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FACTSHET ABOUT BRICK KILN TECNHNLOGIES IN COLOMBIA
PROGRAMA EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA LADRILLERAS – EELA COLOMBIA
PLANILLA DE INFORMACIÓN
NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA: HORNO SEMICONTINUO ZIGZAG
PAÍS: Colombia
TIPO DE HORNO
Introducción e historia
DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA
SEMICONTINUO TRANSFERENCIA DE CALOR
Una de las variedades más conocidas del horno Hoffman es el Zigzag 1 u
horno Bührer (nombre de su inventor); este es un horno semicontinuo o
continuo de mayor producción que los hornos intermitentes; posee
entre 10 a 30 cámaras. La característica técnica más relevante del horno
es el recorrido segmentado del fuego desde una cámara a otra. Las
cámaras son paralelas, las 2 laterales son de mayor longitud que las
centrales, las cuales están cortadas y separadas de la zona de los
conductos de gases y de recuperación de calor. Se emplea generalmente
para pequeñas y medianas producciones, requiere menos espacio que el
horno Hoffman tradicional y se diferencia de este por el movimiento del
fuego a través de las cámaras de forma horizontal.
Una de las fortalezas del horno Zigzag es la alimentación del
combustible, se realiza inicialmente, de forma manual en la etapa de
caldeo, en las hornillas sobre la parte frontal del horno; posteriormente
en la etapa de cocción se realiza en la parte superior del horno,
mediante un equipo de alimentación a presión tipo carbojet
(alimentación neumática), la cual realiza la dosificación mediante
mangueras, impulsado el combustible con una corriente de aire a
presión.
Registro fotográfico del horno ZIG
ZAG y procesos
Vista frontal - Horno ZIGZAG
1
Dosificación de combustible – con
equipo dosificador CARBOJET
L. L. F. Rojas Gómez and Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá., “Reconversión tecnológica del proceso de cocción en una empresa ladrillera.” 2003.
Citado por CAEM. Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras EELA. Estudio tecnológico para definir el tipo de tecnología de horno apropiada para la
reconversión de las ladrilleras artesanales, 2011.
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Cavidad Interna del horno ZIGZAG,
comprende el área de quema del
mismo.
Endague horno – se le denomina el cargue
del material cerámico crudo en el área de
quema
CARACTERÍSTICAS DE LAS EMPRESAS QUE UTILIZAN ESTA TECNOLOGÍA
Naturaleza de la organización
Industrial
Nivel de mecanización
Semimecanizado
Capacidad de producción anual de
1 a 10 millones de ladrillos (Mediana escala)
la empresa
Periodo de operación
Quema completa semanal
Tipo de producto
Ladrillo hueco y perforado
GEOGRAFÍA Y DISTRIBUCIÓN
Número estimado de empresas que País
No Empresas
Total de producción
operan la tecnología y producción
(Millones de ladrillos/año)
total
Colombia
5
17,256
% de contribución en la producción Aproximadamente con este modelo tecnológico se produce 17.256.000
total de ladrillo
unidades de ladrillo por año, equivalente al 0.97 % de la producción
total
DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO
Diseño
Camara 1
5
6
7
4
3
1
2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Hornilla
Puerta falsa
Grosor pared
Brameras
Ancho área de quema
Ducto pasa Fuego
Ducto salida de gases
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Descripción y funcionamiento de los
procesos de tecnología
DESCRIPCIÓN
El horno Zigzag está cimentado por una serie de cámaras paralelas,
alargadas en forma de túnel con techo en cúpula, ductos sobre la parte
inferior. El fuego pasa entre las cámaras y las aberturas de dosificación
de combustible. El proceso de cocción se da por la movilización del calor
a lo largo de todo el horno de forma horizontal con tiraje forzado.
Vista área de quema horno ZIGZAG
Puertas frontales – Horno ZIG ZAG
El material cerámico crudo es endagado a lo largo del túnel de quema
dejando espacios de circulación entre dagas bajo la línea de
alimentación superior y sobre la parte inferior de las dagas.
