Es posible gastar menos energía en la producción de baldosas

 Hasta un 70 % de consumo energético puede ahorrarse mediante el aislamiento correcto de los hornos de quemado. El impacto para el sector de las baldosas sería positivo tanto a nivel económico como ambiental.

Industrias como las dedicadas a la elaboración de cerámica, vidrio, hierro y cemento suelen ser intensivas en el consumo de energía, tanto térmica como eléctrica, lo que implica un alto grado de emisiones de CO₂ o dióxido de carbono al ambiente.

Harol Andrés Córdoba Enríquez, magíster en Ingeniería - Sistemas Energéticos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, menciona que, en la industria cerámica, concretamente en el subsector de baldosas, el consumo de energía representa el 30 % de los costos de producción.

“Teniendo en cuenta la necesidad de moderar las emisiones de CO₂ en razón del cambio climático, es crucial conocer e implementar las tecnologías y prácticas que llevarían a un ahorro energético eficiente”, afirma.

El proceso de elaboración de baldosas inicia con la preparación de la materia prima, en este caso el barro, que se lleva a punto para que sea trabajable en las etapas siguientes. Posterior a esto, se da comienzo a la “formación”, en la que el barro se cuece y se le da la forma deseada. Luego viene el esmaltado y la decoración y, finalmente, la etapa de quemado, en la que más energía se consume.

Los energéticos usados en la producción de baldosas cerámicas son la energía térmica, proveniente del gas natural. La matriz de consumo energético de este subsector es 80 % térmica y 20 % eléctrica.

“Hablamos de hornos muy grandes, que pueden extenderse, desde la entrada hasta el final, tanto como una cancha de fútbol. Ahí llega el barro crudo, se quema y sale como un producto listo para venderse. Además, está el agravante de que estos sistemas nunca se apagan, permanecen activos las 24 horas del día durante los siete días de la semana”, anota.

Bajo este contexto, el investigador Córdoba emprendió una revisión exhaustiva de literatura, con más dos décadas de antigüedad, enfocada en el ahorro energético con el fin de mejorar el ámbito económico de las empresas.

Señala que, “a las grandes industrias, a las personas como nosotros, nos llega la factura de energía y listo, pero detrás están los equipos y actividades que pueden significar un ahorro o no”.

En búsqueda de la alternativa idónea

En total se recolectaron 103 artículos, de los cuales se seleccionaron 52, teniendo en cuenta criterios como: que presentaran información del sector cerámico, consumos energéticos del proceso de producción de baldosas, tecnologías o medidas de ahorro energético aplicadas al sector cerámico, como también en las industrias intensivas en el consumo energético como por ejemplo cemento, vidrio, hierro - acero y que especialmente contaran con detalles técnicos y valores numéricos o porcentuales de ahorro de energía.

Entre las soluciones rastreadas, la que demostró un mayor beneficio es la relacionada con el aislamiento del horno. “Es importante garantizar que el calor interno se mantenga allí. Esto puede lograrse mediante la utilización de materiales adecuados, como los ladrillos o refractarios de alúmina, sílice o magnesio, que lo aíslen del exterior, evitando incluso que escape aire por la chimenea. Así, en lugar de desecharse al ambiente, puede reemplazar parcial o totalmente la demanda energética de este proceso”.

La recuperación de calor residual permitiría la reducción del 70 % del consumo de gas en el proceso de secado. De otro lado, está la posibilidad de implementar una producción programada, que moderaría el hecho de que el horno trabaje de corrido.

“No siempre hay baldosas quemándose, si falla una parte del proceso, por ejemplo, y hay un retraso, lo ideal sería que el horno no opere, que no queme gas sin necesidad”.

Estas dos estrategias, denominadas “de gestión”, implican, más que una inversión monetaria significativa, la toma de la decisión. “Por otro lado tenemos el cambio de tecnologías, una posibilidad para la que sí se necesita dinero”, añade el magíster.

En este último punto se encuentra entonces la compra de quemadores de alta gama para hacer más eficiente el proceso de combustión, o el ingreso de hidrógeno a los hornos para obtener mayor eficiencia.

Finalmente, un cambio en el método de producción de baldosas de gran tamaño (de alrededor de 1 metro por 1 metro), también representaría beneficio.

“Hay un tipo de proceso que denominamos ‘vía húmeda’, que es el que se utiliza para producir babosas grandes. Las más pequeñas se hacen por la ‘vía seca’. Ahora bien, la húmeda es más intensiva en el consumo de energía porque uno de sus procesos necesita mayor cantidad de agua y, por ende, luego mayor calor para secar. La idea es que se alcance un híbrido entre los dos procesos, lo que implica también cambios en la tecnología”.

