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Revista ingeniería de construcción

versión On-line ISSN 0718-5073

Rev. ing. constr. vol.26 no.2 Santiago ago. 2011

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-50732011000200005 

Revista Ingeniería de Construcción Vol. 26 N°2, Agosto de 2011 www.ing.puc.cl/ric PAG. 208-223

 

Mejora de la eficiencia energética de la producción de ladrillos de cerámica roja a partir del empleo como biocombustible de material lignocelulósico densificado

lmproving energy efficiency on production of clay ceramic bricks using lignocellulosic-densified-material based biofuel

 

Iván Machado L.*1, José F. Martirena H.*, Idalberto Herrera M.*, Sergio Quiroz**, Maria Jesus Lamela R.**, Raúl Gonzalez L.*

* Universidad Central "Marta Abreu" de las Villas. CUBA.
** Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón (EPSIG) Gijón. ESPAÑA.

Dirección para Correspondencia


RESUMEN

En el presente trabajo se exponen algunas experiencias en el propósito de obtener materiales de construcción como los ladrillos rojos cocidos a partir de una fuente energética alternativa proveniente de sustituir la madera o leña por residuos de material lignocelulósico sometidos al proceso de densificación con baja presión. El proceso de densificación con baja presión implica el empleo de algún tipo de aglomerante para lo cual en este trabajo se propone el uso del material arcilloso. Sobre esta base el objetivo principal de este estudio es evaluar el efecto que se produce en el consumo específico del biocombustible durante la fabricación artesanal de ladrillos al sustituir parcialmente la leña por la biomasa densificada. Se expone la relación entre algunas propiedades del biocombustible que permiten aumentar la relación ladrillos / kilogramo de combustible desde 1.1 a 1.4 lo que mejora la eficiencia del proceso de fabricación de ladrillos disminuyendo el consumo especifico con respecto al uso del combustible tradicional con la consiguiente mejora ambiental del proceso.

Palabras Clave: Ecomateriales, ladrillos, biomasa, densificación.


 

1. Introducción

El aprovechamiento de residuos de procesos agroindustriales constituye en la actualidad una significativa fuente de energía para muchos países del Tercer Mundo, no obstante aun no se alcanza un adecuado y sistemático uso de ellos como fuente de energía alternativa para la producción de diversos materiales de construcción.

La densificación de residuos proveniente de diversas fuentes de biomasa, es una opción atractiva para valorizar y mejorar las propiedades de tales desechos, puesto que disminuyen los costos de su manejo, transporte, almacenaje, etc., e incrementa su poder calorífico volumétrico. (Jamradloedluk, 2005).

El Centro de Investigaciones y Desarrollo de las Estructuras y los Materiales de Construcción (CIDEM), en colaboración con dos centros de investigación acreditados, se ocupa desde hace un lustro del proceso de reciclaje y densificación de residuos de madera. Para ello se aplican bajas presiones de compactación (de hasta 5 mega pascales, MPa) y el empleo de un material arcilloso como aglomerante, logrando un producto sólido aglomerado que en adelante se denominara bloque sólido combustible (BSC) o más comúnmente briquetas, de evidente interés para su aplicación en la pequeña industria de los materiales de construcción, (Martirena 2003, González, 2003).

El material arcilloso constituye un viable y económico aglomerante en un entorno local de la cerámica artesanal, sin embargo es necesario esclarecer los efectos que genera en las propiedades físico-mecánicas y físico -químicas del sólido biocombustible y su incidencia para la obtención del ladrillo rojo cocido.

El trabajo presenta los resultados de investigaciones y evaluaciones de la producción de ladrillos en un horno típico situado en Manicaragua, provincia de Villa Clara, Cuba y la aplicación de una metodología para implementar la sustitución parcial de leños de madera por el material conglomerado arcilla -biomasa disminuyendo el consumo total de combustible sin afectar de forma significativa los parámetros físicos y mecánicos de los ladrillos.

La producción anual de ladrillos del municipio Manicaragua alcanza las 280 mil unidades / año, la creciente actividad de productores individuales de ladrillos en la municipalidad implica un serio proceso de deforestación, que podría causar la destrucción de cerca de 11.5 ha de bosques anualmente.

