Report on Successful Technology · 2016-08-19 · US$0,23por!unidad!(casi!10%!de!la!reducción!del!costo).El!costo!de!inversión!se!estimó!en!US$18.900y! considerando!financiamiento,

Elaborado por:

Swisscontact Swiss Foundation for Technical Cooperation Para: Climate & Clean Air Coalition (CCAC) Junio 2015

Brick Production Initiative Technology Training Nodes in Latin America and Training Manuals for Asia and Latin America

Report on the scientific assessment of successful technology cases in LAC

i

Índice

Índice i Tablas ii Figuras ii

1 Introducción 1

2 Horno de tiro invertido 2

2.1 Características técnicas 2 2.2 Experiencia de su aplicación 2 2.3 Potencial de replicación 4 2.4 Potencial de mitigación 4

3 Horno Colmena 5


4 Horno de cámaras continuas 9


5 Horno de cámaras tipo Cedan 11


6 Horno Túnel Móvil 14


7 Resumen comparativo 17

Bibliografía 18

Anexos

A.1 Factsheets de hornos para la producción ladrillera A.2 Entrevistas

ii

Tablas

Tabla 1: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno de tiro invertido ............................................... 3 Tabla 2: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno colmena ............................................................ 6 Tabla 3: emisiones en horno colmena ..................................................................................................................... 7 Tabla 4: emisiones en horno de cámaras continuas ............................................................................................. 11 Tabla 5: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno Cedan ............................................................. 13 Tabla 6: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno móvil ............................................................... 15 Tabla 7: Resumen de las características técnicas de los hornos ........................................................................... 17 Tabla 8: Resumen del potencial de mitigación ...................................................................................................... 17

Figuras

Figura 1: Esquema de operación del horno de tiro invertido .................................................................................. 2 Figura 2: Horno de tiro invertido ............................................................................................................................. 4 Figura 3: Esquema de operación del horno de tiro invertido .................................................................................. 5 Figura 4: Horno colmena en Colombia .................................................................................................................... 7 Figura 5: Horno colmena (abóbada) en Brasil ......................................................................................................... 8 Figura 6: Diagrama de funcionamiento del horno de cámaras continuas ............................................................... 9 Figura 7: Hornos de cámaras continuas ................................................................................................................ 10 Figura 8: Horno Cedan ........................................................................................................................................... 12 Figura 9: Horno móvil ............................................................................................................................................ 14

1 Introducción La Iniciativa de Producción Ladrillera (Brick Production Initiative -‐ BPI) de la Coalición de Aire Limpio y el Clima (CCAC) tiene como objetivo lograr reducciones sustanciales de carbono negro y otras emisiones provenientes de la producción de ladrillo, que afectan la calidad del aire en muchas ciudades del mundo generando impactos en la salud y contribuyendo al cambio climático (CCAC, 2014).

Swisscontact ha sido contratada por el CCAC-‐UNEP para implementar cuatro nodos de capacitación tecnológica en América Latina (Perú, Colombia, México y Chile o Brasil) y para la elaboración de un Manual de Capacitación para América Latina. Este proyecto tiene un periodo de implementación de junio 2014 a abril 2016. Los objetivos de este trabajo son: i) desarrollo y establecimiento de grupos de expertos internacionales para consolidar el estado del conocimiento sobre la ciencia, la tecnología y políticas públicas; ii) capacitación para fortalecer a actores clave en la adopción de tecnología; iii) apoyar a los gobiernos en el desarrollo e implementación de políticas integrales de modernización del sector (reglamentos, incentivos, financiamiento y otros instrumentos de política); y iv) desarrollo y difusión de información a lo largo de las redes internacionales y regionales de expertos y partes interesadas.

El objetivo de este informe es presentar aplicaciones tecnológicas que han tenido éxito en el sector ladrillero de América Latina, así como una descripción sus características, su potencial de mitigación de emisiones de contaminantes de vida corta (SLCPs, por sus siglas en inglés) y otros contaminantes, y de la mejora de la eficiencia energética y calidad de productos. Esta evaluación se ha realizado a través de la revisión de la información disponible y la aplicación de entrevistas a expertos y stakeholders.

Para cada tipo de horno se han desarrollado 4 secciones, la primera incluye una breve descripción de las características técnicas del horno (para más detalle ver anexo A.1); la segunda describe en que países y regiones se ha implementado dicha tecnología, una o más experiencias específicas de implementación del horno descrito, así como también resultados de la viabilidad económica-‐financiera de la inversión; en la tercera sección se hace un análisis de las ventajas y desventajas del horno y en la cuarta parte se analiza el potencial de mitigación.

Los hornos descritos en este informe son aquellos seleccionados mediante entrevistas a expertos, priorizando aquellos con mayor potencial de replicación en América Latina, así como, mayor potencial de mitigación de gases de efecto invernadero y carbón negro.

2 Horno de tiro invertido

2.1 Características técnicas

El horno de tiro invertido existente en Perú y Ecuador, es de forma rectangular, en la parte inferior se encuentra un canal recolector de gases (tobera) y en la parte posterior se cuenta con una chimenea por donde se evacuan los gases. El calor va entre la pared del horno y la carga de ladrillos de abajo hacia arriba para luego ser succionado por la chimenea atravesando la carga de arriba hacia abajo, con lo que se consigue una cocción homogénea de los productos dada la distribución uniforme de la temperatura en la cámara de cocción que alcanza hasta 1000°C, lo cual supera el mínimo requerido para la sinterización que es de 850°C (EELA, 2014b).

Posee múltiples puntos de suministro de aire y combustible colocados en las paredes laterales del horno, y un sistema de ventilación de velocidad regulable, adicionalmente puede inyectarse combustible (por ejemplo, aserrín) a través de las tuberías hacia las cámaras de combustión (EELA, 2013c).

