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ESTUDIO DE LOS GRADIENTES TRANSVERSALES DE TEMPERATURA EN UN HORNO MONOESTRATO EN DIFERENTES CONDICIONES DE OPERACI~N Moreno, A. (*); Mallol, G. (*); Llorens, D. (*); Enrique, J.E. (*); Ferrer, C. (**); Portolés, J. (**) (*) Instituto de Tecnología Cerámica (ITC) Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas (AICE) Universitat Jaume 1. Castellón. EspaÍía. (**) Taulell, S.A. RESUMEN En el presente trabajo se ha utilizado un dispositivo de medida, desarrollado por el ITC, que permite medir la distribución transversal de temperatura en la zona inferior al plano de rodillos en varias zonas del horno. Mediante éste dispositivo se miden temperaturas mucho más cercanas a la temperatura real de la pieza que las medidas con el método tradicional (termopares), comparándose ambas en este trabajo y estableciéndose un ciclo de cocción de las piezas mucho más cercano a la realidad que el actual. En este estudio se presentan y comentaii los perfiles transversales de temperatura en distintos puntos del horno y se analiza la incidencia del número de quemadores encendidos, el caudal del aire de combustión y la presión estática de los gases en el seno del horno sobre los gradientes transversales de temperatura. De entre las distintas etapas del proceso de fabricación de baldosas de pavimento y revestimiento cerámico, una de las más importantes es la etapa de cocción, ya que durante la misma se producen tanto en el esmalte como en el soporte, las transformaciones físico- químicas que dotan al producto final de sus propiedades definitivas. Por ello, dado que la calidad de las piezas queda irreversiblemente definida tras la etapa de cocción, es ésta la última fase del proceso en la que pueden corregirse defectos ocasionados en etapas anteriores. Actualmente, la cocción de baldosas cerámicas se desarrolla mediante los procesos de monococción y bicocción rápida, empleáridose liornos monoestrato de rodillos en ambos casos. El aporte de calor que se realiza sobre las baldosas durante la cocción se manifiesta en el incremento de su temperatura. Si el flujo de calor es uniforme, las características

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ESTUDIO DE LOS GRADIENTES TRANSVERSALES DE TEMPERATURA EN UN HORNO MONOESTRATO

EN DIFERENTES CONDICIONES DE OPERACI~N

Moreno, A. (*); Mallol, G. (*); Llorens, D. (*); Enrique, J.E. (*); Ferrer, C. (**); Portolés, J. (**)

( * ) Instituto de Tecnología Cerámica (ITC) Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas (AICE)

Universitat Jaume 1. Castellón. EspaÍía. ( * * ) Taulell, S.A.

RESUMEN

En el presente trabajo se ha utilizado un dispositivo de medida, desarrollado por el ITC, que permite medir la distribución transversal de temperatura en la zona inferior al plano de rodillos en varias zonas del horno. Mediante éste dispositivo se miden temperaturas mucho más cercanas a la temperatura real de la pieza que las medidas con el método tradicional (termopares), comparándose ambas en este trabajo y estableciéndose un ciclo de cocción de las piezas mucho más cercano a la realidad que el actual.

En este estudio se presentan y comentaii los perfiles transversales de temperatura en distintos puntos del horno y se analiza la incidencia del número de quemadores encendidos, el caudal del aire de combustión y la presión estática de los gases en el seno del horno sobre los gradientes transversales de temperatura.

De entre las distintas etapas del proceso de fabricación de baldosas de pavimento y revestimiento cerámico, una de las más importantes es la etapa de cocción, ya que durante la misma se producen tanto en el esmalte como en el soporte, las transformaciones físico- químicas que dotan al producto final de sus propiedades definitivas.

Por ello, dado que la calidad de las piezas queda irreversiblemente definida tras la etapa de cocción, es ésta la última fase del proceso en la que pueden corregirse defectos ocasionados en etapas anteriores.

Actualmente, la cocción de baldosas cerámicas se desarrolla mediante los procesos de monococción y bicocción rápida, empleáridose liornos monoestrato de rodillos en ambos casos. El aporte de calor que se realiza sobre las baldosas durante la cocción se manifiesta en el incremento de su temperatura. Si el flujo de calor es uniforme, las características

estéticas y técnicas de las piezas finales también lo serán y su calidad aumentará, por lo que es deseable que, el aporte de calor a las baldosas, y por tanto su temperatura, sea uniforme en cada sección transversal del horno.

