Hornos Cerámicos

EL DESARROLLO DE LOS HORNOS


LOS PRIMEROS HORNOS

La cerámica primitiva no fue cocida en hornos sino en hogueras abiertas y hoyos poco profundos que contenían fuego. Con este método, ya que no hay un buen aislamiento térmico, no se puede impedir la fuga de calor y la temperatura que se alcanza no es elevada. Para contener estas pérdidas se solían utilizar excrementos secos de vaca para mantener el calor. Otro problema de este tipo de cocciones es que las variaciones de temperatura son bastante bruscas, asi como las diferencias de temperatura en distintos lugares del horno, lo cual conduce a resultados irregulares y gran número de piezas no aprovechables. La eficacia de la cocción en hoyo puede mejorarse canalizando el aire a través de unos conductos hacia la parte inferior.

Actualmente muchos ceramistas utilizan la técnica de cocción con serrín que es, en esencia, lo mismo que las primitivas cocciones en hoyo.


La historia del horno es, en realidad, la evolución en un largo periodo de tiempo desde la simple hoguera o el hoyo hasta una estructura fija diseñada para dirigir y contener el calor del fuego.
El primer perfeccionamiento del hoyo fue utilizar un muro bajo de barro para mantener el fuego en los lados. El paso siguiente, y un paso crucial, fue la innovación de introducir fuego en la base de la carga, de tal manera que el calor pase hacia arriba a través de la cerámica. Finalmente, la etapa siguiente fue techar la parte superior para formar una estructura cerrada.

CHINA, COREA Y JAPÓN. LOS GRANDES HORNOS DE LEÑA

Durante el largo periodo desde el final de la cultura neolítica (alrededor del 1500 a. de C.) hasta el comienzo del siglo XVIII, los hornos de China fueron técnicamente superiores a cualquiera de Africa, Europa o del hemisferio occidental. Esta superioridad se daba en la utilización eficaz del combustible, el control de la temperatura y atmósfera del horno y el logro de temperaturas superiores a los 1200ºC, una temperatura muy por encima de la que era posible en los hornos occidentales de barro cocido.
El horno de cueva japonés (anagama) se hacía excavando un agujero alargado en un terraplén con una inclinación de unos 30º. En la parte de atrás se abría un agujero de chimenea que llegaba hasta el nivel del suelo en la parte de arriba. El horno era en realidad como una larga chimenea que descansaba en una pendiente. El fuego está en la entrada del horno, la parte más baja, y puede ser estrechamente vigilado y controlado. El tiro, en lugar de moverse directamente hacia arriba como en los hornos verticales, se mueve a través de la cerámica, pero con suficiente inclinación para dar movimiento a los gases calientes.

El siguiente desarrollo del diseño del horno fue la emergencia del horno de cueva como estructura sobre el suelo.


La culminación en el desarrollo de los hornos orientales se alcanza con los grandes hornos de cámaras. En estos, varias cámaras están enlazadas entre sí sobre un lugar pendiente. Este diseño utiliza una circulación de tiro ascendente y el calor que escapa de cada cámara se utiliza para calentar la siguiente. Al encender el fuego en el hogar de la boca principal se calienta el conjunto del horno y un fuerte tiro se desarrolla en las cámaras ascendentes. Cuando se alcanza una temperatura suficiente en el hogar, la primera cámara habrá alcanzado la temperatura del rojo. Entonces se introduce combustible en la primera cámara a través de una abertura en la puerta lateral. Así, la cocción va avanzando hacia arriba por la pendiente.

EUROPA Y LOS HORNOS MODERNOS

En Europa y la zona mediterránea no se hizo ningún perfeccionamiento fundamental en el horno desde la antiguedad hasta el comienzo de la Revolución Industrial, en el siglo XVIII.
Los hornos utilizados en las regiones islámicas y en España funcionaban gracias a un buen control aunque no con buen rendimiento.


Cipriano Picolpasso escribio en 1557 Li tre libri dell'arte del vasaio que es la mejor fuente de información sobre la cerámica que se hacía en aquella época. En este link se reproduce un párrafo del libro de Picolpasso, sobre la cocción en horno de leña.
Los hornos más comunes para barro cocido en Europa eran estructuras circulares con dos o más bocas de hogar y circulación ascendente.
El diseño de los primeros hornos construidos para cocer porcelana pudo haber sido muy similar a los hornos que ya se usaban para el barro cocido, pero con una mejor calidad de los ladrillos utilizados para su construcción y con parrillas de hierro fundido diseñadas para el carbón. Así, el horno de tiro superior que quema carbón, con forma característica de botella, se convirtió en el equipo estándar para la cocción de porcelana.
Hubo una excepción a la universalidad del barro cocido: el gres vidriado a la sal de alemania. Los ceramistas de gres renanos descubrieron caminos para aumentar la temperatura de sus hornos y hacer posible el vidriado a la sal.
La mejora en el diseño de los hornos en Europa durante el siglo XIX está relacionada por completo con el diseño, construcción y circulación del calor, en lugar de con los hogares y combustibles, puesto que el carbón y la madera continuaban siendo los únicos combustibles disponibles para la cocción de cerámica hasta que empezaron a utilizarse los derivados del petróleo en los primeros años del siglo XX. El gas llegó más tarde y la electricidad no empezó a usarse para cocer cerámica hasta después de la 1ª Guerra Mundial.
El horno de tiro inferior o llama invertida puede considerarse el desarrollo final de los hornos que queman combustible. En estos, el recorrido del calor atraviesa la carga de arriba a abajo para evacuar finalmente conectando con la chimenea desde la parte inferior del horno.

