Horno

Un horno es una cámara aislada térmicamente, un tipo de horno , que produce temperaturas suficientes para completar algún proceso, como endurecimiento, secado o 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 el piroprocesamiento (para calcinar minerales, como la piedra caliza para convertirla en cal para el 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 derivadas del latín culina ("cocina"). En inglés medio , la palabra está atestiguada como kulne, kyllne, kilne, kiln, kylle, kyll, kil, kill, keele, kiele. ^{[1] [2]} En griego, la palabra καίειν, kaiein , significa 'quemar'.

La palabra "kiln" se pronunciaba originalmente "kil" con la "n" muda, como se menciona en el Diccionario Webster de 1828 ^[3] y en Palabras inglesas habladas y escritas para grados superiores de James A. Bowen 1900: "El dígrafo ln, n muda, aparece en kiln. Una caída por el kiln puede matarte". ^[4] Bowen estaba señalando que "kill" y "kiln" son homófonos . ^[5]

La cerámica cocida en horno se produjo durante miles de años antes del primer horno conocido, que data de alrededor del 6000 a. C. y se encontró en el sitio de Yarim Tepe en el actual Irak . ^{[6] Los hornos} neolíticos podían producir temperaturas superiores a los 900 °C (1652 °F). ^[7] Los usos incluyen:

• Recocido , fusión y deformación del vidrio , o fusión de pinturas de óxido metálico a la superficie del vidrio.
• Tratamiento térmico de piezas metálicas
• Cerámica
• Fábrica de ladrillos
• Fundición de metales para fundición
• Calcinación de mineral en un horno rotatorio antes de su fundición.
• Pirólisis de materiales químicos
• Calentamiento de piedra caliza con arcilla en la fabricación de cemento Portland , el horno de cemento
• Calentamiento de piedra caliza para hacer cal viva u óxido de calcio , el horno de cal
• Calentando yeso para hacer yeso de París
• Para cremación (a alta temperatura)
• Secado de hojas de tabaco
• Secado de cebada malteada para elaboración de cerveza y otras fermentaciones
• Secado de lúpulo para la elaboración de cerveza (conocido como horno de lúpulo o tostador )
• Secado de maíz (grano) antes de molerlo o almacenarlo, a veces llamado horno de maíz, horno de secado de maíz ^[8]
• Secado de madera verde para su uso inmediato
• Secado de madera para su uso como leña
• Calentar la madera hasta el punto de pirólisis para producir carbón.
• Extracción de alquitrán de pino de troncos o raíces de pino

Los hornos son una parte esencial de la fabricación de casi todos los tipos 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 de arcilla se moldean, se secan y luego se cuecen en un horno. Las características finales están determinadas por la composición y preparación del cuerpo de arcilla y la temperatura a la que se cuece. Después de una primera cocción, se pueden utilizar esmaltes y la pieza se cuece una segunda vez para fusionar el esmalte con el cuerpo. Puede ser necesaria una tercera cocción a una temperatura más baja para fijar la decoración del sobreesmalte. 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 funden parcialmente y fluyen juntas, creando una masa única y fuerte, compuesta por una fase vítrea intercalada con poros y material cristalino. A través de la cocción, los poros se reducen de tamaño, lo que hace que el material se encoja ligeramente.

A grandes rasgos, 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 se calienta directamente la parte central. Desde la entrada fría, la cerámica se mueve lentamente a través del horno y su temperatura aumenta de manera constante a medida que se acerca a la parte central, la más caliente del horno. A medida que continúa a través del horno, la temperatura se reduce hasta que la cerámica 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 cerámica entrante. En algunos diseños, la cerámica se deja en un lugar, mientras que la zona de calentamiento se mueve a través de ella. Los hornos de este tipo incluyen:

• Horno Hoffmann
• Horno de trinchera de toro
• Horno Habla (Zig-Zag)
• Horno de rodillos: Un tipo especial de horno, común en la fabricación de vajillas y azulejos, es el horno de rodillos , en el que los productos colocados sobre paletas se transportan a través del horno sobre rodillos.