Figura 1: Esquema de operación del horno de tiro invertido

Fuente: Programa EELA

El ciclo de operación de este horno comprende entre 4 a 7 horas para el cargado, 12 a 18 horas para la quema, y aproximadamente tres días para el enfriamiento y de 4 a 6 horas para la descarga de las piezas.

El combustible utilizado es madera, aserrín, cascarilla de café, entre otros (EELA, 2013c).

2.2 Experiencia de su aplicación

Los hornos de tiro invertido o llama reversa han sido construidos bajo diversas versiones en América Latina, por ejemplo, está el horno colmena utilizado en Colombia y Brasil o el horno Paulistinha también en Brasil.

Sin embargo para el sector más artesanal (producción sin ningún tipo de maquinaria), con pequeña producción, las posibilidades de inversión en un horno “mejorado” son muy limitadas, es por esto que se desarrolló una versión de bajo costo para este tipo de hornos.

El primer ejemplo se hizo en Cusco (Perú), replicándose luego y con algunas mejoras, en Cuenca (Ecuador). En Nicaragua, también hay una versión de este horno en los llamados hornos catenarios. Los productores que poseen estos hornos lo usan preferentemente para la quema de ladrillos y en pocos casos para la quema de tejas (EELA, 2013c).

Como ya se mencionó, al ser un horno pequeño y de relativa baja inversión, el paso usual es desde un horno campaña1 al horno de tiro invertido, con un diferencial de consumo especifico de energía de alrededor de 30% (SEC2campaña: 4,6 MJ/kg ladrillo, SECtiro invert.: MJ/kg ladrillo), lo que significa a su vez, una reducción del 30% de consumo de energía por cada unidad producida, con la consecuente reducción de las emisiones originadas por

1 horno artesanal construido con los propios ladrillos a ser cocidos cada vez que se realiza una quema, sin cubierta o techo 2 Consumo Especifico de Energía, por sus siglas en ingles

la quema del combustible (EELA, 2014b).

El Programa EELA evaluó la viabilidad económica-‐financiera de la implementación de este tipo de horno en Cuenca (Ecuador), concluyéndose que solo era viable para un ladrillero artesanal con procesos mecanizados. En dicho análisis, se determinó un costo de producción de situación base (horno campaña) de US$0,25 por unidad y un precio de venta de US $0,35, permitiendo un margen de utilidad base de 27,3% (EELA, 2014c).

Con la implementación del horno de tiro invertido se obtiene una reducción de los costos de operación a US$0,23 por unidad (casi 10% de la reducción del costo). El costo de inversión se estimó en US$18.900 y considerando financiamiento, se estimó un VANF3 de US$20.966 y una TIRF4 de 56% con un periodo de recuperación de 1 año con 9 meses, tomado en consideración un financiamiento a un plazo de 5 años con tasa de interés de 11% (ver siguiente tabla) (EELA, 2014c).

Asimismo, el punto de equilibrio para este tipo de empresa, se estimó en un nivel de producción mínimo de 13.206unidades mensuales, que en ventas significaría $US 4.622. Por este motivo, es importante resaltar que las empresas deben contar con cierto nivel de mecanización para poder invertir en un horno de tiro invertido, contando, al menos, con una extrusora pequeña, batidora y secadero que les permita tener mayor capacidad de producción que el nivel artesanal, el cual tiene un nivel de producción típico de 10.000 unidades al mes. Para la evaluación económica-‐financiera se consideró una producción mensual de 24.000 unidades (EELA, 2014c).

Tabla 1: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno de tiro invertido

Nivel de inversión US$18.900 VANF US$20.966 TIRF 56% Periodo de recuperación 1 año con 9 meses Punto de equilibrio 13.206 unidades mensuales Condiciones del análisis: financiamiento a un plazo de 5 años con tasa de interés de 11%

Fuente: EELA, 2014c

En un ejemplo concreto de implementación del horno de tiro invertido en Cuenca-‐Ecuador (ver siguiente ilustración), un empresario de la zona construyó éste horno con una capacidad de 7.000 unidades de ladrillo con posibilidad de producción de hasta 28.000 unidades mensuales (4 quemas al mes). El horno requirió una inversión de aproximadamente US$ 13.000 (sin incluir el costo de la asesoría en la construcción), adicionalmente invirtió en una extrusora y secadero. Mediante una entrevista el empresario indicó que los beneficios que ha observado con esta implementación son (ver anexo A.2):

• Incrementó sus ventas en 200% • Disminución de costo de mano de obra y combustible • Mejores condiciones de trabajo y salud • Elaboración de nuevos productos • Nuevos clientes

Como desventajas mencionó:

• Aumentaron los costos en control de procesos, energía eléctrica, mantenimiento de equipos • Formalización y pago de impuestos

3 Valor Actual Neto Financiero 4 Tasa Interna de Retorno Financiera

Figura 2: Horno de tiro invertido


2.3 Potencial de replicación

Si bien este tipo de horno tiene cierto potencial de adopción por parte de empresas ladrilleras pequeñas y artesanales, también tiene ciertas barreras en su implementación, como son por ejemplo las limitaciones en incrementar la capacidad de producción del horno, el trabajo adicional para la carga y descarga y demora en enfriamiento en comparación con un horno campaña o sin techo.

El monto de la inversión varía en los diferentes países de América Latina entre US$14.500 -‐19.000; así también las condiciones crediticias. En cualquier caso, se ha realizado un análisis de sensibilidad que indica que incluso la variación de estos componentes refleja los beneficios de la inversión, sin embargo se debe tomar en cuenta el nivel mínimo de producción (13.200 unidades mensuales en el caso del horno utilizado en Cuenca), el cual dependerá del precio de venta y de los costos generados, para poder justificar esta inversión, así como del nivel tecnológico que permita la reducción de otros costos variables.