Actualmente, los hornos de gran rendimiento para la gran producción industrial son hornos continuos de túnel en los que la cerámica es transportada lentamente sobre vagonetas a través del túnel. La gran ventaja de estos hornos es que no se pierde calor en el calentamiento y enfriamiento periódico del horno.


CONCEPTOS SOBRE HORNOS Y SU DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN


COMBUSTIBLES, COMBUSTIÓN Y QUEMADORES

Todos los hornos funcionan a través del desprendimiento de energía calorífica. Este desprendimiento de calor se logra mediante la combustión del combustible. El horno es una estructura destinada a retener el calor generado por la combustión.
Calor y temperatura no es lo mismo. La temperatura es el movimiento interno de las partículas que constituyen la materia. Así, a una temperatura concreta cada sólido cambia de sólido a líquido, y esto ocurre porque a esa temperatura el movimiento de las partículas que constituyen la red cristalina es suficiente para abandonar sus posiciones de equilibrio. El calor es la energía que se obtiene de la combustión y es esa energía la que eleva la temperatura del horno, "lo calienta". Cuanto más eficaz sea un horno, menos calor dejará escapar al exterior.
La temperatura se mide en grados. La escala de grados Celsius se define de forma que el 0 es la temperatura de congelación del agua y el 100 la temperatura de ebullición, y cada grado celsius es la centésima parte de la diferencia entre la temperatura de ebullición y de congelación del agua. Los científicos también usan la escala Kelvin que es una escala absoluta porque no existen temperaturas por debajo de 0ºK, es decir, a 0ºK no hay movimiento, sería la quietud total. Para convertir entre las dos escalas se sigue la regla ºK = 273,1 + ºC. Por lo tanto, el cero absoluto en grados Celsius estaría a -273,1ºC.
Calor y energía es lo mismo. Para elevar la temperatura del horno debemos suministrar calor o energía. La energía se suele medir en julios y el calor en calorías. La razón de que haya unidades diferentes es que cuando se empezaron a definir ambos conceptos, la energía y el calor, se creyó que eran magnitudes diferentes. La relación entre ambas unidades es 1 caloría = 4,184 julios. La caloría se define como el calor necesario para elevar un grado la temperatura de un gramo de agua a temperatura ambiente.
La combustión es una reacción química exotérmica, esto es, una reacción entre distintos cuerpos acompañada de un desprendimiento de calor. Reacciones endotérmicas son aquellas en las cuales se absorbe calor. Por ejemplo, los botijos mantienen fría el agua porque la evaporación del agua que aflora a la superficie del botijo por la porosidad de este, es una reacción endotérmica. Es decir, le quita calor al botijo y, por tanto, lo enfría. En cambio, la congelación del agua es una reacción exotérmica, lo cual aprovechan los agricultores cuando hay heladas para retrasar la congelación de la cosecha. Cuando la temperatura cae hasta 0ºC abren los aspersores y el agua que cae sobre las plantas se congela desprendiendo calor a la planta que no llega a helarse si la temperatura no permanece mucho tiempo por debajo de cero grados.
Para que haya combustión ha de alcanzarse una temperatura que es diferente para cada combustible. Además, la velocidad de la reacción dependerá del estado físico del combustible. Una reacción muy rápida es una explosión y en el otro extremo está la combustión sin llama, como en un fuego de boñiga, cuando el oxígeno alcanza al combustible de una manera gradual.
Hasta tiempos recientes la madera ha sido el combustible principal para la alimentación de hornos. Los hogares para la leña se construyen generalmente en el exterior del propio horno pues así se produce una transferencia más completa del calor a la cerámica que si el hogar estuviera en el interior del horno. Por otra parte, en la cocción de leña la causa más corriente de dificultades es la falta de un tiro suficiente, por lo cual se precisa una chimenea alta y ancha. Tradicionalmente se usaban cacetas en las cocciones de leña para proteger las piezas de los efectos de las llamas y cenizas.
Otros combustibles que pueden utilizarse para hornos son el carbón y el petróleo. En el caso del carbón el proceso es similar al de la madera pero en el caso del petroleo se utilizan quemadores para realizar la combustión.
En la mayoría de los casos, el gas es el combustible ideal para los hornos: se quema fácilmente y no necesita almacenarse en depósitos. Es relativamente barato y puede realizarse la combustión con quemadores más sencillos y baratos que los utilizados para el petróleo como, por ejemplo, el quemador atmosférico o de succión.
En este quemador una parte del aire necesario para la combustión (Aire Primario) se induce en el propio quemador por el chorro de gas salido de un inyector (efecto Venturi); el aire restante (Aire Secundario) se obtiene por difusión del aire ambiente alrededor de la llama.
El gas natural es el combustible más cómodo para la cocción en el horno y puede ser el más barato. Las bombonas de gas son casi tan cómodas como el gas natural pero resultan bastante más caras. El petróleo compite con el gas natural pero requiere quemadores más caros y puede causar mas desgaste y daños en el horno. Las bombonas de gas son una elección bastante popular en los lugares donde no existe una conducción de gas natural.