Los actuales sistemas de medida de la temperatura en hornos monoestrato no aportan información suficiente acerca de las diferencias transversales de temperatura en el seno de la cámara de cocción, puesto que sólo miden en un único punto de las secciones en que se hallan ubicados.

En el Instituto de Tecnología Cerámica (ITC) se ha desarrollado y patentado un dispositivo y una técnica de medida que permite determinar las diferencias transversales de temperatura en cualquier sección de un horno monoestrato de rodillos [l]. Mediante este sistema puede determinarse la incidencia de las condiciones de operación del horno monoestrato, sobre las diferencias transversales de temperatura.

El presente trabajo se ha desarrollado en varios de los hornos monoestrato de rodillos que la empresa TAULELL, S.A. tiene, en su planta de fabricación de baldosas de pavimento y revestimiento por monococción, y es fruto de la colaboración entre los técnicos de la citada empresa y los del Instituto de Tecnología Cerámica.

2 OBJETIVOS

Los objetivos de este trabajo pueden resumirse en los dos siguientes:

- analizar la información que se puede obtener al determinar los gradientes transversales de temperatura e11 distintos puntos de un horno monoestrato de rodillos;

- estudiar la influencia de distintas condiciones de operación del horno sobre los perfiles transversales de temperatura.

3 DISPOSITIVO DE MEDIDA

Las características del dispositivo de medida empleado en el presente estudio han sido detalladas en trabajos anteriores [Z] por lo que en el presente trabajo sólo se realizará una breve descripción del mismo.

El sistema consiste en un rodillo rnetálico, de diámetro ligeramente inferior a los utilizados en el horno monoestrato en donde se desee realizar las medidas, en cuyo interior se instalan varios termopares. El núniero de termopares y su tipo depende exclusivamente de la información que se pretenda obtener y del intervalo de temperaturas de trabajo.

La sustitución de un rodillo cualquiera del horno por éste provisto de los termopares, permite determinar la distribución transversal de temperaturas en cualquier sección del horno. Debido a la proximidad de la parte activa de los termopares a la superficie inferior de la pieza, la temperatura determinada mediante este dispositivo está mucho más cercana a la temperatura real de la pieza que la medida por el termopar del horno. Por ello, y por simplicidad en la exposición, al valor medio de las temperaturas medidas por el rodillo

sensorizado en los distintos puntos del horno se le llama en adelante temperatura media de las piezas (Tpieza).

Los resultados obtenidos de carácter general, así como la metodología empleada en el presente trabajo, son aplicables a otros hornos monoestrato. No obstante, la elevada influencia que las peculiaridades constructivas y de operación de los distintos hornos ejercen sobre las diferencias transversales de temperatura hacen que, algunos de los resultados obtenidos en éste estudio, no sean directamente extrapolables a todos los hornos monoestrato.

4 DETERMINACI~N DE LAS DIFERENCIAS TRANSVERSALES DE TEMPERATURA EN DISTINTAS ZONAS DEL HORNO

Utilizando el rodillo sensorizado se ha determinado la distribución transversal de temperaturas en distintas zonas del horno en las condiciones habituales de funcionamiento del mismo. Para ello se ha situado justamente en aquellos puntos que se encuentran encima de los termopares inferiores de control de la curva de temperaturas del horno. En el momento de realización de las medidas en el horno se estaban cociendo piezas de revestimiento.

Tras situar el rodillo en el punto de medida se ha ido midiendo, en tiempo real, la evolución de la temperatura en cada uno de los termopares del mismo. Inicialmente la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar finalmente un valor estable. Para obtener la distribución de temperaturas en una determinada sección del horno se ha calculado la media de las temperaturas medidas por cada termopar al alcanzarse la situación de temperatura estabilizada descrita anteriormente.

