Dosificando alternativas - ZKG International • Cement - Lime

Transcrição

PROCESS // Emissions
www.zkg.de
Cemento Cal Yeso
Cimento Cal Gesso
EDICIÓN/EDIÇAO
1 2014
Depurador de CO2 con
polvo de piedra caliza
Depurador de CO2
com pó de calcário
42
PRODUCTS // Maintenance
6 Cat Reman – re-manufacturación “como nueva”
Cat Reman – remanufatura “como-nova”
ENGINEERING // Optimization
8 Monitoreamiento de condición aumenta
Monitoramento de condição aumenta
MATERIALS // Analyzing
18 CNA en las canteras – problemas y soluciones
CNA em pedreiras – problemas e soluções
MATERIALS // Conveying
24 Transporte neumático de larga distancia
Transporte pneumático de longa distância
PROCESS // Mineralization
36 Aditivo hidráulico “substituto de clinquer”
Aditivo hidráulico “substituto do clínquer”
Dosificando
alternativas
“AFTER I HAVE INSPECTED
EVERY PART OF THE
HYDRAULIC POWER PACK
I AM 100% SURE
THAT IT WILL OPERATE
IKN Hydraulic Power Packs.
The driving force behind
our coolers.
FLAWLESSLY.“
Volker, Electrical Engineer
Systems Design at IKN
When it comes to reliability, Jan and Volker have their
minds on a preventative approach. They inspect and test
every component of the system. The hydraulic power
pack is assembled, configured and operated as it will
be in the field. Both normal and extreme conditions are
simulated. Only when Jan and Volker agree that all tests
have been completed to their full satisfaction is the
hydraulic power pack allowed to leave the IKN test
facility for shipment to the client. It is due to the expertise and experience of IKN Engineers, like Jan and
Volker, that our customers can expect 100% reliability.
ENGINEERING THE FUTURE
www.ikn.eu
CONTENT
South America Edition
ISSUE 1 2014
Página 18
CNA en las canteras – problemas y soluciones
04 COMPANY PROFILES
PRODUCTS
// Maintenance
06 Cat Reman – re-manufacturación con una calidad
“como nueva”
Cat Reman – remanufatura com uma qualidade
“como-nova”
Caterpillar
ENGINEERING
// Optimization
08 Monitoreamiento de condición aumenta la disponibilidad
de los molinos verticals
Monitoramento de condição aumenta a disponibilidade
dos moinhos verticais
Dr. Jörg Deckers, Servicio de Ciclo de Vida del Producto, Sector
Industrial de Servicio al Cliente, Siemens AG, Voerde/Alemania;
Serviço do Ciclo de Vida do Produto, Setor Industrial de Atendimento
ao Cliente, Siemens AG, Voerde/Alemanha
Página 24
Transporte de larga distancia a través de un sistema neumático
Transporte de longa distância através de um sistema pneumático
MATERIALS
// Analyzing
Jeffrey Kemmerer, Jérôme Gondeau, PANalytical B.V., Almelo/Holanda
// Conveying
24 Transporte de larga distancia a través de un sistema
neumático
Transporte de longa distância através de um sistema
pneumático
Volker Göcke, PLM/Gerente Técnico del Centro Técnico, Claudius Peters
Projects GmbH, Buxtehude/Alemania; PLM/Gerente Técnico do Centro
Técnico, Claudius Peters Projects GmbH, Buxtehude/Alemanha
PROCESS
// Mineralizing
36 Aditivo hidráulico como nuevo “substituto de clinquer”
Aditivo hidráulico como novo “substituto do clínquer”
Jonas Almkvist1, Thomas Hilling2
Denes Novak, Manfred Tisch, Wopfinger Baustoffindustrie GmbH,
Waldegg/Austria
2
ZKG South America Edition 1 2014
Página 36
Aditivo hidráulico como nuevo “substituto de clinquer”
Aditivo hidráulico como novo “substituto do clínquer”
CONTENT
Official Journal
Federal German Association of the Lime Industry
Bundesverband der deutschen Kalkindustrie
Federal German Association of the Gypsum Industry
Bundesverband der Gipsindustrie e.V.
// Emissions
42 Depurador de CO2 con polvo de piedra caliza –
piedra caliza artificial deteriorada climáticamente
para la reducción de emi¬siones de CO2 en los
gases de combustion
Depurador de CO2 com pó de calcário – calcário
artificial climaticamente deterio¬rado para a redução
das emissões de CO2 nos gases de combustão
Dr. Sonja Haas, Norbert Weber, Fundación de Investigación
Alemana de Cal y Mortero, Colonia/Alemania; Fundação de
Pesquisa Alemã de Cal E Argamassa, Colônia/Alemanha
Andrew Berry, Egon Erich, IUTA – Instituto de Tecnología
Energética y Ambiental, Duisburg/Alemania; IUTA – Instituto
De Tecnologia Energética e Ambiental, Duisburg/Alemanha
57 ADVERTISER INDEX
El aditivo multifuncional
Para de
productosalidad
mejor c
RETRASA EL FRAGUADO
57 EVENT PREVIEW
DEL YESO
57 IMPRINT
INCREMENTA LA FLUIDEZ
ASEGURA UNA MEZCLA MÁS
HOMOGÉNEA
GRAN RENDIMIENTO A
DOSIFICACIONES BAJAS
PRODUCTO BIODEGRADABLE
NO AFECTA A LA RESISTENCIA
www.zkg.de
Cemento Cal Yeso
Cimento Cal Gesso
EDICIÓN/EDIÇAO
1 2014
Depurador de CO2 con
polvo de piedra caliza
Depurador de CO2
com pó de calcário
42
6 Cat Reman – re-manufacturación “como nueva”
Cat Reman – remanufatura “como-nova”
8 Monitoreamiento de condición aumenta
24 Transporte neumático de larga distancia
Transporte pneumático de longa distância
PROCESS // Mineralization
36 Aditivo hidráulico “substituto de clinquer”
Aditivo hidráulico “substituto do clínquer”
'RVLÀFDQGR
DOWHUQDWLYDV
NO ALIMENTA EL MOHO
Noticia de Portada: La fortaleza de FLSmidth Pfister GmbH
que opera mundialmente es
el desarrollo y montaje de
sistemas sofisticados de báscula y dosificación continuos
para todas las etapas de la
producción de cemento. La
portada de este mes muestra
la báscula dosificadora de
rotor Pfister® TRW-S/D para la
dosificación de combustibles
alternativos como el FLUFF,
RDF, lodos de depuración,
plástico, papel o residuos de
madera y muchos más.
For detailed information
you can contact us:
www.plastretard.com
[email protected]
www.sicit2000.it
T +39 0444 450 946
F +39 0444 877 160
www.flsmidthpfister.com
3
COMPANY PROFILES
SICIT
Grupo SICIT: El líder mundial en la
fabricación de productos derivados
de aminoácidos y péptidos
Plast Retard
Vista aérea de nuestra más nueva planta inagurada en 2004
»
»
»
SICIT S.p.A es la sociedad de cartera creada en
1960. En cerca de 50 años, hemos construido
dos plantas de fabricación situadas en Chiampo
y Arzignano (Vicenza).
SICIT 2000 S.p.A: es la empresa de producción
y comercialización encargada de la gestión de
las plantas, donde la materia prima es tratada para producir aminoácidos, péptidos y sus
derivados. Las plantas funcionan bajo control
HACCP.
SICIT CHEMITECH S.p.A es la empresa de ingeniería que también se encarga de la investigación y desarrollo y el control de calidad, lo
que garantiza el proceso de fabricación segura y
confiable a través de sus laboratorios de control
de calidad para el análisis químico y bacteriológico. También desarrolla nuevos productos y
tecnologías de ingeniería.
