Quemadores y combustibles

Quemadores de gas: Son de dos tipos. El más simple es el atmosférico, que expulsa el gas por la tobera del horno. El sistema se muestra en la ilustración 7. El gas penetra en el venturi, mecanismo en el cual una corriente de gas arrastra a otro gas (en este caso, el segundo gas es aire), a través de un surtidor cuyo tamaño varía según el tipo de gas utilizado, es decir, gas ciudad (gas dé carbón), natural o propano. El gas arrastra aire en su paso hacia el quemador y se inflama al penetrar en el horno. La llama resultante se produce a unos 10 o 12 cm del extremo del quemador, que se mantiene relativamente frío. El aire suplementa­rio entra en el sistema a través de una tobera especialmente diseñada y proporcio­na el exceso de oxígeno necesario a la atmósfera del horno para que todo él combustible se queme completamente. En este sistema son la presión del gas y su velocidad de salida del surtidor los que determinan la cantidad de aire arrastrado.
El segundo tipo es el quemador de aire comprimido y en él el aire es introducido por un ventilador, siendo el gas arrastrado por el mismo. El aire y el gas son conducidos hasta la zona donde se mezclan, a unos 45 cm del quemador, y el abastecimiento de gas tiene lugar a través de un sistema hermético.
Los hornos de aire comprimido requieren una salida para los gases calientes, pero el tiro se establece por la presión del ventilador y en muchos sistemas la altura de la chimenea no es un factor crítico para la eficacia del horno.
Las mezclas de aire y gas son explosivas y deben manejarse con precaución. En cuanto a potencia calorífica, la del propano es la más elevada, seguido por el gas natural y, en último lugar, por el gas ciudad. La cantidad de gas necesaria para calentar un horno de un determinado volumen a una temperatura dada varía en proporción inversa a la potencia calorífica del gas utilizado.
Los quemadores atmosféricos se regulan únicamente controlando el flujo de gas, siempre que el venturi no esté bloqueado al paso del aire y se mantenga abierta la tobera de aire suplementario. Los quemadores de aire comprimido se regulan controlando tanto el flujo de aire como el de gas, pero también es preciso mantener abierta la tobera de aire suplementario.
Los quemadores de petróleo son del tipo de aire comprimido. El aire pulveriza el petróleo líquido y la mezcla se inflama al salir del quemador. Al penetrar en el horno, el combustible puede arrastrar más aire, pero para que la combustión sea eficiente es preciso disponer de un abastecimiento de aire suplementario.
Los quemadores de petróleo condensado constituyen un sistema alternativo de utilización del mismo combustible, en el que el petróleo se "craquea" mezclándo­lo con agua. El flujo del combustible se regula de modo que éste caiga gota a gota sobre una plancha caliente situada dentro del horno. El agua se regula de modo similar, mezclándose con el petróleo al penetrar en el horno. Este se descompo­ne ante la presencia del vapor de agua dando lugar a hidrocarburos más ligeros. El petróleo y el vapor de agua requieren un abastecimiento de aire principal y otro secundario. Este tipo de quemadores deben precalentarse con un soplete si es necesario a fin de que la plancha alcance la temperatura necesaria para inflamar el petróleo.
Los combustibles sólidos como la madera y el carbón se queman en dos fases netamente diferenciadas; en primer lugar, se produce una calcinación preliminar durante la cual liberan cierta energía, pero después la mayor parte de la energía del combustible sólo se libera a temperaturas mucho más altas durante períodos más prolongados.
Los combustibles sólidos tienen que quemarse en un hogar. Este debe ser reconstruido cada cierto tiempo a causa de la gran cantidad de calor que se genera en la zona y para ello deben emplearse los materiales refractarios más duros. Los barrotes utilizados para sostener el carbón tienen que reemplazarse todavía con más frecuencia.
Los combustibles tales como el petróleo, la madera, el carbón o el gas en bombonas deben almacenarse lejos del calor producido por el horno. Nunca se debe dejar sin atención un horno de petróleo. En el caso de producirse un escape, el petróleo podría inundar la zona circundante e inflamarse al entrar los gases en contacto con un quemador, envolviendo el horno en llamas.
Es preferible construir los hornos de combustibles sólidos fuera del taller, dotándolos de una cubierta para protegerlos de las inclemencias y poder efectuar las cochuras con más comodidad. Los hornos de gran tamaño llegan a necesitar más de treinta horas para completar una cochura, requiriendo cargas, ajustes y regulaciones constantes.

