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SECADOR DE PUZOLANA 15 CAPÍTULO 1. DIAGNÓSTICO SITUACIONAL DE LA MATERIA PRIMA (PUZOLANA) 1.1 INTRODUCCIÓN El cemento es un conglomerante para la elaboración de hormigones en sus diferentes variedades, es utilizado en un amplio campo de la construcción de obras civiles de grandes dimensiones y sometidas a las más intensas solicitaciones; tales como viviendas, edificios, puentes, torres, autopistas y presas. El cemento portland típico es una mezcla de silicato tricálcico (3CaO. SiO 2 ), aluminato tricálcico (3 CaO. Al2O 3 ) y silicato dicálcico (2CaO.SiO 2 ) en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de hierro, magnesio, manganeso, fósforo, titanio, etc. Para lograr condiciones de trabajabilidad y fraguado se adiciona yeso al clinker en la etapa de molienda final. Las características de resistencia a la compresión a edades tempranas son proporcionadas por el silicato tricálcido, llamado también alita, y a edades sobre los 21 días por el silicato bicálcico, llamado también belita (puzolana) 1 . Las puzolanas han sido definidas como los materiales que carentes de propiedades cementicias y actividad hidráulica por si solas, contienen constituyentes que se combinan con la cal a temperaturas ordinarias y en presencia de agua; dando lugar a compuestos permanentemente insolubles y estables que se comportan como conglomerantes hidráulicos. Las puzolanas se pueden clasificar en dos grandes grupos: Puzolanas naturales como materias de origen volcánico, materias sedimentarias de origen animal o vegetal; y, puzolanas artificiales como materias tratadas y subproductos de fabricación industrial 2

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CAPTULO 1. DIAGNSTICO SITUACIONAL DE LA MATERIA PRIMA (PUZOLANA)

1.1 INTRODUCCINEl cemento es un conglomerante para la elaboracin de hormigones en sus diferentes variedades, es utilizado en un amplio campo de la construccin de obras civiles de grandes dimensiones y sometidas a las ms intensas solicitaciones; tales como viviendas, edificios, puentes, torres, autopistas y presas. El cemento portland tpico es una mezcla de silicato triclcico (3CaO. SiO2), aluminato triclcico (3 CaO. Al2O3) y silicato diclcico (2CaO.SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeas cantidades de compuestos de hierro, magnesio, manganeso, fsforo, titanio, etc. Para lograr condiciones de trabajabilidad y fraguado se adiciona yeso al clinker en la etapa de molienda final. Las caractersticas de resistencia a la compresin a edades tempranas son proporcionadas por el silicato triclcido, llamado tambin alita, y a edades sobre los 21 das por el silicato biclcico, llamado tambin belita (puzolana)1. Las puzolanas han sido definidas como los materiales que carentes de propiedades cementicias y actividad hidrulica por si solas, contienen constituyentes que se combinan con la cal a temperaturas ordinarias y en presencia de agua; dando lugar a compuestos permanentemente insolubles y estables que se comportan como conglomerantes hidrulicos. Las puzolanas se pueden clasificar en dos grandes grupos: Puzolanas naturales como materias de origen volcnico, materias sedimentarias de origen animal o vegetal; y, puzolanas artificiales como materias tratadas y subproductos de fabricacin industrial2

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La produccin de cementos con adiciones activas, tanto puzolanas como otros materiales, surge como una solucin tcnica a problemas especficos planteados por los avances tecnolgicos en el rea de la construccin.

1.2 CARACTERSTICAS DE LAS PUZOLANAS1.2.1 PROPIEDADES FSICAS DE LAS PUZOLANAS Las caractersticas de las puzolanas provienen de su granulometra o estado de subdivisin, tienen formas muy diversas y sus dimensiones varan de acuerdo a su naturaleza y estructura; pero habitualmente son materiales muy finos y de menor densidad que el clinker portland. Las puzolanas son generalmente molidas muy finas y son tanto ms eficaces cuanto ms rpidamente pueden fijar una fuerte proporcin de cal. La humedad de la puzolana puede variar desde un 3% hasta un 15% en trminos promedio dependiendo del lugar, profundidad y de las condiciones climticas en el momento de ser extrada. Adems son de fcil molienda y se mejora esta propiedad cuando est completamente seca. La densidad aparente est comprendida entre 0.8 a 1.4 g/cm3 y su densidad real puede variar entre 2.30 a 2.80 g/cm3 lo que significa que tiene una densidad menor que la del cemento Prtland.

1.2.2

PROPIEDADES QUMICAS DE LAS PUZOLANAS Cuando a las puzolanas se las muele finamente, son ms eficaces ya que ms

rpidamente pueden fijar la cal del cemento portland por la slice y almina que contienen (efecto puzolnico). Esto puede se acelerado por incremento de la temperatura.

Producto de la coccin a altas temperaturas de una mezcla intima de materiales arcillosos y calcreos finamente molidos antes de su coccin y en proporciones determinadas.

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Las puzolanas permiten reducir la expansin de los morteros y hormigones, como tambin las resistencias con un tratamiento trmico a base de vapor saturado. La siguiente tabla muestra la composicin qumica2 de las puzolanas naturales. Puzolanas Naturales 48-71 16-22 3-10 2-10 Hasta 5 4-8

Compuestos SiO2 Al2O3 + TiO2 Fe2O3 y FeO5 CaO MgO SO3 Alcalis

Tabla 1.1 Propiedades qumicas de la puzolana

1.3 REQUISITOS DE LAS PUZOLANAS3Las puzolanas tienen que cumplir con los siguientes requisitos fsicos y qumicos establecidos por la norma INEN:

1.3.1

REQUISITOS FSICOS

REQUISITO Superficie Especfica ndice de Actividad Puzolnica Con Cemento Prtland (28 das) Con cal (7 das)

UNIDAD m2/Kg % MPa %

MIN 300 75 4 ----

MAX ---------0.5

Consistencia de Volumen (Exp. Autoclave)Tabla 1.2 Requisitos fsicos de las puzolanas

Suma de las superficies de las partculas de un gramo de muestra, se mide en cm2/g (blaines). Ver referencia Anexo 10A.

