Cemento Portland - Presentación

CEMENTO PORTLAND

[72.02] INDUSTRIAS ICOMISIÓN 5

1° CUATRIMESTRE 2012

CEMENTO PORTLAND

Introducción

Mercado

Proceso Productivo

Nuevas Tendencias

Impacto Ambiental

DEFINICIÓN

Conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y

posteriormente molida

Tiene la propiedad de endurecer al contacto con el agua y conformar una

masa pétrea resistente y duradera

COMPOSICIÓN DEL CEMENTO

•Clínker: componente principal que se obtiene de la calcinación de caliza y arcilla

•Yeso: se utiliza con el fin de retardar el fraguado (4 - 5%)

•Agua

CALIZAS Y ARCILLAS

•Caliza: Carbonato de Calcio (70 – 75%)•Arcillas: (20 – 25%)

-Sílice: Oxido de Silicio-Alúmina-Óxido de Hierro-Sulfato de Calcio

Compuesto Terminología Fórmulaquímica

Composición(%)

Silicato tricálcico Alita (C3S) 3CaO.SiO2 40-60

Silicato dicálcico Belita (C2S) 2CaO.SiO2 20-30

Aluminatotricálcico Felita (C3A) 3CaO.Al2O3 7-14

Aluminoferritotetracálcico Celita (C4FA) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 05-12

COMPOSICIÓN DEL CLÍNKER

A su vez, se complementan con todo tipo de aditivos de acuerdo al requerimiento específico

de cemento

COMPONENTES

•Silicato tricálcico: contribuye de manera muy importante a las resistencias iniciales

•Silicato dicálcico: aporta la resistencia del cemento luego de la fase inicial de fraguado

COMPONENTES

•Aluminato tricálcico: fraguado casi instantáneo; confiere la resistencia durante las primeras horas

•Aluminoferrito tetracálcico: aumenta la durabilidad frente a los ataques químicos

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

•Peso específico•Superficie específica•Resistencia mecánica•Dureza•Fraguado•Hidratación•Porosidad•Fluidez

Tipo de cemento ASTM C150 designación

Composición (% en peso)

Alita Belita Felita Celita

Normal Tipo I 50 24 11 8

Moderado Tipo II 42 33 5 13

Resistencia rápida Tipo III 60 13 9 8

Bajo calor Tipo IV 26 50 5 12

Resistente a sulfatos Tipo V 40 40 4 9

TIPOS DE CEMENTO

TIPOS DE CEMENTO

•Tipo I: destinado a obras de hormigón en general, no se le exigen propiedades especificas

•Tipo II: es resistente a la acción moderada de sulfatos, menor desprendimiento de calor que los cementos normales

TIPOS DE CEMENTO

•Tipo III: alcanza alta resistencia inicial

•Tipo IV: el desprendimiento de calor es bajo

•Tipo V: ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos

Propiedad Metales CerámicosResistencia a Compresión Regular Alta

Resistencia a Tracción Alta Casi NulaAlargamiento de Rotura Alto Casi Nulo

Tenacidad Buena Casi NulaDureza Buena Alta

Sensibilidad Defectos Superficiales Regular AltaResistencia a Choque Térmico Buena Mala

Resistencia a Altas Temperaturas Mala BuenaTransmisión Eléctrica Buena MalaTransmisión de Calor Buena Mala

Dilatación lineal Alta AltaEstructura Cristalina Cristalina o Vítrea

CEMENTO VS. METALES

CEMENTO PORTLAND

Introducción

Mercado

Proceso Productivo

Nuevas Tendencias

Impacto Ambiental

INDUSTRIA CEMENTERA ARGENTINA• Se encuentra relativamente distribuida a

lo largo del territorio nacional, con una mayor densidad de plantas en la ciudad de Bs.As.

• Existen cuatro empresas fabricantes:Loma Negra

Grupo MinettiCementos Avellaneda

Petroquímica Comodoro Rivadavia

DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA

CAPACIDAD INSTALADA

PRODUCCIÓN EN ARGENTINA

2005 2006 2007 2008 2009 2010 20110

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

(miles de toneladas)

PRODUCCIÓN HISTÓRICA EN ARGENTINA

0

2,000,000

4,000,000

6,000,000

8,000,000

10,000,000

12,000,000

Tone

lada

s

IMPORTACIONES Y EXPORTACIONES• Ambos indicadores muy bajos respecto a la

producción nacional• Relación Precio/Volumen muy baja:

costos de transporte afectan el valor del producto

• Producto sensible a la humedad transporte puede deteriorar el producto

• Difícil competir con productores del país de destino

IMPORTACIONES Y EXPORTACIONES

2005 2006 2007 2008 2009 2010 20110

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Exportaciones vs Despacho Interno