Según Curbelo, 2002, el volumen de residuos de madera aserrada en Cuba asciende a 70.000 m3 anuales, estos residuos son utilizados de forma irregular por la industria avícola y porcina, sin embargo en ocasiones no tienen una aplicación concreta provocando una innecesaria ocupación y contaminación de áreas productivas donde muchas veces son incinerados sin dar al calor generado un empleo racional.

Estudios previos para determinar la disponibilidad de residuos provenientes del tratamiento de la madera en Villa Clara, identifica como fuente mayoritaria los aserríos con más del 75% del aserrín producido en la región, aportando talleres y carpinterías locales el resto como muestra la Figura 1. (González, 2004).

Los aserríos evaluados generan cada año alrededor de 280 m3 de residuos en forma de aserrín, con un valor energético de 378 GJ/año, lo cual podría constituir un significativo potencial energético para la producción de cerámica roja u otras aplicaciones en el campo de las industrias de materiales de construcción locales.

Una etapa muy importante en la producción del ladrillo ocurre durante la quema en el horno, a ella se asocia casi la totalidad del consumo de energía, existiendo una relación directa entre el régimen térmico empleado y las propiedades deseadas del ladrillo de barro cocido. El régimen térmico depende del nivel de operación del horno y de las características del combustible empleado, garantizando el perfil de temperaturas requerido en el horno para lograr la apropiada transformación del material arcilloso y obtener un producto final que cumpla las especificaciones de calidad.

El aumento de la demanda actual de madera empleada en las producciones de cerámica roja en varios países en desarrollo ha conducido al gradual incremento de la deforestación (Betancourt, 2007), por lo que densificar residuos de biomasa podría resultar una atractiva opción para facilitar su empleo como biocombustible en la fabricación de ladrillos y otros productos cerámicos.

Figura 1. Locaciones de aserrín y afloramientos de arcilla en Villa Clara, Cuba. Fuente: Machado 2002; Mapas de micro minería

En general los residuos primarios y secundarios del procesamiento de madera, del bagazo, paja de caña, de trigo, maíz, arroz y otros desechos, se caracterizan por su poca densidad y bajo poder calórico por unidad de volumen por lo que resultan inadecuaos para su combustión directa. (Bhattacharya, 2002).

Una importante característica del sólido combustible es su densidad, diferentes reportes evalúan la densidad relajada de las briquetas fabricadas con baja presión de compactación entre 200 Kg. /m3 -700 Kg. /m3 (Jamradloedluk, 2005; Faxälv, 2007). Teniendo en cuenta la amplitud de límites que adopta la densidad en función de diversos factores se acepta, en el marco de este trabajo, 450 Kg./m3 como valor mínimo para briquetas densificadas según el proceso tecnológico propuesto.

2. Materiales y métodos

Los residuos generados en los aserraderos estudiados poseen una similar distribución del tamaño de partículas, donde el aserrín colectado aleatoriamente muestra que la mayor fracción de partículas está por debajo de los 2.5 milímetros en más del 85% del material analizado, no obstante durante el acondicionamiento del material suelto para la elaboración de las muestras se realiza el tamizado del material excluyendo solo las partículas mayores a los 5 mm, para facilitar un superior aprovechamiento de los residuos disponibles el material retenido se tritura en un molino de martillo y se tamiza por la abertura fijada al efecto.

El análisis químico de las materias primas para la obtención del aglomerado arroja la no existencia de trazas de metales pesados u otros elementos que podrán ser perjudiciales al ambiente durante el proceso de combustión de la biomasa.

El material arcilloso se obtiene de diferentes fuentes garantizando diversidad de propiedades, lo cual permite evaluar su efecto sobre la estabilidad del conglomerado que se obtiene al ser mezclado con la biomasa y sometido a baja presión.

El material arcilloso es diluido en agua y mezclado con biomasa en diferentes proporciones (10-90, 20-80, 30-70). Luego mediante una prensa universal para ensayos mecánicos ZD-40 con capacidad de hasta 500 KN se compacta en un molde metálico cilíndrico de longitud y diámetro igual a 150 milímetros logrando además una abertura longitudinal en el centro del bloque de 25 mm de diámetro.