Este tipo de cambios y una investigación de revisión de literatura, como la realizada por el magíster, podrían extrapolarse a las demás industrias con el fin de mejorar sus procesos, impactar de manera positiva a la sostenibilidad ambiental.

Impresión en 3D optimizaría producción de obras en cerámica

 La opción de reutilizar materiales y elaborar en horas una obra de arte que se demoraría semanas o meses, son algunos de los beneficios que trae esta propuesta de modelado en 3D.

Así lo explicó David Sebastián Matamoros Buitrago, ingeniero mecatrónico de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Bogotá, y agregó que como base se utilizó la arcilla rionegro, muy fina, con un tamaño de granito de menos de 50 micras, que se extrae de las riberas de un río en Medellín (Antioquia).

Uno de los objetivos del proyecto era encontrar un material que se produjera en Colombia y que además se pudiera reciclar, es decir que una vez desecha la figura, se volviera a triturar, a tamizar y así reutilizar varias veces.

Lo anterior porque una de las problemáticas que se buscaba atacar era el desperdicio de materiales, que hace que “se pierda ese concepto ecológico, tan importante ahora”, subraya el ingeniero.

La forma convencional de estos procesos no permite recuperar los restantes de las obras de arte. Por ejemplo cuando se toma un bloque de granito para darle forma con cincel, el material que va sobrando no se puede reutilizar para hacer otra escultura. Y cuando hay algún error en el proceso se debe descartar todo el bloque, por lo que la recuperación del material era prioritaria en esta propuesta de impresión.

Para la formulación y el análisis del material seleccionado, el ingeniero Matamoros se apoyó en los laboratorios de Ingeniería Química y en el Taller de Cerámica de la Facultad de Artes de la UNAL Sede Bogotá.

Aunque en un principio se enfocó en cómo replicar obras artísticas –como el David o la Venus de Milo–, después de analizar los diferentes procesos en los que se ven involucrados los materiales cerámicos se fue enfocando también en la producción de compuestos de partículas diminutas para hacer, por ejemplo, catalizadores de automóviles o para utilizar en la industria petroquímica.

Etapas del proyecto

En desarrollo del proyecto, lo primero fue determinar las condiciones del material: humedad y análisis químicos, físicos y mecánicos. “Esa fue la parte más apremiante porque sin el material no se podía saber cómo se debía comportar la máquina”, señala el ingeniero Matamoros. Entonces, a la arcilla base se le añadieron diferentes sustratos que se consiguen fácilmente en diferentes regiones del país.

También era importante que este material cumpliera con unos estándares de manejabilidad en el proceso: que se secara rápido, que mantuviera la forma de manera constante en el tiempo,y que no se quebrara si tuviera que hacerse un proceso posterior, como cocción para porcelanizado.

Lo segundo fue determinar las condiciones óptimas de la máquina, que tenía dos secciones: la física (transmisión de potencia, selección de motores y demás) y la de electrónica y programación (cómo se iba a controlar la parte física).

Para estos análisis ya se había seleccionado la máquina que surgió en 2006 de una tesis de maestría en el Grupo de trabajo en nuevas tecnologías de diseño y manufactura-automatización (DIMA–UN), grupo que también apoyó este trabajo.

En la adaptación de la máquina se diseñó el extrusor o la herramienta que haría la deposición del material sobre la superficie, además de adaptar los componentes mecánicos para protegerla de la abrasión que se pueda presentar por la presencia de materiales cerámicos en el entorno.

Una última parte consistió en la programación del control de potencia y movimiento de la máquina, proceso enfocado en la protección de esta y del usuario.

Proceso de modelado

Todo empieza con la elección del diseño que se quiere reproducir, el cual se realiza en algún programa 3D. Después se ajustan los parámetros de tamaño, y al de tener ese modelo, el computador se encarga de convertirlo en unas instrucciones específicas para la máquina.

Luego se carga el material mezclado teniendo en cuenta cuánto consumirá cada pieza, siempre pensando en el ahorro de material. Con esas dos tareas, el computador empieza a mandarle instrucciones a la máquina sobre movimientos, pausas y velocidades a las que sale el material, a la que se mueve la herramienta que lo deposita y en cuántas capas se generará todo ese proceso.

El ingeniero Matamoros también señala que este es un primer paso para realizar construcciones a gran escala en materiales cerámicos, como es el caso de un proyecto italiano de construcción de casas con esta tecnología, en el cual se tiene una máquina gigante que puede construir una casa sin necesidad de ladrillos en un espacio de 70 o 100 m².