SECADOR DE PUZOLANA 1.3.2 REQUISITOS QUMICOS

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REQUISITO Oxido de Mg Soluble Total Trixido de Azufre Prdida por Calcinacin

UNIDAD % % %

MIN -------

MAX 5 3 10

Tabla 1.3 Requisitos qumicos de las puzolanas

1.4 CARACTERSTICAS DE LOS CEMENTOS CON ADICIN DE PUZOLANA31.4.1 CARACTERSTICAS FSICAS La fineza de los cementos con adicin de puzolana es mayor que en un cemento portland puro molido en las mismas condiciones, ya que a la fineza contribuye la de la puzolana que es mayor. Cuanto mayor sea la finura del cemento con adicin de puzolana, se desarrollarn de mejor manera las reacciones de hidrlisis, dando lugar a un mayor desarrollo de hidrosilicatos, hidroaluminatos y geles por unidad de volumen, aumentando los gradientes de resistencia a la compresin y flexo traccin, sobre todo a corto plazo. En cuanto a la consistencia normal que es la que permite conocer exactamente el volumen de agua necesario para obtener una pasta de consistencia plstica y que el cemento brinde un tiempo de fraguado normal; en el caso del cemento con adicin de puzolana la relacin agua/cemento es mayor que la del cemento portland sin adicin de puzolana. La densidad real del cemento portland con adicin de puzolana es un poco inferior al del cemento portland sin adicin de puzolana; y es tanto menor mientras ms puzolana se le adicione ya que la densidad de sta es menor que la del cemento portland puro. El fraguado del cemento se da en dos etapas: El fraguado inicial que se da al trmino del amasado formndose una pasta que se mantiene plstica durante unos minutos, consolidndose luego rpidamente al mismo tiempo que aumenta su temperatura; y, el fraguado final que se da cuando la pasta se convierte en un bloque rgido; este fraguado

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seguir durantes meses y hasta aos: En el caso de los cementos con adicin de puzolana, alcanza su tiempo de fraguado ms lento, debido a que primero ocurren las reacciones del clinker, para luego empezar a reaccionar los elementos de la puzolana con el hidrxido de calcio liberado. En cuanto a la expansin, en los cementos con adicin de puzolana es menor por eliminar la cal libre que es una de las causantes de este fenmeno. La resistencia a la compresin nos da una idea clara de la calidad de un cemento; la sustitucin por puzolana del cemento portland reduce siempre la resistencia de la primera poca, aunque aumenta la resistencia final.

1.4.2

CARACTERSTICAS QUMICAS Cuando un cemento con adicin de puzolana reacciona con el agua, ocurren dos

reacciones completamente diferentes: hidratacin de los componentes del clinker y combinacin de los xidos reactivos de la puzolana con la cal liberada por el cemento. Una caracterstica importante que le confiere la adicin de puzolana al cemento portland es la mayor resistencia al ataque qumico y particularmente al agua de mar, siendo este el motivo principal del empleo de las puzolanas en el cemento porque los hormigones fabricados con cemento con adicin de puzolana, tienen una gran resistencia al ataque de las aguas marinas o de las terrestres muy puras, o ricas en sulfatos y otras con constituyentes agresivos. Su accin beneficiosa reside en la combinacin de los constituyentes de la puzolana con el hidrxido de calcio formando compuestos insolubles.

1.5 ANLISIS

DE

LA

PUZOLANA

EN

EL

PROCESO

DE

OBTENCIN DEL CEMENTOLuego de describir aspectos generales sobre las puzolanas, el estudio a continuacin se enfocar a la materia prima (puzolana) utilizada en Empresa Industrias Guapn.

SECADOR DE PUZOLANA 1.5.1 ORIGEN Y CARACTERSTICAS

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El tipo de puzolana utilizada en la elaboracin de cemento en Empresa Industrias Guapn corresponde al grupo de puzolanas naturales de origen volcnico, provine de los yacimientos ubicados en la parroquia Challuabamba perteneciente al cantn Cuenca y tiene las siguientes caractersticas: 9 Granulometra.- Para determinar la granulometra de la puzolana se utiliza un juego de seis tamices teniendo los siguientes resultados: (procedimiento ver anexo 1A)

# ABERT TAMIZ (MM) 50 31.5 20 16 10 6.3

PESO MUESTRA (KG) 4.04 3.56 4.54 3.43 4.69 4.66

PESO TAMIZ (KG) 2.13 2.21 2.31 2.28 2.43 2.92

PESO NETO (KG) 1.91 1.35 2.23 1.15 2.26 1.74

% RETENIDO 9.51 6.72 11.11 5.72 11.26 8.66

% ACUMULADO 9.51 16.23 27.34 33.06 44.32 52.98

Tabla 1.4 Granulometra de la puzolana utilizada en el proceso de obtencin del cemento

