Estudio de combustibles alternativos para la producción de cemento en la Industria de Cemento "Siguaney"

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(1)Resumen. Facultad de Ingeniería Mecánica Departamento de Energía. TRABAJO DE DIPLOMA. Título: Estudio de combustibles alternativos para la producción de cemento en la Industria de Cemento “Siguaney”.. Autores: Yaikel Corrales Rodríguez.. Tutores: Dr. Tirso Reyes Carvajal Ing. Saúl Rodríguez Pérez. Curso 2009-2010.

(2) Resumen. RESUMEN En el presente trabajo se abordan las fuentes renovables de energías como posible alternativas para el funcionamiento de los hornos de cemento que funcionan a partir del uso de hidrocarburos con un alto costo y son los mayores consumidores en este proceso. El objetivo principal es comprobar que los combustibles alternativos y los residuos se pueden usar en el proceso de fabricación de cemento, la mayoría de estos combustibles no presenta problemas ambientales graves y brinda una disposición final de residuos peligrosos y no peligrosos..

(3) Summary. SUMMARY The present work the renewable sources of energy like possible alternatives are approached for the operation of the cement ovens that you /they work starting from the use of hydrocarbons with a high cost and they are the biggest consumers in this process. The main objective is to check that the alternative fuels and the residuals can be used in the process of cement production, most of these fuels don't present serious environmental problems and it offers a final disposition of dangerous and not dangerous residual..

(4) Índice. ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1 CAPÍTULO 1: ESTUDIO DE LOS DIFERENTES COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS............................................................................................................. 9 1.1- Introducción ......................................................................................................... 9 1.2- Fuentes de energía................................................................................................ 9 1.3-Potencial energético en Cuba(Abdalla et al., 2008) ............................................... 13 1.3.1-Combustible: Reservas y Recursos (Abdalla et al., 2008) .............................. 14 1.3.2-Combustibles convencionales.......................................................................... 15 1.4-Combustibles Alternativos ..................................................................................... 16 1.5-Combustibles de la industria del cemento .............................................................. 19 1.6-Conclusiones parciales ........................................................................................... 30 CAPÍTULO 2: MATERIALES Y MÉTODOS............................................................ 31 2.1-Introducción............................................................................................................ 31 2.2-Grupos de bombeo.................................................................................................. 35 2.3-Estación de calentamiento ...................................................................................... 35 2.3.1-Estación precalentadora de combustible ........................................................ 38 2.4- Algunos de Combustible Alternativo a utilizar en los hornos de clínquer de la Industria de Cemento “Siguaney”................................................................................. 40 2.4.1- Gases Refrigerante y CFCs en hornos rotatorios de cemento. ...................... 40 2.4.2-Mosto de Tuinucú ............................................................................................ 42 2.4.3-Aceites usados.................................................................................................. 42 2.5-Conclusiones parciales ........................................................................................... 44 CAPÍTULO 3: ESTUDIO DE LAS ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS................ 45 3.1- Introducción........................................................................................................... 45 3.2- Principios básicos para la destrucción de los CFCs en hornos rotatorios de cemento. ........................................................................................................................ 46 3.2.1-Costos de inversión.......................................................................................... 47 3.3-Alternativa de Combustible Alternativo: Mosto de Tuinucú ................................. 50 3.3.1-Balance económico.......................................................................................... 52 3.3.2-Análisis de los resultados:............................................................................... 55 3.4- Conclusiones Parciales: ......................................................................................... 56 CONCLUSIONES GENERALES................................................................................. 57 RECOMENDACIONES ................................................................................................ 58 BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................. 59 ANEXO # 1: Relación de materiales usados como aditivos en la fabricación de cemento. Anexo # 2: Poder Calorífico de los combustibles alternativos más utilizados (Kcal/Kg.)..

(5) Índice Anexo # 3: Relación de combustibles alternativos permitidos en plantas cementeras en los estados miembros de la Unión Europea. % CA: fracción de combustible alternativo en porcentaje másico. MP: metales pesados Anexo # 4: Diagrama de mezclas complejas de cenizas de carbón y combustibles de sustitución Anexo # 5: Cálculo de los Ahorros. Anexo # 6: Cálculo de la Depreciación. Anexo # 7: Estado de Resultado en MCUC. Anexo # 8: Estado de Resultado en Miles de Moneda Total. Anexo # 9: Costos de Operación y Mantenimiento Anexo # 10: Flujo de Caja del Proyecto en MCUC. Anexo # 11: Flujo de Caja del Proyecto en Moneda Total. (MCUP).

(6) Introducción INTRODUCCIÓN A medida que ha pasado el tiempo, el ser humano ha ido dependiendo cada vez más de los recursos energéticos. Para el hombre moderno, es impensable la vida sin iluminación, calefacción, refrigeración, transporte. Esta dependencia energética, se ha convertido en un exceso, específicamente de combustibles fósiles, y sabemos que éstos son recursos no renovables. La humanidad se enfrenta a una crisis energética mundial, y debemos comenzar a buscar soluciones para ponerlas en acción, antes que se agoten los combustibles fósiles y el tiempo, por supuesto. ¿Alcanza sólo con producir más energía, o es necesario replantear el modelo de desarrollo actual de la sociedad? ¿Existen alternativas realmente viables (desde el punto de vista económico y ambiental) para la transición hacia otras formas de energía? ¿Qué cambios tendrá el modo de vida del ser humano si este problema no se resuelve? ¿Se educa a la población para el uso racional de los recursos no renovables? El tiempo se está acabando y encontrar soluciones no es una simple tarea. Sin embargo, plantear las causas, evaluar cada aspecto y mantener una mirada estratégica nos ayudará a salir de la crisis. La sociedad mundial en una sociedad de consumo, que utiliza sus recursos para su mejor confortabilidad y cuanto más consume, mejor. La visible mejora en la calidad de vida de los países industrializados, mayores consumistas, hace que los países en vías de desarrollo, quieran seguir su modelo. Es por ello que, la mayor parte de la estructura de oferta de energía primaria, está basada en petróleo y gas en casi el 90% a nivel mundial. El incremento de superpoblación consigue acelerar la dependencia excesiva.. 1.

(7) Introducción En términos energéticos están involucrados otros aspectos, como la economía y política de cada país del mundo. La situación energética actual debe ser planteada como una crisis, es una cuestión, o mejor dicho, un problema que concierne a todos. Mundialmente se vive en una crisis en el abastecimiento de energía fundamentalmente por cuatro grandes causas, a saber: Utilización del petróleo como fuente energética . Utilización de energías no renovables. . Aumento del precio del petróleo. . Calentamiento global. . Desigualdad en la distribución de los recursos energéticos. Hoy en día en desarrollo industrial y la producción de energía está centrada básicamente de tres grandes fuentes de energía: petróleo, gas y carbón, pero expertos en la temática dicen que éstas podrían acabarse en apenas 40 ó 60 años. Pero si a este número se le suma que en la última década el precio paso de $25 el barril a $150 y luego bajo rosando los $30 para en la actualidad subir y estar cerca de los $80, es cuando muchos y no necesariamente tiene que ser científicos se alarman sabiendo que la humanidad entera está inmersa en una verdadera crisis. A la par de que el planeta entero, motivado por una población con conciencia consumista provoca grandes consumos energéticos también genera grandes cantidades de desechos de todo tipo, orgánicos e inorgánicos, tóxicos y no tóxicos, biológicos, radioactivos, etc., lo cual también es un problema, pero en muchos estudios la combinación de los dos problemas da como resultado una solución muy viable para el caso de muchas industrias de gran magnitud, como las de cemento. Por lo que al tener que evitar la producción de residuos y reducir su cantidad es la mejor manera de tratar los problemas actuales de la basura y el consumo de portadores energéticos en todo el mundo. Siempre que sea posible, a los conceptos de una producción más limpia, de reciclaje y de reutilización se les debe dar la más alta 2.