La densidad de las briquetas se calcula a partir de mediciones promedio de sus dimensiones y peso empleando Pie de Rey y balanza digital de precisión 0.001gramos. En el análisis de la densidad de las briquetas o bloques sólidos se utilizan las recomendaciones de la norma ASAE S269.4.

La razón de densidad (RD) tiene una relación inversa con respecto a la densidad y permite evaluar la estabilidad del proceso de compresión - relajación del material aglomerado, se obtiene a partir de la medición de la variación de las dimensiones de la briqueta y del peso como resultado de la pérdida de humedad.

Se establece a través de métodos de análisis de asociación entre variables las relaciones funcionales de algunos parámetros involucrados en el proceso de densificación, mientras el cálculo del calor especifico de combustión (CEC), se realiza acorde al por ciento constitutivo de los elementos químicos obtenidos mediante el análisis elemental e inmediato, caracterizando las muestras en términos del contenido de humedad, volátiles, carbono fijo y cenizas, al aplicar la ecuación de Dulong - Berthelot (Cukierman 1996).

Para el análisis del tiempo de combustión ó razón de combustión (BR) de las briquetas fabricadas de aserrín con baja presión y la arcilla como aglomérate se realza un diseño de experimento factorial fraccionado (DFF) donde la humedad posee una significativa influencia sobre el calor especifico de combustión, además se valora el contenido de aglomerante pues según Chin, (2000) este factor puede modificar con alto grado de incidencia las propiedades del combustible.

Para determinar el tiempo de combustión se instrumenta con un analizador de gases de combustión tipo RBR - ECOM - SG PLUS un combustor de baja temperatura (cocina eficiente), donde se introducen las briquetas y se comprueba el tiempo de inflamación de los compuestos volátiles que emiten una llama azul resplandeciente alrededor de la briqueta y desde el orificio central, se confirma la evolución del proceso a través del analizador de gases considerando concluida la combustión cuando el sólido remanente no emite el brillo rojo característico del material ardiente e invariablemente comienza a disminuir bruscamente la temperatura del flujo de gases.

Por otro lado se toman de forma aleatoria tres briquetas por tratamiento según el diseño realizado, se colocan en una mufla tipo LH 30/14, marca Nabertherm a 500 OC durante 2 minutos para lograr la oxidación del sólido biocombustible, y una vez evaluada la diferencia de pesos, se determina el rendimiento de la combustión.

La eficiencia energética del biocombustible se relaciona con la oxidación completa y el aprovechamiento del calor generado, por tanto su incremento se asocia a la disminución de las pérdidas, para con ello restringir el índice de consumo especifico y posibilitar una consecuente mejora ambiental del proceso. Como procedimiento de estimación de la eficiencia de la producción de ladrillos de cerámica roja se realizan diferentes quemas sucesivas, donde se sustituye parcialmente la leña por el BSC, verificando el consumo específico del biocombustible densificado, la variación de temperatura y como resultado las propiedades físico-mecánicas del ladrillo cerámico.

3. Desarrollo

Densidad relajada (DR) y Relación de densidad (RD)

La densidad final de las briquetas depende de diversos factores entre ellos la relación entre la magnitud de la presión de compresión y el distensionamiento ó relajamiento del material, las propiedades físicas iniciales del material lignocelulósico y las características del proceso de aglomeración (presión, tiempo, naturaleza y contenido porcentual del aglomerante, etc.).

Al estimar los parámetros del modelo funcional que relacionan la densidad relajada con los factores: presión (1-5 MPa), humedad (cantidad de agua 1-2.5 L / Kg. de biomasa), tiempo de prensado (15 - 60 segundos) contenido de aglomerante (10 - 30 por ciento) y actividad del aglomerante arcilloso, definida esta última por la relación entre la plasticidad y el contenido de arcilla, se valora el nivel de significación y la simplificación del modelo al extraer del análisis los factores menos explicativos.

El diseño de experimento fraccionado (DFF= 2(5-1)), realizado teniendo en cuenta el contenido de aglomerante (CA) a partir del material arcilloso de alta actividad procedente del municipio Manicaragua determina un valor promedio de 596 Kg. /m3 de la densidad relajada para los tratamientos muestrales definidos por la relación entre los factores y niveles involucrados.