Según lo mencionado anteriormente, este horno representa el paso de una producción artesanal a una semi-‐mecanizada, lo que conlleva un cambio significativo en la forma de producción, inversión y riesgo asociado, para lo cual, adicionalmente al incentivo económico, se requeriría del establecimiento de normas que exijan una mejora en el desempeño ambiental, de otra manera difícilmente un gran número de ladrilleros artesanales invertirán en tecnología que implique una inversión y cambio tan significativo.

2.4 Potencial de mitigación

El cambio de un horno campaña a un horno de tiro invertido implica una reducción del 30% de consumo de energía por cada unidad producida, es decir, que este tipo de horno representaría alrededor de 30% menos de emisiones a si el mismo ladrillo fuera producido en un horno campaña.

Tomando como referencia un factor de 100,9 g de CO2 emitidos en este tipo de horno por kg de ladrillo producido (Swisscontact, INT, 2015), se estima una potencial reducción de 47,0 t CO2 al año por cada horno instalado5.

En cuanto al carbón negro, se estima que este horno presenta una emisión alrededor de 0.19 g de carbón negro por kg de ladrillo (Weyant, Ch., et al., 2014), lo que llevaría a una reducción de 0,08 t carbón negro al año por cada horno instalado5.

5 Considerando un nivel de producción anual por horno de 1000 toneladas (Swisscontact, INT, 2015).

3 Horno Colmena


Este horno, de forma circular, también cuenta con el principio de operación de tiro invertido o llama ascendente. La combustión se produce en las zonas laterales del horno (04 a 06 quemadores colocados de manera equidistante). Las dimensiones del horno son entre 5 a 10 metros de diámetro y de 2,8 a 3,2 metros de altura; y tienen una capacidad que varía entre 60 -‐110 millares (EELA, 2014b).

El tiro puede ser natural o forzado, los combustibles comúnmente utilizados son trozos, troncos y pedazos de leña; en el caso de Colombia se utiliza carbón mineral, el cual es inyectado al horno como carbón pulverizado junto con el aire forzado, lo que hace más eficiente el proceso de combustión. El ciclo completo de producción consiste en 12 horas para la carga, 20 horas para el calentamiento, 18 horas para la quema, 27 para el enfriamiento y 12 horas para la descarga, totalizando 90 horas o cerca de cuatro días, estos periodos pueden variar dependiendo del tipo de producto, materia prima, tipo de proceso de quemado y combustible utilizado (EELA, 2014b).

El consumo específico de leña es entre 1,15 y 1,60 st6/millar, equivalente a 2,31 -‐ 3,71 MJ/kg. La eficiencia térmica media es de 38%. Este horno es capaz de generar de 60 a 80% de productos de primera calidad (EELA, 2014b).

Figura 3: Esquema de operación del horno de tiro invertido

Fuente: EELA, 2015

6 Un estéreo (st) equivale a un apilado de madera de 1 m de largo por 1 m de ancho y por 1 m de altura. No equivale al tradicional metro cúbico, porque existen grandes espacios vacíos entre los troncos. Un estéreo es aproximadamente 0,21 tMS (tonelada de materia seca) y aproximadamente 0,345 tep (tonelada equivalente de petróleo).


Este horno es ampliamente utilizado en Brasil, Colombia, entre otros países de la Región. Para el caso de Brasil, la implementación de éste horno tiene tendencia decreciente en las zonas de producción con tecnología más avanzada y creciente en las regiones productivas más carentes de tecnología, siendo las regiones Norte Noreste y Centro-‐Oeste las que cuentan con un mayor porcentaje de este tipo de horno. Una situación similar ocurre en Colombia, donde el horno colmena sigue siendo una opción de transición tecnológica para las empresas más artesanales, como las que producen con los hornos a fuego dormido, mientras que las empresas medianas piensan en cambiar a un horno con mayor eficiencia (EELA, 2014b; observación de campo).

En Brasil existen alrededor de 1.750 empresas que poseen este tipo de horno y en total producen alrededor de 10,3 billones de piezas al año (24% de la producción nacional); en Colombia se tienen alrededor de 349 hornos colmena con una producción total de 209,4 millones de piezas al año (20% de la producción nacional), y en Perú existen unos 10 hornos con una producción de 10 millones de piezas al año (19% de la producción nacional) (EELA, 2015).

Como se mencionó anteriormente y al igual que en el caso del horno de tiro invertido, este tipo de horno suelen implementarlo empresarios ladrilleros que producen con hornos campaña u hornos con paredes fijas pero abiertos (sin techo); en éste caso las empresas deben contar con una producción relativamente mayor y también con mecanización, como el uso de extrusoras.

El paso de un horno campaña a un horno colmena implica una disminución del consumo específico de energía de alrededor de 25%, y de 12% para el caso de horno de paredes fijas a colmena, con porcentajes equivalentes a la reducción en consumo de combustible (SECcolmena: 3,5 MJ/kg ladrillo, SECp. fijas: 4,0 MJ/kg ladrillo). En el caso de Colombia, también se presenta la situación del cambio de un horno(s) a fuego dormido a colmena (EELA, 2015).

En cuanto a casos concretos de implementación de este horno, en esta sección se describen dos casos, uno para Colombia y otro para Brasil.

En este caso, el Programa EELA también evaluó la viabilidad económica-‐financiera de la implementación de este tipo de horno en Colombia y Brasil. En la tabla a continuación se muestran los resultados de dicho análisis.

Tabla 2: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno colmena

Parámetro Colombia (Nemocón) Brasil (Seridó) Nivel de inversión US $40.000 US$ 66.5300 VANF US$ 24.350 US$ 26.022 TIRF 42% 2,0% Periodo de recuperación 32 meses 22 meses Punto de equilibrio 64.842 unidades por quema ND Condiciones del análisis financiero

Paso de horno a Fuego Dormido a Colmena. Tasa de interés 3,3% mensual a un plazo de 24 meses

Condición inicial 01 horno caipira, producción 100-‐900 millares/mes. Tasa anual de 10,0% a un plazo a 36 meses

ND: No disponible Fuente: EELA, 2014a; EELA, 2015

En el caso de Colombia, la implementación la realizó un empresario del municipio de Nemocón, en la vereda de Patio Bonito. Este empresario contaba con hornos a fuego dormido, los cuales demolió para construir un horno colmena, asimismo adquirió una maquinaria para la extracción de arcilla y moldeo (extrusora).