LA COCCIÓN EN HORNOS Y EL AHORRO DE ENERGÍA

El coste del combustible para el calentamiento de los hornos se ha elevado y sin duda continuará elevándose. Además, la disminución de las reservas de combustibles fósiles en todo el mundo hace que el gasto de energía para cualquier finalidad esté sometido a observación sobre su eficacia y justificación en términos de bienestar social. El ahorro de combustible es, por lo tanto, una consideración importante para el ceramista.
La mayor pérdida de calor en los hornos de combustible es a través de la chimenea. En una cocción media, la cantidad de calor que sale por la chimenea es aproximadamente la mitad de todo el calor generado.
Una posibilidad importante para el ahorro de combustible es la reducción de la temperatura de cocción. En una cocción a 1300ºC, aproximadamente un tercio del combustible se gasta después de pasar los 1160ºC, y la cocción a 1000ºC utiliza solo la mitad de combustible. Esto no es un argumento para el abandono de la cerámica de alta temperatura, sino solo una sugerencia de que las temperaturas más altas no siempre justifican la obtención de calidades específicas del trabajo acabado que, quizás, podrían lograrse a menor temperatura.

MATERIALES REFRACTARIOS

Para retener el calor, el horno debe construirse con materiales que sean suficientemente refractarios, de modo que no se produzca su fusión, agrietamiento o reblandecimiento y sean suficientemente aislantes para reducir al mínimo la pérdida de calor.
Los ladrillos refractarios deben utilizarse a una temperatura máxima inferior en 100-150 K a las temperaturas límite también llamadas “de clasificación”. La American Society for Testing Materials, establece la siguiente clasificación:


En general, suelen utilizarse dos tipos de ladrillos en la construcción de hornos cerámicos: los duros y los blandos. Los primeros son fáciles de encontrar en los almacenes de materiales de construcción y son los que suelen utilizarse para las soleras, chimeneas y zonas que deben soportar mayor carga. Su principal inconveniente es que son poco aislantes. Los ladrillos blandos son blancos, ligeros y porosos y son muy aislantes. Se utilizan para construir las paredes de los hornos. Los más utilizados se conocen bajo la denominación genérica K-26 y son capaces de resistir repetidas cocciones a 1350ºC. Su principal inconveniente es su precio elevado.
Otra posibilidad para aislar el horno es la fibra cerámica aislante. La principal diferencia de esta respecto al ladrillo refractario es su menor inercia térmica, es decir, los hornos de fibra se calientan y enfrían más rapido ya que la fibra almacena mucho menos calor que los ladrillos.

MANTENIMIENTO Y TRANSMISIÓN DEL CALOR

El horno es una caja de material refractario que acumula y retiene el calor. Este puede transmitirse por tres mecanismos: conducción, convección y radiación. En la conducción del calor a través de un sólido, la actividad creciente de las partículas de la red cristalina producida por el aumento de la temperatura se transmite de una partícula a otra, extendiéndose así a través del cuerpo que se está calentándo. Para describir la conducción del calor a través de los distintos materiales se ha inventado un "factor de conductabilidad" expresado por el número K. Por ejemplo, el factor K para la plata, que es uno de los mejores conductores, es 1715. Pero el factor K de un ladrillo refractario aislante es alrededor de 3.
El valor de la conducción a través de las paredes del horno determina la cantidad de calor perdido y con ello la capacidad del horno de servir como depósito de calor.
En el caso de la convección, un líquido a gas se mueve porque ha sido calentado y transmite su calor a cualquier otra superficie. Tiene lugar un movimiento real de materia. En el caso de los hornos, la convección se produce cuando los gases calientes se trasladan a través del horno transmitiendo algo de su calor a las superficies que entran en contacto con ellos.
La radiación es otra forma de transmisión del calor. Cuando la temperatura se eleva, los átomos emiten radiación, que será más energética cuanto mayor sea la temperatura. Esta radiación, a su vez, es absorbida por otros átomos, produciendose así el intercambio y transmisión del calor. De hecho, el color de los hornos a alta temperatura corresponde a la radiación electromagnética intercambiada por los átomos del horno. Este mecanismo de transmisión del calor es el más importante en los hornos eléctricos.

ORIENTACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL HORNO

Puesto que los hornos para cerámica hechos de ladrillo son estructuras relativamente sencillas, en general su construcción no es difícil. Un poco de sentido común, un buen diseño y algún conocimiento de aparejar ladrillos es todo lo que se necesita.
Como todas las estructuras de construcción, el horno debe tener una cimentación adecuada. Solo es necesario que esta sea bastante sólida para la chimenea y, a partir de ciertas dimensiones, también para los muros de sostén del horno. Con frecuencia los hornos se construyen sobre una plataforma de albañilería, para llevar la altura de la puerta a un nivel cómodo para la carga y descarga.
¿Con mortero o sin mortero? Puesto que los ladrillos refractarios aislantes están dimensionados con precisión, es tentador levantar el horno en seco. Este enfoque puede ser útil si se tiene intención de trasladar el horno, pero en la mayoría de los casos es aconsejable el uso del mortero. En la colocación de los ladrillos refractarios se utiliza solamente una pequeña cantidad de mortero. La finalidad del mortero no es tanto pegar los ladrillos entre sí, como nivelarlos y proporcionar un lecho a cada uno de ellos. El mortero sirve también para rellenar las grietas haciendo una estructura más impermeable a los gases. La mayoría de los aficionados tienden a trabajar con el mortero demasiado seco y a menudo tienen dificultad para alinear los ladrillos por golpeo. Los ladrillos mojados y un mortero pastoso facilitan el trabajo de colocar cada ladrillo correctamente.
Una posible ventaja de construir los hornos con material moldeable en lugar de con ladrillos, es la opción de poder hacer una cámara de cocción sin rincones. Un horno cuya forma se aproxime a la de una semiesfera será mejor estructuralmente que uno rectangular y necesitará menos refuerzo exterior.
Construir con ladrillos aislantes es más fácil que con ladrillos duros. Se necesita menos mortero y los ladrillos pueden cortarse fácilmente con una sierra de podar de dientes grandes. En la obra de ladrillo deben disponerse juntas de dilatación para permitir la expansión que se produce cuando se calienta el horno. Cada ladrillo del muro se dilatará 1mm o más cuando se procede a la cocción. Si la obra de ladrillo está demasiado apretada entre sí y sostenida por refuerzos externos rígidos, esta expansión inevitablemente producirá la curvatura, ondulación y rotura de algunos de los ladrillos.
La bóveda de catenaria es una bella estructura muy útil en la construcción de hornos. La catenaria está relacionada con la curva parabólica y puede calcularse matemáticamente, pero en la práctica es más fácil determinarla colocando en un muro una cadena suspendida por dos puntos dejándola caer para que forme una curva natural. La curva de la cadena puede trazarse sobre una hoja grande de papel y utilizarse como guía para hacer la forma de la bóveda.