9 Densidad Aparente.- La densidad aparente determina la cantidad de puzolana necesaria para ocupar un espacio, el valor calculado de densidad aparente servir como referencia para determinar el total de puzolana que ocupar el secador. (Ver procedimiento anexo 2A) Para establecer la densidad aparente se utiliz el mayor porcentaje de retenido obtenido en el anlisis de granulometra siendo en este caso el correspondiente al tamiz 10 ASTM con un 11.26% de retenido. Con la muestra del tamiz 10 ASTM se procede a colocar la muestra en un recipiente de un litro hasta rasar. Teniendo as:

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DATOS Peso Total Peso de la Muestra Volumen 2065 gr 1010 gr 1 lt

Tabla 1.5 Datos obtenidos en el ensayo de la densidad aparente

Peso Neto = Peso Total - Peso del Recipiente Peso Neto = 2065 1010 Peso Neto = 1055 gr Por consiguiente se tiene una densidad aparente de 1055gr/lt = 1055kg/m3.9 Densidad Real.- La densidad real es una comparacin de la masa que ocupa un

volumen determinado, este valor servir para calcular los valores de otras propiedades que de ella dependan. Para determinar la densidad real se utiliza el mtodo de Le Chatelier que consiste en establecer la relacin entre la masa de sustancia (cemento, puzolana, etc) y el volumen de lquido no reactivo que esta masa desplaza en el frasco de Le Chatelier. Primer Ensayo: El mtodo de Le Chatelier establece que se deben determinar ciertas condiciones de anlisis para efectuar las medidas de la densidad (ver procedimiento anexo 3A).DATOS

Temperatura Volumen Inicial Masa Volumen Final 19.9 C 0.20 cm3 50 gr 19.8 cm3

Tabla 1.6 Datos obtenidos en el primer ensayo de la densidad real

Siendo T = Temperatura del lquido (agua) en el cual se sumerge el recipiente de Le Chatelier. V1 = Volumen del lquido en la primera lectura. m = Masa de la muestra de cemento utilizada.

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V2 = Volumen del lquido ms la muestra en la lectura final.

1 = 1 =

m (V2 V1 )

(1.1)

(

50gr 19.8cm 3 0.2cm 33

)

1 = 2.55 gr cm Segundo Ensayo:

DATOS

Temperatura Volumen Inicial Masa Volumen Final 19.9 C 0.22 cm3 50 gr 19.61 cm3

Tabla 1.7 Datos obtenidos en el segundo ensayo de la densidad real

2 = 2 =

m (V2 V1 )

(

50gr 19.61cm 3 0.22cm33

)

2 = 2.58 gr cm

Luego de realizar dos pruebas se establece un promedio de los resultados obtenidos. 1 + 2 2 2.55 + 2.58 m = 2 m = 2.565 gr cm 3 2570 kg m 3 m =9 Porcentaje de Retenido.- Este ensayo se basa en medir la cantidad de muestra que

queda retenida en el tamiz (procedimiento ver anexo 4A): y tiene gran utilidad para conocer la fineza del material ya molido, en este caso con el secado se lograr un mejor porcentaje de retenido, puesto que a menor porcentaje de retenido mayor fineza del material tratado. Peso Muestra: 1gr

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Presin: Resultado final:

10Psi

Porcentaje de Retenido = 13%9 Humedad.- Es un indicador de la cantidad de puzolana que se puede adicionar al

cemento; para determinar la humedad es necesario conocer la forma en la que esta est presente en el material, a continuacin se realiza un breve anlisis de los tipos de humedad presentes en los materiales: 1) Humedad Higroscpica.- Se denomina humedad higroscpica a la cantidad de agua absorbida en una muestra4 expresada en porcentaje en peso cuando se seca a 106C. 2) Humedad Bruta.- La humedad bruta es la cantidad de agua evaporada cuando la materia est expuesta al aire a temperatura ambiente4. Por lo tanto se puede definir a los slidos con comportamiento higroscpico y a los slidos hmedos: 1) Slido Higroscpico.- Se dice que un slido es higroscpico cuando la presin de vapor del agua que acompaa al slido es menor que la tensin de vapor del agua a la misma temperatura4. 2) Slido Hmedo.- Se da cuando la presin de vapor del agua que acompaa al slido es igual a la tensin de vapor del agua a esa temperatura4. Para determinar la humedad se tomaron muestras de puzolana almacenada en los halls y la que recin llega a la planta (procedimiento ver anexo 5A). Humedad de puzolana recin llegada:

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DATOS

Peso Total (crisol + muestra) 110.46 gr

Peso Crisol 50 gr

Peso luego de Secar (crisol + muestra) 105.49 gr

Tabla 1.8 Datos obtenidos para determinar la humedad de la puzolana recin llegada a la planta

Humedad = (Peso Inicial - Peso Final) Humedad = 110.46 105.49 Humedad = 4.97% Para el 100% el resultado se multiplica por dos Humedad = 4.97 2 = 9.94%

Humedad de puzolana en reposo:DATOS

Peso Total (crisol + muestra) 109.93 gr

Peso Crisol 50 gr

Peso luego de Secar (crisol + muestra) 104.62 gr

Tabla 1.9 Datos obtenidos para determinar la humedad de la puzolana en reposo

Humedad = (Peso Total - Peso Crisol ) Humedad = 109.93 104.62 Humedad = 5.31% Para el 100% el resultado se multiplica por dos, as : Humedad = 5.31 2 = 10.62%

Segn reportes del departamento de calidad el porcentaje mximo de humedad que presenta la puzolana durante el ao es del 17%, valor crtico que se tomar para el diseo del sistema de secado. Luego de la realizacin de este anlisis y en base a los estudios realizados en laboratorio se puede concluir que la puzolana que se encuentra en los halls de almacenamiento se comporta como un slido hmedo con una humedad bruta

