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PROCESOS INDUSTRIALES I

industria del cemento

Ing. Hernán Parra Osorio

Cemento - Definición

En ingeniería civil y construcción se denomina cemento a un aglutinante o conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava más árido fino o arena) y agua.

Crea una mezcla uniforme, manejable y plástica capaz de fraguar y endurecer al reaccionar con el agua y adquiriendo por ello consistencia pétrea, conocida como hormigón o concreto.

Cemento - Historia

Hacia el año 700 AC los etruscos utilizan mezclas de puzolana y cal para hacer un

mortero.

Ya en el año 100 antes J.C. los romanos utilizaban mezclas de puzolana y cal para

hacer hormigón.

Hasta el año 1750 sólo se utilizan los morteros de cal y materiales puzolánicos

(tierra de diatomeas, harina de ladrillos etc.).

Hacia 1750-1800 se investigan mezclas calcinadas de arcilla y caliza.

Cemento - Historia

En 1756, el ingeniero británico John Smeaton llegó a la conclusión de que los mejores cementos hidráulicos eran los

fabricados a base de roca blanda impura, en lugar de la caliza dura pura preferida con

anterioridad.

En 1824, el también británico Joseph Aspdin observó que la escoria dura, clínica o clinker

molida y mezclada con agua, producía un cemento de mejor calidad.

El mortero fraguado a base de cemento, arena y agua presentaba características

similares a la piedra natural extraída de las canteras de la isla de Portland, en el Reino Unido, por lo que le dio tal denominación.

Joseph Aspdin

En 1824, se patento el cemento artificial elaborado por medio de la

calcinación de una piedra caliza arcillosa. A tal producto se le denomino “cemento Pórtland.

Cemento Pórtland

Es el producto pulverizado de la escoria dura como resultado de la calcinación de la mezcla de arcilla, piedra caliza o metales semejantes.

Cemento - Historia

Cemento - Concreto

El concreto es el producto resultante de la mezcla de un aglomerante (generalmente

cemento, arena, grava o piedra chancada y agua) que al fraguar y

endurecer adquiere una resistencia similar a la de las mejores piedras

naturales.

Es la piedra artificial de la mezcla cuidadosamente controlada de cemento, agua, agregado fino y

grueso.

Cemento - Concreto

Las mezclas de hormigón se especifican en forma de

relación entre los volúmenes de cemento, arena y piedra utilizados. Por ejemplo, una

mezcla 1:2:3

Estas relaciones varían de 1:2:3 a 1:2:4 y 1:3:5.

La cantidad de agua que se añade a estas mezclas es de 1

a 1,5 veces el volumen de cemento.

Cemento - Concreto

cemento

Reacciones de fraguado y endurecimiento

Hidratación y Hidrólisis

- Es la reacción química entre las partículas de cemento y el agua.

- Muchas reacciones químicas ocurren ya que el cemento tiene muchos

compuestos químicos.

- Los aluminatos se hidratan mas rápido que los silicatos.

-La reacción del aluminato tricalcico con el agua es inmediato y libera

mucho calor.

Concreto - Composición

Los componentes principales del hormigón son pasta de cemento

Portland, arena, grava, agua y aire, que puede entrar de forma natural.

Agua de mezcla

Aunque para preparar el concreto se puede utilizar cualquier tipo de agua

potable, el exceder los constituyentes de agua puede afectar el tiempo del

fraguado y la resistencia.

Concreto – ComposiciónAire incorporado

El propósito principal del aire incorporado es el de mejorar la trabajabilidad del concreto y aumentar su resistencia a los ciclos de congelamiento -

descongelamiento.

El aire incorporado es la adición deliberada de burbujas de aire, pueden estar entre 3% y 9% en volumen de la mezcla.

Concreto - Composición

Agregados

Estos normalmente constituyen el 60-70% del volumen total del concreto y pueden ser arena fina, arena gruesa,

grava, piedra canchada.

