Cement o

UPME

EELLAABBOORRAADDOO PPOORR::

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD DDEELL AATTLLÁÁNNTTIICCOO

GGRRUUPPOO DDEE GGEESSTTIIÓÓNN EEFFIICCIIEENNTTEE DDEE EENNEERRGGÍÍAA,, KKAAII::

DDRR.. JJUUAANN CCAARRLLOOSS CCAAMMPPOOSS AAVVEELLLLAA,, IINNVVEESSTTIIGGAADDOORR PPRRIINNCCIIPPAALL..

MMSSCC.. EEDDGGAARR LLOORRAA FFIIGGUUEERROOAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. LLOOUURRDDEESS MMEERRIIÑÑOO SSTTAANNDD,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. IIVVÁÁNN TTOOVVAARR OOSSPPIINNOO,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

IINNGG.. AALLFFRREEDDOO NNAAVVAARRRROO GGÓÓMMEEZZ,, AAUUXXIILLIIAARR DDEE IINNVVEESSTTIIGGAACCIIÓÓNN..

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD AAUUTTÓÓNNOOMMAA DDEE OOCCCCIIDDEENNTTEE

GGRRUUPPOO DDEE IINNVVEESSTTIIGGAACCIIÓÓNN EENN EENNEERRGGÍÍAASS,, GGIIEENN::

MMSSCC.. EENNRRIIQQUUEE CCIIRROO QQUUIISSPPEE OOQQUUEEÑÑAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. JJUUAANN RRIICCAARRDDOO VVIIDDAALL MMEEDDIINNAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. YYUURRII LLÓÓPPEEZZ CCAASSTTRRIILLLLÓÓNN,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

EESSPP.. RROOSSAAUURRAA CCAASSTTRRIILLLLÓÓNN MMEENNDDOOZZAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

AASSEESSOORR

MMSSCC.. OOMMAARR PPRRIIAASS CCAAIICCEEDDOO,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

UUNN PPRROOYYEECCTTOO DDEE LLAA UUNNIIDDAADD DDEE PPLLAANNEEAACCIIÓÓNN MMIINNEERROO

EENNEERRGGÉÉTTIICCAA DDEE CCOOLLOOMMBBIIAA ((UUPPMMEE)) YY EELL IINNSSTTIITTUUTTOO

CCOOLLOOMMBBIIAANNOO PPAARRAA EELL DDEESSAARRRROOLLLLOO DDEE LLAA CCIIEENNCCIIAA YY LLAA

TTEECCNNOOLLOOGGÍÍAA.. ““FFRRAANNCCIISSCCOO JJOOSSÉÉ DDEE CCAALLDDAASS”” ((CCOOLLCCIIEENNCCIIAASS))..

__________________________________________________________________________________________

AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN LLAA IINNDDUUSSTTRRIIAA DDEELL CCEEMMEENNTTOO

i

CCOONNTTEENNIIDDOO

Pág.

11.. IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN………………………………………………………………………………………………………………………….. 11

22.. PPRROOCCEESSOO PPRROODDUUCCTTIIVVOO………………………………………………………………………………………………........ 22

22..11 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA HHÚÚMMEEDDAA……………………………………………………………………………………………………………… 33

22..22 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA SSEEMMIIHHÚÚMMEEDDAA…………………………………………………………………………………………………… 33

22..33 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA SSEEMMIISSEECCAA………………………………………………......…………………………………………………….... 33

22..44 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA SSEECCAA………………………………………………......……………………………………………………………….. 44

22..55 TTEECCNNOOLLOOGGÍÍAA DDEE PPRROODDUUCCCCIIÓÓNN………………………………......………………………………………………………….. 55

22..66 OOPPEERRAACCIIOONNEESS BBÁÁSSIICCAASS EENN LLAA IINNDDUUSSTTRRIIAA DDEELL CCEEMMEENNTTOO…………………………………….... 55

22..66..11 EExxttrraacccciióónn yy PPrreeppaarraacciióónn ddee llaass MMaatteerriiaass PPrriimmaass……………………………………........ 55

22..66..22 DDoossiiffiiccaacciióónn yy PPrreehhoommooggeenniizzaacciióónn………………………………………………………………………….. 66

22..66..33 SSeeccaaddoo yy MMoolliieennddaa ddeell CCrruuddoo…………..………………………………………………………………………….. 66

22..66..44 HHoommooggeenniizzaacciióónn…………………………………………………………………………………………………………………….. 88

22..66..55 FFaabbrriiccaacciióónn ddeell CCllíínnkkeerr…………………………………………………………………………………………………….. 88

22..66..66 MMoolliieennddaa yy AAccaabbaaddoo………………………………..………………………………………………………………………….. 1111

33.. DDIISSTTRRIIBBUUCCIIÓÓNN DDEE LLOOSS CCOONNSSUUMMOOSS DDEE EENNEERRGGÍÍAA…………………………………….... 1133

44.. MMEEDDIIDDAASS DDEE AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA………………………………………………………………………… 1155

44..11 AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN LLAASS OOPPEERRAACCIIOONNEESS BBÁÁSSIICCAASS………………………………………….... 1155

44..11..11 EExxttrraacccciióónn yy PPrreeppaarraacciióónn ddee llaass MMaatteerriiaass PPrriimmaass....……………………………….......... 1155

44..11..22 SSeeccaaddoo yy MMoolliieennddaa ddeell CCrruuddoo....………………………………………………………………………………...... 1155

44..11..33 HHoommooggeenniizzaacciióónn…………………………………………………………………………………………………………………….. 1166

44..11..44 FFaabbrriiccaacciióónn ddeell CCllíínnkkeerr....…………..…………………………………………………………………….......................... 1166

44..22 AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN LLAA CCOOMMBBUUSSTTIIÓÓNN…………………………......…………………………………….... 2211

44..22..11 RReegguullaacciióónn ddeell AAiirree PPrriimmaarriioo eenn eell QQuueemmaaddoorr ddeell HHoorrnnoo……………………...... 2211

44..22..22 CCoonnttrrooll ddee LLllaammaa……………………………………………………………………………………............................................ 2211

44..22..33 AApprroovveecchhaammiieennttoo ddeell AAiirree CCaalliieennttee eenn llooss QQuueemmaaddoorreess

SSeeccuunnddaarriiooss……………………………………………………………………………………………………………………………… 2211

44..22..44 UUttiilliizzaacciióónn ddee llaass CCeenniizzaass VVoollaanntteess ccoonn AAllttoo CCoonntteenniiddoo

ddee IInnqquueemmaaddooss…………………………………………………………………………………………………………………….... 2222

44..33 OOTTRROOSS PPOOSSIIBBLLEESS AAHHOORRRROOSS DDEE EENNEERRGGÍÍAA…………......…………………………………………………….... 2222

44..33..11 CCoonnttrrooll CCoonnttiinnúúoo ddeell CCoonnssuummoo EEssppeeccííffiiccoo ddee CCoommbbuussttiibbllee………………...... 2222

44..33..22 AAuummeennttoo ddee llaa CCaappaacciiddaadd UUnniittaarriiaa……………………………………………………....………………...... 2222

44..33..33 AApprroovveecchhaammiieennttoo ddee llooss CCaalloorreess RReessiidduuaalleess…………………………....……………….......... 2233

__________________________________________________________________________________________


ii

Pág.