(8) Introducción prioridad. El coprocesamiento de los residuos no se contrapone a la jerarquía de los mismos, ya que se le puede considerar una tecnología segura, eficiente y limpia para la recuperación de energía y de una amplia diversidad de materiales alternativos. Esta gestión segura y revalorizante de los desechos de cualquier tipo, se realiza sobre un enfoque que busca reducir los problemas existentes de los residuos en los países en vías de desarrollo, como es nuestro caso, y al mismo tiempo alentar el uso de residuos como fuente alterna de energía primaria y como materia prima virgen en hornos de cemento. La correspondencia que es necesario establecer entre los sectores legislativo e industrial constituye la llave para lograr el mayor beneficio del coprocesamiento de residuos en hornos de cemento. El sector industrial dispone, en el caso particular de las cementeras, de técnicas innovadoras y del conocimiento técnico, los cuales seguirá desarrollando más, mientras que el sector legislativo deberá asegurar que se mantengan las normas ambientales y que se apliquen e impongan los reglamentos de salud y de seguridad que fomenten la gestión segura de los residuos generados. Es por eso que el presente informe se aporta su grano de arena a estas alternativas energéticas tratando de utilizar el proceso de fabricación del cemento como industria salvadora a nuevas alternativas de consumo a nivel industrial El proceso necesita que en la etapa de cocción se alcancen altas temperaturas, superiores a 1.400 ºC, con temperaturas de llama de hasta 2.000 ºC, por lo que es un proceso con un alto consumo energético. En estas condiciones, se pueden utilizar determinados residuos como combustibles alternativos con algunas ventajas medioambientales como: . Interacción de los gases con la materia prima de forma que la parte no combustible queda retenida en el proceso e incorporada al clínquer de manera prácticamente irreversible.. . No se generan residuos que haya que tratar posteriormente ni las emisiones a la atmósfera se ven afectadas negativamente.. . Se reduce el consumo de combustible fósiles no renovables. 3.

(9) Introducción . Disminuyen las emisiones globales a la atmósfera respecto a si esos residuos se tuvieran que incinerar en instalaciones específicas o eliminar en vertedero y utilizar combustibles fósiles en la cementera.. Los residuos que se pueden utilizar en las plantas de cemento pueden ser muy variados y sus características dependerán de cual vaya a ser su utilización: . Como materia prima en la formulación del crudo.. . Como combustible en la fase de cocción (sinterización).. . Como adición al clínquer en la fabricación de cemento.. En la formulación del crudo se utilizan materiales calizos, arenas y cenizas de pirita principalmente, aunque en menor medida también lodos de papelera, arenas de fundición, residuos de demolición, etc. Como adiciones en la formulación del cemento se están utilizando escorias de horno alto, puzolanas, cenizas volantes de centrales térmicas, calizas, humo de sílice, esquistos, sulfatos de calcio, etc. Ahora bien, el informe se centra más en la utilización de los residuos como combustibles alternativos y para ver sus posibilidades en primer lugar se analizan las condiciones termoquímicas de los hornos, en los que tradicionalmente se han venido utilizando combustibles fósiles. De los tres sistemas de proceso, vía seca, vía húmeda y vía semiseca o semihúmeda (según el sistema de alimentación), el de vía húmeda es el de mayor consumo de energía térmica y el de vía seca el de menor. Con esas condiciones del proceso los residuos que se suelen utilizar como sustitutos del combustible tradicional suelen ser: . Aceites usados y residuos aceitosos. . Disolventes 4.

(10) Introducción . Líquidos y pastosos orgánicos combustibles. . Neumáticos usados. . Residuos de plástico. . Residuos de papel. . Residuos agrícolas. . Lodos de depuración. . Líquidos de bajo poder calorífico. . Harinas de animales. . Otros. Para que un residuo sea considerado apto para su utilización como combustible alternativo ha de reunir las características propias de un buen combustible, esto es: . Suficiente poder calorífico.. . Ausencia de interferencias en las características del clínker.. . Ausencia de emisiones contaminantes.. . Coste razonable.. Situación problemática A nivel mundial se ha corroborado que en las industrias cementeras la aplicación y uso de combustibles alternativos en el proceso de fabricación reduce los induces de consumo energético, y las industrias cubanas y en especial la que es objeto de estudio no son la excepción, por lo que necesitan saber que potencial de explotación tienen con respecto a esta posibilidad energética. Problema Científico No existe un estudio sobre aprovechamiento de combustibles alternativos en la Fábrica de Cemento Siguaney de los cuales esta puede hacer uso debido a sus características tanto físico-químicas como logísticas 5.

(11) Introducción Hipótesis Un estudio sobre los combustibles alternativos que pueden ser utilizados en la industria del cemento de acuerdo a sus características físico-químicas y a la cercanía con la industria a estudiar, permitiría establecer estrategias de trabajo y la evaluación de proyectos de inversión para su uso en la empresa. Objetivo General Realizar un estudio sobre los combustibles alternativos que se pueden utilizar en la industria del cemento debido a sus características físico-químicas y a la cercanía con la industria a estudiar, bajando así los índices de consumo de la producción Objetivos Específicos 1. Identificar los diferentes combustibles alternativos que existen en las cercanías de la industria. 2. Explicar el uso de los combustibles alternativos y como se pueden utilizar en la producción. 3. Presentar un estudio sobre los cambios en el proceso, tanto técnicos como en el producto final, que traería consigo la inserción de este combustible alternativo. Tareas Las tareas que se derivaron de este objetivo planteado fueron: 1. Conformar una biblioteca personal mediante el gestor bibliográfico EndNote y realizar una revisión bibliográfica que permita conocer el desarrollo de la industria cementera a nivel internacional y nacional.. 2. Hacer un estudio sobre el desarrollo de la Industria Cementera Internacional y plantear las características actuales de la Industria de Cemento Nacional y en especial las de la Fábrica de Cemento “Siguaney”. 3. Elaborar los parámetros de trabajo actuales con los que opera la industria caso de estudio. 6.

(12) Introducción 4. Proponer una serie de alternativas que den al traste algunas de las formas más viables de utilización de combustibles alternativos en los quemadores de los hornos de clínquer de la Fábrica de Cemento “Siguaney”. 5. Elaborar recomendaciones que, según el grado encontrado de factibilidades de aplicación de las alternativas, puedan llevar a su total aplicación.. Los aportes de este trabajo de diploma son: Propuesta de una serie de combustibles alternativos que sean posibles utilizar en la Fábrica de Cemento Siguaney. Estudios detallados con análisis económicos para dos tipos de combustibles, Mosto de la Refinería de Tuinuco y Gases refrigerantes de los equipos adquiridos con el cambio de refrigeradores y aires acondicionado por similares pero más eficientes. Repercusiones esperadas En lo Científico y Tecnológico: este trabajo contribuye al aumento de los conocimientos de la Industria cementera, y de la Fábrica de Cemento Siguaney en especial, de las posibilidades de explotación de combustibles alternativos en los quemadores de los hornos de clínquer En lo Económico: al plantear las alternativas de explotación de combustibles alternativos en los quemadores de los hornos de clínquer después del estudio económico se presentó un aumento de las ganancias económicas debido a la disminución de los portadores energéticos. En los Social: el conocimiento las alternativas de explotación de combustibles alternativos en los quemadores de los hornos de clínquer crea en las personas, tanto en los trabajadores del sector del cemento o de otras industria, una conciencia de ahorro energético para los posibles cambios tecnólogos que pueda sufrir la industria una vez que se tome como medida recuperar las pérdidas que se generan. En lo Medio Ambiental: una vez que se creen las condiciones para la aplicación y 7.

