UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
DETERMINACIÓN DE LAS POSIBLES CAUSAS DEL FALSO FRAGUADO DEL
CEMENTO PORTLAND T II, CEMEX VENEZUELA
Por
Andrea Sophia Mejias
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Octubre de 2009
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
DETERMINACIÓN DE LAS POSIBLES CAUSAS DEL FALSO FRAGUADO DEL
CEMENTO PORTLAND T II, CEMEX VENEZUELA
Por
Andrea Sophia Mejias
Realizado con la asesoría de:
Tutor académico: Thierry Poirier
Tutor industrial: Rebeca Meneses
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Octubre de 2009
iii
RESUMEN
iv
Cemex (Cementos Mexicanos) Venezuela S.A.C.A, Empresa en transición, cuenta con la planta
Guayana para la fabricación y comercialización de cemento. Desde finales del 2008, esta planta
ha presentado en fechas puntuales, valores de porcentaje de penetración final (PPF) menores de
50% en el cemento Portland Tipo II (valor no aceptado por especificaciones), sólo en muestras
provenientes de la etapa de despacho del proceso de fabricación, lo cual corresponde al efecto
indeseable de “falso fraguado”, especialmente problemático en la construcción de represas. El
objetivo de este trabajo fue determinar las posibles causas del falso fraguado en muestras de
cemento Portland Tipo II, provenientes de la etapa de despacho de planta Guayana; y finalmente
formular propuestas que solventaran dicha situación. Para efectuar la evaluación inicial, se
estudiaron los aspectos más importantes permitiendo lograr el objetivo planteado, de acuerdo a la
metodología estructurada basada en el ciclo DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve,
Control). Mediante la evaluación de las variables operacionales durante la molienda y el
despacho (Temperatura de molienda (°C), Finura (cm2/g), Porcentaje retenido tamiz 325(%),
tiempo de almacenamiento, Temperatura de molienda (°C), entre otras), y una simulación
cronotermogravimétrica se determinó que el origen del falso fraguado en las fechas puntuales
previas, se debió principalmente a que se despachó cemento con un período de almacenamiento
mayor de un (1 día), proveniente de algún momento en el cual el silo contenía su mínima
cantidad de cemento almacenado (200 ton aprox.).
Palabras clave: falso fraguado, cemento Portland Tipo II, almacenamiento.
v
A mi Madre, Leyda Mejías
A quien nunca podré agradecerle bastante.
ÍNDICE GENERAL
vi
INTRODUCCIÓN...........................................................................................................................1
CEMENTO PORTLAND Y FALSO FRAGUADO ......................................................................3
1.1 Cemento Portland...................................................................................................................3
1.1.1 Cemento Portland Tipo II..................................................................................................4
1.1.1.1 Cemento Portland Tipo II, Resistencia moderada a los sulfatos....................................5
1.2 Materia prima en la fabricación del cemento Portland .........................................................5
1.2.1 Materiales Calizos .............................................................................................................6
1.2.2 Materiales Arcillosos ........................................................................................................6
1.2.3 Componentes correctores ..................................................................................................7
1.2.4 Yeso ..................................................................................................................................7
1.3 Procesos en la fabricación del cemento Portland...................................................................9
1.3.1 Obtención y preparación de la materia prima....................................................................9
1.3.2 Tratamiento térmico ..........................................................................................................9
1.3.3 Molienda de clinker con yeso..........................................................................................10
1.3.4 Almacenamiento y despacho ..........................................................................................10
1.4 Fraguado y endurecimiento del cemento Portland...............................................................10
1.4.1 Teorías sobre el fraguado del cemento............................................................................11
1.4.1.1 Teoría de la hidratación selectiva.................................................................................12
1.4.1.2 Teoría de la cristalización de los productos de hidratación..........................................12
1.5 Pasta de cemento Portland...................................................................................................13
1.5.1 Pasta fresca de cemento Portland.....................................................................................13
1.6 Reacciones iniciales en la pasta de cemento Portland.........................................................14
1.6.1 Sistema clinker- agua.......................................................................................................14
1.6.2 Teoría de la acción de los retardadores............................................................................15
1.6.3 Sistema clinker-agua-sulfato de calcio dihidratado.........................................................16
1.6.4 Sistema clinker-agua-sulfato de calcio hemihidratado....................................................17
1.6.5 Sistema clinker-agua-sulfato de calcio............................................................................17
1.6.6 Sistema clinker-agua-mezcla de sulfato cálcico dihidratado y hemihidratado................18
1.7 Falso fraguado del cemento Portland...................................................................................18
1.7.1 Falso fraguado y el proceso de fabricación del cemento Portland...................................19
CEMEX VENEZUELA EMPRESA EN TRANSICIÓN Y PROCESO DE FABRICACIÓN DE
CEMENTO PORTLAND TIPO II EN PLANTA PERTIGALETE Y PLANTA GUAYANA . . .26
2.1 Cemex Venezuela, Empresa en transición...........................................................................26
2.2 Descripción de las Planta Pertigalete y Guayana.................................................................27
2.2.1 Aseguramiento de la calidad............................................................................................27
2.2.2 Equipos y sistemas que conforman Planta Pertigalete y Planta Guayana.......................28
2.2.3 Descripción proceso de fabricación de cemento Planta Pertigalete y Planta Guayana. . .31
2.3 Producción Cemento Tipo II Planta Guayana ....................................................................35
MARCO METODOLÓGICO.......................................................................................................35
3.1 Fase 1: Definición ...............................................................................................................35
3.1.1 Recolección de información y antecedentes....................................................................35
3.1.2 Cadena de suministro.......................................................................................................36
3.1.3 Requerimientos del cliente...............................................................................................36
3.1.4 Sistema de gestión de la calidad......................................................................................36
3.1.5 Proceso crítico..................................................................................................................36
3.2 Fase 2: Identificación y medición........................................................................................36
vii
3.2.1 Identificación de puntos críticos .....................................................................................37
3.2.2 Identificación y verificación del estado actual de Planta Pertigalete y Planta Guayana. 37
3.2.2.1 Identificación de equipos..............................................................................................37
3.2.2.2 Identificación de ensayos .............................................................................................37
3.2.2.3 Revisión del mantenimiento, la verificación y calibración de equipos........................38
3.2.3 Seguimiento de variables operacionales..........................................................................38
3.2.4 Análisis de muestras puntuales y plan de evaluación según variables operacionales.....38
3.2.4.1 Caracterización Físico-Química de muestras puntuales Planta I, Planta Pertigalete....39
3.2.4.2 Caracterización por Difracción de Rayos X ................................................................39
3.3 Fase 3: Simulación cronotermogravimétrica.......................................................................40
3.4 Fase 4: Análisis de datos e información .............................................................................43
3.4.1 Variabilidad y gráficas de control....................................................................................43
3.4.2 Relaciones causa- efecto..................................................................................................43
3.4.3 Agua Combinada en muestras de cemento Portland Tipo II, planta Guayana................43
3.4.3.1 Incertidumbre de la medición.......................................................................................45
3.4.4 Termografía IR en silos de cemento planta Pertigalete..................................................46
3.5 Fase 5: Sistema de mejoras y propuestas.............................................................................46
PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS..............................................................47
4.1 Definición del proceso crítico..............................................................................................47
4.1.1 Cadena de suministro.......................................................................................................47
4.1.2 Requerimientos del cliente...............................................................................................48
4.1.3 Sistema de gestión de la calidad......................................................................................49
4.1.4 Proceso crítico..................................................................................................................49
4.2 Identificación de puntos críticos y variables de proceso.....................................................50
4.2.1 Identificación de puntos críticos .....................................................................................50
4.2.2 Identificación y verificación del proceso de fabricación de cemento Portland de planta
Pertigalete y planta Guayana..........................................................................................................52
4.2.2.1 Identificación de equipos y variables de proceso.........................................................52
4.2.2.2 Identificación de ensayos .............................................................................................54
4.2.2.3 Revisión de la calibración, mantenimiento y verificación de equipos..........................55
4.3 Seguimiento de variables operacionales y análisis de datos e información.........................57
4.3.1 Falso fraguado en muestras de cemento Portland Tipo II ...............................................58
4.3.1.1 Falso fraguado del cemento Portland al salir del molino..............................................58
4.3.1.2 Falso fraguado del cemento Portland en la etapa de despacho.....................................59
4.3.2 Temperatura del cemento en molienda, sistemas auxiliares y almacenamiento..............61
4.3.2.1 Temperatura del cemento al salir del molino y en los sistemas auxiliares...................61
4.3.2.2 Caracterización Físico-Química de muestras puntuales Planta I, Planta Pertigalete....65
4.3.2.3 Temperatura del cemento al salir del silo ....................................................................70
4.3.2.4 Simulación cronotermogravimétrica.............................................................................71
4.3.3 Cantidad de sulfato cálcico dihidratado ..........................................................................74
4.3.4 Cantidad de sulfato cálcico hemihidratado en la materia prima......................................78
4.3.4.1 Caracterización por Difracción de Rayos X (DRX) ....................................................78
4.3.5 Finura obtenida en la molienda del clinker......................................................................80
4.3.6 Condiciones de humedad y tiempo de almacenamiento..................................................84
4.3.7 Contenido de álcalis.........................................................................................................89
4.3.8 Identificación de nuevos planteamientos operacionales..................................................91
4.4 Síntesis de posibles causas del falso fraguado ....................................................................94
4.4.1 Diagrama final causa-efecto............................................................................................97
viii
4.5 Planteamiento y ejecución de actividades complementarios ..............................................98
4.5.1 Agua Combinada en muestras de cemento Portland Tipo II, planta Guayana................99
4.5.1.1 Incertidumbre de la medición.....................................................................................100
4.5.2 Termografía IR en silos de cemento planta Pertigalete.................................................101
CONCLUSIONES ......................................................................................................................103
RECOMENDACIONES.............................................................................................................104
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................106
APÉNDICES...............................................................................................................................108
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Especificaciones de las principales características físico- químicas para cemento
Portland Tipo II, según ASTM Internacional [3]............................................................................4
Tabla 2.1 Síntesis de equipos en operación para la fabricación de cemento Portland en planta
Pertigalete y planta Guayana..........................................................................................................29
Tabla 4.1 Rango de fecha para cada período de despacho de cisternas de cemento Portland Tipo
II, planta Guayana...........................................................................................................................59
Tabla 4.2 Rango de valores mínimos y máximos para tres (3) temperaturas en la fabricación de
cemento Portland Tipo II en planta Guayana.................................................................................63
Tabla 4.3 Valores de PPF registrados en muestras de cemento al salir del molino 1 Y 9 A en
Planta I, planta Pertigalete..............................................................................................................66
Tabla 4.4 Rangos de temperatura del cemento a la salida del silo con mayor frecuencia por
período de despacho.......................................................................................................................71
Tabla 4.5 Rango de fecha de cada período de certificación del despacho del cemento Portland
Tipo II, planta Guayana..................................................................................................................77
Tabla 4.6 Síntesis de descripción de las muestras consideradas para la caracterización por DRX y
los resultados suministrados por el Laboratorio Geológico PDVSA.............................................79
Tabla 4.7 Rango de variables operacionales en la etapa de despacho de cemento Portland Tipo II,
planta Guayana...............................................................................................................................84
Tabla 4.8 Inventario del silo 6 planta Guayana, 11/12/08 al 20/12/08...........................................85
Tabla 4.9 Inventario del silo 6 planta Guayana, 21/12/08 al 31/12/08...........................................85
Tabla 4.10 Inventario del silo 6 planta Guayana, 01/01/09 al 10/01/09.........................................85
Tabla 4.11 Inventario del silo 5 planta Guayana, 13/06/09 al 21/06/09.........................................86
Tabla 4.12 Inventario del silo 5 planta Guayana, 22/06/09 al 30/06/09.........................................86
Tabla 4.13 Inventario del silo 5 planta Guayana, 01/07/09 al 10/07/09.........................................87
Tabla 4.14 Inventario del silo 5 planta Guayana, 11/07/09 al 20/07/09.........................................88
Tabla 4.15 Inventario del silo 5 planta Guayana, 21/07/09 al 31/07/09.........................................88
Tabla 4.16 Inventario del silo 5 planta Guayana, 01/08/09 al 08/08/09.........................................88
Tabla 4.17 Rangos de fechas por cada lote de producción de cemento Portland Tipo II, planta
Guayana..........................................................................................................................................89
Tabla 4.18 Porcentaje de agua libre y de agua combinada (%) en muestras de cemento Portland
Tipo II, al salir del molino planta Guayana....................................................................................99
Tabla 4.19 Porcentaje de agua libre y de agua combinada (%)....................................................100
Tabla 4.20 Valores de temperatura (°C) para cada etiqueta en el termograma ...........................102
xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1Sistema del sulfato cálcico [5].........................................................................................8
Figura 1.2 Solubilidad en agua de diferentes formas de sulfato cálcico (resultados aproximados
de varias investigaciones) [2]. .........................................................................................................8
Figura 1.3 Acción de diversos retardadores sobre el clinker. I CaSO42H2O, Ca(ClO3), CaI2; II,
CaCl2, Ca(NO3)2, Ca(NO2)2, CaBr2, CaSO41/2H2O; III, Na2CO3, Na2SiO3; IV, Na3PO4,
Na2B4O7, Na3AsO4, Ca(CH3COO)2 y otros [2, 8].....................................................................16
Figura 1.4 Efecto de la temperatura en la deshidratación del yeso. Porcentaje de Agua cristalina
remanente en el yeso del cemento [4].............................................................................................23
Figura 1.5 Cuadro sinóptico de algunas posibles condiciones que originan el fenómeno del falso
fraguado (FF) en el cemento Portland............................................................................................25
Figura 2.1 Estructura organizativa de Cemex Venezuela, Empresa en transición. Planta
Pertigalete [10]...............................................................................................................................27
........................................................................................................................................................32
Figura 2.2 Diagrama del proceso de fabricación de cemento de planta Guayana [10]..................32
Figura 2.3 Proceso de fabricación de cemento Portland Planta Guayana. (a). Canteras,
(b).Transporte de materia prima (MP), (c) Trituradora, (d). Patio de esquisto, (e ) Patio de caliza,
(f). Patio de hierro, (g). Molino de MP. (h) Silo de crudo o harina, (i). Horno de clinker , (j).
Traslado del clinker a planta Guayana, (k). Patio de clinker planta Guayana. (l). Patio de yeso
planta Guayana, (m). Bandas de transporte de yeso y clinker para la alimentación, (n). Molino de
clinker, (o). Elevador y seperador, (p). Silos de cemento, (q). Silo 5, despacho a granel (r).
Despacho en sacos..........................................................................................................................33
Figura 4.1 Cadena de Suministro Cemex Venezuela Empresa en transición.................................48
Figura 4.2 Diagrama Causa- Efecto. Posibles causas de la aparición del falso fraguado en
muestras del despacho de cemento Portland Tipo II, planta Guayana...........................................51
Figura 4.3 Puntos de toma de temperatura en proceso de fabricación cemento Portland, planta
Guayana. (1): Temperatura del cemento a la salida del molino, (2): Temperatura de los gases
antes de entrar al electrofiltro, (3): Temperatura del cemento antes de entrar a la bomba
neumática (Fuller) y (4): Temperatura del cemento al salir del silo...............................................54
Figura 4.4 Valores de PPF en muestras de cemento Portland Tipo II, al salir del molino en planta
Guayana, desde el 21/01/09 hasta el 30/06/09................................................................................58
Figura 4.5 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 1.....................59
Figura 4.6 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 2.....................60
Figura 4.7 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 3.....................60
Figura 4.8 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 4.....................60
Figura 4.9 Historial de temperaturas en la fabricación de cemento Portland Tipo II en planta
Guayana..........................................................................................................................................62
Figura 4.10 Frecuencia de valores de temperatura del cemento al salir del molino (A),
temperatura de gases antes de entrar al electrofiltro (B)................................................................63
Figura 4.11 Temperatura del cemento antes de entrar a la tolva Fuller ........................................64
Figura 4.12 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 18/01/09. A: Línea de tendencia de la temperatura de
molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.....................................................67
Figura 4.13 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 23/05/09 al 24/05/09. A: Línea de tendencia de la
temperatura de molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.............................67
Figura 4.14 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 15/04/09. A: Línea de tendencia de la temperatura de
molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.....................................................68
Figura 4.15 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 20/04/09 al 21/04/09. A: Línea de tendencia de la
temperatura de molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.............................68
Figura 4.16 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 24/04/09 al 25/04/09. A: Línea de tendencia de la
temperatura de molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.............................69
Figura 4.17 Frecuencia de valores de temperatura del cemento al salir del silo 5. Período 1, 2, 3 y
4 correspondiente a A, B, C y D respectivamente..........................................................................70
Figura 4.18 Isotermas de la simulación cronotermogravimétrica a muestras de cemento Portland
Tipo I y Tipo II, obtenidas de planta Pertigalete............................................................................72
Figura 4.19 Variación de la masa inicial en la simulación cronotermogravimétrica.....................73
........................................................................................................................................................75
xiii
Figura 4.20 Frecuencia de valores de porcentaje de SO3 (%) en muestras de cemento
provenientes de la salida del molino...............................................................................................75
Figura 4.21 Gráfica de control del Porcentaje de SO3 (%)............................................................76
Figura 4.22 Porcentaje de SO3 respecto a períodos de despacho de cemento Portland Tipo II,
planta Guayana...............................................................................................................................78
........................................................................................................................................................81
Figura 4.23 Frecuencia de valores de porcentaje retenido tamiz 325- 45µm (A) y Blaine (cm2/gr)
(B) en muestras de cemento provenientes de la salida del molino.................................................81
Figura 4.24 Gráfica de control porcentaje retenido tamiz 325- 45µm (%)....................................82
Figura 4.25 Gráfica de control del Blaine (cm2/g).........................................................................82
Figura 4.26 Porcentaje retenido tamiz 325- 45µm y Blaine (cm2/g) respecto a períodos de
despacho de cemento Portland Tipo II, planta Guayana................................................................83
Figura 4.27 Porcentaje de álcalis en el cemento Portland Tipo II al salir del molino....................90
Figura 4.28 Porcentaje de álcalis en el cemento Portland Tipo II al salir del silo..........................91
Figura 4.29 Esquema del efecto del porcentaje de grado óptimo de llenado de cuerpos moledores
(qop), el porcentaje de grado de llenado de cuerpos moledores (q) y el porcentaje de grado
máximo de llenado de cuerpos moledores (qmax) [4]....................................................................92
Figura 4.30 Diagrama Final Causa- Efecto. Posibles causas de la aparición del falso fraguado en
muestras del despacho de cemento Portland Tipo II, planta Guayana...........................................97
Figura 4.31 Resultado de la termografía. (A) Fotografía del silo analizado. (B) Termograma.. .102
xiv
INTRODUCCIÓN
Cemex (Cementos Mexicanos) Venezuela S.A.C.A, Empresa en transición, cuenta cuatro (4)
plantas cementeras en Venezuela, dos (2) de estas se ubican en Pertigalete- Edo. Anzoátegui y
Guayana- Edo. Bolívar. Planta Pertigalete está dedicada a la fabricación y comercialización de
cemento, clinker, yeso calcinado y agregados, mientras que planta Guayana inclina sus
actividades sólo a la fabricación y comercialización de cemento, utilizando como materia prima
el clinker y el mineral de yeso recibido por parte de planta Pertigalete.
Uno de los parámetros de especificación en el proceso de fabricación del cemento Portland en
Cemex (Cementos Mexicanos) Venezuela S.A.C.A, Empresa en transición, es el porcentaje de
penetración final (PPF). En una escala de 0 a 100, valores de PPF menores a 50, no son
permisibles, pues evidencian la presencia del fenómeno de falso fraguado (FF) del cemento. El
FF se presenta cuando al amasar el cemento con agua y mezclarlo durante un corto tiempo, el
material rigidiza y parece fraguar, después, si se vuelve a amasar se rompe este fraguado y el
material entonces tiene un tiempo de fraguado normal.
Desde finales del 2008, planta Guayana ha presentado en fechas puntuales, valores de PPF
menores de 50 en el cemento Portland Tipo II, sólo en muestras provenientes de la etapa de
despacho del proceso de fabricación, retrasando la entrega del material al cliente. Hecho que se
traduce en impacto económico tanto para la empresa como para el cliente. La importancia de esta
investigación radica en determinar las posibles causas que generan la aparición del FF en la etapa
de despacho del cemento Portland Tipo II además de aportar soluciones que resuelvan este
problema.
El objetivo general de este trabajo es determinar las posibles causas del falso fraguado en
muestras de cemento Portland Tipo II, provenientes de la etapa de despacho de planta Guayana.
Para el cumplimiento de dicho objetivo, se plantean los siguientes objetivos específicos:
•
Identificar los equipos y ensayos de planta Pertigalete y planta Guayana.
2
•
Realizar un seguimiento de variables operacionales relacionadas con el falso fraguado, en
2
2
planta Guayana.
•
Identificar los problemas operacionales presentes en el proceso de fabricación de cemento
Portland Tipo II en planta Guayana, relacionado con el falso fraguado.
•
Estudiar a nivel de laboratorio el comportamiento del falso fraguado bajo diferentes
condiciones de temperatura y tiempo.
•
Considerar como referencia el falso fraguado en la etapa de molienda presentado en planta
Pertigalete.
•
Evaluar la factibilidad de la medición de las distintas fases del sistema sulfato cálcico
mediante Difracción de Rayos X, en muestras de cemento Portland Tipo II y mineral de yeso.
•
Evaluar el proceso de fabricación del cemento Portland Tipo II en planta Guayana.
•
Proponer opciones de mejoras operativas en el proceso de fabricación del cemento Portland
Tipo II en planta Pertigalete y/o planta Guayana, que permitan controlar y reducir el falso
fraguado en pastas de cemento, preparadas con muestras del despacho de planta Guayana.
El presente trabajo se encuentra estructurado en capítulos que engloban de manera ordenada y
secuencial todo lo referente al tema en estudio. En el Capítulo I se presenta una síntesis de los
aspectos teóricos que sirvieron de base para la comprensión de los conceptos necesarios para la
ejecución de la investigación, referentes al cemento Portland y al falso fraguado. El Capítulo II
muestra la descripción del proceso de fabricación de cemento Portland Tipo II en planta
Pertigalete y planta Guayana. En el Capítulo III se describe con detalle la metodología utilizada
para cumplir con los objetivos específicos planteados. Por su parte en el Capítulo IV se presentan
los resultados obtenidos con sus respectivos análisis y finalmente las conclusiones y
recomendaciones generadas después de haber realizado la investigación.
CAPÍTULO I
CEMENTO PORTLAND Y FALSO FRAGUADO
En este capítulo se desarrolla una serie de basamentos teóricos relacionados con el cemento
Portland y su proceso de fabricación; así como también los aspectos más relevantes de las
reacciones iniciales de pastas plásticas como por ejemplo el fenómeno de falso fraguado.
1.1 Cemento Portland
En la antigüedad se denominaba con la palabra cemento a varios materiales cuya principal
característica era ser aglomerantes, aquellos con propiedades adhesivas y cohesivas. Por lo
universal de esta denominación se ha clasificado como materiales cementantes a aquellos de uso
en la construcción para producir la unión entre las piedras, ladrillos, arenas y otros. Al pasar el
tiempo se definió de manera más exacta que los cementos hidráulicos eran materiales que al ser
amasados con agua se endurecían tanto en el agua como en el aire, y luego de endurecer eran
aglomerantes resistentes a la acción del agua [1, 2].
En 1824, el inglés Joseph Aspin, patentó un producto denominado cemento Portland. El
cemento Portland es un cemento hidráulico que al amasarse con agua a temperatura ambiente se
endurece, debido a reacciones químicas que se producen entre el agua y los componentes
químicos presentes en el cemento. Como este material se asemejaba en aspecto y color a una
piedra de construcción utilizada en Inglaterra denominada piedra de Portland, Aspin le designó el
nombre de cemento Portland [3].
4
El cemento Portland es el producto que se obtiene de la pulverización de un clinker con un
porcentaje de yeso. El clinker es el producto de un calentamiento a fusión parcial de una
predeterminada mezcla homogénea de materiales contenidos principalmente de: cal (CaO), sílice
(SiO2), con una pequeña proporción de alúmina (Al2O3) y oxido férrico (Fe2O3) [2].
1.1.1 Cemento Portland Tipo II
Las características requeridas para la aplicación tecnológica del cemento Portland promueve
4
la diversidad de tipos de este cemento. Entre las variables más importantes que hacen la
diferencia entre un tipo u otro se encuentran la velocidad de endurecimiento, la velocidad de
desprendimiento de calor, la cantidad de calor desprendida durante la hidratación y la resistencia
del cemento ya endurecido al ataque por soluciones de sulfatos. Estas características están
definidas por las proporciones de las cuatro fases que componen el clinker (silicato tricálcico
(C3S), silicato dicálcico (C2S), aluminato tricálcico (C3A) y solución sólida de ferrito (en su
mayoría C4AF)) y por factores físicos como por ejemplo la finura alcanzada en la molienda del
clinker más el yeso [3].
Cada país posee su normativa para clasificar al cemento Portland según el comportamiento
ante los ensayos físicos-químicos que miden las variables mencionadas anteriormente. Según la
Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN) y en similitud con la clasificación
internacional del organismo de normalización de los Estados Unidos de América, la Sociedad
Americana para Ensayos de Materiales (American Society for Testing Materials, ASTM), el
cemento Portland Tipo II está destinado para usos en construcciones generales de concreto a la
acción moderada de los sulfatos, o cuando se requiere un calor de hidratación moderado. A
continuación en la Tabla 1.1 se muestran las especificaciones físicas y químicas de este tipo de
cemento [3].
Tabla 1.1 Especificaciones de las principales características físico- químicas para cemento
Portland Tipo II, según ASTM Internacional [3].
Características
Químicas:
Dióxido de Silicio (SiO2)
Óxido de aluminio (Al2O3)
Óxido férrico (Fe2O3)
Óxido de magnesio (MgO)
Trióxido de azufre (SO3)
Aluminato tricálcico (C3A)
Contenido de álcalis (Na2O + 0,658 K2O)
Pérdida al fuego
Residuos Insolubles
Físicas:
Finura, Superficie específica "Blaine" (m2/kg)
Estabilidad de volumen , Expansión en autoclave
Contenido de aire en mortero
Valores especificados
20,00 % Mín.
6,00 % Máx.
6,00 % Máx.
6,00 % Máx.
3,00 % Máx.
8,00 % Máx.
0,60 % Máx.
3,00 % Máx.
0,75% Máx.
260,00-280,00
0,80 % Máx.
12,00 % Máx.
5
Tabla 1.1 Especificaciones de las principales características físico- químicas para cemento
Portland Tipo II, según ASTM Internacional [3] (Continuación).
Falso Fraguado en pasta (Penetración final)
Fraguado Vicat (min) Inicial- Final
Resistencia a la compresión 3d - 7d ( kg/cm2)
50,00%
45,00 Mín.- 375,00 Máx.
120,00 Mín. – 190,00 Mín.
1.1.1.1 Cemento Portland Tipo II, Resistencia moderada a los sulfatos
El agua de mar, por ejemplo contiene suficiente sulfato para ocasionar problemas de
expansión y desintegración en concretos fabricados con cemento Portland de uso general.
Depende del contenido de C3A la facilidad del ataque de los sulfatos. Los cementos resistentes a
los sulfatos contienen proporciones mínimas de dicho compuesto, y algunos casos no lo
contienen.
La expansión causada en el ataque por los sulfatos a una pasta ya endurecida se le atribuye a la
formación
de
una
fase
denominada
etringita
(Trisulfoaluminato
cálcico
hidratado,
3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O). La formación de etringita se origina al combinarse C3A con la
solución de sulfatos y agua. El C3A combinado con la etringita y agua se convierte en
monosulfato (3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O) generando fuerzas expansivas que pueden originar
enormes esfuerzos en la estructura y como peor consecuencia agrietamientos en la misma y
destrucción completa del material. [3] Cabe aclarar que la formación de etringita en los períodos
iniciales de una pasta plástica, debido a reacciones controladas entre el C3A, yeso y agua,
constituye un efecto positivo en el desarrollo de las propiedades mecánicas [2].