Si la bóveda de catenaria es demasiado ancha o demasiado alta puede resultar bastante inestable. Una bóveda que sea aproximadamente tan alta como ancha es la más estable. La gran ventaja de la bóveda en catenaria es que ejerce su empuje hacia abajo y no requiere contrafuertes. En la construcción del horno esto significa que no se necesita refuerzo o soporte exterior. Otra ventaja es también que el arco de catenaria es una estructura completa que abarca muros y tambor y se necesita menos superficie para abarcar un volumen dado que en el caso de una estructura compuesta por muros y bóveda.
La construcción de la chimenea es importante por cuestiones de funcionamiento y seguridad. la chimenea se construye generalmente con unas dimensiones que permitan usar ladrillos de dimensiones normales sin partirlos. Para hornos pequeños la chimenea puede tener una sección interior de 23 x 23cm aproximadamente. Con esta sección la chimenea será estable hasta una altura aproximada de 3,6m. si la chimenea es más alta, necesitará ser más ancha para ser estable. La resistencia de las chimeneas se mejora con un armazón de angulares de hierro.
Los primeros 3,5m de la chimenea deben hacerse con ladrillo refractario duro. Cuando la chimenea deba atravesar una cubierta debe prestarse una atención especial al diseño del manguito o acoplamiento. La abertura en el tejado es 10cm mayor alrededor de la chimenea y la obra de ladrillos de ésta no debe estar en contacto con madera en ningún punto. Un acoplamiento de cobre o hierro galvanizado en el tejado proporciona un cierre impermeable.
Los hornos hechos totalmente de ladrillos aislantes tienen algunos inconvenientes. Aunque retienen el calor de una manera eficaz, se enfrían con bastante rapidez debido a la pequeña capacidad calorífica del material. En comparación con el ladrillo refractario duro, un ladrillo aislante no absorbe tantas calorías durante la cocción. Si un horno se enfría demasiado rápido, durante la primera parte del ciclo de enfriamiento debe suministrársele una pequeña cantidad de calor procedente de los quemadores. Un inconveniente más serio de los ladrillos aislantes es su durabilidad relativamente pobre. Debido a su estructura blanda y porosa, los ladrillos aislantes se agrietan y desmenuzan con el tiempo. La vida de los ladrillos refractarios puede prolongarse recubriendo las superficies de la cara interior del horno con una pasta para hornos. Esta pasta sella los poros y evita que los gases de combustión entren en la estructura del ladrillo. Un recubrimiento mejora también el poder reflectante de la superficie y, con ello, la transmisión de calor radiante durante la cocción.
La construcción de un horno con manta o placas de fibra cerámica aislante requiere una estructura totalmente diferente que poco tiene que ver con la albañilería. El horno de fibra cerámica es, quizás, la estructura más eficaz destinada a retener el calor. Pero, a menos que el constructor del horno sea hábil con la soldadura y la fabricación metálica, será mejor que utilice ladrillos.

DISEÑO DEL HORNO

"...una vez mi hornada estaba cocida por delante y no por detrás; la próxima vez, cuando trataba de evitar tal accidente, lo quemaba por detrás y no estaba por delante; a veces, estaba cocido por la derecha y quemado por la izquierda; a veces, mis vidriados eran demasiado delgados y a veces demasiado gruesos, lo que me causaba grandes pérdidas; otras veces tenía vidriados de distintos colores en el horno, algunos se quemaban antes de que otros se hubiesen fundido. En resumen, me embrollé así durante quince o dieciséis años: cuando había aprendido a prevenir un peligro, encontraba otro en el que nunca había pensado." Bernard Palissy, 1584.
El diseño de hornos ha sido más un arte que una ciencia. Hay misterios e incertidumbres relacionados con él, pero los hornos que funcionan con éxito son de tan variadas formas y proporciones que parecería que puede funcionar casi cualquier cosa...sin embargo, es mucho más fácil construir una forma rectangular con ladrillos rectangulares.
Los principales determinantes del diseño del horno son el tipo de combustible a quemar, el tipo de quemador y la disposición de la circulación dentro del horno. Un horno bien diseñado permite a los gases fluir fácilmente a su través, desviándolos justo lo suficiente para llevar a cabo el máximo entercambio de calor entre el combustible quemado y la carga.
Algunas consideraciones relacionadas con el diseño son las siguientes:
- Para quemar combustibles sólidos tales como madera o carbón, el hogar debe ser lo bastante grande, esto es, bastante más grande que para otros combustibles.
- Quemando gas se necesita mucho menos espacio para la combustión. Los hornos de alrededor de 0,25 m3 de espacio de carga se equipan en general con cuatro quemadores.
- Al diseñar un horno para quemar petróleo, se disponen por lo general menos quemadores que para el gas. El quemador de petróleo tiene una capacidad de calentamiento muy grande.
Se podrían resumir las reglas principales para el diseño del horno: (1) una forma sencilla rectangular o cilíndrica, (2) quemadores u hogares amplios y espacio para que la combustión tenga lugar, (3) buena circulación, (4) conductos adecuados y (5) una chimenea suficientemente ancha y alta.
La sencillez del diseño de tiro superior, su gran porcentaje de espacio de carga en relación con el total interior y su independencia de cualquier chimenea fija, lo han hecho popular para los hornos portátiles hechos en fábrica.
Una mufla es un forro interior que se coloca dentro del horno para evitar el contacto directo con las llamas y los gases de la combustión sin necesidad de utilizar gacetas. Un buen material para elaborar una mufla es el carburo de silicio. Pero desde la llegada del horno eléctrico hay mucha menos necesidad del horno de mufla, ya que el calentamiento eléctrico lleva a cabo aproximadamente la misma función: la de suministrar una atmósfera limpia libre de llamas.
Todos los hornos de tiro inferior necesitan una chimenea para proporcionar suficiente tiro o arrastre, para dirigir los gases hacia abajo o a través de la carga. Los productos calientes de la combustión se dirigen naturalmente hacia arriba, a menos que sean inducidos a otra cosa por el tiro, por ello el diseño y construcción de la chimenea es un factor crítico. Además, todas las chimeneas deben tener una válvula para ajustar el tiro y cerrar el horno al final de la cocción, evitando una inducción de aire frio.
Las puertas del horno no suelen presentar problemas. En los hornos pequeños la disposición más sencilla es tapiar la puerta con ladrillos sueltos en cada cocción; para esta finalidad es habitual usar ladrillos aislantes.
Quizás el defecto más corriente en los hornos cerámicos es el calentamiento irregular. Un horno que pueda cocer con no más de un cono de diferencia de temperatura en su interior puede considerarse bueno.