(13) Introducción explotación de estos combustibles alternativas, las emisiones al medio ambiente de gases contaminantes provenientes de la quema del combustible de Crudo Nacional (alto contenido de Azufre) disminuirían debido a que este proceso de la producción de clínquer sería mucho más eficiente y viable. Por otra parte da una alternativa de utilización como combustibles de algunos productos que luego de su utilización no son fáciles de desechar debido a su impacto en el medio ambiente y los hornos de clínquer son una vía de utilización.. 8.

(14) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos CAPÍTULO. 1:. ESTUDIO. DE. LOS. DIFERENTES. COMBUSTIBLES. ALTERNATIVOS. 1.1-. Introducción. La energía siempre ha estado presente desde mucho antes del surgimiento de toda fuente de vida, una vez que apareció esta de alguna forma posibilitó y facilitó la existencia de muchas formas de vida, incluso interfirió en la evolución de la humanidad desde aquel entonces hasta los días de hoy. La energía carece de valor y significado si no entrega lo que se necesita de ella: luz, frío, calor, fuerza y movimiento, transporte y comunicación. Es en el uso final donde se concreta el beneficio de la energía. El aumento del consumo de los combustibles fósiles ha provocado en crecimiento en los últimos años de contaminantes a la atmósfera y las aguas, provocando impactos locales como la contaminación atmosférica en las grandes ciudades, regionales como la lluvia ácida, e incluso de alcance global como los cambios climáticos provocados por el incremento de gases de invernadero en la atmósfera, los impactos se producen en todas las fases, desde la extracción de combustibles o la construcción de un embalse, hasta el uso final de la energía, pasando por los procesos de conversión, almacenamiento y distribución de los portadores energéticos. 1.2-. Fuentes de energía. Energías como la energía solar, la eólica, la nuclear, la eléctrica, la biológica, etc., no son nuevas formas de energía. En estos casos se hace referencia a los procesos a partir de los cuales se dispone de energía útil o de los elementos que participan en dichos procesos. Por ejemplo, cuando empleamos el término energía eólica lo que se indica es el nombre del elemento del cual procede la energía, que en última instancia se presenta en forma de energía cinética. Por eso lo correcto es decir que tanto la energía eólica como la eléctrica o la biomasa son fuentes de energía.(Autores, 2004). 9.

(15) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos Cuando un sistema, al interactuar con otros, entrega parte de su energía, se dice que está actuando como una fuente de energía. Las fuentes de energía pueden clasificarse de acuerdo con su sitio de origen o con su carácter. De acuerdo con su origen se dividen en:(Autores, 2004) 1. Las que se originan en las profundidades o en la corteza terrestre, que pueden ser geotérmica o nuclear, entendiéndose aquí los elementos radiactivos de donde esta se “extrae”. 2. Las que tienen su origen fuera de la Tierra: gravitacional (debido a la interacción de la Luna y el Sol con nuestro planeta se producen las mareas) y solar, que a la vez se subdivide en radiante: directa y almacenada tanto en la corteza como fotosintéticamente en la biomasa primaria; inducida: eólica, oleajes, corrientes oceánicas, hidroenergía; almacenada geológicamente en forma de combustibles fósiles: carbón mineral, petróleo y gas natural. De acuerdo con su carácter, las fuentes de energía pueden ser clasificadas como:(Autores, 2004) 1. Permanentes, también denominadas renovables. 2. Temporales, o no renovables. Las fuentes primarias de energía son los elementos y sistemas con los que se inicia el largo camino del aprovechamiento de los recursos energéticos, siendo el Sol la principal de ellas. A pesar de las disimiles tareas que se ha propuesto la humanidad para crearse la conciencia a si misma de liberarse de la dependencia de estos combustibles fósiles, aun es insignificante lo que se pueda hacer al respecto y esto tomara mucho tiempo. Por lo que partiendo de la dependencia que se tiene y se tendrá por mucho tiempo con los combustibles fósiles es que se realiza el presente estudio para la utilización de algunos 10.

(16) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos combustibles alternativos que si bien algunos no son renovables, si dan la oportunidad de ser reciclables, un ejemplo claro son los aceites y neumáticos usados, hay que tener en cuenta que muchos de estos productos derivados del petróleo usados no son fáciles de reutilizar por el costo que conlleva poder reinsertarlos a lo que una vez fueron debidos al desgaste y degradación que presentan, por lo que también el deshacerse de ellos provoca un gran problema para muchos. Es así que este trabajo da una noción de la utilidad que pueden presentar estos productos ya usados y reciclados como “combustibles alternativos”. Es así que industrias como las de cemento que desde su idealización son diseñadas para usar combustibles fósiles, en la actualidad muchas de estas usan o adaptan su tecnología para poder insertar en alguna parte de su proceso de producción dichos combustibles. Antes de pasar al estudio de los combustibles alternativos seria propicio dar a conocer las fuentes de energía con que presenta la humanidad, teniendo en cuenta que lo que a continuación se mostrara esta realizado para aquellas fuentes energéticas o combustible que puedan ser insertadas en un proceso fabril como el que se estudia en este trabajo. El carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil. Suele localizarse bajo una capa de pizarra y sobre una capa de arena y arcilla. Se cree que la mayor parte del carbón se formó durante el período carbonífero (hace 280 a 345 millones de años).(Wikipedia, 2010a). Fig. 1.1 – Piedra de carbón Mineral El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado 11.

(17) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos con el petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se extrae, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% (p. ej., el gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del Norte), y suele contener otros gases como nitrógeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos. Como ejemplo de contaminantes cabe mencionar el gas no-asociado de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de CO2. Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano que, según estimaciones, pueden suponer una reserva energética muy superiores a las actuales de gas natural.(Wikipedia, 2010b). Fig. 1.4 – Países productores de Gas Natural. Fuente:(Wikipedia, 2010b) Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de alpechines, etc.). El gas obtenido así se llama biogás. El petróleo (del griego: πετρέλαιον, "aceite de roca") es una mezcla heterogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua. También es conocido como petróleo crudo o simplemente crudo.(Wikipedia, 2010c) Es de origen fósil, fruto de la transformación de materia orgánica procedente de zooplancton y algas que, depositados en grandes cantidades en fondos anóxicos de mares 12.

(18) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos o zonas lacustres del pasado geológico, fueron posteriormente enterrados bajo pesadas capas de sedimentos. La transformación química (craqueo natural) debida al calor y a la presión durante la diagénesis produce, en sucesivas etapas, desde betún a hidrocarburos cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos). Estos productos ascienden hacia la superficie, por su menor densidad, gracias a la porosidad de las rocas sedimentarias. Cuando se dan las circunstancias geológicas que impiden dicho ascenso (trampas petrolíferas como rocas impermeables, estructuras anticlinales, márgenes de diapiros salinos, etc.) se forman entonces los yacimientos petrolíferos. En condiciones normales es un líquido bituminoso que puede presentar gran variación en diversos parámetros como color y viscosidad (desde amarillentos y poco viscosos como la gasolina hasta líquidos negros tan viscosos que apenas fluyen), densidad (entre 0,75 g/ml y 0,95 g/ml), capacidad calorífica, etc. Estas variaciones se deben a la diversidad de concentraciones de los hidrocarburos que componen la mezcla.(Wikipedia, 2010c) Es un recurso natural no renovable y actualmente también es la principal fuente de energía en los países desarrollados. El petróleo líquido puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre. 1.3-Potencial energético en Cuba(Abdalla et al., 2008) Cuba, como la mayoría de las naciones insulares, carece de una gran base de recursos energéticos que satisfaga la mayor parte de sus necesidades energéticas con combustibles fósiles importados. La evaluación de la disponibilidad de las reservas nacionales de energía y recursos, así como su extracción futura, es una tarea necesaria en una evaluación del desarrollo sostenible de la energía. Cuando las estimaciones de la disponibilidad potencial de los combustibles fósiles se llevan a cabo, se hace una distinción entre las reservas y recursos. De las reservas se conocen las cantidades que se pueden extraer con la tecnología actual a precios corrientes. Los recursos son menos cierto en cuanto a su existencia respecto a la cantidad y uso de la técnica o si es económicamente inviable, o ambas cosas. 13.