El cemento Portland Tipo II es resistente moderadamente a los sulfatos y se muestra es sus
especificaciones su bajo contenido en C3A en la Tabla 1.1, con la finalidad de que la formación
de etringita sea tan pequeña para no conducir con alta potenciabilidad a la degradación del
material [3].
1.2 Materia prima en la fabricación del cemento Portland
Como ya se mencionó el cemento Portland es el producto que se obtiene de la pulverización
de un clinker con un porcentaje de yeso. El clinker deriva del tratamiento térmico de harinas o
pastas (materia prima molida), obtenido a partir de materias primas naturales, las cuales
contienen los componentes principales del cemento: cal, sílice, alúmina y óxidos de hierro. Estos
componentes raramente se encuentran en las proporciones deseadas en una sola sustancia, por lo
tanto, la mayoría de las veces se ha de elegir la mezcla de un componente rico en cal
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(componente calcáreo) con otro pobre en cal pero que contiene más alúmina y óxidos de hierro
(componente arcilloso). La harina está definida por el cálculo de las fases o compuestos de Bogue
y la relación entre los óxidos. En los casos en que las materias primas disponibles no contienen
en cantidad suficiente uno de los elementos químicamente necesarios se añade otro compuesto
llamado componente corrector. A continuación se presentarán los materiales calizos, los
arcillosos, los materiales correctores, el yeso (añadido en la molienda del clinker) y cierta
referencia al cálculo de la composición química del clinker [4].
1.2.1 Materiales Calizos
El material calizo más importante es la caliza, esta consiste predominantemente de carbonato
de calcio (CaCO3), con frecuencia contiene magnesio, hierro y aluminio combinados como
carbonatos y silicatos. Muchas calizas utilizadas en la industria del cemento provienen de
precipitados químicos o de materiales orgánico.
La creta es una caliza sedimentaria y se encuentra comúnmente en capas horizontales o
ligeramente inclinadas y poseen una composición uniforme en un horizonte dado, es
relativamente blanda y puede reducirse con facilidad a un estado de fina división. Las calizas
metamórficas son comunes en las plataformas continentales geológicamente antiguas.. Muchos
organismos marinos forman caparazones duros o esqueletos de carbonato de calcio, al morir sus
residuos calcáreos se acumulan como depósitos sedimentarios, formando el material calizo
coralino, estas pueden ser magnesianas o silíceas [2, 3].
1.2.2 Materiales Arcillosos
Las arcillas son sedimentos provenientes de rocas pre-formadas que fueron destruidas por el la
exposición a la intemperie y/o la erosión. Los procesos naturales de erosión tienden a separar los
componentes solubles de las rocas, dejando los óxidos de hierro, aluminio y silicio, relativamente
insolubles. En consecuencia muchas rocas erosionadas pueden proporcionar materiales arcillosos
para la fabricación del cemento, fuente de SiO2, Al2O3 y Fe2O3. Los materiales más comunes son
las arcillas endurecidas, las margas (calcáreos de lodo, arcilla y cal), los esquistos, entre otros. El
término arcilla se reserva para materiales de formación estratificada y forman una masa plástica
al humedecerla. Los esquistos se forman por una recristalización de los minerales en las arcillas.
Con frecuencia son ricos en alúmina y pueden tener altos contenidos en álcalis y azufre.
Geológicamente las arcillas que contienen sólo esquistos son clasificadas como rocas arcillosas.
En la práctica no es posible obtener la mezcla deseada con sólo una proporción de caliza y
7
arcilla para la obtención del clinker, es necesario añadir pequeñas cantidades de ingredientes
correctivos a la mezcla, estas cantidades deben contener los óxidos requeridos y deficientes en los
materiales principales mencionados anteriormente. Los materiales correctivos más usados son el
mineral de hierro para aumentar el contenido de óxido de férrico en la mezcla, la bauxita como
portador de aluminio y la cuarcita o arena para corregir la deficiencia de sílice [2, 3].
1.2.3 Componentes correctores
Cuando no es posible alcanzar la composición química deseada con los dos componentes
principales, es necesario añadir pequeñas cantidades de otras materias primas de corrección.
Estas deben de contener concentraciones relativamente altas de los óxidos particularmente
precisos para lograr la composición deseada, y que son los que faltan en el crudo.
Los materiales correctores usuales son el óxido de hierro en sus distintas formas, la bauxita o
el caolín para corregir las deficiencias en el contenido de alúmina, y la arena para proporcionar
suficiente sílice. Ciertos residuos industriales contienen uno o más de los cuatro óxidos básicos, y
pueden ser considerados también como materias primas [4].
1.2.4 Yeso
Durante la molienda del clinker, se añade yeso para controlar el fraguado del cemento,
considerándose entonces el yeso como materia prima, más adelante se explicará su efecto
retardador. El yeso es un sulfato cálcico (CaSO4•2H2O) abundante en la naturaleza, se encuentra
en la zona de antiguos lagos o mares interiores, como resultado de la sedimentación de sulfatos
que se hallan disueltos en el agua. Existen, por lo menos, cuatro formas distintas de sulfato
cálcico, el dihidrato (CaSO4•2H2O), el hemihidrato (CaSO4•1/2H2O), la anhidrita soluble
(γCaSO4•H2O) y la anhidrita insoluble (βCaSO4•H2O). El hemihidrato y la anhidrita soluble
tienen estructuras cristalinas íntimamente relacionadas, en esta última los iones Ca2+ y SO42forman una estructura abierta con canales continuos en una dirección, el hemihidrato en estos
canales contiene moléculas de agua. La disposición de los iones Ca2+ y SO42- en el dihidrato y la
anhidrita insoluble con distintas entre sí, existiendo al mismo tiempo una semejanza entre las
estructuras que permite una interconversión de las mismas.
A continuación se muestra en la Figura 1.1 las conversiones antes mencionadas, por efecto de
calentamiento el yeso (dihidrato) cambia de fase y pierde agua combinada transformándose en
hemihidrato y anhidritas [2, 3, 5].
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Figura 1.1Sistema del sulfato cálcico [5].
La Figura 1.2 representa las curvas de solubilidad aproximadas para el sistema sulfato cálcico,
el punto de intersección de las dos curvas de la temperatura a la que las dos (2) formas
correspondientes se encuentran en equilibrio [2].
Figura 1.2 Solubilidad en agua de diferentes formas de sulfato cálcico (resultados
aproximados de varias investigaciones) [2].
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1.3 Procesos en la fabricación del cemento Portland
La fabricación del cemento Portland abarca desde la preparación de una mezcla de materias
primas con granulometría definida, la cocción de estas hasta el umbral del punto de fusión, la
molienda del producto de cocción o clinker junto con el yeso, hasta el almacenamiento del
producto terminado o polvo fino y reactivo que se denomina cemento, para su posterior
distribución ya sea en sacos o a granel. Considerando un control exhaustivo en todas las etapas de
fabricación, con la finalidad de garantizar un cemento de calidad uniforme y conforme con lo
requerido. A continuación se presenta el proceso de fabricación de cemento en cuatro (4) etapas.
1.3.1 Obtención y preparación de la materia prima
El proceso de fabricación de cemento comienza con la extracción de las materias primas que
se encuentran en yacimientos, normalmente canteras a cielo abierto. Las canteras (cerro,
montaña, convertida por la excavación en un piso en forma de olla) se explotan mediante
voladuras controladas, en el caso de materiales duros como la caliza, para materiales blandos
como la arcilla se utilizan excavadoras para su extracción.
Una vez extraído y clasificado el material, se procede a su trituración hasta obtener una
granulometría adecuada para la siguiente etapa, este material es almacenado en pilas para su
posterior molienda (vía seca). En función de cómo se procesa el material antes de su entrada al
horno de clinker, se pueden distinguir dos procesos principales: vía seca y vía húmeda. La etapa
de homogeneización es por uno u otro proceso dependiendo de si se
utiliza corrientes de aire o
agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada
a balsas de homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el clinker. En el
proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima, con la formación de
pilas, constituidas de capas uniformes, con la finalidad de realizar una prehomogenización,
permitiendo seleccionar de maneras controlada la dosificación de cada componente sin aumentar
su variabilidad. Estos materiales son molidos en molinos verticales o de bolas, para reducir su
tamaño, favoreciendo su cocción posterior en el horno. Esta materia prima molida se denomina
harina o crudo, es almacenada es silos para incrementar la homogeneidad de la mezcla [2, 6].
1.3.2 Tratamiento térmico
La materia prima es alimentada al horno, previo paso por un sistema de precalentamiento, para
facilitar posterior cocción. A medida que el crudo va entrando al horno, mientras este rota, la
temperatura va aumentando hasta alcanzar 1500 °C. Para alcanzar las temperaturas necesarias
para la cocción de las materias primas y la fabricación del clinker, el horno cuenta con una llama
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principal que arde a 2000 °C. Los pasos fundamentales en el tratamiento térmico de los crudos
son la eliminación a 100 °C del agua asociada químicamente, la combustión de alguna materia
orgánica presente y la descarbonatación del carbonato cálcico por 1000 °C, la posterior
calcinación de la materia descarbonatada en un rango de 1300-1500 °C. Dependiendo de la
composición y la finura se mantiene esta temperatura por cierto tiempo con la finalidad que se
formen las fases más importantes que constituyen al clinker. A la salida del horno el clinker es
introducido a un enfriador, que inyecta aire frio del exterior para reducir la temperatura del
clinker de 1400 °C a 100 °C [2, 6].
1.3.3 Molienda de clinker con yeso
Para obtener el material reactivo deseado, el clinker es molido en la unidad de molienda con
una pequeña cantidad de yeso (regulador del fraguado). En el interior del molino los materiales se
muelen, se mezclan y se homogenizan. El molino de bolas consiste en un cilindro horizontal de
acero, cargado de resistentes bolas de acero con una granulometría específica, la rotación del
molino inclina el conjunto de bolas y hace que estas se compriman y friccionen el clinker y el
yeso, hasta obtener un polvo fino y homogéneo que se denomina cemento.
1.3.4 Almacenamiento y despacho
El cemento sale del molino listo para su utilización y es transportado a silos para su posterior
despacho. El cemento debería almacenarse a temperaturas lo más bajas posible, para esto se debe
controlar la temperatura de salida del molino y el enfriamiento posterior. El cemento pierde
durante su transporte al silo de 5 a 10 °C, dependiendo del sistema y de la distancia. Dentro del
silo, la temperatura del cemento suele reducir por la aireación y a través de las paredes del
mismo. Sin embargo, el proceso de enfriamiento en los silos es muy lento y aún después de varias
semanas, puede ser que el decrecimiento de la temperatura sea de 5 a 10°C con respecto a la
temperatura de entrada. Frecuentemente, los silos se construyen con el fondo elevado para
permitir finalmente la carga directa por gravedad de camiones o cisternas, despacho a granel. El
ensacado es otra modalidad de despacho de cemento [1].
1.4 Fraguado y endurecimiento del cemento Portland
Al mezclar cemento Portland con agua, las reacciones químicas que se producen originan un
cambio en la estructura de la pasta, en principio ocurre un espesamiento inicial, donde la pasta
pasa de estado fluido a estado sólido, esta transformación se denomina fraguado. De manera más
lenta ocurre el fenómeno de endurecimiento de la pasta ya fraguada, cuando esta adquiere las
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características necesarias para aumentar su resistencia, es decir cuando el número múltiple de
uniones físico-químicas (esfuerzos ligantes) entre las partículas le otorga al aglomerante
resistencia mecánica [2, 7].
Se puede distinguir el fraguado del proceso de endurecimiento del cemento según el tiempo de
fraguado inicial y final. El tiempo que transcurre desde el momento que se agrega el agua, hasta
que la pasta pierde viscosidad y eleva su temperatura se denomina tiempo de fraguado inicial, e
indica que la pasta esta semidura y parcialmente hidratada. Posteriormente la pasta deja de ser
deformable con cargas relativamente pequeñas, se vuelve rígida y llega al mínimo de
temperatura; el tiempo trascurrido desde que se mezcla con el agua hasta que llega al estado
descrito anteriormente se denomina tiempo de fraguado final, e indica que el cemento se
encuentra aún mas hidratado (no totalmente) y la pasta ya esta dura.
1.4.1 Teorías sobre el fraguado del cemento
Se han propuesto varia teorías para explicar la naturaleza del proceso de fraguado del
cemento, seguidamente se mencionan resultados del químico francés Henry Louis Le Châtelier y
su homólogo en estudios del cemento, Michaelis. Posteriormente se detalla una secuencia general
del proceso de fraguado.
Le Châtelier para el año 1887 supuso que el cemento se disuelve en agua originando una
solución que está sobresaturada con relación a los productos de hidratación, produciéndose una
precipitación de pequeños cristales. En la precipitación ocurre una cristalización rápida e
irregular, entrecruzándose los cristales formados, Le Châtelier pudo observar que los cristales
precipitados a partir de soluciones sobresaturadas son por lo general aciculares (en forma de
aguja), de los cual se espera una red entrecruzada de estos. Esta teoría explica bien los hechos en
el caso del fraguado del yeso, Le Châtelier consideró que también se aplica para el caso del
cemento, los compuestos anhidros de cemento Portland dan lugar a soluciones inestables,
sobresaturadas en relación a los productos de hidratación [2].
En 1893, Michaelis atribuyó el fraguado y el endurecimiento de los cementos hidráulicos a la
formación de un gel. Recién formado, el gel es suave y con mucha agua, aún existen granos de
cemento sin reaccionar. En la hidratación, esos granos absorben el agua del gel formado,
adquiriendo el gel mayor dureza e impermeabilidad.
No existe un acuerdo sobre los detalles que inducen al fraguado y al endurecimiento del
cemento, a continuación se presenta una secuencia general de fases de estos dos procesos. El
12
resultado inicial de la mezcla del cemento con agua es producir una dispersión de los granos de
cemento, la reacción con agua produce rápidamente una capa superficial de productos de
hidratación sobre cada grano, luego estos productos de dimensiones coloidales ocupan un espacio
mayor, a expensas de los granos y del líquido o fase acuosa de la pasta. Los productos de las
reacciones de hidratación pueden formar algunos cristales (Ca(OH)2 y fases conteniendo iones
Al3+, Fe3+, y SO42-). La solución se satura rápidamente en Ca2+, OH-, SO42- y cationes alcalinos.
Con el progreso de las reacciones, las capas de los productos se extienden y empiezan a tocarse,
originándose un gel en los espacios intergranulares; hasta este punto de la secuencia se
corresponde con el proceso de fraguado, es decir hasta la formación de un gel continuo en toda la
pasta, a partir de este momento corresponde el proceso de endurecimiento del cemento
determinada por la estructura final de gel formado y su transformación posterior [2].
A continuación se presentan dos teorías del fraguado en pastas de cemento con respecto a los
productos de hidratación.
1.4.1.1 Teoría de la hidratación selectiva
Se basa en que la causa del principio de fraguado del cemento Portland, pudiera ser la
formación de C3A o de C3S hidratados. El tiempo necesario para iniciar el fraguado depende del
tiempo que necesitaba alguno de estos hidratos para aparecer. En sus estudios se evidenció que
cuando no había presencia de ningún retardador, o cuando el contenido de C3A era elevado, este
entraba en solución formando el hidrato de C3A. La formación de este hidrato pudiera ser
suficiente para producir el fraguado de la pasta y determinando la estructura de la pasta, en este
caso se llamaría fraguado relámpago. Por otro lado, si el contenido de C3A es bajo o si hubiera la
presencia de un retardador que controle la precipitación del aluminato cálcico hidratado, se le da
oportunidad al reactivo más lento, C3S, entrando este a solución y precipitando en forma de
silicato cálcico hidratado, determinando este hidrato el fraguado y la estructura de la pasta [7].
1.4.1.2 Teoría de la cristalización de los productos de hidratación
Cementos de composición química y área superficial idénticas han presentado grandes
diferencias en sus propiedades físicas, se cree que esta discrepancia está relacionada con el
tratamiento térmico de los clinkeres. Un enfriamiento lento permite que los compuestos de hierro
y alúmina de la mezcla cristalicen, desde el estado de fusión. Un enfriamiento rápido determinará
que el líquido se convierta en fase vítrea en una extensión más o menos grande. La teoría parte
del principio que los compuestos cristalizados y los vítreos tienen características de hidratación
distintas [7].
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Parece que el factor principal que determina la aparición de fases cristalinas es el contenido
vítreo o específicamente la cantidad de C3A cristalino en el clinker (dependiente de la velocidad
de enfriamiento del mismo, como ya se mencionó). Resultados de diversos estudios demuestran
que el enfriamiento rápido reduce la formación de C3A por debajo de un valor crítico, al añadir
agua, aparecen rápidamente productos de cristalización. Sin embargo, si el contenido de C 3A es
elevado, este enfriamiento puede no reducir suficientemente la formación de C3A para evitar
consecuentemente la formación rápida de cristales. Esta teoría también considera una relación
entre las cantidades relativas de los productos de hidratación cristalinos y la plasticidad de las
pastas, así como también la cantidad de agua requerida inicialmente para producir una pasta de
consistencia normal. A partir de un clinker que se enfrió lentamente, se obtenían cementos que
requerían cantidades excesivas de agua y que fraguaban de manera irregular. En cuanto a la fase
vítrea de los cementos, se demostró que pasa a disolución con relativa lentitud en comparación
con la del C3A cristalino [7]. Se debe mencionar que el análisis se enfoca en el C3A, pues en la
práctica, el C3A tiene mayor velocidad de hidratación que el C3S y C2S, estos últimos comienzan
su hidratación luego del período durmiente.
1.5 Pasta de cemento Portland
Se define como pasta a la suspensión espesa que se origina al mezclar un cemento hidráulico
con agua; cuando la unión esta recién hecha (pasta fresca) se compone de granos de cemento y
una solución acuosa; cuando ha pasado el tiempo (pasta endurecida) la constituyen productos
sólidos de la reacción de los componentes del cemento con el agua y espacios permeables al agua
[2].
1.5.1 Pasta fresca de cemento Portland
La aparición de las propiedades cohesivas y adhesivas del cemento comienza en la mezcla del
mismo con agua, es decir en la formación de la pasta fresca, sabiendo que las propiedades
iniciales están determinadas por la estructura de los granos originales de cemento.
Se producen reacciones relativamente rápidas al poner en contacto el cemento con el agua (a
temperatura ambiente) y en el período de amasado, al pasar 5 minutos la velocidad de reacción
disminuye para llegar a una etapa donde la pasta permanece plástica. Dependiendo de la finura
del cemento por ejemplo, este período puede durar entre 40-120 minutos, es denominado período
latente. La cantidad de cemento consumida en las reacciones iniciales equivale al 1% y la parte
insoluble del producto de reacción, se adhiere a las superficies de los granos de cemento. La
superficie específica de los granos de cemento permanece inalterada, por otro lado la fase líquida
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de la mezcla en una solución acuosa constituida principalmente por iones de Ca 2+ , Na+ , K+, OH-,
SO42- [2].
La finura del cemento es una característica de gran relevancia en las propiedades de la pasta
fresca del cemento Portland. La finura se expresa por el área superficial de las partículas
contenidas en un grano de cemento y se llama superficie específica. Mientras más finas son la
partículas más alta es la superficie específica del cemento mayor es la velocidad de las reacciones
químicas iniciales de la pasta fresca [2].
1.6 Reacciones iniciales en la pasta de cemento Portland
Las reacciones iniciales del clinker del cemento Portland con agua suelen ser bastante
violentas, por esta razón al moler el clinker se le añade cierto porcentaje de un compuesto
retardante, específicamente
se utiliza sulfato cálcico dihidratado (yeso). El yeso será el
encargado de regular las reacciones iniciales de fraguado, pues retarda la disolución o la
velocidad de hidratación de los constituyentes anhidros (silicatos y aluminatos de calcio) del
clinker en la pasta de cemento [2].
Para considerar estas reacciones iniciales se debe recordar términos como el fraguado y el
endurecimiento del cemento, el significado de ambos se define con la medición de la resistencia a
la deformación mediante distintos métodos de ensayo. Como ya se mencionó, el fraguado
describe el cambio de estado fluido a estado sólido de una pasta pura (espesamiento inicial), sin
embargo el endurecimiento es el aumento de la resistencia de una pasta ya fraguada, siendo este
un proceso más lento. Es importante conocer los tiempos iniciales y finales de fraguado, para
poder cumplir con el rango de tiempo para que el cemento pueda ser colocado y manipulado con
la adecuada plasticidad. Por esta razón se consideran las reacciones iniciales del clinker del
cemento Portland con agua, estas producen un fraguado rápido, controlando así el tiempo de
fraguado de la pasta [2].
1.6.1 Sistema clinker- agua
Según la teoría de la hidratación selectiva, el fraguado es ocasionado por la hidratación de
algunos componentes del cemento, siendo los dos primeros en reaccionar el C3A y el C3S. Las
fases que constituyen el cemento pueden reaccionar con el agua de dos formas distintas.
Mediante una adición directa de algunas moléculas de agua, lo que constituiría una reacción de
hidratación real, o por medio de una reacción de hidrólisis. La cantidad de C3A en la mayoría de
los cementos es relativamente pequeña, pero su comportamiento le refiere suma importancia en
15
las reacciones iniciales de la pasta de cemento. La mezcla del clinker de cemento Portland
molido (sin la adición de yeso) con agua genera un rápido desprendimiento de calor y un
fraguado instantáneo de la pasta (fraguado violento ya mencionado). El agua se satura
rápidamente en aluminato cálcico e hidróxido de calcio (producido por la hidrólisis del C3S), en
estas condiciones de saturación podría precipitar el aluminato cálcico hidratado. Aún y cuando la
solución saturada de hidróxido de calcio es la más propicia para retardar la hidratación del C 3A,
se cree que no se controlan las reacciones iniciales porque la rapidez de producción de hidróxido
cálcico no es la necesaria [2].
1.6.2 Teoría de la acción de los retardadores
Cuando se mezcla el cemento con agua, ocurre una saturación con sulfato e hidróxido de
calcio dentro del primer minuto. La hidratación de varios compuestos de cemento debe esperarse
que se solape, puesto que la hidratación empieza en la superficie de una partícula sólida y
progresa hacia el interior. Por esta razón, la presencia y la reactividad relativa de los compuestos
son factores importantes. Tanto la sílice como la alúmina, pasan a la solución en alguna cantidad,
aunque sea muy limitada, durante la reacción de los compuestos anhidros con el agua. Conforme
nuevos productos hidratados precipitan, nuevo material anhidro pasa a la solución. La velocidad
de reacción de los sólidos anhidros con el agua y la intervención de la cal, alúmina, sílice y
sulfato en la solución es lo que determina la naturaleza de los productos primero producidos y la
velocidad de fraguado [8].
Forsen, fue uno de los primeros en investigar la acción de los retardadores, logrando presentar
el primer trabajo con la posible acción de los agentes retardadores en el fraguado del cemento.
Su estudio se basó en las concentraciones de varios iones producidos en la solución cuando el
cemento reacciona con el agua; en este trabajo Forsen dedujo que el efecto de las sales añadidas
podía relacionarse con la solubilidad de la alúmina. Siendo el paso de la alúmina a la solución un
impedimento de la formación normal de los silicatos cálcicos hidratados, conduciendo a una
precipitación rápida de un posible gel alúmina-sílice y como consecuencia el fraguado violento.
En un escenario de fraguado normal la solución formada está constituida por poca alúmina,
debido a que los aluminatos disueltos son precipitados como películas de sulfoaluminato
alrededor de los granos de cemento, retardando así su disolución [8].
Los retardadores, según Forsen, son compuestos que precipitan los aluminatos como películas
alrededor de los granos. Esta teoría comprende tanto el mecanismo de la disminución de la
solubilidad de alúmina, resultando en la precipitación de esta como sulfoaluminato (Caso del
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sulfato cálcico hemihidratado) y el retardo de la hidratación del aluminato tricálcico por las
películas de sulfoaluminato formadas alrededor de él (Caso del sulfato cálcico dihidratado) [8].
Forsen dividió los retardadores en cuatro (4) grupos, según el tipo de curva obtenida al
relacionar el tiempo inicial de fraguado con la cantidad de retardador añadida, esto se muestra en
la Figura 1.3.En los puntos siguientes se evaluará el comportamiento de sulfato de calcio
dihidratado y el hemihidratado.
Figura 1.3 Acción de diversos retardadores sobre el clinker. I CaSO42H2O, Ca(ClO3), CaI2;
II, CaCl2, Ca(NO3)2, Ca(NO2)2, CaBr2, CaSO41/2H2O; III, Na2CO3, Na2SiO3; IV, Na3PO4,
Na2B4O7, Na3AsO4, Ca(CH3COO)2 y otros [2, 8].
1.6.3 Sistema clinker-agua-sulfato de calcio dihidratado
Después de la disolución de los álcalis los aluminatos son los primeros constituyentes del
cemento que reaccionan con el agua, de no ser por la acción retardante del yeso lo harían
instantáneamente.
El yeso es un retardante efectivo del fraguado violento, el sulfato de calcio dihidratado
reacciona con los aluminatos cálcicos para originar los siguientes productos: trisulfoaluminato
cálcico hidratado (3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O) y monosulfoaluminato cálcico hidratado
(3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O). El monosulfato entra en solución sólida con el aluminato
tetracálcico hidratado, mientras el trisulfato se forma rápidamente con gran cantidad de agua y
cristaliza en agujas (etringita). Estudios demuestran que los cementos que presentan una
formación rápida de cristales al mezclarlos con agua, no se comportaban de esa manera si se
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mezclaban con solución saturada de hidróxido de calcio. Los cementos que muestran una rápida
formación de cristales cuando se mezclan con agua, no producen hidróxido cálcico con la
rapidez necesaria para controlar las reacciones inciales, entonces la acción retardante en el
cemento Portland es el resultado de la formación de hidróxido de calcio, o la posible acción
combinada de hidróxido y sulfato cálcico. Se ha comprobado que la combinación de hidróxido y
sulfato cálcicos es más efectiva para retardar la hidratación del C3A que cualquiera de los dos
compuestos aislados. Entonces es posible que el efecto retardador se origine por la formación de
un recubrimiento protector de trisulfoaluminato cálcico hidratado en solución saturada de
hidróxido de calcio. Algunos especialistas en cementos obtuvieron un trisulfato parecido a un gel,
estableciendo la posibilidad de que se forme una película delgada de aluminatos tetracálcicos
hidratados en conjunto con el trisulfato cálcico hidratado, de tal manera que juntos resguarden la
superficie del C3A y retarden las reacciones inciales de la pasta de cemento [2, 8].
1.6.4 Sistema clinker-agua-sulfato de calcio hemihidratado
El sulfato de calcio hemihidrato (CaSO4•1/2H2O), pertenece al grupo II según la clasificación
de Forsen mencionada en la Figura 1.3, en este grupo el autor describe que la alúmina tiene una
solubilidad baja a bajas concentraciones y la sal actúa como un retardador, pero con
concentraciones mayores se encontró que la solubilidad de la alúmina aumentaba en la solución y
no se observaba la acción retardadora del fraguado [8]. En la Figura 1.3 se puede notar que
pequeñas cantidades del hemihidrato tienen la misma acción retardadora que el dihidrato, pero al
aumentar la cantidad del primero se introduce una nueva acción que acorta el tiempo de fraguado
y que no se observa con el dihidrato. Investigaciones demuestran que esta acción se debe a la
precipitación de cristales foliáceos de yeso, estos cristales pueden forman un armazón de
partículas motivando al espesamiento de la pasta y a veces al fraguado [2].
1.6.5 Sistema clinker-agua-sulfato de calcio
A temperaturas normales (25°C) la solubilidad de la anhidrita natural (CaSO4) es mayor que la
del yeso dihidratado, de manera tal que la anhidrita debe actuar como retardador. Esta acción se
evidencia con muchos clinkeres, pero como se disuelve mucho más lentamente que el yeso, es
necesario añadir una cantidad mayor que la requerida con el dihidrato y así la curva logre
alcanzar el tramo horizontal para el grupo I de la Figura 1.3. Estudios señalan que las mezclas de
anhidrita natural con dihidrato proporcionan un buen retraso, aparentemente la velocidad de
disolución de la anhidrita basta para suministrar el SO3 requerido, después de la demanda inicial
relativamente grande que aporta el dihidrato [2].