La relación de densidad esta definida según Chin, 2000 como ((DH -DR)/ DH), donde DH es la densidad inicial ó húmeda y DR es la densidad final ó relajada.

La Figura 2, grafica la curva de valor porcentual de la relación de densidad versus presión aplicada al variar la actividad del material arcilloso, asumiendo igual contenido de aglomerante (20%) y humedad (H = 1.7 litros de agua / Kg. de aserrín), mezclando biomasa con diferentes materiales arcillosos con propiedades físicas y estructurales que determinan sus valores de actividad (alta. media y baja).

Se confirma la disminución del relajamiento con el aumento de la presión de compactación, así como la tendencia a disminuir la RD en función del aumento de la actividad del aglomerante.

Los valores hallados para la relación de densidad presentan un recorrido de 17 a 45 %, los resultados del ajuste a un modelo de regresión lineal múltiple describe la relación entre RD y 3 variables independientes con una relación inversa con los factores controlados. La ecuación del modelo ajustado adopta la forma siguiente:

(1)

Dado que el p-valor en la tabla ANOVA es inferior a 0.01, existe relación estadísticamente significativa entre las variables para un nivel de confianza del 99%. El estadístico R-cuadrado indica que el modelo explica un 87 % de la variabilidad en RD, donde RD es la relación de densidad en por ciento, P la presión aplicada en MPa; mientras CA es el contenido de aglomerante arcilloso y AA el grado o nivel de actividad del aglomerante.

Calor específico de combustión (CEC)

Para determinar la influencia de los parametros de fabricación del sólido densificado sobre el valor del CEC se emplea el análisis de regresión múltiple, considerando los factores ó variables que intervienen en el proceso.

Figura 2. Valor porcentual de la RD en función de la presión aplicada y la actividad del aglomerante

Las briquetas de baja densidad muestran dependencia entre el CEC del material y el proceso tecnológico de fabricación. Faxälv (2007) ha reportado como briquetas de aserrín y papel alcanzan un CEC entre 16.2 - 18.1 MJ/kg en función del contenido de aglomerante y el proceso tecnológico. Según González (2003), en briquetas de paja de caña se logra un poder calórico de 17.87 MJ/Kg., sin embargo, Martirena, (1999), reporta 15 MJ/Kg. mediante análisis térmicos, lo que al parecer tiene en cuenta el nivel de afectación que produce la adición del aglomerante inorgánico.

Dado el resultado promedio del cálculo del calor específico de combustión, es posible determinar la relación del mismo con los factores involucrados. El análisis del ajuste a un modelo de regresión lineal múltiple viene dado por el diseño de experimento considerando los factores: humedad, presión, tiempo de compresión (dwell time) de la biomasa en el dado y contenido de aglomerante (CA) en los niveles alto y bajo.

Los resultados del modelo describe la relación entre CEC y 2 variables independientes en las condiciones de la aplicación de baja presión y la adición del aglomerante arcilloso. La ecuación del modelo ajustado toma la forma siguiente:

(2)

Dado que el p-valor en la tabla ANOVA es inferior a 0.01, existe relación estadísticamente significativa entre las variables para un nivel de confianza del 99%. El estadístico R-cuadrado indica que el modelo explica el 91 % de la variabilidad en [2] donde: CEC es el calor especifico de combustión, expresado en MJ/Kg., H es humedad expresada en litros de agua L / Kg. de aserrín y CA el contenido de aglomerante.

Se manifiesta una relación inversa entre el calor específico de combustión, la humedad y el contenido de aglomerante. La relación del poder calórico de densificados de biomasa y la humedad ha sido suficientemente abordado por la comunidad científica confirmando estos resultados los expuestos por Bhattacharya, (2002) y otros investigadores, al parecer el aumento del contenido de aglomerante produce en este caso un efecto equivalente al de la humedad.

