Un horno es una cámara aislada térmicamente, un tipo de horno , que produce temperaturas suficientes para completar algún proceso, como el endurecimiento, el secado o los cambios químicos. Los hornos se han utilizado durante milenios para convertir objetos hechos de arcilla en cerámica , tejas y ladrillos . Varias industrias utilizan hornos rotatorios para piroprocesamiento (para calcinar minerales, como piedra caliza y convertirlos en cal para cemento ) y para transformar muchos otros materiales.
Según el Oxford English Dictionary , kiln se deriva de las palabras cyline, cylene, cyln(e) en inglés antiguo, a su vez derivada del latín culina ("cocina"). En inglés medio , la palabra está atestiguada como kulne, kyllne, kilne, kiln, kylle, kyll, kil, kill, keele, kiele. [1] [2]
La palabra "kiln" se pronunciaba originalmente "kil" con la "n" muda, como se menciona en el Diccionario Webster de 1828 [3] y en English Words as Spoken and Written for Upper Grades de James A. Bowen 1900: “The digraph ln, n silencioso, ocurre en el horno. Una caída en el horno puede matarte”. [4] Bowen estaba señalando el hecho humorístico de que “matar” y “hornear” son homófonos. [5] A pesar de sus orígenes, la pronunciación moderna de "kiln", donde se pronuncia la "n", se ha vuelto ampliamente utilizada. Esto se debe a un fenómeno conocido como pronunciación ortográfica , donde la pronunciación de una palabra se intuye a partir de su ortografía y difiere de su pronunciación real. Esto es común en palabras con letras mudas.
La cerámica cocida en pozo se produjo durante miles de años antes del horno más antiguo conocido, que data alrededor del 6000 a. C. , y se encontró en el sitio de Yarim Tepe en el Irak moderno . [6] Los hornos neolíticos podían producir temperaturas superiores a 900 °C (1652 °F). [7] Los usos incluyen:
Los hornos son una parte esencial en la fabricación de casi todo tipo de cerámica . La cerámica requiere altas temperaturas, por lo que se producirán reacciones químicas y físicas que alterarán permanentemente el cuerpo sin cocer. En el caso de la cerámica, los materiales arcillosos se moldean, se secan y luego se cuecen en un horno. Las características finales están determinadas por la composición y preparación de la pasta arcillosa y la temperatura a la que se cuece. Después de una primera cocción, se pueden utilizar vidriados y la vajilla se cuece una segunda vez para fusionar el vidriado en el cuerpo. Es posible que sea necesaria una tercera cocción a una temperatura más baja para fijar la decoración sobre vidriada. Los hornos modernos suelen tener sofisticados sistemas de control electrónico , aunque también se suelen utilizar dispositivos pirométricos .
La arcilla está formada por partículas de grano fino que son relativamente débiles y porosas. La arcilla se combina con otros minerales para crear un cuerpo de arcilla trabajable. El proceso de cocción incluye la sinterización . Esto calienta la arcilla hasta que las partículas se derriten parcialmente y fluyen juntas, creando una masa única y fuerte, compuesta de una fase vítrea intercalada con poros y material cristalino. Mediante la cocción, los poros se reducen de tamaño, lo que hace que el material se encoja ligeramente.
En términos más amplios, existen dos tipos de hornos: intermitentes y continuos, siendo ambos una caja aislada con una temperatura interior y una atmósfera controladas.
Un horno continuo , a veces llamado horno de túnel , es largo y solo la parte central se calienta directamente. Desde la entrada fría, la cerámica se mueve lentamente a través del horno y su temperatura aumenta constantemente a medida que se acerca a la parte central, más caliente, del horno. A medida que avanza por el horno, la temperatura se reduce hasta que la vajilla sale del horno casi a temperatura ambiente. Un horno continuo es energéticamente eficiente porque el calor emitido durante el enfriamiento se recicla para precalentar la vajilla entrante. En algunos diseños, la vajilla se deja en un lugar, mientras la zona de calentamiento se mueve a través de él. Los hornos de este tipo incluyen:
En el horno intermitente , la vajilla se coloca dentro del horno, se cierra el horno y se aumenta la temperatura interna según un cronograma. Una vez finalizada la cocción, tanto el horno como la vajilla se enfrían. Se retira la vajilla, se limpia el horno y comienza el siguiente ciclo. Los hornos de este tipo incluyen: [9]
La tecnología de los hornos es muy antigua. Los hornos evolucionaron desde una simple zanja de tierra llena de ollas y un pozo de combustión hasta los métodos modernos. Una mejora fue construir una cámara de cocción alrededor de las ollas con deflectores y un orificio para el combustible. Esto conservó el calor. Una chimenea mejoró el flujo de aire o la extracción del horno, quemando así el combustible de manera más completa.