18
1.6.6 Sistema clinker-agua-mezcla de sulfato cálcico dihidratado y hemihidratado
Aunque muchos autores han analizado este sistema, sólo se resumirá el resultado de uno de
ellos. Según los resultados de Bucchi, quien se baso en mezclas de dihidrato y hemihidrato,
parece que una pequeña cantidad de hemihidrato con el dihidrato acorta el tiempo de fraguado de
las pastas de cemento. El sulfato cálcico hemihidratado pasa a solución, y
es hidratado
proporcionando aparentemente una siembra cristalina, que inicia la precipitación del dihidrato, a
partir de una solución de sulfato cálcico sobresaturada con respecto al mismo, más adelante se
explicará este punto. Si la siembra cristalina es relativamente pequeña, podría formarse una
armazón de cristales de dihidrato que acorten el tiempo de fraguado. Bucchi indica que si hay
suficiente dihidrato, su precipitación a partir de una solución de hemihidrato no forma un
armazón, quizás por no poder alcanzar un alto grado de sobresaturación [2].
1.7 Falso fraguado del cemento Portland
El uso de adjetivos como falso o violento indica que una de las características del cemento
Portland pudiera definirse como fraguado normal. Sabiendo que al cemento Portland se le añade
sulfato cálcico dihidratado para retardar la velocidad de las reacciones iniciales de la pasta
plástica, y que también pudiera ocurrir que al aumentar la cantidad del sulfato cálcico dihidratado
se genere una nueva acción que acorte el tiempo de fraguado; entonces parece coherente pensar
que cuando se habla de fraguado normal se aplica a una propiedad creada en el cemento al usar
sulfato cálcico dihidratado para modificar las velocidades a la cual los minerales del clinker
reaccionan con el agua [3].
En este sentido, a continuación se describe el fenómeno de falso fraguado del cemento
Portland. Al amasar el cemento con agua y mezclarlo durante un corto tiempo, el material
rigidiza y parece fraguar; después, si se vuelve a amasar se rompe este fraguado y el material
entonces tiene un tiempo de fraguado normal. Ocurre un desarrollo rápido de rigidez en la pasta
plástica de cemento (observándose también en morteros o concretos) sin desarrollo de apreciable
calor. Rigidez prematura, fraguado indeciso, fraguado gomoso y fraguado arrebatado son
adjetivos referidos al mismo fenómeno. Aunque falso fraguado es el término comúnmente
utilizado [8].
El fenómeno de falso fraguado es determinado midiendo el porcentaje de penetración final,
según la norma ASTM C451. El ensayo tiene por principio medir la resistencia a la deformación,
arrojando valores de porcentaje desde cero (0) hasta cien (100), estableciendo que la muestra
tiene falso fraguado cuando el porcentaje de penetración final (PPF) se encuentra en un rango de
19
cero (0) a cincuenta (50). Por ejemplo, mientras menor sea la penetración final (a los nueve (9)
minutos y quince (15) segundos) indica que la pasta de cemento presenta mayor resistencia a la
deformación, revelando así que se está en presencia del fenómeno de fraguado. Por el contrario si
la penetración final es mayor, no hay resistencia significativa a la deformación y aún no ocurre el
espesamiento de la pasta, siendo en este último caso el valor del PPF mayor a cincuenta (50).
1.7.1 Falso fraguado y el proceso de fabricación del cemento Portland
A continuación se describirán cuatro posibles escenarios del proceso de fabricación del
cemento Portland, cuyas condiciones harán posible la aparición del falso fraguado minutos
después de mezclar el cemento con agua.
1. Condiciones de la materia prima
Condiciones de la materia prima, en principio, se refiere al contenido de hemihidrato en el
yeso, utilizado como materia prima en la molienda del clinker, que como se expondrá a
continuación aparentemente afectará de manera inmediata la formación de la estructura
entrecruzada que rigidiza la pasta de cemento.
Químicos como Bogue y Lerch estudiaron el fenómeno de falso fraguado y observaron que el
sulfato de calcio hemihidratado puede producir este conato de rigidez en las pastas de cemento,
hidratándose él mismo hasta fraguar. Por debajo de 100°C el dihidrato es más estable que el
hemihidrato, como se observa en la Figura 1.2, es decir la velocidad de disolución del
hemihidrato es mayor que la de otras formas de sulfato cálcico [2, 7].
Considerando esta idea de mayor solubilidad del hemihidrato, entonces al mezclar el cemento
que contiene hemihidrato con agua, el hemihidrato se hidrata conduciendo a una inmediata
sobresaturación de la solución con sulfato cálcico dihidratado, partiendo de esta disolución
sobresaturada de dihidrato, siendo este compuesto mucho menos soluble que otros que están en
solución, por el principio de Le Chatelier disminuirá el contenido del mismo en la fase líquida,
entonces se ve favorecida la reacción de precipitación de cristales de dihidrato, estos cristalizan
con morfología acicular, entrecruzándose y formando un fieltro dando lugar a la rigidización
prematura de la pasta de cemento, pasajero porque si continua el amasado se elimina el
fenómeno. En esta rigidización pueden contribuir también los cristales aciculares de etingrinta de
formación rápida, así como los sulfatos alcalinos del clinker [1]. Es importante mencionar que el
hemihidrato puede entrar en solución más rápidamente que el aluminato tricálcico, es decir se
descarta la idea de un fraguado violento.
20
Otros autores como Lhopitallier y Stiglitz apoyan la idea anterior, específicamente que el
desarrollo de falso fraguado viene después de la sobresaturación, con respecto al dihidrato, de la
fase líquida de la pasta.
Condiciones de la materia prima también se refiere a la proporción óptima de yeso agregado,
es decir la cantidad de yeso suficiente y necesaria para mantener al sistema adecuadamente
retardado en cuanto al control del falso fraguado, por los argumentos previamente expuestos
evitando la sobresaturación de la fase líquida de la pasta. En un cemento Portland de
composición normal, el contenido de SO3 correspondiente al dihidrato, al hemihidrato, a la
anhidrita II y a los sulfatos alcalinos del clinker, en conjunto, debe estar por debajo de 2,2 a 2,5
% en masa, de manera que en los cementos escasos de C3A, como es el caso del cemento
Portland tipo II, dicho contenido debe ser aún menor. Si se rebasan estos límites es más probable
que se pueda producir el falso fraguado [1]. Este contenido es directamente proporcional a la
reactividad del clinker, específicamente a la reactividad del C3A, mientras más reactiva es esta
fase, mayor control de fraguado necesita y por lo tanto más contenido de yeso.
2. Condiciones de molienda
La causa más común del falso fraguado, es probablemente el calentamiento del cemento
durante la molienda. Aunque el sulfato cálcico se añade al clinker en forma de yeso dihidratado,
seguramente parte del yeso se deshidrata durante el proceso de molienda para formar hemihidrato
o anhidrita soluble. Es importante conocer la estabilidad del yeso en función de la temperatura,
(Figura 1.2), y de la tensión de vapor del agua. La temperatura del cemento durante la molienda
se halla en el intervalo de 40-150 ° C. También se debe tener conocimiento de la humedad
relativa de la atmósfera en el molino para prevenir la descomposición del yeso, a continuación se
presenta en la Tabla 1.2, valores aproximados de humedades relativas para prevenir la
disociación del CaSO4•2H2O.
Tabla 1.2 Humedades Relativas aproximadas para prevenir la disociación yeso [2].
Humedad relativa (%)
Temperatura (°F)
Temperatura (°C)
75
24
35
100
38
45
125
52
55
150
66
65
Tabla 1.2 Humedades Relativas aproximadas para prevenir la disociación del yeso [2]
(Continuación).
21
Temperatura (°F)
175
Temperatura (°C)
79
Humedad relativa (%)
80
200
93
95
212
100
100
Partiendo de los datos antes mencionados parece que la humedad relativa dentro de la
atmósfera en el molino debería exceder del 50% para prevenir la descomposición del mineral. En
este caso el molino debe contar con un sistema interno de enfriamiento adecuado. Normalmente
este sistema funciona con un sistema de inyección de agua mediante aire comprimido y
nebulización dentro del equipo, se recomienda que para asegurar la evaporación, la inyección no
debe iniciarse hasta que se tenga una temperatura de al menos 110°C en el material que sale del
molino, también se debe controlar la temperatura de punto de rocío para evitar condensaciones en
el sistema, comúnmente esto se hace variando el caudal de aire por el molino, utilizando la
succión en la salida del molino como dato de referencia [1].
La temperatura del clinker al entrar al molino podría contribuir también a la deshidratación del
yeso, si de entrada se encuentra el clinker en una rango de 100 a 150°C es posible la
deshidratación del sulfato cálcico dihidratado [1].
Existen otras variables importantes referidas a dimensiones y características de diseño del
molino, como por ejemplo la distribución granulométrica de la carga, de no ser la óptima podría
incrementar el rozamiento entre los cuerpos moledores aumentando la temperatura del sistema,
conduciendo a la posible deshidratación del yeso. Las dimensiones del equipo, por ejemplo
mientras más alargado es el tubo de molienda es posible encontrar más granos muy finos en el
producto molido, y esto afectará de cierta manera al falso fraguado [1].
La finura del cemento es una de las propiedades físicas más importantes del mismo, ya que
está directamente relacionada con la hidratación del material. El área superficial de la partícula de
cemento constituye el material de hidratación, y el tamaño de los granos (su finura) tiene gran
influencia en la velocidad de hidratación. Una molienda fina hace que el cemento sea más
susceptible a hidratarse con la humedad ambiental, por lo que su vida útil es más corta. La finura
se expresa por el área superficial de las partículas contenidas en un grano de cemento. De tal
manera que si los parámetros de molienda por especificación o por estar fuera de control
conducen a la fabricación de un cemento con mayor finura, este cemento es más propenso a
22
presentar falso fraguado, pues se hidrata con mayor facilidad, este mecanismo se explicará en la
punto siguiente de condiciones de transporte [1, 2].
Por otro lado, es importante controlar el exceso de humedad de los componentes de la
alimentación en la entrada del molino. Generalmente en molinos de cemento no se utilizan gases
calientes, sólo existe el calor generado por la molienda misma. Es posible que si el contenido de
humedad sea significativo, de existir cierto porcentaje de hemihidrato en la materia prima, se
hidrataría y podría ser suficiente para ocasionar el falso fraguado.
3. Condiciones de transporte
Transporte específicamente se refiere al paso del cemento desde el fin de la etapa de molienda
hasta el inicio del almacenamiento del producto fabricado. Considerando equipos como
aerodeslizadores, separadores, elevadores, bandas transportadoras, bombas, compresores y filtros,
los cuales serán detallados más adelante; los cuales podrían contribuir con la aparición del falso
fraguado en el cemento.
Condiciones de transporte son entonces principalmente las condiciones de temperatura y
humedad a las cuales es sometido el cemento de una etapa a otra mediante la aireación en el
proceso de fabricación. Es importante este escenario porque la exposición al aire del cemento
Portland pudiera ocasionar la hidratación del hemidrato, siendo esta pequeña cantidad de yeso el
punto de nucleación o siembra cristalina para precipitar CaSO4 como dihidrato, otorgando
instantáneamente rigidez a la pasta, presentándose el fenómeno de falso fraguado [2].
Estudios demuestran la saturación o no de la pasta fresca con la exposición o no del cemento
al aire del laboratorio, y suponen que antes de la exposición la reacción del C 3A con SO4 es
inmediata y luego de la exposición esta reacción es más lenta. Se podría relacionar esta velocidad
de reacción con la ocurrencia con mayor prioridad de reacciones paralelas mencionadas
anteriormente, como por ejemplo la precipitación del dihidrato. La exposición a la humedad del
ambiente origina que después de la aireación la fase líquida este saturada o sobre saturada con
respecto al CaSO4•2H2O [2].
Por otro lado, el escenario antes planteado de la deshidratación del dihidrato debido a altas
temperaturas en la molienda, se podría aplicar también a las condiciones de transporte.
4. Condiciones de almacenamiento
23
El cemento sale del molino listo para su utilización y es transportado a silos para su posterior
despacho. Existen condiciones de almacenamiento donde el cemento podría experimentar
cambios que conduzca a observar luego el falso fraguado. Por ejemplo la Tabla 1.2, que
menciona valores de humedad relativa y temperatura en los cuales podría ser posible la
descomposición del yeso en el molino, es aplicable en los silos de cemento. El proceso de
enfriamiento en los silos es muy lento y aún después de varias semanas, puede ser que el
decrecimiento de la temperatura sea de 5 a 10°C con respecto a la temperatura de entrada. Si el
cemento se alimenta al silo con temperaturas muy altas (70-90°C) y se almacena por períodos
prolongados, el yeso puede perder parte de su agua estructural y en consecuencia podría
presentarse el falso fraguado. [1] Estas condiciones de períodos prolongados puede deberse por
ejemplo a una baja frecuencia de despacho del material almacenado o a la no alternabilidad de las
bocas de extracción, quedando acumulado el cemento preferencialmente del lado que no se
despacha cemento. Ver diagrama de zona de extracción y bocas, Apéndice A.
En la Figura 1.4 se observa el efecto que tiene la temperatura en la deshidratación del yeso,
para cementos con distintos porcentajes de yeso, observándose entonces la disminución del agua
combinada del yeso progresivamente a mayor temperatura [4].
Figura 1.4 Efecto de la temperatura en la deshidratación del yeso. Porcentaje de Agua
cristalina remanente en el yeso del cemento [4].
24
Las posibles condiciones en el transporte de aireación mencionadas en el escenario anterior
también podrían aplicar en el almacenamiento, pues el almacenamiento es un sistema que además
del silo incluye un filtro y un proceso de fluidificación. De tal manera la presencia de falso
fraguado pudiera observarse posteriormente.
Ya el cemento en el silo, es importante mencionar que la sensibilidad del mismo, según
algunas hipótesis, se torna menos significativa cuando el cemento es más fino. Aunque parezca
paradójico, algunos autores apoyan esta idea; el radio medio de los poros entre los gránulos del
cemento es menor en el caso de los cementos más finos, por lo cual la difusión del vapor de agua
a través de una capa de cemento es más restringida en dicho caso. Esta idea aplica en condiciones
de almacenamiento, donde se suponen ciertas condiciones de compactación, lo cual no contradice
lo expuesto en las condiciones de transporte anteriormente. Por todo lo anterior, en los silos de
cemento debe penetrar la menor cantidad posible de agua y la temperatura de almacenamiento se
debe mantener, si es posible, por debajo de 60 °C [1].
También se debe considerar en las condiciones de almacenamiento, la atmósfera dentro del
silo, si esta es rica en dióxido de carbono (CO2), podría ocurrir el siguiente sistema de reacciones
químicas, el CO2 reacciona con agua (agua intersticial entre los gránulos de cemento) formando
ácido carbónico, luego este último reacciona con el hidróxido de calcio, obteniéndose como
resultado agua más el carbonato de calcio quien rigidiza la pasta de cemento. En este sentido
tanto la atmosfera de CO2, condiciones de humedad y niveles de álcalis son decisivos para
conducir a la carbonatación de álcalis y posiblemente el falso fraguado del cemento [1, 2].
La Figura 1.5 presenta un sinóptico de las condiciones que posiblemente ocasionan el falso
fraguado (FF), de acuerdo al resumen de los cuatro (4) posibles escenarios planteados como lo
son: materia prima, molienda, transporte y almacenamiento del proceso de fabricación del
cemento Portland.
25
Figura 1.5 Cuadro sinóptico de algunas posibles condiciones que originan el fenómeno del
falso fraguado (FF) en el cemento Portland.
CAPÍTULO II
CEMEX VENEZUELA EMPRESA EN TRANSICIÓN Y PROCESO DE
FABRICACIÓN DE CEMENTO PORTLAND TIPO II EN PLANTA PERTIGALETE Y
PLANTA GUAYANA
En este capítulo se mencionan algunos aspectos generales de la empresa donde se realizó la
investigación, Cemex (Cementos Mexicanos) Venezuela S.A.C.A, Empresa en transición;
además de una descripción general de las plantas Pertigalete y Guayana, permitiendo comprender
el proceso de fabricación del cemento Portland Tipo II en esta última.
2.1 Cemex Venezuela, Empresa en transición
Cemex Venezuela Empresa en transición, es una organización dedicada a la fabricación y
comercialización de cemento, clinker, yeso calcinado, morteros, concreto y agregados con la
misión de apoyar el desarrollo del Estado, logrando satisfacer las necesidades de los ciudadanos y
ciudadanas y la de sus clientes.
El ejecutivo nacional declaró la empresa Cemex Venezuela de utilidad pública y de interés
social, dada su vinculación estratégica con el desarrollo de la nación, tal como lo explica el
artículo N° 302 de la Constitución vigente de la República Bolivariana de Venezuela. Por
consiguiente el Estado asumió el control de las plantas Cemex Venezuela, estando actualmente
la administración de la empresa a cargo de una comisión de transición, en vías a la
nacionalización [9] Cemex Venezuela, Empresa en transición, cuenta con cuatro (4) plantas
cementeras, ubicadas en el Centro, Oriente y Occidente del país: Barquisimeto – Edo. Lara,
27
Pertigalete – Edo. Anzoátegui, Guayana – Edo. Bolívar y Maracaibo – Edo. Zulia. Pertigalete
agrupa las unidades de fabricación Planta I y Planta II.
2.2 Descripción de las Planta Pertigalete y Guayana
Planta Pertigalete, ubicada en la carretera Guanta- Cumaná, Edo. Anzoátegui, cuenta con un
proceso de fabricación vía húmeda y Planta II con un proceso vía seca. Planta Pertigalete tiene
27
una capacidad instalada superior a 9.000 ton/día de clinker, catalogándose como uno de los
complejos cementeros más grande de América.
Por otra parte, planta Guayana está ubicada en la Zona Industrial Matanzas en Puerto Ordaz,
Edo. Bolívar, y la misma cuenta con una línea de molienda de clinker, cuya capacidad instalada
es de 1.440 ton/día de cemento. El clinker y el yeso requeridos son transportados por medio de
camiones desde Pertigalete, según una planificación de despacho previa.
A continuación, en la Figura 2.1, se presenta la estructura organizativa de Cemex Venezuela,
Empresa en transición, específicamente planta Pertigalete, observándose esquemáticamente la
relación de cada una de las áreas y unidades que integran la misma. La figura de Gerente de
Calidad y Ambiente en el esquema de planta Pertigalete Figura 2.1, está directamente relacionada
con el Jefe de Aseguramiento de la Calidad de planta Guayana.
Figura 2.1 Estructura organizativa de Cemex Venezuela, Empresa en transición. Planta
Pertigalete [10].
2.2.1 Aseguramiento de la calidad
El área de Aseguramiento de la Calidad es responsable de controlar la calidad de la materia
prima, el proceso y el producto terminado. El control de la calidad implementando tiene por
finalidad minimizar la variabilidad en los factores del proceso, el cual abarca todos los análisis e
28
investigaciones necesarias del proceso de fabricación, desde la cantera hasta el despacho del
cemento. Lo anterior con el propósito de obtener productos de acuerdo al diseño y al
cumplimiento de las especificaciones del mismo.
El área de Aseguramiento de la Calidad de planta Guayana es responsable de controlar la
calidad, desde la recepción de la materia prima (Clinker), traída desde Pertigalete, el proceso,
hasta el producto terminado (despachos en sacos o a granel). En Guayana se fabrican cinco (5)
tipos de cementos, Cementos Petroleros Clase B y G, Cementos Portland Gris Tipo I, II y III.
2.2.2 Equipos y sistemas que conforman Planta Pertigalete y Planta Guayana
Se describirán algunos equipos del proceso de fabricación de cemento de planta Pertigalete y
planta Guayana.
• Molino de bolas: es un cilindro de acero, rotatorio, en donde se realiza la pulverización del
material por el choque o rozamiento entre los cuerpos moledores y las paredes blindadas del
equipo. El cilindro consta de dos (2) cámaras de distintas longitudes y características, la primera
se encarga del secado y la premolienda del material grueso o trituración, mientras que en la
segunda se pulveriza. Además el molino cuenta con un tabique intermedio, cuya función
principal es separar los diferentes tamaños de los elementos moledores de los compartimientos
de molienda gruesa y fina (cámara uno (1) y dos (2) respectivamente), permitiendo además el
aso de las partículas finas a la segunda cámara; y un tabique de salida que permite el paso de
material molido y retiene los cuerpos moledores [4, 11].
• Horno Rotatorio: Es un tubo cilíndrico dispuesto con cierto ángulo de inclinación sobre la
horizontal. El material se introduce en el horno por su extremo superior y el quemador se
encuentra en el otro extremo, es decir el horno trabaja en contracorriente. El sistema del horno
rotatorio comprende finalmente una etapa de enfriamiento (intercambio de calor entre el aire y el
clinker), la velocidad de enfriamiento determinará entre otros factores el tipo de cristalización de
las fases mineralógicas del clinker. La teoría establece que mientras más rápido es el
enfriamiento, el C3A será menos reactivo al fraguado [12].
• Silos de cemento: Son estructuras cilíndricas de concreto armado, unos destinados al ensacado
de cemento y otros con el fondo elevado, para el despacho de camiones a granel a través de bocas
de salida. En planta Guayana el silo cinco (5) está destinado al almacenamiento de cemento
Portland tipo II, este silo tiene el fondo elevado y cuenta con dos (2) bocas de extracción. El silo
es alimentado por vía neumática y el aire contenido en este sistema de transporte es manejado
29
mediante un sistema de limpieza o filtro que utiliza aire comprimido. Para hacer fluir el cemento,
el fondo del silo está equipado con ductos de aireación que permiten la entrada de aire
comprimido en los momentos de despacho de cemento. Referente al resto de los silos de planta
Guayana y a los silos de Pertigalete varían en cuanto a capacidad instalada por tener distintas
dimensiones.
A continuación la Tabla 2.1, presenta una síntesis de los equipos antes mencionados ubicados
en planta Pertigalete o en planta Guayana.
Tabla 2.1 Síntesis de equipos en operación para la fabricación de cemento Portland en planta
Pertigalete y planta Guayana.
Pertigalete
Planta
N° Hornos Rotatorios
Capacidad instalada clinker
I
5
3.000 ton/día
II
2
6.100 ton/día
-
3
11,0
2
1
13,5
0
3,66
0
4,57
14,64
13,75
4,60
3,40
5.280 ton/día
1.440 ton/día
N° Molinos de bolas
Dimensiones nominales (m) Long.
9,75
Diám.
3,35
Capacidad instalada
cemento
N° Silos para cemento
Capacidad instalada
(Tipo II)
Guayana
3.960ton/día
5
10
Silo 6= 1.659m3
10
Silo 5= 5.250 m3
Seguidamente se describirán de manera general algunos sistemas auxiliares presentes en el
proceso de fabricación de cemento de planta Pertigalete y planta Guayana.
• Separador: Se utiliza para conseguir un mejor aprovechamiento de la energía de molienda y la
obtención de finuras mayores. Su principio de operación se basa en tres (3) acciones, primero que
la fuerza del aire es proporcional a la superficie de la partícula, segundo que la fuerza de
gravedad es proporcional al volumen de la partícula; y tercero la fuerza centrífuga que se aplica
en la partícula mediante elementos mecánicos (como los platos dispersores) para colocarla en la
zona apropiada de separación, dependiendo del tamaño de la partícula predomina uno u otro
factor. El plato dispersor transmite suficiente fuerza centrífuga a las partículas para que lleguen a
30
la zona de separación, las más gruesa y pesadas son lanzadas más lejos, (hacia afuera), pierden
fuerza centrífuga y al chocar contra la pared del separador se resbalan por acción de la gravedad,
y se recolectan en un canal distinto al de las partículas finas. Las gruesas retornan a la
alimentación del molino, mientras que las finas continúan en el proceso como producto
terminado hacia el almacenamiento de cemento [12].
• Aerodeslizador: es un sistema de transporte de material que consiste generalmente de en un
canal inclinado, dividido en dos (2) compartimientos, por medio de un separador transversal
permeable al aire. El aire entra por el compartimiento inferior, el cual ocupa una tercera parte de
la sección transversal de la canaleta y pasa a través de la sección permeable al compartimento
superior, donde se fluidifica el material. Este último, contiene una suficiente proporción de
partículas finas, que permiten desarrollar una adecuada acción fluidificante, a través del cual pasa
aire a presión en cantidad suficiente para fluidificar el polvo a transportar. Este transportador es
usado para efectuar rápidos desplazamientos del material polvoriento seco. El principio operativo
se basa en las leyes de la fluidificación, el cual consiste en airear el material, quedando cada
partícula envuelta por una película de aire, el cual actúa como lubricante, entonces las partículas
quedan desprovistas de fricciones entre ellas y el material en su totalidad, adquiere
temporalmente características de fluido [12].
• Elevador: El elevador de cangilones es un transportador de materiales de manera vertical.
Consta de una serie de recipientes (cangilones) montados en una o varias cadenas o en una banda
sinfín, en posición vertical; este conjunto es accionado en la parte superior a través de una polea
motriz y en la parte inferior es dirigido por otra polea [12].
• Bomba Neumática: es un dispositivo de transporte neumático de material en polvo seco, se
utiliza aire comprimido. La bomba Fuller alcanza capacidades de unos 200 m3/h y distancias
normales de transporte comprendidas entre 40 y 200 m. Fuller y Pnewmex [12].
• Bandas Transportadoras: son sistemas utilizados en el transporte de materiales a granel o en
unidades separadas. La banda transportadora es una correa sinfín, que se mueve alrededor de dos
poleas. Debe transportar material de un punto de carga a otro de descarga. Para la ejecución de
esta tarea se coloca la banda en una instalación que consiste en una polea motriz y una opuesta
[12].
• Electrofiltro: es un filtro electrostático, cuyo principio de la sedimentación de polvo se basa en
aprovechar el efecto de ionización de los gases de la molienda en un campo eléctrico intenso,
31
formado entre los electrodos emisores de electrones, con ellos se logra que las moléculas del gas
que rodean el electrodo queden cargadas en forma de iones positivos y negativos. Bajo la
influencia de la intensidad de campo, los iones negativos se desplazan hacia los electrodos
positivos conectados a tierra; si el gas contiene polvo, entonces los iones negativos ceden su
carga a estas partículas de polvo, las cuales se desplazan hacia el electrodo positivo, se depositan
allí y quedan neutralizados. Por vibraciones se suelta el polvo acumulado sobre los electrodos y
cae en la cámara colectora [13]. Este polvo al igual que las partículas finas del separador son
conducidas de nuevo al proceso como producto terminado.
2.2.3 Descripción proceso de fabricación de cemento Planta Pertigalete y Planta Guayana
El proceso de fabricación de cemento en planta Pertigalete se inicia con la extracción de
calizas, esquisto y arcillas en distintas canteras y su trituración para reducir el tamaño de las rocas
hasta partículas de aproximadamente una pulgada.
El material triturado, se almacena en patios desde donde se transporta en camiones o bandas
hacia los molinos de crudo, en una porción o clasificación de acuerdo a la composición química
de cada material. De los molinos de crudo se obtiene un material conocido como harina cruda
(proceso vía seca) y pasta cruda (procesos vía húmeda). Una vez obtenida la harina o pasta cruda
se deposita en los silos de almacenamiento.
La siguiente etapa consiste en la calcinación del material, la cual se realiza en hornos que
alcanzan temperaturas de aproximadamente 1450 ° C, favoreciendo la ocurrencia de reacciones
químicas que dan lugar al clinker.
Cierta cantidad del clinker producido en planta Pertigalete (según el proceso anterior) es
enviado a planta Guayana junto con proporciones de mineral de yeso, donde se almacena el
primero en patios cubiertos y el yeso a cielo abierto. Posteriormente es alimentado el clinker,
junto con cierta cantidad de yeso al molino de cemento, luego el cemento pasa por un elevador
para caer en un separador, entonces el polvo que está fuera de especificación granulométrica
regresa al proceso, mientras que el que está bajo especificaciones (producto terminado) es
transportado por aerodeslizadores, como producto terminado, hasta los silos correspondiente
según el tipo de cemento que se fabricó, mediante un sistema de bombeo con aire comprimido. El
cemento se almacena en silos y se distribuye en sacos de 42.50 kg y a granel.