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aproximadamente del 17%; durante el proceso de secado se comportar como un slido higroscpico hasta alcanzar un estado de equilibrio con una humedad del 2%, estos porcentajes de humedad servirn de referencia para los clculos de dimensionamiento del secador mediante un clculo matemtico de entalpas donde intervienen directamente la humedad inicial y final de la puzolana.9 Calor Especfico.- El calor especfico es la propiedad que definir la cantidad de calor

necesario para originar el proceso de secado; al iniciar el estudio no se tena datos de esta propiedad, por lo que fue necesario realizar ensayos con procedimiento emprico para obtener el valor exacto. El procedimiento a seguir se detalla en el anexo 6A. Con los datos conseguidos por medicin se realiz varas pruebas dando como resultado final la media aritmtica de los valores obtenidos en los diferentes ensayos as se tuvo que el calor especfico de la puzolana es de 1,0881 kJ/kgC (0.26 kcal/kgC).COMPONENTES QUMICOS5:COMPONENTE (%)

1.5.2

SiO2 Al2O3 Fe2O3 Ca Mg

58.81 17.47 5.92 4.72 2.21

Tabla 1.10 Composicin qumica de la puzolana utilizada en Empresa Industrias Guapn

Es necesario sealar que los anlisis para obtener las propiedades fsicas y qumicas de la puzolana se los realiz con un secado previo del material; adems se puede concluir que el sistema de secado no alterar las propiedades de la puzolana excepto la humedad puesto que la temperatura mxima que se alcanzar es de 300C, temperatura a la cual el material puzolnico no presenta degradacin ni cambio de propiedades. La produccin de un cemento de mejores caractersticas depender del porcentaje de puzolana adicionada al cemento y de la calidad del clinker que produce la fbrica5.

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Como se afirm anteriormente, la puzolana por si sola no mejora sus propiedades al secarse (excepto la humedad) sino simplemente permite su incremento en la composicin del cemento por el bajo contenido de humedad; logrando as mejorar las propiedades del cemento ms no de si misma. La calidad de clinker producido en la Empresa Industrias Guapn S.A. permite una adicin de puzolana de hasta un 25% en la composicin del cemento, los anlisis de las propiedades del cemento que se analizarn en las siguientes secciones demostrar como varan estas con diferentes porcentajes de puzolana adicionado.

1.6 DIAGNSTICO DEL PROCESO ACTUAL11.6.1 CEMENTO

Es una mezcla de calizas que proporcionan un contenido de carbonato triclcico (CO3Ca) de aproximadamente 76% de caliza. Esta mezcla se homogeniza y se somete a temperaturas de 1500C para obtener un nuevo material de propiedades fsicas, qumicas y mecnicas llamado clinker. Este clinker se muele con el 4% de yeso y de un 12 a un 15% de puzolana hasta alcanzar una superficie especfica que oscila entre 3900 y 4200 blaines. Los tipos de cemento que actualmente produce Compaa Industrias Guapn S.A. son los siguientes:

1.6.1.1

Cemento portland puzolnico modificado

9 TIPO 1PM.- Cemento Prtland puzolnico-modificado para uso en construccin de

hormign en general. El cemento 1PM es una mezcla intima y uniforme del cemento portland o cemento portland de escoria de altos hornos y puzolana fina producida sea por molienda de clinker de cemento portland y puzolana, por mezcla de cemento portland o cementoSuperficie (expresada, por ejemplo, en cm2) de un gramo de este polvo igual a la suma de las superficies individuales de todos los gramos. Unidad en la que viene expresada la superficie especfica cm2/gr.

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portland de escorias de altos hornos y puzolana finamente dividida; o, una combinacin de molienda y mezcla en la cual la constituyente puzolana es menor que el 15% en masa de cemento 1PM.1.6.1.2 Cemento portland puzolnico.

9 TIPO 1P. Cemento portland puzolnico para uso en construccin de hormign en

general.9 TIPO P. Cemento portland puzolnico para uso en construcciones de hormign donde

no se requiera elevadas resistencias a edades tempranas. La diferencia entre el cemento 1PM, 1P y P se da en que estos dos ltimos son cementos hidrulicos en los que la constituyente puzolana est entre el 15% y 40% en masa de cemento 1P y P. Los productos que actualmente se fabrica en Empresa Industrias Guapn, se encuentran regulados bajo la Norma INEN 490, con adicin de hasta un 15% de puzolana en el tipo 1PM y del 15 al 40% para el tipo 1P. Con el secado de la puzolana se conseguir producir un cemento PRTLAND PUZOLNICO DE TIPO P Y 1P con un porcentaje de hasta un 25% de puzolana en la composicin del cemento.1.6.2 PROCESO DE FABRICACION

La tecnologa que Industrias Guapn utiliza para la elaboracin del cemento es del tipo va seca con una capacidad de 1.100 toneladas mtricas por da. El proceso tiene lugar a travs de siete reas de produccin: 1. Trituracin, 2. Prehomogenizacin, 3. Molienda de crudo, 4. Homogenizacin, 5. Clinkerizacin, 6. Molienda de clinker o acabado, 7. Despacho o expendio.

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Diagrama 1.1 Diagrama de proceso del cemento

SECADOR DE PUZOLANA 1.6.2.1 Trituracin. (rea B)

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Figura 1.1 Esquema del Area B (Trituracin)

Fotografa 1.1 rea de Trituracin.

