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2.1.4 Chimenea
FIGURA 17. Paila acanalada y aleteada
Figura 18. Paila melotera
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2.1.4 Chimenea
Para el diseño y dimensionamiento de la chimenea se recomienda ver las vistas de elevación, planta e isométricas de la hornilla panelera que se encuentran en el anexo 1. A continuación, se presenta el proceso constructivo de la chimenea y se sugiere revisar, también, el cronograma de obra de la hornilla en la sección 2.3 para seguir la secuencia de actividades de implementación en la construcción de la chimenea.
La chimenea se encuentra en el área de apronte. El área transversal de su sección interna y externa es cuadrada y uniforme en toda la altura, con columnas tipo “L” en las esquinas y vigas de amarre perimétricas entre cada cuerpo. La chimenea tiene tres cuerpos y su altura supera el techo de la sala de proceso. Las paredes de la chimenea son de ladrillo de arcilla y su parte externa no está tarrajeada ni pintada. La chimenea tiene instalada una válvula de estrangulamiento plana y regulable. En la figura 19 se muestra la vista de elevación de la chimenea de la hornilla panelera.
FIGURA 19. Vista de elevación de la chimenea
Capa de hormigón compactada
El solado de la base de concreto de la chimenea descansa sobre una capa de hormigón compactada con dimensiones de 2.0 m de largo, 2.0 m de ancho y 0.20 m de profundidad. A medida que se rellena con hormigón, hay que echar agua y apisonar para compactar.
Solado
Las dimensiones del solado son 2.0 m de largo, 2.0 m de ancho y 0.10 m de profundidad. La mezcla del solado tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 6 volúmenes de hormigón (1:6).
Base de concreto de la chimenea
Las dimensiones de la base de concreto de la chimenea son 2.0 m de largo, 2.0 m de ancho y 1.0 m de profundidad. La malla de fierro de la base de concreto de la chimenea se construye con varillas de fierro corrugado de ½” de diámetro. En la tabla 7 se presentan las especificaciones del número de estribos de fierro para la construcción de la malla. En la figura 20 se muestran los detalles y dimensiones de los estribos de la malla de fierro de la base de concreto de la chimenea.
Las dimensiones de los estribos son externas para permitir su fabricación. Los estribos de fierro tipo 1 son los más externos y en posición horizontal. Se caracterizan por ser cerrados con gancho, cuyo doblado tiene 10 cm de longitud por lado para permitir un mejor amarre de la malla. Al colocar cada estribo de fierro tipo 1 se debe alternar la posición de los ganchos. El número de estribos de fierro tipo 1 es de 6 unidades, separadas 18 cm entre ellos. El número de estribos de fierro tipo 2 y 3 es respectivamente de 10 unidades, separadas 21 cm entre ellas (ver figura 27). En cada doblez en el estribo el fierro se estira, así que por cada una se restará 1.0 cm a su longitud total. En los estribos tipo 1 se realizarán 5 dobleces, mientras que en los estribos tipo 2 y 3 se harán 4 dobleces.
TABLA 7. Especificaciones del número de estribos de fierro para la construcción de la malla
ESPECIFICACIONES Material Número de estribos tipo 1 Longitud total del estribo tipo 1 Número de estribos tipo 2 Longitud total del estribo tipo 2 Número de estribos tipo 3 Longitud total del estribo tipo 3 Amarre DESCRIPCIÓN Fierro corrugado de 1/2” de diámetro 6 7.75 m 10 4.86 m 10 4.86 m Alambre negro n.°16
La malla de fierro corrugado se coloca sobre el solado y se levanta con dados de concreto de 5 cm de arista (ver figura 28).
La proporción del concreto de la base de la chimenea es de 1 volumen de cemento por 2 volúmenes de arena gruesa y 3 volúmenes de piedra chancada (confitillo) (1:2:3) o de 1 volumen de cemento por 5 volúmenes de hormigón (1:5). A medida que se vacía el concreto se debe agregar la piedra de construcción oversize de 6” a 8”. El recubrimiento será de 5 cm.