Los productos a base de aminoácidos fabricados
por SICIT 2000 encontraron su aplicación en los
siguientes sectores:
» La agricultura (fertilizantes especiales y reguladores de crecimiento de las plantas),
» La industria de la construcción (aditivos multifuncionales para yeso),
» Cosméticos,
» Detergentes.
SICIT grupo cuenta con 100 trabajadores, que con
su esfuerzo permiten la fabricación de productos
de alta calidad, distribuidos en más de 70 países
a través de la colaboración de empresas multinacionales en todo el mundo y una amplia red de
distribución. Fabricamos principalmente productos
de alta calidad para las empresas multinacionales
que garanticen el empacado y la distribución bajo
su propia marca.
Sector construcción
Plast Retard son hoy en día los
aditivos multifuncionales más
utilizados y eficaces en la industria del yeso por su calidad estandarizada. Por otra parte, debido a su origen natural no son
peligrosos para los trabajadores
y son respetuosos del medio ambiente.
HPLC para determinar la distribución del peso molecular de proteinas
hidrolizadas en nuestros productos
4
www.zkg.de
COMPANY PROFILES
SIEMENS
Para obtener la máxima
disponibilidad de planta
Soluciones integradas
para la industria del cemento
Ya sean trituradoras, prensas de rodillos, molinos
tubulares, molinos verticales de rodillos, hornos
rotatorios, o unidades de separadores - cada aplicación está en buenas manos con Siemens. Ofrecemos toda la gama de productos de la más alta
calidad, a partir de los controles, convertidores de
frecuencia, motores, acoplamientos y embragues,
pasando por engranajes helicoidales, cilíndricos y
cónicos y planetarios, y continuando con las piezas
suplementarias.
Con la mayor experiencia en productos y aplicaciones, Siemens Drive Technologies enlaza los
sistemas de automatización, unidades de accionamiento y de suministro de energía formando una
solución global, basada en el concepto del sistema
de transmisión integrado (Integrated Drive System
“IDS”). La tecnología de transmisión de potencia
mecánica FLENDER es una parte integral del IDS.
Los componentes de transmisión FLENDER convencen gracias a la más alta calidad de producto y
fabricación, su disponibilidad rápida en casi todo el
mundo y un nivel de precio atractivo.
Con una plantilla de personal global de más de
100 000 empleados, la división
de Siemens Drive Technologies
garantiza
la
máxima productividad debido a la
máxima disponibilidad de la maquinaria.
El portafolio ampliamente diversificado suministra
soluciones integrales, así
como
productos estándar que cumplen exactamente con las necesidades de los clientes de Siemens. Siemens es el proveedor líder mundial de
tecnología de automatización y de unidades de accionamiento innovadora y respetuosa con el medio
ambiente, de software industrial y de servicios de
base tecnológica.
FLENDER MultipleDrive: el nuevo concepto de
accionamiento une las ventajas de una unidad de
accionamiento de velocidad variable con la modularidad de una unidad de múltiples etapas que permite que el sistema esté continuamente disponible.
Esto abre nuevas dimensiones para la transmisión
de energía de hasta 16,5 megavatios.
Accionamiento de elevador de cangilones: sistema de accionamiento normalizado integrado
para elevadores de cangilones - inversores, motores, acoplamiento, motores auxiliares y unidades
de engranaje.
Para más información y descripciones técnicas,
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Respuestas para la industria
5
CATERPILLAR
Cat Reman – re-manufacturación con
una calidad “como nueva”
Cat Reman – remanufatura com uma
qualidade “como-nova”
1 Un motor totalmente
reacondicionado es
completamente reconstruido en una cargadora
de ruedas Cat 988
Um motor totalmente
recondicionado é completamente reconstruído
em uma pá-carregadeira
de rodas Cat 988
6
Introducida en 1963, la cargadora de ruedas Cat®
988 ha sido líder en la industria durante 50 años.
Durante este período, Caterpillar ha fabricado más
de 20 000 unidades. Construido para operar en varias vidas útiles, Cat 988 es uno de los modelos más
reconstruidos dentro de la línea de productos de
Cat. Millares de unidades de Cat 988 están en funcionamiento, con más de 20 000 horas de servicio,
mientras otras ya acumularon más de 40 000 horas.
Para ayudar a aumentar la vida útil de la máquina, Caterpillar diseña y construye sus máquinas y
piezas para ser reconstruidas y remanufacturadas.
Esto resulta en una serie de opciones sustentables
para los clientes como los programas de Remanu-
A pá-carregadeira de rodas Cat® 988 foi introduzida
em 1963, e a 50 anos é líder na indústria. Durante esse período, a Caterpillar tem fabricado mais de
20 000 unidades. Construída para operar em várias
vidas úteis, a Cat 988 é um dos modelos mais recondicionados dentro da linha de produtos da Cat.
Milhares de unidades da Cat 988 estão em funcionamento, com mais de 20 000 horas de serviço, enquanto outras já acumularam mais de 40 000 horas.
Para ajudar a aumentar a vida útil da máquina,
a Caterpillar projeta e constrói as suas máquinas e
peças para serem reconstruídas e remanufaturadas.
Isso resulta em uma série de opções sustentáveis para
os clientes como os programas de Remanufaturados
“Cat Certified Rebuild” e de Recondicionamento Certificado “Cat Reman“.
Em um Recondicionamento Certificado Caterpillar, os requisitos de reconstrução são determinados
antes da desmontagem por meio de uma avaliação
global da máquina. A reconstrução é então realizada
de acordo com as diretrizes rigorosas desenvolvidas
pela Caterpillar. Reconstruções de máquinas certificadas incluem reposição automática de peças, tais como
mangueiras, correias, retentores, juntas, rolamentos,
puxadores, fiação, interruptores e indicadores.
Durante a remontagem também são feitas melhorias tecnológicas críticas e de engenharia que têm
sido feitas desde a fabricação original. Os pacotes de
retrofit estão disponíveis para trazer novos recursos
para máquinas mais antigas. Com os programas de
Remanufaturados Caterpillar, os clientes recebem uma
máquina com performance “como-nova” por um custo muito menor ao equivalente de uma máquina nova.
O recondicionamento certificado oferece peças
remanufaturadas como uma das opções de suporte
de produtos disponíveis para apoiar as revisões e
manutenções normais, bem como os programas de
remanufaturados. Peças de recondicionamento certificado são remanufaturadas em uma fábrica com
as especificações da Caterpillar, garantindo qualidade ”como-nova”, que é apoiada por uma garantia
“como-nova”. O processo também incorpora as mais
recentes mudanças no projeto de engenharia, garantindo que os componentes satisfaçam as mais recentes especificações de desempenho.
Peças com recondicionamento certificado estão disponíveis na prateleira e custam uma fração
www.zkg.de
Maintenance // PRODUCTS
facturados “Cat Certified Rebuild“ y de reacondicionamiento certificado “Cat Reman Components“.
En un reacondicionamiento certificado Caterpillar, los requisitos de reconstrucción son determinados antes del desmontaje por medio de una
evaluación global de la máquina. La reconstrucción
es entonces realizada de acuerdo a las más estrictas
regulaciones desarrolladas por Caterpillar. reconstrucciones de máquinas certificadas incluyen la reposición automática de piezas, tales como mangueras, correas, empaquetaduras, juntas, rodamientos,
cojinetes, interruptores y medidores.
Durante el re-montaje también son llevadas a
cabo mejorías tecnológicas críticas y de ingeniería
que hayan sido hechas desde la fabricación original. Los paquetes retrofit son disponibles para
instalar nuevos recursos en las máquinas más antiguas. Con los programas de Remanufacturados
Caterpillar, los clientes reciben una máquina de calidad “como nueva” por un costo mucho menor al
equivalente de una máquina nueva.