(19) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos En el caso de las energías renovables, el concepto de los recursos debe ser modificado. Los recursos renovables forman parte de un flujo natural que puede ser regenerado en un periodo de tiempo que es adecuado para las actividades humanas. Por esta razón, es necesario hacer referencia al potencial de la energía renovable en lugar de los recursos. Tanto los recursos como las reservas cambian en dependencia de las nuevas tecnologías que estén disponibles o en dependencia de los cambios en el mercado. Esta es otra razón para distinguir entre los recursos, las reservas y el potencial de la energía. 1.3.1-Combustible: Reservas y Recursos (Abdalla et al., 2008) La información completa sobre estimación de las reservas y el potencial de los recursos energéticos en Cuba no está del todo disponible. No obstante, basándose en la información a la cual se pudo acceder, algunos científicos han estimado las reservas y recursos energéticos del país. Ver fig. 1.6. Fig. 1.6 – Localización de reservas y producción del petróleo cubano. Fuente: (Abdalla et al., 2008) Las reservas de petróleo crudo y gas asociado (4095 PJ o 97,8 millones de tep) se basan en estimaciones realizadas por CUPET en el 2005, pero estimaciones hechas para las reservas que se encuentran en tierras cubanas. Las reservas cubanas más grandes de petróleo crudo y gas natural se ubican en la Zona Económica Exclusiva Cubana (ZEE). 14.

(20) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos Estas reservas se estiman en casi ocho veces más grande que las reservas que actualmente se encuentran emplazadas en la tierra. El potencial de biomasa de la caña de azúcar se calcula a partir de los volúmenes de bagazo de esta y residuos agrícolas que se producen anualmente en base a un promedio de cosecha de 35 millones de toneladas de caña de azúcar. El potencial de la electricidad mediante la cogeneración de biomasa de la caña se determina sobre la base de la utilización óptima de la capacidad instalada, en el supuesto caso de un aumento en la eficiencia de las calderas y la introducción de alta presión y calderas de biomasa de ciclo combinado de gasificación integrada, de modo que los 500 kW h / t de molienda de la caña de azúcar se puede obtener como máximo el potencial. Esto es equivalente a 17 500 GWh anuales. El potencial de energía eólica para generar electricidad se estima en 2.418 GWh anuales. Este potencial se basa en una evaluación de sólo una parte del país. Suponiendo un factor de utilización del 23%, este potencial se corresponde a 1200 MW. Una opción un poco más optimista por medios de estudios realizados muestran un potencial de hasta 2.555 MW 1.3.2-Combustibles convencionales Petróleo y Gas (Abdalla et al., 2008) La industria del petróleo en Cuba data de 1881, cuando se descubrió un pozo de nafta cerca de Motembo, en la región central del país. Sin embargo, no fue hasta después de 1960 que empezó un estudio sistemático y detallado sobre el tema, comprendiendo estudios geológicos y geofísicos, y hacienda perforaciones profundas con un propósito estratigráfico y de sondeo. Con estos estudios se identificaron dos fuentes petrolíferas grandes: Embalse Norte y el Embalse Sur Como un resultado de ese esfuerzo, nuevos bloque fueron encontrados en el Área Norte, los cuales contienen petróleo crudo pesado. Los campos petrolíferos de Varadero y Puerto Escondido (ambos en explotación en la actualidad) fueron localizadas en esta 15.

(21) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos región del norte y contenían crudo pesado. El campo de petróleo descubierto más recientemente fue en 1994; aún se encuentra en fase de exploración y su reserve está siendo delineada.. Fig. 1.7 – Zona Exclusiva Económica Cubana (siglas en Ingles: EEZ). Fuentes: (Abdalla et al., 2008) El desarrollo de esta actividad puede incrementarse con el cursar de los años. El estudio de nuevas áreas extracción y de fácil perforación de este combustible se sigue haciendo y de igual forma se busca el poder introducir técnicas más productivas Carbón(Abdalla et al., 2008) Las reservas estimadas de carbón son de unas 8374 PJ (200 millones tpe). Estas reservas están localizadas en diferentes áreas del país, como la Ciénaga de Zapata siendo una de las más importantes. En los años 60 se comenzó en el estudio de fiabilidad para hacer uso de este combustible sin problemas. Estos estudios fueron alarmantes con respecto a los impactos medioambientales asociados con la explotación de este recurso. (la salinización de las reservas de agua, la eliminación de especies endémicas de la zona, etc.). Los resultados que dieron al traste con este estudio fueron más que suficientes para que el gobierno no pusiera en explotación esta reserva de carbón y buscaran otras alternativas. 1.4-Combustibles Alternativos Biomasa (Abdalla et al., 2008) 16.

(22) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos La agricultura, además de que representan la fuente más importante de alimentos y materias primas para Cuba, es una fuente potencial estratégico de las energías renovables. El desarrollo de las energías renovables en Cuba podrá disponer de soluciones técnicamente y económicamente viable para satisfacer el aumento de las necesidades energéticas. Aunque la principal fuente de biomasa en Cuba es de bagazo, también hay residuos de la cosecha de caña de azúcar y de la biomasa forestal, entre otras posibilidades. Biomasa de la Caña de Azúcar (Abdalla et al., 2008) Las formas de biomasa de la caña de azúcar, tales como bagazo y residuos de cultivos (paja, las tapas y hojas verdes), son los combustibles sólidos obtenidos como subproductos de la industria azucarera. El bagazo es el principal combustible sólido utilizado en Cuba hasta el momento. Su combustión puede llevarse a cabo directamente en el proceso de producción sin ningún tipo de condicionamiento. La industria azucarera cubana puede utilizar el bagazo como su propio combustible ya que los niveles de producción son tales que pueden satisfacer plenamente la demanda de energía térmica del proceso de producción entero. El poder calorífico del bagazo depende en gran medida de su contenido de humedad. Una disminución de la humedad, por pequeña que sea, aumenta en gran cuantía la eficiencia y reduce la cantidad de exceso de aire necesario para la combustión, reduciendo así la liberación de los gases de escape a la atmósfera. La biomasa forestal (Abdalla et al., 2008) En el país el potencial de explotación de la leña existente para fines energéticos, sin poner en peligro el equilibrio ecológico, se estima en 3,5 millones de m3 por año. La leña no está distribuida de una forma uniformemente, pero se concentra en las zonas montañosas, a lo largo de las costas y en cayos. En la actualidad, el 73% del potencial nacional se encuentra en siete provincias y el municipio especial Isla de la Juventud.. 17.

