I. INTRODUCIÓN

El proceso de fabricación de cemento constituye una amplia gama de subprocesos

cada uno con sus condiciones individuales bien definidas presentándose procesos

mecánicos, térmicos y químicos a lo largo del mismo, teniendo como fin obtener el

producto de mejor calidad posible para la satisfacción de los clientes y

beneficio de accionistas y empleados.

Podemos nombrar como parte de estos procesos, a la simple reducción del

tamaño de la piedra para que luego pueda ser molida, al análisis químico de

los materiales que ingresarán a la molienda para determinar las proporciones

en las que deben ingresar en combinación con gases del mismo proceso para

facilitar la molienda, al almacenamiento y homogenización del material en

silos, al proceso termoquímico que se lleva dentro del horno, la molienda de

cemento, así mismo con las proporciones exactas acorde al tipo de cemento que

se esté fabricando, el envase y el despacho, modernos equipos para disminuir el

tiempo de entrega de los sacos de cemento.

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II. OBJETIVOS

• Conocer los Procesos en la industria Cementera.

• Asimilar los fundamentos de los distintos Procesos (Químicos, Físicos,

Entre otros) realizados en la Industria Cementera.

• Comprender la importancia de cada una de las Etapas o Zonas de Una

Planta.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

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Definición...

EL CEMENTO

Es un producto artificial, que se obtiene de la transformación de una materia prima, que puede estar compuesta de una mezcla de calizas, arcillas y otros minerales, o simplemente de calizas.

En el sentido general de la palabra, el cemento puede describirse como un material con propiedades tanto adhesivas como cohesivas, las cuales le dan la capacidad de aglutinar fragmentos minerales para formar un todo compacto.

Los cementos que se utilizan en la fabricación de concreto tiene la propiedad de fraguar y endurecer con el agua, en virtud de que experimentan una reacción química con ella, por lo tanto se denominan hidráulicos.

Origen

El cemento "Portland" tiene sus orígenes en la cal u óxido de calcio, a partir del cual y luego de cientos de años de estudios empíricos y científicos, se llega a lo que hoy se conoce como cemento. A través de la historia de los pueblos egipcios, griegos y romanos, se utilizó la cal como ligante en sus construcciones. En la América Prehispánica los aztecas la emplearon también en la fabricación de tabiques y techos armados con caña y bambú. En 1824, un albañil Inglés llamado Joseph Aspdin, patentó un producto que él llamó cemento Portland, pues al endurecerse adquiría un color semejante al de una piedra de la isla Portland en Inglaterra. En 1838, este cemento se utilizó por primera vez en una construcción de importancia en uno de los túneles construidos bajo el río Támesis en Londres. David Saylor, un técnico norteamericano, fue el primero en fabricar cemento en América, así nacía en 1850 la industria cementera

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en Norteamérica. El uso del cemento Portland continuó extendiéndose hasta convertirse en el material de construcción más utilizado en el mundo.

Evolución de la Tecnología del Cemento

Antecedentes del Cemento Moderno

• 1779 – Bry Higgins patenta un cemento hidráulico natural para empastado y le llama stucco.

• 1793 – John Smeaton descubre que calcinando calizas arcillosas obtiene un material que endurece bajo el agua y lo usa en la reparación del faro Eddystone en Inglaterra.

• 1812 – Louis Vicat desarrolla una técnica mejorada para hacer cemento artificial.

• 1824 – Joseph Aspdin patentan al Cemento Portland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa.

• 1840 – Se crea la primera fábrica de cemento Portland a nivel mundial en Francia.

• 1845 – Inglaterra empieza a fabricar cemento Portland a nivel industrial.

• 1845 – Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del "clinker".

• 1855 – Alemania inicia la producción industrial de cemento Portland.

• 1868 – Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a los Estados Unidos.

• 1871 – Se funda en E.E.U.U. la primera fábrica de cemento y a partir de ese año se difunden las fábricas y el cemento Portland por todo el mundo.

• 1904 – La American Standard For Testing Materials (ASTM), publica por primera vez sus estándares de calidad para el cemento Portland.

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S. Reyes (2006). El cemento es un material que une los fragmentos detríticos (arenas o gravas) de ciertas rocas clásticas (areniscas o conglomerados). En general el cemento de estas rocas se origina por precipitación química, siendo las sustancias cementantes más frecuentes la sílice, los carbonatos y los óxidos de hierro.