El análisis estadístico rebela que la presión no resulta un factor estadísticamente significativo para un nivel de confianza del 90 % ó más No obstante su bajo nivel de significación podría considerarse que el aumento de la presión tiene relación directa con el CEC, lo cual puede estar asociado con el aumento de la densidad y probablemente con el contenido porcentual de carbono fijo en el volumen del bloque, lo cual a su vez produce un incremento del poder calórico volumétrico, atendiendo al valor promedio de la densidad y del CEC puede representar 10 590 MJ/ m3

Razón de combustión (BR)

La razón de combustión (burning rates), caracteriza la velocidad a la que suceden los diferentes fenómenos relacionados con el proceso de oxidación del material lignocelulósico. Chin (2000) y Cristofer, 2006) plantean la importancia de su determinación al estar relacionada con las consideraciones necesarias del diseño de sistemas de combustión

La Figura 3 muestra el resultado del ensayo, donde se aprecia el valor de la razón de combustión en g/min. contra la densidad de cada tratamiento organizado según la matriz del diseño de experimento.

Los resultados demuestran la tendencia de la razón de combustión al tomar valores de 95 a 128 g/cm., en relación inversa a la densidad de la briqueta, evidenciando como el contenido de aglomerante puede retardar el proceso de oxidación del material lignocelulósico al disminuir la interacción de este con el oxigeno.

Figura 3. Razón de combustión en función de la densidad y la actividad

Estos resultados son consistentes con la teoría, según Christofer, (2006) la variable densidad puede incidir sobre la velocidad de combustión al limitar los procesos de difusión e interacción del material oxidante. Chin, 2002, por su parte plantea como el tiempo de combustión de briquetas se incrementa de forma proporcional al contenido de aglomerante y al tiempo de prensado, en opinión del autor puede estar relacionado con el aumento de la densidad y la probable disminución de la interacción con el oxigeno, llegando a confirmar los resultados expuestos.

Rendimiento del biocombustible

El rendimiento del combustible, expresa la calidad del portador energético y el proceso de combustión, por lo que puede ser definido como la relación entre el peso total de la muestra o espécimen y el peso del material potencialmente combustible, expresado en por ciento. (Assureira, 2002)

Este parámetro compara la ventaja relativa de ocurrencia de la combustión de las briquetas fabricadas en condiciones específicas, de modo que se determina qué condiciones de fabricación y obtención facilitan la combustión de unas con respecto a otras, a partir de la adaptación de expresiones expuestas en la literatura se propone la siguiente expresión de cálculo:

(3)

Donde: η = Rendimiento;
PTot = Peso total de la briqueta;
PRes = Peso del residuo;
PCb = Peso del material potencialmente combustible

PCb = ( PBiomasa - (1- % Ceniza)) + (Paglom * PPI/100)

Mediante el método de regresión lineal múltiple se evalúa el nivel de significación de los factores implicados, el factor tiempo no resulta significativo para un nivel de significación del 95 %. Los resultados del ajuste a un modelo de regresión lineal múltiple revela el promedio del rendimiento de la combustión del material aglomerado aserrín + arcilla a partir de la descripción de la relación entre el rendimiento y 3 variables independientes; La ecuación del modelo ajustado es:

(4)

Dado que el p-valor en la Tabla ANOVA es inferior a 0.01, existe relación estadísticamente significativa entre las variables para un nivel de confianza del 99%. El estadístico R-cuadrado indica que el modelo explica aproximadamente un 96 % de la variabilidad en el rendimiento.

El valor del aglomerante se introduce en tantos porcentuales y la P en MPa.

La relación funcional explica el proceso donde incrementos del contenido de aglomerante pueden limitar el rendimiento producto de la incombustibilidad del material arcilloso que aglutina la biomasa, lo que puede contribuir a la aparición de materiales no quemados, lo cual muestra una plena correspondencia de los resultados encontrados en este trabajo con la teoría.

No obstante los valores de rendimiento de la combustión obtenidos resultan relativamente altos en el intervalo del 92% - 98%.

Según Assureira 2002 el rendimiento de la combustión de briquetas fabricadas de paja de arroz obtenidas mediante la aplicación de baja energía de compactación, puede alcanzar valores en el entorno del 98 %, valor comparable al resultado que se obtiene en briquetas en el presente trabajo.

Según la literatura consultada (Ortiz, 2005), cuanto más denso es un biocombustible sólido más tarda en arder y por tanto manifiesta el material densificado una relativa disminución de su combustionabilidad.