Esta rea del proceso realiza la disminucin del tamao de la materia prima procedente desde las canteras desde un tamao aproximado de 1,20m hasta un 95 % pasante en la malla de 25mm. La capacidad del triturador es de 500 TMPH con una humedad de entrada de 8%, lo suficiente para abastecer al proceso de produccin con un funcionamiento de 8 horas diarias durante 5 das a la semana. El accionamiento de esta

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mquina es mediante un motor elctrico de 1500HP y un consumo especfico de 3,5 Kwh/ton.

1.6.2.2 Prehomogenizacin (rea C)

Figura 1.2 Esquema del rea C (Prehomogenizacin)

Figura 1.2a Fotografa del rea de Prehomogenizacin

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Figura 1.2b Fotografas Interior del rea de Prehomogenizacin

Es el rea destinada a dos objetivos fundamentales: almacenar el material triturado y realizar una mezcla con una disminucin de 8:1 en la desviacin estndar de las variables de calidad que controlan el proceso tales como porcentaje de carbonato triclcico (CO3Ca) y granulometra, indispensable para garantizar la homogeneidad del producto en elaboracin. La maquinaria que realiza la prehomogenizacin est dentro de una bodega circular, que consta de un apilador con capacidad de 600 TMPH, almacenando el material en dos pilas y un recuperador con capacidad de alimentacin de 200 TMPH. La capacidad nominal de almacenamiento es de 40.000 toneladas, pero por efectos de un mayor control en la calidad y disponibilidad de recuperacin se lo utiliza en un 50%, y de acuerdo a la necesidad del siguiente proceso de produccin que es la molienda de crudo. El transporte del material prehomogenizado se lo realiza a travs de una cadena con paletas al cual cae mediante el accionamiento de un rascador y deposita el material en una tolva y esta a su vez a una banda por dos vibradores instalados a la salida del recuperador. El consumo especfico es de 0,53 Kwh/TMPH tratada.

Material calcreo que a pasado por el proceso de trituracin y molienda, y se ha seleccionado para continuar con el proceso.

SECADOR DE PUZOLANA 1.6.2.3 Molienda de crudo (rea D)

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Figura 1.3 Esquema del rea D (Molienda)

Figura 1.3 Molino de Crudo

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El objetivo de esta rea es el de dosificar y preparar la materia prima de acuerdo a los requerimientos fsico-qumicos para la elaboracin del clinker de cemento.

La molienda se realiza hasta una finura tal que el retenido en el tamiz de 200 ASTM (75 micras) sea menor al 15%, con una humedad del producto menor al 0,5%.

El equipo principal de esta rea es el molino de bolas; de tipo horizontal, consta de un tubo de acero de 3,96m de dimetro y una longitud de 7,93m dividido en dos cmaras de molienda, que con el blindaje adecuado y la carga necesaria tiene una capacidad de produccin de 90TMPH; es accionado por un motor de 2500HP, con un consumo especfico de 34,7Kwh/TMPH, est diseado para trabajar 6 das por semana y 24 horas al da.

Una funcin adicional de la molienda de crudo es evaporar el contenido de agua en la materia prima, y se lo realiza en la cmara de secado utilizando para el efecto los gases provenientes de la torre de precalentador del horno rotativo.

El molino tiene un diseo de descarga central, dispone de dos entradas simultneas a las dos cmaras de molienda; tanto para los gases calientes para el secado, cuanto para el material de alimentacin.

A la primera cmara se alimenta material desde los dosificadores y a la segunda material procedente de la recirculacin de gruesos provocados por el separador de aire.

El aire de barrido del molino es manejado por un ventilador de tiro accionado por un motor elctrico de 800HP y los gases son filtrados mediante colectores ciclnicos en serie.

1.6.2.4 Homogenizacin (rea E)

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Figura 1.4 Esquema del rea E (Homogeneizacin)

El producto de la molienda de crudo es transportado hasta dos silos de homogeneizacin, que tienen una capacidad de 2340 m3 en total. Tienen la funcin de realizar la mezcla de la harina cruda para mejorar la homogeneidad del material. Este trabajo se lo realiza mediante la inyeccin de aire comprimido a impulsos para generar un movimiento interno del polvo. El aire comprimido es generado por un compresor de aletas rotativas con una capacidad de 3000 m3/h a 2 Kg/cm2 de presin y es distribuido adecuadamente por un sistema de lanza de aire rotativo.

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Una vez completada la homogenizacin y la comprobacin de las variables de calidad, el material listo para alimentar al horno es trasladado a los silos de almacenamiento que estn por debajo de los primeros, con una capacidad total de 4540 m3.

La dosificacin al horno es controlada desde el panel central en funcin de determinadas variables del proceso; lo cual se realiza mediante una banda dosificadora que recibe el material desde una caja de despresurizacin y descarga en un sistema de transporte neumtico que impulsa el material hasta el precalentador del horno.