En la Tabla 1 se recogen los valores de las temperatura medidas por cada termopar del rodillo sensorizado en las distintas zonas en que se ha situado. En la misma se han anotado también las diferencias máximas de temperatura en cada zona (ATm,,), la temperatura media de las piezas (TPiez,), la temperatura medida por el termopar inferior del horno situado en cada una de las zonas (Thorno) y la diferencia entre éstas dos últimas medidas (AT).

Tabla 1. Temperaturas (OC) medidas en distintas secciones del horno.

(*) Distancia de los termopares a la pared del horno

4.1 DIFERENCIAS ENTRE LA TEMPERATURA MEDIDA POR LOS TERMOPARES DEL HORNO (THORNO) Y LA MEDIA DE LAS PIEZAS (TPIEZA).

En la Figura 1 se han representado los valores de la temperatura registrada por los termopares del horno situados en la parte inferior al plano de rodillos (Thomo), la temperatura media de las piezas (Tpieza) y la diferencia entre ambas, para diferentes zonas transversales del horno (AT).

En la misma se aprecia cómo, en la zona de precalentarniento, la temperatura media de las piezas es menor que la temperatura ambiente. Esta diferencia va disminuyendo a medida que se avanza hacia la zona de cocción, siendo prácticamente nula en la zona de máxima temperatura. Tras ésta zona, la pieza se encuentra a una temperatura más alta que el ambiente, dado que la curva programada de temperaturas desciende.

La diferencia de temperaturas entre la pieza y el ambiente está asociada a la inercia térmica de las piezas al ser calentadas y enfriadas a elevada velocidad. En la Figura 1 se aprecia que cuando la velocidad de calentamiento es baja o nula (zona de máxima temperatura), la diferencia de temperaturas entre la pieza j r el ambiente disminuye.

Figura 1. Diferencia entre la temperatura mediu de las piezas y lu medida por los termopares de la parte inferior del horno.

4.2 DISTRIBUCI~N TRANSVERSAL DE TEMPERATURAS EN LA ZONA DE PRECALENTAMIENTO

En la Figura 2 se han representado los perfiles transversales de temperatura correspondientes a varias secciones de la zona de precalentamiento del horno estudiado, de acuerdo con los valores reflejados en la l'abla 1.

En la misma se aprecia que la distribución de la temperatura en una determinada sección del horno no es homog6nea. Las diferencias máxiinas en cada sección, que son

grandes a baja temperatura (35°C a 19 m de la entrada del horno), se van atenuando a medida que aumenta la misma.

Los perfiles de temperatura presentan, además, zonas cóncavas, que coinciden con la posición de las piezas. En ésta zona, la temperatura ambiente es mayor que la de la pieza y el calentamiento de éstas se produce desde los bordes hacia el centro. Por lo tanto, en la zona de precalentamiento, el centro de las piezas está más frío que los bordes.

Distancia a la entrada (m) -0- 19 + 23 4- 25 + 27

Figura 2 Pediles transversales de temperatura medidos en la zona de precalentamiento.

4.3 DISTRIBUCIÓN TRANSVERSAL DE TEMPERATURAS EN LA ZONA DE COCCIÓN

En la Figura 3 se han representado los perfiles transversales de temperatura medidos en la zona de cocción. En la misma se aprecia que la forma de dichos perfiles no es la misma en toda la zona de cocción. Al inicio de ésta (31 a 41 m), la temperatura de las zonas cercanas a las paredes y la de los huecos entre piezas es menor, disminuyendo las diferencias a medida que la pieza se acerca a la temperatura máxima. El primero de éstos hechos, contrario al que ocurría en la zona de precalentamiento, se debe probablemente al aumento de las pérdidas por paredes que se producen en esta zona, a causa fundamentalmente de su elevada temperatura.

En las últimas zonas de cocción (43 a 45 m), el descenso de la temperatura (Figura 1) provoca una distribución de temperaturas en las piezas según la cual la de los extremos es ligeramente mayor que la del centro. Esta situación permite la corrección de defectos periféricos de planitud en las piezas, puesto que crea una diferencia de temperatura importante entre los extremos y el centro de las mismas en zonas de alta temperatura, en las que la pieza puede experimentar cambios dimensionales.

1 O00 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

L (cm) Distancia a la entrada (m) -o- 3 1 + 33 -+ 41 + 43 -b 45

Figura 3 Pe$les transversales de temperatura medidos en la zona de cocción.