Esto puede corresponderse a una limitada presencia de oxígeno en poros interconectados en el interior de la biomasa densificada, capaz de intensificar la combustión y por tanto el proceso se desarrolla con mayor dificultad; esta circunstancia podría resultar favorable para productores de cerámica roja, ya que en múltiples ocasiones el combustible tradicional (leña) se volatiza ó consume aceleradamente sin lograr que los hornos se calienten completamente, trayendo consigo la disminución de la productividad y la calidad del producto cerámico.

Eficiencia energética del biocombustible

La eficiencia energética del biocombustible esta' relacionada con diversos factores que repercuten sobre el mejor aprovechamiento del calor generado, por tanto su incremento esta asociada a la disminución de las pérdidas para con ello restringir los índices de consumo especifico y la consecuente mejora ambiental (Rodríguez, 2000).

En el municipio Manicaragua, de la provincia Villa Clara, Cuba, la Cooperativa de Producción Ramón Bernal constituye un importante centro de producción de ladrillos rojos. En el centro se dispone de un horno rustico con capacidad de 3500-4000 ladrillos por quema, el mismo se instrumenta con el equipo analizador de gases de la combustión (RBR-ECOM-SG PLUS), y se comprueba la variación de la temperatura en el tiempo y el contenido de las emisiones gaseosas, mediante un programa experimental donde se controlan las variables temperatura, tiempo de cocción y carga de combustible.

Se materializa la sustitución de la leña por el biocombustible logrando la obtención de curvas temperatura versus tiempo y versus carga para diferentes procesos o quemas, primero con un cien por ciento de leña, se obtiene como criterio comparativo el cálculo teórico del 100% de sustitución de la leña por los BSC manteniendo el máximo consumo energético y la máxima disminución de combustible para lograr el 50% de eficiencia energética, en segundo lugar se realiza la sustitución de la leña en el entorno del 30 -50 % de la cantidad inicial pero se mantiene el consumo energético al mismo nivel y finalmente se realiza la disminución del consumo bruto de energía a partir de la disminución del total de combustible.

Se prevé la disminución del consumo energético total, garantizando los niveles de temperatura de forma tal que posibilite la transformación de la arcilla (800 -900 °C) a partir de un régimen de carga del combustible a razón de 300 Kg. /h.

En la Tabla 1 se muestran las características de diferentes maderas que han sido empleadas para realizar la carga del horno en los experimentos comparativos realizados para este estudio.

Tabla 1. Resultados del análisis inmediato por tipo de madera y para el BSC

La Figura 4 muestra el hogar de fuego del horno experimental, en el que se identifican claramente los BSC y la llama resultante de la combustión de la parte sólida del biocombustible y los elementos volátiles

En la Figura 5 se muestra gráficamente la relación temperatura versus carga de combustible para las diferentes quemas experimentales, así como las mediciones realizadas durante el proceso de quema empleando el bloque sólido. Se estima como las curvas temperatura versus carga del bloque sólido alcanzan valores de pendientes más pronunciadas que en el caso del empleo de la leña, además se aprecia una trascendente diferencia en la combustión al lograr disminuirse el consumo total de combustible en la quema cuando se emplea el bloque sólido combustible.

Figura 4. Detalle del hogar de fuego del horno, sustitución de la leña por el biocombustible BSC

Figura 5. Variación de la temperatura con la carga acumulada

De estudios previos realizados a la leña tradicionalmente empleada y al BSC se infiere que el trazado de las curvas puede estar influenciado por el contenido superior de humedad de la leña verde que implica un mayor consumo inicial del calor generado en el horno, de forma tal que se precisa una energía adicional para eliminar esta humedad de la madera o leña, provocando la consecuente disminución de la temperatura de los gases.

Complementariamente esta situación puede estar también relacionada con el mayor volumen de gases generados al ser utilizados los BSC dado probablemente por los productos de las reacciones de los componentes del material arcilloso y por un mayor coeficiente de exceso de aire lo cual mejora el intercambio de calor entre el hogar de fuego y los ladrillos verdes y también por el efecto retardador sobre las reacciones de combustión que produce la densidad del BSC en relación con el contenido de material arcilloso.