El reacondicionamiento certificado Cat Reman
ofrece piezas remanufacturadas como una de las
opciones de soporte de productos disponibles para
apoyar ya sean las revisiones y manutención normales o el programa de remanufacturados. Las
piezas de reacondicionamiento certificado son remanufacturadas en una fábrica con las especificaciones de Caterpillar, garantizando una calidad
”como nueva”, que es apoyada por una garantía
“como nueva”. El proceso también incorpora los
más recientes cambios en el proyecto de ingeniería,
garantizando que los componentes satisfagan las
más recientes especificaciones de desempeño.
Piezas con reacondicionamiento certificado
están disponibles comercialmente y cuestan una
fracción del precio de las piezas nuevas – ayudando a minimizar los costos operacionales del cliente.
Para las cargadoras de ruedas, como la Cat 988, el
reacondicionamiento certificado ofrece componentes de motor, hidráulicos y de transmisión.
El reacondicionamiento certificado y los programas de remanufacturados Caterpillar son apenas dos ejemplos de las varias opciones de soporte
de los productos disponibles para minimizar los
costos operacionales del cliente. Esto tiene sentido
tanto en términos económicos como ambientales,
pues los programas reducen los residuos y el consumo de materia prima, proporcionando un menor
costo para el cliente. Con ello, estos programas pueden proporcionar economía de costos de 40 a 70 %.
La nueva cargadora de ruedas Cat 988 K es
aproximadamente 99 % reciclable. Esto significa
que cerca del 99 % de los componentes y de los
materiales contenidos en la máquina pueden ser
prácticamente reutilizados, re-condicionados o
reprocesados en materiales primarios y, por consiguiente, reducen la necesidad de materiales vírgenes.
2 Una cargadora de ruedas Cat 988 antigua antes de la revisión ...
Uma pá-carregadeira de rodas Cat 988 antiga antes da revisão ...
3 ... y más tarde. Las diferencias son claramente visibles.
... e mais tarde. As diferenças são claramente visíveis.
do preço de peças novas – ajudando a minimizar os
custos operacionais do cliente. Para pá-carregadeira
de rodas, como a Cat 988, o recondicionamento certificado oferece componentes de motor, hidráulicos e
de transmissão.
O recondicionamento certificado e os programas de remanufaturados Caterpillar são apenas dois
exemplos das várias opções de suporte dos produtos
disponíveis para minimizar os custos operacionais do
cliente. Isto faz sentido tanto em termos econômicos
como ambientais, pois os programas reduzem os resíduos e o consumo de matéria-prima, proporcionando
menor custo para o cliente. Com isso, estes programas
podem proporcionar economia de custos de 40 a 70 %.
A nova pá-carregadeira de rodas Cat 988 K é
aproximadamente 99 % reciclável. Isto significa que
cerca de 99 % dos componentes e dos materiais contidos na máquina podem ser praticamente reutilizados, recondicionados ou reprocessados em materiais
primários e, por conseguinte, reduzem a necessidade
de materiais virgens.
7
Piedra caliza, clinker o carbón: los núcleos de los molinos verticales que trituran tales
materiales son los accionamientos. Desde la puesta en marcha, un operador aumenta la
disponibilidad al basarse en un sistema de monitoreo de condición integrado. Por lo tanto,
la detección temprana de fallos y en combinación con el servicio remoto incluso la resolución
de problemas es posible – adicionalmente los costos de mantenimiento pueden ser reducidos.
TEXTO Dr. Jörg Deckers,
Servicio de Ciclo de Vida del Producto, Sector Industrial de Servicio al Cliente, Siemens AG, Voerde/Alemania
Serviço do Ciclo de Vida do Produto, Setor Industrial de Atendimento ao Cliente, Siemens AG, Voerde/Alemanha
Calcário, clínquer e carvão: os núcleos dos moinhos verticais que moem tais materiais são as unidades.
Desde o início, um operador aumenta a disponibilidade, contando com um sistema de monitoramento de
condição integrado. Portanto, é possível a detecção precoce de falhas e em combinação com serviço
remoto incluindo a solução de problemas – adicionalmente os custos de manutenção podem ser reduzidos.
Monitoreado de condición integrado puede
ayudar a aumentar la disponibilidad de los
molinos verticales (en la foto con un molino
vertical con un accionamiento Flender EMPP)
Siemens
Monitoramento de condição integrada pode
ajudar a aumentar a disponibilidade de moinhos verticais (na foto um moinho vertical com
uma unidade de Flender EMPP)
Optimization // ENGINEERING
SIEMENS AG
Monitoreamiento de condición aumenta
la disponibilidad de los molinos verticales
a disponibilidade dos moinhos verticais
1 Sistemas de Monitoreo de Condición:
integración en vez de reequipamiento
El uso de sistemas de monitoreo de condición (de
la sigla inglesa CMS Condition Monitoring System)
es el estado de la técnica en plantas industriales
modernas. Sin embargo, todavía hay componentes industriales adaptados en plantas ya existentes,
debido a que muchas empresas ahorran costos de
inversión en la instalación de nuevas plantas o no
consideran necesario el uso de CMS durante el periodo de garantía. A pesar de las ventajas generales, también existen desventajas, como el aumento
de los costos de inversión, problemas de interfaz o
mala accesibilidad de los sitios de instalación. Por
lo tanto, la adaptación de un accionamiento principal, por ejemplo, es a menudo sólo un acuerdo
con concesiones: por ejemplo, el posicionamiento
de los acelerómetros fuera de la caja de engranaje es a menudo desfavorable, pues la carcasa de
la máquina no es óptima para una transmisión de
ruido propagado desde la fuente de vibración hasta
el sensor. Por otra parte, la posterior colocación de
cables de los sensores en campo es compleja. También la integración de los Sistemas de Monitoreo de
Condición en el entorno de automatización existente implica un esfuerzo considerable y a veces
sólo se consigue de manera insuficiente.
Los CMS de la nueva generación, sin embargo,
permiten la profunda integración en la tecnología de
automatización. A diferencia de los sistemas anteriores, donde las mediciones de alta resolución en varios canales sólo podían producirse en serie a través
1 Sistemas de monitoramento de condição:
integração em vez de reequipamento
A utilização de sistemas de monitoramento de condição (da sigla inglesa CMS Condition Monitoring System) é o estado da arte em fábricas industriais modernas. No entanto, ainda há componentes industriais
adaptados às instalações já existentes, devido ao fato
de que muitas empresas economizam nos custos de
investimento nas instalações de novas plantas ou
não consideram necessário o uso de CMS durante
o período de garantia. Apesar das vantagens gerais,
também há desvantagens, tais como um aumento
dos custos de capital, os problemas de interface ou
má acessibilidade do local de instalação. Portanto, a
adaptação de uma unidade principal, por exemplo, é
muitas vezes apenas um acordo com vantagens: por
exemplo, o posicionamento dos acelerômetros fora
da caixa de engrenagens é frequentemente desfavorável, uma vez que a caixa da máquina não é ótima
para a transmissão de ruído propagado a partir da
fonte de vibração até o sensor. Por outro lado, é complexo o posicionamento posterior dos fios dos sensores em campo. Além disso, a integração de Sistemas
de Monitoramento de Condição nas proximidades da
automatização existente envolve um esforço considerável e, por vezes, é insuficientemente realizado.
CMS da nova geração, no entanto, permite a integração em profundidade da tecnologia de automação.
Ao contrário dos sistemas anteriores, onde as medições
de alta resolução em vários canais só podiam ser produzidas em série através de sinais de multiplicadores,
os sistemas modernos operam de forma síncrônica e
SISTEMA DE MONITOREO DE CONDICIÓN SIPLUS CMS
Con el Sistema de monitoreo de condición SIPLUS CMS es posible
controlar de forma permanente los estados de los componentes
sujetos a desgaste (como por ejemplo, motor, caja de transmisión, rodamientos), así como las partes críticas de la máquina. El
constante monitoreo, registro y análisis de las tendencias y de este
modo el reconocimiento temprano de las fallas amenazantes son
un medio adecuado para reducir al mínimo los tiempos de parada.
