PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTO

Trabajo

JOHN ALEXANDER PACHÓN MORALES

COD: 244692

ANDREA ESPERANZA PERICO GARCÍA

COD: 244674

BALANCE DE MATERIA

UNIVESIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE BOGOTÁ

2009

PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTO

Trabajo

Presentado por:

JOHN ALEXANDER PACHÓN MORALES

COD: 244692

ANDREA ESPERANZA PERICO GARCÍA

COD: 244674

BALANCE DE MATERIA

Presentado a:

ALIS YOVANA PATAQUIVA MATEUS

INGENIERA QUÍMICA

UNIVESIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE BOGOTÁ

2009

INTRODUCCIÓN

La química y en particular la ingeniería química es una de las ramas del conocimiento con mayor aplicabilidad

en nuestro contexto, y de las cuales necesitamos cada día para realizar actividades tan comunes como

alimentarnos o transportarnos; así mismo, la ingeniería química desempeña un papel fundamental en el

diseño, manutención, evaluación, optimización, simulación, planificación, construcción y operación de plantas

en la industria de procesos.

Con la realización de éste trabajo se propende por ejemplificar y describir uno de estos procesos: la

producción industrial de cemento, cuya aplicación es indispensable para sectores como la construcción a

grande, mediana y pequeña escala, y que como operación industrial involucra series de procesos inherentes a

la ingeniería química, también llamados operaciones unitarias, tales como mezclado, trituración, cocción, entre

otros.

De igual manera, dentro de estos procedimientos se ejemplifican operaciones que necesitan un balance de

materia que son de especial estudio para los ingenieros químicos y que como tales deben ser analizadas y

descritas adecuadamente.

OBJETIVOS

GENERAL

Dar a conocer los procesos utilizados en la fabricación de cemento y los medios necesarios para llevarlos a

cabo.

ESPECÍFICOS

Mostrar la importancia del balance de materia en cualquier proceso unitario.

Manifestar el valor de la Ingeniería Química como rama importante en todo tipo de proceso

industrial de transformación fisicoquímico.

Describir y plantear los procesos conjuntos que son de importancia en la fabricación industrial de

cemento.

PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTO

El cemento se fabrica a partir de una mezcla de clinker y yeso que actúa como controlador de fraguado.

Además se le pueden añadir otro tipo de adiciones activas como cenizas volantes, escorias de alto horno,

caliza, humo de sílice o puzolanas. El proceso de fabricación consta de:

1. OBTENCIÓN DE MATERIAS PRIMAS

Se realiza la extracción de materias primas que se encuentran en yacimientos, normalmente canteras a cielo

abierto, generalmente encontradas en las proximidades de la fábrica. Las canteras se explotan mediante

voladuras controladas, en el caso de materiales duros como calizas y pizarras, mientras que en el caso de

materiales blandos como arcillas y margas se utilizan excavadoras para su extracción.

Las materias primas para la fabricación de clinker son dos principalmente:

• Un aporte de carbonato: generalmente calizas o margas. Son las encargadas de aportar el CaO que luego

reaccionará en el horno para formar los silicatos que son los componentes realmente activos en el clinker.

• Un aporte de fundentes: generalmente arcillas o pizarras. Son las encargadas de aportar los óxidos que

funcionan como fundentes y que contribuyen a la formación de fase líquida en el horno facilitando las

reacciones.

2. PREPARACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS

Una vez extraído y clasificado el material, se procede a su trituración hasta obtener una granulometría

adecuada (tamaño aproximado: una pulgada, 20 a 25 mm) para el producto de molienda. Posteriormente se

seca, si es necesario y se traslada a la fábrica mediante cintas transportadoras o camiones para su

almacenamiento en el parque de prehomogeneización.

Uno de los factores más importantes en la fabricación del clinker es la alimentación del horno con un material

de composición homogénea. Para conseguir esto el material sufre un proceso de prehomogeneización en

unas grandes pilas formadas por capas uniformes que luego se cortan en sentido transversal para ser

seleccionadas de forma controlada. La prehomogeneización permite preparar la dosificación adecuada de los

distintos componentes reduciendo la variabilidad, ya que la materia prima para la fabricación del clinker, debe

tener un porcentaje determinado de cada uno de los óxidos y a veces es necesario aportar adiciones

correctoras de la composición (ferrita, magnetita, alúmina, sílice, caliza, etc.).

3. MOLIENDA DE CRUDO

Los materiales son llevados a un molino crudo que puede ser vertical o de bolas para reducir su tamaño y

favorecer así su cocción en el horno. En el caso de un molino vertical, se tritura el material a través de la

presión que ejercen sus rodillos sobre una mesa giratoria. Mientras que en el segundo caso, un molino de

bolas consiste en cilindros de acero revestidos interiormente de placas muy resistentes al desgaste llenos de

bolas de fundición; el cilindro gira y las bolas golpean el material a moler.

En función de cómo se procesa el material antes de su entrada en el horno de clínker, se distinguen cuatro

tipos de procesos de fabricación: vía seca, vía semi-seca, vía semi-húmeda o vía húmeda. En la actualidad, la

mayoría de las cementeras utilizan la vía seca.