Se demuestra según los resultados de las quemas experimentales como es posible disminuir el consumo total de combustible tradicional hasta un 15 -20% en peso del valor promedio actual con la consiguiente mejora de hasta un 40 %, en la eficiencia energética del horno manteniendo el valor adecuado de la temperatura para que el proceso se desarrolle satisfactoriamente sin ejecutar modificaciones importantes a la tecnología existente.

La sustitución de leña por el biocombustible densificado superior a un 50 % del peso total del combustible, puede no resultar práctico en las condiciones de hornos tradicionales, donde la periódica acumulación de cenizas y su consiguiente evacuación de las parrillas comienza a ser una problemática para el proceso de operación.

Según Mason, (2002,) el mejor valor de eficiencia energética reportado para estas tecnologías del ladrillo rojo cerámico alcanza el 50 % sin embargo es posible analizar diversas vías para disminuir las pérdidas que se producen por incombustión química, incombustión mecánica y otras. La mejora del aislamiento térmico de paredes, reinyectar los gases calientes y mejorar la relación aire combustible pueden acrecentar la eficiencia del proceso.

Con el empleo de la alternativa energética propuesta es posible en promedio aumentar la relación ladrillos / Kg. de combustible desde 1.1 a 1.4, esto se debe a que el calor necesario para secar el combustible es menor que cuando se emplea solamente leña, acrecentando en consecuencia la cantidad relativa de energía directamente utilizada en el proceso de transformación de los ladrillos, relacionado además con el efecto retardador que produce el material arcilloso durante la combustión al disminuir la velocidad de reacción del biocombustible.

En cambio la mayor velocidad con que libera la energía calorífica la leña, hace que esta no sea íntegramente aprovechada en el horno, pues el coeficiente de absorción del calor del ladrillo establece límites en su difusión a través de su masa volumétrica, de igual modo el mayor volumen de gases generado durante la combustión del BSC puede producir un mejor intercambio de calor en toda la columna del horno, lo que puede disminuir la falta de isotermia característica de este tipo de instalación.

En las quemas se realizan ensayos físico-mecánicos de campo al ladrillo fabricado (resistencia y sonido), así como el control visual al 100% de ladrillos correspondientes a cada quema, no existiendo ladrillos sobre quemados, al observarse que los ladrillos tienen un color rojo marrón indicación de una adecuada quema, sin agrietamientos ni deformaciones, de igual forma los ensayos de laboratorio concluidos demuestran no existir afectaciones a la calidad del ladrillo por el cambio de la fuente energética.

Al generar la nueva fuente de calor un nivel superior de cenizas al que produce el combustible tradicional, se exige remover con mayor frecuencia los residuos en el interior de la cámara de combustión, por lo que se recomienda adecuar el diseño de las parrillas del horno para mejorar su capacidad de evacuación de las cenizas del bloque sólido, este principio unido al calentamiento inicial necesario del horno son los aspectos más cardinales que limitan en la práctica diaria el empleo de una cantidad intensiva y relativamente mayor. del BSC.

El aumento de la eficiencia energética en la producción de ladrillos de barro cocido y otros productos cerámicos, puede contribuir a disminuir la tala de bosques y potenciar el reciclaje de desechos maderables con relevantes ventajas desde el punto de vista ecológico que estas acciones en el sector de la obtención de los materiales de construcción pueden representar.

4. Conclusiones

El proceso tecnológico propuesto confirma la obtención de un material compuesto biocombustible, basado en una mezcla densificada de suelo arcilloso y residuos lignocelulósicos maderables, facilitando su manejo adecuado. La densidad del bloque sólido tiende a aumentar con la actividad y el contenido de aglomerante, que a su vez influye en la razón de combustión al disminuir la velocidad de reacción del biocombustible, cooperando en la mejora de la eficiencia del proceso de cocción del ladrillo de barro, al disminuir el consumo especifico de combustible con respecto a la madera ó leña como fuente energética tradicional.

5. Agradecimientos

Los autores desean agradecer a las siguientes instituciones por su apoyo en el desarrollo de este trabajo: CITMA Ministerio de Ciencia, tecnología y medio ambiente de Cuba, UNIOVI Universidad de Oviedo.

6. Referencias

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Fecha de recepción: 27/ 04/ 2011, Fecha de aceptación: 27/ 06/ 2011.

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