19.6 O2% 19.1 ppm CO 876 ppm CO 504 ppm CO 424 ppm CO 688 ppm NOx 7 ppm NOx 7 ppm NOx 5 ppm NOx 16
ppm SO2 37 ppm SO2 9 ppm SO2 14 ppm SO2 41 39 t 11:19 a.m t 11:23 a.m t 11:28 a.m t 11:31 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 551.1 T°C 568.3 T°C 545.6 T°C 525.0 O2% 19.6 O2% 19.6 O2% 19.7 O2% 19.1 ppm CO 786 ppm CO 513 ppm CO 516 ppm CO 593 ppm NOx 13 ppm NOx 4 ppm NOx 4 ppm NOx 20
ppm SO2 32 ppm SO2 20 ppm SO2 18 ppm SO2 39 40 t 11:35 a.m t 11:42 a.m t 11:46 a.m t 11:54 a.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 570.6 T°C 583.9 T°C 552.2 T°C 527.8 O2% 19.6 O2% 19.5 O2% 19.5 O2% 19.5 ppm CO 786 ppm CO 747 ppm CO 403 ppm CO 633 ppm NOx 14 ppm NOx 17 ppm NOx 15 ppm NOx 16
ppm SO2 32 ppm SO2 34 ppm SO2 16 ppm SO2 32 41 t 12:03 p.m t t t 12:06 p.m
h 1.0 m h h h 1.0 m T°C 576.1 T°C T°C T°C 523.9 O2% 19.4 O2% O2% O2% 19.7 ppm CO 888 ppm CO ppm CO ppm CO 765 ppm NOx 19 ppm NOx ppm NOx ppm NOx 10
ppm SO2 32 ppm SO2
ppm SO2
ppm SO2 33 42 25 26 27 28
t 12:14 p.m t 12:17 p.m t 12:21 p.m t 12:25 p.m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m
T°C 590 T°C 600 T°C 572.2 T°C 536.1 O2% 19.3 O2% 19.3 O2% 19.6 O2% 19.5 ppm CO 859 ppm CO 250 ppm CO 1052 ppm CO 457 ppm NOx 20 ppm NOx 19 ppm NOx 22 ppm NOx 13
ppm SO2 33 ppm SO2 17 ppm SO2 36 ppm SO2 33 43 t 12:31 p.m t 12:38 p.m t 12:49 p.m t 12:52 p.m
h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m h 1.0 m T°C 595 T°C 615.6 T°C 588.3 T°C 552.8 O2% 19.1 O2% 19.0 O2% 19.9 O2% 19.9 ppm CO 761 ppm CO 28 ppm CO 601 ppm CO 743
ppm NOx 23 ppm NOx 31 ppm NOx 14 ppm NOx 4
ppm SO2 35 ppm SO2 50 ppm SO2 11 ppm SO2 13
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ANEXO B
ANALISIS DEL CARBÓN, RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES Y CENIZAS
B.1. ANALISIS DE CARBON UTILIZADO EN EL HORNO
Análisis Próximo Carbón Horno Hoffmann Ladrillera Los Quiroga
% Base Seca Método ASTM Cenizas 8.07 D31747 Material Volátil 35.41 D31757 Carbono Fijo (Por diferencia) 56.52 D31727 Poder Calorífico 7899.0 Kcal/Kg D20157
Análisis Elemental Carbón Horno Hoffmann Ladrillera Los Quiroga
% Base Seca Método ASTM C 73.73 8 H 5.73 8 N 0.68 Por Diferencia O 10.23 Por diagrama de Seyler S 1.56 8 y D31779 Cenizas 8.07 D31747 Total 100.00 Humedad 1.17 D31739
B.2. COMPOSICION DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES B.2.1. Investigaciones Previas De la información presentada por Tchobanoglous et al. (1993) se tiene que:
7 Realizados Por: TinterLabco Ltda.. Marzo 20 de 2001 8 Realizados Por: Medardo Palencia; Laboratorio de Investigación en Combustibles, Universidad Nacional, Junio 9 de 2003 9 Realizados Por: Vanesa Trillos; Laboratorio de Química Básica, UNIANDES, 22 de Mayo de 2003. Colaboración de Adriana Solano Flores.
