investigacion sobre el uso de combustibles alternativos en la industria cementera

UNIVERSIDAD DE CUENCAFACULTAD DE CIENCIAS QUMICASESCUELA DE INGENIERA QUMICABsqueda y aplicaciones de combustibles alternativos para la industria cementera"

investigacion sobre el uso de combustibles alternativos en la industria cementera

FACTIBILIDAD TCNCA DEL USO COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS EN LA INDUSTRIA CEMENTERA1. INTRODUCCION:La calcinacin de las materias primas para fabricar el clnker (elemento fundamental en la produccin del cemento) la cual se lleva a cabo al interior de hornos rotatorios, es el ncleo fundamental del proceso dentro de las plantas cementeras; el cual requiere de una gran cantidad de energa, suministrada por el combustible, que se inyecta al horno, y representa el mayor costo econmico en la fabricacin del cemento. Las altas temperaturas en los hornos y largos tiempos de residencia inherentes al proceso de fabricacin del cemento, suponen un alto potencial para la destruccin de compuestos orgnicos, lo que posibilita la utilizacin de una amplia variedad de combustibles, subproductos de otros procesos industriales o derivados de residuos, tanto lquidos (aceites usados, solventes, residuos de destilacin, etc.) como slidos (neumticos usados, residuos de madera, papel, cartn, plstico, lodos urbanos e industriales, etc.). Es por esto, que las plantas cementeras renen las condiciones necesarias para llevar a cabo una quema limpia de neumticos desechados y aprovechar as su alto contenido calrico en reemplazo del petrleo o carbn.Las caractersticas clave de la industria moderna del cemento son: Producto esencialEl cemento es el componente primordial del concreto, que a su vez es el segundo material ms consumido en el planeta. La industria del cemento es una de las industrias de uso ms intensivo de capital: el costo de una planta cementera nueva equivale a casi 3 tres aos de ingresos. Las plantas de cemento modernas tienen capacidad de produccin de ms de 1 milln de toneladas por ao. Una vez construidas, las instalaciones pueden durar 50 aos. Proceso de uso intensivo de energaRequiere el equivalente de 60 a 130 kilogramos de combustible y 110 kWh de electricidad para producir una tonelada de cemento. Baja intensidad de mano de obraLas plantas cementeras modernas son altamente automatizadas. Alrededor de 200 personas son suficientes para operar una planta grande. Producto homogneoEl cemento es un producto de consumo global, producido en miles de plantas locales. Hay slo unos cuantos tipos de cemento; y los productos de distintos productores, por lo general, se pueden sustituir unos por otros. Mezcla de empresas locales y globalesLa industria est consolidada globalmente. Sin embargo, las grandes empresas multinacionales slo representan menos de un tercio del mercado mundial.Muchas de las empresas ms pequeas siguen siendo propiedad de las familias fundadoras. Algunas industrias nacionales son, en gran parte, propiedad delEstado, como en China.

Un papel importante en el debate sobre el cambio climticoLa industria del cemento genera, a nivel mundial, 5% del CO2 antropognico global, uno de los principales gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climtico. Industria moderna en pases en desarrolloLas plantas ubicadas en pases en desarrollo, donde la industria sigue creciendo y desarrollando nuevas locaciones, pueden ser ms limpias y eficientes que las de pases desarrollados que fueron construidas hace 10, 20 o incluso 30 aos. Un producto pesado de bajo costoDebido a su peso, la distribucin de cemento mediante transportacin terrestre es costosa, y generalmente limitada a un rea aproximada de 300 km alrededor de la planta. Considerando los costos por tonelada, es ms barato cruzar el Ocano Atlntico con un cargamento de 35,000 ton. que transportar el cemento en camin a 300 km.(Fuente World Bussiness Council for Sustainable Development)

Figura 1. Produccion Mundial del Cemento 2010.

4.- RESUMENLa industria cementera en pases como Estados Unidos o Mxico ha adoptado la incineracin de diversos residuos, tanto lquidos como slidos, en sus hornos. Esta prctica ha recibido el visto bueno de las autoridades ambientales de diversos pases. La "valorizacin energtica", que podra servir tanto como alternativa ecolgica a la dependencia continua de combustibles fsiles, como mecanismo idneo para la eliminacin de una amplsima gama de residuos no biodegradables, en particular de neumticos desechados, puede convertirse en un negocio rentable tanto para proveedores como para las plantas cementeras.