En el horno intermitente , la pieza 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 pieza se enfrían. Se retira la pieza, se limpia el horno y comienza el siguiente ciclo. Los hornos de este tipo incluyen: ^[9]

• Horno de abrazadera
• Horno Skove
• Horno escocés
• Horno de tiro descendente
• Hornos lanzadera: se trata de hornos con vagonetas y una puerta en uno o ambos extremos. Los quemadores se colocan en la parte superior e inferior de cada lado, creando un flujo de aire circular turbulento. Este tipo de horno es generalmente un diseño de varios vagones y se utiliza para procesar cerámicas blancas, cerámicas técnicas y refractarios en lotes. Dependiendo del tamaño de la cerámica, los hornos lanzadera pueden estar equipados con dispositivos de movimiento de vagonetas para transferir la cerámica cocida y no cocida dentro y fuera del horno. Los hornos lanzadera pueden ser de tiro ascendente o descendente. Un horno lanzadera deriva su nombre del hecho de que las vagonetas del horno pueden ingresar a un horno lanzadera desde cualquier extremo del horno, mientras que un horno túnel tiene flujo en una sola dirección.

La tecnología de los hornos es muy antigua. Los hornos evolucionaron a partir de una simple zanja de tierra llena de ollas y un pozo de combustión de combustible , hasta los métodos modernos. Una mejora fue construir una cámara de combustión alrededor de las ollas con deflectores y un orificio de alimentación. Esto conservaba el calor. Una chimenea mejoraba el flujo de aire o el tiro del horno, quemando así el combustible de forma más completa.

La tecnología de hornos chinos siempre ha sido un factor clave en el desarrollo de la cerámica china , y hasta los últimos siglos fue la más avanzada del mundo. Los chinos desarrollaron hornos capaces de cocer a unos 1.000 °C antes del año 2000 a. C. Se trataba de hornos de tiro ascendente, a menudo construidos bajo tierra. Alrededor del año 200 d. C. se desarrollaron dos tipos principales de hornos que se mantuvieron en uso hasta los tiempos modernos. Se trata del horno dragón del montañoso sur de China , normalmente alimentado por madera, largo y delgado y que se extiende por 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 1300 °C o más necesarias para la porcelana . A finales de la dinastía Ming, se desarrolló el horno en forma de huevo o zhenyao en Jingdezhen y se utilizó principalmente allí. Se trataba de una especie de compromiso entre los otros tipos y ofrecía ubicaciones en la cámara de cocción con una variedad de condiciones de cocción. ^[10]

Tanto la cerámica de la Antigua Roma como la de la China medieval podían cocerse en cantidades industriales, con decenas de miles de piezas en una sola cocción. ^[11] Entre los primeros ejemplos de hornos más sencillos encontrados en Gran Bretaña se encuentran los que se utilizaban para fabricar tejas durante la ocupación romana . Estos hornos se construían en la ladera de una pendiente, de modo que se podía encender un fuego en la parte inferior y el calor ascendía hasta el interior del horno.

Los hornos tradicionales incluyen:

• Horno dragón del sur de China: delgado y largo, que trepa por una ladera. Este tipo se extendió al resto del este de Asia dando lugar al horno japonés anagama , que llegó a través de Corea en el siglo V. Este horno suele constar de una cámara de cocción larga, perforada con puertos de apilamiento de cerámica más pequeños en un lado, con una caja de fuego en un extremo y un conducto de humos en el otro. El tiempo de cocción puede variar de un día a varias semanas. Los hornos anagama tradicionales también se construyen en una pendiente para permitir un mejor tiro. El horno japonés noborigama es una evolución del diseño anagama como un horno de múltiples cámaras donde la madera se apila primero desde la caja de fuego frontal, luego solo a través de los orificios de alimentación laterales con el beneficio de tener aire calentado hasta 600 °C (1112 °F) desde la caja de fuego frontal, lo que permite cocciones más eficientes.