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Análisis Próximo Para RSM Base Húmeda
Componente Principal RSM Humedad Volátiles Carbón fijo Cenizas
Mezcla Comida 70 21.4 3.6 5
Mezcla de Papel 10.2 75.9 8.4 5.4
Mezcla de Plásticos 0.2 95.8 2 2
Desechos de jardinería 54.2 30 9.5 6.3
RDF-1 21 52 7 20
Análisis Elemental para RSM Base Seca
RDF-1 RDF-3 RSM
(alimentos) RSM (Papel) RSM (Plástico) Desechos de
Jardinería RDF-3
C 44.7 39.7 71.0 43.4 60.0 46.0 39.7 H 6.3 5.78 10.5 5.8 7.2 6.0 5.78 O 38.4 27.24 13.0 44.3 22.8 38.0 27.24 N 0.7 0.80 0.4 0.3 .- 3.4 0.80 S <0.1 0.35 0.1 0.2 .- 0.3 0.35
Cenizas 9.9 26.13 5.0 6.0 10.0 6.3 26.13 Total 100.0 100 100 100 100.0 100.0 100
Humedad 21.0 4.04 70.0 10.2 0.2 54.2 4.04 Cl% 0.25 0.30 0.00 0.05 0.60 0.05 0.30
B.2.2. Reporte De Análisis Hechos Sobre Los RSM Ingresados Al Horno
Análisis de C, H, S, Cenizas y Humedad para muestra de RSM del municipio de Tabio, Cundinamarca
% Base Seca Método ASTM C 26.67 8 H 3.05 8 S 0.06 8 y E7759 Cenizas 6.36 D31749 N + O + Impurezas 63.86 Por diferencia Humedad 68.93 D31739
B.3. ANÁLISIS DE CENIZAS Inquemados: 31.54% Base seca (ASTM D3174)3 S: 0.36% Base seca (ASTM 3177)3
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ANEXO C
MUESTRA DE CALCULOS
C.1. BALANCE DE MATERIALES PARA EL PROCESO ACTUAL
Para este caso el volumen de control se fijo sobre la longitud total del horno y se incluyo la
operación del horno en las primera 24 horas de arranque.
C.1.1. Balance General
Base de Cálculo: 1 Hornada à 8 días
∑ ∑= salidasentradas
Entradas Salidas D = Material de Arcilla cargado seco (Kg) D1= Obra Cocida (Kg) HD = Agua en el Material de arcilla cargado (Kg) D2 = Rechazo (Kg) X = Carbón seco (Kg) Z = Residuos (cenizas) (Kg) HX = Agua en el carbón (Kg) Y = Gases de salida secos (Kg) A = Aire (Kg) HY = Agua en los gases de salida (Kg)
HXDDZYHYHDDAX ++++=++++ 21)(
La masa de aire se calcula por diferencia tal que:
))(()21( HYHDDXHXDDZYA +++−++++=
De los Anexos A y B, se tiene que:
Entradas:
Material de Arcilla Cargado Húmedo: 382568.0 Kg
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Humedad: 17.647%
D = KgKg 0.315056)17647.01(*0.382568 =−
HD = KgKg 0.67512)17647.0(*0.382568 =
Consumo de Carbón: 16100.0 Kg
Humedad: 1.17%
X = KgKg 0.15912)0117.01(*0.16100 =−
HX = KgKg 0.188)0117.0(*0.16100 =
Salidas:
D1 = Kg0.273230
D2 = Kg0.41826
Z = Kg0.2175
Flujo volumétrico Gases de salida: 1.92 m3/s
Composición del gas (Anexo A.6)
Gas % Molar Base Húmeda PM
CO2 2.23% 44
CO 0.00% 28
O2 16.52% 32
N2 70.56% 28
H2O 10.68% 18
P.M. Promedio 27.95 Kg/Kmol
Asumiendo que los gases se encuentran a presión atmosférica, y teniendo en cuenta la
temperatura de los gases en la chimenea se tiene que:
( ) ( )molm
PaKKmolPam
Volúmen salidadegasmol /77.385.74660
15.347**/0.8314 33
==
Por lo tanto,
sKgmol