Las variables del agregado son el tamaño, la forma, la porosidad, la

gravedad específica, la absorción de la humedad, la resistencia a la

abrasión y la estabilidad química.

Concreto - ComposiciónOtras adiciones (aditivos)

Se pueden agregar otros agentes al concreto aparte de los ya mencionados como:

1. - Los aceleradores disminuyen el tiempo de fraguado lo cual es necesario a bajas temperaturas. El cloruro de calcio es el más común.

2. - Los retardores aumentan el tiempo de fraguado necesario en un clima muy caliente.

3. - Los reductores de agua (plastificante) suministran una buena trabajabilidad para una buena relación agua-cemento. Un ejemplo es lignosulfato (subproducto de la pulpa de madera).

4.- Las puzzolanas reaccionan con la cal ( Ca(OH)2) se liberan durante el fraguado. La ceniza pulverizada del carbón quemado es la puzzolana común.

5.- Los superplantificantes aumentan la

trabajabilidad o fluidez de la mezcla del concreto.

Resistencia a la compresión

La resistencia a la compresión aumenta significativamente con la baja relación agua-

cemento.

Con el arrastre de aire disminuye la resistencia a la

compresión para una relación agua-cemento determinada, su uso podría cuestionarse.

Sin embargo, la retención de aire hace que el concreto sea

más durable.

Cemento – Propiedades del concreto

BRIQUETAS DE CONCRETO

Humedad

La reducción o remoción de la humedad superficial disminuirá o frenará

totalmente la reacción de hidratación.

Si se interrumpe el curado húmedo y se deja la

exposición al aire seco, frena completamente el curado.

Es interesante observar que si se restablece el curado con el

aire húmedo, la resistencia aumentará.


Temperatura

El tipo correcto de pasta de cemento, la relación de agua-cemento y el tratamiento para obtener una resistencia óptima variará dependiendo de la temperatura ambiente.


Contracción

La contracción se puede presentar en dos etapas.

En la primera etapa, ocurre cuando el concreto está en estado plástico.

Esta etapa es dependiente del agua, del tiempo y de temperatura.

La segunda etapa de contracción ocurre después del endurecimiento

inicial de la pasta. Se debe a una hidratación adicional y a un

enfriamiento de la masa.


Resistencia a la abrasión y durabilidad

La abrasión se vuelve muy importante en las carreteras, en los pisos de concreto y los vertedores de las represas.

Como es de esperarse, un concreto más fuerte tiene

mejor resistencia al desgaste.

Sin embargo, existen otros agentes que tienen un efecto

sobre la durabilidad del concreto. Por ejemplo, algunos

suelos tienen un alto contenido de sulfato debido a

la reacción química de este con los componentes del cemento.


Transporte del concreto

CEMENTO EN EL PERU

CARIBE1%

CEMEX1%

C SUR2%

CC.INCA1%

C YURA14%

C. LIMA43%

C. ANDINO17%

C. PACASM.19%

C. SELVA2%

C. LIMA C. ANDINO C. PACASM. C. SELVA C YURA C SUR CC.INCA CEMEX CARIBE

VENTAS EN MERCADO NACIONAL 2009

CEMENTO EN EL PERU

Industria del cemento - Tipos de cementos PortlandTipo I

Son cementos Portland regulares y se utilizan como productos para la construcción general.

Industria del cemento - Tipos de cementos PortlandTipo II

Son cementos Portland que fraguan a un calor moderado y son resistentes a los sulfatos ,se emplean donde se requiere un calor moderado de hidratación o para

construcción en general con concreto expuesto a la acción moderada de los sulfatos.

Industria del cemento - Tipos de cementos PortlandTipo III

Son cementos de alta resistencia rápida (ARR) , generalmente tienen una molienda mas fina para causar un endurecimiento mas rápido y una evolución de calor mas veloz.

