Diseño de hornos

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PRINCIPIOS BÁSICOS DEL DISEÑO DE HORNOS

Dejando aparte los hornos eléctricos, en el diseño de hornos podemos diferenciar tres tipos según su tiro u más bien según la dirección que siguen los gases en el interior de la cámara: los de tiro ascendente, tiro cruzado y tiro descendente o invertido.

En general tienen un mejor rendimieto los de tiro invertido y es que el fundamento de esta idea es que el fuego y los gases calientes estén en la cámara el mayor tiempo posible. Cuando hablo de rendimiento no hablo solamente de hornos que funcionan mejor o peor sino de la relación entre la carga (nº de piezas-volumen) y el combustible consumido, otra ventaja del tiro invertido es que reparte mejor el calor y tiende a hacer hornadas más uniformes. Si embargo los de tiro ascendente tienen la ventaja de ser más sencillos de construir y con la práctica y una buena relación entre el aire secundario y la chimenea podemos conseguir un horno relativamente uniforme. Pero antes de hablar de las ideas básicas del diseño vamos a ver la nomenclatura de las diterentes partes de un horno:

 Como se puede observar este es un horno de leña para ver también los nombres del hogar, parrilla, etc; en un modelo de gas o gas-oil en vez de hogar llevaria un agujero donde va el quemador que se llama portilla del quemador. Es conveniente aclarar cuanto antes dos cosas: no debemos confundir tiro y chimenea y hay que diferenciar entre el parafuegos y el muro deflector. En el primer caso, el tiro es una corriente que viene determinada por la chimenea (fundamentalmente) y en el segundo caso el muro deflector es una continuación del parafuegos y lo podemos regular en altura con el paso de las hornadas hasta dar con la altura ideal.
Las reglas para diseñar un horno están más relacionadas con la experiencia y el sentido común que con sesudas fórmulas fisico-matemáticas y las podemos resumir de la siguiente manera:

  • Las formas sencillas tienden a dar mejores resultados que las formas complicadas. Por lo general los hornos son cuadrados porque son más fáciles de construir pero pueden ser redondos sin problema sobretodo en el caso de tiro ascendente. El punto de partida habitual suele ser un cubo, si por la razón que sea debemos agrandar ese cubo es mejor hacerlo en horizontal y añadir más quemadores que en vertical, conseguiremos una mejor distribución del calor.

  • A poder ser, la circulación de gases seguirá líneas curvas y evitaremos los ángulos rectos. El canal de evacuación con el comienzo de la chimenea siempre hace un ángulo recto y esto es inevitable pero aparte de eso no tenemos porqué. En general debemos procurar que los gases circulen con libertad y evitaremos estrecheces o rutas complicadas.

  • Los hornos de tiro superior necesitan muy poca chimenea, y según algunos autores incluso podemos prescindir de ella ya que el propio horno hace de chimenea; yo creo que es mejor que lleve chimenea y un registro para controlar el tiro, asi podremos regular, y forzar en su caso, la entrada de aire secundario. En los hornos de tiro invertido la cosa es bien diferente y necesitaremos un buen tiro que fuerce a los gases a hacer un recorrido tan antinatural. Si seguimos mentalmente ese trayecto observaremos que los gases primero suben, después bajan, recorren el horno horizontalmente hacia el canal de evacuación y después suben por la chimenea, asi pués hay un tiro vertical (TV) y un tiro horizontal (TH). Para calcular el alto de la chimenea (H) aplicaremos la fórmula:
                                          H= 3*TV+ TH/3
    En este ejemplo podemos ver como es el cálculo de la altura. En hornos de leña es conveniente aumentar ese alto, algunos autores hablan de un 30% más. La sección de la chimenea también es importante, Leach en su libro da unas indicaciones para su cálculo que a mi me parecen exageradas ya que habla de entre un cuarto y un quinto de la sección de la cámara del horno, esto quiere decir que para el horno del ejemplo, con una sección de cámara de 10000 cm2 ( 100 x 100 cm) necesitamos una sección de chimenea de 2000 cm2 como mínimo lo cual viene siendo de 40 x 50cm, vaya tela. Habitualmente se hacen de 23 x 23 cm que es el largo de los ladrillos, esta sección llega para hornos de hasta 1m3 aproximadamente, para hornos más grandes, Rhodes da la fórmula de 0,5 cm2  de sección de chimenea por cada dm3 (1litro) de espacio en la cámara del horno. Para hornos de leña conviene aumentar en un 50%. Yo soy partidario de que no falte tiro, ya que es algo que después podremos regular con el registro. Por último, las chimeneas ahusadas incrementan el tiro, pero son un rollo construirlas.

