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PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTO
Trabajo
JOHN ALEXANDER PACHÓN MORALES
COD: 244692
ANDREA ESPERANZA PERICO GARCÍA
COD: 244674
BALANCE DE MATERIA
UNIVESIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE BOGOTÁ
2009
PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTO
Trabajo
Presentado por:
JOHN ALEXANDER PACHÓN MORALES
COD: 244692
ANDREA ESPERANZA PERICO GARCÍA
COD: 244674
BALANCE DE MATERIA
Presentado a:
ALIS YOVANA PATAQUIVA MATEUS
INGENIERA QUÍMICA
UNIVESIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE BOGOTÁ
2009
INTRODUCCIÓN
La química y en particular la ingeniería química es una de las ramas del conocimiento con mayor aplicabilidad
en nuestro contexto, y de las cuales necesitamos cada día para realizar actividades tan comunes como
alimentarnos o transportarnos; así mismo, la ingeniería química desempeña un papel fundamental en el
diseño, manutención, evaluación, optimización, simulación, planificación, construcción y operación de plantas
en la industria de procesos.
Con la realización de éste trabajo se propende por ejemplificar y describir uno de estos procesos: la
producción industrial de cemento, cuya aplicación es indispensable para sectores como la construcción a
grande, mediana y pequeña escala, y que como operación industrial involucra series de procesos inherentes a
la ingeniería química, también llamados operaciones unitarias, tales como mezclado, trituración, cocción, entre
otros.
De igual manera, dentro de estos procedimientos se ejemplifican operaciones que necesitan un balance de
materia que son de especial estudio para los ingenieros químicos y que como tales deben ser analizadas y
descritas adecuadamente.
OBJETIVOS
GENERAL
Dar a conocer los procesos utilizados en la fabricación de cemento y los medios necesarios para llevarlos a
cabo.
ESPECÍFICOS
Mostrar la importancia del balance de materia en cualquier proceso unitario.
Manifestar el valor de la Ingeniería Química como rama importante en todo tipo de proceso
industrial de transformación fisicoquímico.
Describir y plantear los procesos conjuntos que son de importancia en la fabricación industrial de
cemento.
PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTO
El cemento se fabrica a partir de una mezcla de clinker y yeso que actúa como controlador de fraguado.
Además se le pueden añadir otro tipo de adiciones activas como cenizas volantes, escorias de alto horno,
caliza, humo de sílice o puzolanas. El proceso de fabricación consta de:
1. OBTENCIÓN DE MATERIAS PRIMAS
Se realiza la extracción de materias primas que se encuentran en yacimientos, normalmente canteras a cielo
abierto, generalmente encontradas en las proximidades de la fábrica. Las canteras se explotan mediante
voladuras controladas, en el caso de materiales duros como calizas y pizarras, mientras que en el caso de
materiales blandos como arcillas y margas se utilizan excavadoras para su extracción.
Las materias primas para la fabricación de clinker son dos principalmente:
• Un aporte de carbonato: generalmente calizas o margas. Son las encargadas de aportar el CaO que luego
reaccionará en el horno para formar los silicatos que son los componentes realmente activos en el clinker.
• Un aporte de fundentes: generalmente arcillas o pizarras. Son las encargadas de aportar los óxidos que
funcionan como fundentes y que contribuyen a la formación de fase líquida en el horno facilitando las
reacciones.
2. PREPARACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS
Una vez extraído y clasificado el material, se procede a su trituración hasta obtener una granulometría
adecuada (tamaño aproximado: una pulgada, 20 a 25 mm) para el producto de molienda. Posteriormente se
seca, si es necesario y se traslada a la fábrica mediante cintas transportadoras o camiones para su
almacenamiento en el parque de prehomogeneización.
Uno de los factores más importantes en la fabricación del clinker es la alimentación del horno con un material
de composición homogénea. Para conseguir esto el material sufre un proceso de prehomogeneización en
unas grandes pilas formadas por capas uniformes que luego se cortan en sentido transversal para ser
seleccionadas de forma controlada. La prehomogeneización permite preparar la dosificación adecuada de los
distintos componentes reduciendo la variabilidad, ya que la materia prima para la fabricación del clinker, debe
tener un porcentaje determinado de cada uno de los óxidos y a veces es necesario aportar adiciones
correctoras de la composición (ferrita, magnetita, alúmina, sílice, caliza, etc.).
3. MOLIENDA DE CRUDO
Los materiales son llevados a un molino crudo que puede ser vertical o de bolas para reducir su tamaño y
favorecer así su cocción en el horno. En el caso de un molino vertical, se tritura el material a través de la
presión que ejercen sus rodillos sobre una mesa giratoria. Mientras que en el segundo caso, un molino de
bolas consiste en cilindros de acero revestidos interiormente de placas muy resistentes al desgaste llenos de
bolas de fundición; el cilindro gira y las bolas golpean el material a moler.
En función de cómo se procesa el material antes de su entrada en el horno de clínker, se distinguen cuatro
tipos de procesos de fabricación: vía seca, vía semi-seca, vía semi-húmeda o vía húmeda. En la actualidad, la
mayoría de las cementeras utilizan la vía seca.