Exportación Despacho Interno

IMPORTACIONES Y EXPORTACIONES

2005 2006 2007 2008 2009 2010 20110

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000Producción vs Importaciones

Producción Importación

OBRA PÚBLICA Y PRIVADA

• Afecta la demanda de cemento en gran medida• Razones que permiten esperar un aumento del

nivel de actividad:- Crecimiento de la economía- Impulso de obra pública en año electoral- Menor fuga de capitales- Suba de ingresos de la Agroindustria-El contexto inflacionario propicia la inversión “en ladrillos”

OBRA PÚBLICA Y PRIVADA

EVOLUCIÓN

• 1981: Inauguración de dos plantas Corcemar en Mendoza y una de Loma Negra en Catamarca

• 1987: Loma Negra expande la fábrica en Zapala a y moderniza sectores de la fábrica de Olavarría

• 1989: Loma Negra amplía la capacidad en Zapala a 300mil tn/año

EVOLUCIÓN• 1989: - PCR amplía capacidad a 400 mil tn/año - Se inaugura un nuevo horno italiano que duplica la capacidad de producción de cales cementarias importantes ampliaciones e inauguración de plantas cae la capacidad utilizada del 64% al 31%

• Las fábricas destinan inversiones al abaratamiento de costos de electricidad y gas y eficiencia en despachos

EVOLUCIÓN

• De 1981 al 2003: mercado interno concentración y centralización denuncias sobre cartelización

• Comparación internacional: la escala alcanzada por los capitales locales pareciera haber sido insuficiente para alcanzar los niveles de referencia mundial

EVOLUCIÓN

• Las empresas compitieron y concentraron capital a fin de alcanzar una escala competitiva

• Hipótesis: los límites se debieron a un mercado chico que no posibilitó una expansión mayor

PRINCIPALES PRODUCTORES NACIONALES

Loma Negra

Holcim S.A.

Cementos Avellaneda

PCR

LOMA NEGRA• Comenzó sus actividades en 1926, y desde el 50 fue

adquiriendo diversas plantas:

-Planta de Olavarría -Zapla -Fábrica Catamarca (1980) Tecnología más avanzada del mundo

-Cemento San Martin S.A y molienda en Paraná -Creación de Cementos del Plata: contrato con ANCAP -Lomax (grupo hormigonero) -LomaSer Primer Supercentro Logístico

-L´Amallí Planta más grande y moderna de Sudamérica

Nuevas tecnologías y mercados

HOLCIM (ARGENTINA) S.A.

• Fundada en 1930 (Cementos Minetti), se fueron expandiendo a partir de 1936:

-Planta de cemento en Capdeville

-Malagueño y Puesto Viejo

-Planta de Hormigones Se triplicó la capacidad instalada

• Adquirida por Holcim en 1998• Últimas adquisiciones en el 2008 (plantas de

hormigones y petróleo)

CEMENTOS AVELLANEDA• Inicio de actividades en 1919 como SA Calera

Avellaneda• Instalación de Fábrica de Cemento Portland en 1933• Incorporación de hornos, máquinas hidratadoras

automáticas y molino vertical• Se incorporó en 1980 a un grupo español• Cementos Avellaneda S.A. tras la incorporación de El Gigante de San Luis • Lanzamiento al mercado de Cemento Petrolero y

Fillerizado

PETROQUÍMICA COMODORO RIVADAVIA

• Inicio en 1921 como Compañía Ferrocarrilera de Petróleo (nacional) y a partir del 50 empezó a fabricar Cemento

• Se privatizó en 1978

• Se amplió la capacidad instalada y se construyó una nueva planta en Santa Cruz funcionando desde el 2008

- Mejoras, renovaciones, expansiones- Líder en el mercado de la construcción patagónico

INDUSTRIA CEMENTERA MUNDIALProducción mundial

PRODUCCIÓN POR REGIÓN

PRODUCCIÓN POR PAÍS

PRODUCCIÓN MUNDIAL (2011)

PRODUCTORAS POR PAÍS

•Francia

Lafarge

•Suiza

Holcim•M

éxico

Cemex

•Alemania

Heidelberg

•Japón

Taiheiyo

•Italia

Buzzi

•Brasil

Votoratim

Empresa Ventas Netas (Millones de Us$)

Capacidad (Millones de Tn)

Plantas de Cemento y Molienda

Holcim S.A. 23.306 216 141

Lafarge S.A. 21.215 225 166

Heidelberg Cement Group

S.A.17.663 118 99

Cemex S.A. 14.693 96 61

Italcementi Group S.A. 6.434 74 65

PRODUCCIONES PRINCIPALES

COMPARACIÓN CON ARGENTINAConsumo de cemento por país (2010)