4.4 ANÁLISIS DE LOS CICLOS DE COCCIÓN REALES DE LAS PIEZAS SEGÚN LA POSICIÓN QUE OCUPAN EN EL HORNO.

Al conocerse las distribuciones transversales de temperaturas en las distintas secciones del horno, pueden establecerse los ciclos reales de cocción que sufren las piezas en función de su posición en la fila. Así, con los datos de la Tabla 1 en la Figura 4 se han representado los ciclos térmicos a que están sometidos el lado más cercano a la pared de la pieza que se cuece por la zona izquierda del horno (Ti,,), el lado más cercano a la pared de la pieza que se cuece por la zona derecha del horno (Tder) y la zona central de la pieza que se cuece por el centro del horno (T,,,,,). En la parte inferior de la misma figura se han representado las diferencias de temperatura entre las piezas de los extremos (zonas más próximas a la pared) y la pieza central (zona del centro).

Puede apreciarse cómo los ciclos térmicos que sufren cada una de éstas zonas de las piezas son distintos. Mientras que en las primeras zonas del precalentamiento (17 a 27 m) la temperatura de la pieza de la derecha es mayor que las temperaturas de las otras dos (diferencias de hasta 25'C), en las zonas de precalentamiento-inicio de la cocción (27 a 32 m) son las dos piezas que van pegadas a las paredes las que soportan una menor temperatura. Finalmente, en la zona de cocción, las tres zonas de las piezas soportan prácticamente el mismo ciclo térmico.

Las piezas que se estaban fabricando en este horno eran de revestimiento poroso. Se ha comprobado, mediante análisis dilatométrico, que las composiciones utilizadas para este tipo de producto presentan una rápida contracción en el intervalo de temperaturas (800- 925OC) de cuya magnitud depende, en muchos casos, la aparición de descuadres y curvaturas de la pieza cocida 131. Tal y como se aprecia en la Figura 4 en esta zona crítica la temperatura de las piezas que se cocían por la parte derecha del horno eran mayor que la del resto de la fila, y éstas piezas presentaban una curvatura final diferente lo que daba lugar a una disminución de la calidad global de 18 producción.

700 1 I I 1 1 1 I

20 -50

25 30 35 40 45 50

D (m>

-O- 'izq - 'centro Tder + Difde, -& Difizq

Figura 4. Ciclos de cocción de los lados de las piezas que se cuecen cerca de las paredes del horno JI de la pieza central.

5 INFLUENCIA DE LA VARIACI~N DE ALGUNAS CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO DEL HORNO SOBRE LOS GRADIENTES TRANSVERSALES DE TEMPERATURA

Utilizando el dispositivo de medida de gradientes transversales de temperatura, se han realizado una serie de experiencias con el fin de evaluar la incidencia de las principales condiciones de funcionamiento del horno sobre aquellos. De entre todas ellas se presentarán sólo los resultados correspondientes a las que ejercen mayor influencia sobre la distribución transversal de temperaturas en la cámara de cocción, que son las siguientes:

- Número de quemadores encendidos - Presión estática del aire de combustión - Presión estática de los gases en el horno

Durante la realización de las experiencias en el horno monoestrato se cocieron piezas de pavimento gresificado.

5.1 INCIDENCIA DEL NÚMERO DE QUEMADORES ENCENDIDOS SOBRE LOS PERFILES TRANSVERSALES DE TEMPERATURA.

Para analizar la incidencia del número de quemadores encendidos sobre el gradiente transversal de temperaturas se ha situado el rodillo sensorizado en la zona de precalentamiento, en el centro de un grupo de 8 quemadores, situados cuatro a cada lado del horno, y cuyo funcionamiento se encuentra controlado por un único termopar de control.

Se han realizado dos experimentos apagando alternativamente dos quemadores en cada lado del horno, tal y como se muestra en la Figura 5.

e Flujo de gases Zona B Avance de las piezas 9

Maniobr 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .o . . . . . . . . . . . . . . . . . . .x.. . a Maniobra 1 ........................x..................fl...

Inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I

Módulo 23 24 Zona A

O Quemador encendido m Quemador apagado

Figura 5. Detalle de la zona inferior al plano de los rodillos durante las maniobras realizadas

Para determinar la evolución en el modo de funcionamiento de los quemadores durante las maniobras realizadas, deben tenerse en cuenta las presiones del combustible en cada uno de los quemadores en las distintas condiciones de operación, que se detallan en la Tabla 2.

Tabla 2. Valores de la presión estática de combustible en los quemadores (mmca.) durante las experiencias realizadas.

De los valores de la Tabla 2 se deduce que al apagar parte de los quemadores inicialmente encendidos, los que continúan estándolo, aumentan su potencia, con el fin de mantener la temperatura de consigna. En la Figura 6 se han representado la evolución de los perfiles transversales de temperatura en la zona de medida, durante las maniobras realizadas.

Módulo

Inicial

Maniobra 1

Maniobra 2

En la maniobra 1 se produce un aumento de la temperatura en la zona B y una disminución en la zona A. Este hecho lo provoca el flujo de gases, más calientes al apagar parte de los quemadores, proveniente del quemador situado en el módulo 25 en la zona B (Figura 5), que aumentan la temperatura de la misma. En la zona A ocurre exactamente lo contrario: el quemador del módulo 25 se encuentra apagado (Figura S), y por tanto el flujo de gases más fríos hace que disminuya su temperatura. El mismo razonamiento puede aplicarse para la maniobra 2, dando como resultado el efecto opuesto al de la maniobra 1.

Zona A 23

34

82

Zona B 23

30

62

24

34

69

25

27

81

26

36

80

24

26

64

26

36

70

25

38

76

Zona B L (cm) Zona A

+ Inicial + Maniobra 1 -6 Maniobra 2

Figura 6. Pexfiles transversales de temperatura en el punto de medida al modificar el número de quemadores encendidos.

Al apagar los quemadores se modifica el perfil de temperaturas en toda la zona de medida, basculando alrededor de un punto, que permanece invariado, y que parece coincidir con el punto donde se encuentra el termopar de control (punto negro en el eje de abcisas de la Figura 6).

Mediante las experiencias realizadas se comprueba que la distribución transversal de temperaturas en un determinado punto depende, en gran medida, de las condiciones de operación de la zona anterior, como consecuencia del sentido del flujo de gases en el seno del horno. En la Figura 6 se aprecia que, en la zona del horno estudiada, al apagar quemadores al tresbolillo aumenta el gradiente de temperaturas, ya que la disminución de temperaturas en una zona debe ser compensada por el aumento en la otra, para mantenerla constante en la zona en donde se encuentra el termopar de control.

5.2 INCIDENCIA DE LA PRESIÓN DEL AIRE DE COMBUSTI~N EN LOS QUEMADORES SOBRE LOS GRADIENTES TRANSVERSALES DE TEMPERATURA.

Para llevar a cabo éste experimento, se ha colocado el rodillo sensorizado en la zona de precalentamiento, en el centro de un grupo de ocho quemadores, y se ha modificado la presión del aire de combustión de los mismos.

Debido a que en ocasiones es necesario actuar únicamente sobre la temperatura de una parte del horno, se ha considerado interesante estudiar por separado el efecto de la presión del aire de combustión de los quemadores situados en una y otra parte del horno. La presión habitual del aire de combustión de los quemadores en esta zona era de 55 mmca., y se ha modificado hasta alcanzar valores de 40 y 100 mmca.

5.2.1 Modificación de la presión del aire de combustión de los quemadores de la zona izquierda del horno.

En la Figura 7 se han representado los perfiles transversales de temperatura obtenidos al modificar la presión del aire de combustión en los quemadores de la zona izquierda del

horno. En la misma se aprecia cómo, al aumentar la presión del aire de combustión en los quemadores, disminuye la temperatura en la zona modificada, y se mantiene prácticamente constante en la zona opuesta.

+- 40 mmca. -t 55 mmca. * 100 mmca.

1.155

1.135

Figura 7. PeSiles transversales de temperatura obtenidos al modificar la presión de1 aire de combustión de los quemadores de la parte izquierda del horno.

...................................................