Existen varias clases de cemento:

Cemento Aluminoso

Cemento Asfáltico

Cemento Bituminoso

Cemento Blanco

Cemento con Aire ocluido

Cemento de Albañilería

Cemento de Alta temperatura

Cemento de Asbesto

Cemento de Azufre

Cemento de Escoria

Cemento de Hierro

Cemento de Keene

Cemento de la Isla de Paros

Cemento de Látex

Cemento de Mack

Cemento de Martín

Cemento de Mineral de Hierro

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Cemento de Oxicloruro

Cemento de Oxicloruro de Magnesio

Cemento de oxido magnésico

Cemento de Oxido de plomo y glicerina

Cemento de poco calor fraguado

Cemento de Porcelana

Cemento de Tierra

Cemento Esparítico

Cemento Expansivo

Cemento Gelificado

Cemento Grappier

Cemento Hidráulico

Cemento Lafarge

Cemento para pozos de petróleo

Cemento plástico

Cemento Portland

Cemento Portland Blanco

Cemento Pórtland Puzolanico

Cemento Refractario

Cemento Resinoso

Cemento Sorel

Cemento Rock

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Los cementos naturales, poco resistentes, se obtienen por trituración y cocción de rocas calizas arcillosas. El cemento Pórtland se obtiene del Clinker añadiendo solo piedra de yeso natural.

Proceso de fabricación del Cemento Portland

El Cemento Pórtland Normal es el producto que se obtiene de la molienda del Clinker y yeso como regulador de fraguado, que sirve como ligante hidráulico, o sea una sustancia que mezclada con el agua, esta en condiciones de endurecer ya sea en el aire, como debajo del agua. La piedra de cemento en vía de formación presenta resistencias elevadas y no se disuelve en el agua.

2. Historia

Los romanos utilizaban en la antigüedad una mezcla hidráulica compuesta de calcáreos arcillosos con agregado de puzolana o bien harina de laterita. Con los agregados apropiados, ellos estaban en condición de producir el Opus Caementitium o “cemento romano”, precursor de nuestro hormigón y que dio origen al término cemento. En 1824, el ingles J. Aspin, elaboro y patento un producto similar al cemento, obtenido mediante la cocción de una mezcla de calcáreos y arcilla finamente molida. Este ligante permitía confeccionar un hormigón similar al obtenido con la piedra Pórtland (calcáreo muy resistente de la isla de Pórtland) comúnmente utilizado en Inglaterra para la construcción. De aquí la denominación “cemento Pórtland”.

3. Fabricación

La fabricación del cemento Pórtland consiste en la preparación de una mezcla de materias primas con granulometría definida, sometida a cocción hasta el umbral del punto de fusión y finalmente molido a polvo fino y reactivo: el cemento.

Globalmente se pueden distinguir cuatro etapas en la fabricación del cemento:

3.1. Extracción y triturado de la materia prima:

Para producir una tonelada de cemento es necesario utilizar por lo menos una tonelada y media de materia prima –calcáreos y arcillas que liberan agua y dióxido de carbono durante la cocción-. La piedra bruta es pretriturada en la cantera hasta el tamaño de un puño.

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3.2. Mezclado y reducción de la materia prima hasta una finura similar a la de la harina:

Esta etapa prevé el mezclado de las diversas materias primas en las proporciones correspondiente a la composición química optima. El material que se encuentra en el molino a bolas o vertical es simultáneamente secado y triturado en fino polvo. A la salida se obtiene la harina cruda que será mezclada en los silos de homogeneización hasta la obtención de una composición uniforme.

3.3. Cocción de la harina y transformación en clinker:

El proceso de cocción a una temperatura de aproximadamente 1.450 °C es la operación principal en la fabricación del cemento. Antes de entrar en el horno rotativo, la harina pasa a través de un cambiador térmico y se calienta a casi 1.000 °C. A la salida del horno el material presenta bajo la forma de Clinker incandescente que será rápidamente enfriado al aire. Los combustible utilizados son: carbón, petróleo, gas natural y, cada ves mas frecuentemente materiales recuperados como solventes, aceitesusados o neumáticos viejos.

3.4. Molienda del clinker con yeso y aditivos:

Para obtener el material reactivo deseado, el clinker es molido en la unidad de molienda con una pequeña cantidad de yeso (regulador del fraguado). Según el tipo de cemento se agregan al clinker, durante la molienda, compuestos minerales (calcáreos, puzolana, escoria de alto horno, cenizas volante) para formar los llamados cementos con adiciones.