44..33..44 SSeeppaarraaddoorr ddee AAllttaa EEffiicciieenncciiaa………………………………………………………………....……………….......... 2244

44..33..55 CCiicclloo OOrrggáánniiccoo RRaannkkiinnee ppaarraa PPrroodduucccciióónn ddee EElleeccttrriicciiddaadd………………............ 2244

55.. AASSPPEECCTTOOSS AAMMBBIIEENNTTAALLEESS GGEENNEERRAALLEESS……………………………………………………………… 2266

RREEFFEERREENNCCIIAASS BBIIBBLLIIOOGGRRÁÁFFIICCAASS…………………………………………....………………………………………… 2288

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1

11.. IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN La industria cementera necesita de grandes cantidades de energía en todas sus formas, siendo el principal componente en el costo de fabricación del cemento. En la industria del cemento pueden consumirse combustibles sólidos, como lignitos, hullas, turbas, carbones, etc., líquido en los diferentes tipos de fuel, crudos, y los gaseosos dentro del cual el principal es el gas natural. Como un resultado de la evolución de la tecnología de producción del cemento en la dirección de economizar combustible en hornos de gran tamaño, han surgido varios factores que afectan la marcha continuada del horno, fundamentalmente los revestimientos refractarios. De estos factores podemos señalar, como los más importantes, los dos que siguen: El efecto de los álcalis y sus compuestos en las zonas de precalentamiento y,

también, en las zonas de mayor temperatura del horno. El aumento de las cargas térmicas y mecánicas por la disminución del área

específica del horno en la relación m²/ton de clínquer. Cemento Gris El cemento es una mezcla de piedra caliza y arcilla, triturada y calcinada hasta el punto fundente, convertida en una escoria granulada llamada clínquer que se muele con una pequeña proporción de yeso (sulfato de calcio) hasta quedar finamente pulverizada. Es el aglutinante básico del hormigón y de muchos otros productos que se utilizan en la construcción, tales como: mosaicos, baldosas, bloques, asbestos cemento, tubos para acueducto y alcantarillado, etc. Cemento Blanco El cemento blanco como aglomerante es sustituto del cemento gris, aunque su uso especifico responde a principios estéticos y de decorados, siendo su requerimiento principal el por ciento de blancura que a su vez determina su categoría de calidad en el mercado mundial.

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22.. PPRROOCCEESSOO PPRROODDUUCCTTIIVVOO A continuación se va a realizar una pequeña descripción de los diferentes procesos de fabricación indicados en la Figura 1. Figura 1. Diagrama de Bloques del Proceso Productivo del Sector Cemento.

PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA HHÚÚMMEEDDAA

VVÍÍAA SSEEMMIIHHÚÚMMEEDDAA VVÍÍAA HHÚÚMMEEDDAA

CCEEMMEENNTTOO

DDOOSSIIFFIICCAACCIIÓÓNN OO

PPRREEHHOOMMOOGGEENNIIZZAACCIIÓÓNN

SSEECCAADDOO

MMAATTEERRIIAASS PPRRIIMMAASS

EEXXTTRRAACCCCIIÓÓNN

MMAACCHHAAQQUUEEOO

DDOOSSIIFFIICCAACCIIÓÓNN MMOOLLIIEENNDDAA

DDIILLUUCCIIÓÓNN

HHOOMMOOGGEENNIIZZAACCIIÓÓNN

PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA SSEECCAA

VVÍÍAA SSEECCAA VVÍÍAA SSEEMMIISSEECCAA

FFIILLTTRRAACCIIÓÓNN

EEXXTTRRUUCCCCIIÓÓNN GGRRAANNUULLAACCIIÓÓNN

SSEECCAADDOO

((HHoorrnnoo RRoottaattoorriioo))

SSEECCAADDOO

((PPaarrrriillllaass))

SSEECCAADDOO

((PPaarrrriillllaass))

SSEECCAADDOO

((CCiicclloonneess))

CCLLIIQQUUEERRIIZZAACCIIÓÓNN

MMOOLLIIEENNDDAA AADDIICCIIOONNEESS

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22..11 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA HHÚÚMMEEDDAA La alimentación al horno se produce en forma de una pasta con un grado de humedad comprendido entre el 30 y el 40%. El horno necesita una zona adicional para efectuar la deshidratación, lo que hace que sean excesivamente largos para una producción dada. Asimismo, se requiere una adición extra de calor para evaporar el agua. Algunas de sus ventajas son: La alimentación al horno se dosifica de manera más uniforme que en los

procesos de vía seca. Las pérdidas de polvo son normalmente pequeñas. Los gases abandonan el horno a temperaturas relativamente bajas. No es necesario el consumo adicional de calor en la molienda del crudo. No presentan problemas con crudos que tienen un alto porcentaje de álcalis.

22..22 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA SSEEMMIIHHÚÚMMEEDDAA El contenido de humedad de la pasta puede llegar a ser de un 20%. La pasta es filtrada y a continuación es granulada por extrusión. Antes de alimentar el horno, se seca en una parrilla. Las ventajas más importantes que presenta este sistema son: No hay problemas con los crudos que tienen un alto porcentaje en álcalis. No necesita calor en la molienda del crudo. Los gases abandonan la parrilla a baja temperatura. Buena dosificación en la alimentación al horno.

22..33 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA SSEEMMIISSEECCAA La materia se peletiza en pequeños nódulos con una adición de agua del 10 al 15%. Como ventajas presenta las siguientes: Los nódulos se descarbonatan parcialmente en la parrilla, por lo que no es

necesario acudir a hornos largos para una producción dada. Se obtiene un clínquer de granulometría muy uniforme lo que exige un control

riguroso del tamaño de los nódulos. Admite materias primas con alto contenido en álcalis. La estabilidad de marcha es buena.

Sus inconvenientes radican en su alto costo de mantenimiento y su consumo energético relativamente elevado ya que requiere una adición de calor para secar

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el crudo antes de proceder a su molienda.

22..44 PPRROOCCEESSOO VVÍÍAA SSEECCAA La humedad de la alimentación a la llegada al horno o al sistema de precalentamiento es inferior al 1%. En el proceso vía seca el crudo a su salida de la homogenización pasa a los sistemas de alimentación y de éste aun precalentador constituido al menos por una etapa de ciclones. En algunos hornos largos los ciclones, desempeñan casi exclusivamente una misión de desempolvamiento. Los gases de escape del horno se utilizan normalmente para el secado del crudo. En la vía seca los sistemas de calentamiento son muy variados: Precalentador de cadenas, similar al de los procesos vía húmeda y utilizado

en hornos largos. Precalentador de ciclones de dos etapas. Las dos etapas pueden ser dobles. Precalentador de ciclones de cuatro etapas.