• Horno jemer : bastante similar al horno anagama ; sin embargo, los hornos jemeres tradicionales tenían un techo plano. Los hornos chinos, coreanos o japoneses tienen un techo en forma de arco. Estos tipos de hornos varían en tamaño y pueden medir decenas de metros. El tiempo de cocción también varía y puede durar varios días.
• Horno de botella : un tipo de horno intermitente, generalmente de carbón, que antiguamente se utilizaba para cocer cerámica; este tipo de horno estaba rodeado por una gran choza o cono de ladrillo, con la típica forma de botella. La vajilla se guardaba en recipientes de arcilla refractaria sellados; a medida que el calor y el humo del fuego pasaban por el horno, se cocía a temperaturas de hasta 1400 °C (2552 °F).
• Horno de galletas : La primera cocción se realizaría en el horno de galletas.
• Horno de brillo : Las piezas de galleta se esmaltaban y se les daba una segunda cocción de brillo en hornos de brillo.
• Horno Mantou del norte de China, más pequeño y compacto que el horno dragón
• Horno de mufla : Se utilizaba para cocer la decoración sobre el esmalte, a una temperatura inferior a 800 °C (1.472 °F). En estos hornos fríos, el humo del fuego pasaba por conductos situados fuera del horno.
• Horno de arco catenario : Generalmente utilizados para la cocción de cerámica con sal , estos por su forma ( arco catenario ) tienden a mantener su forma durante ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, mientras que otros tipos requieren amplios soportes de metal.
• Horno de Sèvres : inventado en Sèvres, Francia, genera eficientemente altas temperaturas de 1240 °C (2264 °F) para producir cuerpos cerámicos impermeables y esmaltes fáciles de obtener. Cuenta con un diseño de tiro descendente que produce altas temperaturas en menor tiempo, incluso con cocción a leña.
• Horno de caja Bourry , similar al anterior

Con la era industrial , los hornos fueron diseñados para utilizar electricidad y combustibles más refinados, incluidos el gas natural y el propano . Muchos hornos industriales de cerámica de gran tamaño utilizan gas natural, ya que generalmente es limpio, eficiente y fácil de controlar. Los hornos modernos pueden estar equipados con controles computarizados que permiten realizar ajustes finos durante la cocción. Un usuario puede elegir controlar la velocidad de ascenso o rampa de temperatura , mantener o mantener la temperatura en un punto determinado o controlar la velocidad de enfriamiento. Tanto los hornos eléctricos como los de gas son comunes para la producción a menor escala en la industria y la artesanía, el trabajo hecho a mano y escultórico.

Los hornos modernos incluyen:

• Horno de retorta : un tipo de horno que puede alcanzar temperaturas de alrededor de 1500 °C (2732 °F) durante períodos prolongados. Por lo general, estos hornos se utilizan con fines industriales y cuentan con carros de carga móviles que forman la parte inferior y la puerta del horno.
• Hornos eléctricos : los hornos que funcionan con electricidad se desarrollaron en el siglo XX, principalmente para usos a menor escala, como en escuelas, universidades y centros de pasatiempos. La atmósfera en la mayoría de los diseños de hornos eléctricos es rica en oxígeno , ya que no hay llama abierta que consuma moléculas de oxígeno. Sin embargo, se pueden crear condiciones reductoras con la entrada de gas adecuada o utilizando saggars de una manera particular.
• Horno Feller : introdujo un diseño contemporáneo a la cocción de leña al reutilizar el gas no quemado de la chimenea para calentar el aire de admisión antes de que entre en la cámara de combustión. Esto da como resultado un ciclo de cocción aún más corto y un menor consumo de madera. Este diseño requiere ventilación externa para evitar que se derrita el radiador de la chimenea, que suele ser de metal. El resultado es un horno de leña muy eficiente que quema un metro cúbico de cerámica con un metro cúbico de madera. ^{[ cita requerida ]}
• Cocción asistida por microondas : esta técnica combina la energía de las microondas con fuentes de energía más convencionales, como el gas radiante o el calentamiento eléctrico, para procesar materiales cerámicos a las altas temperaturas requeridas. La cocción asistida por microondas ofrece importantes ventajas económicas.
• Horno microondas : Estos hornos pequeños están diseñados para colocarse dentro de un horno microondas estándar . El cuerpo del horno está hecho de un material cerámico poroso revestido con un revestimiento que absorbe la energía de las microondas. El horno microondas se coloca dentro de un horno microondas y se calienta a la temperatura deseada. El proceso de calentamiento está mucho menos controlado que la mayoría de los hornos eléctricos modernos, ya que no hay un control de temperatura incorporado. El usuario debe supervisar el proceso de cerca para lograr los resultados deseados, ajustando el tiempo y los niveles de potencia programados en el horno microondas. Se puede utilizar un pequeño orificio en la tapa del horno para estimar visualmente la temperatura interior, ya que los materiales calientes brillarán. Los hornos microondas están diseñados para alcanzar temperaturas internas de más de 1400 °C, lo suficientemente calientes como para trabajar algunos tipos de vidrio, metales y cerámica, mientras que el exterior del horno permanece lo suficientemente frío como para manipularlo con almohadillas térmicas o pinzas. Después de la cocción, el horno debe retirarse del horno microondas y colocarse sobre una superficie resistente al calor mientras se deja enfriar. Los hornos de microondas tienen un tamaño limitado, normalmente no más de 20 cm de diámetro. ^[12]
• Horno de copa : horno intermitente de un tipo que se utiliza a veces para cocer cerámica. La cerámica se coloca sobre un hogar refractario, o pedestal, sobre el que se baja una tapa en forma de caja.

La madera verde que procede directamente del árbol talado tiene un contenido de humedad demasiado alto para ser útil comercialmente y se pudre, se deforma y se parte. Tanto las maderas duras como las blandas deben dejarse secar hasta que el contenido de humedad se sitúe entre el 18% y el 8%. Este puede ser un proceso largo a menos que se acelere mediante el uso de un horno. Actualmente existen diversas tecnologías de hornos: convencionales, de deshumidificación, solares, de vacío y de radiofrecuencia.

Los hornos de secado de madera convencionales ^[13] son ​​de construcción de tipo paquete (cargador lateral) o de tipo riel (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 de tipo riel en los que la madera se carga en vagones de horno/riel para cargar el horno. Los hornos convencionales modernos de alta temperatura y alta velocidad del aire pueden secar típicamente madera verde de 1 pulgada de espesor (25 mm) 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 un contenido de humedad del 8%. ^{[ cita requerida ]}

El calor se introduce normalmente a través de vapor que pasa por intercambiadores de calor de aletas/tubos controlados por válvulas neumáticas de encendido/apagado. La humedad se elimina mediante un sistema de respiraderos, cuya disposición específica suele ser particular para un fabricante determinado. En general, el aire seco y frío se introduce en un extremo del horno mientras que el aire húmedo y cálido se expulsa en el otro. Los hornos convencionales de madera dura también requieren la introducción de humedad mediante sistemas de pulverización de vapor o de agua fría para evitar que la humedad relativa dentro del horno baje demasiado durante el ciclo de secado. Las direcciones de los ventiladores normalmente se invierten periódicamente para garantizar un secado uniforme de cargas de horno más grandes. ^{[ cita requerida ]}

La mayoría de los hornos para madera blanda funcionan a temperaturas inferiores a 115 °C (239 °F). Los programas de secado en horno para madera dura suelen mantener la temperatura del bulbo seco por debajo de los 80 °C (176 °F). Las especies difíciles de secar no pueden superar 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 integrada 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, generalmente construidos por aficionados para mantener bajos los costos de inversión inicial. El calor se genera a través de la radiación solar, mientras que la circulación de aire interna suele ser pasiva.