1.6.2.5 Clinkerizacin y Enfriamiento (rea F)

Figura 1.5 Esquema del rea F (Clinkerizacin y Enfriamiento)

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Fotografa 1.5 Horno del Clinkerizacin

Es el rea fundamental del proceso de fabricacin de cemento; el equipo principal es el horno rotativo, con una capacidad de produccin de 1.100TMPD de clinker de cemento, a una temperatura de descarga de 65C sobre la temperatura ambiente. El horno es un tubo de acero de 4.11m de dimetro y 57,91m de longitud, revestido interiormente con material refractario, que se apoya en tres bases con aros y rodillos que permiten el movimiento y accionado por un motor de 250HP de velocidad variable. El proceso de clinkerizacin se describe de la siguiente manera: el material crudo procedente de los silos de almacenamiento descritos anteriormente, es inyectado al ducto de salida de los gases de la segunda etapa del precalentador. El precalentador est constituido por 4 etapas de ciclones instalados en serie, la etapa 4 es la que est ubicada a la boca de alimentacin del horno; la etapa 1 consta de dos ciclones en paralelos a cuya salida de gases se encuentra el ventilador de tiro del precalentador que es accionado por un motor elctrico de velocidad variable con una potencia de 1250HP. El tipo de motor con

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velocidad variable permite disponer de un caudal de aire adecuado para satisfacer los diferentes requerimientos de la alimentacin, garantizando una atmsfera estable en el proceso de clinkerizacin del material en el tubo del horno. El precalentador acta como un intercambiador de calor entre los gases resultantes de la combustin del horno y el material pulverizado de alimentacin. La otra funcin que desempea el precalentador es el de colector esttico ya que impide que el material sea arrastrado conjuntamente con los gases. En el funcionamiento a plena capacidad, esto es con una alimentacin estable alrededor de 75TMPH, el material crudo incrementa su temperatura en aproximadamente 800C; y la temperatura de los gases desciende hasta llegar a los 250C. El material al incrementar su temperatura mientras desciende por el precalentador, comienza su proceso de transformacin qumica, la temperatura mxima alcanzada en el horno rotativo depende de las caractersticas del material y del tipo de clinker de cemento que se est produciendo. Actan como elementos fundentes para llegar a la fase lquida el aluminio (Al), y el hierro (Fe); disminuyendo el tiempo de reaccin del silicio (Si) y calcio (Ca), a la vez que bajan la temperatura necesaria para que se produzca la clinkerizacin, que para este caso es de alrededor de los 1400C. Parte importante del proceso de clinkerizacin es el enfriamiento, que se realiza en el enfriador Fuller, que consta de un varillado metlico que produce la descarga del material enfriado mediante la transferencia de temperatura por la inyeccin de aire fro con 4 ventiladores. A la salida del enfriador se encuentra el triturador de clinker que permite descargar un producto con una granulometra alrededor de 25mm. El aire necesario para la combustin es tomado del aire utilizado para el enfriamiento de clinker. Este aire que est siempre entre los 600 y 800C, permite que se produzca el proceso de coccin, utilizando como combustible Fuel oil # 6 (Bunker C). Para la dosificacin y manipulacin de este combustible pesado se dispone de un caldero, que calienta al residuo de temperatura ambiente a la temperatura de inflamacin del Bunker (110C) mediante la transferencia de calor utilizando aceite trmico.

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El aire del enfriador que no es utilizado para la combustin en el horno es evacuado mediante un ventilador de compensacin. El consumo especfico de energa de esta rea es de 35Kwh/TMPH de clinker producido y un consumo calorfico de 840Kcal/Kg de clinker.

1.6.2.6 Molienda de acabado (rea G)

Figura 1.6 Esquema del rea G (Molienda de Acabado)

Fotografa 1.6 Molino de Acabado

La molienda de cemento o acabado es una parte fundamental del proceso de fabricacin. En esta rea se dosifican y muelen los ingredientes finales del cemento, su equipo principal es el molino de bolas con un dimetro de 3,66m y una longitud total de 11,28m, es de tipo horizontal dividido en dos cmaras: la primera de 3,66m de longitud en

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la que se realiza la molienda gruesa y la segunda de 7,62m en la que se realiza la molienda fina. El molino tiene un diseo con descarga perifrica y por lo tanto tiene una sola entrada y salida; es accionado por un motor elctrico de 3000HP, con una garanta de produccin de 60TMPH de cemento con una superficie especfica de 3900 a 4200cm2/g (blaines). El consumo especfico es de 43Kwh/TMPH; estos valores se garantizan considerando una alimentacin de 81 % de clinker y 4% de yeso con granulometra menor a 25mm. El sistema de molienda es de tipo cerrado con un separador de aire que clasifica el producto de acuerdo a los requerimientos establecidos por el departamento de calidad. En la actualidad se dosifica tambin puzolana en un porcentaje que vara entre 12 y 15%, con el fin de obtener cementos regulados por la norma INEN 490.

1.6.2.7 Despacho y Empaque de cemento (rea H)

Figura 1.7 Esquema del rea H (Despacho y Empaque)

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a)

b) Fotografas 1.7 a) y b) rea F (Despacho y Empaque)

El rea est equipada con dos lneas completas de enfundado del cemento con ensacadoras rotativas Haver Boecker con 8 bocas cada una y una capacidad de enfundar 2500 sacos/hora cada mquina. Cada una de estas ensacadoras estn alimentadas con sus respectivos aplicadores RADIMATIC, que son servomecanismos autmatas que permiten un flujo contnuo y estable en la emisin de sacos. Paralelamente para el despacho a granel se dispone de dos sistemas de alimentacin para carros cisterna. El respectivo control en el despacho relacionado con la variable de peso (50 0,5 Kg/saco), est controlada a la salida del vehculo de transporte por una bscula

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electrnica de 80 toneladas de capacidad y certificada por el Instituto Ecuatoriano de Normalizacin.