Los inconvenientes principales de este, sistema radican en tener que trabajar con crudos de bajo contenido en álcalis o bien eliminar éstos del circuito y la producción de excesivo volumen de polvos en el horno. En la tabla siguiente podemos observar los diferentes consumos específicos para cada tipo de proceso de producción. Tabla 1. Consumos específicos en los diferentes Procesos Productivos.

TTIIPPOO DDEE PPRROOCCEESSOO CCOONNSSUUMMOO EESSPPEECCÍÍFFIICCOO

((kkccaall//KKgg ddee CCllíínnqquueerr))

Vía Húmeda 1250 - 1400

Vía Semihúmeda 1100

Vía Semiseca 920

Vía Seca 800

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22..55 TTEECCNNOOLLOOGGÍÍAASS DDEE PPRROODDUUCCCCIIÓÓNN En las tecnologías de producción de cemento en la actualidad se utilizan: Calcio en forma de óxido de calcio (CaO). Silicio en forma de óxido de silicio (SiO2). Aluminio en forma de óxido de aluminio (Al2O3). Hierro en forma de óxido de hierro (Fe2O3).

Estos elementos se hallan en forma más o menos pura en estado natural, y sus proporciones se logran con distintos tipos de caliza y arcillas, aunque a veces es necesario añadir algún elemento faltante incorporando arenas de un alto contenido sílice o tierras con alto contenido de hierro. Se obtienen distintos tipos de cemento que se utilizan en dependencia de las diferentes tecnologías de producción de hormigones, lo cual permite un uso eficiente del cemento tanto en la actividad constructiva como industrial y a la vez lograr una eficiencia mayor en las plantas de cemento.

22..66 OOPPEERRAACCIIOONNEESS BBÁÁSSIICCAASS EENN LLAA IINNDDUUSSTTRRIIAA DDEELL CCEEMMEENNTTOO Las operaciones básicas a considerar en la fabricación del cemento son las siguientes: Extracción y trituración. Dosificación y prehomogenización. Secado y molienda del crudo. Homogenización. Fabricación del clínquer. Molienda y ensilado. Expedición.

Con vistas a una mejor comprensión de las técnicas del ahorro de energía, se hará un breve resumen de las principales características de cada una de las operaciones básicas consumidoras de energía. 2.6.1 Extracción y Preparación de las Materias Primas En la labor de extracción se utilizan actualmente máquinas perforadoras de gran rendimiento que realizan su trabajo apoyadas por grandes voladuras con barrenos desde la superficie. Dada la variedad y diferente grado de complejidad que presentan los distintos yacimientos, es difícil sacar conclusiones prácticas sobre los métodos de explotación más idóneos que permitan un menor consumo de energía y de explosivos en esta fase del proceso.

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Mayor interés presenta el transporte en canteras con la necesaria trituración previa del material. Existe una gran variedad de máquinas para efectuar esta trituración, dependiendo la elección de las propiedades de la materia prima, principalmente de su dureza, humedad y grado de abrasión (normalmente marcado por el contenido de sílice libre). El grado de avance a alcanzar en la trituración viene marcado por un equilibrio entre los costos por abrasión de la máquina (normalmente de elevada inversión) y la consiguiente disminución de los costos energéticos en la posterior molienda. 2.6.2 Dosificación y Prehomogenización El material triturado es transportado a fábrica por diversos procedimientos (cintas, camiones, etc.) y depositado en los correspondientes silos en un hangar preparado al efecto. El resto de las materias primas necesarias en el proceso son asimismo almacenadas en dicho hangar una vez recepcionadas en fábricas. A continuación se procede a la dosificación de los componentes, (algunos de los elementos de ajuste puede adicionarse posteriormente). Cabe aquí hacer una distinción entre los procesos de vía húmeda y seca ya que en aquellos se realiza una adición de agua en la totalidad o en algún componente de la mezcla hasta formar una pasta apta para ser conducida por bombas y tuberías, pudiendo completarse posteriormente esta dilución en la molienda. 2.6.3 Secado y Molienda del Crudo Según el proceso empleado, la molienda se realiza en seco o en húmedo. En el caso de la vía seca, la humedad del crudo impone limitaciones técnicas en la molienda y es por ello necesario procederá un secado previo del crudo. El secado necesita unos gases que pueden tener diversas procedencias. En los sistemas vía seca generalmente los gases de escape del horno realizan el secado, bien en su totalidad, bien apoyados por gases procedentes de un hogar auxiliar cuando la humedad del crudo lo hace necesario. No obstante, en algunas instalaciones que han sufrido una importante transformación en el tiempo, los gases del horno siguen expulsándose a la atmósfera, previo paso por electrofiltros y en otros directamente a la atmósfera y todo el calor necesario para el secado se genera en un hogar auxiliar. La molienda del crudo se puede efectuar en varios escalones o en un molino único con varios compartimientos.

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La elección del sistema de molienda puede realizarse según los esquemas básicos: Molienda en circuito abierto, en el que el material que abandona el molino ya

no retorna al mismo. El elevado consumo energético y su poca flexibilidad al tratar de variar la finura del producto hacen que tienda a abandonarse.

Molienda en circuito cerrado, en el cual un sistema de separación establece

dos flujos, uno de gruesos que retornan al molino y otro de finos que se incorporan al proceso principal.

En los procesos vía húmeda la molienda de la pasta, que por supuesto no requiere aporte adicional de calor, se realiza en molinos similares a los de vía seca. Para la molturación del material crudo se necesita entre un 20% y un 50% de la energía eléctrica total del proceso. Además en algunos procesos se requiere también energía térmica para el secado del material, alcanzándose en vía semiseca el 7% aproximadamente del consumo global. El acabado final se obtiene en un molino de bolas, normalmente dividido en varios compartimentos, destinándose el primero al secado y los restantes a moliendas de progresiva finura. Cuando la molienda se realiza en más de una etapa, normalmente dos, el crudo es secado y triturado previamente en una machacadora que admite gases calientes, pasando posteriormente al molino de bolas donde se completa el secado y se alcanza la granulometría deseada. En algunas instalaciones la machacadora es sustituida por un secador «flash» que en su parte inferior lleva acoplado un molino de martillos para desmenuzar los tamaños gruesos. En el caso de utilizar gases de escape del horno en el secado, un balance de calor, teniendo en cuenta el volumen y temperatura de éstos, la humedad del crudo y el propio calor de fricción, permite deducir el volumen de gases necesarios. Además de los consumos eléctricos y la posibilidad de utilizar gases de horno hay otros criterios importantes que definen el sistema de molienda a utilizar, como características del material, inversión, espacio, mantenimiento, por lo que es difícil tratar de generalizar unos criterios que permitan definir cuál es el sistema adecuado.