4. Control de calidad del cemento

4.1 Control interno de la fabricación (IRAM)

4.2 Certificado oficial del sistema de gestión de calidad (ISO 9000)

4.3 Control por medio de un organismo externo (CECON)

5. Hidratación del Cemento:

Los cementos fraguan y endurecen al ser mezclados con agua, debido a las reacciones químicas que se producen a partir de la interacción de los componentes básicos del cemento con el agua. La hidratación del cemento es una reacción altamente exotérmica. Luego del proceso de sinterización que le da origen, los constituyentes básicos del cemento son :silicato tricálcico C3S, silicato dicálcico C2S, aluminato tricálcico C3A y ferroaluminato tetracálcico C4FA. Estos

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minerales, en contacto con el agua reaccionan dando los siguientes productos hidratados: Los silicatos cálcicos se transforman básicamente en silicatos cálcicos hidratados CSH e hidróxido de calcio CH, el aluminato tricálcico y el ferroaluminato tetracálcico forman Aft (etringuita) y Afm (monosulfato).Durante el proceso de fraguado se produce un cambio de un sistema de copos hacia un sistema de esqueleto viscoelástico capaz de resistir tensiones. Los cuatro componentes principales del cemento se diferencian no solamente por el calor liberado en el proceso de hidratación, sino también por la velocidad a la cual se produce la reacción de hidratación, siendo diferente en cada uno de ellos pero no del todo desacoplado. Se han realizado intentos para modelar el proceso de hidratación teniendo en cuenta las interacciones que ocurren entre los diferentes compuestos, pero aún no se han logrado resultados cualitativamente razonables.

5.1 El Agua en la hidratación

Durante el proceso hidratación el agua puede encontrarse en diferentes estados:

- Agua químicamente ligada: es aquella que forma parte del sólido generado o sea la que se combina con el cemento para producir una nueva fase diferente del agua y del cemento.

- Agua físicamente ligada: es aquella que se encuentra adsorbida a la superficie de la partícula de gel y ocupa los poros del gel.

- Agua libre: resto de agua que se encuentra en la pasta saturada y ocupa los poros capilares. Neville [ ] propone otra división arbitraria sobre el agua en la mezcla. A los fines prácticos

se pueden considerar dos categorías :

- Agua evaporable : Es el agua que puede ser extraída de la mezcla a una cierta presión de vapor. Está constituida por el agua físicamente ligada y el agua libre.

- Agua no evaporable : Es el agua que no puede ser extraída de la mezcla a una cierta presión de vapor. Se trata en general del agua químicamente ligada y su cantidad aumenta a medida que avanza la reacción de hidratación.

La cantidad de agua no evaporable es aprox. un 18% del peso del material no hidratado y cerca de 23% en un cemento completamente hidratado.

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EL CEMENTO EN EL PERU

La introducción del cemento en el Perú se inicia en la década de 1860. En efecto, en 1864 se introdujo en el Arancel de Aduanas, la partida correspondiente al denominado "Cemento Romano", nombre inapropiado que designaba un producto con calidades hidráulicas desarrollado a inicios del siglo.En 1869 se efectuaron las obras de canalización de Lima, utilizando este tipo de cemento. En 1902 la importación de cemento fue de 4,500 T.M. Posteriormente, en 1904 el Ingeniero Michel Fort publicó sus estudios sobre los yacimientos calizos de Atocongo, ponderando las proyecciones de su utilización industrial para la fabricación de cemento. En 1916 se constituyó la Cía. Nac. de Cemento Portland para la explotación de las mencionadas canteras. Las construcciones de concreto con cemento Portland se inician en Ja segunda década del siglo con elementos estructurales de acero, como el caso de las bóvedas y losas reforzadas de la Estación de Desamparados y la antigua casa Oechsle. También, en algunos edificios del Jr. de la Unión y en el actual teatro Municipal. A partir de 1920 se generaliza la construcción de edificaciones de concreto armado, entre ellos las aún vigentes: Hotel Bolivar, Sociedad de Ingenieros, Club Nacional, el Banco de la Reserva, la Casa Wiesse y otros. Asimismo, se efectúan obras hidráulicas, la primera de ellas la Bocatoma del Imperial, construida en 1921, empleando 5,000 m 3 de concreto.En el período 1921 - 1925 se realizan importantes obras de pavimentaci6n en Lima, dentro de las que debemos incluir la antigua Av. Progreso, aún en servicio con la denominación de Av.Venezuela.