Kgm
molsm
másicoFlujo salidadegas /384.11
37.28*
77.381
*92.1
3
3
==
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Total gases de salida: hornadaKghora
sdíahoras
hornadadías
sKg
/0.95675313600
*1
24*
18
*384.1
=
Y = ( ) KgKg 0.5.8909280688.01*0.956753 =−
HY = ( ) KgKg 6.658240688.0*0.956753 =
Cálculo de Aire a partir del Balance general:
( )Kg
Aire3.875316)0.1880.67512
3150560.15912()0.6.658240.418260.273230(0.217550.890928=+
++−++++=
C.1.2. Verificación del balance por combustión
Base de Cálculo: 1 Hornada à 8 días
Entradas:
Componente Fracción Másica
Masa (Kg)
Carbón X =15691.0 C 73.73% 11569.0 H 0.68% 106.7 N 5.73% 899.1 S 1.57% 246.3 O 10.23% 1605.2 Cenizas (en el carbón)
8.07% 1266.3
Aire A = 8753163 O2 23.3% 203957.2 N2 76.7% 156433.2
HORNO
Carbón X (315056Kg)
Aire A (875316.3Kg)
Gases de Chimenea P (890928.5 Kg)
Agua W (65824.6 Kg)
%w.C 73.73H 05.73O 10.23N 00.68S 01.56Ceniza 08.07 100.00
CO2 2.50%CO 0.00% N 79.00% O2 18.50% SO2 1.757Kg/h
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Salidas: Para los Gases de Combustión: Gases de combustión
% Molar PM Fracción Másica
% másico C % másico O
% másico N % másico S
CO2 2.50% 44 3.8% 1.030% 0.0275 0.000% 0.000% CO 0.00% 28 0.0% 0.0% 0.0000 0.000% 0.000% O2 18.50% 32 20.3% 0.0% 0.2032 0.000% 0.000% N2 79.00% 28 75.9% 0.0% 0.0000 75.909% 0.000% SO2 0% 64 0.035% 0.0% 0.0002 0.000% 0.018% 100.00% 100.04% 1.030% 0.2308 75.909% 0.018%
Por lo tanto,
Componente Fracción Másica
Masa (Kg)
Gases de combustión
890928.5
C 1.030% 9172.2 O 23.079% 205614.8 N 75.909% 676298.5 S 0.018% 157.1 Cenizas de la quema
2175.0
%Inquemados (tomados como C)
31.54% 686.0
S 0.36% 7.8
Balances de Elementos:
Elemento Entrada Total Salida Total Diferencia %Error C 11569.0 9858.2 1710.8 14.8% N 671530.8 676298.5 -4767.7 -0.7% O 203957.0 205614.8 -0.3 0.0% S 246.3 164.9 81.5 33.1%
Balance De Agua: Por un lado tenemos que:
combustiónarcillacarbónsalidadegases OHOHOHOH 2222 )( =+−
Por otro lado se sabe que: OHOH 222 2/1 →+ Por lo tanto, si tenemos en el carbón 449.55 moles de H2, en teoría se deben obtener 8091.8 Kg
de Agua, pero:
KgKgKgKg 4.18720.1850.676976.65824 −=−−
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Error Teórico en el Balance: %7.18100*)8.80910.67697(
)6.65824()8.80910.67697(=
+−+
C.1.3. Exceso de Aire
22 COOC →+ OHOH 222 2/1 →+
22 SOOS →+
Oxígeno Requerido:
22 1.964
11
*12
1*0.11569 OKgmol
CKgmolOKgmol
CKgCKgmol
CKg =
222 5.449
15.0
*21
*1
1*1.899 OKgmol
CKgmolOKgmol
HKgmolKgmolH
HKgKgmolH
HKg =
22 69.7
11
*32
1*3.246 OKgmol
SKgmolOKgmol
SKgSKgmol
SKg =
Total: 1196.5 Kgmol Oxígeno que entra:
22
22 7.6373
321
*2.203957 OKgmolOKgOKgmol
OKg =
% Aire en exceso = %433100*2
22 =−
requeridoOrequeridoOentraqueO
En el cálculo se desprecio la reacción con el nitrógeno y el oxígeno en el combustible.