Este empresario menciona que obtuvo una reducción en el consumo de combustible de alrededor de 22% equivalente a 51 toneladas menos de carbón al año, así como, un aumento de casi 20% en la producción (EELA, 2012) (ver siguiente figura).

Figura 4: Horno colmena en Colombia

Zona de Patio Bonito Horno colmena


Cabe señalar que en Colombia existe presión por parte del gobierno para el cumplimiento a la normativa de emisiones atmosféricas; el horno colmena operado con inyector de carbón pulverizado junto con buenas prácticas productivas alcanza los estándares establecidos (ver siguiente tabla).

Tabla 3: Emisiones en horno colmena

Parámetro Límite de emisión (mg/m3) (Resolución N° 0909/2008)

Resultado de monitoreo en el horno

(mg/m3)

PM (Material Particulado) 250 (industria existente) 50 (nuevas empresas) 44,6

NOx (Óxidos de Nitrógeno) 550 (industria existente) 500 (nuevas empresas) 155,6

SOx (Óxidos de Azufre) 550 (industria existente) 500 (nuevas empresas) 186,0

Fuente: González y Fernando, 2013

Para el caso de Brasil, se realizaron 3 entrevistas a empresarios que construyeron hornos abóbada (colmena), dos de las empresas están ubicadas en la zona de Seridó en la región Nordeste de Brasil y una en Santa Catarina en la región Sur. En los 3 casos el cambio se hizo a partir de hornos caipira (hornos abiertos de paredes fijas).

Para todas estas empresas la motivación para el cambio fue la mejora en la calidad del producto y el aumentar las ganancias de la empresa, una empresa también menciona la reducción en consumo de leña y de las emisiones (ver anexo A.2).

Todos los empresarios mencionaron que con el cambio de hornos obtuvo efectivamente una mejora la calidad del producto, con un aumento de ventas entre 10% y 20% y un aumento de 20% a 40% de los ingresos netos.

En cuanto a los costos de producción, todos los empresarios coincidieron en que disminuyó el gasto en combustible, y un empresario también menciono la reducción de costos en mantenimiento de equipos. Asimismo, un empresario mencionó el aumento en el costo de mano de obra.

Figura 5: Horno colmena (abóbada) en Brasil

Horno abóbada Carga de tejas dentro del horno


En Brasil también existen límites de emisión aplicables a la industria ladrillera, que los hornos mencionados deberán cumplir: 730 mg/m3 de Material Particulado (PM) para industrias de <10MW y 520 mg/m3 de PM para industrias entre 10 y 30 MW.


Como se mencionó anteriormente, este horno ha dejado de ser una opción atractiva de mejora tecnológica para empresas ladrilleras con mayor acceso a tecnología. Sin embargo, sigue siendo una opción atractiva en zonas de producción ladrillera de baja tecnología, aunque se debe tener en cuenta que para que la inversión sea rentable, estas empresas deben contar con cierta mecanización, como una extrusora que les permita mantener cierto nivel de producción.

Aunque la reconversión y análisis económico muestra indicadores positivos siempre y cuando se tomen como referencia los niveles de producción indicados, el análisis de sensibilidad señala que los indicadores económicos y financieros son altamente sensibles a las variaciones en el precio de venta, por lo que se debe de tener en cuenta el tipo de producto y su valoración por el mercado. Adicionalmente, debe considerarse conseguir financiamiento atractivo que viabilice también el proyecto en términos financieros.

Las ventajas de este tipo de horno es la baja complejidad para su construcción y para la operación. Entre las desventajas que presenta y que limitarían su replicación está el consumo energético alto, la necesidad de aplicar aire forzado durante la quema, un índice de pérdidas elevado y un ciclo de producción largo.


Considerando el cambio de un horno campaña a un horno colmena, la reducción del consumo de energía es de 25%, así, considerando que se emiten alrededor de 330,0 g de CO2 por kg de ladrillo producido (Swisscontact, INT, 2015), se estima una potencial reducción de 941,7 tCO2 al año por cada horno instalado

7 que reemplaza la producción en horno campaña. En cuanto a carbón negro, se estima que este horno, al ser también un horno tipo tiro invertido e intermitente tendría una emisión alrededor de 0.19 g de carbón negro por kg de ladrillo (Weyant, Ch., et al., 2014), lo que llevaría a una reducción de 0,5 t carbón negro al año por cada horno instalado.

En el caso del cambio de un horno de paredes fijas a colmena, la reducción del consumo de energía es de 12%, estimándose una potencial reducción de 406,7 tCO2 al año por cada horno colmena instalado que reemplaza la

7 Considerando un nivel de producción anual por horno de 4000 millares/año (9.080 t de cerámicos/año) (Swisscontact, INT, 2015).

producción en horno de paredes fijas. En cuanto a carbón negro, se estima que este horno una reducción de 0,2 t carbón negro al año por cada horno instalado.

4 Horno de cámaras continuas


El horno multi-‐cámaras es un horno intermitente que posibilita el aprovechamiento de la energía de las cámaras de cocción para el secado del material cerámico crudo. Esta recuperación de calor se hace mediante un ducto especialmente diseñado y un tiro forzado que impulsa aire a través de las cámaras con material cocido en la etapa de “enfriamiento”.