HORNOS ELÉCTRICOS

Las ventajas de los hornos eléctricos han hecho que estos se impongan sobre otros tipos de hornos, sin embargo, también tiene algunos inconvenientes. Por ejemplo, cocer con electricidad es más caro que con gas o petróleo; los hornos eléctricos no funcionan demasiado bien cuando alguna medida interior sobrepasa los 75cm; el precio del horno se incrementa mucho con el tamaño; las resistencias tienen una vida útil de unos cinco años; puesto que la atmósfera de la cámara de cocción es constante y casi neutra, quedan excluidos todos los efectos que implican reducción.
Los hornos eléctricos suelen comprarse hechos, pero en caso de fabricar uno, como regla general para calcular la potencia podría valer la siguiente: para alcanzar altas temperaturas, para cada cm3 de espacio del horno requiere 1,2 vatios. Así, un horno de 45x45x45 cm contendría 91.125 cm3 y requeriría 7000 vatios.

OPERACIÓN DE LOS HORNOS PARA CERÁMICA


TEORÍA DE LA COCCIÓN

"...en cuanto a la regulación del fuego, no puede compararse con medidas mecánicas. Como usted debe saber, para obtener con éxito una hornada, especialmente cuando es vidriada, el fuego debe regularse con una esmerada destreza pues si no se hace bien a menudo se sentirá decepcionado". Bernard Palissy - 1584
Realmente, un horno periódico, desde el punto de vista de ingeniería, puede considerarse una máquina de muy bajo rendimiento, porque muy poca de la energía calorífica que gasta se utiliza en calentar la cerámica; la mayor parte del calor calienta el horno o se escapa por la chimenea. Según Norton, el balance de calor de los hornos más eficientes es el siguiente:
Calor útil aplicado a la cerámica 20%
Calor perdido en el enfriamiento 18%
Calor perdido a través de la chimenea 36%
Calor perdido a través de las paredes y la bóveda 18%
Calor almacenado en las paredes y la bóveda 14%
Calor utilizado en la evaporación de la humedad 8%
Combustión incompleta del combustible 6%
Cualquier aumento de la temperatura depende de la capacidad de suministro de calor de los quemadores. Éstos deben generar y transmitir al horno más calor del que está siendo almacenado o perdido.
El horno ideal es también aquel en que la atmósfera pueda ser controlada desde la oxidación a la reducción. Muchos hornos que funcionan con gas o petróleo trabajan en reducción pero no cuecen cerámica que necesita oxidación sin flameado o reducción parcial. Estos hornos son tan limitados como lo es el horno eléctrico, que solo puede producir cerámica con oxidación.

CARGA DEL HORNO Y MOBILIARIO DEL HORNO

"El método correcto para llenar el horno requiere una geometría especial". Bernard Palissy - 1584
Si la cerámica no es vidriada y no se cuece a una temperatura en que empiece la deformación, las piezas pueden apilarse unas sobre otras atropelladamente, pero si son piezas vidriadas hay que disponerlas evitando que se pegen. Una manera de hacerlo es apilar las vasijas unas sobre otras tocándose solo en puntos sin vidriar, o separándolas con pequeños pegotes de arcilla que dejen solamente una pequeña huella en el vidriado acabado.

Las placas y las columnas son el mobiliario más eficaz para la carga del horno. Con ellas el espacio puede llenarse como en un armario de cocina. El material ideal para placas es el carburo de silicio. Su conductibilidad térmica es aproximadamente diez veces mayor que la del ladrillo refractario, lo que le hace ser el material ideal para muflas. Esta conductividad elevada también favorece el calentamiento uniforme en el caso de hornos cargados con numerosas columnas. Las placas de carburo de silicio son frágiles y deben ser manejadas con cuidado. Además son bastante caras.
A las placas se les da en general una capa de lechada para horno; esto evita que cualquier vidriado que pueda gotear sobre un estante se adhiera permanentemente a él. Una buena lechada para hornos es una mezcla a partes iguales de sílice y caolín, mezclada con agua a la consistencia de una pintura espesa.

OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN

En los hornos que queman combustible puede controlarse la atmósfera de la cocción. Las distintas atmósferas tienen un efecto importante en los colores y las texturas de los vidriados y la pasta.
En un fuego oxidante se introduce suficiente aire en los quemadores para quemar u oxidar todo el combustible. En los hornos de cerámica es difícil obtener una oxidación perfecta. Un análisis de los gases de escape revelará siempre la presencia de algo de monóxido de carbono. Pero para todos los efectos prácticos, si el horno está quemando limpio y sin llama o humo, se conseguirá un buen efecto oxidante.
Una reducción muy fuerte no conduce a nada. Es completamente innecesario tener grandes nubes de humo negro vomitadas por las mirillas y las grietas del horno. Es el monóxido de carbono gaseoso el que produce los efectos reductores sobre la cerámica, no el humo negro, que es carbón puro y no reacciona con la arcilla ni con los vidriados.
Puesto que la reducción implica un exceso de carbono sin quemar en el horno, una reducción excesiva es desperdicio de combustible.
También debe tenerse en cuenta que los hornos tienden siempre a reoxidarse en el enfriamiento, porque no son suficientemente estancos para mantener el oxígeno fuera.
En las siguientes imágenes puede apreciarse la diferencia entre las cocciones en oxidación y reducción. Las muestras de las dos primeras columnas estan cocidas en oxidación y las otras dos columnas están cocidas en reducción.
La imagen es del libro "La paleta del ceramista", de Christine Constant y Steve Ogden, editorial Gustavo Gili.

MEDICIÓN Y CONTROL DE LA TEMPERATURA

El color del interior del horno da una medición exacta de su temperatura, que varía desde el rojo cereza oscuro, color que primero aparece, hasta casi la temperatura del blanco, cuando llega a la cumbre de la cocción.
El dispositivo más usado para la medición de la temperatura en los hornos es el cono pirométrico o cono Seger. Éste es una pequeña pirámide hecha de material cerámico que se fundirá y se doblará a una temperatura determinada y puede observarse en el interior del horno a través de la mirilla. El cono pirométrico fue inventado por el notable ceramista alemán Herman Seger, y descrito por primera vez en una comunicación escrita por él en 1886.
El cono pirométrico tiene la gran ventaja de medir los efectos de la temperatura y de la duración de la cocción sobre la cerámica en el horno. Si la cocción es lenta, el efecto del tiempo más largo es hacer que los conos se ablanden a una temperatura inferior. Lo mismo sucede con las piezas cerámicas que se cuecen. Es aconsejable que el ceramista ponga más confianza en los conos que en los pirómetros en lo que se refiere a la condición real de la cerámica cocida. La indudtria cerámica sigue utilizando los conos incluso aunque las temperaturas exactas del horno se registren cómodamente con el pirómetro.
El pirómetro entró en uso en la industria cerámica a principio del siglo XX. Está basado en el descubrimiento de Seebeck, en 1821, quien observó que si dos alambres, uno de cobre y otro de hierro, se fundían entre sí y el extremo soldado se calentaba, se generaba una fuerza electromotriz y pasaba una corriente eléctrica del cobre al hierro en el extremo caliente. La intensidad de la corriente varía directamente con la temperatura, lo que hace posible utilizar el termopar para la medición de las temperaturas.
En las siguientes tablas vemos los datos más relevantes sobre los conos Seger (pertenecen al libro "Vidriados cerámicos" de Matthes, editorial Omega).

TÉCNICAS ESPECIALES DE COCCIÓN

Además de las cocciones oxidantes y reductora, existen otros métodos de cocción que son interesantes para los ceramistas creativos. Los vidriados cristalinos y los vidriados de lustre requieren un tratamiento especial en el enfriamiento. Para los vidriados cristalinos es necesario mantener el horno a una temperatura determinada durante el ciclo de enfriamiento para permitir el crecimiento de los cristales en el vidriado. El uso del pirómetro es casi una necesidad si se desean obtener buenos resultados en cada cocción.