Zona modificada

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Este efecto se debe a que el termopar que controla el funcionamiento de los quemadores, se encuentra situado en la parte derecha del horno (punto negro en el eje de abcisas de la Figura 7) , y las modificaciones realizadas no afectan a la temperatura en ésta zona, por lo que no se altera el modo de funcionamiento del grupo de quemadores. El aumento del caudal del aire de combustión provoca así un enfriamiento localizado que puede ser útil en ocasiones para modificar la distribución transversal de temperaturas.

En la Tabla 3 se han anotado las temperaturas medias y las diferencias máximas de temperaturas obtenidas para las distintas presiones del aire de combustión ensayadas. La temperatura media se modifica ligeramente al cambiar el caudal del aire de combustión, debido a que el termopar de control del horno no es capaz de detectar esta modificación ni de controlarla. En la Tabla 3 se aprecia cómo, en este caso, el gradiente transversal de temperaturas aumenta ligeramente al aumentar la presión del aire de combustión.

Tabla 3. Valores de la diferencia máxima de temperatura JI de la temperatura media, para cada una de las experiencias realizadas.

5.2.2 Modificación de la presión del aire de combustión de los quemadores de la parte derecha del horno

En la Figura 8 se han representado los perfiles transversales de temperatura obtenidos al modificar la presión del aire de combustión en los quemadores de la zona derecha del horno. En la misma se aprecia cómo, al aumentar la presión del aire de combustión, disminuye la temperatura en la zona modificada, pero, a diferencia de lo que ocurría en las experiencias anteriores, se modifica también la temperatura en la zona izquierda del horno.

+ 40 mmca. + 55 mmca. + 100 mmca.

1.155

1.135

Figura 8. Perjhiles de temperatura obtenidos al modificar la presión del aire de combustión de los quemadores de la parte derecha del horno.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Zona modificada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Este efecto se debe a que el termopar que controla el funcionamiento de los quemadores, se encuentra situado en la parte derecha del horno (punto negro en el eje de abcisas de la Figura 8) y, con las maniobras realizadas, se modifica la temperatura en ésta zona, lo que provoca un cambio en el modo de funcionamiento de todos los quemadores del grupo. El aumento del caudal del aire de combustión provoca un enfriamiento localizado en la parte en donde se produce la modificación y, como esta disminución de la temperatura es detectada por el termopar de control, se modifica el perfil de temperaturas en toda la sección para mantener constante la temperatura en el punto en que se encuentra el mencionado termopar.

En la Tabla 4 se han anotado la temperatura media y la diferencia máxima de temperaturas obtenida para las distintas presiones del aire de combustión ensayadas. En este caso, la temperatura media no se modifica al cambiar el caudal del aire de combustión, puesto que el termopar de control del horno es capaz de detectar la modificación de temperatura y de controlarla. En la misma tabla se aprecia que, en este caso, el gradiente transversal de temperaturas disiilinuye ligeramente al aumentar la presión del aire de combustión.

Tabla 4. Valores de la diferencia máxima de temperatura JI dc la temperatura media, para cada una de las experiencias realizadas.

Por tanto, tras las modificaciones realizadas sobre el caudal del aire de combustión, puede concluirse que incide marcadamente sobre el gradiente transversal de temperaturas en el seno del horno y que su efecto depende de la posición relativa de los quemadores respecto del termopar de control. En el intervalo de presiones de aire ensayado y en la zona del horno en la que se han realizado las medidas (precalentamiento), al aumentar la presión del aire de combustión en los quemadores de una parte del horno, la temperatura en esa zona disminuye. Si en esa zona se encuentra el termopar de control, se modifica todo el perfil transversal de temperaturas. Si, por el contrario, la modificación se produce en la parte opuesta a donde se encuentra el termopar de control, la temperatura únicamente se modifica en esa parte.

5.3 INCIDENCIA DE LA PRESIÓN ESTÁTICA DE LOS GASES EN EL HORNO SOBRE LOS GRADIENTES TRANSVERSALES DE TEMPERATURA.

Una maniobra realizada habitualmente cuando aparecen defectos en las piezas asociados a la falta de homogeneidad en la distribución de la temperatura, es el aumento de la presión estática de los gases en el horno. Este aumento parece disminuir las corrientes preferenciales de circulación de los gases, produciendo una homogeneización en la distribución de temperaturas.