El proceso de quema involucra una serie de cámaras individuales conectadas entre sí, que comparten el mismo ducto de chimenea. Cuando la primera cámara ha alcanzado la temperatura de cocción de 950 a 1.050 °C, la segunda cámara estará entre los 300 a 400°C, para cuando esto suceda se inicia la combustión en la segunda cámara y la tercera cámara aprovechará el calor residual de la segunda cámara; y así sucesivamente hasta completar la serie. Por otra parte cada cámara tiene su compuerta para la combustión (ver siguiente figura). Durante este proceso, la dosificación de combustible se realiza por la parte superior del horno mediante un equipo dosificador, que inyecta el combustible mediante las mangueras de alimentación (CAEM, 2014).

Figura 6: Diagrama de funcionamiento del horno de cámaras continuas

Fuente: CAEM, 2014

El tiempo de cocción varía entre 7 a 8 horas y el enfriamiento puede tardar entre 6 a 12 horas por cámara, con apoyo de ventiladores de enfriamiento (CAEM, 2014).

Se tiene un consumo de combustible de 2,37 MJ/kg ladrillos cocinado o de 0,08 kg de carbón/kg de cerámico. En este horno se presentan perdidas de calor en las puertas y algunas fisuras de las paredes laterales del horno (CAEM, 2014).

Cámara 4 Cámara 3 Cámara 2 Cámara 1

Hornilla

Equipo dosificador

Extractor

Brameras

Ducto Gases

Dámper Ducto pasa fuego

Muro corta fuego

Puerta cámara

Cámara de cocción

Chimenea

Flujo de calor

Flujo de gases

Inyección combustible

Figura 7: Hornos de cámaras continuas

Vista lateral horno Cámaras Continua Vista frontal horno Cámaras Continuas

Alimentación de combustible Cámara de quema

Fuente: CAEM, 2014


El horno de cámaras continuas es un modelo aplicable para microempresarios o pequeñas empresas con capacidad de producción de 2 a 5 t/hora. Es una alternativa tecnológica atractiva en razón a su relativa baja inversión, tasa interna de retorno alta, periodo de recuperación corto y permite iniciar con pocas cámaras y luego incrementar el nivel de producción añadiendo más cámaras. Además permite la cocción de diferentes productos con un bajo costo de producción, con respecto a otros hornos intermitentes. Dependiendo del nivel de producción que se tenga, anterior a la reconversión, se genera un aumento de la producción del 15 al 25 % con una mejora de ingreso por la reducción de uso de combustible y aumento productivo anual de US$100 a US$130 mil (CAEM, 2014).

En Cundinamarca-‐Colombia, se ha instalado de un horno de este tipo por una empresa que desmontó el horno colmena con el que contaba para construir el horno de cámaras continuas. El horno implicó una inversión de US$172.200, se estimó una TIR de 56%y un VAN de US$8.002.110, adquirió además dosificadores de carbón pulverizado y optimizó línea de producción con mejoras en equipos de trituración, extrusión y moldeo semi-‐mecanizada (EELA, 2015).

Ahora cuenta con una capacidad de producción de 120.000 piezas al mes (600 t /mes) significando un aumento de 7,4 % de la producción anual, redujo en 52 % el consumo de combustible por quema equivalente a 624 toneladas de carbón/año y 1.381 tCO2 /año que dejan de ser emitidas (CAEM, 2014).

Para verificar el cumplimiento de esta tecnología con los estándares de emisión de Colombia para este tipo de industria se realizó un monitoreo de emisiones en donde se verifico el cumplimiento de la normativa (ver siguiente tabla).

Tabla 4: Emisiones en horno de cámaras continuas

Parámetro

Límite de emisión (Resolución N° 0909/2008)

Resultado de monitoreo en el horno

(mg/m3)

PM (Material Particulado) 250 (industria existente) 50 (nuevas empresas) 76,66

NOx (Óxidos de Nitrógeno) 550 (industria existente) 500 (nuevas empresas) 70,32

SOx (Óxidos de Azufre) 550 (industria existente) 500 (nuevas empresas) 285

Fuente: CAEM, 2014


Como se menciona anteriormente, el rápido retorno de inversión de este horno junto con la posibilidad de incrementar posteriormente el nivel de producción aumentando más cámaras, permite que la inversión de capital pueda hacerse poco a poco.

El sistema de cámaras continuas permite la recuperación de calor de las cámaras con material cocido hacia las cámaras continuas o para el secado en patios de material verde reduciendo el tiempo de secado considerablemente y tiene flexibilidad de producción de diferentes productos.

Una desventaja es que suele haber exposición de los trabajadores a altas temperaturas. Adicionalmente, para lograr buenos niveles de eficiencia y de calidad de producto es necesario un control cuidadoso de la temperatura de quema.

Aún hay pocas experiencias en Colombia con este tipo de horno, por lo que la experiencia en la construcción y operación del horno es aún limitada.


En el caso del CO2, el factor de emisión considerado para el horno colmena es de 330 g CO2/kg ladrillo cocido y el factor de emisión para el horno de cámaras continuas es de 257 g CO2/kg ladrillo cocido (Swisscontact, INT, 2015), así, con el cambio de un horno colmena a un horno de cámaras continuas se obtiene una reducción de emisiones de CO2 de alrededor de 22% por unidad producida, estimándose una potencial reducción de 331,4 t CO2 al año por cada horno de cámaras continuas8 instalado que reemplaza la producción en horno colmena.

En cuanto a carbón negro no se cuenta con información de emisiones de un horno de características similares.

5 Horno de cámaras tipo Cedan 5.1 Características técnicas

El horno Cedan está constituido por multicámaras interconectadas, que de forma similar al horno de cámaras continuas descrito anteriormente, aprovecha el calor entre éstas, proporcionando una operación semi-‐continua. El arreglo más común consiste en un conjunto de 6 u 8 cámaras a cada lado del horno, interconectadas longitudinalmente por canales bajo el piso (tamiz) y otros canales sobre las paredes laterales que separan la cámara de combustión y la cámara donde está el producto. La capacidad de ésta última puede variar entre 25.000 a 40.000 piezas, de acuerdo con sus dimensiones internas, y conforme al tipo de producto empleado (EELA, 2014b).