1.7 ESPECIFICACIONES DEL PROCESO Y PRODUCTOEl cemento portland 1PM que actualmente se produce presenta las siguientes especificaciones.9 9

Blaine: mnimo 4000 Resistencia a la compresin: Mnimo: 13,0 MPa a los 3 das 20,0 Mpa a los 7 das 25,0 Mpa a los 28 das

9 9 9 9

Finura: tamiz 325 ASTM ( 45 micras) : 3 - 4 % retenido Cal libre: mximo 2 % Expansin en autoclave: mximo 0,5 % Fraguados: Inicial: mnimo 45 minutos

Final: mximo 420 minutos9 9 9 9

Falso fraguado: mnimo 50 % Prdidas al fuego: mximo 5 % Oxido de magnesio: mximo 5 % Trixido de azufre: mximo 4 Saturacin de cal: 90 94 %

El secado de puzolana implica mejorar ests propiedades, ya que as ser posible incrementar el porcentaje de adicin de este material en la composicin del cemento; a continuacin se presenta los resultados de los anlisis realizados de las diferentes propiedades del cemento con porcentajes de adicin de puzolana que vara desde 0 hasta 30%.

SECADOR DE PUZOLANA 1.7.1 DENSIDAD DEL CEMENTO

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DENSIDAD (G/CM3)

% DE PUZOLANA ADICIONADO AL CEMENTO 0 5 10 15 20 25 30 3.172 3.135 3.112 3.079 3.048 3.016 2.997 N1

MUESTRA N2 3.171 3.138 3.097 3.08 3.052 3.012 3.002 N3 3.167 3.138 3.091 3.084 3.047 3.011 3.007 Promedio 3.17 3.137 3.1 3.081 3.049 3.013 3.002

DENSIDAD3,2 Densidad Promedio 3,15 3,1 3,05 3 2,95 2,9 0 5 10 15 20 25 30

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.11 Densidad del Cemento con adicin de distintos porcentajes de Puzolana

Como se puede apreciar en este anlisis la relacin puzolana-densidad es inversamente proporcional ya que a mayor porcentaje de puzolana adicionado al cemento la densidad de este es menor y por consiguiente se mejora la reaccin de hidrlisis al momento de realizar la mezcla como se analiz en la seccin 1.4.1.

SECADOR DE PUZOLANA 1.7.2 SUPERFICIE ESPECFICA (BLAINE):

43

SUPERFICIE ESPECFCIA% DE PUZOLANA ADICIONADO AL CEMENTO

MUESTRA N1 3300 3600 3750 3900 4200 4230 4300 N2 3200 3500 3600 3980 4180 4200 4280 N3 3190 3450 3720 3920 3950 4250 4200 Promedio 3230 3517 3690 3933 4110 4227 4260

0 5 10 15 20 25 30

SUPERFICIE ESPECFICA4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

Superficie Esp. Promedio

0

5

10

15

20

25

30

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.12 Superficie Especfica del Cemento con adicin de distintos porcentajes de Puzolana

Ver Referencia Anexo 7A

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La superficie especfica es la suma de las superficies de las partculas de un gramo de muestra, la puzolana disminuye la densidad del cemento y por consiguiente los espacios intermoleculares son cada vez menores con lo que se logra una mejor homogeneidad en el material y por consiguiente su calidad aumenta.1.7.3 PORCENTAJE DE RETENIDO EN EL TAMIZ 325:

PORCENTAJE DE RETENIDO EN EL TAMIZ% DE PUZOLANA ADICIONADO AL CEMENTO

MUESTRA N1 22.50 21.83 20.95 20.11 17.91 17.50 16.32 N2 22.43 21.54 20.63 19.98 19.49 17.01 16.54 N3 21.98 21.34 50.56 20.02 19.30 17.12 16.28 Promedio (%) 22.30 21.57 20.71 20.04 19.50 17.21 16.38

0 5 10 15 20 25 30

% DE RETENIDO EN EL TAMIZ25 5 de Retenido en el Tamiz 20 15 10 5 0

0

5

10

15

20

25

30

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.13 Porcentaje de Retenido del Cemento con adicin de distintos porcentajes de Puzolana

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45

La adicin de puzolana al cemento proporciona mayor fineza y homogeneidad, por consiguiente el retenido en el tamiz se reduce considerablemente, adems al momento de realizar la molienda del cemento la puzolana le proporciona mayor facilidad porque una de sus propiedades es la facilidad de molienda en estado seco. Los anlisis antes descritos fueron realizados en un molino de laboratorio obteniendo un valor crtico de retenido de 16.38% sin embargo a escala real este valor se reduce a un 3 o 4%.1.7.4 CONSISTENCIA NORMAL:

CONSISTENCIA NORMAL (%)% DE PUZOLANA ADICIONADO AL CEMENTO

MUESTRA N1 23.80 24.20 24.40 24.90 25.60 25.90 26.40 N2 23.80 24.20 24.40 24.90 25.60 25.90 26.40 N3 23.80 24.20 24.40 24.90 25.60 25.90 26.40 Promedio 23.80 24.20 24.40 24.90 25.60 25.90 26.40

0 5 10 15 20 25 30

Ver Referencia Anexo 8A

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CONSISTENCIA NORMAL26,5 % Consistencia N. Prom. 26 25,5 25 24,5 24 23,5 23 22,5 0 5 10 15 20 25 30

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.14 Consistencia Normal del Cemento con adicin de distintos porcentajes de Puzolana

En la seccin 1.4.1 se defini a la consistencia normal como aquella que permite conocer exactamente el volumen de agua necesario para obtener una pasta de consistencia plstica y que el cemento brinde un tiempo de fraguado normal; en este anlisis se puede comprobar que con mayor adicin de puzolana la relacin agua/cemento es mayor.1.7.5 TIEMPO DE FRAGUADO:

TIEMPO DE FRAGUADO

CLASE DE FRAGUADO MUESTRA N1 Fraguando Inicial (minutos) N2 N3 Promedio N1 Fraguando Final (minutos) N2 N3 Promedio