(23) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos El uso insostenible de la leña, en la industria del azúcar, en las industrias locales y en las escuelas rurales, ha disminuido gradualmente. Por lo tanto, su participación en el uso de la energía ha caído desde su máximo valor de 3,2 millones de m3, alcanzado durante la crisis económica en 1993, a 1,9 millones de m3 en 2002 Otros combustibles de biomasa (Abdalla et al., 2008) En Cuba se puede hacer uso de otros combustibles derivados de la biomasa. El más importante es el arroz cáscara, con un potencial de 35,9 TJ por año, seguido por el aserrín y astillas 17,7 TJ, salvado de café, cáscaras de coco y otros. En los últimos años, la producción de aserrín y los residuos forestales en las principales provincias productoras ha disminuido. También a ser productos biomásicos presentan grandes características como fertilizante orgánico y alimento animal, por lo que su disminución como portador energético ha disminuido gradualmente al pasar de los años Biogás(Abdalla et al., 2008) La explotación del biogás es de gran interés para Cuba, ya que contribuye a satisfacer la demanda de energía, principalmente en los sectores residencial, agrícola, industriales y en las escuelas rurales. Se han instalado unidades principalmente en las zonas rurales aisladas, donde el combustible más usado es la leña y donde es difícil el suministro de otros combustibles. La sustitución de leña por el biogás contribuye a mejorar el medio ambiente. Potencial de biogás se considera que es del orden de 176 000 pies por año. Este potencial se calcula a partir de la disposición de desechos del ganado y cerdos, de los residuos de la producción de azúcar, así como de alcohol y la producción de café, en resumen, los desechos que, de otro modo, constituyen formas de contaminación ambiental. . De forma general El análisis de los recursos energéticos en Cuba muestra que los combustibles fósiles mantendrán su papel dominante en el balance energético nacional, principalmente a causa de la situación energética – económica actual. La industria cubana del petróleo y gas ha 18.

(24) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos sido uno de los sectores más dinámicos de la economía cubana en los últimos años, logrando avances significativos en la exploración y extracción y en el desarrollo de la infraestructura de transporte de combustibles. 1.5-Combustibles de la industria del cemento El uso de combustibles alternativos, puede reducir los impactos ambientales de los residuos, eliminarlos de manera segura, reducir las emisiones de CO2, así como los costos para manejar los residuos, e incluso, ahorrar dinero en la industria del cemento. Asimismo, ayudará a alcanzar las metas establecidas en la Agenda 21 de la “Cumbre de la Tierra” en Río de Janeiro (1992), en la Declaración de Johannesburgo sobre el Desarrollo Sustentable (2002), y las metas de desarrollo del milenio.(Vázquez, 2005) A la vista de las características del proceso de fabricación del cemento, existen una serie de residuos y subproductos que podrían ser utilizados como materiales secundarios en cada una de las fases principales de dicho proceso:(Autores, 2001) . Como materia prima en la formulación del crudo.. . Como combustible en la fase de cocción (sinterización).. . Como adición al clínker en la fabricación de cemento.. Cuando se emplean como materias primas, tanto en la formulación del crudo como en el cemento, se trata claramente de reciclaje de materiales, mientras que en el caso de su utilización como sustituto de combustible tradicional, es más bien una valorización energética, aunque haya algunos componentes de esos productos que puedan aportar sustitutos de materias primas (caso del hierro de los neumáticos, por ejemplo). Las materias primas comúnmente utilizadas para el aporte de los componentes necesarios para fabricar el clínker son caliza, arcilla, pizarra y marga o esquisto. Para poder utilizar materiales secundarios procedentes de residuos o subproductos como materias primas, será necesario que tenga en su composición, alguno de los elementos necesarios para la fabricación de clínker, es decir, que debe estar compuesto básicamente por alguno de los. 19.

(25) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos óxidos metálico, pero que a su vez no contengan sustancias que perjudiquen al proceso o al propio cemento. Históricamente se han venido utilizando como correctores de la composición del crudo, materiales como:(Autores, 2001, septiembre 2001) . Materiales calizos de alta pureza, como corrector de óxido de calcio.. . Arena, como corrector de óxido de silicio.. . Cenizas de pirita, como corrector de óxido de hierro.. Las cenizas de pirita son un subproducto de la tostación de pirita, en el proceso de obtención de hierro. También son susceptibles de sustituir o complementar a los anteriores, los siguientes residuos o subproductos:(Autores, 2001) . Lodos de papelera o materiales calizos, de alto contenido en carbonato cálcico, provenientes del tratamiento de pasta de papel.. . Arenas de fundición, con alto contenido en óxido de silicio. . Residuos de demolición.. . Cualquier material formado mayoritariamente por los óxidos del Anexo # 1, con las limitaciones expresadas anteriormente.. Entre los materiales especificados como componentes del cemento, se pueden citar los siguientes:(Autores, 2001) . Escoria granulada de horno alto.. . Puzolana natural o industrial.. . Ceniza volante de central térmica.. . Caliza.. . Humo de sílice.. . Esquistos calcinados.. . Filler y materiales de relleno (masillas). 20.

(26) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos . Sulfato de calcio (regulador de fraguado).. . Aditivos.. El uso de combustibles alternativos debe respetar la jerarquía de residuos, integrarse a programas de administración de residuos y no entorpecer los esfuerzos para reducir los mismos. Nunca deberá utilizarse si existe la posibilidad de que se incremente la emisión de sustancias dañinas o el impacto en la salud humana. Determinados residuos necesitan procesarse antes de que se puedan usar, y los procedimientos para el uso de combustibles alternativos deberán considerar la necesidad de reglamentar y administrar de manera eficaz las instalaciones preprocesadoras. El coprocesamiento no deberá afectar la calidad del cemento producido. Las leyes nacionales deben definir los principios básicos para el coprocesamiento, además de los requisitos y normas para su desarrollo sobre el principio de seguir buenas prácticas. Ciertas reglas básicas aseguran que el uso de combustibles alternativos no cambie las emisiones de una chimenea de un horno de cemento. Estas reglas exigen la alimentación de los combustibles alternativos en las zonas más adecuadas del horno, introducir los materiales que contienen mucha materia volátil solo en la zona de alta temperatura y evitar materiales que contienen contaminantes que el horno no puede retener. (Vázquez, 2005) El proceso de fabricación del cemento se caracteriza por una amplia demanda de energía y la necesidad de muy altas temperaturas para lograr la formación de los minerales que constituyen y aportan al clínker sus características de material aglomerante. Aunque la alta temperatura en el quemador es la razón principal de la formación de NOX térmico, este calor también es el que permite destruir por completo las sustancias orgánicas indeseables presentes en el material alimentado, lo cual es una gran ventaja para el ambiente Durante el proceso de producción, el coprocesamiento tiene las siguientes características: . Las condiciones alcalinas y la mezcla intensiva favorecen la adsorción de compuestos volátiles de la fase gaseosa. Esta limpieza interna del gas da como. 21.

(27) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos resultado bajas emisiones de compuestos como SO2, HCl, NH3 y, a excepción del mercurio, eso vale también para la mayor parte de los metales pesados. . Las reacciones de clínquerización a 1450 ºC permiten incorporar cenizas y, en especial, combinar químicamente los metales con el clínker, así como que estas mismas temperaturas garantizan la destrucción total de materia orgánica, fuente fundamental de la generación de sustancias tóxicas y persistentes en otros procesos de incineración.. La sustitución directa del combustible primario por material de desecho con alto poder calorífico permite obtener una recuperación muy eficiente de la energía. A diferencia de la incineración abierta y sin control, el coprocesamiento en hornos de cemento garantiza: . Pasar el material por temperaturas superiores a los 800 ºC, con temperaturas que pueden llegar hasta los 2000 ºC en la zona de la llama.. . Altos tiempos de retención, que permiten mantener los compuestos durante 6 segundos o más a estas temperaturas, que incluso puede llegar a 20 minutos para los materiales sólidos.. . Elevados valores de turbulencia debido a los altos volúmenes de aire que son necesario introducir al horno para asegurar los niveles de O2 necesarios para una combustión adecuada.. . Ambiente alcalino, determinado por la composición química que se requiere de las materias primas para lograr la mineralización necesaria en el clínker.. . La capacidad del clínker de fijar compuestos en forma de sales estables dentro de su retículo cristalino permite que materiales tales como metales pesados y otros no sean enviados directamente a la atmósfera de conjunto con sus gases de escape.. . Relativamente bajos contenidos de Cl en los gases al interior del horno, porque este elemento en altas proporciones afecta la correcta operación del mismo y provoca inestabilidad en su eficiencia operacional.. 22.