Hornos

Hornos de tiro inferior: Es el tipo más eficaz del horno de llama al descubierto y, por tanto, el que alcanza temperaturas más altas con el menor costo. El conducto que extrae los gases del horno está situado en el suelo, de modo que la tendencia natural de los gases calientes a ascender hacia la parte superior del horno se ve contrarrestada por la necesidad de buscar un camino entre las piezas para salir por la chimenea. El aire frío más pesado desciende hacia la parte inferior del horno, pasando al conducto de salida, y la temperatura en el interior es más uniforme que en los otros tipos de horno de llama al descubierto.
Los hornos eléctricos suelen tener una temperatura operativa máxima de 1.300°. Por encima de esta temperatura, el material aislante del horno no es tan eficaz y puede llegar incluso a quebrarse. Además, los elementos interiores pueden fundirse si la temperatura asciende muy por encima de este máximo recomendado. El uso, cada vez más frecuente, de fibra cerámica como material aislante ha dotado de mayor eficacia a los hornos eléctricos. Los ladrillos aislantes absorben mucho menos calor que los refractarios duros, pero mucho 22 más que la fibra cerámica. Por tanto, los hornos con aislamiento de fibra cerámica pueden tener menos elementos por metro cúbico y aun así alcanzar temperaturas suficientes para cochuras de gres. Cuando la electricidad resulta cara, el precio ligeramente superior de los hornos con aislamiento de fibra cerámica en relación con los de ladrillo puede ser compensatorio. Dado que los hornos eléctricos carecen de ventilación natural, deben ventilarse adecuadamen­te durante la cochura inicial a fin de que el vapor de agua y los gases residuales se evaporen sin dificultad, en vez de verse obligados a salir a través de los resquicios de la puerta. El vapor de agua es ácido y puede producir corrosión en el revestimiento metálico del horno.
Hornos de cámaras múltiples: En este tipo de hornos los gases residuales calientes se hacen-pasar de una cámara a otra. La eficacia del sistema aumenta proporcionalmente al número de cámaras del horno.

Los hornos coreanos

Los hornos coreanos no están divididos en cámaras, sino constituidos por una cámara continua con un hogar en el extremo más bajo. El horno se carga con las piezas y se utilizan cajas refractarias para levantar paredes de división transversa­les. Estas sirven de pantallas, haciendo pasar el fuego a la siguiente sección por la parte inferior a través de una base jaquelada. El fuego libera calor a su paso por el horno y, para conseguir la temperatura necesaria en cada sección, se alimenta introduciendo madera a través de unos orificios destinados a este fin (carga lateral).

Los hornos de tiro natural

Los hornos de tiro natural requieren chimeneas altas para que todos los gases que se producen en su interior salgan al exterior. Durante las primeras fases de la cochura la chimenea está llena de aire frío, que impide el fácil ascenso del aire caliente. En este tipo de hornos una sección de la cliimenea de aproximadamente 1m2 está construida con ladrillos sueltos, que pueden retirarse para encender un fuego en su base. De este modo, la chimenea se llena de aire caliente que asciende y sale al exterior, creando un tiro en el horno que atrae a los gases hacia el conducto de salida de la chimenea. En este momento, la parte amovible de la chimenea debe reconstruirse para que el aire frío no entre en el cañón, reducien­do la eficacia del tiro. En condiciones de reducción, la apertura de parte de esta sección reduce el tiro, contribuyendo a la eficacia de la cocción. Dado que para efectuar la reducción en el horno se requieren gases no quemados, éstos se inflamarán en contacto con el oxigeno introducido en forma de aire por la chimenea, por lo que en esta fase de la cocción pueden observarse llamas en la misma. En condiciones normales o de oxidación, las llamas no deben alcanzar las secciones inferiores de la chimenea.