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2.6.4 Homogenización Dado que las materias primas utilizadas para la fabricación del clínquer de cemento deben cumplir unas especificaciones definidas, antes de proceder a su cocción es necesario realizar un ajuste definitivo. Esta operación se conoce con el nombre de homogenización. En esta fase del proceso se determina la composición elemental del crudo resultante y se establecen relaciones numéricas entre los componentes químicos más importantes resultando una serie de módulos. De la eficiencia de la homogenización depende en buena medida la marcha regular del horno, teniendo por consiguiente una gran incidencia en el consumo energético de la planta. Las instalaciones de homogenización en los procesos de vía seca pueden ser discontinuas o continuas. En estas últimas es necesaria una prehomogenización a partir de unas materias primas previamente ajustadas. 2.6.5 Fabricación del Clínquer. Esta operación incluye los procesos comprendidos desde la alimentación del crudo hasta la salida del clínquer del enfriador. Previamente, en el proceso de vía húmeda, la pasta homogenizada se alimenta directamente al horno. Por último en la vía seca, el crudo (harina) a su salida de homogenización pasa a los sistemas de alimentación y de este a un precalentador constituido al menos por una etapa de ciclones. Los procesos físico-químicos por los que atraviesa el crudo a medida que se va calentando son los siguientes: El crudo sufre unos procesos físico-químicos a medida que va calentándose: Secado hasta una temperatura próxima a los 150ºC. Eliminación del agua de constitución de la arcilla hasta los 500ºC. Descarbonatación desde 850ºC hasta unos 1.100ºC. Clinkerización entre 1.250 y 1.475°C.

En general las reacciones que se producen hasta la obtención del clínquer son de carácter fuertemente endotérmico consumiéndose entre 380 y 440 kcal/kg de clínquer. Las reacciones que tienen lugar quedan reflejadas en la Figura 2.

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Figura 2. Serie de Reacciones en la cocción de Clínquer.

Tomado del libro de Conservación energética en la Industria.

La serie de reacciones que se verifican a partir de los 550°C es muy compleja. De todas ellas la más importante es la formación del silicato tricálcico (C3S) y este producto sólo es estable a temperaturas superiores a los 1250°C; ésta seria la mínima temperatura requerida para la cocción del clínquer. Sin embargo, en la práctica se trabaja entre los 1400 y 1500°C para que la formación de C3S sea más rápida. Por encima de los 1280°C se forma una fase líquida que favorece la reacción y facilita el desarrollo de la costra protectora del refractario del horno. No obstante, un crecimiento desmesurado de la fase líquida implica una mayor resistencia del clínquer en su posterior molturación. Desde el punto de vista energético interesa que la temperatura de clinkerización sea lo más baja posible y que la reacción anterior se verifique en el mínimo tiempo.

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La temperatura puede rebajarse a base de una molienda especialmente fina y con una mezcla muy homogénea de los diversos componentes. Existe para cada crudo un límite económico entre el mayor consumo eléctrico en su molienda y la disminución del consumo térmico para su sinterización. Se puede favorecer la cocción del clínquer añadiendo fundentes y mineralizadores. Los fundentes rebajan la temperatura mínima necesaria para la formación de la fase líquida, disminuyendo la viscosidad de la misma y acelerando las reacciones. Los mineralizadores favorecen asimismo la reacción entre el C2S y el CaO libre, incluso en ausencia de fusión. No obstante, las experiencias conocidas indican que solamente en el caso de crudos con alto contenido en cal parece económico el uso de estos aditivos. Rebasada la fase de sinterización es necesario proceder a un enfriamiento del clínquer. Las experiencias antiguas decían que solo es posible conseguir una elevada resistencia en el cemento cuando el clínquer se enfría rápidamente. Esta exigencia quedaba bien satisfecha con el uso de enfriadores de parrilla, a base de elevados volúmenes de aire. Se ha demostrado que el enfriamiento más lento del clínquer, como el que se realiza en los enfriadores tipo satélites, no repercute negativamente en la fabricación del cemento. No obstante, debe evitarse un enfriamiento demasiado largo, pues puede provocar un fraguado muy lento, difícil de corregir con una adición de yeso. En el caso de que el clínquer se utilice para la fabricación del cemento blanco, es necesario someterlo a un enfriamiento brusco a la salida del horno (normalmente con agua) para que conserve la tonalidad deseada. Posteriormente se procede a un secado del clínquer (consumiéndose combustible en esta fase del proceso), por lo que en conjunto estos tipos de productos requieren unos aportes térmicos mayores, que puede llegar a ser un 10% del total consumido en la instalación. La industria del cemento se caracteriza por el considerable consumo energético que su producción conlleva, y de ahí el interés en la minimización de dicho consumo. En la operación de los procesos de clinkerización y molienda, propios de la industria cementera, usualmente las variables críticas oscilan o tienden a oscilar más de lo deseable y la actuación continua o intermitente del operador es generalmente requerida para guiar el funcionamiento del proceso. En consecuencia, estos procesos no suelen funcionar de forma absolutamente continua, regular y estable, ni tampoco en su punto de rendimiento máximo.

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2.6.6 Molienda y Acabado. El clínquer a su salida del enfriador es enviado a los correspondientes silos, de donde es extraído y mezclado con el yeso y las restantes adiciones, en la calidad y proporciones adecuadas al cemento que se desea fabricar. La mezcla dosificada de componentes es molida hasta la granulometría necesaria. Usualmente, no son requeridos en esta fase del proceso aportes de energía térmica ya que el propio calor residual del clínquer y el desarrollo por fricción son suficientes para eliminar la humedad de las adiciones. Hay que destacar que el consumo eléctrico de la molienda es muy importante pudiendo llegar como media al 40% de la energía eléctrica suministrada a la planta. La molienda se puede efectuar por: Circuito abierto: la premolienda y el refino se efectúan en un solo molino, normalmente dividido en dos cámaras, estando la última dotada de un clasificador de bolas. Las dificultades de este sistema son, la disipación del calor latente del clínquer y de molturación, lo que requiere una fuerte ventilación del molino e incluso la inyección de agua, y la dificultad del cambio rápido a otras finuras distintas a la prefijada. Circuito cerrado: la instalación va dotada de un separador, siendo la disposición del conjunto similar a la de molienda de crudo. El separador hace posible la regulación de finura dentro de ciertos límites. Los molinos suelen ser de dos cámaras: al igual que en el caso anterior es necesario eliminar una gran cantidad de calor, aunque aquí se vea favorecido este hecho por la posibilidad de utilizar mayores caudales de aire, pero puede seguir siendo necesaria una inyección de agua. Normalmente se emplea el circuito cerrado puro, no el doble rotatorio ya que no se observan ventajas apreciables en el segundo sistema y tiene en contra un mayor costo de instalación. Salvo en lo referente al aprovechamiento de los gases no existen diferencias esenciales entre los sistemas de molturación del crudo y del clínquer. Aquí esta más acentuada la utilización de molienda en circuito cerrado, por las mayores exigencias de la granulometría del cemento. En la industria de cemento, los procesos de molienda presentan un elevado ahorro potencial, habiéndose resistido no obstante su regulación a las metodologías de control tradicionales. Alrededor del 75% del total de la energía eléctrica invertida en la producción del cemento corresponde a la molienda de las materias primas y del cemento.