(28) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos. A modo de comparación se resumen en la tabla 1.2 los mismos pun tos antes explicados. Tabla 1.2 – Comportamiento de los combustibles alternativos ante el coprocesamiento y la incineración. Fuente: (Vázquez, 2005) Condiciones. Coprocesamiento. incineración. Máxima Temperatura. 1800 – 2000 oC. 1200 oC. Tiempo de Residencia. Altos (6 - 8 seg.). Bajos (2 seg.). Ambiente Alcalino Natural. SI. NO. Altas Turbulencias. SI. NO. Cenizas. NO. SI. Límites de cloro. SI. NO. El horno de cemento está constituido por un tubo rotatorio dentro del cual se realizan las reacciones necesarias para la formación del clínker, la llama se introduce por la zona de salida del clínker terminado, de modo que las materias primas viajan a contra corriente con relación a la temperatura de los gases que circulan por el interior del tubo. Por tanto, los materiales deben ser introducidos por la parte más caliente del horno o por zonas del mismo a temperaturas superiores a los 800 ºC. En los hornos de vía húmeda esta parte está en el quemador o justo en el lugar en que se produce la llama. En los hornos de vía seca con precalcinador puede incorporarse, además, por el lugar donde se encuentra el quemador auxiliar, punto que asegura alcanzar estas temperaturas. La introducción de material por la zona más fría del horno provoca: la volatilización de los compuestos orgánicos sin variación, en lo fundamental, de su composición, y/o la recombinación de compuestos orgánicos dando lugar a dioxinas y furanos entre otros; es decir, la incineración descontrolada de sustancias a temperaturas que no garantizan la descomposición total de las mismas y que permiten la formación de los peligrosos contaminantes órgano – clorados.. 23.

(29) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos. Fig. 1.10 – Representación de Diferentes tipos de procesos de fabricación del cemento Fuente: (Autores, 2001) Existe una gran variedad de combustibles que pueden ser utilizados en el proceso de producción de cemento, aunque históricamente ha sido el carbón el más empleado para la alimentación de los hornos de clínker, en la actualidad se aprecia un aumento del consumo del coque de petróleo y de los combustibles alternativos o de sustitución, tanto líquido, sólido y también gaseoso. A continuación se muestra un listado de sustancias que pueden ser utilizados como combustible alternativo: LÍQUIDOS(Autores, 2001) Baja o media toxicidad . Aceite usado. . Lodos aceitosos 24.

(30) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos . Lodos petrolizados. . Residuos de refinería / fondos de destilación. . Subproductos de alquitrán. . Alquitranes ácidos. . Lodos ácidos. . Residuos de la fabricación de pinturas (disolventes, etc.) / lodos de pinturas. . Residuos de la industria química. . Residuos de hidrocarburos / hidrocarburos con lodos. . Lejías negras y aguas residuales industriales. . Parafinas. SÓLIDOS (Autores, 2001).        . De fácil molienda Rechazos de minas de carbón Lignitos de baja calidad Residuos de carbón Residuos de carbón vegetal Cenizas de alto contenido en carbono Grafitos Harinas cárnicas y de hueso Otros.             . De mediana o difícil molienda Gran tamaño Pequeño tamaño Neumáticos  Cáscara de arroz Revestimiento de  Paja baterías  Serrín Rechazos domésticos  Tierras de batán (Fuller) Pellets combustibles derivados de residuos  Restos finos de combustibles Corteza derivados de residuos Astillas de madera  Polvo de grafito Piñas y caucho Residuos del aceite de  Goma molido palmera  Resinas de Caparazones de coco intercambio iónico Aceitunas prensadas  Otros. Turba Restos de calderas (aluminio) Otros. 25.

(31) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos. Fig. 1.14 - Imagen de residuos maderables triturados de forma que puedan ser usados como combustibles. Fuente: (Rodríguez, 2005) Resulta frecuente entre las instalaciones que valorizan residuos el hecho de agruparlos y clasificarlos según su tipología. Para ello se establecen una serie de familias que permiten en todo momento identificar de forma rápida la naturaleza de éstos, su poder calorífico y otros aspectos de interés. A pesar de no existir una clasificación estándar, la siguiente representa un ejemplo significativo: 1. Aceites usados y residuos aceitosos 2. Disolventes 3. Líquidos y pastosos orgánicos combustibles 4. Neumáticos usados 5. Residuos de plástico 6. Residuos de papel 7. Residuos agrícolas 8. Lodos de depuración 9. Líquidos de bajo poder calorífico 10. Harinas de animales 11. Otros. 26.

(32) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos Para que un residuo sea considerado interesante para su utilización como combustible alternativo ha de tener una ventaja económica respecto a estos y además ha de reunir las características propias de un buen combustible, esto es: . Suficiente poder calorífico.. . Ausencia de interferencias en las características del producto.. . Ausencia de emisiones contaminantes.. En la mayoría de los casos, las dos últimas características no suelen suponer ningún obstáculo. En materia de costes, es evidente que el empleo de residuos como combustible supone una disminución del coste total de producción y que lejos de ser un impedimento para la empresa, representa un incentivo, especialmente cuando se cobra un precio por la gestión del residuo. En cuánto a las emisiones contaminantes, múltiples estudios han demostrado que, en condiciones adecuadas, la utilización de residuos como combustible alternativo no genera incremento alguno en las emisiones a la atmósfera de metales pesados, contaminantes orgánicos, etc., con respecto al empleo de carbón, fueloil u otros combustibles tradicionales. Basándose en esto, va a ser el propio poder calorífico del residuo y el hecho de que su naturaleza (física y/o química) afecte o no negativamente sobre la composición final del cemento, los factores que van a determinar si este puede o no ser alimentado al horno. De manera general, si los ensayos de caracterización revelan un buen poder calorífico (ver Anexo #2) y ausencia de sustancias contaminantes o presencia de éstas por debajo de determinados niveles (establecidos a criterio del propio productor), el residuo podrá ser incorporado al horno como combustible alternativo. No siempre puede ser utilizado todo tipo de residuo o materia como combustible alternativo, existe una serie de productos que no son permitidos para ser utilizados con esta finalidad: (Autores, 2001) . Residuos anatómicos de hospitales. . Residuos con contenido de asbestos. . Residuos biopeligrosos 27.

(33) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos . Residuos electrónicos. . Baterías. . Explosivos. . Residuos conteniendo cianuros. . Ácidos minerales. . Residuos radioactivos. . Basura doméstica no clasificada. Cuando se lleva a cabo la caracterización del residuo, hay dos parámetros de especial importancia y que son considerados como limitantes a la hora de aceptarlo o no como combustible; por un lado el contenido en cloro y, por otro, la concentración de metales pesados. Las condiciones de operación que se dan en el interior del horno favorecen la formación de sales alcalinas, en particular cloruros y sulfatos, que en determinadas cantidades pueden provocar atascos y obturaciones en los conductos del sistema, en concreto en la torre de ciclones y en el propio horno. Es por ello que el contenido de cloro en el combustible (tradicional o alternativo), y en ocasiones el de azufre, se encuentran limitados, ya sea por la normativa de calidad del cemento o en base a los criterios propios del productor. Estos valores pueden variar, pero en general han de encontrarse por debajo del 4-5% para cloro (en ocasiones, especialmente en hornos de vía seca, rondan el 0.51%) y del 6-7% para azufre. Por lo tanto también existe un pequeño listado de productos gaseosos que puede ser reutilizable como combustibles alternativos. . Gases Refrigerantes (CFC, HCFC, etc.). . Gas natural. . Gas Licuado. . Biogas. 28.