SIPLUS CMS es un sistema de análisis rentable, modular y escalable
y de diagnóstico, optimizado por medio del registro y evaluación de
señales binarias y analógicas, así como de datos numéricos.
SISTEMA DE MONITORAMENTO DAS CONDIÇÕES SIPLUS CMS
Com o sistema de monitoramento de condição SIPLUS CMS é
possível controlar permanentemente os estados dos componentes
sujeitos a desgaste (como por exemplo, motor, caixa de transmissão, rolamentos), assim como as partes críticas da máquina. O
monitoramento constante, registro e análise das tendências e, portanto, o reconhecimento precoce de falhas ameaçadoras são um
meio adequado para minimizar o tempo de inatividade. SIPLUS
CMS é, um sistema de análises rentável, modular, escalável e de
diagnóstico, otimizado por meio de registros e avaliação de sinais
digitais e analógicos, assim como de dados numéricos.
9
1 Estructura general de
un molino vertical con
accionamiento convencional Siemens
Estrutura geral de um
moinho vertical com
acionamento convencional
de multiplexores de señales, los sistemas modernos
funcionan de forma sincrónica con un alto número
de canales y son además modulares y expandibles.
Esos sistemas de monitoreo instalados en fábrica ya
muestran sus ventajas durante la puesta en marcha
de la planta. Estas ventajas incluyen una corrida de
pruebas simplificada después de la instalación final,
ya que las mediciones de aceptación son ya realizadas por medio del CMS. Por otra parte, el tiempo de
puesta en marcha se reduce, ya que los ingenieros
de automatización, los expertos en conversión, los
expertos en motores, los expertos en transmisión y
los fabricantes de la planta tienen acceso a una base
de datos consistente. Al mismo tiempo, los errores
de funcionamiento y la sobrecarga de la transmisión
pueden ser evitados durante la puesta en servicio,
ya que la supervisión del umbral de vibraciones y
cargas está activa desde el inicio. Incluso los indicadores de resultados y estados de referencia están
disponibles desde el primer día, lo cual es útil en
particular para el análisis de tendencias. Otra ventaja es la solución de problemas simplificada a través
de todo el proceso y la unidad de tren, ya que todas
las señales están disponibles en una plataforma de
software. Y por último pero no menos importante, el
sistema de fábrica instalado proporciona a los operadores un conocimiento completo de todos los estados
de la máquina y de eventos especiales durante todo
el ciclo de vida. Estas ventajas de la integración de
la CMS se explicarán a continuación tomando como
ejemplo un molino vertical, automatizado con tecnología de accionamiento Siemens (Fig. 1).
2 Buen funcionamiento de las unidades de engranaje de molinos verticales con motor integrado
Los molinos verticales se utilizan, en particular,
para la trituración de piedra caliza, clinker, escorias, cal y yeso en la industria primaria, así como
de carbón en la tecnología de plantas de energía.
Los molinos muelen la materia prima con un espesor de hasta 60 mm (Fig. 3) a un tamaño de grano
muy fino en la escala de micras y con ello juegan
un papel clave en el proceso de producción. Con el
diseño de los molinos verticales de acuerdo con la
Figura 1, una mesa de molienda blindada y resistente al desgaste (5) se hace girar por una unidad
de accionamiento Siemens de molino vertical (1, 2,
3). Los dos a seis rodillos de molienda resistentes al
desgaste (4) son estacionarios, pero están conectados verticalmente y de manera movible al bastidor
del molino y gracias a su propio peso soportado por
fuerzas aplicadas hidráulicamente (7), presionan
sobre la mesa de molienda (5), donde la carga del
molino, alimentada por el alimentador de material
se acumula. El aire caliente para el secado es soplado a través de la entrada de gas caliente (6). El
producto molido es extraído continuamente por el
separador de aire, cuyo accionamiento también es
suministrado por Siemens.
10
Siemens
com um grande número de canais e também são modulares e expansíveis. Esses sistemas de monitoramento instalado na fábrica já mostra seus benefícios durante o comissionamento da planta. Essas vantagens
incluem um teste simplificado após as instalação final,
já que as medições para aceitação são já realizadas
pelo CMS. Além disso, o tempo de arranque é reduzido,
já que os engenheiros de automação, os especialistas
em conversão, os especialistas em motores, os especialistas em transmissão e os fabricantes da fábrica têm
acesso a um banco de dados consistente. Ao mesmo
tempo, as avarias de funcionamento e a sobrecarga
de transmissão podem ser evitadas durante o início,
já que a supervisão dos limites de vibrações e cargas
de está ativa desde o início. Mesmo os indicadores de
resultados e estados de referência estão disponíveis a
partir do primeiro dia, o que é particularmente útil para
análise de tendência. Outra vantagem é a resolução de
problemas simplificados através de todo o processo e
a unidade de acionamento, já que todos os sinais estão disponíveis em uma plataforma de software. E por
último mas não menos importante, o sistema de fábrica instalado oferece aos operadores um conhecimento
completo de todos os estados da máquina e de eventos
especiais durante todo o ciclo de vida. Estas vantagens
da integração do CMS será explicado usando como
exemplo um moinho vertical, automatizada com tecnologia de acionamento Siemens (Figura 1).
2 Bom funcionamento das unidades de engrenagem dos moinhos verticais com motor integrado
Moinhos verticais são usados em particular para triturar calcário, clínquer, escória, calcário e gesso na indústria primária, assim como de carvão na tecnologia
de fábricas de energia. Os moinhos moem a matéria-prima com uma espessura de até 60 mm (Figura 3)
para um tamanho de grão muito fino na escala de
www.zkg.de
PFEIFFER.
CREAMOS HITOS.
DESDE 1864.
De la idea de un hombre, al mayor molino del mundo
En los comienzos de la industrialización en Europa, Jacob Pfeiffer tuvo una visión: la
molienda de materias primas minerales a gran escala. En calidad de empresa familiar,
nos inspiramos y dejamos llevar por su idea y entusiasmo desde hace 150 años. Y a día
de hoy seguimos creando hitos como uno de los líderes en tecnología del sector presentes
en todo el mundo. Nos respaldan las mejores prestaciones de la última ingeniería “made
in Germany” y la gran calidad de un fabricante con fabricación propia capaz de garantizar
la máxima vida útil y fiabilidad. Jacob Pfeiffer estaría orgulloso de ello.
YEARS
NG
ERIN
ENGINE
GERMAN
64
SINCE 188
www.gpse.de
1864
1890
Jacob y Karl Pfeiffer Primer separador
fundan la fábrica de
de aire de la
maquinaria y fundiindustria cementera
ción de hierro Pfeiffer
1894
1925
1956
1979
1994
2006
2007
2014
Primera molienda
de cemento en un
molino Pfeiffer
Mayor molino
de cemento
del mundo
Primeros molinos
MPS para moler
material crudo y
carbón
Primer molino
vertical para
moler cemento
Lanzamiento de las
series B de MPS
con rendimiento
mejorado
Primer molino
MVR para
moler cemento
Primer molino
vertical con
MultiDrive®
Mayor molino
vertical de cemento
del mundo, en fase
de montaje
El engranaje (Fig. 2) es prácticamente el pivote de un molino vertical. Aquí, todas las unidades
deben proporcionar el más alto rendimiento en
poco espacio y la máxima disponibilidad. El nuevo
concepto de accionamiento Siemens Flender EMPP
ofrece la síntesis óptima de la tecnología de accionamiento mecánico y eléctrico: el variador de
velocidad del accionamiento consiste en un motor desarrollado recientemente que está conectado
directamente a dos etapas planetarias. No posee
componentes abiertos y es particularmente fiable
y ágil. El motor es accionado por un convertidor
de frecuencia y es particularmente adecuado para
molinos verticales en el rango de rendimiento de
varios megavatios. El motor síncrono de imán permanente sin escobillas con cojinetes deslizantes directamente integrados en la carcasa del engranaje
es una característica especial. Este accionamiento
es especialmente robusto y tiene un alto grado de
protección, entre otras cosas debido a la eliminación de la etapa de engranaje cónico propenso al
desgaste y el embrague, ya que no se requieren sellamientos de aceite dinámicos exteriores.