El número y potencia de los quemadores viene determinado por la capacidad del horno. En general conviene repartir la potencia en varios quemadores, siempre quemará más uniforme que toda la potencia concentrada en un único quemador. Es muy usual ver hornos de menos de 500 litros (medio metro cúbico) con cuatro quemadores; si usamos gas-oil con dos llega ya que resultan tan potentes que con cuatro iría como un cohete (incluso corremos el riesgo de que no vaya bien por pura saturación de fuego). Un quemador de gas necesita unos 8 dm3 de espacio delante de el para que arda sin problemas, sin embargo con gas-oil es preferible situar el quemador frontalmente, de forma que la llama corra a lo largo entre el muro de la cámara y el parafuegos, siendo este hueco de entre 10-15 cm. Para calcular la potencia usaremos una fórmula que da Olsen en su libro, en el original dice:
        Hornos de fibra: 10000 BTU por cada pié cúbico/hora
        Hornos de ladrillo denso: 16000-19000 BTU por cada pié cúbico/hora
Traduciendo, cada BTU son 0,252 Kcal y cada pié cúbico son 28,32 litros, eso quiere decir que para un horno de fibra necesitaremos alrrededor de 89 Kcal por litro, 89000 Kcal por metro cúbico. Sin embargo Rhodes da el dato de que necesitaremos 270000 calorías por cada metro cúbico, algo falla evidentemente. Yo me inclino más por el primer cálculo. En cualquier caso siempre tiraremos hacia arriba en el cálculo de potencia, es preferible tener margen de sobra que no quedarse escasos, la cifra resultante de la potencia dividiremos entre el número de quemadores.
Otra forma de calcular la potencia necesaria es la propuesta por el ceramista argentino Horacio Zili para hornos de gas y construcción con fibra:
1º Calcular el área total de las paredes interiores del horno (piso,paredes y techo) en decímetros cuadrados.
2º Multiplicar esta área por 172 para 1300º o por 138 para 1100º y tendremos las kcal. necesarias.
Y ya para acabar de liar hay una página donde tenemos unas tablas para cálculo de potencia ( Cálculo Kcal ) , al tratarse de una página en inglés vienen las medidas en BTU y piés cúbicos asi que aplicaremos la conversión descrita mas arriba.
Para hornos de leña no hay cálculos que hacer en cuanto a potencia, es una cuestión de tenerr leña en abundancia y perfectamente seca, pero sí deberemos de pensar muy bien el tipo y la ubicación del hogar.
Basicamente, los hogares van contruidos al lado del horno o debajo de él. Durante siglos, en occidente,el hogar se construía debajo de la cámara y sin parrilla, esto implica que el aire que entra en el hogar pasa por encima del fuego antes de entrar en la cámara y que el fuego, ascuas y cenizas son todo una misma cosa o, dicho de otro modo, comparten un mismo espacio. El rendimiento del horno mejora cuando el aire pasa a través del fuego en vez de pasar por encima de él. Asi pués en el diseño del hogar deberemos incluir: el hogar propiamente dicho, la parrilla y el cenicero.
Las dimensiones y características del hogar dependerá del tipo y capacidad del horno y del recorrido que queremos que haga el fuego en el interior de la cámara; sin embargo por muy pequeño que sea el horno el hogar siempre deberá tener unas medidas mínimas. Un ejemplo claro está en los hornos de leña para raku que muchas veces es mas grande el hogar que el espacio útil de la cámara. No hay unanimidad sobre esas medidas mínimas pero tendremos que contar con una especie de cajón de 90 cm de largo por unos 60 cm de alto y unos 30-35 cm de ancho. La parrilla deberá ir como mínimo a 20 cm. de alto o bien en la mitad.
Los pasos de fuego que comunican ese hogar con la cámara deberán ser amplios, la suma de la sección de esos pasos debe ser algo mayor (como mínimo) que la sección del canal de evacuación. Algunos hornos tienen más de un hogar, eso reparte mejor el calor pero para atender la fornada uno solo tendremos problemas; el tramo final de una hornada de leña puede resultar agotador, si encima tenemos que atender dos hogares puede haber momentos de cierto agobio. Hay diseños de hornos de arco catenario a leña que llevan los hogares a cada lado, yo nunca he sido partidario de ese diseño y menos para alcanzar altas temperaturas, la leña tiene una llama muy larga y si el horno no es muy grande podemos desperdiciar bastante energia, además no hay espacio para mucho hogar y dado que la boca de alimentación tiene que ser algo reducida no podemos usar cómodamente una de las  mejores leñas para cocer: el toxo.
Aqui podemos ver seis modelos básicos de hogares (para ver ampliado pica encima del dibujo):