C.2. BALANCE DE ENERGÍA
hornocalentarambienteairedeexcesoOHevaporarycalentararcillacoccióncarbón QPerdidasQQQQ ++++=2
C.2.1. Calor Suministrado Por el Combustible
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KcalKg
KcalCarbónKgQcarbón 8.943210´123
7899*0.15691 ==
C.2.2. Calor necesario para la cocción de la arcilla seca
βαλ →− +−= *)(** secsec aarcillaambiententocalentamiepromedioTTaarcillaarcilla MTTCpMQntocalentamiepromedioambiente
De lncropera (1999) 10: Cp arcilla à 880.0 J/Kg*K (300K), 960.0 J/Kg*K (1478 K)
Cp a T promedio à 909.636 J/Kg*K (736.4 K) = 0.217 Kcal/Kg*K
La reacción de la arcilla es exotérmica liberándose 1900.0 J/Kg11 à l= - 0.4538 Kcal/Kg
[ ]
−−
=
KgKcal
KgKKg
KcalKgQ
4538.0*3150565.20655*
*217.0
*315056
Calor para la cocción = 39´837634.0 Kcal
Carbón equivalente requerido = KgKgKcal
Kcal4.5043
/7899 39´837634
=
C.2.3. Calor necesario para calentar y evaporar el Agua que entra
ónvaporizaciaguaTotalaguaTotalagua MCCpMQagua
λ*)5.200.92(** +°−=
l = 545.3 Kcal/Kg12
Cp = 1 Kcal/Kg
Masa total de agua = Agua arcilla +Agua Carbón = 67697.0 Kg
Calor = 41´757539.6 Kcal
Carbón equivalente requerido = KgKgKcalKcal
4.5286/7899
641´757539.=
C.2.4. Calor necesario para calentar el exceso de aire
10Ref, p. 837 11 De la reacción de: 3Al4 O6 •Si3 O6(s) à (Al2 O3 )6 (SiO2 )4(s) + 5SiO2(s) + 1900.0 kJ/Kg de arcilla 12 SONNTAG et. al. Fundamentals of Thermodynamics; 5th Edition; John Wiley & Sons; T.B.1.1. p.665, 1998
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97
promedioaireexcesoenaireaireexceso TCpMolesQ ∆= **
Para calcular el calor consumido para calentar el exceso de aire se tiene que determinar el cambio
de temperatura promedio siguiendo la curva de operación.
Tiempo ? t Fracción de t ?T/?t ? T 0 Caldeo 25 25 0.154 2.202 55.062 Precalentamiento 50 25 0.154 8.438 210.95 Calentamiento 66 16 0.099 16.988 271.80 Cocción 69.5 3.5 0.022 69.671 243.85 Enfriamiento 162 92.5 0.571 -7.118 -658.37
?T Promedio 73.16
Suponiendo que todo el aire que entra puede ser aire en exceso:
Moles de Aire en exceso = Moles de aire que entran – Moles para combustión teórica
Moles de Aire en exceso = 30191 Kmoles – 5697 Kmoles = 24494 Kmoles
Cp medio del aire13: Temperatura media 800.0 K à 1.099 KJ/Kg*K à 7.6 Kcal/Kmol*°C
CCKgmol
KcalKmolQ °
°= 16.73*
6.7*24494
Q = 13´619286.0 kcal
Carbón equivalente requerido = KgKgKcal
Kcal18.1724
/7899 0.619286´13
=
C.2.5. Perdidas y Calores no calculados
)(2 airedeexcesoOHevaporarycalentararcillacoccióncarbónhornocalentarambiente QQQQQPerdidas ++−=+
13 Incropera p. 839
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98
[ ]KcalQyPerdidas calculadosno ) 0.6192863́1 641´757539. 039´837634.(8.943210´123 ++−=∑
KcalQyPerdidas calculadosno 332´194367.=∑
Carbón equivalente requerido = KgKgKcal
Kcal75.4075
/7899 194367´23
=
C.3. ESTIMACION DE TIEMPOS DE RESIDENCIA PARA GASES EN EL HORNO
C.3.1. Flujo Volumétrico de los gases en la galería
Se asumió que el flujo másico en la chimenea es igual al flujo másico dentro de la galería y no hay
caídas de presión.