Partes del horno
1. Hornilla: aberturas sobre la parte frontal del horno, con
emparrillado interno en acero. En ella se efectúa el encendido del
horno en las primeras 8 horas de quema. Este proceso de iniciación
se denomina caldeo.
Vista frontal – hornilla de caldeo
Puerta de inicio de quema
2. Puerta falsa: corresponde a las aberturas de entrada y salida
ubicadas sobre los extremos del horno. Se denomina puerta falsa,
porque se sellan durante la quema.
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Puerta falsa – durante cargue
Puerta de falsa – durante quema
3. Grosor de la pared: está determinado por la capacidad del horno
varía entre 1 a 2 metros de grosor. En los muros laterales externos,
la base posee mayor grosor que la parte superior, en una relación de
un 50%. Los muros frontales mantiene un grosos de 1,8 a 2,5
metros.
4. Bocas de alimentación - mecanizada: son las aberturas cilíndricas
ubicadas sobre el techo del horno denominadas brameras, lugar en
el cual se efectúa la inyección de combustible por medio de equipos
dosificadores con presión de aire. Estas comunican con el túnel de
quema. Debajo se localiza un espacio de circulación de aire para el
encendido del combustible. Las brameras se ubican de forma
trasversal al horno formando líneas de alimentación. Cada línea está
conforman de 4 a 6 brameras distribuidas a lo ancho del horno, con
una distancia entre línea de 1 a 2 m.
Dosificación de carbón – Carbojet
5.
Brameras de alimentación
Túnel de quema: cavidad interna del horno en el que se efectúa la
cocción del ladrillo. Comprende un túnel alargado con techo circular
para direccionar la circulación del calor dentro del horno.
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Material cocinado
Área de quema –descargue horno
6. Pasa fuego: cavidad lateral ubicada en la parte final del túnel de
quema, comunica las cámaras para la transferencia de calor.
Ducto pasa fuego
7. Ducto de salida de gases: canal de evacuación de los gases, se
encuentra en la parte inferior del horno, ubicado en la parte central
del túnel de quema. En la parte de cada cámara comprende un
compuerta o damper para regular la salida y tiraje del horno.
Proceso de quema
1. CALDEO O ENCENDIDO: etapa inicial de quema, en el que se
efectúa el encendido del horno de forma manual en la hornillas
frontales. Este proceso toma de 6 a 8 horas hasta alcanzar una
temperatura, sobre el primer tramo de la zona de quema, entre
200 a 300 °C. Durante este periodo se mantiene el dámper del
ducto de gases totalmente sellado.
2. LEVANTAMIENTO DE TEMPERATURA: inicia con el cambió de
dosificación de combustible de forma manual a mecanizada con
el uso del carbojet. La dosificación busca alcanzar el umbral de
temperatura entre 900 a 1.000 ° C en la zona de inyección.
3. COCCIÓN: Una vez alcanzado el umbral, la dosificación busca
sostenerlo y transferirlo a lo largo de la cámara; desplazando el
calor con la movilización del carbojet, adelantando de manera
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4.
5.
6.
7.
Factores de emisión
Medición Material Particulado
Estándares de emisión condiciones de referencia
(25° 760 mm Hg)
Combustible sólido - e
Comentarios
consecutiva a las siguientes líneas de alimentación. Durante este
proceso se mantiene el dámper de ducto de gases abierto en un
20%.
PRECALENTAMIENTO DE CÁMARA CONTINUA: al completar la
quema sobre el 70% de la primera cámara se efectúa el cierre
del dámper del ducto de gases sobre la primera cámara y se da
abertura al pasa fuego y al ducto de la cámara continua.
TRANFERENCIA DE CALOR A CÁMARA CONTINUA: terminada la
quema en la primera cámara, se sitúan parte de las mangueras
de inyección del equipo dosificador sobre la primera línea de
alimentación de la siguiente cámara; aumentando la frecuencia
de dosificación con el fin de jalar el calor hacia dicha cámara.