Siemens
2 Presentación de la
caja de engranaje recientemente desarrollada con motor integrado
Apresentando a caixa de
engrenagens recém-desenvolvida com motor
integrado
3 La fusión de la información de estado
de la automatización y los sensores adicionales
La primera vez que se aborda el tema de Monitoreo de Condición para accionamientos rotatorios, a
menudo surge la pregunta de por qué es necesario,
aparte del sistema de automatización, un sistema
adicional de medición y análisis. Esto es básicamente debido a las altas velocidades de muestreo
de señal requeridas. Daños relacionados con el desgaste de los rodamientos, por ejemplo, se reflejan
principalmente en un aumento de las amplitudes de
resonancia estructurales en el rango de 3 a 8 kHz.
Con el fin de evitar los efectos de aliasing, frecuencias de muestreo de 24 kHz (0.042 ms) o más (resp.
tiempos de muestra más cortos) son necesarias para
12
mícrons e, assim, desempenham um papel-chave no
processo de produção. Com o desenho do moinho vertical de acordo com a Figura 1, uma mesa de moagem
blindada e resistente ao desgaste (5) é rodada por uma
unidade de acionamento da Siemens de moinho vertical (1, 2, 3). Dois a seis rolos de moagem resistentes ao
desgaste (4) são estacionários, mas estão conectados
verticalmente e de modo móvel à estrutura do moinho
e graças a seu próprio peso suportado por forças aplicadas hidraulicamente (7), comprimem sobre a mesa
de moagem (5), onde a carga do moinho, alimentada
pelo alimentador de material se acumula. O ar de secagem quente é soprado através da entrada do gás
quente (6). O produto moído é continuamente removido pelo separador de ar, cuja operação também é fornecida pela Siemens. A engrenagem (Figura 2), é praticamente o pivô de um moinho vertical. Aqui, todas
as unidades devem fornecer a mais alta performance
em um espaço pequeno e a máxima disponibilidade.
O novo conceito de acionamento Siemens Flender
EMPP oferece a síntese ideal de acionamento mecânico e elétrico: o variador de velocidade do acionamento
consiste em um motor desenvolvido recentemente que
está diretamente conectado a duas etapas planetárias.
Não possui componentes abertos e é particularmente
confiável e ágil. O motor é acionado por um conversor
de frequência e é particularmente adequado para moinhos verticais na gama de desempenho de vários megawatts. O motor síncrono de ímã permanente brushless com apoios deslizantes diretamente integrados na
caixa de engrenagens é uma característica especial.
Esta operação é particularmente robusta e tem um elevado grau de proteção, entre outras coisas, devido à
eliminação da fase de engrenagem cônica sujeitas a
desgaste e a embreagem, uma vez que não é exigida
vedação externa de óleo dinâmico.
3 A incorporação das informações sobre
o estado de automação e dos sensores adicionais
A primeira vez que se aborda o assunto de Monitoramento de Condição para unidades rotativas, muitas
vezes surge a pergunta por que é necessário, além
do sistema de automação, um sistema adicional de
medição e análises. Este é basicamente devido às
altas velocidades de amostragem de sinal exigidas.
Danos relacionados com o desgaste dos rolamentos, por exemplo, são refletidos, principalmente em
um aumento da amplitude de ressonância estrutural
na gama de 3 a 8 kHz. A fim de evitar os efeitos
de aliasing, frequências de amostragem de 24 kHz
(0.042 ms) ou mais (resp. tempos de amostragem mais
curto) são necessárias para a medição das vibrações.
A alta frequência de amostragem é acompanhada
pela necessidade de uma grande memória de trabalho
e grande potência de cálculo para compreensão de
dados brutos de medição. Em geral, estes requisitos
não eram cumpridos pelos sistemas de automatização anteriores. Portanto, para a análise de vibração
e o monitoramento de pares com um dinâmico alto,
www.zkg.de
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Experiencia en la Industria
del Cemento
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4 El uso óptimo del CMS a través
de la combinación con el acceso remoto
Las preocupaciones de seguridad de TIC y falta de
confianza a menudo se expresa como una razón
para no permitir el acceso remoto a los sistemas
industriales. Siemens ofrece una solución que permite la reducción de los riesgos al mínimo. Los
servicios remotos de Siemens con ello se basan en
la plataforma común de servicio remoto (cRSP),
que ya se ha establecido en otras ramas en todo
el mundo, como la ingeniería médica o energética.
La seguridad de la conexión remota es garantizada
mediante las infraestructuras certificadas según la
norma ISO 23001, así como las estrictas normas de
seguridad.
La separación de las redes por medio de la llamada red perimetral garantiza la libertad de retroalimentación. Las conexiones de seguridad a
través de túneles cifrados basados en IPsec o SSL
aseguran que el tráfico de datos no pueda ser interceptado. En este caso, el alto nivel de seguridad
también impresionó al cliente.
3 Transporte de clinker
al molino de cemento
para ser finamente
molido
Transporte de clínquer
ao moinho de cimento
para ser moído finamente
14
5 Experiencias positivas
a partir de la puesta en marcha
La medición del monitoreo de condición se utilizó
primero en la prueba de funcionamiento del molino de cemento equipado con el accionamiento de
Flender EMPP. La tecnología de medición demostró
inmediatamente su excelencia, ya que un pequeño
fallo en la configuración del banco de pruebas, el
cual podría haber dado lugar a daños graves, fue
detectado enseguida: debido al exceso de aceite,
las pérdidas por salpicadura que se produjeron en
el espacio de aire del motor eran tan altos que se
produjeron altas temperaturas inadmisibles en los
imanes permanentes. La no detección del fallo hubiera causado ya un daño preliminar del rotor del
motor. El resto de la ejecución de las pruebas transcurrieron sin problemas; todas las señales fueron
registradas y documentadas por medio del CMS.
Debido al cableado en gran parte completado,
probado, y parcialmente enchufable, la instalación
de la planta del cliente se llevó a cabo de manera
rápida y sin inconvenientes. Entonces, el momento
são indispensáveis uma tecnologia de medição e métodos de análises específicos. Outros dados de estado
relevante, de qualquer forma disponível no sistema
de automatização também podem ser incluídos no
sistema de monitoramento de condição.
4 A utilização ótima do CMS através
da combinação com o acesso remoto
As preocupações da TIC com a segurança e a falta de
confiança é muitas vezes expressa como uma razão
para não permitir o acesso remoto aos sistemas industriais. A Siemens oferece uma solução que permite
a redução dos riscos ao mínimo. Os serviços remotos
da Siemens são, baseiam-se na plataforma comum
de serviço remoto (cRSP), que já foi estabelecida em
outras filiais ao redor do mundo, como a engenharia médica ou energética. A segurança da conexão
remota é garantida mediante as infra-estruturas de
certificação segundo a norma ISO 23001, assim como
as normas de segurança rígidas.
