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Hornos de calcinación

Los hornos de incineración de Carbolite Gero son hornos de cámara diseñados para una de las tareas más frecuentes en el laboratorio: el calentamiento de muestras combustibles para después analizar las cenizas resultantes. Como no existe una solución única para todas las necesidades, se ofrecen hornos con diferentes prestaciones según el tipo de aplicación.

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Introducción al proceso de incineración 

La incineración es el proceso de eliminar toda la materia orgánica de una muestra calentando la misma en atmósfera de aire. La incineración puede realizarse con el objetivo de determinar la masa proporcional de material residual (ceniza), o bien como paso intermedio en la preparación de muestras para otros análisis como la determinación del contenido inorgánico por fluorescencia de rayos X (análisis XRF), la espectrometría de masas o la determinación de la fusibilidad de las cenizas.

El proceso de incineración

La muestra es calentada en atmósfera de aire hasta que reacciona con el oxígeno y comienza a arder quemándose por completo. Los compuestos orgánicos de la muestra son oxidados durante el proceso y en la ceniza residual quedan los compuestos inorgánicos, no combustibles.

Algunos ensayos de incineración están definidos por normas internacionales como ISO, EN o ASTM, y los equipos y procesos deben estar en conformidad con las mismas. También hay procesos con objetivos específicos, tales como los ensayos de pérdida por ignición (LOI), en los que la muestra es pesada antes y después de la incineración con el fin de determinar la pérdida de masa. Para estos ensayos se ofrecen hornos con una balanza integrada, lo que permite pesar la muestra continuamente durante el proceso y determinar la velocidad en que la masa se reduce, así como el momento de la combustión completa de la muestra.

Un horno de incineración de diseño especial constituye la herramienta más adecuada para llevar a cabo estos ensayos. Carbolite Gero ofrece hornos de incineración de uso general y hornos diseñados para cumplir con métodos de ensayo de carbón y coque definidos por normas especiales.

Video: "La seguridad en los procesos de incineración – La importancia de escoger el horno correcto"


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Video: "La seguridad en los procesos de incineración – La importancia de escoger el horno correcto"

Hornos de calcinación

El diseño de los hornos de incineración hace que se produzca un alto nivel de flujo de aire en la cámara, acelerando la combustión de la muestra y eliminando el humo desprendido durante el proceso.

Antes de entrar a la cámara, el aire es guiado a través del aislamiento en el que se encuentran las resistencias para garantizar que esté caliente al entrar a la cámara. Esto reduce el riesgo de que la temperatura descienda inadvertidamente durante el proceso.  El flujo de aire sirve asimismo para transportar hacia la chimenea de escape el humo y los compuestos volátiles que se hayan formado.

De forma opcional se puede incorporar a la chimenea un sistema de postcombustión térmico o catalítico para reducir el escape de emisiones tóxicas.  

El aire es succionado a través de una entrada en la parte posterior del horno, y guiado a través del aislamiento donde se encuentran las resistencias para ser calentado antes de entrar a la cámara.

Como el humo y los compuestos volátiles desprendidos durante la combustión pueden dañar las resistencias, frecuentemente se incorporan placas de carburo de silicio (SiC) en las paredes de la cámara del horno a modo de barrera entre la muestra y las resistencias.

En los hornos más pequeños, las resistencias van arrolladas alrededor de una mufla de cerámica en la que se encuentra la muestra. El humo y los compuestos volátiles quedan contenidos dentro de la mufla durante el proceso, protegiendo de esta manera las resistencias.

Para ensayos en los que se libera polvo contaminante de óxido de aluminio o de dióxido de silicio, o bien aquellos en los que se producen vapores corrosivos, puede emplearse un horno de incineración con cámara de sílice fundida para proteger tanto el horno como el proceso.  

Video: Sistema de oxidación térmico catalítico (catalizador) que reduce el volumen de gases tóxicos de salida.  


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Video: Sistema de oxidación térmico catalítico (catalizador) que reduce el volumen de gases tóxicos de salida.  

Industrias en las que se aplica la incineración

Tanto en la industria alimenticia como en la farmacéutica se incineran muestras de productos dentro del marco de los controles de calidad para determinar su contenido de materia inorgánica no digerible. De ser necesario, las muestras son trituradas o molidas para aumentar su área superficial, o mezclarlas con otros compuestos antes de incinerarlas.