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Los molinos de volteo son máquinas de elevado consumo y muy bajo rendimiento. Solamente una cantidad inferior a la décima parte de la energía eléctrica suministrada es empleada propiamente en el desmenuzamiento de los materiales. En consecuencia más del 90% de la energía consumida se derrocha durante este proceso y es disipada básicamente en forma de calor, ruido o vibración. La fase final del ensacado no ofrece mayor interés respecto al consumo energético.

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33.. DDIISSTTRRIIBBUUCCIIÓÓNN DDEE LLOOSS CCOONNSSUUMMOOSS DDEE EENNEERRGGÍÍAA Los consumos de energía en las operaciones descritas, pueden separarse dependiendo de su naturaleza térmica o eléctrica. La energía térmica se consume prácticamente en su totalidad en el horno (en vía seca una octava parte aproximadamente se consume en el secado de las materias primas). El consumo de electricidad unitario (UEC) en la industria de cemento está determinado por varios factores, entre los cuales se incluyen el tipo de proceso usado para producir clínker, el tipo de tecnología de protección ambiental, las edades combinadas del equipo industrial, el porcentaje de contenido de clínker en el cemento, el grado de las operaciones y el tamaño de las plantas. En muchos países, el cambio a proceso seco y varios otros factores han llevado a aumentar el uso de la electricidad en la manufactura del cemento. En tanto que el proceso seco usa aproximadamente 30% menos de combustible por unidad de clínker que el proceso húmedo, su consumo unitario de electricidad es más alto, dependiendo del tipo de proceso seco que se use. El proceso seco tiene mayores requisitos eléctricos para el molido de la materia prima debido a los motores de secadores, ventiladores y equipo de control y porque el equipo de transporte y clasificación de proceso seco es menos eficiente. En la producción de clínker, el uso de electricidad es mayor con los procesos secos debido a que los ventiladores de succión que se usan para extraer el aire caliente del kiln y llevarlo a través de los sistemas de control de emisión son mayores. En la Tabla 2 se presenta la distribución porcentual de la energía eléctrica consumida. Tabla 2. Distribución de los consumos de la energía eléctrica.

PPUUNNTTOO DDEE CCOONNSSUUMMOO %% DDEECCOONNSSUUMMOO DDEE LLAA

EENNEERRGGÍÍAA EELLÉÉCCTTRRIICCAA

Preparación de las materias primas. 3,0%

Preparación y molienda del crudo. 32%

Homogenización y conjunto del horno. 21%

Molienda de cemento y acabado. 41%

Servicios generales y auxiliares. 2,0%

Iluminación. 1,0%

Independientemente del proceso de fabricación adoptado y del tipo de combustible utilizado para la fabricación del clínquer, desde el punto de vista energético interesa considerar aquellas operaciones en las que se consume prácticamente la totalidad de la energía térmica y que son: secado, clinkerización y cocción.

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Algunas operaciones presentan un consumo muy reducido en sí mismas respecto al consumo global de la instalación, pero tienen una incidencia notable en el consumo de otras operaciones, como ocurre con la homogenización del crudo para la alimentación al horno de cuya eficiencia depende la marcha regular del horno en buena parte. A continuación se refleja el reparto en los consumos de energía térmica (excluyendo el gasóleo) para cada proceso de fabricación empleado. Tabla 3. Distribución de los consumos de la energía térmica.

TTIIPPOO DDEE PPRROOCCEESSOO

PPUUNNTTOO DDEE CCOONNSSUUMMOO VVÍÍAA HHÚÚMMEEDDAA VVÍÍAA SSEEMMIISSEECCAA VVÍÍAA SSEECCAA

Secado y molienda de crudo ---- 7,0% 0,2%

Conjunto del horno 99% 92,5% 99,5%

Calderas y servicios auxiliares 1,0% 0,5% 0,3%

En aquellas industrias en las que se consume carbón, es necesario tener en cuenta el calor necesario para la preparación del mismo, de forma aproximada se indica la distribución de los consumos de energía en los dos tipos de proceso más generales: Tabla 4. Distribución de los consumos de la energía térmica en industrias que

consumen carbón.

TTIIPPOO DDEE PPRROOCCEESSOO

PPUUNNTTOO DDEE CCOONNSSUUMMOO VVÍÍAA SSEECCAA VVÍÍAA HHÚÚMMEEDDAA

Consumo del Horno. 83% 96%

Secado de materias primas. 14% -----

Secado del carbón. 3,0% 4,0%

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44.. MMEEDDIIDDAASS DDEE AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA El potencial de ahorro que se puede conseguir con cada medida depende de las características propias de cada industria: capacidad de producción (por motivos de escala), factor de carga (mientras más alejado esté del punto de producción nominal se darán menores rendimientos y mayores consumos específicos), com-bustible empleado, etc. Por ello los valores que se darán no son de inmediata aplicación a cualquier industria, pero se pueden considerar lo suficientemente re-presentativos. Aunque sea evidente, no está de más recordar que para considerar como recomendable una medida de ahorro, no basta con que, efectivamente, haya un ahorro energético y sea tecnológicamente posible. Deben tenerse siempre en cuenta aspectos de calidad del producto y de garantías de salubridad del mismo.

44..11 AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN LLAASS OOPPEERRAACCIIOONNEESS BBÁÁSSIICCAASS

Tendrán por objeto lograr en cada una de las operaciones básicas rebajar de una forma directa o indirecta los consumos de energía térmica o eléctrica en aquellos puntos de las instalaciones en que sea posible adoptar medidas de ahorro de energía. 4.1.1 Extracción y Preparación de las Materias Primas Si se homogeniza mas la materia prima al ser extraída, el costo energético de este se ve incrementado, pero al mismo tiempo, se disminuye el costo energético en la posterior fase de molienda, necesaria para conseguir que el horno trabaje de forma mas homogénea y por lo tanto mas eficientemente. Se hace necesario realizar un equilibrio entre la disminución del costo energético en la molienda y el costo de abrasión de la maquinaria, normalmente de gran inversión. 4.1.2 Secado y la Molienda del Crudo Debido al elevado consumo y los normales excedentes de gases en el proceso de fabricación de clínquer, una primera mejora podría consistir, dado la diferencia existente entre el funcionamiento del horno y la molienda debido a por las paradas, en un acoplamiento entre los conductos de salida de gases de los distintos hornos, cuando existan varias líneas de producción. Esta solución hace innecesaria la utilización de un hogar auxiliar en los arranques. Siendo estos gases suficientes para el secado del crudo incluso con altas humedades. Con unos gases a 350°C a la salida de este sistema y con baja proporción de aire falso, se puede llegar hasta un límite de 8% de humedad en el crudo. La limitación a este aprovechamiento es el clima seco o las características de la

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materia prima presentando una humedad baja que hace inutilizables los gases. Cuando se emplean hornos de intercambiador, las pérdidas caloríficas del enfriador de parrilla pueden secar crudos con un contenido en humedad hasta de un 4%.