CONSUMO PER CÁPITA

PROYECCIÓN DE LA PRODUCCIÓNRegresión lineal (valores desde 1980)

PROYECCIÓN DE LA PRODUCCIÓNRegresión múltiple (valores desde 2002)

PROYECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN

Año Producción (ton)

2012 12.756.651

2013 13.313.559

2014 13.854.922

2015 14.432.879

2016 15.081.645

CEMENTO PORTLAND

Introducción

Mercado

Proceso Productivo

Nuevas Tendencias

Impacto Ambiental

MATERIAS PRIMAS

• Caliza: se encuentra en Sierras de Olavarría y Barker, provincia de Buenos Aires. Su ley de carbonato de calcio puede alcanzar el 90%.

• Arcillas: la producción se concentra en la provincia de Buenos Aires. Otras provincias productivas son Córdoba, Mendoza,Chubut, Entre Ríos, Jujuy, La Rioja, Misiones, Neuquén, Salta, San Juan, San Luis, Santiago del Estero y Tucumán.

DIAGRAMA DE FLUJO

LAYOUT

TRITURACIÓNTrituradora de mandíbulas

TRITURACIÓN

Trituradora cónica

Trituradora de martillos

Fuente: http://www.sbmtrituradora.cl/faq/Trituradora_de_martillos.html

Trituradora de martillos

MOLIENDA

Molino de rodillos

MOLIENDAMolino de bolas

Molino de bolas

Fuente: http://www.portonartesano.com.ar

PRECALENTAMIENTO• El precalentador hace uso de los gases de la

combustión del horno rotativo los cuales se encuentran a una temperatura de 1400ºC a 1500ºC

• Permiten ingresar la harina a una temperatura mucho mayor a la de ambiente, alrededor de unos 400 ºC, y garantizando además la eliminación de cualquier humedad que pudiera estar ingresando en la harina y con ello reduciendo la capacidad del horno rotativo para producir un clínker de calidad.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• Principio de separación de sólidos y gases a través del uso de ciclones. El gas con sólidos finos suspendidos ingresa a los ciclones y comienza a girar, el sólido va perdiendo

energía al chocar con las paredes y termina cayendo por gravedad, mientras que el gas limpiocontinúa su ascenso

PRECALENTADOR DE CICLONES RSP

• Con este tipo de precalentadores se seca y precalienta totalmente el material y se calcina entre un 85% y un 95%, de esta manera dentro del horno prácticamente lo único que se realiza es la clinkerización

PRECALENTADOR HUMBOLDT• Los ciclones usados tienen 6 m de

diámetro, con una capacidad de 2500 t/día, con un consumo específico de combustible de 800 Kcal/kg de clínker producido

• El material entrante a la sección del horno rotatorio esta a 800ºC y parcialmente calcinado con algunas de las reacciones de clinkerización ya empezadas

PRECALENTADOR DOPOL• Los tramos primeros, terceros y

cuartos, contados de abajo arriba, consisten en ciclones dobles dispuestos en paralelo. El segundo tramo, el llamado “recinto turbulento“ está incluido como elemento único y trabaja a contra corriente. Las tuberías del tramo inferior (el más caliente) tienen sección elíptica

PRECALENTADOR DE PARRILLA LEPOL

• Un lecho de material con una altura constante es transportado al horno rotatorio sobre una parrilla con placas de ranuras longitudinales. Los gases de escape calientes del horno fluyen a través de las ranuras y del lecho de material desde arriba hacia abajo. En caso necesario, el LEPOL es equipado con dos cámaras, que permiten que el gas pueda utilizarse varias veces

HORNO ROTATIVO

• Dentro del horno rotativo se producen las reacciones de calcinación de la caliza y la cocción de la cal resultante junto con sílice, alúmina y óxido ferroso a elevada temperatura para obtener clínker

• Los hornos rotativos horizontales producen un clínker más homogéneo

PARTES DEL HORNO ROTATIVO

FUNCIONAMIENTO

PROCESOS% de

longitud del horno

Proceso Temperatura (°C) Zona

33 Secado 100Fría

14 Precalefacción 100 – 550

25 Calcinación (disociación del carbonato cálcico) 550 – 1100 Intermedia

20 Clinkerización (combinación de la cal con los minerales de la arcilla) 1100 – 1450

Caliente

8 Enfriamiento 1450 – 1380

REACCIONESCalcinación

CaCO3 CaO + CO2

ClinkerizaciónCaO + SiO2 (CaO)2.SiO2

CaO + SiO2 (CaO)3.SiO2

CaO + Al2O3 (CaO)3.Al2O3

CaO + Al2O3 + Fe2O3 (CaO)4.Al2O3.Fe2O3

ENFRIAMIENTO

• El clínker al Rojo vivo no se puede transportar.• El clínker caliente es desfavorable para la

molienda del cemento• El enfriamiento adecuado perfecciona las

propiedades del cemento• El aprovechamiento térmico del clínker de unas

200Kcal/Kg clínker disminuye los costos de producción

Razones

ENFRIADOR DE PARRILLA• El clínker al entrar al enfriador posee un temperatura

de 1360 a 1400ºC, con lo que el rendimiento térmico del enfriador se eleva un 72-75%. Utilizando aire en exceso el enfriador puede logar bajar la temperatura a menos de 65ºC lo que

permite una inmediata trituración.