FIGURA 20. Dimensiones de los estribos de fierro tipo 1, 2 y 3
1,9
0,89
0,625 0,625
1,9
Estribo de fierro de 1 2" tipo 1
Dimensiones en m 1,87
Estribo de fierro de 1 2" tipo 2 y 3
Columnas tipo “L” de la chimenea
La chimenea dispone de 4 columnas tipo “L”, conformada cada una por 8 varillas de fierro corrugado de 3/8” de diámetro. La disposición de las varillas de fierro y los detalles de la columna se muestran en la figura 21. En la tabla 8 se presentan las especificaciones del número de fierros y sus longitudes para la construcción de las columnas de la chimenea.
TABLA 8. Especificaciones del número de fierros y sus longitudes para la construcción de las columnas de la chimenea
ESPECIFICACIONES Material Número de fierros tipo 1 Longitud del fierro tipo 1 Número de fierros tipo 2 Longitud del fierro tipo 2 Amarre DESCRIPCIÓN Fierro corrugado de 3/8” de diámetro 28 9.3 m 4 6.56 m Alambre negro N°16
Hay dos tipos de fierros para las columnas de acuerdo con su longitud. El tipo 2 se utiliza en la parte interna de las dos columnas anteriores de la chimenea y son de menor longitud. Para permitir el amarre del muro del ducto de transición con las paredes de la chimenea en el primer cuerpo, es decir, en la primera parte del primer cuerpo, las dos columnas anteriores solo tendrán 6 fierros (ver figuras 22 y 23), mientras que, a partir de la segunda parte del primer cuerpo y en los otros dos cuerpos de la chimenea, las cuatro columnas tendrán 8 fierros (ver figura 23). En cuanto a los fierros tipo 1, tienen un gancho de 20 cm de longitud en uno de sus extremos, que le sirve de apoyo.
Se recomienda armar primero las cuatro columnas con sus respectivos estribos, y luego montarlas sobre la malla de fierro de la base de la chimenea antes de vaciar el concreto en esta (ver figuras 29 y 30).
La proporción del concreto de las columnas de la chimenea es de 1 volumen de cemento por 2 volúmenes de arena gruesa y 3 volúmenes de piedra chancada (confitillo) (1:2:3) o de 1 volumen de cemento por 5 volúmenes de hormigón (1:5). El recubrimiento de concreto será de 5 cm en la parte externa y de 3 cm en las internas.
FIGURA 21. Detalles y dimensiones de la columna tipo “L” de la chimenea
0,09 0,24 0,03
0,33
0,03 0,09
0,16
0,05
0,09
0,16 0,05 0,33
Dimensiones en m
FIGURA 22. Columnas anteriores de la chimenea con 6 fierros en la primera parte del primer cuerpo
FIGURA 23. Columnas con 8 fierros en la segunda parte del primer cuerpo y en los otros dos de cuerpos de la chimenea
Los estribos se hacen con varillas de fierro corrugado de ¼” de diámetro. Los estribos son cerrados y con gancho, con dimensiones de 27 cm de largo, 18 cm de ancho y con gancho de 5 cm de longitud por lado. Por cada doblez en el estribo se restarán 0.4 cm a su longitud total, porque en cada doblez el fierro se estira. En cada estribo se realizarán 5 dobleces. Por consiguiente, la longitud total de cada estribo es igual a 98 cm. En la tabla 9 se muestra el número de estribos necesarios para armar las columnas.
TABLA 9. Número de estribos para la construcción de las columnas
ESPECIFICACIONES Material Número de estribos en la base de la chimenea Número de estribos en el cuerpo 1 Número de estribos en el cuerpo 2 Número de estribos en el cuerpo 3 Amarre DESCRIPCIÓN Fierro corrugado de 1/4” de diámetro 30 130 152 152 Alambre negro n.°16
Los estribos de la parte de las columnas que se encuentran al interior de la base de la chimenea se espaciarán de la siguiente manera: uno al inicio y cuatro a 20 cm. Los estribos en cada uno de los tres cuerpos de la chimenea se espaciarán como 2 a 5 cm, 5 a 10 cm y el resto a 20 cm (Ver figura 24).