Las principales barreras que han impedido generalizar la tcnica del uso de neumticos desechados en la industria cementera chilena son: primero, que para el caso en que se requiere el trozado previo de los neumticos, las ventajas en los costos son claramente marginales frente a los combustibles tradicionales (carbn, coque, petrleo, gas, fuel-oil); y segundo, el hecho de que no se tienen antecedentes de la fiabilidad y volumen de los suministros de neumticos desechados, lo cual trae consigo, un riesgo asociado, en trminos de la recuperacin de la inversin en las modificaciones que resultan necesarias de practicar al horno rotatorio.En diversos proyectos llevados a cabo, la industria cementera chilena ha demostrado estar particularmente preocupada por la disponibilidad de suministros continuos de neumticos en cantidades suficientes y a precios razonables. Por lo general las empresas de cemento no desean involucrarse en la recoleccin de neumticos, prefiriendo externalizar este servicio a un proveedor responsable de su recoleccin y entrega.

El presente estudio tiene por objetivo, determinar las posibilidades econmicas de aprovechar un nicho de mercado inexplorado hasta la fecha, como es la recoleccin y la entrega de neumticos desechados para abastecer a la industria cementera de un combustible alternativo de bajo costo, haciendo rentable, para un inversionista privado, invertir en una empresa de aseo industrial encargada de esta tarea. Cementos Bo Bo posee la ventaja comparativa frente a la competencia, de tener la capacidad de incinerar neumticos enteros, gracias a la cmara de combustin secundaria (comnmente llamada precalcinador) que posee en el horno de cemento de su planta Curic. Esto, sumado al inters manifiesto de la empresa en estudiar el tema, justifican la realizacin de un estudio de estas caractersticas.

Dado que las posibilidades reales de obtener ganancias a partir de la venta de neumticos desechados dependen del xito que tendra un proyecto de combustibles alternativo en la industria cementera, consumidor final de este insumo, se examinarn a su vez, las distintas aplicaciones tecnolgicas existentes en la actualidad para implementar esta tcnica en los hornos rotatorios de las plantas de cemento, junto a las condiciones y repercusiones, tanto medioambientales como econmicas, que traera consigo la implementacin de este singular e innovador proyecto de aprovechamiento energtico de residuos.

5.- CONTENIDO TERICOCombustible. Sustanciaquealarderproducecaloroenergaaprovechables,comoelcarbnolalea.(Fuete: Diccionario Manual de la Lengua Espaola Vox. 2007 Larousse Editorial, S.L.)

En la industria de cemento se utiliza como combustible principal el combustible slido, coque de petrleo, habiendo utilizado alternativamente, otros combustibles slidos como hullas de diferentes procedencias, nacionales e importadas. Combustibles lquidos. Actualmente se utiliza fuel-leo pesado, nicamente durante los perodos de calentamiento de los hornos. Combustibles alternativosCombustibles alternativos son aquellos que pueden sustituir total o parcialmente a los combustibles habituales: carbn, fuelleo, coque de petrleo o gas natural.

Todos estos productos pueden reciclarse como combustibles alternativos y valorizarse con total seguridad en los hornos de cemento, liberando a la comunidad de la necesidad de procesarlos y ayudando a limitar las emisiones de CO2. Adems, las temperaturas extremadamente altas que se alcanzan en los hornos de cemento permiten la total eliminacin de estos desechos sin generar residuo adicional alguno.Biomasa: residuos forestales, ganaderos o agrcolas: astillas, orujo de uva oaceituna, cscara de arroz o de caf, serrn, pias, etc. Se utilizan con frecuencia en el hogar auxiliar, generando gases calientes para secado de crudo. Cascarillas de arroz, Cscaras de nueces de palma, Residuos plsticos, etc.

Los poderes calorficos de diferentes combustibles.

CombustiblePoder calorfico (Kcal/Kg)

Estircol de vacuno4.054

Paja de trigo4.657

Madera seca4.793

Corteza de pino5.204

Carbn7.400

Neumticos (promedio)8.300

Petrleo10.409

Fuente: Marks, Manual del Ingeniero Mecnico

Residuos Urbanos.Biomasa: residuos industriales: combustibles sintticos, residuos de pinturas, plsticos recuperados, neumticos usados, etc. Los residuos provenientes de la industria del automvil: neumticos usados, goma y plstico de desechos y desguaces, se utilizan con mucha frecuencia.