De los molinos se obtiene un material muy fino, conocido como harina cruda, en proceso vía seca y pasta

cruda en procesos vía húmeda. La harina o crudo se almacena en silos dotados de un sistema de

homogeneización neumática para incrementar la uniformidad de la mezcla.

MOLINOS VERTICALES

4. COCCIÓN EN EL HORNO

La alimentación al horno se realiza a través del precalentador de ciclones (intercambiador de calor compuesto

por ciclones), que calienta la materia prima para facilitar su cocción. La harina o crudo se introduce por la

parte superior de la torre y va descendiendo por ella. Mientras tanto, los gases provenientes del horno, que

están a altas temperaturas, ascienden a contracorriente, precalentando así el crudo que alcanza los 800°C

antes de entrar al horno.

Se puede realizar en hornos rotatorios inclinados que son cilindros de acero revestidos interiormente con

materiales refractarios. A medida que la harina va avanzando en el interior del horno, mientras éste rota, el

material sufre una serie de reacciones a altas temperaturas (1500ºC) para formar los componentes básicos

del clinker que le van a conferir sus propiedades (C3S, C2S, C3A y C4AF), nódulos entre 5 y 25 mm . Para

alcanzar las temperaturas necesarias para la cocción de las materias primas y la producción del clínker, el

horno cuenta con una llama principal que arde a 2000°C. En algunos casos, también hay una llama

secundaria situada en la cámara de combustión en la torre del precalentador. Estas llamas se alimentan con

combustibles tradicionales, como el carbón o el coque de petróleo, o alternativos como los residuos

industriales (aceites, disolventes, neumáticos) o los lodos de depuradora, entre otros, valorizándolos y

evitando los posibles daños al medio ambiente que su almacenamiento provoca.

El clinker, a la salida del horno, debe sufrir un rápido enfriamiento con el fin de que no se reviertan las

reacciones que acaban de producirse. Éste se introduce en el enfriador, que inyecta aire frío del exterior para

reducir su temperatura de los 1500°C a los 100°C. El aire caliente generado en este dispositivo se introduce

nuevamente en el horno para favorecer la combustión, mejorando así la eficiencia energética del proceso.

Dependiendo de las necesidades de producción el clinker puede pasar al molino o bien almacenarse en el silo

de clinker.

MOLINO DE BOLAS

PRECALENTADOR DE CICLONES

HORNO

5. MOLIENDA DE CEMENTO: (CLINKER + ADICIONES)

En esta etapa el clinker se mezcla con el regulador de fraguado (yeso, sulfato cálcico dihidratado, un 3% a

5%) y con las posibles adiciones en proporciones adecuadas, luego se introduce en los molinos que pueden

ser de rodillos (horizontales y verticales) y de bolas. En su interior los materiales se muelen, se mezclan y se

homogeneízan. Se debe controlar la temperatura para no alcanzar los 70°C y se produzca hemihidratado que

conduce a un falso fraguado. Una vez alcanzada la finura deseada, el producto que se obtiene finalmente es

el cemento.

Las distintas calidades del cemento se obtienen con la adición de materiales como escorias de alto horno,

humo de sílice, puzolanas naturales, cenizas volantes y caliza, que le permiten alcanzar determinadas

características para su uso que establecen en la reglamentación vigente.

ENFRIADOR

6. ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN

El cemento se almacena bien en locales cerrados, ventilados y aislados de la humedad o también en distintos

silos (según su tipo) donde, protegido de las condiciones medioambientales, espera a ser ensacado (sacos de

21.25 Kg y 42.5 Kg) o bien a ser expedido directamente en forma de granel. Se descarga en un camión

cisterna para su transporte por carretera o ferrocarril.

PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CEMENTO HOLCIM (COLOMBIA)

PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CEMENTO

CONCLUSIONES

Se adquirió un modelo de los procesos utilizados en la elaboración del cemento, en qué consisten y

los medios y maquinaria utilizados para éstos.

El balance de materia es muy importante en estos casos para lograr una mayor eficiencia en el

procedimiento, ya que es necesario tener exactitud en cuanto a cantidades de materiales añadidos

para que el cemento tome las características deseadas, de acuerdo a las proporciones de cada

material utilizado durante el proceso, y del control de ciertas variables de proceso como los flujos, la

temperatura y la presión.

La ingeniería química desde su plan de estudios brinda importantes herramientas para la descripción

y optimización de éstos procesos, lo que conlleva a una mayor durabilidad y competitividad de los

productos deseados.

BIBLIOGRAFÍA

MATERIALES PARA HORMIGÓN: Autora: Yaneth Torres. Profesora Universidad Nacional.

http://www.holcim.es/ESP/ES/id/45047/mod/gnm20/page/editorial.html

www.unet.edu.ve/~apuello/cemex/PFCEM.doc

http://www.ieca.es/reportajeT.asp?id_rep=6

http://www.holcim.com/CO/COL/id/1610654900/mod/4_2_2/page/editorial.html

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http://images.google.com.co/imgres?imgurl=http://img208.imageshack.us/img208/700/

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