El mismo proceso de fabricación que se lleva a cabo en planta Guayana, sería la última etapa
del proceso continuo para la obtención del cemento en planta Petigalete, pues es en esta planta
32
donde se fabrica el clinker, como ya se mencionó. A continuación se presenta el diagrama del
proceso de fabricación de cemento de planta Guayana, Figura 2.3. En el Apéndice B, se ubican
los diagramas de proceso de fabricación de cemento Portland en Planta I y II de planta
Pertigalete, donde se observan las etapas iniciales, como por ejemplo, la extracción de materia
prima y su tratamiento térmico.
En la Figura 2.2 se presenta el diagrama del proceso, donde se observa la ubicación de algunos
de los equipos y sistemas antes mencionados.
Figura 2.2 Diagrama del proceso de fabricación de cemento de planta Guayana [10].
A continuación se presentara en la Figura 2.3 una secuencia de imágenes del proceso de
fabricación de cemento en planta Guayana, considerando la fabricación de clinker en planta
Pertigalete.
PLANTA PERTIGALETE
33
a
b
c
d
e
f
g
i
PLANTA GUAYANA
h
j
k
m
n
p
q
l
o
r
Figura 2.3 Proceso de fabricación de cemento Portland Planta Guayana. (a). Canteras,
(b).Transporte de materia prima (MP), (c) Trituradora, (d). Patio de esquisto, (e ) Patio de caliza,
(f). Patio de hierro, (g). Molino de MP. (h) Silo de crudo o harina, (i). Horno de clinker , (j).
Traslado del clinker a planta Guayana, (k). Patio de clinker planta Guayana. (l). Patio de yeso
planta Guayana, (m). Bandas de transporte de yeso y clinker para la alimentación, (n). Molino de
34
clinker, (o). Elevador y seperador, (p). Silos de cemento, (q). Silo 5, despacho a granel (r).
Despacho en sacos.
35
2.3 Producción Cemento Tipo II Planta Guayana
Desde mediados del año 2008 planta Guayana ha reiniciado los despachos a granel de cemento
Portland Tipo II al Consorcio OIV (Odebrecht-Impregilo-Vinccler) Tocoma, quienes iniciaron
las principales obras civiles en la construcción del Complejo Hidroeléctrico Manuel Piar, ubicado
en Tocoma, estado Bolívar.
Como se expuso en el capítulo anterior el cemento Portland Tipo II está destinado para usos
en construcciones generales de concreto a la acción moderada de los sulfatos, o cuando se
requiere un calor de hidratación moderado, como es el caso del proyecto hidroeléctrico antes
mencionado. En el Apéndice C se presentan las especificaciones internas de Cemex Venezuela
Empresa en transición, en concordancia con los rangos de diversos parámetros de control
establecidos por la norma venezolana COVENIN y en similitud con la clasificación internacional
ASTM.
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Este capítulo contiene los procedimientos prácticos desarrollados para cumplir con los
objetivos planteados, realizar el análisis de los resultados y finalmente elaborar las conclusiones
del trabajo. La metodología aplicada está estructurada en una secuencia de fases que permiten
definir, medir y analizar el problema suscitado con la finalidad de aportar las recomendaciones
pertinentes. Esta estructura se enfoca en una herramienta de calidad, basada en el ciclo DMAIC,
acrónimo en inglés de las etapas del proceso (Define, Measure, Analyze, Improve, Control o
Definir, Medir, Analizar, Mejorar y Controlar).
3.1 Fase 1: Definición
Mediante la recolección de información teórica y los antecedentes, así como también
atendiendo a los requerimientos del cliente, se plantea el proceso crítico a estudiar en la cadena
de suministro de la organización. La fase uno (1) permite definir entonces el proceso crítico
donde se lleva a cabo la problemática de la investigación.
3.1.1 Recolección de información y antecedentes
Para obtener el basamento teórico del proyecto se realiza una búsqueda bibliográfica en la
Biblioteca Central de la Universidad Simón Bolívar. También se consultan libros, tesis de grado,
publicaciones e informes técnicos realizados en la empresa, relacionados con el tema del
proyecto; además de documentos citados en diferentes sitios en Internet.
36
En cuanto a la documentación técnica se consulta la proporcionada por Cemex Venezuela
Empresa en transición, la cual comprende información referente a los datos generales de Planta
Pertigalete y Planta Guayana. Se revisan documentos como la ingeniería básica y conceptual de
las plantas (específicamente la descripción de los procesos, los diagramas de procesos, y la
especificación de los equipos y sistemas que conforman las plantas), datos históricos de
operación, variables actuales, recomendaciones de operación, entrevistas tanto a operadores de la
36
planta como a los analistas y ensayistas de los laboratorios.
3.1.2 Cadena de suministro
Los distintos componentes de la cadena de suministro de Cemex Venezuela Empresa en
transición, como por ejemplo la logística de materia prima, producción o logística de despacho,
se establecen con el ensamblaje de los documentos de ingeniería básica y conceptual de Planta
Pertigalete y Planta Guayana, con las visitas a las distintas áreas de la organización aunado a la
inducción necesaria del proceso y de la filosofía de operación por parte del personal de
aseguramiento de la calidad, producción, mantenimiento y despacho de la organización. Se
reconoce la cadena de suministro para ubicar posteriormente el proceso crítico y establecer el
alcance de la investigación.
3.1.3 Requerimientos del cliente
Los requerimientos del cliente se plantean de acuerdo a la información que suministra el área
de aseguramiento de calidad, referente a su gestión de control y a las minutas de reuniones
mantenidas con el cliente. De esta manera se considera la voz del cliente, sus comentarios y
solicitudes. Este punto colabora con la determinación del proceso crítico en la cadena de
suministro de la organización.
3.1.4 Sistema de gestión de la calidad
Los datos referentes a la política de calidad implementada por la empresa se consultan con el
área de aseguramiento de la calidad. Es importante identificar el sistema de gestión de la calidad
implementado por la organización, pues permite conocer los mecanismos de control y su futura
evaluación o intervención con fines de recomendación.
3.1.5 Proceso crítico
Se identifica el o los procesos críticos en la cadena de suministro de la organización, de
acuerdo a los aspectos planteados por el cliente según sus requerimientos, y la información
teórica y técnica recolectada. De esta manera se pueden definir la(s) fase(s) en la cadena de
suministro involucradas en el problema, para luego encontrar los posibles factores influyentes en
la problemática estudiada.
3.2 Fase 2: Identificación y medición
En esta etapa se identifica el estado actual del proceso crítico en Planta Pertigalete y Planta
Guayana. Posteriormente con estos datos y los recolectados en la fase uno (1) se determinan los
puntos críticos que tienen algún posible efecto en el problema planteado. También se plantea el
37
seguimiento de las variables operacionales y la caracterización físico - química de distintas
muestras de cemento. Se comparan resultados recolectados con los requerimientos del cliente.
3.2.1 Identificación de puntos críticos
De acuerdo a la descripción del problema, la información teórica y de operación recolectada
inicialmente, se procede a crear una matriz preliminar de puntos críticos, que permite enfocar la
identificación y verificación del estado actual de las plantas y los pasos siguientes de la
investigación. Esta identificación se logra con la elaboración de un diagrama de causa-efecto o
diagrama de Ishikawa, pues permite representar gráficamente la investigación inicial para
continuar focalizando el problema.
3.2.2 Identificación y verificación del estado actual de Planta Pertigalete y Planta Guayana
La identificación y verificación del estado actual de las plantas está conducida por el diagrama
obtenido en el punto anterior. A continuación se divide este punto en la identificación de los
equipos, los ensayos utilizados, así como la revisión del mantenimiento, verificación y
calibración de los equipos.
3.2.2.1 Identificación de equipos
Se visitan las instalaciones de las plantas con la finalidad de observar la configuración de los
equipos que constituyen el proceso y conocer acerca de la operación de los mismos, gracias a la
inducción proporcionada por el personal de las áreas de producción, mantenimiento y despacho.
De manera visual se examinan las condiciones de la planta en relación al estado externo y
activo funcionamiento de los equipos y sistemas del proceso. De igual manera se identifican los
puntos de toma de muestra y temperaturas en el proceso de fabricación. Con esto se obtiene una
visión general de las instalaciones que permita determinar los posibles problemas operacionales
y/o variables de proceso, relacionados con el problema planteado para luego establecer un
seguimiento de las mismas.
3.2.2.2 Identificación de ensayos
Esta etapa consiste en la familiarización con las normas ASTM que estandarizan la
metodología que se utiliza más adelante, específicamente en el punto 3.2.4 de este capítulo. Se
recibe la inducción por parte del personal del laboratorio (ensayistas y analistas) quienes poseen
los conocimientos sobre las técnicas aplicadas en los ensayos (metodología, prácticas
experimentales, procedimientos y medidas de seguridad), de índole físico y químico, que son
efectuados al cemento según el plan de aseguramiento de la calidad con el propósito de obtener
38
producto dentro de las especificaciones establecidas. Después de recibir la instrucción necesaria
se procede a la realización de los ensayos con la finalidad de adquirir la destreza en la ejecución
de los mismos.
3.2.2.3 Revisión del mantenimiento, la verificación y calibración de equipos
Se procede a revisar documentos históricos donde se registre la verificación y calibración de
los equipos de medición de los laboratorios. Así mismo se realizan entrevistas tanto a los
analistas y ensayistas de los laboratorios como a los operadores de la planta para documentar la
investigación referente a los equipos utilizados en el laboratorio y los instalados en el proceso de
fabricación de cemento, los cuales son críticos en el proyecto.
Es importante resaltar que esta documentación valida tanto los parámetros reportados por el
laboratorio de aseguramiento de la calidad, como las variables operacionales reportadas por sala
de control, así mismo esta información aporta valor a la dirección de la investigación.
3.2.3 Seguimiento de variables operacionales
Para el cumplimiento de esta etapa del estudio se realiza la búsqueda de los historiales de las
variables de producción más importantes del proceso que son llevados en la sala de control. Se
buscan historiales de tres (3) meses previos al comienzo de la investigación y se continúa el
seguimiento durante los cinco (5) meses restantes del estudio. Desde la sala de control de cada
planta, el panelista puede supervisar y controlar, en tiempo real, algunas condiciones de
operación de las mismas. Además, se consideran otras condiciones que no son registradas por
sala de control como por ejemplo la alternancia de las bocas de extracción de los silos. Del
mismo modo se relaciona el tiempo con los lotes de producción, los parámetros de control de
calidad y con los registros de despacho asociados a los puntos críticos.
Se sintetiza la información antes recolectada con la utilización de herramientas como la hoja
de datos, histogramas y correlaciones, con la finalidad de descartar o enfatizar en alguno de los
puntos críticos inicialmente planteados.
3.2.4 Análisis de muestras puntuales y plan de evaluación según variables operacionales
Esta etapa de la investigación consiste en analizar muestras puntuales en distintos escenarios
de la fabricación del cemento Portland, provenientes de Planta Pertigalete y Planta Guayana. El
plan de evaluación según variables operacionales se refiere a la caracterización físico-química y
la caracterización por difracción de rayos “X” (DRX), ésta última bajo el apoyo del Laboratorio
Geológico de Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA).
39
3.2.4.1 Caracterización Físico-Química de muestras puntuales Planta I, Planta Pertigalete
Se realiza la caracterización físico-química de muestras de cemento Portland Tipo I y Tipo III,
obtenidas de manera puntual en el proceso de fabricación del cemento, a la salida del molino de
clinker.
La caracterización física de interés en las muestras consideradas, consiste en la determinación
de la finura del cemento por medio del tamiz N° 325 (45µm) y a través del aparato de Blaine de
permeabilidad. Asimismo se determina el falso fraguado o porcentaje de penetración final
(%PPF) en las pastas de cemento, utilizando el aparato de Vicat para realizar la penetración. Los
procedimientos seguidos para tal evaluación se realizan siguiendo de referencia las normas
ASTM C 430, ASTM C204 y ASTM C451 respectivamente. Por otra parte, la caracterización
química se realiza a través de la fluorescencia de Rayos X.
Además de la caracterización físico-química, se realiza un seguimiento de las variables
operacionales utilizando como herramienta el sistema PI (Process Information). Este software
permite recolectar, almacenar y presentar información de la planta a través de la red, sin la
necesidad de asistir a la sala de control. Permite visualizar gráficamente tendencias, valores
operacionales, entre otros.
Este punto se lleva a cabo con la finalidad de visualizar la relación que existe entre el control
de algunas variables de molienda y la aparición del fenómeno de falso fraguado. Se realiza a
muestras de cemento Portland Tipo I y Tipo III de manera referencial para la investigación, pues
el proyecto esta direccionado por el cemento Portland Tipo II fabricado en Planta Guayana.
3.2.4.2 Caracterización por Difracción de Rayos X
Para la selección de las muestras de cemento Portland Tipo II (fabricado en Planta Guayana),
se consideran muestras testigo del laboratorio de aseguramiento de la calidad que correspondan a
escenarios del despacho, donde se hayan obtenido valores de porcentaje de penetración final
permisibles por la norma ASTM C451 y valores del porcentaje que denoten la presencia en el
cemento del fenómeno de falso fraguado (con distintos valores de %PPF). También se toman en
cuenta dos (2) muestras de la simulación cronotermogravimétrica, cuya metodología será
explicada en el punto siguiente. La primera es una muestra control, es decir el valor de %PPF está
dentro del rango permitido y la segunda es la muestra más crítica de la simulación, con el menor
valor de %PPF.
40
Posteriormente, las muestras se analizan por un equipo de DRX (método de polvo cristalino),
perteneciente al Laboratorio Geológico de Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA), ubicado en el
municipio Guanta, Edo. Anzoátegui. La caracterización de las muestras es realizada por el
técnico encargado del equipo, mediante la utilización del software “X’Pert HighScore Plus”. En
cuanto al funcionamiento del equipo, es importante comentar que el software emplea el método
de Rietveld, este consiste en ajustar teóricamente los parámetros estructurales o parámetros de
red, deslizamientos atómicos, anisotropía, tensiones de la red, etc., así como experimentales, que
dependen de las condiciones de experimentación, al perfil completo del difractograma en polvo,
suponiendo que el difractograma es la suma de un número de reflexiones de Bragg centradas en
sus posiciones angulares respectivas. Luego los parámetros escogidos van siendo ajustados en un
proceso iterativo hasta que se alcanza una condición de convergencia con los valores de las
intensidades experimentales y el modelo teórico. En la determinación de la estructura cristalina el
método de Rietveld juega un papel importante debido a su capacidad de determinar con mayor
precisión los parámetros cristalinos de la muestra [14].
Al igual que las muestras antes mencionadas, también se caracteriza por DRX una muestra del
mineral de yeso, del lote recibido el mes de abril del 2008, utilizado en la fabricación del cemento
Portland Tipo II, en Planta Guayana. Esta actividad se selecciona para evaluar su factibilidad en
cuanto a la medición de las distintas fases del sistema sulfato cálcico, tanto en la materia prima
(mineral de yeso) como en las muestras de cemento Portland Tipo II, estas últimas bajo distintas
condiciones de %PPF en muestras de despacho y en muestras de la simulación
cronotermogravimétrica. Con la finalidad de establecer conclusiones respecto a condiciones
iniciales del mineral de yeso o a alteraciones de éste en el proceso de fabricación, que propicien
el fenómeno del falso fraguado.
3.3 Fase 3: Simulación cronotermogravimétrica
La simulación consiste en someter a una temperatura constante, muestras que inicialmente
tengan un alto porcentaje de penetración final y caracterizarlas de manera físico - química
diariamente durante 7días.
Se realizan cuatro (4) simulaciones del proceso de almacenamiento a muestras de cemento
Portland Tipo II, obtenidas del silo siete (7) de planta Pertigalete, pues se consideran cuatro (4)
temperaturas (70, 80, 90 y 100 °C) para realizar cada evaluación. También se realiza otra
simulación a 100 °C a muestras de cemento Portland Tipo I, provenientes del proceso de
41
molienda de planta Pertigalete. Estas temperaturas se seleccionan en base al histórico de la
temperatura del cemento a la salida del silo, y a la información teórica recolectada referente a las
temperaturas de deshidratación del yeso.
Las muestras son obtenidas por parte del personal encargado de tal función en la empresa,
previa solicitación. Se consideran tres (3) tomas de muestra, cada una de 25 kg de cemento Tipo
II, y una (1) toma de 25 kg de cemento Portland Tipo I.
A continuación se presenta el procedimiento para llevar a cabo una (1) simulación
cronotermogravimétrica.
1. Al recibir la muestra por parte del personal encargado, colocarla por completo en el
mezclador tipo pantalón, por un lapso de 45 min.
2. Vaciar la muestra que se encuentra en el mezclador en una bolsa plástica de 50 kg y
apartar 1 kg de la misma en otra bolsa de 10 kg.
3. Identificar las bolsas adecuadamente con el tipo de cemento, de donde proviene y la
fecha de muestreo.
4. Realizar el análisis físico-químico a la muestra apartada en la bolsa de 10 kg y dejar
una muestra testigo con la cantidad que no se utilizó en los análisis y su adecuada
identificación, agregándole el nombre de “Control 1”, si esta cumple con las
especificaciones internas de calidad de la empresa.
5. Llenar seis (6) beaker de 600 ml (limpios y secos), cada uno con 600 gr de la muestra
de cemento almacenada en la bolsa de 50 kg.
6. Numerar cada beaker y registrar el peso de cada uno más la muestra.
7. Identificar los beaker con la fecha y la hora que serán introducidos en la estufa.
8. Introducir los beaker en la estufa, previamente calentada a la temperatura planteada,
por ejemplo a 70 °C. Colocar un aviso en la estufa que describa que se realiza un
ensayo continuo durante 7 días a temperatura constante, y por ende no se puede abrir el
equipo.
9. Sacar dos (2) beaker de la estufa a las 24 h de haberlos introducidos en el equipo.
10. Pesar cada beaker hasta obtener peso constante y registrar el valor.
42
11. Extender completamente la muestra sobre un papel limpio, formando una torta. Una
vez construida la torta, se mezcla con una pala y se extiende nuevamente, hasta que la
temperatura este entre un rango de 25 ± 5 °C. Este paso se realiza por separado con
cada muestra contenida en cada beaker.
12. Caracterizar cada muestra mediante el ensayo de falso fraguado, se reportan los dos
(2) resultados. Posteriormente si estos dan valores similares se homogeniza el sobrante
y se realiza el resto de la caracterización física y la química. De no obtener valores de
PPF similares se realiza el resto de la caracterización sin promediar las dos (2)
muestras.
13. Si inicialmente se cuenta con seis (6) beaker, y no con catorce (14) se debe repetir
desde el punto 5 de este procedimiento, es decir llenar los dos (2) beaker desocupados
y continuar con el procedimiento.
14. La próxima evaluación se realizara a las 48 h de haber introducido los beaker, luego
72 h (3 días) hasta cumplir con los 7 días de evaluación.
Para las siguientes simulaciones debe precalentarse la estufa a la nueva temperatura
seleccionada. Es importante considerar que cada nueva muestra recibida de 25 kg debe ser
sometida al procedimiento antes descrito, desde el primer punto, salvo si esta cumple con las
especificaciones internas de calidad de la empresa y con los resultados de la caracterización
similares al de las muestras controles previas, exceptuando la diferencia entre las muestras
control del cemento Portland Tipo II y las de Tipo I, se debe colocar control 2 ó 3 en la
identificación de la bolsa.
Con esta actividad se desea modelar condiciones de almacenamiento del cemento para
establecer su comportamiento en condiciones diferentes de tiempo y temperatura con respecto al
porcentaje de penetración final y a la variación de la masa inicial. Considerando que es un
modelo de laboratorio, las condiciones reales del almacenamiento no se consiguen, como por
ejemplo el posible gradiente de temperatura, presiones de llenado y vaciado, atmosfera y
humedad del silo, entre muchas otras. De tal manera se desea establecer una relación del
comportamiento del cemento Portland Tipo II con las condiciones mencionadas al principio de
este punto, para así poder tomar en cuenta esta referencia y evaluar el desempeño de las
condiciones actuales de operación de planta Guayana.
43
3.4 Fase 4: Análisis de datos e información
Esta fase consiste en analizar los datos y la información extraída en las tres (3) fases
anteriores. Para este análisis se utiliza como herramienta las gráficas de control. Se desarrollan y
comprueban hipótesis sobre las posibles relaciones causa-efecto en distintos puntos críticos de la
investigación, sintetizando la información de manera gráfica en un nuevo diagrama causa-efecto.
Este promueve la realización o la propuesta de nuevas actividades, con la idea de poder confirmar
determinantes en el proceso.
3.4.1 Variabilidad y gráficas de control
En todo proceso de producción existe siempre una cierta cantidad de variación natural,
independiente del diseño o mantenimiento del proceso; los procesos que están fuera de control
operan en presencia de causas de variaciones asignables, es decir, relacionadas con los equipos,
los operarios o materiales.
En esta actividad se reúnen datos muéstrales referente a valores de distintas variables del
proceso de fabricación de cemento Portland Tipo II, planta Guayana, durante seis (6) meses y se
registran en distintas gráficas de control. De tal manera que esta actividad se realiza para
determinar si los datos caen dentro de los límites de control especificados por los parámetros de
calidad para cada lote de producción, y poder establecer que el proceso está o no bajo control.
3.4.2 Relaciones causa- efecto
De acuerdo a el análisis de las gráficas de control, aunado con la investigación de las variables
operacionales se desea en este punto comprobar o descartar hipótesis ya planteadas, también
desarrollar nuevas ideas (nuevas actividades) de acuerdo a los nuevos planteamiento encontrados.
Sintetizando toda la información en un nuevo diagrama Ishikawa.
3.4.3 Agua Combinada en muestras de cemento Portland Tipo II, planta Guayana
Esta actividad consiste en determinar el porcentaje de agua libre y agua combinada en
muestras de cemento Portland Tipo II, en dos (2) etapas de la fabricación de cemento en planta
Guayana, molienda y almacenamiento. Las muestras se toman al salir del molino y en el
despacho del producto a granel, intuitivamente de un mismo lote de producción. Se utiliza como
referencia la norma ASTM C471, la cual menciona métodos de análisis químico del yeso y
productos del yeso. No existen estándares para medir agua combinada del yeso en muestras de
cemento, a continuación se presenta el procedimiento para llevar a cabo la actividad.
44
Para la selección de las muestras se consideran las evaluadas por los analistas del laboratorio
de aseguramiento de la calidad para el control del proceso, tanto a la salida del molino como del
despacho de las cisternas, con presencia o no del fenómeno de falso fraguado. No se consideran
muestras testigo para este análisis, ya que partiendo del carácter higroscópico del cemento es
prudente que el ensayo sea continuo a la toma de la muestra para evitar que afecten los resultados
algunas condiciones externas como la aireación del cemento.
A continuación se presenta el procedimiento para la determinación del porcentaje de agua
libre y agua combinada en muestras de cemento, adaptado a la disponibilidad de materiales en el
laboratorio de aseguramiento de la calidad de planta Guayana.
1. Pesar un beaker de 250ml en la balanza analítica y anotar el valor.
2. Agregar con una espátula la muestra de cemento hasta pesar 5gr y anotar el valor. Extenderla
lo que sea posible.
3. Colocar el beaker con la muestra en la estufa por 2 h a una temperatura de 45±3 °C, la estufa
debe calentarse previamente.
4. Sacar la muestra de la estufa pesarla y colocarla luego en el desecador para que la misma se
enfríe a temperatura ambiente, durante un lapso de 5 minutos.
5. Pesar la muestra nuevamente y calcular la pérdida de peso para obtener el porcentaje de agua
libre presente en la muestra con este último peso.
6. Pesar el pesa sustancia con tapa.
7. Agregar con una espátula la muestra de cemento previamente sometida a 45°C, hasta pesar 1
gr y extenderla lo que sea posible, registrar el valor.
8. Colocar la muestra en la estufa a una temperatura entre 215 a 230°C por 2 h, la estufa debe
calentarse previamente.
9. Sacar la muestra de la estufa, tapar herméticamente el pesa sustancia y pesarla registrando el
valor, colocarla luego en el desecador para enfriar a temperatura ambiente.
10.
Pesar la muestra de nuevo y calcular la pérdida de peso para obtener el porcentaje de agua
combinada presente en la misma con este último peso.
45
Es importante si se cuenta con la tapa del pesa sustancia cerrar el envase herméticamente de
una paso a otro, pues la distancia entre la estufa-balanza-desecador y las corrientes de aire del
laboratorio podrían afectar los resultados (en la estufa no colocar la tapa).
El cálculo de la pérdida de peso se expresa en forma de porcentaje y representa el agua que se
libera con mayor facilidad tanto en el caso del agua libre como en el agua combinada. Se calcula
por la expresión 3.1:
Z% =
( B − C 2)
x100
( B − A)
3.1
Donde:
Z= Agua libre, agua combinada.
A= Primera pesada, beaker o pesa sustancia vacío + tapa.
B= Segunda pesada, beaker + muestra o pesa sustancia más muestra + tapa.
C2=Tercera pesada, después de los 5min en el desecador pesa sustancia más muestra + tapa,
beaker más muestra.
Como premisa se tiene que el clinker no tiene agua combinada químicamente en su estructura,
pues este fue sometido a un proceso de calcinación, es por ello que inicialmente el porcentaje de
agua combinada en muestras de cemento se debe a las dos (2) moléculas de agua que conforman
el sulfato de calcio dihidratado. Por esta razón surge la importancia de esta actividad. La idea es
determinar la factibilidad del método en cuanto a la determinación del porcentaje de agua
combinada en muestras de cemento, permitiendo luego establecer una posible relación en cuanto
a deshidratación del sulfato de calcio en alguna etapa intermedia desde la salida del molino hasta
la salida del cemento por la boca silo; siendo esta relación determinante para la aparición del
fenómeno de falso fraguado.
3.4.3.1 Incertidumbre de la medición
Se desea determinar el parámetro asociado al resultado de la medición derivada de la actividad
anterior, que caracteriza la dispersión de los valores con respecto a lo que se desea medir. Con la
46
finalidad de poder validar la actividad anterior con respecto a la certeza de los resultados
obtenidos.
3.4.4 Termografía IR en silos de cemento planta Pertigalete
Se propone la aplicación de la técnica de termografía infrarroja para medir la temperatura
externa de algunos silos de planta Pertigalete, específicamente Planta II.La Termografía
Infrarroja es una técnica que permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar
temperaturas de superficies. La radiación infrarroja es la señal de entrada que la cámara
termográfica necesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cada uno
significa una temperatura distinta [15].
Se realiza una prueba referencial mediante la utilización de una cámara termográfica
infrarroja, por parte del personal de mantenimiento de planta II; para medir la temperatura
externa de algunos silos de Planta II, de manera longitudinal. La finalidad de llevar a cabo esta
actividad es evaluar la efectividad de la técnica respecto al siguiente planteamiento, poder
determinar algún gradiente externo de temperatura en la carcasa del silo y relacionarlo con la
temperatura interna del cemento. De este modo se podría relacionar este gradiente de temperatura
con la posible aparición del fenómeno de falso fraguado en el cemento, por causa de
deshidratación del yeso.
3.5 Fase 5: Sistema de mejoras y propuestas
En la última fase, se considera el punto anterior (3.4) como síntesis de la investigación, para
crear una matriz de recomendaciones que ataquen el problema, conduciendo a los resultados a
cumplir con las expectativas del cliente. De manera consecuente con la metodología planteada
referente al ciclo DMAIC, la última fase de control se propone en este plan de recomendaciones,
con la finalidad de que se validen las soluciones llevadas a cabo como propuestas y se asegure
que el proceso se mantendrá bajo control y no sean soluciones temporales.
CAPÍTULO IV
PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Al llevar a cabo la metodología expuesta en el capítulo anterior, se obtuvo una serie de
resultados que serán expuestos a continuación. A medida que se presentan los resultados, serán
interpretados, contrastados y discutidos entre ellos.