2211 ** QQm ρρ ==&
22 ρ
mQ &=
donde,
Flujo Volumétrico del gas en chimenea:
A.1.6 Q1 1.92 m3/s
Temperatura de Chimenea: A.1.6 T1 348.15 K Presión atmosférica En Tabio P 74648.0 Pa
Densidad promedio del gas (ideal) en chimenea. 1
11 *
4.221*
3.1011000/*15.237 PMP
TK=ρ r1 0.73233446 kg/m3
Peso Molecular Promedio del gas: ∑=
5
1 *i
yi iPMyPM PM1 28.373568 kg/mol
Constante de los gases Ideales:
R 8314 m3*Pa/mol*K
%CO2 A.1.6 y1 .023 %CO A.1.6 y2 0 %O2 A.1.6 y3 .172 %N2 A.1.6 y4 0.735648 Humedad (%) A.1.6 y5 0.0688
Flujo másico: 1
1
Qm ρ=&
m 1.4060821 kg/s
Nota composición del gas: B.C. 1 m3gas húmedo (0.9312 m3gas seco + 0.0688 m3agua)
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99
Temperatura del Horno: A.1.9 T2 984.45 K
Peso Molecular Promedio del gas: ∑=
7
2 *i
yi iPMzPM PM2 28.4982434 kg/mol
Densidad Promedio del gas a T2 (ideal): 2
212 *
4.221*
3.1011000/*15.237 PMP
TK=ρ r2 0.259984698 kg/m3
%CO2 A.1.9 z1 .02
%CO A.1.9 z2 .006
%O2 A.1.9 z3 .173 %NOx (Como NO2) A.1.9 z4 .001
%SO2 A.1.9 z5 .001
%N2 A.1.9 z6 .731 Humedad (%) A.1.9 z7 .069
Flujo Volumétrico del gas la galería
22 ρ
mQ &= Q2 5.4083266 m3/seg
Siguiendo este procedimiento el flujo volumétrico de los gases se calculó para distintas
temperaturas dentro del horno utilizando la misma composición promedio.
C.3.2. Volumen de la cámara de Combustión
Para poder considerar volúmenes de cámara de combustión a temperatura constante, a partir del
perfil de temperatura de los gases en la cámara de evaluación se determinó calcular el tiempo de
residencia para dos volúmenes: Por cámara (=5 líneas) y por Línea (= 2 dagas macizas y 1 daga de
buitrones).
Volumen Ocupado por un Bloque Figura 2.5. Vb 0.00774 m3
N° de Bloque daga maciza Figura 2.4. Bm 266
N° de Bloque daga de buitrones Figura 2.4. Bd 218
Área rectangular galería mmAr 47.1*4.3= Ar 4.998 m2
Área bóveda 32.0*)93.1(* mAb π= Ab 3.745 m2
Longitud Línea A.4. LL 0.98 m
Volumen Línea sin bloque lbrL LAAV *)(sin += VLsin 8.568 m3
Volumen Bloques en Línea ))2*((* bmbLB BBVV += VLB 5.805 m3
Volumen Línea LBLNL VVV −= sin VNL 2.763 m3
Volumen Cámara NLcamara VV *5= Vcámara 13.814 m3
Volumen Media Galería V ½ = V cámara*6 V ½ 82.885 m3
Volumen Galería Completa V 165.77 m3
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100
C.3.3. Tiempo de Residencia
iCTresidencia oVolumétricFlujo
CombustiónCámaraVolument
°
=
( ) KTaK
residencia ssm
mt 45.984
45.9843
3
5109.0/4083.5
763.2===
C.4. ENERGÍA SUMINISTRADA AL PROCESO POR LA INCINERACIÓN DE RSM
De las reacciones básicas de combustión se tiene que:
KmolKcalCOOC /9405222 +→+
KmolKcalOHOH /683172/1 222 +→+
KmolKcalSOOS /700022 +→+ Por los análisis sobre los residuos secos (Anexo B.2.2.) y asumiendo combustión completa: C = 26.67%w, H = 3.05%w, S = 0.06%w, O, N y Cenizas = 70.22%
residuoresiduo
KgKcalKmolC
KcalCKgCKmol
KgCKg
/3057.20901
94052*
121
*12667.0
=
residuoresiduo
KgKcalKmolH
KcalHKgHKmol
KgHKg
/83425.1041168317
*2
1*
10305.0
2
2 =
residuoresiduo
KgKcalKmolS
KcalSKgSKmol
KgSKg
/13125.01
0.7000*
321
*10006.0
=
Poder calorífico teórico: residuoKgKcal /2712.313213125.083425.10413057.2090 =++
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101
La humedad de los residuos ingresados: 68.93%w Masa de residuos ingresados: 9106 Kg Masa agua RSM = KgKg 8.62766893.0*0.9106 =
[ ]óvaporizaciaguaaguaaguaRSMosRSMRSMRSMteórico MCpMMPCQ λ*)5.200.92(*** sec +−−=
Calor calentamiento agua = KcalCKg