(34) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos Los metales pesados, igual que el resto de elementos químicos, no son destruidos durante el proceso de fabricación. De ahí que si éstos se introducen en el horno (bien como parte de la materia prima, bien como parte del combustible), lo abandonan en la misma proporción, ya sea incorporado a la corriente gaseosa generada en su interior (especialmente talio y mercurio, los más volátiles) o, más comúnmente, al propio clínquer. En Europa existe una normativa desde el 2000 que limita las concentraciones de metales pesados en los gases de combustión emitidos a la atmósfera (Véase Tabla 1.2) y, por otro, las precauciones adoptadas por el propio fabricante con el fin de no mermar la calidad de su producto (se adoptan niveles máximos para evitar problemas posteriores de lixiviación), hacen que éste sea un parámetro vigilado y controlado estrechamente. Resulta complicado establecer unas pautas que determinen la aptitud de un residuo para ser usado como combustible alternativo. Esto va a venir condicionado no sólo por la propia naturaleza del residuo, sino por las peculiaridades técnicas de cada instalación y proceso (tipo de sistema de alimentación del residuo, proceso de vía húmeda, semiseca o seca, etc.), así como por las exigencias marcadas por la normativa vigente en cada estado.. Tabla 1.2 - Composición típica y concentración de contaminantes en los gases del horno de clínquer. Fuente: (Vázquez, 2005) Contaminante. Concentración (mg/m3). Partículas Totales. 30. HCl. 10. HF. 1. NOx para instalaciones existentes. 800. NOx para instalaciones nuevas. 500(1). Cd+Tl. 0.05. Hg. 0.05. Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V. 0.5. Dioxinas y furanos. 0.1(2). (1) No se consideran instalaciones nuevas los hornos de cemento en funcionamiento que cuenten con autorización y que comiencen a coincinerar residuos después del 28 de Diciembre de 2004 (2) Unidades: ng/m3. 29.

(35) Capítulo 1: Estudio de los Diferentes Combustibles Alternativos Cada estado de la Unión Europea emite un criterio y en algunos casos una normativa para la utilización de cada uno de los combustibles alternativos en plantas cementeras, todo esto se muestra en el Anexo #3. Análogamente, se utilizan gráficos como el del Anexo #4, para determinar las cantidades de cada combustible alternativo a introducir, en función de su composición y la posible incidencia sobre las proporciones de materias primas. 1.6-Conclusiones parciales 1. Se puede llegar a la conclusión de que en el país existen otros combustibles que se pueden usar en la producción de cemento en nuestras industrias.. 30.

(36) Capítulo 2: Materiales y Métodos CAPÍTULO 2: MATERIALES Y MÉTODOS. 2.1-Introducción. En la Industria de Cemento “Siguaney”, es sistema de quemado pertenece el área de Hornos debido a que es en la única área de la fábrica donde usa el combustible y como ya se dijo antes la industria de cemento en cualquier parte del mundo, en el caso del a industria que es caso de estudio los consumo corresponden a unas 100 toneladas de crudo nacional pro horno al día, lo cual si la industria trabajara en su máxima capacidad y los días para los que se proyectó la fábrica desde sus inicios serias unas 120 000 toneladas al año contando con que la fábrica tiene 4 hornos que producen 500 toneladas de clínquer al día y si la producción fuera para 300 días al año. Desde un principio la industria cementera nacional no consumía Crudo Nacional pues al estar subsidiado por la antigua URSS las remesas de combustibles eran interminables las fabricas de cemento consumían en aquel tiempo con combustible Bunquer C. Tabla 2.1 – Características Físico – Químicas de combustible Bunquer C. Fuente: Laboratorio Químico de la Fábrica de Cemento “Siguaney” Datos del Combustible Valor Calórico Superior. 42048. kcal/kg. Valor Calórico Inferior. 39675. kcal/kg. Gravedad específica a 15 °C. 0.98-0.99. t/m3. Viscosidad a 50 °C. 110.3. CST. Viscosidad a 80 °C. 85.5. CST. Carbono. 85.85. %. Hidrógeno. 10.51. %. Azufre. 2.48. %. Nitrógeno. 0.3. %. Oxígeno. 0.3. %. Cenizas. 0.10. %. Agua. 0.46. %. Después de la caída del campo socialista a principio de los años 90 se necesitó tratar de cambiar el combustible, fue cuando se trabajó en la utilización del Crudo nacional con 31.

(37) Capítulo 2: Materiales y Métodos una adaptación previa de la tecnología, para almacenar este combustible se dispone de 2 tanques de 2000 toneladas de capacidad, con sistema incorporado de calentamiento por vapor. Una vez calentado el combustible se bombea desde los tanques de almacenamiento hasta un tanque de consumo de diario, con sistema incorporado de calentamiento por vapor. Esta estación precalentadora eleva la temperatura del crudo hasta 120 – 130oC, con capacidad de 5 000 L/h. Tabla 2.2 – Características Físico – Químicas de combustible Crudo Nacional. Fuente: Laboratorio Químico de la Fábrica de Cemento “Siguaney” Datos del Combustible Valor Calórico Superior. 9700. kcal/kg. Valor Calórico Inferior. 9200. kcal/kg. Gravedad específica a 15 °C. 0.98-0.99. t/m3. Viscosidad a 50 °C. 800-1100. CST. Carbono. 78.84-82.29. %. Hidrógeno. 10-11. %. Azufre. 6.00-7.50. %. Nitrógeno. -. %. Oxígeno. -. %. Cenizas. 0.035-0.095. %. Agua. 1-2.8. %. Temperatura del combustible. 150. °C. Densidad. 0.98. g/cm3. Entalpía del clínquer. 9.1. kcal/kg de clínquer. Quemadores de combustibles En la fábrica caso de estudio existen dos tipos de quemadores, todos están diseñados para quemar combustible líquido, pero de ellos el que está puesto en el horno 4, el que esta destinado para clínquer blanco, es de nueva adquisición y es de nacionalidad española de la marca Pillard, la cual es muy reconocida a nivel mundial en el mundo cementero como una buena industria que realiza quemadoras de altas prestaciones para hornos de cemento. Los otros desminados a los hornos de clínquer gis son de nacionalidad checa y son de cuando la fábrica se construyó, los cuales están viejos e ineficientes.. 32.

(38) Capítulo 2: Materiales y Métodos. Fig. 2.1 - Quemador Nacionalidad Española, marca Pillard. Fuente: Imagen Propia. Fig. 2.2 - Boquilla del quemador Pillard. Fuente: Imagen Propia. Para la correcta combustión de los combustibles líquidos (en particular para los más pesados como crudo) es necesario que estos lleguen a los quemadores en las adecuadas 33.