4.1 Definición del proceso crítico
De acuerdo a la Fase 1, luego de la recolección de información teórica y los antecedentes, la
identificación de las etapas de la cadena de suministro, la atención a los requerimientos del
cliente así como también la identificación del sistema de gestión de la calidad de la organización,
se determinó el proceso crítico donde se lleva a cabo la problemática de la investigación. A
continuación se discutirán los resultados arrojados por cada punto estudiado en la primera fase
planteada en la metodología.
4.1.1 Cadena de suministro
Cemex Venezuela Empresa en transición, respecto a la fabricación de cemento Portland,
cuenta con una cadena de suministro adecuada a la elaboración de un producto funcional. La
característica más importante es la producción continua y el control de la calidad en cada punto
del proceso de fabricación, desde la materia prima hasta el servicio al cliente. La Figura 4.1
muestra la secuencia de procesos que componen la cadena de suministro.
Materia Prima, producción y despacho, son tres áreas complementarias entre si, en las cuales
se divide de manera general la cadena de suministro de Cemex Venezuela Empresa en transición.
48
Al inicio existe la dirección de materiales que se encarga de la evaluación de las reservas de la
materia prima y de la planificación de su explotación requerida, considerando dos (2) tipos de
proveedores, el proveedor interno (forma parte de la organización) que se refiere a canteras, de
donde proviene la materia prima esencial (caliza, esquisto) y los proveedores externos que
cumplen con el resto de la materia prima necesaria, como por ejemplo el yeso y el mineral de
48
Figura 4.1 Cadena de Suministro Cemex Venezuela Empresa en transición
hierro. Seguidamente la etapa de producción, basa sus operaciones en los lineamientos de
planificación y gerencia técnica, con el apoyo de mantenimiento, informática, seguridad
industrial, entre otros departamentos, para sustentar procesos como la coordinación de la
alimentación, la molienda de materia prima, clinkerización y molienda de clinker. Finalmente la
etapa de despacho (almacenamiento, ensacado, distribución a granel y servicio al cliente) cuenta
con el apoyo de la dirección comercial, logística de transporte y servicio al cliente. La cadena de
suministro esta desde inicio a fin apoyada por la gerencia de calidad y ambiente, específicamente
la coordinación de aseguramiento de la calidad.
De manera general, planta Guayana cumple esta secuencia de etapas, no obstante el proveedor
interno directo no es cantera si no planta Pertigalete, debido al suministro de clinker y yeso,
considerado la materia prima en la fabricación de cemento de planta Guayana.
4.1.2 Requerimientos del cliente
De acuerdo a la información suministrada por la coordinación de aseguramiento de la calidad
referente a su gestión de control y a las minutas de las reuniones mantenidas con el cliente, a
continuación se presenta una síntesis de los resultados obtenidos respecto a los planteamientos
del cliente.
49
Desde mediados del año 2008 planta Guayana reinició los despachos a granel de cemento
Portland Tipo II al Consorcio OIV Tocoma, y a finales del mismo año se conoció
extraoficialmente que algunos lotes de cemento en la obra de Tocoma habían presentado falso
fraguado. En el mes de diciembre del 2008, representantes de las empresas OIV Tocoma,
Laboratorio de inspección Uripari y Electrificación del Caroní C.A. (EDELCA) visitaron planta
Pertigalete con el objeto de conocer el proceso de fabricación, sus laboratorios y los procesos que
se siguen para el control de calidad del clinker Tipo II. En esta visita los representantes de dichas
empresas expusieron observaciones generales sobre el falso fraguado del cemento Portland Tipo
II, entre otros puntos de menor relevancia para esta investigación. A principio del mes de enero
del 2009, OIV informó que tiene problemas de falso fraguado con el Cemento Tipo II, por lo que
se acordó entre el cliente y planta Guayana, mantener el control de calidad por cada unidad
cargada, y se estableció la frecuencia de envió de los certificados de despacho por parte de
aseguramiento de la calidad a OIV Tocoma. Finalmente aseguramiento de la calidad, estableció
como límite inferior de especificación del porcentaje de penetración final (PPF) un valor de 60,
con la finalidad de cumplir con las especificaciones del cliente referente a dicha característica,
aún y cuando la norma ASTM C451 establece que 50 % es el valor mínimo que indica la
presencia del falso fraguado en el cemento.
4.1.3 Sistema de gestión de la calidad
Desde el 31 de agosto del año 2000, planta Pertigalete maneja la línea de fabricación de
clinker y cementos Portland y petroleros según el sistema de gestión de la calidad de la
Organización Internacional de Estándares (ISO, International Organization for Standardization)
ISO 9001. La renovación de la certificación ISO se realiza mediante una auditoria cada tres (3)
años, estas han sido acreditadas por el Fondo para la Normalización y Certificación de Calidad
(FONDONORMA). Planta Guayana, posee la certificación ISO 9001 desde abril del año 1999,
para la línea de fabricación de cementos Portland y petroleros, de igual manera se encuentra
acreditada por FONDONORMA.
4.1.4 Proceso crítico
Las tres (3) etapas que conforman la cadena de suministro, mostradas anteriormente en la
Figura 4.1 para la fabricación de cemento Portland Tipo II en planta Guayana, fueron elegidas
para ser estudiadas en esta investigación, de acuerdo a los requerimientos del cliente y la
información teórica y técnica recolectada inicialmente.
50
La etapa de materia prima se consideró inicialmente para evaluar la calidad del yeso,
suministrado por un proveedor externo. Producción se tomó en cuenta pues fue necesario evaluar
características del proceso de molienda del clinker y la etapa de despacho, específicamente el
almacenamiento del cemento, porque es en esta donde aparece el fenómeno de falso fraguado.
Al ser una incógnita la causa del falso fraguado presentado solamente en la etapa de
almacenamiento del cemento Portland Tipo II fabricado en planta Guayana, y al establecer toda
la cadena de suministro como parte de la investigación, entonces los procesos de recepción de
materia prima, molienda del clinker y el almacenamiento del cemento se catalogaron como
procesos críticos para su estudio. Dependiendo de los puntos críticos que se nombraran en el paso
siguiente, dichos procesos serán determinantes o no para establecer las posibles causas de la
aparición del fenómeno de falso fraguado.
4.2 Identificación de puntos críticos y variables de proceso
De acuerdo a la Fase 2 del ciclo DMAIC, a continuación se presentan los puntos críticos que
tienen algún posible efecto en el problema planteado, posteriormente se exponen los resultados
arrojados por la identificación y verificación del proceso de fabricación de cemento Portland
Tipo II de planta Pertigalete y planta Guayana. Como ya se mencionó el proceso crítico es en
planta Guayana, sin embargo se considera como referencia la identificación y verificación del
proceso en Planta Pertigalete por la similitud de las operaciones y por ser las materias primas
comunes para ambas plantas.
4.2.1 Identificación de puntos críticos
De acuerdo a la descripción del problema, la información teórica y operativa recolectada
inicialmente, se elaboró el diagrama de causa-efecto o diagrama de Ishikawa presentado en la
Figura 4.2, pues permitió representar gráficamente la investigación inicial para direccionar la
misma en los pasos siguientes.
La línea en el plano horizontal (como la espina central de un pez) representa el problema de la
investigación suscitado en planta Guayana en el diagrama causa-efecto (ver Figura 4.2). Como se
identificó previamente, este problema puede provenir de tres procesos críticos: materia prima,
molienda de clinker y almacenamiento de cemento. Estos procesos representan varios
subprocesos como lo son la recepción de materia prima, alimentación del molino, molienda de
clinker, sistemas de transporte de cemento de un proceso a otro y finalmente almacenamiento de
cemento. Los subprocesos mencionados anteriormente al igual que los equipos utilizados en los
51
mismos, representan las posibles causas principales del problema, valoradas así de manera
general debido a la investigación inicial. Estas causas llegan al eje horizontal mediante líneas
Figura 4.2 Diagrama Causa- Efecto. Posibles causas de la aparición del falso fraguado en
muestras del despacho de cemento Portland Tipo II, planta Guayana.
oblicuas (como las espinas de un pez), a las cuales llegan otras líneas que representan las causas
secundarias y consecuentemente terciarias; cada grupo de causas primarias, secundarias y
terciarias relacionadas forman un grupo de causas con naturaleza común.
En cinco (5) subprocesos identificados en la Figura 4.2 se presenta la misma causa secundaria,
deshidratación del sulfato cálcico dihidratado, pero con distintas causas terciarias. También se
consideran las otras causas representadas como por ejemplo la ausencia del control exhaustivo
del yeso como materia prima, pues podría tener cierto contenido de hemihidrato, y en
consecuencia se suprime la etapa de deshidratación y se conduce directamente al falso fraguado,
de manera similar la carbonatación de álcalis mediante otro mecanismo. La finura del cemento y
las condiciones de humedad y compactación también se toman en cuenta. Por esta repetitividad y
de acuerdo con la información técnica recolectada hasta este momento de la investigación, se
52
consideraron los siguientes puntos críticos para el estudio, presentados con cierto orden de
prioridad para orientar la investigación, sin olvidar que todo el proceso es importante:
1) Temperatura del cemento en molienda, sistemas auxiliares y almacenamiento.
2) Cantidad de sulfato cálcico dihidratado.
3) Cantidad de sulfato cálcico hemihidratado en la materia prima.
4) Finura obtenida en la molienda del clinker.
5) Condiciones de humedad en el almacenamiento.
6) Tiempo de almacenamiento.
7) Contenido de álcalis.
Esta herramienta permitió un excelente avance en el entendimiento de las posibles causas que
originan el problema analizado, permitiendo la identificación de los puntos críticos. A fin de
centralizar el estudio sobre las causas principales, se continúa con los puntos de identificación y
medición planteados en la Fase 2.
4.2.2 Identificación y verificación del proceso de fabricación de cemento Portland de planta
Pertigalete y planta Guayana
Se llevó a cabo este punto direccionado por los puntos críticos antes planteados; abarcando la
identificación de los equipos y su mantenimiento, y la identificación de los ensayos utilizados, su
verificación y calibración.
4.2.2.1 Identificación de equipos y variables de proceso
Se reconocieron las instalaciones de planta Pertigalete y planta Guayana, observándose la
configuración de los equipos y los sistemas auxiliares que constituyen el proceso, desde las
excavadoras hasta las máquinas de ensacado. En esta inspección visual de las instalaciones se
apreció que las mismas se encontraban en buenas condiciones desde el punto de vista de la
integridad externa de los equipos. Se pudo conocer acerca de la operación de los equipos, por
parte de la inducción proporcionada por el personal de las áreas de producción, mantenimiento y
despacho.
Por la similitud de las operaciones y por ser las materias primas comunes para la fabricación
de cemento Portland Tipo II tanto en planta Guayana como en planta Pertigalete se considera
pertinente en este punto mencionar algunas diferencias que no permiten comparar a priori los
53
procesos entre estas plantas, aún y cuando utilizan el mismo mineral de yeso y clinker.
En el Capítulo II se expuso en la Tabla 2.1 una síntesis de los equipos utilizados en las
operaciones para la fabricación del cemento Portland en planta Pertigalete y Guayana. Entonces,
ya definidos los puntos críticos y recordando la Tabla 2.1 se puntualizan a continuación las
diferencias más marcadas de manera general en cuanto a los procesos críticos identificados en
planta Guayana (materia prima, producción y despacho) en comparación con planta Pertigalete.
•
En planta Pertigalete el cemento Portland Tipo II es fabricado en los molinos más pequeños
de Planta I, el molino de cemento de planta Guayana es de mayores dimensiones que los
utilizados en Planta I. Por esta razón el tiempo de residencia del molino de planta Guayana es
mayor, entonces mayores probabilidades de deshidratar más mineral que en planta Pertigalete.
•
El silo de almacenamiento destinado para el cemento Portland Tipo II en planta Guayana,
tiene prácticamente tres (3) veces y media (1/2) la capacidad del silo de cemento Portland Tipo II
de planta Pertigalete.
Finalmente es importante mencionar en este punto, que se identificaron en planta los puntos
utilizados para la toma de muestra y medición de temperatura en el proceso de fabricación, a
continuación se mencionan cada uno de ellos. En planta Guayana los puntos de muestreo
utilizados por producción y aseguramiento de la calidad se ubican al salir del molino y al salir el
cemento de la boca de extracción de los silos. En cuanto a los puntos de toma de temperatura,
están situados al salir del molino, antes de entrar al electrofiltro, antes de entrar a la bomba
neumática (Fuller) y al salir del silo, como se ubica en la Figura 4.3 con estrellas rojas.
En concordancia con los puntos críticos y la identificación de la planta se consideraron
principalmente las siguientes variables de proceso reportadas por sala de control y/o parámetros
de control de aseguramiento de la calidad, que podrían relacionarse con el problema planteado.
1) Temperatura del cemento al salir del molino (°C)
2) Temperatura de los gases antes del electrofiltro (°C)
3) Temperatura del cemento antes de entrar a la tolva Fuller (°C)
4) Temperatura del cemento al salir del silo (°C)
5) Inyección de agua (l/min)
6) Porcentaje retenido tamiz 325-45µm (%)
54
7) Superficie específica, Blaine (cm2/gr)
8) Porcentaje de Trióxido de azufre (% SO3)
Esta identificación de variables operacionales permitió luego establecer un seguimiento de
las mismas.
Figura 4.3 Puntos de toma de temperatura en proceso de fabricación cemento Portland, planta
Guayana. (1): Temperatura del cemento a la salida del molino, (2): Temperatura de los gases
antes de entrar al electrofiltro, (3): Temperatura del cemento antes de entrar a la bomba
neumática (Fuller) y (4): Temperatura del cemento al salir del silo.
4.2.2.2 Identificación de ensayos
Se recibió la inducción por parte del personal del laboratorio (ensayistas y analistas) ubicado
en Planta II, planta Pertigalete, referente a las técnicas aplicadas en los ensayos físicos- químicos
a muestras de cemento.
La familiarización se llevó a cabo con varios de los ensayos realizados por el laboratorio, pero
principalmente con los que tienen relación con el problema en estudio, específicamente con las
variables operacionales.
55
Después de recibir la instrucción necesaria se procedió a la realización de los ensayos con la
finalidad de adquirir la destreza en la ejecución, entre algunos de estos se encuentran:
Determinación del falso fraguado o porcentaje de penetración final (%PPF) en pastas de
cemento, determinación de la finura o superficie específica del cemento por medio del tamiz 325
(45µm), determinación de la finura del cemento a través del aparato de Blaine de permeabilidad,
caracterización química a través de la fluorescencia de Rayos X, determinación de pérdida por
fuego y determinación de la humedad presente en las muestras como porcentaje (%) de agua.
De acuerdo al aseguramiento de la calidad de la recepción de la materia prima,
específicamente el yeso, se obtuvo la información pertinente de los certificados de los lotes de
yeso recibidos desde que se suscito el problema de falso fraguado en planta Guayana.
Aseguramiento de la calidad cuenta con un plan de control de calidad que le permite certificar la
materia prima recibida, en el caso del yeso de acuerdo a la granulometría del mineral y a su
composición química, de acuerdo a
la norma ASTM C471 (Métodos estándar de análisis
químico del yeso y productos del yeso). Es importante aclarar que no se identifica de manera
cuantitativa el porcentaje de la fase de sulfato cálcico hemihidratado en el yeso recibido. De
acuerdo a la norma antes mencionada, se cuantifica entre otros valores, el porcentaje de yeso puro
(dihidrato) y anhidrita en la materia prima; encontrándose que todos los lotes evaluados desde
febrero del 2008 tienen una pureza mayor al 91%, valor permitido por aseguramiento de la
calidad.
De igual manera, aseguramiento de la calidad de planta Pertigalete, certifica los lotes de
clinker enviados a planta Guayana. Se revisaron las estadísticas de despacho de clinker Tipo II
enviado a Guayana por vía terrestre encontrándose en el análisis químico todos los parámetros
especificados para el clinker Tipo II bajo control. Como por ejemplo valores de C3A menores a
8% y C3S menores a 60%, entre otros como valores de cal libre, contenido de álcalis, etc. Por otra
parte, no se realiza análisis de microscopia óptica a los lotes de clinker enviados a planta
Guayana.
4.2.2.3 Revisión de la calibración, mantenimiento y verificación de equipos
Este punto consideró la calibración, mantenimiento y verificación tanto de los equipos
utilizados en los laboratorios como los instalados en el área de operaciones, tomando como
prioridad los relacionados con los puntos críticos de la investigación.
56
Luego de una revisión exhaustiva de documentos históricos, entrevistas con el personal
encargado de la coordinación de aseguramiento de la calidad y con los analistas y ensayistas de
los laboratorios, se pudo constatar que Planta Pertigalete y planta Guayana bajo el sistema de
gestión de la calidad ISO 9001, cuentan con registros físicos y digitales que corroboran la
calibración, mantenimiento y verificación de los equipos de los laboratorios, a continuación se
mencionan algunos de estos:
•
Planificación de calibración, mantenimiento y verificación de equipos de laboratorio.
•
Cronograma de verificación y calibración de equipos de laboratorio.
•
Control de calibración y mantenimiento de equipos de laboratorio
•
Validación de resultados de muestras analizadas con equipos descalibrados.
•
Servicio de calibración y mantenimiento eléctrico por terceros.
A pesar de que se cuenta con los registros y la implementación de la planificación pertinente
para la calibración, mantenimiento y verificación de los equipos del laboratorio de planta
Guayana, es importante resaltar casos puntuales como el que se presenta a continuación. Para el
mes de enero del año 2009, el equipo de medición del contenido de sulfato en el cemento, se
encontraba descalibrado con un error promedio de -0.4%, por tanto el exceso de sulfato con el
que estaban trabajando es mayor al reportado, posteriormente se calibró el equipo de medición de
sulfato con muestras certificadas.
Para documentar la investigación referente a los equipos instalados en el área de operaciones,
se realizaron entrevistas tanto al personal de mantenimiento de planta Pertigalete como al gerente
de operaciones y al coordinador de mantenimiento de planta Guayana, enfocando las entrevistas
de acuerdo a los puntos críticos de la investigación relacionados con esta revisión, también se
consideraron documentos históricos desde el mes de enero (un mes después de presentarse el
fenómeno) referentes al problema en estudio, finalmente se presentan los resultados a
continuación.
De acuerdo a un informe presentado el mes enero del año 2009, referente al caso de falso
fraguado suscitado en planta Guayana a finales del mes de diciembre del 2008, suministrado por
la gerencia de calidad y ambiente planta Pertigalete, se realizó una verificación de los indicadores
de temperatura del cemento a la salida del molino, resultando un error de medición de 5 a 7 °C,
por lo que se pone en duda la exactitud de los registros previos a esta verificación (luego se
57
considerará este error en el seguimiento de las variables operacionales). Posteriormente fueron
calibrados dichos intrumentos. Esta situación afectó el punto de temperatura de cemento a la
salida del molino.
En el mismo informe se menciona que el sistema de dosificación del yeso se vio alterado por
problemas de la materia prima en cuanto a aglomeraciones, alta humedad y material arcilloso.
Debido a esta condición se decidió trabajar con una mayor cantidad de yeso para minimizar la
falta de flujo por estrangulamiento de la compuerta del dosificador, reportando valores de sulfato
entre 2,5 y 3 %. Posteriormente con el apoyo del área técnica se solucionó este problema, además
de que se recibió un nuevo lote de mineral de yeso. Consecuentemente se vio afectada la cantidad
alimentada de sulfato cálcico dihidratado al molino.
El personal de mantenimiento relató que el fenómeno de falso fraguado inicialmente
evidenciado a finales de diciembre del 2008 se presentó en el silo 6, posteriormente una de las
acciones tomadas para la producción siguiente fue depositar el cemento Portland Tipo II en el
silo 5 (para el tiempo de la investigación este silo todavía era utilizado para almacenar el cemento
Tipo II). Previo al almacenamiento del cemento, se procedió a la purga del silo 5, hasta lograr el
vaciado total del mismo y se realizó una inspección visual por las bocas de extracción, resultando
apto para su funcionamiento. Por otro lado, también se mencionó que no se ha evaluado la
integridad del silo, pero que por experiencia técnica el silo no presenta grietas que permitan el
posible paso de humedad, tampoco se le ha realizado mantenimiento al sistema de extracción del
silo 5. En cuanto al tiempo de almacenamiento, el personal entrevistado comentó que se debería
ejecutar la rotación periódica de las bocas de extracción de los silos de despacho.
Es importante resaltar que esta información valida tanto los parámetros reportados por el
laboratorio de aseguramiento de la calidad, como las variables operacionales reportadas por sala
de control, así mismo esta información aporta valor a la dirección de la investigación.
4.3 Seguimiento de variables operacionales y análisis de datos e información
Para presentar el análisis de manera más práctica, debido a la cantidad de aristas en la
investigación, se sintetizan los resultados de la Fase 2 (Identificación y medición) con la Fase 3
(Simulación cronotermogravimétrica) y parte de la Fase 4 (Análisis de datos e información). Se
orienta la discusión de los resultados al mismo tiempo que estos se presentan, puntualizando los
obtenidos por cada punto crítico y citando las actividades mencionadas en el capítulo III como la
58
caracterización por Difracción de Rayos X, el seguimiento de variables operacionales en planta
Pertigalete, donde se utilizó como herramienta el sistema PI (Process Information).
4.3.1 Falso fraguado en muestras de cemento Portland Tipo II
En este punto se muestran los valores de falso fraguado obtenidos en muestras de cemento
Portland Tipo II en planta Guayana, tanto en la etapa de molienda como en el despacho.
4.3.1.1 Falso fraguado del cemento Portland al salir del molino
Se presenta en la Figura 4.4 el porcentaje de penetración final (PPF) de muestras de cemento
Portland Tipo II fabricado en planta Guayana, considerando valores desde el 21/01/09 hasta el
30/06/09 (Correspondiente este período a los lotes de producción 02-03-04-05-06-07-08-09). Se
elaboró este historial de PPF, con los valores suministrado por aseguramiento de la calidad,
refiriéndose a muestras promedio de la fabricación de cemento Portland Tipo II del día anterior.
Figura 4.4 Valores de PPF en muestras de cemento Portland Tipo II, al salir del molino en
planta Guayana, desde el 21/01/09 hasta el 30/06/09.
De acuerdo al seguimiento realizado en el rango de tiempo estudiado, como se observa en la
Figura 4.4 no existe valor de porcentaje de penetración final (PPF) reportado menor a 69.
Históricamente en los meses de enero a julio del 2009 no ha aparecido el fenómeno de falso
fraguado en muestras promedio de la molienda de cemento Portland Tipo II, (antes de ser
almacenadas) en planta Guayana. Es decir, según la norma ASTM C451 si el PPF es 50 o menos
indica que se está en presencia del fenómeno de falso fraguado, en este caso el fenómeno no se
observa, el menor valor reportado esta casi 20 puntos por encima del valor crítico.
59
4.3.1.2 Falso fraguado del cemento Portland en la etapa de despacho
Se consideraron los certificados del despacho del cemento Portland Tipo II suministrados por
aseguramiento de la calidad, tomando en cuenta el valor de PPF obtenido por cada cisterna
despachada del silo 5. Los histogramas presentados corresponden a los valores reportados en los
siguientes períodos de despacho, descritos en la Tabla 4.1.
Tabla 4.1 Rango de fecha para cada período de despacho de cisternas de cemento Portland
Tipo II, planta Guayana.
Periodo de
despacho
1
2
3
4
Rango de Fecha (d)
09/05/2009 - 02/06/2009
03/06/2009 - 18/06/2009
20/06/2009 -17/07/2009
25/07/2009 - 17/08/2009
Al revisar el movimiento del silo, de acuerdo a su inventario se pudo estimar que los períodos
de despacho 1, 2, 3 y 4 mencionados en la Tabla 4.1, podrían corresponder con los lotes de
producción 7, 8, 9 y 10 respectivamente (para los cuales no se obtuvo falso fraguado en las
muestras de cemento analizadas al salir del molino). Los lotes de producción 7, 8, 9 y 10
corresponden a la molienda efectuada desde el 08/05/09 hasta el 22/07/2009.Se presenta a
continuación los valores obtenidos del porcentaje de penetración final (PPF) en relación con las
unidades despachadas durante los períodos 1, 2, 3 y 4, Figura 4.5, 4.6, 4.7, 4.8.
Figura 4.5 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 1
60
Figura 4.6 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 2
Figura 4.7 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 3
Figura 4.8 Seguimiento de valores de PPF por cisternas despachas en el período 4
61
En las Figuras 4.5, 4.6, 4.7 y 4.8 se observan valores puntuales en los cuales el PPF resultó
menor que 60 %, recordando que este es el límite mínimo establecido por aseguramiento de la
calidad en planta Guayana, no obstante sólo los valores menores a 50 % indican que se está en
presencia del falso fraguado, según la norma ASTM C451.
Entonces en cuanto al seguimiento del fenómeno de falso fraguado, por no haber aparecido en
ningún momento en las muestras a la salida del molino, pero si en la muestras de despacho; se
puede notar que luego de fabricar bajo valores de PPF permisibles, el cemento evidencia el
fenómeno en el despacho (bajos valores de PPF) pues pudo verse afectado por algunos problemas
ocasionados en la molienda que muestran su efecto en el almacenamiento (como por ejemplo
altos valores puntuales de temperatura), o en los sistemas auxiliares o en la etapa de
almacenamiento.
4.3.2 Temperatura del cemento en molienda, sistemas auxiliares y almacenamiento
Se buscaron los historiales de las variables de producción, consideradas pertinentes en este
punto crítico, en las etapas de producción y despacho del proceso de fabricación de cemento
Portland Tipo II, planta Guayana. Entre estas variables se encuentran la temperatura del cemento
al salir del molino (°C), temperatura de los gases antes del electrofiltro (°C), temperatura del
cemento antes de entrar a la tolva Fuller (°C) y la temperatura del cemento al salir del silo (°C).
Los historiales de las primeras tres (3) variables son llevados en la sala de control, mientras que
la temperatura del cemento al salir del silo es registrada por aseguramiento de la calidad. A
continuación los resultados obtenidos.
4.3.2.1 Temperatura del cemento al salir del molino y en los sistemas auxiliares
La representación gráfica en la Figura 4.9 cumple con el seguimiento de la temperatura del
cemento al salir del molino (°C), temperatura de los gases antes del electrofiltro (°C), y
temperatura antes de entrar a la tolva Fuller (°C). Los historiales fueron suministrados por la sala
de control de planta Guayana y abarcan datos de la producción de cemento Portland Tipo II
obtenida en el período que abarca desde el 21 de enero hasta el 30 de junio del 2009.
De acuerdo a la ubicación de los indicadores de temperatura en el proceso, mostrados
previamente en la Figura 4.3, primero se encuentra la toma de temperatura del cemento al salir
del molino, posteriormente la temperatura de los gases antes de entrar al electrofiltro y finalmente
luego de pasar por el separador y los aerodeslizadores justo antes de bombear el cemento hacia
los silos se encuentra el punto de medición antes de entrar a la tolva Fuller. En la Figura 4.9 para
62
las tres (3) temperaturas estudiadas se presentan tres (3) rangos consecutivamente decrecientes de
temperatura, lo que permite establecer la siguiente relación: Temp. del cemento al salir del
molino > Temp. de los gases antes de entrar al electrofiltro >Temp. antes de entrar a la tolva
Fuller (ver Figura 4.9). Esta relación es congruente con el proceso en continuo que recorren las
partículas de cemento al salir del molino, en este sentido según condiciones de transferencia de
calor, el cemento está en condiciones de aireación por lo que disminuye su temperatura al
recorrer etapas y al pasar el tiempo.
Figura 4.9 Historial de temperaturas en la fabricación de cemento Portland Tipo II en planta
Guayana.
En la Tabla 4.2 se presentan los rangos según el valor mínimo y máximo para cada
temperatura relacionada en la Figura 4.9.
63
Tabla 4.2 Rango de valores mínimos y máximos para tres (3) temperaturas en la fabricación de
cemento Portland Tipo II en planta Guayana.