LA INDUSTRIA DEL CEMENTO

La Industria Peruana del Cemento, inicia su actividad productiva en el año 1924 con la puesta en marcha de la Planta Maravillas, propiedad de la Compañía Peruana de Cemento Portland.Hasta mediados de siglo el consumo en otras regiones fue muy reducido, abasteciéndose mayormente por la importación. En 1955 inicia la producción Cemento Chilca S.A., con una pequeña planta en la localidad del mismo nombre, pasando posteriormente a formar parte de la Compañía Peruana de Cemento Portland.El monopolio que de hecho existía en el país en el sector cemento, centralizado en la región capital, fue roto con la formación de dos empresas privadas descentralizadas, Cementos Pacasmayo S.A., en 1957 y Cemento Andino S.A. en 1958. Posteriormente, la empresa capitalina instaló una pequeña planta en la localidad de. Juliaca, que inició la producción en 1963, denominada en la actualidad Cemento Sur S.A. y en 1956 se crea la fábrica de Cemento Yura S.A. en Arequipa.La capacidad instalada en la Industria del Cemento es la siguiente: (ver cuadro).El total de la capacidad instalada en el país es de 3'460,000 TM/A de cemento, lo que significa

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Cementos pacasmayo

El espíritu innovador que nos caracteriza se ve reflejado en la variedad de cementos que fabricamos y comercializamos. Actualmente contamos con cinco tipos de cemento Portland, entre cementos tradicionales y cementos adicionados, todos ellos diseñados para satisfacer necesidades constructivas diferentes y complementarias.

  Cementos tradicionales

Con cementos tradicionales, nos referimos a los tipos de cementos más comúnmente usados en el mundo para la construcción. Estos cementos están compuestos por una mezcla de clínker y yeso, con diferentes requisitos físicos y químicos.

Pacasmayo fabrica: 

Cementos adicionados

Los cementos adicionados están compuestos por una mezcla de clínker, yeso y adiciones minerales en distintas proporciones. Las adiciones minerales utilizadas varían entre puzolanas, fillers y escorias de alto horno, que añaden ciertas propiedades de valor agregado al cemento, otorgándoles características especiales. Además, estos cementos utilizan cantidades menores de clínker en su fabricación, lo que resulta en una menor emisión de gases contaminantes.

Actualmente contamos con los siguientes tipos de cementos adicionados:

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Tipo I

El cemento Tipo I es un cemento de uso general en la construcción, que se emplea en obras que no requieren propiedades especiales.El cemento portland Tipo I se fabrica mediante la molienda conjunta de clínker Tipo I y yeso, que brindan mayor resistencia inicial y menores tiempos de fraguado.

PropiedadesMayores resistencias inicialesMenores tiempos de fraguado

AplicacionesObras de concreto y concreto armado en generalEstructuras que requieran un rápido desencofradoConcreto en clima fríoProductos prefabricados Pavimentos y cimentaciones

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Tipo V

El cemento portland Tipo V es un cemento de alta resistencia a los sulfatos, ideal para obras que estén expuestas al daño por sulfatos.Este cemento se fabrica mediante la molienda conjunta de clínker Tipo V (con bajo contenido de aluminato tricálcico <5%) y yeso.

PropiedadesAlta resistencia a los sulfatos.

AplicacionesIdeal para losas, tuberías y postes de concreto en contacto con suelos o aguas con alto contenido de sulfatos.Para cualquier estructura de concreto que requiera alta resistencia a los sulfatos.

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Antisalitre con Fortimax 3

El cemento Antisalitre con Fortimax 3 es un cemento de resistencia moderada a los sulfatos (componente MS), al moderado calor de hidratación (componente MH) y resistente a los agregados álcali-reactivos (componente R).

PropiedadesModerada resistencia a los sulfatosResistente al agua de marModerado calor de hidrataciónBaja reactividad con agregados álcali-reactivos

AplicacionesConcreto con exposición moderada a los sulfatosEstructuras en contacto con ambientes y suelos húmedos-salitrososEstructuras en ambiente marinoObras portuariasConcreto en clima cálidoEstructuras de concreto masivoConcreto compactado con rodilloObra con presencia de agregados reactivosPavimentos y losas

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Extraforte

   

El cemento Extraforte ICo es un cemento de uso general recomendado para columnas, vigas, losas, cimentaciones y otras obras que no se encuentren en ambientes húmedos-salitrosos.Este cemento contiene adiciones especialmente seleccionadas y formuladas que le brindan buena resistencia a la compresión, mejor maleabilidad y moderado calor de hidratación.