(39) Capítulo 2: Materiales y Métodos condiciones de presión viscosidad y grado de filtración. Por ello se dispone del denominado Grupo de Preparación, o conjunto de elementos que proporcionan un caudal determinado de combustible en las condiciones requeridas. El grupo de preparación puede describirse según los subsistemas que lo configuran y que son los siguientes: Estación de filtrado (aspiración) En aspiración inmediata después de la tubuladura de llegada del crudo el cual procede del tanque, se instala en un filtro duplex en aspiración de bombas, con la función de proteger a estas de partículas mayores a 570 micros. Cada botella de dicho filtro es capaz de filtrar la totalidad del caudal requerido. Un indicador de suciedad conectado en cada botella del filtro duplex, señalizara cuando las cestas del filtro se encuentran saturadas y debe procederse a su limpieza. Un indicador de presión y su válvula de aislamiento nos facilitara la presión de llegada del crudo. Este debe suministrarse en carga. Una válvula de esfera, permite aislar la llegada del crudo al grupo. Estación de filtrado (impulsión) Inmediatamente después de la tubuladura con indicación de temperatura y presión de salida del crudo, se instala un filtro en impulsión con una eficacia de 260 micros filtro duplex, cada botella de este filtro es capaz de filtrar la totalidad del caudal requerido. Un indicador de suciedad conectado a cada botella, señalizara el momento a que la cesta del filtro que esté trabajando se encuentre saturado y debe procederse a su limpieza poniendo en línea la que permanece en reserva. Una válvula de esfera, permite aislar la impulsión de crudo al quemador.. 34.

(40) Capítulo 2: Materiales y Métodos 2.2-Grupos de bombeo El caudal y la presión de crudo necesarios para su llegada al quemador, se consigue mediante las bombas de impulsión. El circuito es doble con dos líneas en paralelo (una en reserva) comprendiendo. Dos bombas de tipo husillos, con válvulas de seguridad incorporadas para evitar posibles sobre presiones y retorna al exceso de caudal en la cámara de aspiración de la bomba actuando en el resorte de dicha válvula de seguridad. Las bombas son accionadas mediante acoplamiento semi-elástico por motores eléctricos de 13,2kw a 1800rpm y conexión eléctrica a 440V, trifásico y 60Hz. Dos válvulas de esfera en aspiración y otras dos en la impulsión permiten seleccionar la bomba en funcionamiento aislando lo que va a permanecer en reserva. Dos válvulas anti- retorno sobre la impulsión de cada bomba, evitan posibles contra presiones sobre la bomba que este en reserva, por olvido o mal cierre de las válvulas de impulsión mencionadas. En la impulsión común a las dos bombas se ha previsto una estación reguladora de presión electro neumática para mantener la presión de descarga constante. El elemento de acción final es una válvula reguladora de presión de forma que a través de el se puede recircular parte del liquido bombeado, derivándolo hacia la aspiración de las bombas hasta conseguir la presión deseada en la descarga de ellas. Dos válvulas de esfera aíslan dicha reguladora electro neumático. En caso de avería de la válvula reguladora, esta recirculación se puede realizar manualmente mediante el regulador manual en bipass de la válvula reguladora, abriendo las dos válvulas que aíslan este y cerrando las descritas en el párrafo anterior. 2.3-Estación de calentamiento Dado que el crudo existe una relación directa entre su viscosidad y su temperatura, se puede asegurar la viscosidad correcta para su pulverización en quemadores, si se 35.

(41) Capítulo 2: Materiales y Métodos efectuara un calentamiento del combustible y se regula la temperatura del mismo al valor adecuado (160oC) según especificaciones del proyecto. Esta elevaciones en. la. temperatura del crudo, se consigue a través de una estación de calentamiento. La estación de calentamiento se compone de: Un intercambiador de calor, horizontal tipo carcasa, tubos en UTEMA-BEU, en el que el crudo circula en la carcasa y el vapor saturad a 8 bar (g) por los tubos. Válvula de esfera emplazada en la generatriz superior de la carcasa del calentador, permite vaciar esta de posibles burbujas de aire, en los arranques de la instalación. Válvula de esfera situada en la generatriz inferior de la carcasa del calentador, permite mediante su apertura realizar vaciados o limpiezas del calentador. Un indicador de temperatura situado aguas abajo del calentador de vapor, nos facilitara la temperatura del crudo impulsado a quemadores. Su lectura será según especificaciones de 160C. Un intercambiador de presión y válvula de aislamiento. Su lectura con bomba funcionando, será según especificaciones del proyecto de 40bar.. 36.

(42) Capítulo 2: Materiales y Métodos. Fig. 2.3 – Estación Precalentadora Nacionalidad Española, marca Pillard. Fuente: Imagen Propia. Fig. 2.4 – Datos de chapa de la estación precalentadora. Fuente: Imágenes Propias El vapor saturado se introduce en el haz tubular del intercambiador a través de una estación de regulación de temperatura, mediante la que se consigue una temperatura 37.

(43) Capítulo 2: Materiales y Métodos constante en la salida del crudo de 160 grado. El elemento final de esta estación de regulación es una válvula de control electro neumática, la cual incrementa o diminuye el caudal de vapor a aportar en el intercambio, en función de la señal enviada por el elemento primario y el regulador. Emplazado en la tubería de salida del crudo del calentador. Inmediatamente aguas arribas de la válvula de control se instala un filtro que protege de posibles impurezas los asientos de la mencionada válvula. Dos válvulas de esferas permiten aislar la válvula de control y ajustar el caudal de vapor al calentador manualmente mediante la válvula de aguja situada en bupass con la de control y permite en caso de avería de esta seguir funcionando manualmente. Un indicador de presión. con válvula de aislamiento nos indicara la presión de. alimentación del vapor al intercambio según especificaciones del proyecto 8bar. Las purgas de los condensados producidos en el intercambio salen del fondo del calentador mediante un purgador termodinámico y su válvula de aislamiento. 2.3.1-Estación precalentadora de combustible Filtro Doble Mark III tipo OW Descripción general El filtro esta fabricado de fundición metálica e incorpora dos elementos (cestas)que filtran residuos sólidos. En todo momento solo un elemento debe estar en uso. El flujo se desvía de un elemento al otro sin ser interrumpido, girando el asa que usa la configuración de llave(o distribuidor). El elemento de reserva (es decir el elemento que no filtra fluido) puede ser extraído para su limpieza sin interrumpir el flujo de fluidos (El filtro multicesta de 150mm dispone de dos pares de elementos y cada par activa al mismo. Instalación 38.

(44) Capítulo 2: Materiales y Métodos La instalación y mantenimiento debe ser debe ser realizada por personal competente. Deben cumplirse los códigos de practica local y nacional, normativas ambiental y directivas de seguridad e higiene. Los anteriores tendrán prioridad sobre cualquier procedimiento implicado que figure en los documentos Instalar el conjunto de filtro en la línea de tuberías comprobando que: 1-No existan esfuerzos indebidos sobre el equipo. 2-El sentido del flujo es el correcto. 3-El equipo esta en posición vertical con el tapón de drenaje en la parte inferior. 4-Hay suficiente espacio disponible para las operaciones de mantenimiento. Mantenimiento de los filtros La caída de presión entre la entrada y la salida del elemento no debe exceder de 1,4 bar (20psi). El elemento puede dañarse si se somete a una caída de presiona 2 bar (30psi).Si hay instalado un indicador de presión diferencial Airpel con mueble estándar para monitorizar la caída de presión la aguja se desplazara de limpio(verde) a sucio (rojo) cuando la caída de presión sea de 0,7 bar (10psi)aproximadamente. Bombas helicoidales de husillos (SN..ER..) Componentes 1. Tapa de la bomba 2. carcasa de la bomba 3. Cuerpo de rodadura 4. Husillo de accionamiento 5. Husillo de rodadura 6. Tapa superior /válvula de la instalación 7. Tapa de la bomba, lado del motor 39.