Temperatura
Rango (°C)
Del cemento al salir del molino
93,5 - 104,8
De los gases antes de entrar al electrofiltro
89,2 – 96,9
Del cemento antes de entrar a la tolva Fuller
68,9 – 91,8
La Tabla 4.2 representa la síntesis en cuanto al seguimiento del punto crítico de temperatura
del cemento en el proceso de molienda, a continuación se presentan tres (3) histogramas, Figuras
4.10 y 4.11, en los que se indica la mayor frecuencia por medición de temperatura para cada
temperatura siendo los valores extremos los tabulados en la Tabla 4.2. Los datos suministrados
para cada temperatura en el período de tiempo del 21 de enero hasta el 30 de junio del 2009
corresponden sólo a la fabricación de cemento Portland Tipo II y la frecuencia de medición de
los valores de cada temperatura (cuya medición es independiente una de otra) contenida en cada
rango esta adecuada a los valores suministrados en el período mencionado, llevado a una
frecuencia tope de cien (100).
A
B
Figura 4.10 Frecuencia de valores de temperatura del cemento al salir del molino (A),
temperatura de gases antes de entrar al electrofiltro (B)
64
C
Figura 4.11 Temperatura del cemento antes de entrar a la tolva Fuller .
Considerando entonces la relación general observada en las Figuras 4.10 y 4.11, se puede
complementar agregando el rango respecto a cada temperatura con mayor aparición en el
proceso, como se menciona a continuación Temp. del cemento al salir del molino [96-100 °C] >
Temp. de los gases antes de entrar al electrofiltro [91-97 °C] >Temp. antes de entrar a la tolva
Fuller [71-80 °C].
El efecto de la temperatura en la deshidratación del yeso, es decir en promover la disminución
del agua cristalina de las moléculas de sulfato de calcio dihidratado en el cemento, se hace más
evidente a partir de 70°C en condiciones severas (humedad relativa menor a 65 %). Entonces al
comparar estos valores operacionales de temperatura con mayor concurrencia en la fabricación
del cemento Portland con los valores de temperatura en los cuales se propicia la disociación del
yeso, es posible determinar que si las condiciones de humedad relativa en cada sistema no son las
adecuadas para mantener el equilibrio, ocurra de manera puntual la deshidratación del sulfato de
calcio dihidratado. Haciendo un paréntesis respecto a la humedad relativa, mientras mayor son
los valores de temperatura medidos en el cemento en cada sistema (molienda y sistemas
auxiliares) mayores son las posibilidades de que ocurra la deshidratación del mineral, y por ende,
las probabilidades de aparecer el falso fraguado.
Recurriendo a los valores históricos de la temperatura del cemento a la salida del molino (la
cual resultó con un rango de temperatura lógicamente más elevado) y la presencia del fenómeno
de falso fraguado, es importante destacar que como ya se demostró no se observó el falso
fraguado en ninguna muestra de cemento Portland Tipo II a la salida del molino, para el mismo
65
período considerado en la Figuras 4.10 y 4.11, en este sentido se presume que los valores de
temperatura alcanzados en la molienda en un rango entre 93,49 - 104,79 °C no afectan de manera
significativa a la producción obtenida en esa etapa, en cuanto a la deshidratación del yeso, pues
no se observa el falso fraguado en la muestras analizadas. Sin embargo estas temperaturas no se
desprecian en el análisis. Como ya se mencionó, las condiciones de temperatura y humedad
determinan la disociación del yeso, y quizás la deshidratación este ocurriendo de manera más
puntual y poco significativa para hacer notorio el falso fraguado en este punto del proceso.
Tanto la temperatura de los gases antes de entrar al electrofiltro como la temperatura del
cemento antes de entrar a la tolva Fuller, representan valores mayores de 70 °C y por no conocer
las condiciones de humedad relativa no se pueden despreciar estos valores a priori, tomando en
cuenta el mismo análisis expuesto en el párrafo anterior.
En el punto siguiente se presentan resultados de una actividad realizada para apoyar de manera
referencial en análisis antes mencionado.
4.3.2.2 Caracterización Físico-Química de muestras puntuales Planta I, Planta Pertigalete
La caracterización físico- química de muestras puntuales de Planta I (planta Pertigalete) se
llevó a cabo ya que por medio de la evaluación de control por parte de aseguramiento de la
calidad se identificó la aparición del fenómeno de falso fraguado al analizar muestras puntuales
de cemento Portland Tipo I y Tipo III obtenidas a la salida del molino 1 y 9 A, los días 2024/04/2009 y 12-15-20-26-27/04/2009 respectivamente. Aprovechando esta oportunidad, a pesar
de que el problema en estudio se aboca al cemento Portland Tipo II fabricado en planta Guayana,
se pensó que podría ser una actividad de referencia la caracterización físico-química aunada al
seguimiento de las variables operacionales consideradas críticas en esta investigación, como la
temperatura dentro del molino y la inyección de agua al mismo, con respecto a los resultados de
falso fraguado.
Al realizar la caracterización físico-química, las muestras de cemento cumplieron con las
especificaciones según su Tipo (I o III), no obstante se obtuvieron valores bajos de porcentaje de
penetración final (PPF), es decir se estaba en presencia del fenómeno de falso fraguado, los
resultados se presentan en la Tabla 4.3.
De acuerdo al seguimiento del proceso, tanto en sala de control como con la inducción del
personal de aseguramiento de la calidad, se pudo concluir que la causa del fenómeno en estos
casos fue la deshidratación del sulfato de calcio dihidratado debido a la alta temperatura del
66
clinker con que se alimentaron los molinos, el clinker fue alimentado a la tolva en continuo de
haberlo producido, en lugar de tomarlo de los patios de clinker. Se presentan los resultados del
seguimiento de la temperatura del cemento y el agua inyectada a los molinos 1 y 9 A, mediante la
revisión de de los datos reportados por el software Process Information (PI), el cual permitió
visualizar gráficamente las tendencias del agua inyectada (l/min) y temperatura del cemento (°C)
al mismo tiempo.
Tabla 4.3 Valores de PPF registrados en muestras de cemento al salir del molino 1 Y 9 A en
Planta I, planta Pertigalete.
Fecha
Tipo de cemento
PPF
12/04/2009
III
53,6
15/04/2009
III
14,3
20/04/2009
III
55,9
20/04/2009
I
43,8
24/04/2009
I
55,9
26/04/2009
III
42,4
27/04/2009
III
13,9
A continuación los resultados gráficos más significativos obtenidos al revisar las fechas antes
mencionadas en el PI, para los molinos 1 y 9 A. Primero en las Figuras 4.12 y 4.13 se observan
tendencias relativamente uniformes de temperatura dentro del molino y la cantidad de agua
inyectada al molino, no se identifican elevados picos de temperatura, por el contrario el proceso
en cada figura se encuentra controlado respecto a estas variables, principalmente porque la
temperatura promedio en ese lapso de tiempo es de 105°C en la Figura 4.12 y 113 °C en la Figura
4.13, siendo valores que históricamente en planta I no propician el falso fraguado en el cemento
al salir del molino. Tanto las Figuras 4.12 y 4.13 representan días seleccionados aleatoriamente
sin reporte de presencia del falso fraguado por parte de aseguramiento de la calidad, la idea es
observar el comportamiento bajo control en este contexto.
67
110
100
AA
90
80
70
60
50
BB
40
30
Figura 4.12 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 18/01/09. A: Línea de tendencia de la temperatura de
molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.
112
100
A AA
80
60
40
BB
20
0
Figura 4.13 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 23/05/09 al 24/05/09. A: Línea de tendencia de la
temperatura de molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.
La Figura 4.13 evidencia que el proceso de molienda se encuentra bajo control en cuanto a
temperatura, pues la temperatura promedio 113 °C por histórico no tiene efecto significativo en el
cemento en cuanto al falso fraguado. Es importante observar que un ascenso de la temperatura de
molienda implica un ascenso de la cantidad de agua inyectada y de manera opuesta el mismo
comportamiento consecuente, con la finalidad de mantener la temperatura bajo control.
B
68
Las Figuras 4.14, 4.15 y 4.16 si representan los resultados más significativos de los días
previamente mencionados en cuanto al molino 1 y 9 A, con reporte del fenómeno de falso
fraguado por parte de aseguramiento de la calidad, cuyos valores se reportaron en la Tabla 4.3.
120
A
A
100
80
60
B
40
B
20
0
Figura 4.14 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 15/04/09. A: Línea de tendencia de la temperatura de
molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.
150
140
120
100
AA
80
60
40
20
B
B
0
Figura 4.15 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 20/04/09 al 21/04/09. A: Línea de tendencia de la
temperatura de molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.
69
140
120
A
100
A
80
60
40
20
B B
0
Figura 4.16 Tendencias de temperatura y cantidad de agua inyectada al molino de cemento
registrada por el sistema PI en Planta I, 24/04/09 al 25/04/09. A: Línea de tendencia de la
temperatura de molienda. B: Línea de tendencia del agua inyectada al molino.
Al observar en las Figuras 4.14, 4.15 y 4.16 las representaciones de la tendencia de la
temperatura de molienda (°C) y la cantidad de agua inyectada (l/min) en función del tiempo (días
donde se obtuvo falso fraguado a la salida del molino), se pueden notar algunos picos de la línea
de temperatura (enmarcados en un círculo amarillo en cada figura) llegando a valores de
temperatura entre 120 y 140 °C, si se observa horas antes la tendencia de la inyección de agua se
identifica que el sistema no ha tenido deficiencia de inyección, en tal sentido su respuesta ha sido
consecuente e inmediata con los valores de temperatura alcanzados con la finalidad de
controlarlos. Estos aumentos de temperatura posiblemente generados por alta temperatura del
clinker alimentado son los que han podido ser la causa del falso fraguado, pues parte del yeso
agregado a la molienda se pudo haber deshidratado.
Como ya se mencionó esta actividad fue netamente referencial pues las condiciones para
realizar una comparación no están dadas, se pudo visualizar la estricta relación que existe entre el
control de algunas variables de molienda y la aparición del fenómeno de falso fraguado. Es
importante notar que 105 °C, por ejemplo, es un valor que históricamente en planta I, no propicia
la disociación del dihidrato, en este sentido debe estar controlada la humedad relativa en este
sistema para mantener el equilibrio.
70
4.3.2.3 Temperatura del cemento al salir del silo
Se consideraron los certificados del despacho del cemento Portland Tipo II, el historial
referente a la temperatura de la muestra de cemento al salir del silo 5. Se presentan resultados de
las relaciones de frecuencia de aparición con respecto a distintos valores de temperatura
reportadas de acuerdo a los períodos de despacho 1, 2, 3, y 4 descritos anteriormente en la Tabla
4.1, correspondiente intuitivamente a los lotes de producción 7, 8, 9 y 10. En la Figura 4.17, se
presentan cuatro (4) histogramas adecuados a la frecuencia de aparición de los valores de
temperatura ubicados en ciertos rangos, de acuerdo al despacho de las cisternas en cada período;
llevado a una frecuencia tope de cien (100).
B
Figura 4.17 Frecuencia de valores de temperatura del cemento al salir del silo 5. Período 1, 2,
3 y 4 correspondiente a A, B, C y D respectivamente.
A continuación se presenta un resumen de los rangos de temperatura más frecuente en cada
período de despacho, Tabla 4.4.
71
Tabla 4.4 Rangos de temperatura del cemento a la salida del silo con mayor frecuencia por
período de despacho.
Período de despacho
Rango (°C)
1
71 - 80
2
61 -70
3
61-70
4
61-80
Al comparar los valores mostrados en la Tabla 4.4 con el rango de temperatura con mayor
frecuencia respecto al punto de medición previo a la etapa de almacenamiento, correspondiente a
la temperatura del cemento antes de la entrada a la tolva Fuller [71-80 °C]; resultan valores
congruentes. No se obtuvo que las condiciones de almacenamiento propicien un aumento de la
temperatura del cemento en el silo, pues los mayores valores registrados en el despacho no son
mayores que los medidos antes de bombear el cemento hacia el silo.
No existe correlación entre los valores de temperatura y PPF en muestras de despacho, sin
embargo, de manera similar al análisis de las temperaturas registradas al salir del molino y en los
sistemas auxiliares, la temperatura de despacho no se desprecia en el análisis, hasta los momentos
es posible intuir que debe existir una relación con otros puntos críticos, y no un efecto aislado de
las temperaturas, pues los valores reportados, en otros momentos históricos no han sido
determinantes en el falso fraguado. De igual manera es importante conocer las condiciones de
humedad relativa en el silo, para poder concluir si las condiciones para evitar la disociación del
yeso son las predominantes; así como también el análisis de los otros puntos críticos.
En el punto siguiente se presentan resultados de una actividad realizada para complementar el
análisis en cuanto a la temperatura como punto crítico. Se refiere a una simulación del
comportamiento del cemento a nivel de laboratorio en condiciones severas de almacenamiento.
4.3.2.4 Simulación cronotermogravimétrica
Luego de someter a varias temperaturas constante (70, 80, 90 y 100 °C), muestras de cemento
Portland Tipo II (Planta Pertigalete) que inicialmente (día cero) tenían un valor promedio (entre
72
las tres (3) muestras control) de 81% de penetración final (PPF) y caracterizarlas de manera
físico-química diariamente durante siete (7) días se obtuvo la siguiente relación entre el PPF (%)
y el tiempo (d), bajo distintas isotermas presentadas en la Figura 4.18. Esta actividad corresponde
a la Fase 3, presentada en la metodología de la investigación.
Figura 4.18 Isotermas de la simulación cronotermogravimétrica a muestras de cemento
Portland Tipo I y Tipo II, obtenidas de planta Pertigalete.
Las muestras de cemento Portland Tipo II analizadas arrojaron los resultados representados
gráficamente en la Figura 4.18, permitiendo establecer su comportamiento bajo diferentes
condiciones de tiempo y temperatura con respecto al PPF. En principio se observa que las cinco
(5) isotermas representan valores de PPF decrecientes con el tiempo, lo que sugiere que
independiente de cuál sea la temperatura, a mayor período de almacenamiento, el valor de PPF
disminuye. Al pasar los días, el rango de tiempo es cada vez mayor, para que ocurra la pérdida de
agua cristalina del yeso contenido en el cemento. Otra tendencia observada de manera general, es
que a mayor temperatura menor es el valor obtenido de PPF al pasar los días; en este mismo
sentido a mayor temperatura se alcanzan menores valores de PPF en menor tiempo de
almacenamiento; mayor temperatura y mayor tiempo representan dos (2) condiciones críticas
que actúan en conjunto, estas tendencias son congruentes con la teoría referenciada en esta
investigación, respecto al cambio de fase del dihidrato al hemihidrato en el yeso contenido en el
cemento, por efecto de la temperatura.
73
Considerando que no se modelaron las condiciones reales del almacenamiento, como por
ejemplo el posible gradiente de temperatura, presiones de llenado y vaciado, atmosfera y
humedad del silo, se puede establecer de manera referencial que el cemento sometido a 70 °C, a
partir del cuarto día presenta un bajo valor de PPF el cual representa el fenómeno de falso
fraguado. Sin embargo a partir de 80 °C sólo bastan 24 h para presentar este fenómeno.
Es importante mencionar que aunque cada valor obtenido es un promedio de dos (2)
mediciones, no se observa una isoterma con alguna tendencia directamente proporcional. Se debe
considerar que las condiciones de humedad dentro de la estufa no son controladas, atribuyendo
los puntos desajustados a errores experimentales.
Se debe observar que las isotermas pertenecientes al cemento Portland Tipo II y Tipo I a 90 y
100 °C al cabo de siete (7) días culminan en valores mínimos y similares de PPF, se puede
extrapolar a un octavo día en el cual exista un valor de PPF igual a cero, es decir cero
penetración.
A continuación en la Figura 4.19 se presenta la variación con respecto a la masa inicial en
cuatro (4) isotermas de la simulación.
Figura 4.19 Variación de la masa inicial en la simulación cronotermogravimétrica
De igual manera que las tendencias respecto al PPF y el tiempo, la masa inicial de cada
muestra de cemento evaluada disminuyó en mayor escala a mayor temperatura, como se observa
en la Figura 4.19. Recordando que el agua libre, proveniente de la humedad se pierde a 45 °C, y
suponiendo que el resto del agua cristalina sólo proviene de la molécula del yeso. Durante la
74
etapa de clinkerización se alcanzan valores de temperatura que aseguran la ausencia de moléculas
de agua en el clinker, luego al molerlo con el yeso, existe un mecanismo en la molienda que
permite suministrar sólo el agua necesaria para mantener el equilibrio en el sistema. Si el proceso
no es en continuo, el cemento es envuelto por el agua libre, que proviene de la humedad del
ambiente, siendo este porcentaje menor que el porcentaje de agua combinada del mineral de yeso.
La Figura 4.19, respalda el comportamiento obtenido en las tendencias de la Figura 4.18.
No se evidenció variación con respecto a las muestras consideradas control y el resto de las
muestras empleadas en la simulación, en cuanto al resto de la caracterización físico-química. Los
valores diferían en un rango de error permitido por las normas utilizadas y además considerando
que las muestras provenían de varias muestras control con mínimas variaciones entre estas.
No es posible apreciar alguna diferencia significativa en el comportamiento del cemento
Portland Tipo I y el Tipo II a 100 °C, es necesario un análisis con mayor número de evaluaciones
para permitir concluir en este sentido. Sólo se puede decir que no ocurre entre estos dos (2) Tipos
de cemento un comportamiento antagónico, ni típico de alguno de los (2) respecto al PPF.
Con respecto al punto crítico de la temperatura del cemento al salir del molino, sistemas
auxiliares y etapa de almacenamiento es importante tener en cuenta que aunque el cemento
Portland utilizado en la simulación proviene de la fabricación de planta Pertigalete, el clinker y el
yeso es el mismo empleado como materia
prima en planta Guayana. De esta manera se
corroboran los análisis antes realizados, enfatizando que aunque no se observe el fenómeno en
todo el volumen de producción en la etapa de molienda por ejemplo, seguramente de manera
puntual el cemento ha sido afectado pues la temperatura alcanzada por ejemplo en esta etapa
alcanza los 100 °C. De igual manera en condiciones de almacenamiento, en la cual existe más
similitud con esta actividad, se observa las condiciones de criticidad que provocan estos valores
de temperatura, aunado al tiempo de almacenamiento; aunque históricamente no se presente una
correlación significativa del fenómeno de falso fraguado y la temperatura, el yeso contenido en el
cemento es altamente sensible en estos escenarios.
4.3.3 Cantidad de sulfato cálcico dihidratado
Referente a la molienda se presenta la comparación del seguimiento de los valores reportados
por aseguramiento de la calidad y por sala de control desde el 21/01 al 11/05 del 2009 en planta
Guayana, respecto al porcentaje de sulfato (%SO3). Se consideraron los datos reportados por
producción, referentes a la evaluación de muestras horarias para el control del proceso de
75
molienda; mientras que de aseguramiento de la calidad, evaluaron muestras promedio del día
anterior de fabricación de cemento Portland Tipo II, ambas se refieren a muestras que aún no han
pasado a la etapa de almacenamiento. Luego del seguimiento de las hojas de recogida de datos en
el período de tiempo antes mencionado, se utilizó el histograma de frecuencia de aparición de
valores, respecto a la variable en estudio (Porcentaje de sulfato), la finalidad es comparar los
valores reportados por producción y por aseguramiento de la calidad en un determinado lapso de
tiempo y evaluar la adecuación a los parámetros de control para el contenido de sulfato y su
relación con el fenómeno de falso fraguado. A continuación los resultados en la Figura 4.20.
Figura 4.20 Frecuencia de valores de porcentaje de SO3 (%) en muestras de cemento
provenientes de la salida del molino.
En la Figura 4.20 se presenta un diagrama de barras que muestra el grado de variación del
porcentaje de SO3, según valores reportados por producción y por aseguramiento de la calidad. Se
observa que la diferencia es mayor al 20 % entre las series, en el primer rango evaluado. Sin
embargo, a pesar de esta discrepancia, ambas series representan que el rango de mayor frecuencia
es el de valores de porcentaje de sulfato entre 2,00 y 2,20 %, y de manera decreciente el rango
entre 2,21 y 2,30 % y con menores valores registrados el rango de porcentaje entre 2,31 y 2,40 %.
El período considerado en la Figura 4.20, comprendido desde el 21/01/09 hasta el 11/05/09
(Correspondiente este período a los lotes de producción 02-03-04-05-06-07), según los resultados
antes expuestos y el punto crítico considerado de cantidad de sulfato cálcico dihidratado, los
valores de sulfato se encuentran por debajo de las cantidades necesarias para darle importancia a
este punto crítico con respecto a su contribución con la aparición del falso fraguado. No obstante
el valor de 18 % registrado entre 2,31 y 2,40 % no se debe despreciar, pues así sea la menor
76
frecuencia de aparición, mientras mayor cantidad de sulfato esté presente en el cemento mayor es
la posibilidad de que más yeso se deshidrate y ocurra el falso fraguado.
Se destaca en la gráfica de control presentada en la Figura 4.21 la variabilidad del proceso de
fabricación de cemento Portland con respecto al porcentaje de SO3, como variable de operación.
Los valores considerados, son suministrados por los historiales de aseguramiento de la calidad,
con respecto a muestras de cemento Portland Tipo II, a la salida del molino desde el 21/01 al
30/06 del 2009. En la Figura 4.21 los límites de especificación inferior y superior están
representados por las líneas de color rojo. Estos límites son modificados por parámetros de
producción o sugeridos por el departamento de aseguramiento de la calidad, siempre y cuando
estén asociados a los requerimientos del cliente, en cuyo caso sólo especifica máximo 3,00%.
Figura 4.21 Gráfica de control del Porcentaje de SO3 (%).
La Figura 4.21 muestra la alta variabilidad en cinco (5) meses de fabricación de los límites de
este parámetro, no obstante el proceso se logra mantener de manera general bajo control en cada
rango establecido. La variabilidad de los parámetros de proceso trae como consecuencia
variabilidad en el producto fabricado. Es importante recordar que la cantidad de yeso alimentada
es directamente proporcional a la reactividad del clinker. Aunque existan valores históricos o
parámetros recomendados y estandarizados resulta pertinente el conocimiento de que tan reactivo
es el clinker para adecuarlo al porcentaje de SO3. Como se comentó previamente, no se realiza
77
análisis microscópico del clinker utilizado como materia prima en planta Guayana y tampoco se
ha determinado experimentalmente, desde que se evidencio la falla de falso fraguado en el
almacenamiento, la cantidad de SO3 óptimo.
Se observa en este seguimiento para finales del mes de junio del 2009, un valor puntual de
2,46 %, permitiendo enfatizar más la idea que aunque sean puntuales los valores mayores de 2,20
% no se pueden despreciar, porque en conjunto con otras condiciones pueden suscitar el falso
fraguado.
Respecto a las condiciones de almacenamiento del cemento se consideraron los certificados
emitidos por aseguramiento de la calidad a muestras promedio de períodos quincenales de
despacho de cemento Portland Tipo II en planta Guayana, en estos se hace referencia entre otros
datos, al porcentaje de sulfato. En la Tabla 4.5 se presentan los rangos de fechas que consideran
los certificados respecto a las muestras despachadas desde la segunda quincena del mes de enero
hasta junio del 2009.
Tabla 4.5 Rango de fecha de cada período de certificación del despacho del cemento Portland
Tipo II, planta Guayana.
Periodo
Rango de Fecha (d)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
15/01/2009 - 30/01/2009
01/02/2009 - 15/02/2009
16/02/2009 -28/02/2009
01/03/2009 - 15/03/2009
16/03/2009 - 31/03/2009
01/04/2009 - 18/04/2009
20/04/2009 - 30/04/2009
02/05/2009- 09/05/2009
11/05/2009- 16/05/2009
18/05/2009- 23/05/2009
25/05/2009- 30/05/2009
01/06/2009- 05/06/2009
15/06/2009- 30/06/2009
78
Los datos reportados en los certificados de despacho de aseguramiento de la calidad del
porcentaje de sulfato se graficaron respecto al período de tiempo (tabulado en la Tabla 4.5), se
presentan los resultados en la Figura 4.22.
Figura 4.22 Porcentaje de SO3 respecto a períodos de despacho de cemento Portland Tipo II,
planta Guayana.
De acuerdo a la Figura 4.22, el valor mínimo y máximo reportado para el porcentaje de SO 3,
son 2,08 y 2,45 % respectivamente. Siendo mayor la cantidad de valores por encima al 2,20% en
estos períodos de despacho. No existe correlación entre los valores registrados de PPF y el
porcentaje de SO3 en el cemento en las etapas de molienda y despacho, sin embargo se debe
tomar en cuenta que mientras el porcentaje de SO3 es mayor a 2,20%, aumenta la posibilidad de
que ocurra mayor deshidratación del mineral de yeso. En este caso existe más probabilidad de
disminuir el PPF y aparecer el falso fraguado pues hay más cantidad de yeso que puede sufrir el
fenómeno.
4.3.4 Cantidad de sulfato cálcico hemihidratado en la materia prima
En planta Pertigalete, donde se recibe la materia prima, no se realiza un control respecto a la
cantidad de hemihidrato contenida en el yeso. Para la evaluación de este punto crítico se
analizaron muestras puntuales en distintos escenarios de Planta Pertigalete y Planta Guayana. A
continuación los resultados de la caracterización por Difracción de Rayos X.
4.3.4.1 Caracterización por Difracción de Rayos X (DRX)
De acuerdo al plan de muestreo de cemento Portland Tipo II, En la Tabla 4.6 se especifican
las muestras consideradas, su procedencia y el valor obtenido de PPF, en esta misma tabla, se
reportan los resultados de la caracterización, suministrados por el Laboratorio Geológico de
79
PDVSA. El resultado recibido se constituyó por cinco (5) difractogramas , y una tabla para cada
difractograma de las fases identificadas con un valor semicuantitativo de cada una de estas
(expuesto en la Tabla 4.6), es importante aclarar que no se recibió resultados del cemento 1.
Tabla 4.6 Síntesis de descripción de las muestras consideradas para la caracterización por
DRX y los resultados suministrados por el Laboratorio Geológico PDVSA.
Muestra
Descripción
Cemento Cemento
1
2
Simulac.
control
Cemento
3
Cemento
4
Cemento
5
Yeso
Maritime
Simulac. Granel silo Granel silo Granel silo
Jeogam100°C
5
5
6 22Abril
7mo día 23/03/2009 28/03/2009 23/01/2009
2009
Planta
Planta
Planta
Planta
Planta
Ptg.
Gyn.
Gyn.
Gyn.
Ptg.
8
22
30
58
-
PPF (%)
Planta
Ptg.
81
Larnita (Ca2SiO4) (%)
-
56
68
62
64
-
Calcita (CaCO3) (%)
-
14
26
19
16
-
Portlandita (Ca(OH)2)
(%)
-
14
6
3
8
-
Wollastonite (CaSiO3)
(%)
-
16
-
16
12
-
Dihidrato
(CaSO4·2H2O) (%)
-
-
-
-
-
100
Toma de muestra
Al observar los resultados de la Tabla 4.6 no se identifican las cuatro (4) fases cristalinas
principales del cemento Portland que son C3S, C2S, C3A, C4AF. Referente a los resultados
recibidos de la caracterización del yeso, sólo se comentó en el difractograma de este mineral que
representaba 100% de Sulfato de calcio dihidratado (CaSO4•2H2O), no se específica ningún otro
compuesto cristalino por minoritaria su presencia en la muestra de yeso.
Se esperaba obtener en la caracterización por DRX de las muestras de cemento, además del
resultado semicuantitativo de las fases cristalinas prioritarias, la posibilidad de identificar de
manera semicuantitativa las distintas fases del sistema de sulfato cálcico (sulfato cálcico
dihidratado, sulfato cálcico hemihidratado y anhidrita), sabiendo que el cemento está compuesto
por un 5 % aproximado de yeso. Por otro lado, con respecto a la muestra del mineral de yeso,
como ya se mencionó, sólo se obtuvo que era 100 % dihidrato, lo cual es contradictorio con la
naturaleza del mineral (el cual está combinado con óxidos y carbonatos) y con el análisis químico
80
reportado por el laboratorio de aseguramiento de la calidad según la norma ASTM C471
(Métodos estándar de análisis químico del yeso y productos del yeso).