Los molinos, pueden presentar unas limitaciones técnicas que impiden el empleo total de los gases de salida del horno en algunas instalaciones. En los procesos vía seca la temperatura de salida oscila entre 330 y 380ºC lo que supone una pérdida de calor. Este calor puede utilizarse parcialmente para el secado del crudo en la molienda. Las instalaciones suelen disponer de un hogar auxiliar de secado, con el fin de complementar a los gases del horno cuando la humedad del crudo es muy elevada. En vía semiseca casi siempre existe el hogar auxiliar donde se generan los gases de secado mediante un proceso de combustión. Para reducir el consumo de combustible en el hogar auxiliar, se puede utilizar el aire excedente del enfriador de clínquer cuando éste es de parrilla y puede tener una temperatura suficiente para el secado. Como la molienda en vía semiseca necesita adición de calor, éste puede obtenerse haciendo que el aire residual, que se envía a la atmósfera en muchos casos, se aproveche cuando se combinan un enfriador de parrilla con una parrilla de calentamiento, en este caso el consumo térmico del conjunto puede llegar a ser inferior a las 900 kcal/kg de clínquer. 4.1.3 Homogenización Ajuste de las proporciones de los diversos componentes actuando sobre los

sistemas de dosificación.

Instalar una prehomogenización anterior a la molienda, cuando sea posible, reduciéndose el consumo eléctrico de esta última operación.

4.1.4 Fabricación del Clínquer La fabricación del clínquer se realiza en el conjunto precalentador-horno-enfriador. Se describirán a continuación una serie de posibles mejoras en cada uno de ellos.

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MMeejjoorraass eenn eell PPrreeccaalleennttaammiieennttoo ddee llaa CCaarrggaa.

En procesos de vía húmeda: Implementar cadenas en los hornos como medio para aumentar la transferencia de calor. Además elimina pegaduras y la formación de costras y anillos. La calidad de los materiales de las cadenas deberá aumentarse para incrementar la transferencia de calor y evitar que las cadenas se fundan. En los procesos de vía semiseca y semihúmeda, en instalaciones que disponen de parrilla con simple paso de gases se instalará en su renovación la parrilla con doble circulación de gases.

Establecer un óptimo entre la profundidad del lecho de crudo en la parrilla y la circulación de gases a través de la misma. En procesos de vía seca, en instalaciones con cuatro etapas de ciclones la temperatura de los gases de escape puede reducirse: Mejora en el diseño de los ciclones y conductos para aumentar su

eficiencia térmica.

Sustituir la etapa superior de ciclones o adicionar a continuación intercambiadores de calor en los que el crudo, manteniéndose en suspensión mediante una corriente recirculada de gases, pasa en sentido ascendente por el interior de unos tubos. Por otros tubos dispuestos en paralelo deben circular los gases en sentido descendente.

Aumento del número de etapas de los intercambiadores.

MMeejjoorraass eenn eell HHoorrnnoo Disminución de la Temperatura de Clinkerización.

Energéticamente interesa que la reacción de clinkerización tenga lugar a la menor temperatura posible y que sea una reacción rápida. La temperatura puede reducirse aportando una mezcla muy fina y homogénea. Esta medida produciría un mayor consumo energético en la molienda. Para reducir este consumo se emplean sustancias fundentes y mineralizantes. Con las sustancias fundentes, se rebaja la temperatura mínima necesaria para la formación de la fase líquida y se aceleran las reacciones, pero como inconveniente se produce un aumento de la viscosidad. Con los mineralizadores, se favorece la reacción con la cal libre incluso sin necesidad de fusión.

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El principal problema de estos aditivos son sus elevados costos. Mas normales son los usos de otros aditivos en función de usos especiales que les dan al hormigón características tales como: Más rápida resistencia. Aceleración o Retardo del fraguado. Reducción del agua. Súper fluidificación. Hidrofugación (Repulsión del agua). Esta medida, permite obtener un ahorro cercano al 2,5% del combustible utilizado en el horno.

Mejora en el Aislamiento.

Se tratará de mejorar el aislamiento térmico del horno, así como el de los principales equipos de la instalación que portan un fluido caliente.

Es preciso tener en cuenta que un mayor espesor de revestimiento disminuye el volumen útil del horno y con ello su caudal; por otro lado el mayor espesor eleva la economía térmica del horno, puesto que rebaja las pérdidas por radiación.

Mejoras en el Control del Horno

Se va a describir para el caso de hornos de clínker que son los más representativos y con mayores consumos.

Esta medida se divide en la actualidad en tres grandes actuaciones: Predicción online de cal libre. Procesador de Imagen Digital. Control de Proceso Adaptable Basado en Redes Neuronales. Con estas medidas, se persigue realizar un control instantáneo del funcionamiento del control del horno y con ello una mejora en la eficiencia energética del mismo. Con estas tres actuaciones, se puede obtener una reducción en los costos de producción consiguiendo: Estabilizar la operación del horno. Una calidad constante del producto fluido. Una reducción del consumo de combustibles primarios. El incremento en el uso de combustibles secundarios. El incremento en la disposición del horno.

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El incremento en la productividad. La reducción de emisiones. La reducción de los costos de mantenimiento y reparación.

En el momento en el que el horno comienza a desestabilizarse, lo cual se indica por la variación en el contenido de cal libre el sistema avisa o actúa, permitiendo así que las propiedades del producto y las condiciones de generación en el horno sean muy constantes.

MMeejjoorraass eenn eell EEnnffrriiaammiieennttoo ddeell CCllíínnkkeerr

Mejoras en los Enfriadores de Parrilla Hasta hace pocos años se pensaba que para obtener un producto con las especificaciones adecuadas, era necesario enfriar el clínker rápidamente y ello se hacía con aire frío inyectado en contracorriente. Hoy en día se ha demostrado que esto no es así y que se puede realizar un “enfriamiento paulatino”. Así, la tendencia actual es instalar enfriadores de parrilla que resultan ser más eficientes. Las mejoras en la recuperación de calor implican aumentar los enfriadores ya que un menor gradiente térmico supone una menor transmisión de calor. Un enfriamiento lento favorece el crecimiento de los minerales del Clínker, lo que debe de controlarse con el fin de no exigir un consumo eléctrico adicional en la posterior molienda. Con este tipo de enfriador, se consiguen ahorros energéticos de 50 kcal/kg de Clínker en comparación de un enfriador satélite. Adicionalmente, una de las principales ventajas de este tipo de enfriador es la fácil sustitución de las piezas dañadas, así como la facilidad para la limpieza del mismo, que permite reducir el número de limpiezas manuales por incrustaciones en la cámara de humos y en el conducto ascendente al horno a una o dos intervenciones semanales, con el consiguiente ahorro energético al reducir las paradas en el proceso.