Industria del cemento - Tipos de cementos PortlandTipo IV

Son cementos Portand de bajo calor de fragua

Industria del cemento - Tipos de cementos PortlandTipo V

Son cementos Portland resistentes a los sulfatos , por su composición y su procesamiento resisten a los sulfatos mejor que los cuatro tipos de cementos.

Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la región del

Lazio y la Campania.

Su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio.

Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares.

Existen cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.

Cemento puzolanico

La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo

precio.

Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:

55-70% de clinker Portland

30-45% de puzolana

2-4% de yeso

Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), el cemento

puzolánico será más resistente al ataque de éstas.

Este cemento es por lo tanto adecuado para ser usado en climas

particularmente calurosos o para coladas de grandes dimensiones.

Cemento puzolanico

Industria del cemento

Materia prima básica

Productos ricos en calcio ( rocas calcareas) : caliza.

Productos ricos en sílice ( rocas arcillosas) : arcilla.

Productos auxiliares : reguladores en tiempo de fragua : yeso ( 15%)

Industria del cemento

CaO = C

SiO2 = S

Al2O3 = A

Fe2O3 = F

MgO = M

SO3 = S

Na2O = N

K2O = K

CO2 = C

H2O = H

Nomenclatura

Fórmula Nombre Abrev.

2CaO.SiO2 Silicato dicálcico C2S

3CaO.SiO2 Silicato Tricálcico C3S

3CaO.Al2O3 Aluminato Tricálcico C3A

4CaO. Al2O3. Fe2O3 Alumninoferrito tetracálcico

C4AF

MgO Óxido de magnesio al estado libre

M

COMPOSICIÓN DE LA ESCORIA

Temperatura

°C

Reacción Cambio de calor

100 Evaporación del agua libre Endotérmica

500 y más Evolución del agua combinada del arcilla Endotérmica

900 y más Cristalización de los productos amorfos de la deshidratación del arcilla

Exotérmica

900 y más Evolución de dióxido de carbono del carbonato de calcio

Endotérmica

900 1200 Reacción principal entre la cal y la arcilla Exotérmica

1250 1280 Comienzo de la formación de líquido Endotérmica

1280 y más Más formación de líquido y terminación de la formación de compuestos de

cemento

Probablemente exotérmica al

hacer el balance

REACCIONES DURANTE LA FORMACIÓN DE LA ESCORIA

C3S C2S C3A C4AF

Tipo I 52 19 10 7

Tipo II 51 24 6 11

Tipo III 58 19 10 7

Tipo IV 28 49 4 12

Tipo V 38 40 2 15

COMPOSICIÓN DE CEMENTOS TÍPICOS (%)

DÍAS

Compuestos 3 7 28 90 365

C4AF 290 495 495 416 377

C3A 888 1557 1378 1302 1168

C2S 50 42 105 176 222

C3S 243 222 377 435 490

CALOR DE HIDRATACIÓN (Joules)

C3A C3S C4AF C2S

FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DEL CEMENTO

PROCESO DE PRODUCCION DEL CEMENTO


CANTERA DE CALIZA

VOLADURA DE MINERAL


CARGADOR


PROCESO DE CARGA DE MATERIAL


PROCESO DE TRASPORTE DE MATERIAL


DESCARGA DE MATERIAL ESTERIL


DESCARGA DE MATERIAL A LOS TRITURADORES


Triturador giratorio con suspensión de araña

Triturador de cono


SUSPENSIÓN DEL TRITURADOR


CHANCADORAS


A) Banda plana sobre rodillos planos.

B) Banda plana sobre placa continua.

C) Banda cóncava sobre rodillos intermedios de 20º.

D) Banda cóncava sobre soportes de 45º con rodillos de longitudes desiguales.

E) Banda cóncava sobre soportes de 45º con rodillos de la misma longitud.

F) Banda cóncava sobre placa continua.

PROCESO DE PRODUCCION DEL CEMENTO Soportes de placas de trasporte de banda

Línea de fajas


Elevación de sólidos - cangilones


A) Descarga sobre polea final para la formación cónica.