Los neumticos de automvil se fabrican usando las siguientes materias primas:Caucho (45 - 48%)Negro de humo (22%), Hierro (15 - 25%)Textiles (0 - 5%)Aditivos que facilitan la combinacin y la vulcanizacin (5 - 8%),xido de cinc (1 - 2%)Azufre (1 %).

Los neumticos usados se pueden distribuir desde centros de recogida mediante camiones con remolque, y almacenarse parcialmente en las plantas de cemento. El embalado de la totalidad de los neumticos es una solucin eficiente para los costes de transporte y la reduccin del rea de almacenamiento, pero exige que el proveedor est equipado con prensa de embalado. El almacenamiento de grandes cantidades de neumticos enteros puede ser problemtico debido a la gran necesidad de espacio, mientras que los neumticos troceados tienen una densidad por unidad de volumen mayor, por lo que necesitan menos espacio de almacenamiento.

Ecuador desecha anualmente alrededor de 2,4 millones de neumticos, lo que equivale a 55.000 toneladas.(Fuente Diario el Tiempo)Fundamentalmente se emplean de la siguiente forma:

Semipulverizados o troceados muy finamente: pueden emplearse en el mechero principal del horno. Se han hecho pruebas y en algunos casos pueden proporcionar hasta un 50% del combustible necesario en el horno. Neumticos pequeos de automviles y plsticos sin trocear o poco troceados: introducindolos bien a la entrada del horno, bien en hogares auxiliares. En este caso hay que tener en consideracin la influencia que pudieran tener los cables de acero de los neumticos en la composicin del clnker. Normalmente se introducen en el tubo ascendente del pre calcinacin o en la culata del horno.

INCINERACION:La incineracin de las llantas es un proceso de tratamiento que consiste en la transformacin de los materiales combustibles en un producto gaseoso y un residuo slido relativamente inerte y libre de microorganismos, compuesto por escorias y cenizas, basndose en una combustin controlada, va oxidacin a altas temperaturas.El producto gaseoso que se genera en este tipo de proceso, est compuesto principalmente pos sustancias que se encuentran en la atmsfera como son: bixido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O).

HORNOS ROTATORIOS (FABRICACION DE CEMENTO)

El cemento se fabrica controlando el calentamiento de una mezcla triturada muy fina de material calcreo (por ejemplo roca caliza), material arcilloso (arcilla o esquisto) y material silicio (arena), hasta alcanzar aproximadamente los 1500-1600oC en un horno rotatorio. Estos materiales proporcionan los elementos bsicos necesarios en el cemento: calcio, silicio, hierro y aluminio. Las elevadas temperaturas provocan la descarbonizacin de la cal y las reaccines subsiguientes con el silicio para formar 14 silicatos de calcio. Las escorias de silicatos de calcio se trituran con yeso para producir cemento.

Los hornos rotatorios son hornos cilndricos, largos e inclinados a travs de los cuales pasan los ingredientes del cemento durante tiempos que van desde una a cuatro horas. Debido a su alta temperatura de operacin y al largo tiempo de residencia de los gases de combustin en la zona de quemado, los hornos de cemento tienen capacidad para utilizar de una forma segura una amplia variedad de combustibles derivados del petrleo, incluyendo llantas usadas, de modo que son un buen combustible auxiliar para los hornos de cemento que queman carbn o aceite.Las altas temperaturas operativas en el horno permiten la combustin total de las llantas usadas y la oxidacin total del acero que afecte negativamente la temperatura del horno.

La forma en que las llantas usadas pueden utilizarse como combustible derivado de las llantas, depende de la configuracin del horno. Las llantas usadas pueden tener un pretratamiento como la molienda para tener partculas muy pequeas llamadasmigajas o piezas de un tamao mayor entre 2x2 cm hasta 15x15 o pueden alimentar a los hornos enteras.Las llantas usadas proporcionan del 10 al 25 % del valor calorfico total del combustible; el consumo anual en una planta de tipo medio vara entre 2 y 3 millones de llantas usadas.

Residuos Urbanos, slidos y lquidos.

Ecuador genera cerca de 4,2 millones de toneladas de residuos, de los cuales un 25,2% de desechos inorgnicos tiene potencial reciclable, el 61,4 de desechos orgnicos y el 13,4 de desechos varios. (Fuente Ministerio del Ambiente 2014).