La popularidad del rakú ha producido un gran interés por los hornos para este tipo concreto de cerámica. La palabra rakú es algo engañosa debido a sus múltiples significados. En sentido estricto se refiere a la cerámica hecha por la familia raku en Japón. Esta línea familiar de ceramistas se originó con Chojiro, un inmigrante coreano de la época de Hideoshi a finales del siglo XVI. Él y sus descendientes hicieron cerámica para el té y especialmente cuencos, que principalmente estaban modelados a mano en lugar de torneados y que se cocían a temperaturas más bajas que el gres corriente de la época.
El tratamiento de carburación de las piezas rakú no se hace en el horno, pero puede considerarse parte del proceso de cocción. La pieza se saca del horno a la temperatura del rojo y se introduce directamente en un recipiente metálico lleno de serrín, virutas, hojas o hierba y se cierra luego con una tapa. Sobre la superficie de la pieza en contacto con el material combustible se producen unas condiciones fuertemente reductoras. Los efectos de este tratamiento son ennegrecer la pasta, a veces erráticamente, y producir efectos de lustre en los vidriados que contienen cobre; el carbón hace resaltar mucho las grietas capilares o craquelado.
Enlace a descripción sobre el rakú
Las cacetas se emplean a veces para proteger la cerámica del ataque directo de las llamas, pero también pueden emplearse para la finalidad opuesta: dar a la pieza que hay en su interior una superficie quemada, ahumada o flameada. Este efecto se logra rellenando el espacio entre la pieza y la pared de la caceta con materia orgánica u otro material que pueda producir flameado, vidriado parcial o alteración en el color de la arcilla.
El carbón vegetal añadido en la caceta producirá un fuerte efecto reductor donde está en contacto con la vasija. El resultado puede ser un color de cocción negro, gris o un gris verdoso. Demasiado carbón vegetal en la caceta o pocos agujeros de ventilación pueden dar como resultado una pieza totalmente negra o gris. pequeñas cantidades de ceniza de madera añadidas al carbón vegetal producirán flameado, vidriado parcial o profundización de los colores oscuros producidos por el carbón. Pueden realizarse experimentos con cualquier material orgánico razonablemente denso.


PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

Deben tomarse ciertas precauciones de seguridad. Es especialmente importante la chimenea y la manera en que pasa a través del techo u otras partes del edificio. La mayoría de los incendios en los locales de hornos han sido causados por una construcción defectuosa del muro deflector alrededor de la chimenea. La construcción de obra de la chimenea debe estar separada por lo menos 20 cm o más de las vigas de madera, cubierta o techo y es necesaria la ventilación alrededor de la chimenea para mantenerla fría durante la cocción.
Los hornos que se basan en ventiladores o aire comprimido para quemar gas o petróleo dejarán de funcionar si se corta la electricidad. El gas o el petróleo continuarán alimentando el horno pero no se quemarán adecuadamente, produciendo un riesgo de incendio. Para protegerse contra esto se coloca una válvula de solenoide en la tubería de combustible, que corta el flujo de gas o petróleo cuando se corta la electricidad.
Si hubiese una interrupción del suministro de gas en el horno, los quemadores de gas se apagarían. Pero si se reemprende el flujo de gas, cantidades de gas pueden entrar en el horno, creando la posibilidad de una explosión si se vuelve a encender. Para prevenir esto puede instalarse una válvula de seguridad controlada por un termopar en el quemador. Si el quemador se apaga por cualquier razón, el termopar se enfría y se corta el suministro de gas. En relación con ello, por comodidad, es frecuente desactivar los sensores de seguridad de los quemadores para regular manualmente el paso del gas, es en estos casos cuando deben tomarse las mayores precauciones y no abrir un quemador si el horno no está a una temperatura suficientemente elevada para la combustión espontánea del gas, a no ser que se coloque directamente una llama a la salida del gas, todo ello para prevenir la acumulación de gas que podría producir explosiones violentas.
La ventilación es otra cosa importante a considerar. Los hornos que queman combustible emiten siempre una cierta cantidad de gas, aún cuando estén cociendo en oxidación. Incluso un horno eléctrico emite gases originados por los cambios en la cerámica que se está cociendo. En la cocción con reducción es seguro que se escapan considerables cantidades de monóxido de carbono y anhídrido carbónico. El monóxido de carbono, que es inodoro, es un gas letal y respirarlo, incluso en pequeñas cantidades, es insalubre. Un ventilador de ventana o un respiradero con ventilador en el techo extraerá los humos e introducirá aire fresco. Con la cocción de reducción hay siempre cierta cantidad de humo que puede ennegrecer las paredes y techos y un ventilador ayuda a evitarlo, así como a evacuar los gases indeseables.

CONSTRUCCIÓN HORNO CERÁMICO EN LA ESCUELA - JUNIO 2016


A finales de junio de 2016, construimos en la Escuela un horno cerámico de alta temperatura, que puede usar tanto gas como leña como combustible. El diseño del horno es del ceramista galés Joe Finch, que estuvo en la escuela guiando todo el proceso de construcción. En el siguiente video se describe dicho proceso así como la cocción que se realizó al día siguiente.

Bibliografía

Estos apuntes son un breve resumen del libro de Daniel Rhodes "Hornos para ceramistas", publicado por Ediciones CEAC.
Si hay algún interesado en construirse su horno, también puede consultar "The kiln book" por F.L. Olsen, que está en la biblioteca (A3 E5). Éste es un libro mucho más técnico y da información suficiente para hacer todos los cálculos necesarios para construir el horno. El libro de Rhodes está descatalogado y el de Olsen no se ha traducido el español. Actualmente (año 2013), puede encontrarse en el comercio el librito de Ian gregory "Construcción de hornos", de la editorial Gustavo Gili