nuevos procesos cerámicos

Transcripción

AITEMIN.- Asociación para la Investigación y el
Desarrollo Industrial de los Recursos Naturales
Fundación Barredo (Mieres)
Fundación Santa Bárbara
(Bembibre)
Centro Tecnológico de Toledo
Oficina Principal (Leganés, Madrid)
CENTRO DE TOLEDO - CTAC
LABORATORIO
CERÁMICA (Nº 111 / LE
290) – ENAC
Toledo. Centro de trabalho - CTAC
- Desenvolvimento de Projetos I+D+I
nacionais e internacionais
- Novos materiais e processos
- Sustentabilidade na construção
- Auditorias energéticas
- Assessoria Técnica
- Publicações
- Training
Toledo. Centro de trabalho - CTAC
www.aitemin.es/toledo
INTRODUCCIÓN
MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL
PROCESO CERÁMICO
Jorge Velasco Vélez.- Jefe del Área de Cerámica de
AITEMIN. Coordinador de la Red CYTED IBERCERAM
www.aitemin.es
www.ceramicasostenible.net
INTRODUCCIÓN
- Limitar el aumento de temperatura a 2 ºC
como máximo en 2100.
- Último informe de la ONU pronostica subidas
de 3,8 a 4 ºC en 2100 (situación irreversible).
- Es necesario disminuir las emisiones entre el
40 y el 70% con respecto a 2010.
- La industria produce el 30% de las emisiones
de CO2.
INTRODUCCIÓN
- Disminuir el uso de combustibles
basados en el carbono (potenciar el uso
de energías renovables).
- Aumentar el almacenamiento de CO2.
- En algunos lugares uso de energía
nuclear.
- Aumentar la eficiencia energética.
INTRODUCCIÓN
Aumentar la eficiencia energética
- Mejoras en el proceso
- Correcta selección de materias primas
- Uso de secaderos y hornos eficientes
HORNOS Y SECADEROS
Tipos de secaderos:
- Estático
- Continuo
- Semicontinuo
- Rápidos
- Contram o de apilado sobre vagoneta
de horno
HORNOS Y SECADEROS
Secadero estático o de cámaras:
- Indicado cuando se
fabrican gran variedad
de productos con diferentes curvas de secado.
- Son estáticos y precisan
mucha mano de obra
HORNOS Y SECADEROS
Secadero estático o de cámaras:
- Los ciclos varían entre 20 y 60 horas.
- Energéticamente poco eficientes, sobre todo por
los periodos de carga y descarga en los que se
producen pérdidas de calor en los componentes
del horno.
- La ventaja mas importante es la versatilidad al
poder cambiar las curvas con facilidad.
HORNOS Y SECADEROS
Secadero continuo:
HORNOS Y SECADEROS
Secadero continuo:
- Constituidos por galerías con carretillas, a la
entrada de una carretilla corresponde la extracción
de otra.
- Suelen funcionar las 24 horas del día, incluidos los
fines de semana.
- La curva de secado es fija y se mueve el material a
secar. El tiempo de secado está entre 15 y 40 horas.
HORNOS Y SECADEROS
Secadero continuo:
- Los secaderos rápidos de tiempo de secado de 1 a 5
h también se pueden incluir en los secaderos
continuos.
- Son mucho más eficientes energéticamente que los
estático.
- La inversión es mayor, pero la mano de obra
necesaria es mucho menor..
HORNOS Y SECADEROS
Secadero semicontinuo:
- Básicamente igual que los continuos, constituidos
por galerías con carretillas, pero se adecúan al ritmo
de trabajo y durante las horas de descanso de la s
máquinas su funcionamiento sería como un
secadero estático.
- Cuanto mayor es el tiempo de producción su
funcionamiento se aproxima más al secadero
continuo y cuanto menor al estático
HORNOS Y SECADEROS
Secadero continuo:
- Constituidos por galerías con carretillas, a la
entrada de una carretilla corresponde la extracción
de otra.
- Suelen funcionar las 24 horas del día, incluidos los
fines de semana.
- La curva de secado es fija y se mueve el material a
secar. El tiempo de secado está entre 15 y 40 horas.
HORNOS Y SECADEROS
Secadero rápido:
- Como se ha comentado es el mismo principio que el
secadero continuo, pero con tiempos de secado de
1 a 5 horas.
- Pueden ser monoestrato (ultrarrápidos) o de varios
pisos incluso en vagonetas.
- El coste de inversión es más bajo, pero no son
rentables si se trabaja a un solo turno.
- Funcionan bien con piezas huecas y que no estén
fabricadas con arcillas muy plásticas
HORNOS Y SECADEROS
Secadero rápido:
Fotos de SACMI
Y SABO
HORNOS Y SECADEROS
Secadero rápido:
- El consumo es superior al secadero continuo pero
puede disminuirse utilizando placas radiantes, con
muy bajas emisiones de gases de efecto
invernadero
HORNOS Y SECADEROS
Secadero Contram o carga en verde:
- Las piezas en verde se apilan en
las vagonetas del horno.