Cuando el umbral de temperatura haya pasado en su totalidad,
se ubican todas las mangueras de inyección sobre la línea de
alimentación en la cámara de cocción.
COCCIÓN CÁMARA No 2: seguir el mismo procedimiento del
proceso de quema de la etapa 3 al 5 hasta finalizar la quema en
todas las cámaras.
ENFRIAMIENTO: Una vez la temperatura se transfiere a la
cámara siguiente, se dispone realizar el enfriamiento de la
cámara cocinada con el fin de adelantar el descargue.
Generalmente se apoya de ventiladores industriales para
acelerar el proceso y disminuir los tiempos de operación en la
cocción total. El tiempo de quema de una cámara permite el
enfriamiento, descargue y endague de la anterior cámara para la
siguiente quema, condición que clasifica el horno como semi
continuo.
RENDIMIENTO
Emisiones
% CO2
% O2
8.9
21.8
Temperatura de Velocidad de
salida gases
salida gases
122
16.7
NOX
94.89 ppm
Exceso de aire
SO2
158.53 ppm
CO
260
1.53 ppm
Resolución de 909 de 2008 – establecen estándares de emisión
Temperatura
%O2
SO2
NOX
MP
de salida(Mg/m3)
(Mg/m3)
Max °C
250
18
550
550
50
Las malas condiciones técnicas de la chimenea del horno validado no
permitió la medición de Isocinético para determinar las condiciones de
las emisiones en cuento a MP, PM10, PM 2,5, O3 etc. Sin embargo
durante las mediciones de logro medir los parámetros presentados. Las
condiciones físico químicas, de almacenamiento y dosificación del
carbón incide directamente en el procesos de combustión del horno que
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a ser inadecuadas pueden generar niveles altos de emisión y bajos en
eficiencia energética.
Combustible más utilizados
Características generales del carbón
utilizado en la validación del
modelo tecnológico
Indicadores Energéticos
Comparación con otros modelos
tecnológicos
Combustible y energía
100% se utiliza como combustible carbón mineral.
En algunos se utilizan mezclas con biomasa específicamente con
cascarilla de café, pero no es hábito común dentro del proceso.
% Humedad
% Ceniza
% Azufre
5 Carbón fijo
Poder
calorífico
(MJ/Ton)
3.03
10.93
0.7
53.7
29.9
Eficiencia
Eficiencia
Índice de
Índice de
Índice de
térmica
de
consumo
consumo (Kg
consumo
combustión (MJ/Ton) combustible/Kg
(MJ/kg
Arcilla)
ladrillos
cocinado
15 %
80 %
4.9
0.006
2.05
El horno Zigzag, siendo horno semicontinuo o continuo dependiendo del
número de cámaras, es más eficiente con respecto a hornos
intermitentes como el Colmena, Baúl y Vagón en un 43% (1 a 2 MJ/Ton).
Sin embargo comparándolo con otros hornos continuos como Hoffman,
Cámaras y Túnel es menos eficiente en 41% (1 a 1.1 MJ/Ton).
