RELACIÓN CEMENTO/HORMIGÓN: OPTIMIZACIÓN FINAL DEL PROCESO

En el horno cementero se produce resistencia mecánica y durabilidad química

Las tecnologías de fabricación del cemento y del uso del hormigón (concreto) constituyen tradicionalmente mundos diferentes paralelos, lo que constituye un error histórico, porque las características y posibilidades de sus aplicaciones como aglomerantes hidráulicos las determinan las propiedades fisicoquímicas y mineralógicas del clínker producido en el horno cementero. Al eliminar la dependencia tecnológica de los proveedores de maquinaria y equipo en las plantas cementeras, simplificando el proceso de fabricación de clínker con la adecuada formulación fisicoquímica de crudos, la Teoría Inorgánica de la Combustión y la Llama Cónica Hueca, todos los hornos llegarán muy pronto a niveles de optimización obligatoriamente competitivos. El siguiente paso en la optimización de procesos lo constituye su proyección al empleo del cemento como aglutinante de la mezcla aglomerante hidráulica que es el hormigón, aprovechando el inmenso potencial de optimización existente en este campo.

UN NUEVO CONCEPTO DE COMPETITIVIDAD EN EL MUNDO CEMENTERO PROYECTADO AL HORMIGÓN

Durante mucho tiempo el proceso de fabricación de clínker ha constituido una permanente lucha por superar inconvenientes provenientes de las materias primas, los diseños de instalaciones proyectadas en función de los intereses de los proveedores antes que en criterios técnicos y la inestabilidad de las condiciones de aporte de calor de sistemas de combustión innecesariamente complejos y llamas descontroladas. Transcurriendo por concepciones de desarrollo tecnológico tan absurdas como el horno largo, el enfriador de satélites, la evolución de quemadores, la llama cónica y la utilización del horno como basurero, finalmente se ha llegado al Horno del siglo XXI que simplifica el proceso en función de los intereses de los industriales cementeros. Al eliminarse la gran mayoría de los problemas operativos y convertirse en constantes muchas de las variables del proceso, se ha llegado a un mejor control de calidad del clínker producido, pero orientando el objetivo de calidad casi exclusivamente al cemento Portland Tipo 1, buscando altas resistencias iniciales, conseguidas todavía con mayor finura en la molienda, incorporando el mayor porcentaje de adiciones, no siempre activas. Como en cualquier planta industrial, y especialmente en las cementeras, el equipo más importante siempre lo constituye el de recursos humanos, la simplificación tecnológica en los campos de combustión y clinkerización ha permitido que los ingenieros de planta mantengan un mejor control de tales procesos, logrando estabilizar sus hornos en niveles óptimos de producción y eficiencia. Para este nuevo impulso de optimización proyectando la producción a las funciones que cumple el cemento en la mezcla que constituye el hormigón, resultará necesario profundizar el manejo de información a nivel mineralógico.. Este conocimiento representará la interfase que vincule cemento y hormigón; en el control de desarrollo del proceso en el interior del horno y al producirse la hidratación del cemento durante la aplicación del hormigón en obra.

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Este conocimiento químico-mineralogico del desarrollo del proceso permitirá asumir la influencia de las modificaciones que resulten necesarias para producir diferentes tipos de cemento, previniendo la influencia de variaciones en los módulos y curvas térmicas sobre las aptitudes a la cocción y formación de costra, sobre el propio proceso y las condiciones de mantenimiento en precalentador, horno y enfriador.

MOLIENDA FINAL DEL CLÍNKER AL SERVICIO DE LAS OBRAS

La resistencia mecánica y durabilidad química específicamente requeridas para cada tipo de aplicación del hormigón, tomando en consideración la calidad de áridos y el agua utilizados, deben ser planificados desde la prospección y preparación de canteras, la planificación de la producción y el desarrollo de procesos en sistemas de producción con instalaciones eficientes y controles operativos estables y adecuados. El primer paso en la continuidad entre cemento y hormigón lo constituye la molienda final del cemento, donde se tendrá que superar la costumbre de utilizarla para corregir las deficiencias de calidad y estabilidad del clínker. Al mantener una producción eficiente y homogénea de producción en el horno, con adecuado almacenamiento y dosificación, la molienda final debe procurar orientarse hacia las características recomendables para sus usos específicos, tomando en cuenta los siguientes objetivos:

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La dosificación de yeso para regulación del fraguado debe efectuarse con pleno conocimiento de la composición mineralógica del clínker y su contenido de sulfatos.

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El establecimiento del nivel de finura como objetivo de molienda involucra el conocimiento de la mineralogía y molturabilidad del clínker, debiendo fijarse en valores moderados que permitan cumplir los desarrollos de resistencias iniciales, medias y finales adecuados para cada tipo de empleo. El exceso de finura permitirá acelerar reacciones potenciales, pero producen inconvenientes en el desempeño en obra, tales como incremento de la relación agua/cemento y fisuramiento por retracción superficial.