Vigas perimétricas de la chimenea
La chimenea cuenta con 4 vigas perimétricas, conformada cada una por 4 varillas de fierro corrugado de 3/8” de diámetro tipo estribo. La disposición de las varillas de fierro y los detalles de la viga perimétrica se muestran en las figuras 25 y 32. En la tabla 10 se presentan las especificaciones del número y longitud de los fierros para la construcción de las vigas perimétricas de la chimenea.
FIGURA 24. Distribución de estribos en las columnas y vigas perimétricas de la chimenea
0,25
0,05 0,15
0,05 0,05
0,10,1 0,115 2,4
0,25
2,4
0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2
0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
0,05 0,05 0,25
2,4
0,25
0,2 0,92
TABLA 10. Especificaciones del número de fierros tipo estribo y sus longitudes para la construcción de las vigas perimétricas de la chimenea
ESPECIFICACIONES Material Número de fierros internos tipo 1 Longitud del fierro interno tipo 1 Número de fierros externos tipo 1 Longitud del fierro externo tipo 1 Número de fierros internos tipo 2 Longitud del fierro interno tipo 2 Número de fierros externos tipo 2 Longitud del fierro externo tipo 2 Amarre DESCRIPCIÓN Fierro corrugado de 3/8” de diámetro 6 3.83 m 6 5.11 m 2 2.90 m 2 3.86 m Alambre negro n.°16
Por cada doblez del fierro de la viga perimétrica se restará 0.6 cm a su longitud total porque en cada doblez el fierro se estira. En los fierros internos y externos tipo 1 se realizarán 5 dobleces, mientras que en los fierros internos y externos tipo 2 se harán 4 dobleces. Los fierros internos y externos tipo 2 se utilizan para construir la viga perimétrica en contacto con la base de la chimenea en el primer cuerpo. En la figura 26 se muestran las dimensiones de los fierros internos y externos tipos 1 y 2 de las vigas perimétricas.
La proporción del concreto de las columnas de la chimenea es de 1 volumen de cemento por 2 volúmenes de arena gruesa y 3 volúmenes de piedra chancada (confitillo) (1:2:3) o de 1 volumen de cemento por 5 volúmenes de hormigón (1:5). El recubrimiento de concreto será de 5 cm.
FIGURA 25. Detalles y dimensiones de la viga perimétrica de la chimenea
0,16
0,05
0,15
0,05 0,25
0,24
Dimensiones en m
FIGURA 26. Dimensiones de los fierros internos y externos tipos 1 y 2 de las vigas perimétricas
1,26 0,94
1,26
Fierro externo tipo 1 0,94
Fierro interno tipo 1
1,26 0,94
1,26 0,94
Fierro externo tipo 2 Fierro interno tipo 2
Dimensiones en m
Los estribos de las vigas perimétricas se hacen con varillas de fierro corrugado de ¼” de diámetro. Los estribos son cerrados y con gancho, con dimensiones de 18 cm de largo, 17 cm de ancho y con gancho de 5 cm de longitud por lado. Como en cada doblez en el estribo el fierro se estira, se restará 0.4 cm a su longitud total por cada uno. En cada estribo se realizarán 5 dobleces. Por consiguiente, la longitud total de cada estribo es igual a 78.5 cm. En la tabla 11 se muestra el número de estribos que se necesitan para armar las vigas perimétricas.
TABLA 11. Número de estribos para la construcción de las vigas perimétricas
ESPECIFICACIONES Material Número de estribos en la viga perimétrica 1 Número de estribos en la viga perimétrica 2 Número de estribos en la viga perimétrica 3 Número de estribos en la viga perimétrica 4 Amarre DESCRIPCIÓN Fierro corrugado de 1/4” de diámetro 21 28 28 28 Alambre negro N°16
Los estribos en cada lado de las vigas perimétricas se espaciarán de la siguiente manera: 1 a 5 cm, 2 a 10 cm y 1 a 11.5 cm (Ver figuras 24 y 32).