- Funciona como un secadero continuo o semicontinuo.
- Elimina manipulación de las
piezas.
HORNOS Y SECADEROS
Secadero Contram o carga en verde:
- Requiere un mínimo de resistencia en verde de las
piezas.
- Normalmente se
usa en piezas
huecas.
- Menores
consumos.
HORNOS Y SECADEROS
Consumos comparados de secaderos:
- Carga en verde: 950 kcal/kg
- Continuo-semicontinuo: 1100 kcal/kg
- Rápido o estático: 1.350 kcal/kg
HORNOS Y SECADEROS
Tipos de hornos:
-
Hornos intermitentes
Hornos Hoffman
Hornos túnel
Hornos semi-rápidos
Hornos de rodillos
HORNOS Y SECADEROS
Hornos intermitentes:
- Son de lecho estático. Tanto el material como el
fuego no tiene movimiento.
- Baja capacidad de producción.
HORNOS Y SECADEROS
Hornos intermitentes:
- Consumos térmico elevados.
- Temperatura de salida de gases variable.
- Muy versátiles, se puede cocer cualquier producto y
con cualquier curva de cocción.
- Los movimientos de aire en el interior son debidos a
movimientos convectivos naturales
HORNOS Y SECADEROS
Hornos tipo Hoffman:
HORNOS Y SECADEROS
Hornos tipo Hoffman:
- Comenzaron siendo circulares y posteriormente
evolucionaron a distintas formas.
- En Europa se sustituyeron en un 95% por hornos
túnel a partir de los años 1970-1980.
- El material a cocer se mantiene estático mientras
que el fuego es móvil.
- El aspecto de las piezas es poco uniforme, ya que
los niveles de cocción varían según la colocación.
HORNOS Y SECADEROS
Hornos túnel:
HORNOS Y SECADEROS
- Se suelen utilizar en tejas.
- Funcionan como los secaderos de carga en verde.
- Las tejas se colocan 1 a 1 en casillas en H
separadas. Primero se secan y posteriormente, sin
manipulación, se cuecen.
- El ciclo de secado es de 7-8 horas y el de cocción 910 horas.
- El consumo energético es semejante al horno túnel
HORNOS Y SECADEROS
HORNOS Y SECADEROS
Hornos de rodillos o rápidos:
-
Utilizable para piezas huecas
No es rentable si se trabaja a un solo turno
Menor coste de inversión
Los consumos energéticos son superiores al horno
túnel.
HORNOS Y SECADEROS
El tipo de combustible influye en el resultado de la
cocción.
 Los combustibles más utilizados son:
• Gas natural
• Fuel Oil
• Carbón
• Coque de petróleo micronizado
 La elección de uno u otro depende en gran
medida de condicionamientos económicos y del
suministro.
 La atmósfera del horno se ve influida por el
combustible.
NUEVOS PROCESOS CERÁMICOS
El mayor problema que se plantea en Europa
para la subsistencia de la industria cerámica
es la reducción de los costes energético. Gran
parte de la investigación que se realiza va en la
dirección de disminuir los costes en la
cocción.
Además la reducción de emisiones de gases
de efecto invernadero es no solo una
necesidad sino también una exigencia.
-
Uso de combustibles o residuos en la
masa cerámica.
-
Uso de fundentes en la masa
cerámica
-
Nuevas fuentes energéticas
Uso de combustibles, residuos o fundentes en
la masa cerámica:
Es necesario estudiar los efectos que provocan
en los productos cerámicos.
Normalmente la mejora energética conlleva
empeoramiento en las propiedades, dado que se
produce combustión del producto en la masa
cerámica lo que provoca, normalmente, mayor
porosidad.
Disminución de resistencia mecánica y a la
helada.
Uso de combustibles, residuos o fundentes en
la masa cerámica:
Disminución de la densidad.
Mientras que la disminución de la resistencia
puede no ser excesivamente importante si está
dentro de límites razonables, la disminución de
densidad puede favorecer el aumento del aislamiento
térmico.
Estos estudios conseguirán optimizar la
cantidad del residuo a añadir.
USO DE COMBUSTIBLES EN MASA
-Son combustibles y como tales acabarán
subiendo de precio.
-Suelen provocar imperfecciones en las piezas,
por lo que no pueden usarse en piezas cara
vista.
-Suministro irregular. Reservas normalmente
no valoradas.
USO DE RESIDUOS EN MASA
Residuos agrícolas (orujillo, cáscara de arroz,
hueso de aceituna, etc)
Residuos forestales (serrín)
Lodos de depuradoras
Residuos industriales (pasta de papel, cenizas,
plásticos, etc)
USO DE RESIDUOS EN MASA
El uso de residuos de plásticos, que se obtienen a
partir del reciclado, obtiene resultados muy
relevantes.