8 Considerando un nivel de producción anual por horno de 2000 millares/año (4.540 t de cerámicos/año) (Swisscontact, INT, 2015)

La operación semi-‐continua de éste horno se caracteriza por el hecho de que siempre hay una cámara que está realizando la quema; 2 a 5 cámaras siguientes y vecinas que cuentan ya con material cargado son precalentadas, recibiendo el calor residual extraído de la cámara en proceso de quema. De otro lado, en las 2 cámaras anteriores a la quema, se hace el enfriamiento de la carga ya quemada, insuflando aire del ambiente. Este aire intercambia calor con las piezas calientes, y se va calentando para ingresar a la cámara en fase de quema, actuando como aire de combustión, lo que también contribuye a mejorar el rendimiento energético (EELA, 2014b).

Los gases de combustión tienen un flujo ascendente dirigiéndose de la cámara de combustión al techo del horno pasando por aberturas en la parte superior de la pared que separa la cámara de combustión de la cámara donde están colocadas las piezas cerámicas. En este compartimiento, el flujo de gases calientes es desviado para abajo, pasando a través de la carga y es dirigido para el subsuelo, cruzando un piso tamizado. De allí el calor es direccionado para la cámara de combustión vecina por aberturas abajo del piso, atravesando la pared que divide las cámaras (EELA, 2014b).

El proceso de quema en cada cámara puede variar entre 8 e 36 horas (promedio de 15 horas), dependiendo de las características de la materia prima empleada y del tipo de producto final (teja, ladrillo o baldosa). La temperatura de quema del horno debe situarse entre 800 a 950°C (EELA, 2014b).

En promedio, se pueden realizar cerca de 30 quemas mensuales, generando una capacidad de producción mensual de 900 millares (con base en 85% de teja de 1,1 kg/pieza y 15% de bloque estructural de 2,4 kg/pieza) o 810 t/mes.

La alimentación de combustible, en forma de leña, viruta o aserrín, se da por la parte superior del horno (techo), pudiendo ser de forma continua o en lotes (intermitente).

El control de la quema se realiza a partir de la señal de temperatura de los termopares instalados internamente en las cámaras, facilitando el control de la alimentación del aire de combustión y del propio combustible (válvulas rotativas o alimentadores tipo tornillo). El consumo específico de leña de éste horno está entre 0,6 e 0,7 st/mil piezas producidas, equivalente a un consumo específico de energía entre 1,71 – 2,28 MJ/kg. El Cedan genera cerca de 90% de productos de primera calidad (EELA, 2014b).

Figura 8: Horno Cedan



El paso común suele ser de hornos de tipo caipira a hornos Cedan, aunque también se dan casos de conversión desde un horno abóbada o paulistinha.

En Brasil hay alrededor 150 empresas que tienen hornos Cedan y suman una producción de 1,5 billones de piezas al año (~3,5% de la producción en Brasil) (Swisscontact, INT, 2015).

Se realizaron 4 entrevistas a empresarios que construyeron hornos Cedan, 3 de las empresas están ubicadas en estado de Rio Grande do Norte de Brasil (RN) y una en el estado de São Paulo (SP). En los casos de RN, en una empresa el cambio se hizo a partir de hornos caipira (hornos abiertos de paredes fijas), en otra a partir de hornos abóbada y en la otra de hornos paulistinha. En la empresa de SP el cambio se hizo a partir de hornos caipira (ver anexo A.2)

Para todas estas empresas la motivación para el cambio fue la mejora en la calidad del producto y el aumentar las ganancias de la empresa, una empresa también menciona la reducción en consumo de leña y de las emisiones.

Sobre los aspectos positivos, se mencionó un aumento de ventas entre 15%-‐35% y un aumento de ingresos netos entre 20%-‐30%. Todas las empresa también afirmaron haber disminuido sus costos de producción y únicamente la empresa de SP observó un aumento en los costos de mano de obra.

A continuación se muestran los resultados de la viabilidad económica-‐financiera evaluada por el Programa EELA para la zona de Seridó en la región Nordeste de Brasil.

Tabla 5: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno Cedan

Parámetro Brasil (Seridó) Nivel de inversión US$274.440 VANF US$363.049 TIRF 6,0% Periodo de recuperación 13 meses Punto de equilibrio ND Condiciones del análisis financiero

Condición inicial 02 hornos caipira. Tasa anual de 10%. Plazo a 36 meses


Entre las ventajas de este horno esta su alta eficiencia energética, flexibilidad de producción de diferentes productos, bajo costo operativo, posibilidad de recuperación de calor para el secado, corto periodo de producción, quema homogénea y bajo nivel de pérdidas por quiebre y rajaduras.

Entre las desventajas esta que tiene un costo de inversión relativamente elevado y una operación compleja. Adicionalmente este horno cuenta con patente por lo que puede ser construido únicamente por el dueño de la patente.


Como se menciona en la sección 5.2 los casos típicos son de paso de hornos caipira o colmena a un horno tipo Cedan.

En el caso del cambio de un horno caipira (horno abierto de paredes fijas) a un horno Cedan, la reducción de emisiones de CO2 es de alrededor de 53% por unidad producida (factor de emisión de Cedan: 175 g CO2/kg ladrillo cocido) (Swisscontact, INT, 2015). Estimándose una potencial reducción de 2965,9 tCO2 al año por cada horno Cedan9 instalado que reemplazaría la producción en horno caipira. En el caso del cambio de un horno colmena a un horno Cedan, la reducción de emisiones de CO2 es de alrededor de 47% estimándose una potencial reducción de 2287,0 tCO2 al año por cada horno Cedan instalado que reemplazaría la producción en horno colmena.


9 Considerando un nivel de producción anual por horno Cedan de 6.500 millares/año (14.755 t de cerámicos/año) (Swisscontact, INT, 2015)

Sin embargo, el flujo de aire/calor en este horno cuenta con varios re-‐direccionamientos, lleva a que el paso del “fuego” (calor) sea más lento, lo que influye a una mayor retención del material particulado producto de la combustión, disminuyendo este tipo de emisión atmosférica, y por ende, de carbón negro (EELA, 2014b).