Como la composición de los productos puede variar en función de su origen natural, en la industria petroquímica frecuentemente se incineran muestras de hidrocarburos para determinar su contenido de metales u otras sustancias químicas inorgánicas. Este paso es muy importante, ya que algunos metales y minerales pueden dañar las instalaciones de las refinerías o afectar el proceso de refinación.

Industrias en las que se aplica la incineración

Ejemplo de un proceso de incineración

El siguiente ejemplo nos muestra el cambio en el peso que sufre la muestra en un horno de incineración con sistema de postcombustión.

  1. La muestra fría se coloca en la cámara caliente y se inflama.
  2. La ignición espontánea de la muestra conlleva a un aumento de la temperatura.
  3. La reducción de peso se produce rápidamente a medida que la muestra se quema.
Ejemplo de un proceso de incineración

Esquema de los hornos de incineración

Esquema de una horno de incineración ABF. El aire es succionado a través de una entrada en la parte posterior del horno, y guiado a través del aislamiento donde se encuentran las resistencias para ser calentado antes de entrar a la cámara. El humo y otros compuestos volátiles pasan a la cámara de postcombustión, donde el aire entrante adicional acelera su combustión. Un ventilador colocado en la etapa subsiguiente hace que el humo se mezcle con aire fresco en la cámara distribuidora de aire y salga a través de la chimenea.

  1. Entrada de aire – el aire es precalentado antes de entrar a la cámara 
  2. Entrada separada de aire al sistema de postcombustión para garantizar una combustión completa
  3. Entrada de aire a la cámara distribuidora de aire, donde es enfriado antes de ser extraído por la turbina
  4. Chimenea
  5. Cámara del horno
  6. Sistema de postcombustión
  7. Turbina de aspiración
  8. Cestillos apilables para la colocación de la muestra
Esquema de los hornos de incineración

Ejemplos de aplicación

Los hornos de incineración se usan, p. ej., para la combustión de alimentos, tierra, turba, envases plásticos, goma, forrajes/cereales, lana y fibras naturales, papel, harinas, productos farmacéuticos, aceites vegetales, pinturas, poliéster y fibra de vidrio, gelatina, lodos de clarificación, madera, cerámicas de ensayo, suelos en los que se va a determinar el contenido de minerales, o PVC para la determinación de carbonato de calcio.

Otros procesos en los que se usan son:

  • Determinación del contenido de cenizas de sulfato
  • Combustión de coque y azufre en catalizadores
  • Determinación de la pérdida por ignición
  • Combustión de residuos de cloruro de mercurio
  • Determinación del contenido de ingredientes de relleno en papel
  • Eliminación de hollín en muestras de grasa de ácido silícico
  • Limpieza de antorchas de plasma
  • Análisis de compuestos sólidos volátiles suspendidos en aguas residuales
  • Determinación del contenido de cenizas en muestras de carbón
  • Combustión de resinas en piezas de ensayo de CFC

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Hornos de calcinación - FAQ

¿Qué es un horno de cenizas?

Los hornos de cenizas son hornos de cámara diseñados para permitir la combustión de materiales a una temperatura muy controlada. El aire se introduce en la cámara por la alta chimenea, y se fuerza su paso entre las capas de aislamiento, para que se precaliente antes de entrar en la cámara. De este modo se garantiza que las muestras cercanas a la entrada de aire no se enfríen por el flujo de aire. Los subproductos que podrían atacar a los elementos son expulsados del horno de cenizas.

¿Qué aplicaciones requieren un horno de cenizas?

Los hornos de cenizas se utilizan con frecuencia en ensayos de alimentos, plásticos e hidrocarburos, como por ejemplo el carbón. Los ensayos de ceniza pueden estar definidos dentro de métodos de ensayo estándar, ejemplos típicos son ISO 1171:2010 y ASTM D3174-12.

¿Cuál es la diferencia entre un horno de cámara de laboratorio estándar y un horno de cenizas?

La diferencia entre un horno de cámara de laboratorio estándar y un horno de cenizas es principalmente el suministro de aire precalentado para mejorar la combustión. Los hornos de cenizas están especialmente diseñados para tener un mayor flujo de aire para facilitar la combustión e incineración de los materiales.