Los hornos para cochuras de gres y porcelana

Los hornos para cochuras de gres y porcelana deben construirse con material refractario de buena calidad. En su mayor parte puede utilizarse refractario aislante, pero en las zonas interiores que deben transmitir el calor, como las placas de la cámara, debe usarse refractario duro. Los hogares para quemar petróleo, madera y carbón tienen que recubrirse con refractario duro para mantener caliente la zona y facilitar la combustión.
El exterior del horno debe ser de un buen material aislante para reducir la cantidad de calor absorbida por la estructura y transmitida al exterior. Dichos materiales incluyen ladrillos aislantes de calidad inferior (ya que la temperatura que deben soportar no es muy elevada, como máximo unos 600°) y mezclas de arcilla, arena, paja o serrín aplicadas sobre la superficie en capas de 10 a 15 cm de grosor.
El tamaño del horno depende de la cantidad de piezas que se desee cocer. En general, no es aconsejable verse obligado a almacenar grandes cantidades de piezas en espera de ser cocidas. Tampoco es conveniente tener que cocer todos los días y, a pesar de ello, no lograr completar en un mes todas las piezas realizadas en dicho período de tiempo.

Los hornos para vidriado de sal

Los hornos para vidriado de sal deben ser del tipo de llama al descubierto, a fin de que el vapor de sal pueda ser transportado por los gases calientes producidos por el quemador hasta cada pieza. Los hornos de tiro inferior mantienen un flujo de calor más uniforme en todo el interior que los de tiro superior y, por tanto, la deposición del vapor de sal se efectúa también con mayor uniformidad. Dado que la sal reacciona en contacto con la sílice, todos los ladrillos, accesorios y tabiques de la estructura interna, así como los soportes, hogares, conductos de salida e, incluso, la chimenea SArfrirán los efectos de la acción de la sal. Esta transforma la estructura interna del horno, formando capas de vidriado sobre los ladrillos. Cuando el interior se encuentra totalmente cubierto se requiere mucha menos cantidad de sal para conseguir un buen vidriado de las piezas.
Un horno nuevo puede requerir seis o más cochuras de vidriado de sal para que el interior esté suficientemente cubierto y permita obtener una capa de vidriado rica y consistente en las piezas. Con cada nueva cocción, la sal penetra más y más en los ladrillos de la estructura interior, que llegan a descomponerse hasta el punto de amenazar la seguridad de la construcción. Entonces el horno debe ser revestido de nuevo o reconstruido en su totalidad. Para contrarrestar este efecto, los hogares, que son los más afectados por la sal, deben construirse de refractario duro o de alúmina fundida, que no es atacada por el sodio. El revestimiento del horno debe ser de ladrillo refractario duro con alto contenido de alúmina y no de ladrillo aislante blando, que se descompone rápidamente con los vidriados de sal.
Se ha observado que una vez que el vidriado inicial del horno ha cubierto los ladrillos, la descomposición se lentifica, por lo que el recubrimiento del interior del horno con un barniz transparente de gres podría acelerar la maduración del mismo, requiriéndose menos cochuras para obtener un nivel aceptable de vidriado en las piezas y, simultáneamente, retrasar la descomposición de la estructura interior. Algunos ceramistas revisten el interior del horno con hidrato de alúmina para protegerlo de la acción de la sal e impedir la formación del vidriado.
El diseño de los hornos para vidriado de sal difiere del de un horno convenciónal para gres en los orificios situados encima de los quemadores para la introduc­ción de la sal. Esta se arroja a través de los mismos sobre las llamas.