Los hornos de vacío y de 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 por el cual se introduce calor en la carga de madera. Los hornos de vacío con placas de agua caliente utilizan placas de calentamiento de aluminio con agua circulando en su interior como fuente de calor y, por lo general, funcionan a una presión absoluta significativamente reducida. Los hornos 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 la carga se enfría. Los hornos SSV funcionan a atmósferas parciales, típicamente alrededor de 1/3 de la presión atmosférica total, en un híbrido de tecnología de horno de vacío y convencional (los hornos SSV son significativamente más populares en Europa, donde la madera cosechada localmente es más fácil de secar que las maderas de América del Norte). Los hornos RF/V (radiofrecuencia + vacío) utilizan radiación de microondas para calentar la carga del horno y típicamente 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 madera de desecho. ^{[ cita requerida ]}

Los aspectos económicos de las diferentes tecnologías de secado de madera se basan en los costos totales de energía, capital, seguros/riesgos, impacto ambiental, mano de obra, mantenimiento y degradación del producto. Estos costos, que pueden ser una parte significativa de los costos de la planta, involucran el impacto diferencial de la presencia de equipos de secado en una planta específica. Cada pieza de equipo, desde la desmalezadora en verde hasta el sistema de alimentación en la fresadora, es parte del "sistema de secado". Los costos reales del sistema de secado solo se pueden determinar al comparar los costos totales de la planta y los riesgos con y sin secado. ^{[ cita requerida ]}

La leña secada al 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 inferiores al 20%). ^{[14] [15] [16] [17] [18]}

Las emisiones totales (nocivas) al aire que producen los hornos de leña, incluida su fuente de calor, pueden ser significativas. Por lo general, cuanto más alta sea la temperatura a la que funciona el horno, mayor será la cantidad de emisiones que se producen (por unidad de masa de agua eliminada). Esto es especialmente cierto en el secado de chapas finas y el secado a alta temperatura de maderas blandas. ^{[ cita requerida ]}

• 
  Hornos para fabricar ladrillos, delta del Mekong . El barco de carga en primer plano transporta la cáscara de arroz que se utiliza como combustible para la cocción.
• 
  Un horno de cerámica alimentado con leña en Hội An , Vietnam.
• La cascarilla de arroz se introduce en un horno para fabricar ladrillos en el delta del Mekong
• 
  Un horno de arco catenario utilizado para cocer cerámica de óxido de aluminio de grado de tubo electrónico de alta temperatura.
• 
  Un horno de porcelana de dos pisos con hornos á alandier en Sèvres , Francia, alrededor de 1880
• 
  Representación CAD de un horno de colmena
• 
  Representación CAD de un horno túnel
• 
  Un patio de hornos con múltiples hornos

• Fragua  – Talleres del herrero, que es un herrero que convierte el hierro en herramientas u otros objetos.
• Horno industrial  : Dispositivo utilizado para proporcionar calor en aplicaciones industriales.
• Caliza  : método antiguo de calcinación de piedra caliza
• Lista de hornos
• Gasificador de corriente ascendente con iluminación superior
• Muebles para hornos

• Hamer, Frank y Janet. Diccionario de materiales y técnicas del alfarero. A & C Black Publishers, Limited, Londres, Inglaterra, tercera edición, 1991. ISBN 0-8122-3112-0 . 
• Smith, Ed. Manual de diseño de hornos de secado. JE Smith Engineering and Consulting, Blooming Grove, Texas. Disponible para su compra a través del autor JE Smith. Archivado el 29 de agosto de 2006 en Wayback Machine.
• M. Kornmann y CTTB, "Ladrillos y tejas de arcilla, fabricación y propiedades", Soc. industrie minérale, París, (2007) ISBN 2-9517765-6-X 
• Rasmussen, EF (1988). Forest Products Laboratory, Departamento de Agricultura de los EE. UU. (ed.). Dry Kiln Operators Manual . Consejo de Investigación de Maderas Duras.

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Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Hornos .

• Entrada sobre hornos y estructuras de cocción en la Enciclopedia de Egiptología de la UCLA
• Información sobre la historia de los hornos de botella del Museo de Cerámica Gladstone en Stoke-on-Trent, Reino Unido.
• Cómo funciona el horno de botellas