La tecnología de los hornos chinos siempre ha sido un factor clave en el desarrollo de la cerámica china , y hasta siglos recientes era la más avanzada del mundo. Los chinos desarrollaron hornos capaces de calentar a unos 1.000 °C antes del año 2000 a.C. Se trataba de hornos de tiro ascendente, a menudo construidos bajo tierra. Aproximadamente en el año 200 d. C. se desarrollaron dos tipos principales de hornos que permanecieron en uso hasta los tiempos modernos. Estos son el horno dragón de las colinas del sur de China, generalmente alimentado con madera, larga y delgada y que sube una pendiente, y el horno mantou en forma de herradura de las llanuras del norte de China, más pequeño y compacto. Ambos podían producir de forma fiable las temperaturas de hasta 1.300 °C o más necesarias para la porcelana . A finales de la época Ming, el horno con forma de huevo o zhenyao se desarrolló en Jingdezhen y se utilizó principalmente allí. Esto suponía una especie de compromiso entre los otros tipos y ofrecía ubicaciones en la recámara con diferentes condiciones de disparo. [10]
Tanto la cerámica de la antigua Roma como la cerámica medieval china se podían cocer en cantidades industriales, con decenas de miles de piezas en una sola cocción. [11] Los primeros ejemplos de hornos más simples encontrados en Gran Bretaña incluyen aquellos que fabricaban tejas durante la ocupación romana . Estos hornos se construyeron en la ladera de una pendiente, de modo que se podía encender un fuego en el fondo y el calor subía al horno.
Los hornos tradicionales incluyen:
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Con la era industrial , los hornos se diseñaron para utilizar electricidad y combustibles más refinados, incluidos gas natural y propano . Muchos grandes hornos industriales de alfarería utilizan gas natural, ya que generalmente es limpio, eficiente y fácil de controlar. Los hornos modernos pueden equiparse con controles computarizados que permiten realizar ajustes precisos durante la cocción. Un usuario puede optar por controlar la velocidad de aumento o rampa de temperatura , mantener o mantener la temperatura en cualquier punto determinado, o controlar la velocidad de enfriamiento. Tanto los hornos eléctricos como los de gas son comunes para la producción a pequeña escala en la industria y el trabajo artesanal, hecho a mano y escultórico.
La temperatura de algunos hornos está controlada por conos pirométricos , dispositivos que comienzan a fundirse a temperaturas específicas.
Los hornos modernos incluyen:
La madera verde que proviene directamente del árbol talado tiene un contenido de humedad demasiado alto para ser útil comercialmente y se pudrirá, deformará y partirá. Tanto las maderas duras como las blandas deben dejarse secar hasta que el contenido de humedad esté entre el 18% y el 8%. Este puede ser un proceso largo a menos que se acelere mediante el uso de un horno. Hoy en día existe una variedad de tecnologías de hornos: convencionales, deshumidificación, solares, de vacío y de radiofrecuencia.
Los hornos secos de madera convencionales [13] son de tipo paquete (carga lateral) o de vía (tranvía). La mayoría de los hornos de madera dura son hornos de carga lateral en los que se utilizan carretillas elevadoras para cargar paquetes de madera en el horno. La mayoría de los hornos de madera blanda son del tipo de orugas en los que la madera (EE.UU.: "madera aserrada") se carga en hornos/vagones de orugas para cargar el horno. Los hornos convencionales modernos de alta temperatura y alta velocidad del aire generalmente pueden secar madera verde de 25 mm (1 pulgada) de espesor en 10 horas hasta un contenido de humedad del 18%. Sin embargo, el roble rojo verde de 1 pulgada de espesor requiere aproximadamente 28 días para secarse hasta alcanzar un contenido de humedad del 8%.