Porcentaje de Puzolana 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 160 165 175 167 270 278 280 276 175 185 190 183 260 240 255 252 180 185 190 185 275 260 260 265 175 175 190 180 260 250 260 257 155 140 140 145 245 249 260 251 140 170 145 180 145 176 143 175 265 230 260 235 270 245 265 237

Ver Referencia Anexo 9A

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TIEMPO DE FRAGUADO300 Tiempo de Fraguado (min) 250 200 150 100 50 0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% Fraguando Inicial Fraguando Final

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.15 Tiempo de Fraguado del Cemento con adicin de distintos porcentajes de Puzolana

El tiempo de fraguado es relativamente ms lento esto se debe a que primero ocurren las reacciones del clinker, para luego empezar a reaccionar los elementos de la puzolana.1.7.6 EXPANSIN EN AUTOCLAVE

EXPANSIN EN AUTOCLAVE (%)

% DE PUZOLANA ADICIONADO AL CEMENTO 0 5 10 15 20 25 30 N1 0.068 0.062 0.049 0.04 0.031 0.023 0.015 N2 0.067 0.063 0.05 0.036 0.028 0.024 0.014

MUESTRA N3 0.07 0.06 0.052 0.038 0.032 0.025 0.016 Promedio 0.068 0.061 0.05 0.038 0.03 0.024 0.015

Ver Referencia Anexo 10A

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EXPANSION EN AUTOCLAVE0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 5 10 15 20 25 30

% Expansin en Autoclave

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.16 Expansin en Autoclave con distintos porcentajes de Puzolana

El gradiente de expansin con el tiempo es considerable; con el 0% de adicin el cemento se expande un 0.068% mientras que con el 30% que es el valor mximo adicionado en la muestra analizada el porcentaje de expansin es apenas del 0.015%, esto tiene una explicacin lgica por cuanto la puzolana elimina la cal libre que se desprende de las reacciones y que es la causante de este fenmeno.1.7.7 TABLA DE FLUJO (CONTENIDO DE AIRE EN MORTEROS)

CONTENIDO DE AIRE EN MORTEROS (%)

% DE PUZOLANA ADICIONADO AL CEMENTO 0 5 10 15 20 25 30

MUESTRA N1 7.70 7.30 6.95 6.65 6.20 5.58 5.23 N2 8.00 7.45 7.90 6.74 6.30 5.74 5.42 N3 7.50 7.25 6.80 6.68 6.25 5.62 5.34 Promedio 7.73 7.33 7.22 6.69 6.25 5.65 5.33

Ver Referencia Anexo 11A

Mezcla de arena normalizada, agua y cemento en cantidades normados.

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CONTENIDO DE AIRE EN MORTEROS8 Contenido de Aire en morteros (%) 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.17 Contenido de Aire en morteros con distintos porcentajes de Puzolana

El contenido de aire en morteros se basa en la observacin del cambio en el volumen de una muestra de mortero, al igual que las otras propiedades esta tambin se mejora, porque el contenido de aire con el 30% de puzolana es de aproximadamente el 69% menos que la muestra con 0% de adicin.1.7.8 RESISTENCIA A LA COMPRESIN:

RESISTENCIA A LA COMPRESIN (MPA)

EDAD

MUESTRA N1

PORCENTAJE DE PUZOLANA 0% 21.00 24.50 21.70 21.40 31.50 31.40 31.00 31.30 33.80 33.80 34.00 33.87 5% 19.50 20.00 19.70 19.73 28.90 29.00 29.20 29.03 32.80 32.60 32.50 32.63 10% 18.40 18.00 17.86 18.09 26.00 26.80 26.50 26.43 32.10 31.90 32.00 32.00 15% 17.23 17.34 17.40 17.32 25.50 25.20 25.90 25.53 31.00 32.10 31.50 31.53 20% 16.50 16.80 17.00 16.77 24.90 24.80 25.00 24.90 31.00 30.90 30.80 30.90 25% 16.00 16.20 16.40 16.20 24.30 24.50 24.10 24.30 29.90 30.00 29.50 29.80 30% 15.50 15.40 15.70 15.53 23.20 23.10 23.50 23.27 28.60 28.50 29.20 28.77

3 das

N2 N3 Promedio N1 N2 N3 Promedio N1 N2 N3 Promedio

7 das

28 das

Ver Referencia Anexo 12A

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RESISTENCIA A LA COMPRESION35 30 Resistencia a la Compresin (Mpa) 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 3 das 7 das 28 das

% de Puzolana Adicionado al Cemento

Tabla 1.18 Resistencia a la compresin con distintos porcentajes de Puzolana

La sustitucin por puzolana del cemento portland reduce siempre la resistencia de la primera poca, aunque aumenta la resistencia final1 (aumenta a partir de los 30 das).

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1.8 REFERENCIAS BILBIOGRFICAS[

2] FRITZ-KEIL. Cemento, Fabricacin, Propiedades, Aplicaciones. Editores Tcnicos Asociados. Espaa .1973

[

3] VICTORIANO JOS. Tesis Aprovechamiento de las Puzolanas de Nuestra Zona en la Elaboracin de Cemento con Adicin de Puzolana Universidad de Cuenca. 1995. 4] OCON-TOJO. Problemas de Ingeniera Qumica. Tomo II. Editorial Aguilar. Madrid Espaa. 1977. 5] Reporte de ensayos qumicos de rayos x. Departamento de Calidad Industrias Guapn S.A.

[

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Compaa