Se decidió ahondar en la técnica de DRX, debido a que los resultados de la caracterización
obtenidos, no se esperaban. Para esto se realizó una entrevista al personal técnico que elaboró la
caracterización, referente al tema de selección de las cuatro (4) fases y los porcentajes asignados
en los resultados reportados en la Tabla 4.6. En el caso del análisis del yeso, se puede decir que
respecto a la base de datos utilizada en el Laboratorio Geológico de PDVSA es posible realizar
un análisis más exhaustivo para obtener resultados más realistas, que sean comparables con el
análisis químico. En cuanto a la factibilidad de evaluar las condiciones iniciales del mineral de
yeso, se puede concluir que si se realiza un análisis más realista se puede obtener un resultado
semicuantitativo de la cantidad de fase presente de sulfato cálcico dihidratado y anhidrita, con
respecto al hemihidrato se debe estudiar con mayor rigurosidad la base de datos del software
empleado y las herramientas del mismo, para evaluar las posibilidades de identificar esta fase.
4.3.5 Finura obtenida en la molienda del clinker
A continuación la comparación del seguimiento de los valores reportados por aseguramiento
de la calidad y por sala de control desde el 21/01 al 11/05 del 2009 en planta Guayana, respecto a
porcentaje retenido tamiz 325- 45µm y Blaine (cm2/gr). Se consideraron los datos reportados por
producción de la evaluación de muestras horarias para el control del proceso de molienda,
mientras que de aseguramiento de la calidad se evaluaron muestras promedios diarios de la
fabricación de cemento Portland Tipo II. En la Figura 4.23 se presentan histogramas de
frecuencia de aparición de valores, respecto al Porcentaje retenido de Tamiz 325 y Blaine.
En la Figura 4.23 se presentaron dos (2) diagramas de barras que muestran el grado de
variación de estos parámetros operacionales según valores reportados por producción y por
aseguramiento de la calidad. Observándose correspondencia entre las dos (2) series tanto de
producción y aseguramiento de la calidad, con pequeño valor de discrepancia pudiendo
pertenecer al rango de error permitido para cada ensayo (ver Figura 4.23).
Se observa en la Figura 4.23, que el rango de valores con mayor persistencia en la molienda de
cemento para cada variable operacional es entre 19 y 20 % para el Porcentaje de retenido tamiz
325- 45µm y un rango de Blaine entre 2901 a 3100 cm2/g, estos valores se encuentran bajo
control según los parámetros de calidad y los requerimientos del cliente para el cemento Portland
Tipo II. En ambas series estos rangos representan más del 80 %, pudiendo despreciar los otros
81
valores. También se considera que los valores mínimos y máximos para cada variable no están
tan distanciados para que puedan ocasionar un cambio significativo en el comportamiento del
cemento, por ejemplo aumentar su sensibilidad a la hidratación.
A
B
Figura 4.23 Frecuencia de valores de porcentaje retenido tamiz 325- 45µm (A) y Blaine
(cm2/gr) (B) en muestras de cemento provenientes de la salida del molino.
Para evaluar una posible correlación entre los dos resultados antes expuestos, se consideró
comparar los valores diarios reportados de PPF con los valores diarios de las variables estudiadas
en este punto (porcentaje retenido tamiz 325- 45µm (%), Blaine (cm2/g)) desde 21 de enero hasta
el 30 de junio del 2009, considerando en ambos casos los reportados por aseguramiento de la
calidad, respecto a muestras a la salida del molino. Aunque se podría esperar que a mayor finura
menor valor de PPF, la comparación entre PPF y el Blaine no arrojó una correlación directa,
igualmente sucedió al comparar el PPF con el porcentaje retenido tamiz 325. En este sentido no
hay evidencias de que a mayor finura del cemento el valor de PPF disminuya, si bien las
partículas tienen mayor superficie específica y su velocidad de hidratación es mayor, este factor
en sí mismo no promueve el fenómeno del falso fraguado.
En las gráficas de control presentadas en las Figuras 4.24 y 4.25 se presenta la variabilidad
del proceso de fabricación de cemento Portland con respecto al porcentaje retenido tamiz 32545µm (%) y al Blaine (cm2/g), como variables de operación. Los valores considerados, son
suministrados por los historiales de aseguramiento de la calidad, con respecto a muestras de
cemento Portland Tipo II, a la salida del molino desde el 21/01 al 30/06 del 2009.
82
Figura 4.24 Gráfica de control porcentaje retenido tamiz 325- 45µm (%).
Figura 4.25 Gráfica de control del Blaine (cm2/g)
Tanto en la Figura 4.24 como en la Figura 4.25 los límites de control inferior y superior están
representados por las líneas de color rojo. Estos límites son modificados por parámetros de
producción o sugeridos por el departamento de aseguramiento de la calidad, manteniendo la
sugerencia en el proceso bajo los requerimientos del cliente. En este sentido el cliente especifica
en cuanto a la superficie específica Blaine para el cemento Portland Tipo II, 2800 cm2/g como
valor mínimo, sin especificar el porcentaje del retenido del tamiz 325, considerando en esta
última característica física o variable operativa por aseguramiento de calidad una especificación
en un rango entre 18 y 21 %.
83
En las Figuras 4.24 y 4.25 se muestra mayor estabilidad en la variación de estos parámetros de
control. El proceso se logra mantener de manera general bajo control en cada rango establecido,
para cada variable operativa. De acuerdo a las especificaciones y a los requerimientos del cliente,
en estos cinco (5) meses estas dos (2) variables se han mantenido bajo control.
Se consideraron las condiciones de almacenamiento del cemento de igual manera que con el
porcentaje de sulfato, utilizando los certificados emitidos por aseguramiento de la calidad a
muestras promedio de períodos quincenales de despacho de cemento Portland Tipo II en planta
Guayana. En la Tabla 4.5, presentada anteriormente en el punto 4.3.3 se presentan los rangos de
fechas que consideran los certificados respecto a las muestras despachadas desde la segunda
quincena del mes de enero hasta junio del 2009.
Los datos reportados en los certificados de despacho de aseguramiento de la calidad del
porcentaje retenido tamiz 325- 45µm y del Blaine (cm2/g) se graficaron respecto al período de
tiempo (tabulado en la Tabla 4.5), se presentan los resultados en la Figura 4.26.
a
b
Figura 4.26 Porcentaje retenido tamiz 325- 45µm y Blaine (cm2/g) respecto a períodos de
despacho de cemento Portland Tipo II, planta Guayana.
En síntesis de acuerdo a la Figura 4.26, de acuerdo a los valores mínimos y máximos
reportados para cada variable se establecieron los rangos, expresados en la Tabla 4.7.
Los rangos de la Tabla 4.7 para cada variable operacional de manera general son congruentes
con los obtenidos mediante el seguimiento de los certificados de producción y respecto a los
límites establecidos por aseguramiento de la calidad en función de los requerimientos del cliente,
cumplen las dos (2) variables con dichos parámetros.
84
Tabla 4.7 Rango de variables operacionales en la etapa de despacho de cemento Portland Tipo
II, planta Guayana.
Variable Operacional
Rango
Porcentaje Ret. tamiz 325-45µm (%)
18,26 - 21,60
Blaine (cm2/g)
2993-3212
En síntesis, en esta investigación la finura no se correlaciona directamente con el falso
fraguado; a pesar de la probabilidad intuitiva que a mayor finura mayor reactividad entonces más
fácil de evidenciar el falso fraguado.
4.3.6 Condiciones de humedad y tiempo de almacenamiento
Previamente se comentó que no se ha evaluado la integridad del silo, pero que por experiencia
técnica, el silo no presenta grietas que permitan el posible paso de humedad. En cuanto al tiempo
de almacenamiento del cemento Portland Tipo II, se recurrió a un informe técnico presentado en
el mes enero del año 2009 y a la documentación referida a la variación del inventario del cemento
en el silo 5 y 6. Se consideraron los valores de PPF de las unidades despachadas desde el
09/05/2009 hasta el 17/08/2009. A continuación se presenta la cronología y el inventario del
cemento en el silo 5 y 6 de tres (3) eventos en los cuales se evidenció falso fraguado, en las
muestras del despacho.
1. Despacho enero 2009
De acuerdo al informe técnico presentado por planta Guayana, se identificó que al presentarse
por primera vez el fenómeno de falso fraguado había existido un período promedio de
almacenamiento del cemento de 20 días, es decir no se despacho cemento Portland Tipo II en ese
lapso de tiempo. Al recurrir a la variación del inventario del cemento en el silo 6 (utilizado para
el cemento Portland Tipo II en ese momento), mostrado en la Tabla 4.8, 4.9 y 4.10, se observa
que el día 20 de diciembre del 2008 el silo quedó con un inventario final de 204 ton,
al
día
siguiente se fabricaron 1080 ton y partir de 22 de diciembre el cemento se mantuvo 13 días
almacenado, sin ser despachado. Luego de los 13 días, es decir el 05/01/09 se despachó cemento,
evidenciándose el fenómeno de falso fraguado en las muestras de despacho de este día y los
siguientes.
85
Tabla 4.8 Inventario del silo 6 planta Guayana, 11/12/08 al 20/12/08.
11-dic
12-dic
13-dic
14-dic
15-dic
16-dic
17-dic
18-dic
19-dic
20-dic
Inv. Inicial
737
538
216
216
216
216
900
1624
1168
513
Producción
0
0
0
0
0
962
1097
0
0
0
60,04
322,29
0
0
0
229,77
345,37
315,38
443,08
225,82
Despacho Tipo II
Despacho Clase B
139,35
0
0
0
0
47,81
27,87
140,95
55,75
82,77
Inv. Final
537,61
215,71
216
216
216
900,42
1623,76
1167,67
669,17
204,41
Tabla 4.9 Inventario del silo 6 planta Guayana, 21/12/08 al 31/12/08.
21-dic
22-dic
23-dic
24-dic
25-dic
26-dic
27-dic
28-dic
Inv. Inicial
204
1284
1716
1747
1747
1747
1747
1733
Producción
1080
506
100
0
0
0
0
623
29-dic
30-dic
31-dic
2356
3291
4375
1034
1084
Despacho Tipo II
0
139,12
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Despacho Clase B
0
160,01
0
0
0
0
0
0
112,48
0
0
1284
1490,87
1816
1747
1747
1747
1747
2356
3277,52
4375
4375
Inv. Final
Tabla 4.10 Inventario del silo 6 planta Guayana, 01/01/09 al 10/01/09.
01-ene
02-ene
03-ene
04-ene
05-ene
06-ene
07-ene
08-ene
09-ene
10-ene
Inv. Inicial
4375
4474
4474
4311
4311
4165
3908
3425
2375
1639
Producción
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1200
Despacho Tipo II
0
0
0
0
145,89
172,28
504,39
672,94
475,92
0
Despacho Clase B
0
201,15
0
0
0
84,38
107,84
140,29
136,67
0
4375
4272,85
4474
4311
4165,11
3908,34
3295,77
2611,77
1762,41
2839
Inv. Final
En este evento se considera que la condición de tiempo de almacenamiento es la más crítica, si
se recurre a los resultados arrojados por la simulación cronotermogravimétrica, sólo bastaban 4
días a 70 °C para evidenciar en las muestras el fenómeno de falso fraguado. Entonces en este
sentido, el tiempo pudo afectar de manera significativa la cantidad almacenada, pues como la
exposición del cemento fue prolongada, propició la deshidratación del mineral de yeso contenido
en el cemento.
2. Despacho junio 2009
Se realizó un seguimiento del inventario del cemento del silo 5 en las fechas donde se
evidenciaron valores puntuales de falso fraguado en el despacho del cemento. De manera puntual,
como se mostró anteriormente en cuanto a los valores de PPF en muestras de despacho, se obtuvo
valores menores a 60 de PPF durante el 18/06/2009.
86
Al recurrir a la variación del inventario del cemento en el silo 5, mostrado en las Tabla 4.11 y
4.12, se observa que desde el 14/06/09 hasta el 18/06/2009 no hubo producción pero si despacho,
quedando el inventario del silo al inicio del 18/06/2009 con 480 ton, este valor representa un bajo
nivel de cantidad almacenada en el silo, durante el 18/06/2009 se presentó falso fraguado en las
muestras de cemento despachadas llegando a un inventario final de 245 ton, es decir el silo se
encontraba prácticamente vacío. Al día siguiente hubo producción (860 ton) sin despacho, y el
20/06/09 también hubo producción y despacho en continuo. Sólo se presento falso fraguado el
18/06/09.
Tabla 4.11 Inventario del silo 5 planta Guayana, 13/06/09 al 21/06/09.
Inv. Inicial
Producción
Despacho Tipo II
13-jun
14-jun
15-jun
16-jun
17-jun
18-jun
19-jun
20-jun
21-jun
2405
2507
2507
1742
1103
480
245
1045
1794
221,65
0
0
0
0
0
868,72
1124,75
0
88,13
0
375,54
776,74
590,44
427,01
0
376,478
0
0
0
104,49
80,52
136,7
52,78
55,6
0
0
2538,52
2507
2026,97
884,74
375,86
0,21
1058,12
1793,272
1794
Despacho Clase B
Inv. Final
Tabla 4.12 Inventario del silo 5 planta Guayana, 22/06/09 al 30/06/09.
Inv. Inicial
Producción
Despacho Tipo II
Despacho Clase B
Inv. Final
22-jun
23-jun
24-jun
25-jun
26-jun
27-jun
28-jun
29-jun
30-jun
1571
937
1138
1828
1303
1410
2035
2035
1628
0
751,89
1049,08
0
624,1
1226,36
0
0
522,99
614,56
536,75
0
461,5
405,51
374,27
0
349,58
413
26,66
108,71
0
25,77
26,06
0
0
26,32
83,7
929,78
1043,43
2187,08
1340,73
1495,53
2262,09
2035
1659,1
1654,29
En este evento se considera que el falso fraguado evidenciado un solo día, pudo deberse a que
el inventario inicial de ese día representaba el nivel mínimo de capacidad del silo, un nivel muy
bajo constituido por cemento remanente y por ser poca masa a las mismas condiciones de
almacenamiento fue más fácil la deshidratación del yeso contenido en el mismo y además por
despachar ese día (18/06/09) prácticamente lo que se tenía almacenado es factible el arrastre del
talud del cemento creado dentro del silo. El cemento almacenado, a medida que aumenta este
tiempo de almacenamiento, aumenta su grado de compactación, llegando a formar paredes de
cemento verticales y adheridas a las paredes internas del silo, con cierto ángulo de rozamiento
interno, determinado por el cono invertido que se origina por la entrada y vaciado del cemento.
Entonces este cemento es el remanente, el que ha estado mucho tiempo bajo condiciones de
almacenamiento, es decir tiene altas probabilidades de presentar falso fraguado.
87
Es importante considerar el factor de la producción en continuo al despacho de cemento, no
obstante en este evento la cantidad que podría presentar el falso fraguado fue despachada toda un
solo días, quizás quedando remanentes pero poco significativo cuando se produce y se despacha
en continuo, pues los días siguientes no se presentó falso fraguado. Se considera que cuando la
producción está en continuo al vaciado, se crea una especie de cono invertido, en el cual se cree
que el cemento que entra al silo es el primero que sale del mismo. En el evento que se explicará a
continuación se justifica y evidencia de mejor manera este factor de la producción en continuo al
despacho.
3. Despacho julio- agosto 2009
En concordancia con el seguimiento del inventario del cemento del silo 5 en las fechas donde
se evidenciaron valores puntuales de falso fraguado en el despacho del cemento. De manera
puntual, como se mostró anteriormente en cuanto a los valores de PPF en muestras de despacho,
se obtuvo valores menores a 60 de PPF durante 29-30-31/07/2009 y 02/08/2009. Desde el 17 al
24/08/09 no hubo despacho Tipo II, tampoco hubo producción desde el 07/07/09 hasta el
21/07/09, posteriormente desde el 22/07/09 al 27/07/09 activaron la producción, ver las Tablas
4.13, 4.14, 4.15 y 4.16.
En este evento es importante observar en la Tabla 4.14, que desde el 16/07/09 el silo se
encuentra con un inventario inicial de 420 ton, seguidamente hasta el 22/07/09 finaliza con
menos de 100 ton según los valores reportados. El día 28/07/2009 no se produjo pero si se
despachó, pudiendo asumir que el despacho inicial de este día provenía de la producción
realizada el 27/07/2009. El 29/07/2009 tampoco hubo producción, este día se evidenció que el
cemento que salió del silo presentó el fenómeno de falso fraguado. A pesar de que en este
momento el silo tenía 3500 TM, venía de contener menos de 420TM, quedando este remanente
en la zona de extracción, sólo que en los despachos anteriores no se había evidenciado el
fenómeno porque se produjo en continuo.
Tabla 4.13 Inventario del silo 5 planta Guayana, 01/07/09 al 10/07/09.
01-jul
02-jul
03-jul
04-jul
05-jul
06-jul
07-jul
08-jul
09-jul
10-jul
Inv. Inicial
Producción
1383
1026,1
1705
307,3
1439
1127,5
1439
900,43
2596
966,25
3354
480,8
3128
0
2780
0
2235
0
1924
0
Despacho Tipo II
595,95
406,8
359,92
198,23
0
578,6
299,91
242,77
483,86
402,71
Despacho Clase B
Inv. Final
134,7
79,22
81,37
0
0
106,95
77,8
135,14
0
0
1678,45
1526,28
2125,21
2141,2
3562,25
3149,25
2750,29
2402,09
1751,14
1521,29
88
Tabla 4.14 Inventario del silo 5 planta Guayana, 11/07/09 al 20/07/09.
11-jul
12-jul
13-jul
14-jul
15-jul
16-jul
17-jul
18-jul
19-jul
20-jul
Inv. Inicial
Producción
1437
0
1330
0
1330
0
1004
0
760
0
420
0
86
0
59
0
59
0
153
0
Despacho Tipo II
79,65
0
298,92
482,76
379,59
265,88
0
0
0
0
Despacho Clase B
26,95
0
27,17
81,02
81,52
135,57
0
26,15
0
55,01
1330,4
1330
1003,91
440,22
298,89
18,55
86
32,85
59
97,99
Inv. Final
Tabla 4.15 Inventario del silo 5 planta Guayana, 21/07/09 al 31/07/09.
21-jul
22-jul
23-jul
24-jul
25-jul
26-jul
27-jul
28-jul
29-jul
30-jul
31-jul
146
0
65
533
511
1050
1310
844
2154
1019
2673
1060
3858
1080
4119
0
3547
0
3140
0
2447
0
0
Inv. Inicial
Producción
Despacho Tipo II
0
0
0
0
54,46
0
594,17
515,99
217,58
0
Despacho Clase B
54,31
21,92
0
0
27,71
0
78,7
80,73
79,2
133,67
0
Inv. Final
91,69
576,08
1561
2154
3090,83
3733
4265,13
3522,28
3250,22
3006,33
2447
Tabla 4.16 Inventario del silo 5 planta Guayana, 01/08/09 al 08/08/09.
01-ago
02-ago
03-ago
04-ago
05-ago
06-ago
07-ago
08-ago
Inv. Inicial
2265
2229
3554
2929
1782
1866
1835
2837
Producción
0
1076
252
0
0
0
1019
1200
Despacho Tipo II
0
0
556,34
598,42
80,95
0
190,87
536,76
Despacho Clase B
54,13
0
53,25
0
138,06
27,76
26,58
26,62
2210,87
3305
3196,41
2330,58
1316,99
1838,24
2636,55
3473,62
Inv. Final
El comportamiento de falso fraguado dejo de evidenciarse el día 02/08/2009, pues el
01/08/2009 se produjo en continuo al despacho, vaciando material con FF y el día siguiente
(02/08/2009) también se produjo en continuo al vaciado, despachando cemento con alto valor de
PPF, es decir sin falso fraguado. Para este momento se tenían 2229 ton de cemento almacenadas
y no continuaron presentando el fenómeno, lo que muestra evidencia que las 4000 ton
almacenadas para el 28/07/09, no presentaron en su totalidad falso fraguado. El silo se mantuvo
en momentos previos, durante cinco (5) días sin despacho y sin producción bajo un mínimo nivel
de llenado; se presentó una combinación de los dos (2) eventos antes mencionados. Poca cantidad
(150 ton) se sometió a tiempo y temperatura, pudo ocurrir la deshidratación del yeso, de igual
manera el talud del cemento creado dentro del silo también se pudo afectar por la misma
justificación. Aunque 30 cisternas (c/u de 28 ton) presentaron el fenómeno de falso fraguado en
los días ya mencionados, aproximadamente como 840 ton evidenciaron el FF. Para esta cifra es
coherente estimar que el cemento que presentó el fenómeno provenía del remanente desde el día
89
16/07/2009 que el silo estaba en su mínima cantidad de almacenamiento y algún posible efecto
del talud del cemento sometido a temperatura y tiempo (crítico como lo demuestran los ensayos
de la cronotermogravimetría) con la capa inmediata de rozamiento de la nueva producción del 22
al 27/07/09.
Se realizó el seguimiento del inventario y la rotación del cemento del silo 5 desde el mes de
febrero hasta agosto del 2009, no sólo evaluando el comportamiento en las fechas puntuales antes
mencionadas si no también el resto de los meses. No se encontró ningún movimiento similar al
presentado anteriormente en condiciones de mínimo contenido de cemento almacenado,
prolongado tiempo de almacenamiento y luego el despacho del cemento sin tener la producción
en continuo al silo. El tiempo de almacenamiento con las temperaturas correspondiente,
presentaron entonces alta relevancia en la investigación, apoyado con los resultados arrojados por
la simulación cronotermogravimétrica.
4.3.7 Contenido de álcalis
Por otro lado, respecto a otro de los puntos críticos se encuentra el contenido de álcalis de las
muestras de cemento Portland Tipo II. Se hizo seguimiento al resultado del porcentaje de álcalis
reportado en los certificados de aseguramiento de la calidad respecto al análisis químico de la
molienda por lotes de producción desde el 10/01/2009 hasta el 30/06/2009. En la Tabla 4.17 se
presentan los rangos de fechas en las cuales se produjo cada lote o cantidad de cemento Portland
Tipo II en planta Guayana, desde el mes de enero hasta junio del 2009.
Tabla 4.17 Rangos de fechas por cada lote de producción de cemento Portland Tipo II, planta
Guayana.
Lote
Rango de Fecha (d)
1
2
3
4
5
6
7
8
10/01/2009 - 13/01/2009
21/01/2009 - 07/02/2009
17/02/2009 -22/02/2009
23/02/2009 - 07/03/2009
13/03/2009 - 31/03/2009
14/04/2009 - 30/04/2009
9/05/2009 - 26/05/2009
03/06/2009- 30/06/2009
90
Seguidamente se muestra en la Figura 4.27 el contenido de álcalis por lotes de producción de
cemento Portland Tipo II, considerando muestras promedio de fabricación al salir del molino
para cada lote.
Se recuerda que el contenido de álcalis es punto crítico en la investigación porque bajo
atmósfera de dióxido de carbono puede ocurrir la carbonatación de los mismos, conduciendo a la
rigidización de la pasta, evidenciándose el falso fraguado.
Figura 4.27 Porcentaje de álcalis en el cemento Portland Tipo II al salir del molino
En la Figura 4.27 el rango de álcalis se encuentra entre 0,32 a 0,5 %. Este resultado en
concordancia con el presentado más adelante referente al contenido de álcalis en los despachos de
cemento Portland Tipo II será clave para descartar o no este punto crítico en la investigación.
Respecto a las condiciones de almacenamiento del cemento se consideraron los certificados
emitidos por aseguramiento de la calidad a muestras promedio de períodos quincenales de
despacho de cemento Portland Tipo II en planta Guayana, en estos se hace referencia entre otros
datos, al porcentaje de álcalis, porcentaje retenido tamiz 325- 45µm, Blaine (cm2/g) y al
porcentaje de sulfato. En la Tabla 4.5 se presentaron los rangos de fechas que consideran los
certificados respecto a las muestras despachadas desde la segunda quincena del mes de enero
hasta junio del 2009.
De acuerdo al seguimiento del porcentaje de álcalis, se presenta en la Figura 4.28 el contenido
de álcalis en porcentaje de acuerdo a los períodos de despacho referidos en la Tabla 4.5. En la
91
Figura 4.28 el rango de álcalis se encuentra entre 0,40 a 0,59 %. El requerimiento del cliente
respecto al contenido de álcalis (Na2O + 0,658 K2O) es un valor máximo de 0.60 %. En este
sentido se cumple con este parámetro de control. En síntesis, aunque no se realizaron mediciones
con respecto a la atmósfera dentro del silo (específicamente niveles de CO 2), no se encontró
suficiente álcalis para generar el falso fraguado mediante el proceso de carbonatación.
Figura 4.28 Porcentaje de álcalis en el cemento Portland Tipo II al salir del silo
4.3.8 Identificación de nuevos planteamientos operacionales
Debido al reconocimiento realizado hasta este punto de la investigación y a los puntos críticos
del estudio, se derivaron planteamientos que pueden formar parte de nuevas posibles causas
terciarias que podrían argumentar las causas primarias y secundarias del problema en estudio,
planteadas en el diagrama de Ishikawa Figura 4.2. En los párrafos a continuación se mencionan
estos planteamientos generados al visualizar el proceso de fabricación de cemento tanto de planta
Pertigalete como de planta Guayana.
a) La distribución de la carga de los cuerpos moledores en los molinos de cemento, es un
factor que podría propiciar el aumento de la temperatura interna del molino
provocando la deshidratación del sulfato cálcico dihidratado; generando a su vez un
aumento de los niveles de agua inyectado a la cámara dos (2) del molino sin permitir la
hidratación del cemento. También se debe considerar que en la primera cámara del
molino no se inyecta agua ni hay puntos de medición de temperatura, por lo que se
pudo inferir que en esta cámara se puede deshidratar puntualmente el sulfato cálcico
dihidratado. A continuación en la Figura 4.29 se presenta de manera esquemática uno
92
de los factores que se relaciona con la distribución de la carga, el porcentaje de grado
óptimo de llenado de cuerpos moledores (qop)
Figura 4.29 Esquema del efecto del porcentaje de grado óptimo de llenado de cuerpos
moledores (qop), el porcentaje de grado de llenado de cuerpos moledores (q) y el porcentaje de
grado máximo de llenado de cuerpos moledores (qmax) [4].
Por ejemplo, si el grado de llenado de cuerpos moledores es mayor que el óptimo las
partículas golpean entre si y estos choques promueven el aumento de la temperatura
del sistema y por ende la posible deshidratación del yeso.
b) Los sistemas auxiliares de transporte de cemento podrían influir de dos maneras en el
fenómeno de falso fraguado. Primero, al no controlar la humedad en el aire utilizado en
el sistema de aerodeslizadores ( se promueve la aireación del cemento) y segundo al no
controlar la temperatura de los sistemas auxiliares, como por ejemplo en el
electrofiltro.
c) El fondo del silo de cemento Portland Tipo II en planta Guayana está equipado con
ductos de fluidificación que permiten la entrada de aire en los momentos de despacho
de cemento, al no controlar la humedad en el aire empleado se promueve la aireación
del cemento. También en cuanto a condiciones de humedad, es posible que el filtro
ubicado en la parte superior de los silos 4, 5 y 6 proporcione humedad a la parte interna
del silo.
d) El silo está constituido por dos (2) bocas de extracción, si no se alternan estas bocas en
los períodos de despacho de manera sistemática, se alarga el tiempo de
almacenamiento del cemento próximo a la boca que no se utiliza. El cemento ubicado
93
en esta zona es sometido a la temperatura de almacenamiento por más tiempo que el
cemento ubicado a la salida de la boca de extracción que si se utiliza; como
consecuencia
apoyando
esta
idea
en
los
resultados
de
la
simulación
cronotermogravimétrica presentados anteriormente, se tornan críticas las condiciones y
se promueve la deshidratación del yeso es menor tiempo que otro cemento que se
expuso menor tiempo a temperaturas iguales.
De acuerdo a los planteamientos operacionales planteados anteriormente se estableció realizar
un seguimiento de otras variables operacionales, como el funcionamiento del sistema de
inyección de agua al molino, sistemas que utilizan aire comprimido y aire atmosférico y la
alternancia de las bocas de extracción del silo.