El calor normalmente se introduce a través de vapor que pasa a través de intercambiadores de calor de aletas/tubos controlados por válvulas neumáticas de encendido/apagado. La humedad se elimina mediante un sistema de ventilación, cuya disposición específica suele ser específica de un determinado fabricante. En general, se introduce aire frío y seco por un extremo del horno mientras que se expulsa aire cálido y húmedo por el otro. Los hornos convencionales de madera dura también requieren la introducción de humedad a través de sistemas de aspersión de vapor o de agua fría para evitar que la humedad relativa dentro del horno baje demasiado durante el ciclo de secado. Por lo general, las direcciones del ventilador se invierten periódicamente para garantizar un secado uniforme de las cargas más grandes del horno.
La mayoría de los hornos de madera blanda funcionan por debajo de los 115 °C (239 °F) de temperatura. Los programas de secado en hornos de leña suelen mantener la temperatura de bulbo seco por debajo de 80 °C (176 °F). Las especies difíciles de secar no deben exceder los 60 °C (140 °F).
Los hornos de deshumidificación son similares a otros hornos en cuanto a su construcción básica y los tiempos de secado suelen ser comparables. El calor proviene principalmente de una unidad de deshumidificación integral que también elimina la humedad. A menudo se proporciona calor auxiliar al principio del programa para complementar el deshumidificador.
Los hornos solares son hornos convencionales, normalmente construidos por aficionados para mantener bajos los costos de inversión inicial. El calor se proporciona a través de la radiación solar, mientras que la circulación interna del aire suele ser pasiva.
Los hornos de vacío y radiofrecuencia reducen la presión del aire para intentar acelerar el proceso de secado. Existe una variedad de estas tecnologías de vacío, que varían principalmente en el método en que se introduce el calor en la carga de madera. Los hornos de vacío con placas de agua caliente utilizan placas calefactoras de aluminio con agua que circula en su interior como fuente de calor y, por lo general, funcionan a una presión absoluta significativamente reducida. Los discontinuos y SSV (vapor sobrecalentado) utilizan la presión atmosférica para introducir calor en la carga del horno. Toda la carga del horno alcanza la presión atmosférica total, luego se calienta el aire en la cámara y finalmente se crea un vacío a medida que se enfría la carga. Los SSV funcionan en atmósferas parciales, generalmente alrededor de 1/3 de la presión atmosférica total, en un híbrido de vacío y tecnología de horno convencional (los hornos SSV son significativamente más populares en Europa, donde la madera recolectada localmente es más fácil de secar que las maderas norteamericanas. ) Los hornos RF/V (radiofrecuencia + vacío) utilizan radiación de microondas para calentar la carga del horno y, por lo general, tienen el costo operativo más alto debido a que el calor de vaporización lo proporciona la electricidad en lugar de combustibles fósiles locales o fuentes de residuos de madera.
La economía de las diferentes tecnologías de secado de madera se basa en los costos totales de energía, capital, seguro/riesgo, impactos ambientales, mano de obra, mantenimiento y degradación del producto. Estos costos, que pueden representar una parte importante de los costos de la planta, implican el impacto diferencial de la presencia de equipos de secado en una planta específica. Cada equipo, desde la podadora en verde hasta el sistema de alimentación del molino cepillador, forma parte del "sistema de secado". Los verdaderos costos del sistema de secado sólo pueden determinarse comparando los costos y riesgos totales de la planta con y sin secado.
La leña secada en horno fue pionera durante la década de 1980 y luego se adoptó ampliamente en Europa debido a los beneficios económicos y prácticos de vender madera con un menor contenido de humedad (siendo mucho más fácil lograr niveles óptimos de humedad por debajo del 20%). [14] [15] [16] [17] [18]
Las emisiones atmosféricas totales (nocivas) producidas por los hornos de leña, incluida su fuente de calor, pueden ser significativas. Normalmente, cuanto mayor es la temperatura a la que funciona el horno, mayor es la cantidad de emisiones que se producen (por libra de agua eliminada). Esto es especialmente cierto en el secado de chapas finas y en el secado de maderas blandas a alta temperatura.