Paredes de la chimenea
Las paredes de la chimenea se construyen con un muro de cabeza seguido de un muro de soga de ladrillos de arcilla. Todo el arreglo del muro tendrá un espesor de 36.5 cm, aproximadamente, sin recubrimiento externo. La longitud del lado externo de la chimenea es igual a 133 cm, mientras que la longitud del lado interno es igual a 60 cm. Cada tres hiladas de ladrillos, el muro de cabeza se alterna con el de soga para asegurar el amarre entre ambos muros.
Cada tres hiladas de ladrillos se colocarán chicotes o mechas de anclaje fabricadas con varillas de fierro corrugado de ¼” de diámetro para anclar las paredes de la chimenea con sus respectivas columnas. La mecha de anclaje debe penetrar por lo menos 40 cm al interior de la pared y 12.5 cm al interior de la columna, terminando en un gancho de 10 cm de longitud. Por consiguiente, la longitud total de cada mecha de anclaje es igual a 62.5 cm. La chimenea tiene 3 cuerpos. Por lo tanto, en el primer cuerpo se necesitarán 46 unidades, mientras que en el segundo y tercer cuerpo se requerirán 56 unidades por cuerpo. En total se deben fabricar 158 mechas de anclaje.
El mortero para el asentado de ladrillos de arcilla de las paredes de la chimenea tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 4 volúmenes de arena gruesa (1:4).
Las juntas entre los ladrillos de arcilla deben tener un espesor entre 1.5 cm a 2 cm. Se recomienda limpiar las rebabas de mortero, fraguar bien las juntas de la parte interna y externa de las paredes de la chimenea y sellarlas correctamente.
Válvula de estrangulamiento plana y regulable
Para regular el flujo másico de los gases de combustión al interior de la hornilla panelera se instala en el primer cuerpo de la chimenea una válvula de estrangulamiento plana y regulable a una altura de 1.90 m de la parte superior de la base de la chimenea. En los anexos 10 y 11 se muestran respetivamente el diseño, dimensionamiento y especificaciones técnicas de la válvula y de su placa de regulación.
Como referencia para los operadores de la hornilla, junto a la placa de regulación de la válvula de estrangulamiento se deberán rotular las palabras “Abierta” y “Cerrada” con pintura spray negra de alta temperatura.
Solado del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea
El ancho del solado es igual a 40 cm y su profundidad de 10 cm. La mezcla del solado tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 6 volúmenes de hormigón (1:6).
Cimiento del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea
El cimiento se construye con un muro de cabeza seguido de un muro de soga de ladrillos de arcilla. Las juntas entre los ladrillos deben tener un espesor entre 1.5 cm y 2 cm. Se recomienda fraguar bien las juntas y sellarlas correctamente.
El ancho del cimiento es de 36.5 cm y su altura de 40 cm. Por consiguiente, como referencia se tendrán 4 filas de ladrillos, si se considera que la altura de cada fila de ladrillos y su junta es igual a 10 cm.
El mortero para el asentado de ladrillos de arcilla del cimiento tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 4 volúmenes de arena gruesa (1:4).
Muros del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea
Los muros del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea se construyen con un muro de cabeza seguido de un muro de soga de ladrillos de arcilla. Todo el arreglo del muro tendrá un espesor de 36.5 cm, aproximadamente, sin recubrimiento externo y 38 cm con recubrimiento (ver figura 31).
El mortero para el asentado de ladrillos de arcilla tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 4 volúmenes de arena gruesa (1:4). Las juntas entre los ladrillos de arcilla deben tener un espe-
sor igual de 1.5 cm a 2 cm. Se recomienda fraguar bien las juntas de la parte interna y externa de los muros y sellarlas correctamente.