Referente a la inyección de agua en la segunda cámara del molino, con el fin de controlar la
temperatura interna del mismo, se pudo realizar el seguimiento de esta variable operacional
mediante entrevistas con el personal de mantenimiento de planta Guayana, los cuales
mencionaron que la boquilla de inyección de agua fue revisada y que se realizaron mediciones de
flujo de agua, yeso y temperatura, que permitieron realizar correcciones en el registrador de
temperatura, considerándose entonces que el sistema de inyección de agua funciona de manera
adecuada. El mecanismo consecuente de inyección de agua se mantiene bajo control, en el
sentido de que se inyecta agua en cantidades necesarias. Más sin embargo no se descarta que si se
suscitan picos de temperatura estos no promuevan la deshidratación del yeso aún y cuando cuenta
con el mecanismo de inyección de agua.
En cuanto a la carga de los cuerpos moledores, no se obtuvo información referente a la
evaluación de la carga del molino actual, se recomienda realizar una evaluación complementaria
que involucre el tamaño máximo, peso promedio, superficie, cantidad y distribución por tamaños
de los cuerpos moledores. Aunque se recuerda que no se obtuvo en ninguna circunstancia
evidencia del fenómeno de falso fraguado en muestras a la salida del molino, por esta razón se
estima que el efecto que pudiera tener algún descontrol en la carga del molino no es significativo
en esta etapa.
El personal técnico de mantenimiento de planta Guayana garantiza la operatividad de los
equipos y el mantenimiento pertinente, para llevar a cabo estos procesos. Aunque no se realizan
mediciones que permitan un control exhaustivo de la humedad en el aire utilizado en los sistemas
auxiliares de transporte de cemento. Sin embargo se sabe que los aerodeslizadores trabajan con
94
aire atmosférico, la bomba Fuller y la fluidificación del silo utilizan aire comprimido, (esta
última sólo se utiliza en el momento de despacho). Esto aclara entonces que las condiciones de
humedad en las cuales se encuentra el cemento son superiores a las mínimas. En cuanto a
temperaturas elevadas que puedan provocar la deshidratación del yeso, según el seguimiento
realizado a la temperatura de los sistemas auxiliares no se evidenció ningún pico de temperatura,
fuera de los datos históricamente reportados.
Otro punto importante en cuanto a condiciones de humedad podría referirse a la eficiencia del
filtro ubicado en la parte superior del silo 5, el personal de mantenimiento comentó que el
material recolectado de los silos 4, 5 y 6 es depositado en el silo 5, es decir se depositan
partículas con mayor superficie específica y por ende más sensible a hidratarse, sin embargo ya
se descartó que el cemento estuviera fuera de control en cuanto a la finura. No se obtuvo
información en cuanto a la eficiencia del equipo y la posibilidad de que este suministre humedad
al sistema de almacenamiento. En este mismo sentido, respecto a los silos se obtuvo la
información de que la alternancia de las bocas no ocurría, es decir el cemento ubicado del lado
por el cual no se despacha material tiene un mayor tiempo de almacenamiento en el silo.
4.4 Síntesis de posibles causas del falso fraguado
De acuerdo al análisis proveniente de la investigación de las variables operacionales se desea
en este punto sintetizar la comprobación o el descarte de hipótesis ya planteadas, también
desarrollar nuevas ideas (nuevas actividades) de acuerdo a los nuevos planteamiento encontrados.
Condensando toda la información en un nuevo diagrama Ishikawa, proveniente de la eliminación
o el planteamiento de nuevas causas según los siete (7) puntos críticos considerados. A
continuación el resumen de los resultados obtenidos en la investigación para cada punto crítico.
1) Temperatura del cemento en molienda, sistemas auxiliares y almacenamiento
No se observó la presencia del falso fraguado en el volumen de producción en la etapa de
molienda, aunque la temperatura en esta etapa alcanza los 100 °C. En condiciones de
almacenamiento, la temperatura no presentó correlación significativa con el fenómeno de falso
fraguado, aunque el yeso contenido en el cemento es altamente sensible en estos escenarios,
(temperaturas entre 60 y 70°C), y por los resultados arrojados por los ensayos de
cronotermogravimetría se obtuvo que a estas temperaturas mencionadas, mientras mayor tiempo
de almacenamiento tenga el cemento, más se promueve la aparición del falso fraguado.
95
De acuerdo al seguimiento realizado se determinó que las condiciones de almacenamiento no
propician un aumento de la temperatura del cemento en el silo con respecto a la temperatura
inicial del cemento a la entrada del silo (considerada aproximada a la Temperatura del cemento
antes de entrar a la tolva Fuller). Se debe conocer las condiciones de humedad relativa en el
proceso, para poder concluir con mayor certeza si las condiciones para evitar la disociación del
yeso predominaron puntualmente.
2) Cantidad de sulfato cálcico dihidratado
No existe correlación entre los valores registrados de PPF y el porcentaje de SO3 en el
cemento en las etapas de molienda y despacho. En períodos de molienda se determinaron
frecuencias de 18 % de valores registrados entre 2,31 y 2,40 % SO 3, los cuales no se deben
despreciar, pues así sea la menor frecuencia de aparición, mientras mayor cantidad de sulfato
mayor es la posibilidad de que más yeso se deshidrate y ocurra el falso fraguado. En el despacho
la mayor cantidad de valores se encontró por encima al 2,20%. Lamentablemente no se realiza
análisis microscópico del clinker utilizado como materia prima en planta Guayana y tampoco se
ha determinado experimentalmente la cantidad de SO3 óptimo.
3) Cantidad de sulfato cálcico hemihidratado en la materia prima
La actividad de caracterización por difracción de rayos X no arrojó resultados significativos
respecto al punto crítico, pero si proporcionó valor agregado a la investigación ya que concluyó
que si se realiza un análisis más exhaustivo se puede obtener un resultado semicuantitativo de la
cantidad de fase presente de sulfato cálcico dihidratado y anhidrita, con respecto al hemihidrato
se debe estudiar con mayor rigurosidad la base de datos del software empleado y las herramientas
del mismo, para evaluar las posibilidades de identificar esta fase.
4) Finura obtenida en la molienda del clinker
El proceso se logra mantener de manera general bajo control en cada rango establecido, para
cada variable operativa (porcentaje retenido tamiz 325- 45µm (%) y del Blaine (cm2/g)), de
acuerdo a las especificaciones y a los requerimientos del cliente a nivel de la etapa de molienda y
en congruencia con los resultados del despacho de cemento. De acuerdo al seguimiento de estas
dos (2) variables operativas se obtuvo un rango entre 18,26 y 21,60 % Retenido tamiz 325 y 2993
y 3212 cm2/g para el Blaine. No se encontró correlación directa entre la finura del cemento y el
falso fraguado.
5) Condiciones de humedad y tiempo de almacenamiento
96
Previamente se comentó que no se ha evaluado la integridad del silo, pero que por experiencia
técnica, el silo no presenta grietas que permitan el posible paso de humedad.
De acuerdo al seguimiento del inventario de los silo 5 y 6, en relación con las fechas donde se
evidenció el falso fraguado en muestras de despacho, se determinó que el cemento despachado en
estos días puntuales provenía de un momento previo en el cual el silo tenía baja cantidad de
cemento almacenado. Bajas cantidades de cemento almacenado, presentan altas probabilidades
de presentar falso fraguado, pues se somete menor cantidad
a condiciones de tiempo y
temperatura, las cuales en otros momentos no eran críticas, pero pasan a serlo. La exposición del
cemento fue durante tiempo prolongado a temperaturas entre 60 y 70 °C, lo que promueve la
deshidratación del mineral de yeso, hipótesis apoyada por la cronotermogravimetría. En síntesis
existe relación entre el tiempo de almacenamiento y la cantidad de cemento almacenada en el
silo.
6) Contenido de álcalis
El rango de álcalis se encuentra entre 0,32 a 0,59 % en las etapas de molienda y despacho. El
requerimiento del cliente respecto al contenido de álcalis es un valor máximo de 0.60 % de Na2O
+ 0,658 K2O. En este sentido se cumple con este parámetro de control. Por lo que se descartó este
parámetro como posible causa del falso fraguado, sin medir la cantidad de CO2.
7) Nuevos planteamientos operacionales
El sistema de inyección de agua en el molino funciona de manera adecuada. Por otra parte se
mencionó que no se realiza un control exhaustivo de la humedad en el aire utilizado en los
sistemas auxiliares de transporte de cemento. Aclarando entonces que las condiciones de
humedad en las cuales se encuentra el cemento no son controladas. Con la temperatura, sólo se
registra la temperatura de los gases antes de entrar al electrofiltro y la temperatura del cemento
antes de entrar a la tolva Fuller, encontrándose estos valores bajo control históricamente
reportado. En este sentido se puede pensar que en el transito del cemento por estos sistemas
auxiliares pudieran presentarse picos de temperatura o desequilibrios con la humedad relativa que
propicien la disociación de las moléculas del dihidrato.
No se obtuvo información en cuanto a la eficiencia del filtro ubicado en la parte superior del
silo 5 y la posibilidad de que este suministre humedad al sistema de almacenamiento. La
alternannilidad de las bocas no se lleva a cabo, entonces el cemento ubicado del lado por el cual
97
no se despacha material tiene un mayor tiempo de almacenamiento en el silo, con mayores
probabilidades de presentar falso fraguado.
4.4.1 Diagrama final causa-efecto
Condensando toda la información en un nuevo diagrama Ishikawa, Figura 4.30, proveniente
de la eliminación o el surgimiento de nuevas causas según los siete (7) puntos críticos
considerados y la investigación referente a los nuevos planteamientos operacionales.
Figura 4.30 Diagrama Final Causa- Efecto. Posibles causas de la aparición del falso fraguado
en muestras del despacho de cemento Portland Tipo II, planta Guayana.
Existe relación entre los períodos de producción, almacenamiento y despacho del cemento
Portland Tipo II en planta Guayana y el fenómeno de falso fraguado presentado como falla a
finales del mes de diciembre del año 2008. Aunado a la cantidad de cemento almacenada en el
silo 5 y 6 respecto a la frecuencia de cada uno de estos períodos.
Respecto a las fechas donde se evidenció el falso fraguado en muestras de despacho, se
determinó que el cemento despachado en estos días puntuales provenía de un momento previo en
el cual el silo tenía menos de 200 ton y el talud de cemento se sometió a condiciones de
aireación, despachando probablemente el cemento remanente almacenado durante tiempo
98
prolongado. El cual debido al compendio de otras causas, derivadas de todos los puntos críticos
significativos, es posiblemente justificado que presente el fenómeno de falso fraguado. El
proceso crítico más importante es el despacho de cemento, pues son las muestras provenientes de
esta etapa las que presentan en algunos momentos el fenómeno. Sin embargo los otros procesos
críticos como la materia prima y la molienda de clinker (los cuales abarcan la recepción de
materia prima, alimentación del molino, molienda de clinker y sistemas de transporte de cemento
de un proceso a otro) promueven todos los puntuales que originan entre otros factores el falso
fraguado en el cemento remanente en el silo 5. A continuación se presentan las posibles causas
que originaron el falso fraguado en muestras de cemento Portland Tipo II, en la etapa de
almacenamiento en planta Guayana, de acuerdo a todas las fases seguidas en la investigación,
sintetizadas en la Figura 4.30.
a) Causa principal
•
Despacho de cemento con período de almacenamiento mayor o igual a un (1) día, proveniente
de algún momento en el cual el silo contenía su mínima cantidad de cemento almacenado (200
ton aprox.).
b) Causas secundarias
•
Deshidratación del mineral de yeso contenido en el cemento en la etapa de almacenamiento
(por condiciones críticas de temperatura, tiempo, y/o humedad relativa). Evidenciada
significativamente en la etapa de almacenamiento, por someterse a condiciones críticas de
teperatura por tiempo prolongado, ocho (8) días mínimo.
•
Desconocimiento de la cantidad de sulfato de calcio hemihidratado contenida en el mineral de
yeso y del mismo modo ausencia del control del SO3 óptimo debido a la variabilidad de este
parámetro. Puntuales con alto valor de porcentaje de trióxido de azufre (%SO3).
•
Ausencia del control de la aireación en los sistemas auxiliares y en el sistema de fluidificación
del silo.
•
Ausencia del mantenimiento del silo 5, incluyendo el filtro y el sistema de extracción del
mismo.
4.5 Planteamiento y ejecución de actividades complementarios
Se plantearon dos (2) actividades que permitieran relacionar sus resultados con la
deshidratación del yeso por causa de la temperatura, la humedad relativa y la aireación del
cemento desde la salida del molino hasta el despacho del mismo. La primera se refiere al agua
99
combinada en muestras de cemento Portland Tipo II, planta Guayana. La segunda es la
aplicación referencial de una termografía IR en silos de cemento planta Pertigalete.
4.5.1 Agua Combinada en muestras de cemento Portland Tipo II, planta Guayana
Con apoyo del laboratorio de calidad de planta Guayana, el analista asignado determinó el
porcentaje de agua libre y agua combinada en muestras de cemento Portland Tipo II, en dos (2)
etapas de la fabricación de cemento en planta Guayana, molienda y almacenamiento. Siguiendo
los procedimientos indicados en la metodología, las muestras se tomaron al salir del molino y en
el despacho del producto a granel, intuitivamente de un mismo lote de producción. En la Tabla
4.18 se presentan los resultados obtenidos para las muestras tomadas a la salida del molino.
Tabla 4.18 Porcentaje de agua libre y de agua combinada (%) en muestras de cemento
Portland Tipo II, al salir del molino planta Guayana.
Etapa
Porcentaje agua
libre (%)
Porcentaje agua
combinada (%)
Muestra
Descripción
1
11/08/2009 20:00 p.m.
0,43
3,49
2
11/08/2009 21:00 p.m.
0,36
3,24
3
11/08/2009 23:00 p.m.
0,30
3,11
4
11/08/2009 00:00 a.m.
0,47
2,72
5
11/08/2009 02:00 a.m.
0,46
2,77
6
11/08/2009 03:00 a.m.
0,45
2,16
Producción
Promedio
0,41
2,92
Desv. Stand.
0,07
0,47
Como se comentó no existen estándares para medir agua combinada del yeso en muestras de
cemento, es por esto que se planteó esta actividad. En el laboratorio de aseguramiento de la
calidad de planta Pertigalete al igual que en el laboratorio de planta Guayana, nunca se habían
hecho mediciones de este tipo. De acuerdo a los resultados expuestos en la Tabla 4.18, si es
posible obtener algún valor en la medición de agua combinada en el sulfato de calcio dihidratado
(recordando que se utiliza aproximadamente 5 % de yeso para obtener el cemento). Estos valores
100
serán apoyados con el punto siguiente, referente a la incertidumbre de la medición en este
procedimiento.
Debido a que la planificación de esta actividad surgió al final de la etapa de esta investigación,
sólo se analizó una muestra del despacho a granel. A continuación en la Tabla 4.19 se presenta la
descripción de la muestra (intuitivamente del mismo lote de producción de las presentadas en la
Tabla 4.18)
Tabla 4.19 Porcentaje de agua libre y de agua combinada (%).
Etapa
Muestra
Descripción
1
19/08/2009 Cisterna
Placa 10M-GAZ
Despacho
Porcentaje
agua libre (%)
0,07
Porcentaje agua
combinada (%)
1,01
Por no tener más de cinco (5) mediciones, estadísticamente no es correcto considerar este
valor. Sin embargo el procedimiento planteado y la gestión para llevar a cabo esta actividad
representan valor agregado para la continuación del plan de recomendaciones en esta
investigación. Por otra parte, es importante resaltar que tanto el porcentaje de agua libre como el
de agua combinada en la muestra de despacho, resultaron significativamente menor que el
promedio de los expresados en la Tabla 4.18. Lo cual pudiera ser un indicio de que si está
ocurriendo la deshidratación del sulfato de calcio en los sistemas auxiliares o en el
almacenamiento. Cabe mencionar que ninguna de las siete (7) muestras consideradas en esta
actividad presentaron el fenómeno de falso fraguado.
4.5.1.1 Incertidumbre de la medición
Se calcularon los resultados respecto al valor de incertidumbre para el porcentaje de agua
libre y agua combinada arrojado por el análisis de las muestras de cemento Portland Tipo II, a la
salida del molino en planta Guayana. A continuación las dos (2) incertidumbres, señaladas en las
expresiones 4.1 y 4.2.
% H 2 Olibre = [ 0,41 ± 0,14] %
% H 2 Ocombinada = [ 2,92 ± 0,95] %
4.1
4.2
101
Los parámetros asociados a cada resultado del porcentaje de agua libre y combinada
caracterizan la dispersión de los valores medidos, estos representan la incertidumbre mayor al 30
% del valor medido en cada caso. Estadísticamente a priori se desprecian los valores obtenidos
en el punto anterior referente al porcentaje de agua combinada en muestras de cemento por tener
un nivel de incertidumbre en las mediciones mayor a 10 %. Se desprecia el procedimiento en el
sentido de confirmar alguna alteración operacional en los sistemas auxiliares y en la etapa de
almacenamiento, sin embargo se recomienda realizar más de seis (6) mediciones y evaluar de
nuevo la incertidumbre de la medición [16,17].
Se debe recordar que la variabilidad entre los resultados es significativa pudiendo deberse a
cambios en las condiciones de ensayo o al carácter higroscópico del cemento, otorgando alta
variabilidad entre pesadas. También se comenta que los resultados arrojados en las Tabla 4.18 y
4.19 provienen de una metodología recién reconocida por el analista, en este sentido su
experiencia y confiabilidad es poca y justificada. En este sentido se debe revisar la metodología
para sistematizarla aún más y minimizar las fuentes de error.
4.5.2 Termografía IR en silos de cemento planta Pertigalete
Se propuso la aplicación de la técnica de termografía infrarroja, de manera referencial, para
medir la temperatura externa de algunos silos de planta Pertigalete, específicamente Planta II.
Se realizó una prueba mediante la utilización de una cámara termográfica infrarroja, por parte
del personal de mantenimiento de planta II; para medir la temperatura externa de algunos silos de
Planta II, de manera longitudinal. Acotando que el uso equipo del equipo no estaba destinado a la
evaluación de silos de cemento. Es por esto que la finalidad de llevar a cabo esta actividad fue
evaluar la efectividad de la técnica respecto a poder determinar algún gradiente externo de
temperatura en la carcasa del silo.
A continuación se presenta la Figura 4.31 la identificación de uno de los equipos analizados y
los resultados del termograma para este equipo. En la Figura 4.31 (B), se muestran cuatro (4)
etiquetas referidas a dos (2) puntos (Sp1 y Sp2), diferencia de temperatura entre estos (Dt1) y una
(1) línea (Li1); estas etiquetas son colocadas a facultad de la persona que utilizó el equipo.
De igual manera se obtuvo el seguimiento de temperatura a lo largo de la línea (Li1),
suministrado por el equipo.
102
A
B
Figura 4.31 Resultado de la termografía. (A) Fotografía del silo analizado. (B) Termograma.
En este caso para cada etiqueta o indicador se obtuvo un reporte de valores por parte del
equipo, expresados en la Tabla 4.20.
Tabla 4.20 Valores de temperatura (°C) para cada etiqueta en el termograma
Etiquetas
Temperatura (°C)
Sp1
31,40
Sp2
30,50
Dt1 (Sp1-Sp2)
2,30
Li1Max.
31,40
Li1 Min.
29,50
Según la caracterización térmica realizada a la mayoría de los silos de planta II en esta
actividad, es posible apreciar mínimas diferencias de temperatura en la carcasa del silo de un
punto a otro, considerando efectivo el empleo de esta técnica. Por ser una actividad referencial,
sólo se realizó de manera longitudinal y en un momento determinado de tiempo. Sería interesante
evaluar el silo 5 de planta Guayana de manera circunferencial, en períodos de tiempo distintos, de
acuerdo al movimiento del inventario y rotación del cemento almacenado.
Se podría relacionar este valor mediante conceptos de transferencia de calor, con las
temperaturas internas de la pared del silo, y a su vez relacionar este gradiente de temperatura con
la posible causa de aparición del fenómeno de falso fraguado en el cemento, aunada a la causa
principal propuesta referida al tiempo de almacenamiento y las condiciones de despacho.
CONCLUSIONES
Una vez identificados los puntos críticos y luego de realizar las actividades y el seguimiento
asociado a cada uno de estos, se pudo llegar a las siguientes conclusiones:
•
Las temperaturas de las muestras de molienda y despacho no presentaron correlación
directa con el fenómeno de falso fraguado, al igual que el contenido de trióxido de azufre,
finura y contenido de álcalis.
•
Las condiciones de almacenamiento no propiciaron un aumento de la temperatura del
cemento en el silo con respecto a la temperatura del cemento a la entrada del mismo, éstas
se mantuvieron bajo un rango de 60 a70 °C.
•
Tanto el porcentaje retenido tamiz 325- 45µm (%) como el Blaine (cm2/g) se
mantuvieron bajo control de acuerdo a las especificaciones y a los requerimientos del
cliente a nivel de la etapa de molienda y en congruencia con los resultados del despacho de
cemento, de igual manera el porcentaje de álcalis estuvo bajo especificación.Se descartaron
los puntos críticos como el porcentaje de álcalis, finura.
•
Se determinó que el cemento despachado en
el período donde se evidenció el FF,
provenía de un momento previo en el cual el silo tenía baja cantidad de cemento
almacenado (200 ton) y/o la exposición del cemento en el almacenamiento fue durante
tiempo prolongado (más de ocho (8) días)
a temperaturas entre 60° y 70°C. Estos
104
resultados respaldan los ensayos de cronotermogravimetría: mientras más tiempo de
permanencia aún a 70° C, el yeso se deshidratada y el FF aparece.
•
La simulación cronotermogravimétrica permitió establecer que el cemento sometido a
70°C, a partir del cuarto día presenta fenómeno de falso fraguado. Sin embargo a partir de
80 °C sólo bastan 24 h para presentar este fenómeno.
105
RECOMENDACIONES
•
Adaptar la planificación de producción en paralelo al despacho de cemento Portland Tipo II
para evitar un inventario diario del silo menor a 300 ton de cemento.
•
Evitar, bajo un escenario de inventario del silo menor a 300 ton, mantener un tiempo de
almacenamiento mayor a un (1) día.
•
Elaborar un plan que permita alternar las bocas del sistema de extracción para el despacho del
cemento Portland Tipo II.
•
Realizar un análisis más exhaustivo de caracterización por DRX y estudiar con mayor
rigurosidad la base de datos del software empleado y las herramientas del mismo, para evaluar las
posibilidades de identificar las fases del sistema sulfato cálcico (dihidrato, hemihidrato y
anhidrita) en muestras de cemento.
•
Determinar la cantidad de trióxido de azufre (SO3) óptimo para el clinker utilizado, con la
finalidad de minimizar la variabilidad de los parámetros de especificación en el proceso de
fabricación y reducir su efecto en el origen del falso fraguado.
•
Como el porcentaje de trióxido de azufre es directamente proporcional a la reactividad del
clinker, se recomienda caracterizar todos los lotes de clinker enviado a Guayana mediante el uso
de la microscopía óptica; así como también comparar los análisis entre los lotes y el porcentaje de
trióxido de azufre necesario.
105
•
Se recomienda realizar mediciones del porcentaje de humedad contenido en el aire utilizado en
los sistemas auxiliares, en el sistema de fluidificación y en el filtro del silo 5. Lo que permite
descartar o no una de las causas secundarias.
•
Evaluar un número mayor a cinco (5) muestras de cemento Portland Tipo II, mediante el
análisis propuesto de agua combinada con la finalidad de que el analista adquiera mayor
experiencia y la confiabilidad de los resultados sea mayor.
105
•
Evaluar el silo 5 de planta Guayana de manera circunferencial, en períodos de tiempo distintos,
de acuerdo al movimiento del inventario y rotación del cemento almacenado y relacionar los
resultados, mediante conceptos de transferencia de calor, con las temperaturas internas de la
pared del silo, y a su vez corresponder este gradiente de temperatura con el FF.
106
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] LABAHN, O., KAMINSKY, W. 1970. Prontuario del Cemento. 4ª edición. Editores
técnicos asociados S.A. Barcelona- España.
[2] TAYLOR, H.1967. La química de los cementos. Volumen 1. Ediciones Urmo. Bilbao.
[3] MENESES, R. Proceso de fabricación del cemento. Venezolana de Cementos C.A. Centro
de adiestramiento, Dirección técnica.
[4] Manual de capacitaciones OPERUM, Cemex Venezuela, Dirección técnica.
[5] Yeso y aplicaciones. Disponible en Internet: http://iq.ua.es/Yeso/propiedades.htm,
consultado 05/05/2009.
[6] Agrupación de fabricantes de cemento de España, Oficemen. El cemento proceso de
fabricación. Disponible en Internet: http://www.oficemen.com, consultado 01/06/2009.
[7] BOGUE, R. 1952. La química del cemento Portland. Editorial Dossat S.A. Madrid –
España.
[8] LEA, F. 1998. Chemestry of cement and concrete. Ediciones Peter C. Hewlett. Gran
Bretaña.
[9] Nacionalización del cemento. Disponible en Internet:
www.pdvsa.com/interface.sp/database/fichero/free/.../304.PDF, consultado 01/06/2009.
[10] Ficha interna Cemex Venezuela, Gestión de aseguramiento de la calidad, planta
Pertigalete. Edo. Anzoátegui, 2009.
[11] Ficha interna Cemex Venezuela, Recursos Humanos, planta Pertigalete. Edo.
Anzoátegui, 2009.
107
[12] Guía prontuario para el diagnóstico del cemento prontuario. Cemex Venezuela,
Dirección técnica. 2004.
[13] DUDA, Walter. 1977. Manual tecnológico del cemento. Editores técnicos asociados, s.a.
España.
[14]X- Ray difraction. Disponible en Internet: http://www.panalytical.com/, consultado
25/06/2009.
[15]
Fundamentos
de
la
termografía
por
infrarojos
Disponible
en
internet:
http://www.solomantenimiento.com/m-termografia.htm, consultado 25/06/2009.
[16] FUNDAMETAL, Centro de capacitación de las empresa Sivensa. Determinación de la
incertidumbre en las mediciones.
[17] PRECIADO, Y. INSTRUMAC C.A. Aseguramiento
de la calidad, metrología,
normalización. Aseguramiento metrologico e incertidumbre de las mediciones. Vencemos
Pertigalete 1997
APÉNDICES
109
APÉNDICE A
Boca 1
Boca 2
Figura A.1 Diagrama de zona de extracción y representación del corte transversal del silo 5 en
la zona de extracción.
110
APÉNDICE B
111
Figura B.1 Diagrama de proceso Planta I, planta Pertigalete [10].
112
Figura B.2 Diagrama de proceso Planta II y Ensacado, planta Pertigalete [10].
113
APÉNDICE C
A continuación en la Tabla C.1 las especificaciones internas de Cemex Venezuela Empresa en
transición.
Tabla C.1 Especificaciones internas de calidad para el control del proceso de fabricación de
cemento Portland Tipo II, Planta I, planta Pertigalete [10].
Características
Pérdida al fuego
Residuo Insoluble
Blaine (cm2/g)
RET. T325 (%)
SO3 (%)
Frag. Vicat inicial
(min)
Resist. 1d (Kg/cm2)
Resist. 3d (Kg/cm2)
Resist. 7d (Kg/cm2)
Resist. 28d (Kg/cm2)
SiO2 (%)
Al2O3 (%)
Fe2O3 (%)
MgO (%)
C3A (%)
Expansión (%)
Calor de Hidratación
(Cal/g)
LIE
2500
-
LIC
1,20
0,40
2900
15
1,90
Objetiv
o
2,00
0,50
3000
17
2,10
LSC
2,80
0,60
3100
20
2,30
LSE
3
0,75
3,00
110
80
150
240
340
20,00
-
120
90
180
270
370
20,20
7,00
-
135
95
200
290
390
20,50
7,50
0,20
140
100
220
310
410
21,00
8,00
0,50
6,00
6,00
6,00
8,40
0,80
-
63
65
67
70
Tabla C.2 Leyenda de indicadores Tabla E.1 [10].
LIE
LSE
LIC
LSC
Leyenda de indicadores
Límite inferior de especificación
Límite superior de especificación
Límite inferior de control
Límite superior de control