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El empleo de adiciones activas constituye un campo de formidables perspectivas, si se maneja con la tecnificación adecuada. Resulta fundamental entender que no se reemplaza únicamente clínker con objetivos económicos; en realidad se sustituye las resistencias mecánicas y químicas producidas en el horno, por las que nos ha proporcionado la naturaleza, en el caso de puzolanas naturales de origen volcánico y procesos industriales de alta exigencia térmica, en el caso de las cenizas volantes, como los casos más frecuentes.

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Los fillers calizos, tampoco no son adiciones de inertes; favorecen el comportamiento del hormigón en cuanto a trabajabilidad y plasticidad de los productos aglomerantes hidráulicos Utilizar como filler el polvo recuperado en los filtros, ha resultado una formidable posibilidad de convertir un problema en beneficio técnico, económico y ecológico.

El eficiente control operativo actual debe proyectarse a la producción especializada de clínker para usos específicos, permitiendo incorporar complementariamente adiciones activas que aporten características favorables para cada tipo de empleo.

HIDRATACION DEL CEMENTO Y ESTRUCTURA DEL HORMIGÓN

El cemento representa solamente alrededor del 15 % en peso de la mezcla que conforma el hormigón pero al hidratarse sus componentes mineralógicos forman un gel que incrementa su superficie específica desde los niveles establecidos en la molienda y medidos como Blaine en valores normales de 4000 cm2/gr hasta 2 – 3 millones de cm2/gr, lo que le permite actuar como aglutinante, confiriendo a la mezcla resultante sus características propias de un aglomerante hidráulico. La hidratación de los silicatos tricálcico (alita) y dicálcico (belita) que constituyen alrededor del 75% en peso del cemento Pórtland, reaccionan con el agua para producir dos nuevos compuestos: gel de tobermorita el cual es no-cristalino y el hidróxido de calcio que es cristalino. En la pasta de cemento completamente hidratada, el hidróxido de calcio (portlandita) constituye el 25% del peso y el gel de tobermorita, alrededor del 50 % .. La hidratación del Aluminato Tricálcico (C3A) influencia el desarrollo inicial de resistencia, neutralizándose con los sulfatos del yeso para formar la etringita que permite disponer del retardado del fraguado suficiente para su adecuado uso en obra: el Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF) reacciona en forma similar, pero más lenta, proporcionando un mejor comportamiento en condiciones de agresividad química proveniente de los áridos y/o el agua en obras marinas.. La reacción del cemento con el agua es exotérmica; es decir, se genera calor en la reacción, durante la hidratación del cemento. En zonas frías este calor puede favorecer la cinética de las reacciones, pero en estructuras de hormigón masivo, deben tomarse medidas para reducir la generación de calor, reduciendo la proporción de C3S y principalmente C3A que liberan 12º y 200 cal/gr respectivamente. Muchos de estos factores resultan determinados en el interior del horno, pudiendo manejarse convenientemente a través de la regulación de parámetros vinculados con la composición fisicoquímica del crudo y las curvas térmicas del proceso.

TECNIFICACIÓN DEL CONTROL OPERATIVO DEL HORNO

La moderna instrumentación y niveles de automatización que se han implementado en las instalaciones del horno cementero actual, exigen la correspondiente tecnificación en la calidad de operación, exigiendo la comprensión y dominio de aspectos vinculados a la composición químico mineralógica de las materias primas, fisicoquímica del crudo, cinética de las reacciones químicas, termodinámica, mecánica de fluidos y transferencia de calor. La antigua dependencia de la experiencia y habilidad del calcinador ya no resulta justificable en el horno cementero del siglo XXI. En plantas cementeras nuevas, los tableristas son ingenieros junior debidamente capacitados para aprovechar todos los factores de instrumentación moderna y controlar la evolución de operaciones unitarias que se desarrollan como parte del proceso, supervisados por ingenieros de turno con experiencia de planta. Implementar este sistema en plantas en funcionamiento resulta más complicado, pero los niveles de optimización y competitividad no pueden resultar limitados por aspectos personales. La interacción de las jefaturas de producción y control de calidad permitirán proyectar la producción de clínker y la molienda final, hacia la nueva concepción que integre la producción del cemento adecuado para sus aplicaciones en obra, como constituyente fundamental del hormigón, con ventajas competitivas en el mundo de la construcción globalizado actual. ING. PERCY CASTILLO NEIRA Consultor Internacional en Optimización de Procesos en Hornos Cementeros Director del Instituto Latinoamericano de la Combustión – ILC ([email protected])

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