Tipo de horno Vs Consumo energético [MJ/ton arcilla procesada]. CAEM – EELA 2011
Descripción en el consumo de
energía y de las principales causas
de la pérdida de calor
El proceso de validación, realizado en un horno de 100 Ton/quema se
identificó un flujo de consumo por hora de 280 a 330 Kg/hora en la
cocción sin tener en cuenta la etapa de caldeo, con un carbón de 29.9
MJ/Ton. Alcanzando una temperatura máxima de 1.006 ° C, con
pérdidas térmicas en las puertas falsas y brameras, generadas
principalmente por malas prácticas operativas en el sellado del horno y
dosificación de combustible
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DEPESEMPEÑO FINANCIERO
Costo de capital de la tecnología de
horno
(Capacidad de producción anual de
5.200 a 10.400 toneladas)
(excluyendo la tierra y el costo de
capital de trabajo)
Capacidad de producción
Número operarios
(1 quema hornos de 110 ton)
Calidad del producto (Bloque No 4
– PH: Perforación horizontal)
Resultados de laboratorio cerámico
– Validación horno
$166.666 USD
DISCRIMINACIÓN DE COSTOS
ÍTEM
COSTOS USD
Materiales de construcción
$ 94.444
Mano de obra
$ 46.113
Equipamiento
$ 16.666
Instrumentación
$ 2.777
Chimenea
$ 6.666
Ton/mes producto cerámico
U cerámicas
/mes
880
176.000
ETAPA
Cargue
Caldeo
Quema
Descargue
PRODUCTO
Parámetro
Tipo pasta
Densidad
aparente
Resistencia
mecánica a la
compresión
Contracción
Percepción mercado local
Absorción
Perdidas por
calcinación
Parámetro
Coloquial
Dimensiones
Alabeo
Timbre
Tipos de productos que poder
cocinados en el horno
Tipo
Macizo
Pasta
reformulada
validación PRV
PRV
PRV
PRV
PRV
No operarios
3
2
2
3
%
54
28
10
2
4
Tipo de unidad
cerámica
Bloque No 4
(30x20x10)(cm)
No horas
8
8
52
8
Valor
laboratorio
1,9 (kg/cm3)
Rango óptimo
(NTC 4205)
1,6 - 2
29,12 (Kg/cm2)
Mayor a 20
900°C- 0.39
1000°C -0.65
1000°C – 13.16
1000°C – 5,00
Menor 1,5
Menor a 16
Menor a 10
Descripción
Calificación
Que cumpla con las dimensiones
estándar (30*20*10)
Las caras y ángulos del material
cerámico mantenga la
ortogonalidad permitida
(deformaciones mínimas)
Refiere al sonido generado por el
material cerámico, que a mayor
agudeza del sonido se determina
la calidad de cocción del material
Nombre
Adoquín, Estructural
Bueno
Bueno
Bueno
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Perforado
Bloque No 4, Bloque No 5, Bloque No3
horizontal o
Hueco
Perforado
Ladrillos portante, rejilla, estructural perforado,
vertical
Generalmente en el horno Zigzag se cocinan ladrillos huecos y
perforados debido a la gran demanda que estos poseen actualmente en
el mercado. Sin embargo se permite la cocción de todo tipo de material
estructural y no estructural. No se utiliza para la cocción de materiales
de fachada y teja, por el comportamiento térmico del horno en cual
requiere homogeneidad en el endague.
SALUD OCUPACIONAL Y SEGURIDAD INDUSTRIAL (LEY 1562 - 2012)
Identificación de riesgos operación
RIESGOS
DESCRIPCIÓN
horno Zigzag
FÍSICO
 Asfixia por material particulado suspendido de
combustible y cenizas durante la cocción y
descargue del horno.
 Caída de la parte superior del horno durante la
dosificación de combustible con equipo
dosificador.
 Laceraciones en el cuerpo por manipulación de
combustible en el caldeo y material cerámico en
el descargue de horno.
ELÉCTRICO



TÉRMICO


Condiciones mínimas de seguridad
industrial
FÍSICAS DE
INSTALACIONES



2
Quemaduras, calambres o fibrilación por choque
eléctrico durante la manipulación del equipo
dosificador y/o extractor de gases.
Caídas o golpes como consecuencia de choque o
arco eléctrico.
Incendios o explosiones originados por la
electricidad.
Por contacto directo de fuentes calientes
(brameras y hornillas).
Por estrés térmico, debido a exposiciones
continuadas al túnel de quema en el cargue y
descargue del horno y durante la dosificación de
combustible en el caldeo y cocción.2
Señalización de las áreas almacenamiento,
dosificación, riesgos, senderos de tránsito y
movilización y circulación de maquinaria.
Estructuras de seguridad en escaleras de acceso
al horno, barandas perimetrales sobre el techo
del horno.