Piso del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea
El piso del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea se construye con una capa de hormigón compactada de 10 cm de espesor, seguido de una capa de ladrillos de arcilla con amarre tipo soga sin juntas ni mortero, la cual se recubre con mortero para partes calientes de 1.5 cm de espesor. Finalmente, se asienta una capa de ladrillos refractarios con amarre tipo soga. Como referencia del proceso constructivo, en la figura 9 se muestra la secuencia de pasos para la construcción del piso del ducto de humos.
La superficie del piso del ducto de transición se recubre con una capa de pintura de sacrificio (ver 1.8). Es recomendable aplicar tres capas de pintura refractaria, siempre dejando secar previamente la capa anterior.
Los ladrillos refractarios se preparan y asientan como fue indicado en la sección 1.8, mientras el mortero refractario de alta alúmina y el castable refractario se preparan tal como se explicó en las secciones 1.9 y 1.10, respectivamente.
El mortero para partes calientes tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 3 volúmenes de arena (mitad fina y mitad gruesa) por 1 volumen de arcilla y 1 volumen de cal de obra (1:3:1:1).
Bóveda del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea
La bóveda del techo del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea se construye con ladrillos de arcilla puestos de canto y mortero para partes calientes. La bóveda es un segmento circular que tiene una longitud de cuerda de 60 cm, una altura de 12 cm y un largo de 178 cm de longitud total, compuesto una parte de una bóveda plana y otra de una inclinada (ver figura 19). El amarre de los ladrillos de arcilla en la bóveda del techo es tipo soga. Las juntas entre los ladrillos de arcilla deben tener un espesor entre 1.5 cm a 2 cm.
El mortero para partes calientes tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 3 volúmenes de arena (mitad fina y mitad gruesa) por 1 volumen de arcilla y 1 volumen de cal de obra(1:3:1:1).
Recubrimiento con mortero de la superficie interna de los muros y de la bóveda del techo del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea
La superficie interna de los muros y de la bóveda del techo del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea se recubren con un mortero que tiene las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 3 volúmenes de arena (mitad fina y mitad gruesa) por 1 volumen de arcilla y 1 volumen de cal de obra (1:3:1:1). El recubrimiento del interno de los muros y de la bóveda del techo del ducto de transición debe tener un espesor entre 1.5 cm a 2 cm.
Finalmente, el recubrimiento de la superficie interna del muro del ducto de transición se recubre con una capa de pintura de sacrificio, preparada disolviendo mortero refractario de alta alúmina en agua. Es recomendable aplicar tres capas de pintura refractaria, pero dejando secar previamente la capa anterior.
Recubrimiento con mortero de la superficie externa de los muros y bóvedas del techo del ducto de transición comprendido entre la entrada y la base de la chimenea
El mortero para el recubrimiento externo tendrá las proporciones volumétricas de 1 volumen de cemento por 3 volúmenes de arena (mitad fina y mitad gruesa) por 1 volumen de arcilla y 1 volumen de cal de obra (1:3:1:1).
El recubrimiento externo de la parte superior de los muros y de la bóveda del techo del ducto de transición se hace con caída de adentro hacia afuera en ambos lados, de manera que en caso de que llueva o el recubrimiento se lave con agua, esta discurrirá hacia fuera. Además, el recubrimiento externo se protege
mediante una capa de cemento puro y seco paleteado, la cual evita que la arcilla se salga del recubrimiento durante la limpieza o la lluvia.
El recubrimiento del externo de los muros y de la bóveda del techo del ducto de transición debe tener un espesor entre 1.5 cm a 2 cm.
FIGURA 27. Malla de fierro de la base de concreto de la chimenea
FIGURA 28. Malla de fierro de la base de la chimenea levantada con dados de concreto
FIGURA 29. Construcción de las columnas de la chimenea
FIGURA 30. Montaje de la estructura de las columnas en la malla de fierro de la base de la chimenea
FIGURA 31. Amarre del muro del ducto de transición con las paredes de la chimenea en el primer cuerpo
FIGURA 32. Vista de la estructura de fierro de la viga perimétrica con las columnas de la chimenea