El primero es el típico hogar tipo caijón muy usado en hornos de raku y también lo emplea Olsen en uno de sus hornos (lo puedes ver en la sección de planos de hornos), en ese horno emplea dos de estos hogares debajo de la cámara, el segundo dibujo es el fogar de un horno de cámaras o naborigama. Aqui el hogar va en el lateral de la primera cámara y tiene forma semicircular, y en el tercero vemos otro modelo para ir debajo de la cámara, en este modelo la cantidad de pasos de fuego dependerá del tamaño de la cámara pero dejaremos un mínimo de tres a cada lado. En el primero y tercer hogar puede ser necesario colocar algunos ladrillos cerrando algo la boca de alimentación del hogar y la del cenicero e ir dejando mas espacio a medida que avanza la hornada. Haí la experiencia dirá lo mejor que podemos hacer.
En la parte baja del hogar, en el cenicero, es conveniente dejar aberturas del perfil de un ladrillo cada una espaciadas a lo largo, en el tramo final de la hornada podemos necesitar más aire secundario que ayude a una rápida combustión, si no lo necesitamos las tapamos. Esto lo podemos ver en el cuarto ejemplo de hogar. El quinto hogar es de un horno de tiro cruzado tipo anagama, es de unas dimensiones considerables pero es que el horno tiene una cámara de unos ocho metros de largo. El último ejemplo de hogar es de un interesante horno semicircular o de cúpula de siete metros cúbicos con dos hogares como el descrito en el dibujo. En el original es para cocciones con carbón pero con escasas modificaciones podemos usar leña. El plano completo lo puedes ver en la sección de planos.
La parrilla la podemos hacer de barras de hierro de un mínimo de 2 cm de diámetro y espaciadas unos 4-7 cm. de centro a centro; hay gente que las hace de arcilla refractária, yo veo esto un poco delicado ya que en el tramo final de la hornada probablemente no metamos la leña en el hogar con la delicadeza necesaria y es muy mal momento para que rompa algo.
Con todas estas indicaciones tenemos una idea más o menos exacta del horno que queremos hacer, lo dibujamos a escala con todas las medidas y llegamos al momento de construirlo; aqui siempre surgen imprevistos que tendremos que solucionar con dosis de sentido común (sentidiño). Vamos a ver la construcción de las diferentes partes de un horno y las diferentes alternativas.

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