B) Descarga sobre polea final con distribución longitudinal mediante un trasportador corto reversible.

C) Descarga mediante un basculador deslizante con descarga a todo el recorrido.

D) Descarga mediante basculadores fijos , con transportador transversal a uno de los dos lados de la banda.

E) Transportadores múltiples con vertederos fijos.

F) Descargas por aperturas con bisagras en lugares fijos.

PROCESO DE PRODUCCION DEL CEMENTO Descarga de trasportadores de banda

APILAMIENTO DE LA CALIZA

Triturador de martilloTriturador de rodillo


Triturador de doble jaulaTriturador de impacto


chancadoras

Chancadoras de martillo


Transporte de materia prima triturada


HOMOGENIZADOR

APILADO DE LA CALIZA

HOMOGENIZADOR

ALMACENAMIENTO DE CALIZA PARA LA

ENTRADA AL HORNO

Separador ciclónico.


Torre de precalentamiento

Horno rotatorio



Acopio de combustible de carbón

HORNO ROTATORIO


Horno rotatorio de corriente paralela

Diferentes configuraciones de aspas


Horno rotatorio a contracorriente y de calor directo


INGRESO DEL MATERIAL AL HORNO

ROTATORIO

HORNO ROTATORIO

Horno rotatorio

Cooler

horno


HORNO ROTATORIO

PROCESO DE PRODUCCION DEL

CEMENTO

ZONA DE ENFRIAMIENTO DEL CLINCKER

CLINCKEREnfriamiento del cemento


Molino de bolas


Molino continuo de bolas tipo rejilla.


Sistema de carga y descarga de un molino de

bolas

Tipos de revestimiento de un molino de bolas


Trituradores


TRITURADORES


Mezcadores de cemento + yeso(sulfato de calcio)


VIC (vertical impact crusher)


MOLINO DE RODILLOS


TRANSPORTE DE CEMENTO POR FAJAS

Tolvas de flujo de masa. Tolvas de flujo de embudo.


Alimentador de tornillo helicoidal con paso variable.

Alimentador vibratorio . La distancia entre la paila

alimentadora y la tolva se incrementa en la dirección de la

alimentación.


Tipos de tolvas de flujo de masa


Alimentador de estrella con gusano recolector uniforme.


Silos de cemento


ALMACENAMIENTO DE CEMENTO

ENSACADORAS ROTATIVAS MEDIANTE UN SISTEMA ENSACADORAS ROTATIVAS MEDIANTE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE ALIMENTACIÓN DE BOLSAS.AUTOMÁTICO DE ALIMENTACIÓN DE BOLSAS.


LLENADO DE BOLSAS

TRANSPORTE DE BOLSAS

CONTROL DE PESO DE BOLSAS

CONTROL DE CANTIDAD DE BOLSAS

FAJA DE TRANSPORTE A DESPACHO DE BOLSAS DE CEMENTO

PROCESO DE PRODUCCION DEL

CEMENTO

TRANSPORTE DE BOLSAS DE CEMENTO

DESPACHO A GRANEL

TRANSPORTE A GRANEL DE CEMENTO

TRANSPORTE A GRANEL POR FAJAS A MUELLE

Sistema de control – SCADA

PROTEGIENDO EL AMBIENTE

FILTROS DE MANGA O BOLSAS

Estos equipos constan de uno o más compartimientos que tiene en su interior una serie de bolsas de tela tubulares, suspendidas verticalmente, a través de los cuales pasa el

aire con polvo y partículas, quedando estas atrapadas en los poros de la tela.

FILTROS ELECTROESTÁTICOS

En este sistema colector, los gases cargados de polvo y partículas atraviesan un campo electroestático. Al pasar por este campo, las partículas adquieren carga eléctrica y son

impulsadas hasta un sistema de placas colgantes cargadas positivamente donde se adhieren entre si a las placas

FILTROS DE MANGA O BOLSAS


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