KcalKg 8.448788)5.2092(*
1*8.6276 =−
°
Calor evaporación = KcalKg
KcalKg 4.422720´3
3.545*8.6276 =
Calor combustión = KcalKg
KcalKgKg 8.8619288́
2712.3132*)8.62760.9106( =−
KcalKcalKcalKcalQ ónincineraci 657.9904194́8.4487884.4227203́8.861928´8 =−−=
Carbón equivalente por 9106 Kg RSM = KgKgKcalKcal
8.631/7899
657.9904194́=
Aporte energético = 548.04 Kcal/Kg RSM
Relación de Sustitución carbón/RSM = 0.0694Kg/Kg RSM
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102
ANEXO D
FOTOGRAFIAS
Fotografía D.1. Fachada Frontal del Horno Ladrillera los Quiroga (Extremo Izquierdo desde la entrada) con material de Rechazo
Fotografía D.2. Fachada Frontal del Horno Ladrillera los Quiroga (Centro) con material de Rechazo
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103
Fotografía D.3. Fachada Frontal del Horno Ladrillera los Quiroga (Extremo derecho) con material para venta
Fotografía D.4. Segunda Galería en Construcción (Se observa la forma de bóveda de la galería y la configuración de los buitrones)
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104
Fotografía D.5. Acceso por el techo a la primera Galería (Tomada desde uno de los buitrones descubiertos de la segunda galería)
Fotografía D.6. Válvula cónica
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105
Fotografía D.7. Conexión del Ventilador a la Chimenea. Detrás del ventilador se observa la extrusora de vació para le moldeo de las piezas
Fotografía D.8. Acceso de Aire para el arranque del horno
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106
Fotografía D.9. Interior de la galería. En el techo se observan las perforaciones para la alimentación del carbón.
Fotografía D.10. Cámara siendo descargada
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107
Fotografía D.11. Analizador de Gases BACHARACH modelo CA300NSX
Fotografía D.12. Sonda del Analizador de Gases en uno de los buitrones exteriores
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108
Fotografía D.13. Termocupla conectada al termómetro digital ubicada en el buitrón
Fotografía D.14. Termocupla de 2.2 metros después del primer seguimiento
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109
ANEXO E
PLANOS DETALLADOS HORNO
LADRILLERA LOS QUIROGA
45
23
1
2322
2120
1210
89
67
11
1519
1817
1614
13
Cám
ara
2
Cám
ara
1
Zona
de
Aná
lisis
13
26
54
109
87
2019
1817
1615
1413
1211
3540
3938
3736
3029
2827
3433
3231
2123
2226
2524
5560
5958
5756
5049
4847
5453
5251
4143
4246
4544
6162
6364
65
43
12
109
57
86
1112
1112
137
89
104
56
23
124
2526
2728
2223
2116
1718
1920
1415
4233
4134
3637
3839
4035
3132
2930
5152
5354
4445
4643
4748
4950
6063
6261
5657
5859
5565
64
2322
2120
1918
1716
1514
13
01-0
7-20
03
Cla
udia
Mar
cela
Tril
los
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te:
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ater
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/150
7
1.5 2 3.5
2
4.5
1.1
2.1
1.1
1.5
3.2
1.1
41.
1
0.9
8.1
1.1
1.5
3.4
1.1
4.4
1.1
1.4
3.3
1.1
4.2
1.1
1.6
3.2
1.1
4.9
1.1
1.4
3.4
1.1
41.
62.
8
0.40
.90.
91
0.213
Co
rte
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Vál
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.1/3
0
0.7
0.5
0.8 2.
6
3.5
1
0.3
2.8
3.4
0.5
6.3
0.8
1.7
3.4
0.5
R1.
91.8
0.8
1.1
0.5
R=
0.25
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Tabi
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nam
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