A separação das redes através da chamada rede perímetral garante a liberdade de retroalimentação. As
conexões de segurança através de túneis criptografados baseado em IPsec ou SSL garantem que o tráfego
dos dados não possam ser interceptados. Neste caso, o
nível de segurança também impressionou ao cliente.
5 As experiências positivas
a partir da implementação
O monitoramento das condições de medição foi primeiro utilizado no teste de funcionamento do moinho de cimento equipado com o acionamento da
Flender EMPP. A tecnologia de medição demonstrou
imediatamente suas vantagens, já que um pequeno
erro na configuração do banco de testes, o qual poderia ter resultado em danos sérios, foi em seguida
detectado: devido ao excesso de óleo, as perdas por
respingos que se produziram no espaço de ar do motor eram tão altas que forma produzidas altas temperaturas inaceitáveis nos ímãs permanentes. A não
detecção da falha poderia ter causado um dano pre-
Siemens
la medición de las vibraciones. La alta frecuencia
de muestreo viene acompañada por la necesidad de
una gran memoria de trabajo y gran potencia de
cálculo para la compresión de datos brutos de medición. En general, estos requisitos no eran cumplidos
por los sistemas de automatización anteriores. Por
lo tanto, para el análisis de vibración y el monitoreo
del pares con una alta dinámica, una tecnología de
medición y métodos de análisis específicados son
indispensables. Otros datos de estado relevantes, de
cualquier forma disponibles en el sistema de automatización, pueden ser también incluidos en el
sistema de monitoreo de condición.
www.zkg.de
Siemens
emocionante legó al iniciar el accionamiento ubicado bajo el molino por primera vez. Aquí, otra
ventaja del CMS se hizo evidente. El PC Microbox
utilizado para el registro de datos ya se había instalado, en la sala de operación en otro edificio a unos
100 m de distancia, y conectado a través de un cable de fibra óptica (OFC). Durante la primera puesta en marcha sin embargo, el técnico instalador
quería estar lo más cerca posible al accionamiento
y el convertidor para ver la alta resolución de los
datos de medición en línea (velocidad de rotación,
el par, las señales del convertidor). Dado que el sistema de medición está conectado en red a través
de Firewire, en lugar de PC Microbox, un computador portátil pudo ser utilizado para el registro
y la visualización de datos, el cual fue instalado
en las proximidades del accionamiento al lado del
portátil para operar el convertidor de frecuencia
(véase Fig. 4) . Con el fin de evaluar la influencia
de los parámetros de control sobre la dinámica del
accionamiento, los análisis de frecuencia en línea
de la señal del par fueron calculados y mostrados
en tiempo real por medio del Sistema de Monitoreo
de Condición.
Otra de las ventajas del concepto modular surgió, cuando el técnico instalador solicitó la documentación temporal de señales del convertidor y de
señales externas adicionales, la cual no había sido
proporcionada durante el diseño del proyecto. Esta
solicitud pudo ser atendida a los pocos minutos, conectando un nodo de entrada analógica Siplus CMS
al sistema de bus CMS a través de Firewire. Los datos adicionales estuvieron disponibles de inmediato y sincronizaron cronológicamente con los otros
datos. Al finalizar los trabajos de puesta en marcha,
el nodo simplemente se volvió a desmontar.
Con la posibilidad prevista de Siplus CMS de
realizar cálculos en tiempo real de todas las señales de medición, tales como espectros de Fourier
(sobre la base de una función integrada FFT), el
liminar no rotor do motor. O resto da execução dos
testes transcorreram sem problemas; todos os sinais
foram registrados e documentados pelo CMS.
Devido à fiação concluída em grande parte, testada e parcialmente ligada, a instalação da fábrica do
cliente foi realizada de forma rápida e sem inconvenientes. Em seguida, chegou o momento emocionante
ao iniciar o acionamento localizado pela primeira vez
sob o moinho. Aqui, outra vantagem da CMS tornou-se evidente. O PC Microbox utilizado para o registro
de dados já tinha sido instalado na sala de operação
em outro edifício cerca de 100 metros de distância, e
conectado através de um cabo de fibra óptica (OFC).
Durante o comissionamento no entanto, o instalador
queria estar o mais próximo possível do acionamento
e do conversor para ver a alta resolução dos dados
de medição em linha (velocidade de rotação, torque,
conversor de sinais). Uma vez que o sistema de medição está ligado em rede através de Firewire, em vez
de um PC Microbox, um computador portátil pode ser
utilizado para o registro e a visualização dos dados,
os quais foram instalados nas proximidades do acionamento ao lado do computador portátil para operar
o conversor de frequências (veja a Figura 4). Com a
finalidade de avaliar a influência dos parâmetros de
controle sobre a dinâmica do acionamento, as análises de frequência em linha de sinal de torque foram
calculadas e visualizadas em tempo real por meio do
Sistema de Monitoramento de Condições.
Uma outra vantagem do conceito modular surgiu
quando o instalador solicitou a documentação temporária de sinais do conversor e de sinais externos adicionais, os quais não haviam sido fornecidos durante
a concepção do projeto. Este pedido pode ser atendido em poucos minutos, conectando um nó de entrada
analógica SIPLUS CMS ao sistema bus CMS via Firewire. Os dados adicionais estavam imediatamente
disponíveis e cronologicamente sincronizados com
os outros dados. Após a conclusão dos trabalhos de
comissionamento, o nó foi simplesmente desmontado.
4 Durante la puesta en
marcha en la planta, las
ventajas del concepto
se evidencian: flexible,
monitoreado independiente de la ubicación
gracias al Firewire
conectado vía LWL,
análisis adicionales
en línea en la planta
y registro de la señal
síncrona conectada con
un mínimo esfuerzo
Durante o comissionamento da planta, as
vantagens do conceito
são evidentes: flexível,
monitoramento independente da localização graças ao Firewire
conectado via LWL,
análises adicionais online
na fábrica e registro do
sinal síncrono conectado
com o mínimo esforço
15
diagnóstico rápido de todas las señales de medición fue posible desde una temprana etapa. En este
caso, durante la ejecución de la prueba se detectó
que la calidad de las señales del sensor de velocidad debía ser mejorada por medio de una alineación renovada. En el curso de la puesta en marcha,
la optimización de los parámetros de regulación
pudo ser simplificada mediante el ajuste en línea
de los diferentes valores de medición con factores
sintéticos. La influencia de diferentes parámetros
y estructuras de regulador fue inmediatamente
comprensible y documentable. El análisis de fallos
del proceso se simplificó en gran medida a través
de la sincronía de las señales, ya que las señales de
proceso y las señales dinámicas de accionamiento
pudieron ser correlacionadas. En la culminación
del primer trabajo de puesta en marcha, el Sistema
de Monitoreo de Condición fue cambiado al modo
de monitoreamiento y registro. La señal de par
del Sistema de Monitoreo de Condición se utiliza
como protección contra sobrecargas y causa la estabilización del proceso a través del convertidor.
Así, el CMS protege la unidad desde el primer minuto.
En el curso posterior, los parámetros del convertidor fueron optimizados. Aquí, el acceso remoto
seguro a través de la plataforma de servicio remoto
común (cRSP) fue ventajoso, ya que el experto en
convertidores pudo llevar a cabo modificaciones de
los parámetros mediante el acceso remoto a través
del PC Microbox en comunicación con el cliente,
sin tener que viajar a la planta. La optimización
de los parámetros del convertidor y la mejora correspondiente de la dinámica del par y de los procesos fueron documentadas por medio de CMS, los
estados de referencia fueron determinados. Desde
entonces, la unidad ha estado funcionando sin problemas y con alta disponibilidad.
