Energy efficiency of an innovative vertical axial rotary kiln for pottery production

Evaluación de la eficiencia energética de un horno rotatorio axial vertical para la producción de cerámica

  • Carlos Andrés Forero Núñez Universidad Nacional de Colombia
  • Germán Arturo López Martínez Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”
  • Fabio Emiro Sierra Vargas Universidad Nacional de Colombia

Resumen (en_US)

Colombia is a remarkablecoal producer and exporter worldwide; several sectors use this resource for electricity and thermal energy production. Among them, the ceramic industry consumed 118,590 tons in 2011. Most of the pottery production companies in this country arelocated in rural areas and use old coal fired kilns with low energy efficiencies, generating environmental effects to the population nearby. Despite of the importance of these industries to the small rural economies, the government agencies have closed them due to the lack of development on cleaner devices. This work aims to analyze the thermal behavior of an innovative vertical axial rotary kiln for pottery production, and the energy efficiency varying operation mode. The kiln operated during seven hours needed three hours for stabilizing sintering temperature at 800°C. The mean temperatures of the loading, drying, sintering and cooling stage were 204°C, 223°C, 809°C and 321°C respectively. The convection and radiation heat losses were 15 % whereas the flue gas heat losses 18 %.During continuous operation, the kiln energy efficiency was about 60 %. This design proven to reach the temperatures required in the firing stage of the pottery production; moreover, a gas fuel was fuelled making the process cleaner and more efficient than coal-fired systems.

Resumen (es_ES)

Colombia es un importante productor y exportador de carbón a nivel mundial. Múltiples sectores utilizan este recurso para la producción de energía térmica y eléctrica, entre los cuales se encuentra la industria cerámica, que en el 2011 tuvo un consumo de 118 590 toneladas. La mayor parte de las industrias de alfarería se encuentran en áreas rurales y utilizan hornos antiguos alimentados con carbón con baja eficiencia energética, generando efectos ambientales considerables a la población circundante. A pesar de la importancia de estas industrias para las pequeñas economías rurales, agencias nacionales gubernamentales han cerrado varias debido a la falta de desarrollo de sistemas más limpios. Este trabajo pretende analizar el comportamiento térmico de un horno rotatorio de eje vertical para la alfarería y su eficiencia energética variando el modo de operación. El horno operó durante siete horas y necesitó tres horas para alcanzar 800 °C en la cámara de sintetización o cocido. Las temperaturas promedio de las cámaras de carga, secado, cocido y enfriamiento, a partir del momento de estabilización fueron 204, 223, 809 y 321 °C respectivamente. Las pérdidas por radiación y convección al ambiente fueron equivalentes al 15%, mientras que las pérdidas relacionadas con los gases de combustión fueron del 18%. Durante la operación en continuo la eficiencia energética del sistema alcanza el 60 %. Este diseño innovador demostró alcanzar las temperaturas requeridas en el proceso de alfarería; más aún permitió el uso de un combustible gaseoso, haciendo el proceso más limpio y eficiente que los sistemas tradicionales alimentados por carbón.

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Biografía del autor/a

Carlos Andrés Forero Núñez, Universidad Nacional de Colombia

Chemical Engineer, Ph.D(c) Engineering-Materials Science and Technology.Assistant Professor. Department of Mechanical and Mechatronics Engineering, Universidad Nacional de Colombia. Bogota.

Germán Arturo López Martínez, Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”

Mechanical Engineer, Technology Teaching Specialist, MSc Mechanical Engineering. Associate Professor. Technology Faculty. Universidad Distrital “Francisco Jose de Caldas”. Bogota.

Fabio Emiro Sierra Vargas, Universidad Nacional de Colombia

Mechanical Engineer, MSc Industrial Automatization, Dr. Ing in Engineering. Associate Professor. Department of Mechanical and Mechatronics Engineering. Universidad Nacional de Colombia. Bogota.

Referencias

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Cómo citar
Forero Núñez, C., López Martínez, G., & Sierra Vargas, F. (2015). Evaluación de la eficiencia energética de un horno rotatorio axial vertical para la producción de cerámica. Tecnura, 19(43), 93-105. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2015.1.a07
Publicado: 2015-01-01
Sección
Investigación