Para estudiar la incidencia de la presión estática de los gases en el seno del horno sobre los gradientes transversales de temperatura, se ha situado el rodillo sensorizado en la zona de cocción del horno, y se han realizado las maniobras oportunas en el mismo para modificar la presión estática de los gases en su seno, situando su valor máximo en 0.3, 0.6 y 0.85 mmca. Las distribucio~ies transversales de temperaturas, obtenidas en éstas tres condiciones de presión estática, se han representado en la Figura 9.

-O- 0.3 mmca. + 0.6 mmca. -O- 0.85 mmca.

Figura 9. Variación de los gradientes transversales de temperatura al modificar la presión estática d e los gases en el horno

En la Tabla 5 se detalla las temperaturas medias y las diferencias máximas de temperatura medidas para cada una de las presiones ensayadas.

Tabla 5. Valores de la diferencia múxima de temperatura y de la temperatura media, para cada una d e las experiencias realizadas.

Del análisis de los resultados reflejados en la Figura 9 y en la Tabla 5 se deduce que al aumentar la presión estática de los gases en el horno, disminuye ligeramente la diferencia transversal máxima de temperaturas y aumenta, también ligeramente, la temperatura media de la pieza.

6 CONCLUSIONES

Es necesario resaltar en primer lugar qu-e los gradientes transversales de temperatura obtenidos en éste trabajo se han determinado, en todos los casos, en la parte inferior al plano de rodillos debido al diseño del sistema de medida. Por ello, las conclusiones que se deducen del presente estudio siempre se refieren a la incidencia de las distintas maniobras realizadas sobre esta parte del horno. E11 ocasiones, el efecto de las maniobras realizadas puede ser directamente trasladable al canal superior de la cámara del horno, pero en otras no existe la completa seguridad de que sea así.

Del estudio realizado pueden extraerse las siguientes conclusiones:

- La determinación de la temperatura en un punto de una sección del horno, tal y como se viene haciendo actualmente, no aporta ninguna información acerca del gradiente transversal de temperaturas en la misma.

- Las diferencias entre la temperatura de la pieza y la del ambiente, disminuyen al reducirse la velocidad de calentamiento y al aumentar la presión estática de los gases en el seno del horno.

- La temperatura de las zonas del horno próximas a las paredes es, en la zona de precalentamiento, mayor que en el centro, debido posiblemente a que la temperatura del ambiente es mayor que la de la pieza.

- La temperatura de las zonas del horno próximas a las paredes es, en la zona de cocción, menor que en el centro. Estr hecho puede ser debido al aumento de las pérdidas por paredes, ocasionadas por la elevada temperatura de los gases.

- Al apagar algunos quemadores, en la forma ensayada en este trabajo (al tresbolillo), aumenta el gradiente de temperaturas en el seno de la cámara de cocción, debido al incremento que se produce en la energía calorífica generada por el resto de los quemadores para mantener la temperatura de consigna.

- La modificación de la presión del aire de combustión en los quemadores tienen una gran incidencia sobre la distribución transversal de temperaturas en el seno del horno. Su efecto está fuertemente irifluenciado por la posición relativa quemador modificado/termopar de control.

- El aumento de la presión estática en el seno de la cámara de cocción, disminuye ligeramente las diferencias transversales de temperatura en la zona de cocción, aumentando al mismo tiempo la temperatura media de las piezas, debido probablemente al incremento de la transmisión de calor por convección forzada que se produce con esta maniobra.

[1] AICE. Procedimiento y equipo para determinar la distribución de temperaturas en máquinas térmicas con sistemas de rodillos para transporte del producto. Espaíia. Patente no 94/00936, 1994-05-04.

[2] FERRER, C.; LLORENS, D.; MALLOL, G.; MONFORT, E.; MORENO, A. Optimización de las condiciones de funcionamiento en hornos monoestrato. (111) Medida de gradientes transversales de temperatiiia. Técnica Cerámica, 22 7, 653-662, 1994.

[3] AMORÓS, J.L.; ESCARDINO, A.; SÁNCHEZ' E.; ZAERA, F. Stabilita delle dimensioni nelle piastrelle porose moiiocotte. Ceramica Informazione, 324, 56-67, 1993.1