6 Conclusión
Un moderno CMS, profundamente integrado en
la automatización, ofrece numerosas ventajas en particular, cuando se combina con el servicio
remoto seguro. La experiencia demuestra que el
aumento de la disponibilidad de los accionamientos se puede demostrar mientras que los costos de
mantenimiento son reducidos. En el futuro es de
esperar que en base a las experiencias exhaustivas
de campo, la calidad de los diagnósticos automáticos se continúe perfeccionando. El estándar de integración de sistemas de medición de par altamente
dinámicos en los trenes de transmisión significa
que los daños no ocurrirán en absoluto, porque sobrecargas serán evitadas y pronósticos más precisos en cuanto a la vida residual se hacen posibles
en base a datos profundos. Estos pronósticos son
una contribución esencial para el aumento de la
disponibilidad y la productividad de las plantas automatizadas complejas.
16
Com a possibilidade prevista do SIPLUS CMS de
realizar cálculos em tempo real de todos os sinais de
medição, tais como espectros de Fourier (com base
em uma função integrada FFT), foi possível desde
uma etapa inicial o diagnóstico rápido de todos os
sinais de medição. Neste caso, durante a execução de
um teste verificou-se que a qualidade dos sinais do
sensor de velocidade deveria ser melhorada por meio
de um alinhamento renovado. Durante a inicialização, a otimização dos parâmetros de controle pode
ser simplificada, ajustando os valores diferentes de
medição on-line com fatores sintéticos. A influência
de diferentes parâmetros e estruturas do controlador
foi imediatamente compreensível e documentada. A
análise de falhas do processo foi bastante simplificada através da sincronia dos sinais, uma vez que os
sinais de processo e os sinais dinâmicos de acionamento puderam ser correlacionados. No ponto culminante da primeira implementação de trabalho, o
Sistema de Monitoramento de Condições foi alterado
para o modo de monitoramento e registro. O sinal
de torque do Sistema de Monitoramento de Condições é utilizado como proteção contra sobrecargas e
causa estabilização do processo através do conversor.
Assim, o CMS protege a unidade desde o primeiro
minuto.
Na continuação do curso, os parâmetros do conversor foram otimizados. Aqui, o acesso remoto seguro através da plataforma de serviços remotos comum (cRSP) foi vantajoso, uma vez que os peritos em
conversores pode realizar as alterações dos parâmetros por acesso remoto através do PC Microbox em
comunicação com o cliente, sem ter que se deslocar
para a planta. A otimização dos parâmetros do inversor e a melhoria correspondente da dinâmica do torque e dos processos foram documentadas pelo CMS,
os estados de referência foram determinados. Desde
então, a unidade esta funcionando sem problemas e
com alta disponibilidade.
6 Conclusão
Um moderno CMS, profundamente integrado na automação, oferece numerosas vantagens – especialmente, quando combinado com um serviço remoto
seguro. A experiência tem mostrado que o aumento
da disponibilidade das unidades podem ser demonstradas quando os custos de manutenção são reduzidos. No futuro, espera-se que, com base na extensa
experiência de campo, a qualidade dos diagnósticos
automáticos continuem a se aperfeiçoar. O padrão da
integração do sistema de medição de torque altamente dinâmico nos trens de transmissão significa que
os danos não iram ocorrer, pois sobrecargas serão
evitados, e prognósticos mais precisos em termos de
previsões de vida residual são possíveis com base em
dados qualitativos. Estes prognósticos são uma contribuição essencial para aumentar a disponibilidade
e a produtividade das fábricas com automatização
complexas.
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Mueve las fábricas cementeras 24/7
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Estabilidad operacional continua es un objetivo fundamental en el desempeño de cualquier
planta. En el camino para alcanzar este objetivo, hay muchos obstáculos a ser superados –
desde las materias primas hasta los procesos de producción y los equipos técnicos. El control de
calidad es esencial ya desde el principio del proceso, pues disturbios son capaces de interferir
en todo el proceso haciendo imposible las operaciones sin inconvenientes y eficientes.
TEXTO Jeffrey Kemmerer, Jérôme Gondeau, PANalytical B.V., Almelo/Holanda
Estabilidade operacional continua a ser um objetivo fundamental no desempenho de qualquer
da planta. No caminho para atingir este objetivo, há muitos obstáculos a serem superados – desde
matérias-primas até os processos de produção e equipamentos técnicos. O controle de qualidade
é essencial já no princípio do processo, pois distúrbios são capazes de interferir em todo o processo
tornando impossível as operações suaves e eficientes.
Planta en Tuban,
Indonesia
Planta em Tuban,
Indonésia
PANALYTICAL
CNA en las canteras –
problemas y soluciones
1 Introducción
A fin de producir cemento de una forma “mejor”,
la industria del cemento continuamente optimiza el
proceso de fabricación de cemento. “Mejor” abarca
una amplia gama de parámetros desde el costo de
producción, la calidad del cemento, las propiedades
del cemento y, claro, el impacto ambiental. Aunque
han tenido lugar muchos desarrollos nuevos e interesantes en estas áreas, muchos de los desafíos de controlar el proceso del cemento permanecen inalterados
desde los primeros días de la industria.
Estabilidad operacional continua siendo un objetivo fundamental y lo que se encuentra en el camino
de este objetivo son las causas de variación y las fa-
18
1 Introdução
A fim de produzir cimento de uma forma “melhor”, a
indústria do cimento continuamente otimiza o processo de fabricação de cimento. “Melhor” abrange
uma ampla gama de parâmetros desde o custo de
produção, a qualidade do cimento, propriedades do
cimento e, claro, o impacto ambiental. Embora tenham acontecido muitos desenvolvimentos novos
e interessantes nessas áreas, muitos dos desafios de
controlar o processo de cimento permanecem inalterados desde os primeiros dias da indústria.
Estabilidade operacional continua a ser um objetivo fundamental e o que se encontra no caminho desse objetivo são causas de variação e falhas
www.zkg.de
Analyzing //
MATERIALS
llas de funcionamiento. Un desafío fundamental son
las materias primas que son normalmente extraídas
de fuentes de variabilidad natural. Producir materia
prima químicamente correcta y estable es un requisito fundamental para apoyar el buen funcionamiento
de la operación del proceso de pirotecnia. Sin materia prima estable, las perturbaciones son capaces de
interferir en todo el proceso haciendo imposible las
operaciones sin inconvenientes y eficientes.
2 El análisis del material a granel basados
en tecnología de neutrones
Instrumentos basados en la tecnología de neutrones
fueron efectivamente utilizados para este fin hasta
más de dos décadas. Estos analizadores tienen la ventaja de examinar casi todo el material que pasa en la
banda y rápidamente proporcionan un análisis elemental del material “visto”.
Una vez que el analizador se basa en interacciones nucleares, los resultados son independientes de
la estructura del mineral. Al contrario de los análisis
de rayos X (XRF de la sigla inglesa X-ray fluorescence), el infrarojo cercano (NIR de la sigla inglesa
Near Infrared), o de espectroscopia de plasma inducida por láser (LIBS da sigla inglesa Laser Induced
de funcionamento. Um desafio fundamental são as
matérias-primas que são normalmente extraídas de
fontes com variabilidade natural. Produzir matéria-prima quimicamente correta e estável é um requisito
fundamental para uma operação suave do piroprocesso. Sem matéria-prima estável, as perturbações
são capazes de interferir em todo o processo tornando impossível as operações suaves e eficientes.
2 A análise de material a granel baseada
na tecnologia de Neutrons
Instrumentos baseados em Nêutrons foram efetivamente utilizados para este fim há mais de duas
décadas. Estes analisadores têm a vantagem de
analisar praticamente todo o material que passa na
esteira e rapidamente proporcionam uma análise
elementar do material “visto”.