PropiedadesModerado calor de hidrataciónMejor trabajabilidad

AplicacionesObras de concreto y de concreto armado en generalMorteros en generalPavimentos y cimentacionesEstructuras de concreto masivo

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Extradurable

El cemento Extradurable es un cemento de alta resistencia a los sulfatos y de baja reactividad con agregados reactivos a los álcalis, por lo que es ideal para obras que requieran extrema resistencia a los sulfatos, al agua de mar y a este tipo de agregados.El cemento Extradurable se fabrica mediante la molienda conjunta de clínker HS (con bajo contenido de aluminato tricálcico) y adiciones activas que le confieren alta performance.

PropiedadesAlta resistencia a los sulfatosBaja reactividad con agregados álcali-reactivosAlta resistencia al agua de marResistente a medios ácido leves (pH>4)Moderado calor de hidratación

 

AplicacionesObras en exposición muy severa a los sulfatosObras de saneamientoObras con presencia de agregados reactivosObras hidráulicas, canales y alcantarillasPavimentos y losasEstructuras en ambiente marinoObras portuariasPlantas industriales y minerasDesagües pluvialesEstructuras de concreto masivoConcreto compactado con rodillo

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FÁBRICAS DE CEMENTO

CEMENTOS LIMA

Fábrica: Atocongo – LimaCombustible: CarbónProceso: SecoCapacidad instalada de clinker (TM): 1 100 000, 2 580 000Tipos: Pórtland Tipo I Marca SolPórtland Puzolánico tipo IP Marca Super cemento Atlas

CEMENTOS PACASMAYO

Fábrica: Planta Pacasmayo - La LibertadProceso: SecoCombustible: CarbónCapacidad instalada de clinker (TM): 1 500 000, 690 000Tipos: Pórtland Tipo IPórtland Puzolánico tipo IPPórtland Tipo IIPórtland Tipo VPórtland MS-ASTM C-1157

CEMENTO ANDINO

Fábrica: Condorcocha - TarmaProceso: SecoCombustible: CarbónCapacidad instalada de clinker (TM): 460 000, 600 000Tipos: Pórtland Tipo IPórtland Tipo IIPórtland Tipo V

CEMENTOS YURA

Fábrica: Yura - ArequipaProceso: SecoCombustible: PetróleoCapacidad instalada de clinker (TM): 260 000, 410 000Tipos: Pórtland Tipo IPórtland Puzolánico tipo IPPórtland Puzolánico tipo IPMCemento de albañilería, marca estuco Flex

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CEMENTO SUR

Fábrica: Coracoto - JuliacaProceso: HúmedoCombustible: CarbónCapacidad instalada de clinker (TM): 92 000, 63 000Tipos: Pórtland Tipo I, marca RUMIPórtland Puzolánico tipo IP, marca INTIPórtland Tipo IIPórtland Tipo V

IV. CONCLUSIONES

- La fabricación de cemento es un proceso industrial maduro, bien conocido, Vital para el desarrollo de la Nación.

- El cemento es un producto de construcción básico, producido a partir de recursos naturales: materias primas minerales y energía.

- La fabricación de cemento genera impactos sobre el Ambiente, los principales:

Impactos de las canteras en los ecosistemas.

Emisión de partículas en la manipulación y procesado de materiales.

Emisión de gases en el proceso de combustión

V. REFERENCIAS

The Chemical Process Industries.

R. Noris Shreve

Edt. McGraw-Hills

La química de los cementos

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H. W. Taylor

Edit. URMO

Concretos de cemento Pórtland

Thomas D. Larson.

Enciclopedia de Tecnología Química

Kirk- Othmer

Edit. UTEHA

Proceso de Fabricación de cemento. Documento electrónico disponible en

http://www.unet.edu.ve/~apuello/cemex/PFCEM.doc. Consulta (2010, Febrero 02)

Cemento. Documento electrónico disponible en

http://www.scribd.com/document_downloads/17546872?secret_password=&extension=p Consulta (2010, Febrero 03)

El cemento. Documento electrónico disponible en

http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/5531/15/15%20CAPITULO%201.doc

www.cementospacasmayo.pe

www.unacemdelperu.pe

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