La chimenea debe revestirse con refractario duro hasta una altura de unos 2 metros, ya que los gases de sodio residuales salen del horno a temperatura suficiente para descomponer rápidamente el ladrillo blando. Por encima de esta altura, no constituyen un problema ya que se van enfriando a su paso por la chimenea. No es aconsejable utilizar cilindros de metal en ningún punto de la construcción de la misma, ya que el ácido clorhídrico expulsado hacia el exterior puede producir corrosión. La parte inferior de la chimenea debe estar dotada de un regulador de tiro refractario que mantenga los vapores de sal en la cámara del horno al estar cerrado.
Los hornos para vidriado de sal deben cargarse dejando más amplitud entre las piezas que en el caso de un horno normal. Este requisito debe tenerse en cuenta en su diseño cuando se trate de determinar el volumen necesario para 26 cocer un determinado número de piezas.
Una vez que se ha efectuado un vidriado de sal en un horno éste queda incapacitado para la obtención de barnices normales de gres que no estén afectados de algún modo por la sal, ya que los depósitos del interior se volatilizan al efectuarse la cocción. Por esta razón, los ceramistas suelen disponer de varios hornos, uno de los cuales dedican exclusivamente a los vidriados de sal.
Los hornos para vidriado de sal deben construirse fuera del taller y lejos de cualquier edificación. La altura de la chimenea debe ser el doble de la normal, es decir, el doble de la que resulte eficaz para un horno de igual diseño que opere con el mismo combustible, a fin de que los gases tóxicos se dispersen en una zona elevada de la atmósfera. Para que la velocidad de salida de los gases se mantenga es preciso dar forma cónica al tercio superior, contrarrestando así la contracción de los gases al enfriarse.
Todos los elementos exteriores de hierro, tales como las abrazaderas, deben pintarse con pintura de aluminio, resistente a la corrosión del ácido clorhídrico que se desprende durante la cocción. No deben efectuarse cochuras en días húmedos o cubiertos ya que, en estas condiciones atmosféricas, el humo tiende a estancarse cerca del horno.
Es preciso asegurarse de que no haya ningún coche aparcado en las cercanías. Si es posible, el horno debe diseñarse de modo que el recorrido desde la parte posterior hasta el cañón de la chimenea tenga un metro o metro y medio de longitud. El regulador de tiro se colocará en este conducto y se abrirá una vez terminada la cocción para dejar salir los gases, que se düuirán con aire retirando uno o dos ladrillos de la base de la chimenea. La cantidad debe ajustarse para que el tiro sea eficaz, pero cuanto más aire se pueda añadir a los gases tóxicos, más diluidos estarán al abandonar la chimenea. El diseño puede mejorarse haciendo correr un conducto de ventilación por debajao del suelo del horno desde la parte delantera del mismo hasta la base de la chimenea, de modo que al abrir el conducto mediante el regulador de tiro o retirando un ladrillo de la parte delantera, el aire pasa por debajo del horno y se calienta antes de entrar en la chimenea. Con esto se favorece el asceso de los gases, ya que el enfriamiento inhibe esta tendencia.

Nociones de física y química relativas a los materiales cerámicos

En una breve descripción de las características físicas y químicas de los materiales, la atención debe centrarse en los aspectos de aplicación general. Nuestra intención es establecer una base a partir de la cual el lector pueda avanzar consultando la lista ofrecida en la Bibliografía, que incluye títulos que tratan el tema con más detalle.
La comprensión de los principios científicos de la cerámica requiere un poco de paciencia, pero la perseverancia resulta compensatoria, ya que permite llevar a cabo pruebas y experimentos basándose en los conocimientos adquiridos, de modo que los progresos hacia el resultado deseado se realizan de forma sistemáti­ca en vez de depender del azar.