ENFRIADOR PLANETARIO• Cede el 25% del calor del clínker, a través de sus

paredes, al medio ambiente, además no genera aire residual, por cual no necesita un dispositivo desempolvador

• Se mueven conjuntamente con el horno, sin tener accionamiento propio. Los tubos de su enfriamiento individuales están, hasta

el 25% de su longitud revestidocon material refractario

ENFRIADOR DE PARRILLA RECUPOL

• El enfriamiento se produce en dos zonas, en el tramo de preenfriamiento las toberas de inyección cambian el estado del clínker a uno parecido al fluidizado, en esta zona el enfriamiento es muy intenso

ENFRIADOR DE CUBA VERTICAL

• La parte superior de la cuba tiene un diámetro más pequeño para elevar la velocidad del aire y crear un efecto de lecho fluidizado

• El enfriamiento se produce por choque térmico• No tiene aire residual por lo tanto no requiere una instalación desempolvadora

COMPOSICIÓN DEL CLÍNKER

• 40-60 % de silicato tricálcico (CaO.SiO2 )

• 20-30 % de silicato dicálcico (2CaO.SiO2)

• 7-14 % de aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3)

• 5-12 % de alumino ferrito tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3 )

ADITIVOS

• Sustancias que se incorporan al clínker para modificar alguna de sus propiedades. También pueden remover escorias indeseables y contaminantes

• Aditivos clásicos son la escoria de alto horno, cenizas y puzolanas volcánicas

CLASIFICACIÓN POR TAMAÑO

• Permiten separar el cemento molido más grueso, que deben volver a la molienda, de las que tienen un tamaño óptimo para seguir en el proceso productivo

Zarandas

ALMACENAMIENTO

• El clínker suele almacenarse a cielo abierto, a pesar de los problemas que causa el polvo. En lo referido al cemento, debe almacenarse a temperaturas bajas, ya que hay que evitar la deshidratación del yeso.

TRANSPORTE

• 3 transportes por cinta: de la trituradora primaria a la secundaria, de la secundaria a la primaria y de la zaranda al depósito

Cinta transportadora

TRANSPORTE

• Se puede clasificar como lentos, aquellos que descargan por simple gravedad, y los rápidos, que descargan por fuerza centrífuga. También se pueden clasificar como de correa, de cadena y los oscilantes.

Elevador de cangilones

TRANSPORTE

• Pertenecen a la clase de transportadores movedizos, es decir, que la carga se desplaza mediante las oscilaciones del elemento portador de carga. Este tipo de transportador

no realiza la elevación de la carga por tramos inclinados

Transportador vibratorio

TRANSPORTE

• Se utilizan para transportar materiales abrasivos y no abrasivos, en horizontal y oblicuo siempre que la pendiente no supere los 30°

Transportador de rosca

TRANSPORTE

• El material a transportar se introduce en una corriente de aire, que arrastra el material a transportar. Se pueden clasificar según los sistemas: de impulsión y de aspiración.

Transportador neumático

EMPAQUETADO Y DESPACHO

• La ensacadora lineal se utiliza para capacidades de llenado de hasta 80 tn/hora. A partir de las 120 tn/hora suele utilizarse la ensacadora rotativa.

• Hay dos formas de expedir los sacos. Ya sea de uno en uno o bien en forma palletizada.

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Proceso Productivo

Nuevas Tendencias

Impacto Ambiental

NUEVAS TENDENCIAS

•Retardadores•Aceleradores•Aditivos cementicios suplementarios•Aditivos superplastificantes•Fly Ash (Ceniza Volante)•Silica Fume

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Proceso Productivo

Nuevas Tendencias

Impacto Ambiental

IMPACTO AMBIENTALMaterias primas alternativas

• Sustitución de recursos naturales no renovables

• Sustitución de un porcentaje del clínker por compuestos alternativos

Recuperación de residuos

• Con el fin de reducir la emisión de CO2

• Ahorro de combustibles fósiles no renovables

IMPACTO AMBIENTAL

GRACIAS POR SU ATENCIÓN