6 Horno Móvil


El horno móvil es un modelo en el que la estructura completa del horno puede ser movida usando un sistema de rieles, y colocarlo sobre un bloque de ladrillos verdes previamente ubicados para ser quemados. Debido a sus propiedades movibles, los módulos que conforman la estructura pueden ser fabricados en acero y cubiertos con fibra cerámica (aislante), de modo que la estructura del horno sea liviana. El combustible utilizado puede ser biomasa, gas, petróleo o carbón, en el caso de la leña, ésta se suministra en forma de pellets, briquetas o como polvo fino (EELA, 2014b).

El horno móvil tiene una forma rectangular y sus dimensiones pueden ser variables, con un ancho entre 3,4 a 9,4 m y una longitud por encima de los 30 m. La estructura móvil del horno (peso aprox. de 40 a 150 t) es accionada a través de un sistema electro-‐hidráulico, que hace que el horno (estructura móvil) camine de una base/plataforma a otra. Así, después de quemar en una primera base, el horno se desplaza hacia otra base posicionada longitudinalmente. En uno de las lados laterales de la parte móvil están acopladas las hornillas de quema (en general, 6 a 12 bocas) (EELA, 2014b).

En este horno, el tiempo de quemado es corto comparado con hornos tradicionales, debido a que los módulos del horno están hechos de un material liviano (menos masa que calentar), lo que representa periodos de quema y enfriamiento cortos, el tiempo de carga y descarga también se reduce, además de que los operadores no requieren ingresar al interior del horno. El flujo de aire caliente, se desplaza hacia un ducto central debajo del suelo para salir del horno para luego ser eliminado por la chimenea, es decir, como un tiro invertido. En promedio, el tiempo de quema en los hornos móviles es de 15 a 25 horas y de enfriamiento de 12 a 15 horas, totalizando un ciclo de 36 a 45 horas. El ciclo total dura aproximadamente 2 días, lo que depende de la cantidad de material seco disponible para quemar (EELA, 2014b).

En casos de empresas con suficiente capacidad de secado, es posible contar con una tercera base/plataforma, que posibilita el aumento de 12 quemas mensuales (con dos plataformas) a 15 con tres plataformas.

El consumo específico de leña varía entre 0,7 y 0,8 st/mil unidades, equivalente a 1,66 – 2,17 MJ/ kg de material cerámico producido. Este horno es capaz de generar cerca de 90% de productos de primera calidad (EELA, 2014).

Figura 9: Horno móvil



El horno móvil o metálico móvil comenzó a ser empleado en Brasil hace menos de seis años atrás, su implementación fue incentivada por la disponibilidad de fibra cerámica a precio competitivo en el mercado brasilero, esta fibra se utiliza para el aislamiento térmico en estos hornos y es significativa en el costo final del horno. Actualmente, son cerca de 100 empresas con hornos móviles en Brasil produciendo un total de 1 billón de piezas al año (~2,3% de la producción nacional) (EELA, 2014b; Swisscontact, INT, 2015)

Este horno tiene considerables ventajas técnicas, económicas y ambientales, ya que reduce significativamente la demanda de energía térmica, incrementa la proporción de producto de primera calidad, reduce los costos de mano de obra, aumenta la velocidad de producción, reduce emisiones y posibilita la producción de diversos tipos de productos cerámicos. Por estas razones, se proyecta un aumento significativo en la cantidad de este tipo de horno en los próximos años (EELA, 2014b).

En Brasil existen diez fabricantes/proveedores de hornos metálicos móvil, especialmente en las regiones donde productivas donde existe mayor control ambiental y el suministro de la biomasa es más difícil y costoso. Algunos proveedores están ya proyectando ventas de este en Brasil, Perú y otros países de América Latina (EELA, 2014b).

Este tipo de horno es para empresas con un nivel de producción mayor a 1400 millares/mes (2160 t/mes) para que la inversión sea rentable.

Se realizaron 2 entrevistas a empresarios que construyeron hornos Móvil, una empresa realizo en cambio a partir de un horno colmena y la otra a partir de un horno paulistinha (ver anexo A.2)

Para ambas empresas la motivación fue la reducción en consumo de leña, mencionándose también la reducción de mano de obra y la mejora en la calidad de producto.

Se mencionó que el cambio de horno ha permitido un aumento de ventas de 20% y de ingresos netos entre 20-‐30%, ambas empresas observaron disminución en los costos de producción en combustible y mano de obra.

A continuación se muestran los resultados de la viabilidad económica-‐financiera evaluada por el Programa EELA para la zona de Seridó en la región Nordeste de Brasil.

Tabla 6: Resultados del análisis económico-‐financiero del horno móvil

Parámetro Brasil (Seridó) Nivel de inversión US$ 336.812 VANF US$ 1.707.202

TIRF 19% Periodo de recuperación 6 meses Punto de equilibrio ND Condiciones del análisis financiero

Condición inicial 02 hornos abobada. Tasa anual de 10%. Plazo a 36 meses

ND: No disponible Fuente: EELA, 2014a; EELA, 2015


Como se mencionó anteriormente, se proyecta un aumento significativo en la cantidad de este tipo de horno en los próximos años en Brasil y en la región, ya que presenta varias ventajas que promueven su replicación como son, productos de primera por encima de 90%, permite la modulación de la velocidad de la quema, se adapta a diferentes tipos de materia prima, buen desempeño energético, permite la recuperación de calor y el uso de diversos tipos de combustible. El tamaño del horno puede variar según la capacidad de inversión y de producción de la empresa. Una ventaja adicional es el financiamiento, como es un bien móvil, puede ser parte

de la garantía ya que en coso de no pago puede ser recuperado y colocado de nuevo en el mercado.