Mejora en el Enfriamiento mediante utilización de un Lecho Fluido.

El enfriador de cuba vertical es un enfriador de lecho fluido (ver Figura 3), que aprovecha totalmente el aire como aire secundario.

El lecho fluido se sitúa sobre unos rodillos a través de los cuales se pasa el Clínker hacia una salida inferior en la que se sitúa una machacadora. El Clínker sale a unos 200 ó 300ºC y el aire secundario sale a unos 900 - 1.000ºC.

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Figura 3. Enfriador de cuba vertical.

Tomado del Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2004-2006 Andalucía.

El rendimiento térmico de este tipo de enfriadores se sitúa por encima del 90%. El principal problema que poseen estos equipos es tener un elevado consumo eléctrico en los ventiladores que han de proporcionar el caudal de aire necesario para mantener la materia prima en suspensión.

MMeejjoorraass eenn llaa MMoolliieennddaa yy AAccaabbaaddoo ddeell CCeemmeennttoo

El clínquer por tratarse de un material duro, requiere una importante cantidad de energía para su molienda a la finura adecuada. Las altas resistencias específicas requeridas representan un gasto muy importante que es preciso rebajar. Algunos aditivos tales como ácido acético y el etilenglicol pueden utilizarse para conseguir cementos muy finos con reducido consumo de energía. La utilización de estos aditivos debe tener en cuenta el mecanismo de reacción de los mismos, particularmente en relación con la composición química del clínquer. El empleo de estos aditivos puede llevar a un ahorro aproximado del 15% de la energía eléctrica que de otro modo sería necesaria.

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44..22 AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN LLAA CCOOMMBBUUSSTTIIÓÓNN Se tratará tanto de mejorar el rendimiento de la combustión, como la estanquidad de las instalaciones frente a las entradas de aire. Se deberá actuar sobre: Regulación del aire primario en el quemador del horno. El control de la llama. Aprovechamiento del aire caliente en los quemadores secundarios. Utilización de cenizas volantes con alto contenido de inquemados.

4.2.1 Regulación del Aire Primario en el Quemador del Horno Se debe de procurar que la cantidad de aire primario esté situada en el 10 a 12% sobre el total de aire (primario más secundario). El aire primario permite, mejorar la capacidad del intercambiador debido al aumento en el aire secundario produce un aumento de temperatura en los gases de salida del intercambiador por encima de los 50ºC y una disminución en la entrada al horno con la respectiva disminución de la precalcinación. 4.2.2 Control de Llama Cuando se utiliza un combustible fuel-oil una posible mejora estará en el control de la viscosidad ya que esta incide sobre las características de la llama (forma, luminosidad, poder radiante), y es junto con el exceso de aire un factor influyente en la presencia de inquemados en los gases. Se puede controlar la viscosidad del fuel-oil por medio de diferentes parámetros como son la temperatura, la presión de inyección, el caudal de aire primario, etc. En el caso de quemar carbón, el control de la llama vendrá determinado por el alargamiento o el acortamiento de la misma. Otra posible mejora estará en la utilización de quemadores mixtos, carbón y fuel-oil o gas, con regulación total, es decir, que se pueda utilizar el 100% con cada uno de los combustibles anteriores. 4.2.3 Aprovechamiento del Aire Caliente en los Quemadores Secundarios. Se pueda utilizar el aire del enfriador como aire de combustión en los quemadores secundarios. Los quemadores secundarios pueden instalarse tanto en vía seca como en vía semiseca. El aire a la entrada de los quemadores secundarios se encontrará a unos 650°C aproximadamente; cuando se emplea una tubería como medio de transporte, la

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velocidad del aire en ella ha de ser la suficiente para evitar que se deposite el polvo del clínquer a lo largo de la misma. 4.2.4 Utilización de Cenizas Volantes con Alto Contenido de Inquemados. Las cenizas volantes podrán adicionarse eventualmente al crudo, aunque habitualmente se utiliza como un aditivo para dar finura al cemento. Las cenizas volantes deben contener un 10% de material combustible que proporcionará alrededor de 600 kcal/kg de ceniza. Para su uso en el crudo se tendrá que tener en cuenta: El empleo según análisis (porcentaje de adición). El contenido en humedad. Las pruebas a realizar según la procedencia, ya que dependen del material

del que provienen. Las cenizas volantes podrán utilizarse en la precalcinación. Pueden presentar problemas de finura y composición química. La precalcinación se verá influida por la composición y humedad de las cenizas. Otra alternativa consistirá en quemar las cenizas volantes en un quemador auxiliar paralelo al principal. El inconveniente en este caso estará en los problemas derivados de su composición química en la zona de sinterización.

44..33 OOTTRROOSS PPOOSSIIBBLLEESS AAHHOORRRROOSS DDEE EENNEERRGGÍÍAA 4.3.1 Control Continúo del Consumo Específico de Combustible El análisis de gases en la chimenea es función de la composición del crudo y del combustible, del consumo específico del combustible y del exceso de aire. La composición del combustible y del crudo se pueden conocer perfectamente y en consecuencia una determinación de oxígeno y anhídrido carbónico en los gases de chimenea permite determinar exactamente el consumo de combustible y el exceso de aire existente en aquel momento. El conocimiento instantáneo tanto del exceso de aire como del consumo de fuel-oil permite cerrar las entradas de aire falso o corregir cualquier otra causa que origine el mayor gasto que se esté produciendo. 4.3.2 Aumento de la Capacidad Unitaria Para procesos idénticos, el consumo específico se reduce cuando la capacidad de producción aumenta. La disminución del consumo especifico queda reflejada en la Figura 4.

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Figura 4. Variación del consumo específico con la capacidad del horno.

El horno alimentará su capacidad cuando la alimentación esté muy descarbonatada ya que el condicionante que más limita su capacidad es la velocidad de los gases. Si la descarbonatación se realiza fuera del horno, las necesidades caloríficas en el mismo disminuirán y se reducirá el flujo de gases de combustión por tonelada de clínker. 4.3.3 Aprovechamiento de los Calores Residuales Los humos o productos de la combustión de un horno contienen una considerable energía, dado el gran nivel de temperatura al que tiene lugar la transformación endotérmica. Es lógico ahorrar costos recuperando parte de esta energía, bien en el mismo horno o en otras etapas del proceso donde se pueda utilizar. El objetivo es aumentar la eficacia energética global del horno o del proceso.