Redes con aislamiento térmico y canalización del
http://riesgoslaborales.feteugt-sma.es/p_preventivo/riesgos_laborales/riesgos_laborales_4-5.htm
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
IMPLEMENTOS
DE PROTECCIÓN






Emisiones atmosféricas
Combustible y energía
Desempeño financiero
Capacidad de Producción
cableado eléctrico.
Iluminación optima sobre techo y temporal en el
cargue y descargue del horno.
Guantes de protección reforzada para
manipulación de material cerámico.
Guantes de protección térmica para
manipulación de combustible.
Tapas bocas doble filtro (Partículas Suspendidas
Totales PST), para proceso de cargue, descargue
y dosificación de combustible durante la quema.
Botas de seguridad industrial dieléctricas, con
plataforma de aislamiento térmico y punta de
protección para operarios de proceso de cocción.
Overol con cintas reflectoras de material ligero
para temperaturas moderadas.
Casco dieléctrico con resistencia en altas
temperaturas.
CONCLUSIONES
% CO2
8,9
% O2
21,8
NOX
94,89 ppm
SO2
158,53
CO
1,53
Índice de
consumo
(MJ/Kg
unidad
cerámica)
COSTO
HORNO
(USD)
TIR
VAN (USD)
Ton/mes
producto
cerámico
U cerámicas
/mes
2.17
$ 166.666
41%
$ 447.555
1 AÑO
880
176.000
No se logró tener la medición de PST:
PM, PM10, por dificultades logísticas.
Este horno puede tener mayor
rendimiento energético en la medida
que el número de cámaras aumente
debido el flujo de calor es utilizado
para el precalentamiento de la
cámaras siguientes disminuyendo los
tiempos de quema.
El consumo puede reducirse en un 40
% al adecuar el horno para quema
continua.
El horno es un modelo atractivo para
el micro empresario asociado y
pequeño empresario por la baja
inversión, alta rentabilidad, tasa
interna de retorno alta y participación
de nuevos mercados más competitivos
y sostenibles.
Dependiendo del nivel producción que
se tenga anterior a la reconversión, se
puede tener un aumento de la
producción del 10 al 15% con una
mejora de ingreso por la reducción de
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uso de combustible $ 51.408
(USD/año)
Calificación
Bueno
Cumple con los requerimientos
Calidad del producto
mercado
establecidos como producto no
estructural NTC 4205
Salud ocupacional y seguridad
El horno mejora las condiciones laborales en comparación con los
hornos intermitentes. El riesgo de accidentalidad se reduce en un 50%
industrial
debido a la facilidad de operación, cargue y descargue del mismo
REFERENCIAS BILBIOGRAFICAS
 L. L. F. Rojas Gómez and Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá., “Reconversión tecnológica del proceso
de cocción en una empresa ladrillera.” 2003. Citado por CAEM. Programa de Eficiencia Energética en
Ladrilleras EELA. Estudio tecnológico para definir el tipo de tecnología de horno apropiada para la
reconversión de las ladrilleras artesanales, 2011.

http://riesgoslaborales.feteugt-sma.es/p_preventivo/riesgos_laborales/riesgos_laborales_4-5.htm
Fabiola Suarez Sanz
Directora General CAEM
Paola Andrea Herrera Cuéllar
Coordinadora Programa EELA Colombia
Luisa Rodriguez Silva
Victor Andres Garcia
Equipo Técnico Programa EELA Colombia
Victor Andres Garcia
Autor
Eugenia Arce
Reviso estilo
CONSULTAS E INFORMACIÓN
Corporación Ambiental Empresarial
Avda. Cra 68 N° 30-15 Sur. CCB Sede Kennedy, Quinto Piso
Bogotá-Colombia
Teléfono:++57-1-5941000 Extensión:4337 Fax: ++57-1-3830690 Extensión: 4334
E-mail: [email protected]; [email protected]
www.caem.org.co
www.redladrilleras.net
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