PCS en torno a 10000 cal/g.
Ahorros en consumo 8-11% para adiciones
del 5-7%.
Con esas proporciones se mantienen las
propiedades de los productos.
USO DE FUNDENTES EN MASA
Puede utilizarse cualquier sustancia que funda o se
reblandezca a temperaturas inferiores a las arcillas
-
Vidrio reciclado (LIFE CLAYGLASS)
(www.clayglass.es)
Nanopartículas (LIFE NANOCERAMICO2)
VIDRIO RECICLADO
Arcillas estudiadas:
• Arcilla illítica-caolinítica de cocción roja a 900 ºC
• Arcilla illítico-calcárea de cocción salmón-blanco
a 950ºC
• Arcilla caolinítica de cocción roja a 1250 ºC
Residuos de vidrio utilizados
•
•
•
•
Vidrio blanco tamaño de partícula inferior a
45 μm
Vidrio coloreado tamaño de partícula inferior a
100μm
Residuos generados
Se prepararon probetas por extrusión a vacío para el estudio
de sus propiedades tecnológicas. Las mezclas estudiadas fueron
Residuos generados
Residuos generados
NANOPARTÍCULAS
La adición de materiales con menor punto de fusión que
las arcillas puede hacer que disminuya la temperatura de
cocción por formación de eutécticos.
Si el tamaño de las partículas es muy pequeño (nano) se
acelera la cinética de la reacción al haber mayor superficie
específica.
A escala de laboratorio se ha conseguido disminuir la
temperatura de cocción en 45 º C. Si bien se espera reducir en
torno a 20 ºC, suponiendo un ahorro del 10 % de gas natural.
Las cantidades añadir son muy pequeñas.
NUEVAS FUENTES DE ENERGÍA
-
Baratas
Inagotables
Limpias
Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation
LASER
www.laserfiring.eu
LASERFIRING
Adaptación al cambio climático de la industria cerámica
estructural por disminución de las temperaturas de cocción
por tratamientos láser. Proyecto LIFE 09 ENV/ES/000435
MÉTODO LASERFIRING
OBJETIVO:
Usar la tecnología láser en la fase de cocción para
disminuir la temperatura de tratamiento.
RESULTADOS :
Nuevo proceso de fabricación: trabajar a
temperaturas por debajo de las de los procesos actuales.
Reducción del consumo y de las emisiones de CO2.
Nuevos productos cerámicos y efectos estéticos
innovadores
PROTOTIPO
 SECADERO
 HORNO-LÁSER: LASERFIRING
 MECANISMOS
UBICACIÓN:
LABORATORIO AITEMIN, TOLEDO
INTEGRACION HORNO LASER
1. Láser de 400 vatios.
2. Cabezal alta velocidad.
3. Configurado por dos equipos un por
la parte superior y otro por la parte
inferior del horno.
Espejos Galvo
Rofin-Sinar SLAB CO2 láser
Potencia: hasta 400 vatios
Velocidad de marcaje = 4,5 m/s
Ladrillo procesado
Ladrillo
Frente de tratamiento
Movimiento
• Para conseguir la aplicación del horno
láser, es necesario “modular” el haz
del láser, sobre el plano X/Y.
• La solución, es trabajar con espejos
móviles de alta velocidad, cabezales
de galvos.
Equipo por la parte superior
Angulo de proceso 45º
Horno
Equipo por la parte inferior
Pasta de cocción blanca
Pasta de cocción roja granulometría fina
Pasta de gres
Consumo de láser de 400 w
CONSUMO ENERGÉTICO
CONCLUSIONES
 El método Laserfiring es capaz de producir ladrillos cara
vista con importantes disminuciones en el consumo
energético y como consecuencia de las emisiones de CO2.
 Es capaz de disminuir las emisiones de CO2 y el consumo
energético entre un 10 y un 40% dependiendo de las materias
primas con las que se trabaje. Las propiedades tecnológicas
de los productos obtenidos sufren una merma entre el 10 y el
30%, pero en general cumpliendo la normativa vigente.
 El uso de este nuevo proceso no solo permite obtener la
mayor parte de los colores que actualmente están en el
mercado de los ladrillos cara vista y tejas, sino que además
es capaz de producir efectos estéticos y decorativos hasta
ahora imposibles de producir. Este hecho enriquece la gama
de productos que se pueden fabricar y además abre un
campo, muy interesante para el desarrollo de nuevos
productos con nuevas decoraciones.
 Un factor clave el método Laserfiring es la potencia del
láser utilizado, a pesar de los buenos resultados obtenidos,
se han detectado diversos problemas debido a no disponer
de suficiente potencia. Por tanto es importante tener en
cuenta que para posteriores aplicaciones industriales es
clave disponer de potencia suficiente, incluso con un
sobredimensionamiento apreciable.

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