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Por otro lado, no todo el calor es recuperable, dependiendo principalmente de las temperaturas de salida y del contenido de azufre proveniente del combustible o de la carga del horno. El descenso de esta temperatura por debajo de ciertos valores, que podemos si-tuar entre los 150 y 200ºC, presenta ciertos problemas tales como la corrosión de las superficies metálicas por punto de rocío ácido de los humos, para combustibles que contengan azufre, como el fuel, el coque, neumáticos, etc. También conseguir una baja temperatura implica grandes superficies de transmisión de los intercambiadores, lo que podría resultar de difícil justificación económica y provocaría problemas de tiro en las chimeneas. Otros posibles para recuperar este calor además de las ya antes mencionadas en este documentos son: Ciclo orgánico de Rankine para producción de electricidad. Los costes de

inversión son elevados y se alcanzan periodos de retorno elevados, es necesario disponer de caudales de humos elevados.

Producción de vapor, agua sobrecalentada o aire caliente. Es interesante

siempre que éstos sean necesarios realmente: la inversión inicial de la recuperación no se justifica de no ser así.

4.3.4 Separador de Alta Eficiencia Este equipo, realiza una separación del clínker usualmente más eficiente que la empleada y puede ahorrar hasta un 16% la energía consumida actualmente y supone una mejora en el rendimiento de la separación de hasta un 25%. (Ver Figura 5). Físicamente el ahorro eléctrico obtenido se basa en una unificación de los componentes lo que minimiza el consumo al reducir las pérdidas de carga en los circuitos y poder hacer mas eficiente la separación. 4.3.5 Ciclo Orgánico de Rankine para Producción de Electricidad Esta tecnología utiliza los calores residuales procedentes del horno y de la torre de ciclones, en el caso de las industrias cementeras, para producir energía eléctrica. El sistema recupera parte de la energía contenida en las corrientes gaseosas procedentes del electrofiltro antes de ser evacuadas, cediendo esa energía al vaporizador del fluido orgánico que posteriormente pasa por la turbina para la pro-ducción de energía eléctrica. Para evitar problemas en los álabes de la turbina, estos deben de abandonarla en un estado previo a su condensación. Tras dejar la turbina el fluido térmico pasa por un condensador donde cambia de fase (vapor - líquido) mediante un enfriamiento. En este estado, su presión se eleva mediante

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una bomba, tras la cual, el fluido térmico pasa nuevamente por el vaporizador. El rendimiento global de la instalación de recuperación de calor para la producción de electricidad es del orden del 10-20% de la energía recuperada de los humos. El principal problema de este tipo de instalación es el elevado costo de la inversión, lo que acarrea periodos de retornos muy elevados. Hemos de considerar la reducción de las emisiones que se obtendrían como consecuencia de no tener que producir la energía eléctrica en una central térmica.

Figura 5. Separador de Alta Eficiencia.

Tomado del Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2004-2006 Andalucía.

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55.. AASSPPEECCTTOOSS AAMMBBIIEENNTTAALLEESS GGEENNEERRAALLEESS La industria del cemento es la responsable del 10% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono, el gas clave en el calentamiento global. La mayoría de las emisiones de dióxido de carbono durante la manufactura del cemento son causa de las altas temperaturas a las que debe ser sometido para poder acumular energía La cocción de clínker es la parte más importante del proceso en lo que respecta a los principales problemas medioambientales derivados de la fabricación de cemento: el consumo de energía y las emisiones atmosféricas. Los principales contaminantes que se emiten al medio ambiente son los óxidos de nitrógeno (NOx), el dióxido de azufre (SO2) y el polvo. Las técnicas de reducción de polvo llevan aplicándose más de 50 años y la reducción del SO2 es un problema específico de determinadas plantas, mientras que la reducción de NOx es una cuestión relativamente nueva en la industria cementera. Entre las medidas primarias generales tenemos: la optimización del control de procesos, el uso de modernos sistemas de alimentación gravimétrica de combustible sólido, la optimización de las conexiones de refrigeración y la aplicación de sistemas de gestión energética. Estas medidas suelen tener por objeto mejorar la calidad del clínker y reducir los costes de producción, pero también reducen el consumo de energía y las emisiones atmosféricas. Las mejores técnicas disponibles para reducir las emisiones de NOx son una combinación de medidas primarias generales, medidas primarias específicas para controlar este tipo de emisiones, sistemas de combustión escalonada y técnicas de reducción selectiva no catalítica. Las mejores técnicas disponibles para reducir las emisiones de SO2 combinan las medidas primarias generales con la adición de absorbentes para obtener niveles iniciales no superiores a 1.200 mg de SO2/m

3 y con depuradores de proceso húmedo o seco para obtener niveles iniciales superiores a éste. Los niveles de emisión asociados a la aplicación de estas técnicas se sitúan entre 200 y 400 mg de SO2/m

3 (Los niveles de emisión se expresan en promedios diarios y en condiciones estándar de 273 K, 101,3 kPa, 10% de oxígeno y gas seco). Las emisiones de SO2 que se generan en las fábricas de cemento vienen determinadas principalmente por la cantidad de azufre volátil que contienen las materias primas que se utilizan en sus hornos. Si las materias primas contienen poca o ninguna cantidad de este elemento, los niveles de emisión de SO2 serán muy inferiores al nivel citado sin necesidad de utilizar técnicas de reducción.

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Polvo de los Hornos de Cemento El polvo de los hornos, principal subproducto de la manufactura de cemento, también constituye una preocupación ambiental significativa, pues esos residuos pueden producir contaminación grave en el aire y las aguas subterráneas y superficiales.

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RREEFFEERREENNCCIIAASS BBIIBBLLIIOOGGRRÁÁFFIICCAASS

1. Técnicas de Conservación Energética en la Industria/Ahorro en Proceso. Tomo II. Editorial Centro de estudios de la energía. ISBN 84-7474-168-8

2. Diagnóstico Energético/Rama Cemento. Dirección de Energética,

Departamento de la Inspección Estatal Energética, Cuba. 2000. Disponible en Internet: http://www.energia.inf.cu/iee-mep/Document/Cemento.pdf.

3. Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2004-2006 en Andalucía/Subsector

Industria del Cemento, cal y yeso. Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía, S.A. España. Disponible en Internet: http://www.sodean.es/.

4. Impacto ambiental de la industria del cemento. Disponible en Internet:

http://es.wikipedia.org/. 5. Uso de la Electricidad en las Industrias del Acero, Cemento y Papel: Una

Perspectiva Internacional. Meyers, Stephen, De Buen, Odón, Universidad de California, 1993.

6. Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for Cement

Making. An ENERGY STAR Guide for Energy and Plant Managers. Worrell, Ernst, Galitsky, Christina. Universidad de California, 2004.

7. Cemento y Cal. Disponible en Internet: http://circa.europa.eu/ 8. Proceso de fabricación del cemento. Disponible en Internet:

www.ieca.es/fabcemento.php 9. Manufactura del Cemento Pórtland. Disponible en Internet:

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http://www.monografias.com/trabajos4/concreto/concreto.shtml

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Cement o