Una oportunidadpara los residuos

Porejemplo, con 5 envases de plsticose puede fabricar una camiseta;con 25 envases, tenemos un jersey.Ahora bien, no todo el plsticopuede reciclarse, ya sea porque seha reutilizado antes, porque estdemasiado sucio o porque esthecho con una combinacin dediferentes tipos de plsticos. Eneste ltimo caso, todava seguirteniendo una vida til, ya que esun excelente combustible limpio altener ms poder calorfico que elcarbn y el fuelleo y similar al delgas natural.As, mezclado con otros tipos dedesperdicios, tiene una importantelabor como combustible en elreciclado energtico. No deja de seruna estupenda fuente de energaalternativa y limpia en un contextode demanda energtica creciente yde cuidado del medio ambiente.

El reciclado energtico

La valorizacin o recicladoenergtico consiste en aprovechar elpoder calorfico de los residuos, esdecir, su capacidad de desprendercalor al quemarse para generarenerga elctrica.Los plsticos tienenun elevado poderenergtico, similaral del gas naturaly mayor que el delfuelleo y el carbn.Con el reciclado de 2toneladas de plsticose ahorra 1 toneladade petrleo bruto y segenera menos CO2.Este recicladoreduce en un 90% losresiduos a depositaren un vertedero.La industria qumicaest realizando unesfuerzo en mejorar sueficiencia energticay la huella de carbonode sus productos

La industria de cemento, elimina combustibles industriales como el petrleo usado o disolventes, que resultan de la produccin del cemento, para cubrir gran parte de sus propias necesidades energticas.

Fuente: ITENE 2013

Fuente: ITENE 2013.

CONCLUSIONES: Laprincipalventajaeslareduccindecostosque resultade la utilizacindeestafuentedeenerga.Enelcasodeuna planta cementera,esteahorro es importante,yaqueenstas,entreun 35 y45%delcostoestrelacionadoconlaenerga.Porotrolado,elusodeestetipodecombustible,enlacualsereemplazapartedelcombustibleporneumticos,o son usadosestoscomofuentenicadeenerga,tienelaventajadequeelacerodelos neumticosesfundidodurantelaquemaypasaaformarpartedelclnkermejorandolas propiedadesdeste. Los neumticos usadoscomocombustible,yasean completos o previamente trozados o chipeados,tienenuncontenidodehumedadinsignificante,generalmentedemenosdel2%.Losneumticoscontienenmenossulfuros queotroscombustibles, elementos queenlacombustinson oxidados yliberados al aire como agente contaminador.

El impacto de las plantas cementeras modernas sobre la calidad del aire es sustancialmente menor que el nivel de significacin medioambiental. Esto sigue siendo cierto cuando se usan combustibles alternativos. El uso de combustibles alternativos preserva combustibles primarios. Anlisis de ciclo de vida han demostrado que una utilizacin selectiva de combustibles derivados de residuos reduce las emisiones de CO2 a la atmsfera.

BIBLIOGRAFIA: http://www.betalabservices.com/aliapur-research/ https://www.academia.edu/UploadPapers# http://www.explored.com.ec/noticias-ecuador/ecuador-83-de-los-hogares-no-recicla-sus-desechos-581405.html https://www.google.com.ec/search?q=poder+calorifico+de+plasticos&es_sm=93&biw=1280&bih=639&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=kIm5VMC6Go2XyATFx4LADw&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgdii=_&imgrc=54UsQNqquAGobM%253A%3BvTUCR7FA34HQsM%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.bvsde.ops-oms.org%252Feswww%252Fproyecto%252Frepidisc%252Fpublica%252Fhdt%252Fhdt17%252FHdt17_04.gif%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.bvsde.ops-oms.org%252Feswww%252Fproyecto%252Frepidisc%252Fpublica%252Fhdt%252Fhdt017.html%3B701%3B350 http://www.ingenieroambiental.com/?pagina=890 www.dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/.../6/CAPITULO%20I.pdf file:///C:/Users/Tesystem8.1/Downloads/Llantas_de_desecho__fuente_de_energia_alterna-libre.pdf http://catcemexsost.webs.upv.es/wp-content/uploads/Presentaci%C3%B3n-Beatriz-Ferreira_C%C3%A1tedra-CEMEX.pdf http://www.thermoselect.com/index.cfm?fuseaction=Verfahrensbeschreibung&m=2