Entre las desventajas están que la construcción es costosa (altamente dependiente del precio de la fibra cerámica), la operación tiende a ser más compleja que en otros tipos de hornos (control permanente de presión del horno y el ritmo de avance de calor entre cámaras), cierta limitaciones en los productos, requema en la solera y falta de quema en la bóveda.


En el caso del cambio de un horno caipira (horno abierto de paredes fijas) a un horno Móvil con un factor de emisión de 170 g CO2/kg ladrillo cocido (Swisscontact, INT, 2015); la reducción de emisiones de CO2 es de alrededor de 55% por unidad producida, estimándose una potencial reducción de 4196,7 t CO2 al año por cada horno Móvil10 instalado que reemplaza la producción en horno caipira. En el caso del cambio de un horno colmena a un horno Móvil, la reducción de emisiones de CO2 es de alrededor de 48% estimándose una potencial reducción de 3268,80 tCO2 al año por cada horno Móvil instalado que reemplaza la producción en horno colmena.


10 Considerando un nivel de producción anual por horno de 9.000 millares/año (20.430 t de cerámicos/año) (Swisscontact, INT, 2015)

7 Resumen comparativo En la tabla a continuación se resumen las características básicas de los hornos evaluados. Cabe señalar que no hay una única opción para el “mejor” horno, depende de la capacidad de producción de la empresa y de poder lidiar con las complejidades en la operación, y sobretodo, tener en cuenta los aspectos económicos y financieros comentados a lo largo de este informe para que la inversión sea viable y rentable.

Tabla 7: Resumen de las características técnicas de los hornos

Horno

Capacidad de producción

Consumo Específico de Energía*

Calidad de producto producido

Nivel de inversión promedio Complejidad en

la operación Baja: <15mil, Media: 20-‐100mil Alta: >100mil

MJ/kg producto Productos 1ra calidad: Baja: <80%, Media: 80-‐

90%, Alta: >90%

Bajo: <US$15mil, Medio: US$16-‐150mil, Alto: >US$150mil

Horno de tiro invertido (Perú/Ecuador)

Baja 2,80 – 3,50 mediana Bajo Baja

Colmena/ Abóbada Media 2,31 -‐ 3,71 mediana Medio Baja

Cámaras continuas Media 1,75 – 2,67 Media/alta Medio Media

Cedan Alta 1,71 – 2,28 Alta Alto Alta

Móvil Alta 1,66 – 2,17 Alta Alto Media

Adicionalmente a los aspectos operativos y económicos, se ha estimado el potencial de reducción de emisiones de cada tecnología, en la tabla a continuación se resume esta información con fines comparativos; observándose que el horno Cedan y Móvil son los que mayor potencial de reducción de emisiones tiene en términos de toneladas de CO2, ambos tipos de hornos cuentan también con buenos indicadores de producción (alta eficiencia energética, alta capacidad de producción y una alta proporción de producto de primera calidad), pero espacialmente el horno móvil cuenta además con indicadores positivos de rentabilidad y una operación menos compleja que otros tipos de hornos.

Tabla 8: Resumen del potencial de mitigación

Horno

Cambio tecnológico CO2 Carbón Negro

Horno previo a partir del cual se realizaría el cambio tecnológico

t/año evitadas por horno convertido

t/año evitadas por horno convertido

Horno de tiro invertido (Perú/Ecuador) Horno campaña 40.7 0.08

Colmena/ Abóbada Horno campaña 941.7 0.5

Horno de paredes fijas (o caipira) 406.7 0.2

Cámaras continuas Colmena 331.4 ND

Cedan Horno de paredes fijas (o caipira) 2965.9 ND

Colmena 2287.0 ND

Móvil Horno de paredes fijas (o caipira) 4196.7 ND

Colmena 3268.8 ND Nota: Para la estimación del potencial de mitigación se consideran las emisiones que se dejan de emitir (evitadas) al diferencial de emisiones si es que el ladrillo producido en el horno priorizado se hubiera producido en un horno más rudimentario (tecnología previa)

Bibliografía • Corporación Ambiental Empresarial (CAEM). Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras (EELA -‐

Colombia). Evaluación de emisiones atmosféricas horno Cámaras Continuas, ladrillera el santuario, Nemocón Cundinamarca. 2014.

• Programa EELA. Caso de éxito 2012: proyecto de reconversión horno colmena. Colombia. 2012. • Programa EELA. Plan Económico Financiero de Alternativa Tecnológica para el Sector Ladrillero

(PEFAT) en Seridó, Brasil. Enero, 2014a. • Programa EELA. Manual de hornos eficientes para la industria de Cerámica Roja. Rio de Janeiro, Brasil.

Noviembre, 2014b. • Programa EELA. Plan Económico Financiero de Alternativa Tecnológica para el Sector Ladrillero

(PEFAT) en Cuenca, Ecuador. Diciembre, 2014c. • Programa EELA. Plan Económico Financiero de Alternativa Tecnológica para el Sector Ladrillero

(PEFAT) en Nemocón, Colombia. Diciembre, 2015. • Swisscontact, Swiss Agency for Development and Cooperation (SDC), National Institute of Technology

in Brazil (INT). Factsheets about brick/tiles kiln technologies in Latin America. Marzo, 2015. • Weyant, Cheryl; Athalye, Vasudev; Ragavan, Santosh; Rajarathnam, Uma; Lalchandani, Dheeraj;

Maithel, Sameer; Baum, Ellen; Bond, Tami C. Emissions from South Asian Brick Production. Environ. Sci.Technol. (48), 6477-‐6483. 2014.

Anexos

A.1 Factsheets de hornos para la producción ladrillera

A.2 Entrevistas

Documents

Report on Successful Technology · 2016-08-19 · US$0,23por!unidad!(casi!10%!de!la!reducción!del!costo).El!costo!de!inversión!se!estimó!en!US$18.900y! considerando!financiamiento,