De los molinos se obtiene un material muy fino, conocido como harina cruda, en proceso vía seca y pasta
cruda en procesos vía húmeda. La harina o crudo se almacena en silos dotados de un sistema de
homogeneización neumática para incrementar la uniformidad de la mezcla.
MOLINOS VERTICALES
4. COCCIÓN EN EL HORNO
La alimentación al horno se realiza a través del precalentador de ciclones (intercambiador de calor compuesto
por ciclones), que calienta la materia prima para facilitar su cocción. La harina o crudo se introduce por la
parte superior de la torre y va descendiendo por ella. Mientras tanto, los gases provenientes del horno, que
están a altas temperaturas, ascienden a contracorriente, precalentando así el crudo que alcanza los 800°C
antes de entrar al horno.
Se puede realizar en hornos rotatorios inclinados que son cilindros de acero revestidos interiormente con
materiales refractarios. A medida que la harina va avanzando en el interior del horno, mientras éste rota, el
material sufre una serie de reacciones a altas temperaturas (1500ºC) para formar los componentes básicos
del clinker que le van a conferir sus propiedades (C3S, C2S, C3A y C4AF), nódulos entre 5 y 25 mm . Para
alcanzar las temperaturas necesarias para la cocción de las materias primas y la producción del clínker, el
horno cuenta con una llama principal que arde a 2000°C. En algunos casos, también hay una llama
secundaria situada en la cámara de combustión en la torre del precalentador. Estas llamas se alimentan con
combustibles tradicionales, como el carbón o el coque de petróleo, o alternativos como los residuos
industriales (aceites, disolventes, neumáticos) o los lodos de depuradora, entre otros, valorizándolos y
evitando los posibles daños al medio ambiente que su almacenamiento provoca.
El clinker, a la salida del horno, debe sufrir un rápido enfriamiento con el fin de que no se reviertan las
reacciones que acaban de producirse. Éste se introduce en el enfriador, que inyecta aire frío del exterior para
reducir su temperatura de los 1500°C a los 100°C. El aire caliente generado en este dispositivo se introduce
nuevamente en el horno para favorecer la combustión, mejorando así la eficiencia energética del proceso.
Dependiendo de las necesidades de producción el clinker puede pasar al molino o bien almacenarse en el silo
de clinker.
MOLINO DE BOLAS
PRECALENTADOR DE CICLONES
HORNO
5. MOLIENDA DE CEMENTO: (CLINKER + ADICIONES)
En esta etapa el clinker se mezcla con el regulador de fraguado (yeso, sulfato cálcico dihidratado, un 3% a
5%) y con las posibles adiciones en proporciones adecuadas, luego se introduce en los molinos que pueden
ser de rodillos (horizontales y verticales) y de bolas. En su interior los materiales se muelen, se mezclan y se
homogeneízan. Se debe controlar la temperatura para no alcanzar los 70°C y se produzca hemihidratado que
conduce a un falso fraguado. Una vez alcanzada la finura deseada, el producto que se obtiene finalmente es
el cemento.
Las distintas calidades del cemento se obtienen con la adición de materiales como escorias de alto horno,
humo de sílice, puzolanas naturales, cenizas volantes y caliza, que le permiten alcanzar determinadas
características para su uso que establecen en la reglamentación vigente.
ENFRIADOR
6. ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN
El cemento se almacena bien en locales cerrados, ventilados y aislados de la humedad o también en distintos
silos (según su tipo) donde, protegido de las condiciones medioambientales, espera a ser ensacado (sacos de
21.25 Kg y 42.5 Kg) o bien a ser expedido directamente en forma de granel. Se descarga en un camión
cisterna para su transporte por carretera o ferrocarril.
PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CEMENTO HOLCIM (COLOMBIA)
PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CEMENTO
CONCLUSIONES
Se adquirió un modelo de los procesos utilizados en la elaboración del cemento, en qué consisten y
los medios y maquinaria utilizados para éstos.
El balance de materia es muy importante en estos casos para lograr una mayor eficiencia en el
procedimiento, ya que es necesario tener exactitud en cuanto a cantidades de materiales añadidos
para que el cemento tome las características deseadas, de acuerdo a las proporciones de cada
material utilizado durante el proceso, y del control de ciertas variables de proceso como los flujos, la
temperatura y la presión.
La ingeniería química desde su plan de estudios brinda importantes herramientas para la descripción
y optimización de éstos procesos, lo que conlleva a una mayor durabilidad y competitividad de los
productos deseados.
BIBLIOGRAFÍA
MATERIALES PARA HORMIGÓN: Autora: Yaneth Torres. Profesora Universidad Nacional.
http://www.holcim.es/ESP/ES/id/45047/mod/gnm20/page/editorial.html
www.unet.edu.ve/~apuello/cemex/PFCEM.doc
http://www.ieca.es/reportajeT.asp?id_rep=6
http://www.holcim.com/CO/COL/id/1610654900/mod/4_2_2/page/editorial.html
http://www.youtube.com/watch?v=T03LF0-KEuc&feature=rec-HM-fresh+div
http://images.google.com.co/imgres?imgurl=http://img208.imageshack.us/img208/700/
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