Uma vez que o analisador se baseia em interações nucleares, os resultados são independentes da
estrutura mineral do material. Ao contrário das análises de raios-X (da sigla inglesa XRF x-ray analyses), de infravermelho próximo (da sigla inglesa NIR
Near Infrared), ou de espectroscopia com plasma induzido por laser (da sigla inglesa LIBS Laser induced
Breakdown Spectroscopy), os instrumentos nuclea-
19
1 Flujo del proceso
Fluxo de processo
20
Breakdown Spectroscopy), los instrumentos nucleares pueden proveer un análisis relativamente preciso de todo el volumen del proceso.
Los primeros instrumentos nucleares fueron basados en isótopos. El material pasaba bajo (o sobre)
un isótopo emitiendo neutrones (muchas veces Californio-252) para así activar los núcleos de la materia
prima y con la radiación gama resultante era medida.
Por más de una década, la vida útil de los tubos de
neutrones eléctricos aumentó y con ello los analizadores basados en tubos se volvieron eficientes y
prácticos. El PANalytical CNA (analizador de neutrones controlados) que posee tecnología de neutrones
Sodern es el más común de estos analizadores.
Los instrumentos basados en tubos ofrecen un
número de ventajas en relación con los sistemas a
base de isótopos:
» Seguridad – una vez que el flujo de neutrones
es generado por un tubo alimentado eléctricamente, un simple enclavamiento eléctrico puede
interrumpir el flujo de neutrones para permitir
el acceso seguro al área de análisis y a sus estructuras internas. Mientras que un blindaje está
disponible para proteger el área, inclusive cuando el analizador está funcionando, muchas veces
una simple barrera e interruptores de proximidad pueden proporcionar una seguridad inigualable para los trabajadores de la fábrica.
» Controlabilidad – el flujo de neutrones a partir
de un tubo eléctrico puede ser controlado ajustando el voltaje y la corriente que llega al tubo.
res podem fornecer uma análise relativamente precisa de todo o volume do processo.
Os primeiros instrumentos nucleares foram baseados em isótopos. O material passava por baixo
(ou acima) de um isótopo emissor de nêutron (muitas vezes Califórnio-252) para assim ativar os núcleos da matéria-prima e com isso a radiação gama
resultante era medida. Por mais de uma década, a
vida útil dos tubos de nêutrons elétricos e com isso,
aumentou por mais de uma década, os analisadores
baseados em tubos se tornaram eficientes e práticos.
O PANalytical CNA (analisador de nêutrons controlados) que possui tecnologia de nêutrons Sodern é o
mais comum desses analisadores.
Os instrumentos baseados em tubos fornecem
um número de vantagens em relação aos sistemas
à base de isótopos:
» Segurança – Uma vez que o fluxo de nêutrons é
gerado por um tubo alimentado eletricamente,
um intertravamento elétrico simples pode interromper o fluxo de nêutrons para permitir o acesso seguro à área de análises e a suas estruturas
internas. Enquanto a blindagem está disponível
para proteger a área, mesmo quando o analisador está funcionando, muitas vezes uma simples
barreira e interruptores próximos podem proporcionar uma segurança inigualável para os
trabalhadores da fábrica.
» Controlabilidade – O fluxo de nêutrons a partir
de um tubo elétrico pode ser controlado ajustando a voltagem e a corrente que chega ao
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Analyzing // MATERIALS
»
Ciclos de retroalimentación internos miden y
regulan el flujo de neutrones, con el fin de proporcionar un funcionamiento estable durante la
vida del tubo. Los isótopos generan neutrones a
través de su decadencia interna y su vida media
es una medida da tasa de decadencia. Califórnio-252 tiene una vida media de un poco más
de 2,5 años, lo que significa que después de ese
tiempo, el flujo de neutrones es literalmente
la mitad del de una unidad nueva. Reabastecimientos de la fuente y ajustes de calibración
internos son necesarios para compensar esa
continua decadencia. A pesar de esto, cuando
la reposición se aproxima, la reducción del flujo
de neutrones tiene un impacto negativo en el
funcionamiento del analizador.
Confiabilidad – los tubos de neutrones son muy
confiables. Una vez energizado, el tubo funciona probablemente en condiciones óptimas para
el resto de su vida – muchas veces por más de
12 000 horas de funcionamiento. Además de
esto, los tubos de reposición disponibles ofrecen
una capa extra de seguridad. Los isótopos también son confiables, pero requieren ser reabastecidos cada 2 años de un mercado un tanto volátil
y muchas veces incierto.
»
tubo. Malhas de controle com feedback interno
medem e regulam o fluxo de nêutrons, a fim
de proporcionar um funcionamento estável durante a vida do tubo. Isótopos geram nêutrons
através de seu decaimento e sua meia-vida é
uma medida da taxa de decaimento. Califórnio-252 tem uma meia-vida de um pouco mais
de 2,5 anos, o que significa que após esse tempo, o fluxo de nêutrons é literalmente a metade do de uma unidade nova. Reabastecimentos
da fonte e ajustes de calibração internos são
necessários para compensar esse contínuo decaimento. Apesar disso, quando a reposição se
aproxima, a redução do fluxo de nêutrons tem
um impacto negativo no funcionamento do
analisador.
Confiabilidade – tubos de nêutrons são muito
confiáveis. Uma vez energizado, o tubo vai provavelmente funcionar em condições ótimas para
o resto da sua vida – muitas vezes por mais de
12 000 horas de funcionamento. Além disso, os
tubos de reposição estão disponíveis para oferecer uma camada extra de segurança. Isótopos
também são confiáveis, mas precisam ser repostos a cada 2 anos de um mercado que é um tanto
quanto volátil e muitas vezes incerto.
Con el fin de discutir y aplicar una solución adecuada, es importante definir y entender claramente el
problema. La operación de canteras está claramente
incluida en esta regla. La operación de canteras puede
abarcar una amplia gama de configuraciones – desde
las más simples a las más complexas – y operaciones
desde las más sofisticadas a las más básicas. Un ejemplo de estos rangos es descrito a continuación:
A fim de discutir e aplicar uma solução adequada, é
importante definir e entender claramente o problema. Operação de minas estão claramente incluídas
nesta regra. Operação de minas de cimento pode
abranger uma ampla gama de configurações – desde simples à mais complexa – e operações da mais
sofisticada à muito básica. Uma exemplo destas
faixas esta descrita abaixo:
3 Problemas en las canteras
3.1 Cantera estable
Una cantera estable, normalmente requiere un esfuerzo mínimo de control, pues en muy pocas ocasiones ocurren sorpresas durante la extracción de la
roca. Sin embargo, particularmente en plantas de alta
producción, el costo de la adecuación ocasional de la
cantera más que justifica un depósito de inventario y
un analizador para monitorear su composición.
3 Problemas nas minas
3.1 Mina estável
Uma mina estável, muitas vezes requer um esforço
mínimo de controle, pois em poucas ocasiões ocorrem surpresas durante a extração de rochas. Mesmo
assim, particularmente em plantas de alta produção,
o custo de distúrbios ocasionais na mina mais do
que justifica uma pilha de estoque e um analisador
para monitorar sua composição
3.2 Cantera compleja
Las canteras complejas pueden tener variaciones
químicas significativas de banco a banco, así como
intrusiones de material indeseable. Para crear un
inventario estable son necesarios un monitoreamiento y una retroalimentación cercanos. La clasificación puede ser necesaria para desviar la roca de
componentes indeseables para operaciones agregadas o pilas de restos.
3.2 Mina complexa
Minas complexas podem ter variações químicas
significativas de acordo com cada banco, bem
como material indesejável. Para criar um estoque
estável são necessários monitoramento e feedback próximos. A classificação do material pode ser
necessária para desviar a rocha com componentes
indesejáveis para operações agregadas ou pilhas de
rejeitos.
3.3 Cantera envejecida
Muchas canteras se están aproximando al final de
su vida útil, sin embargo encontrar y permitir sus-
3.3 Mina envelhecida
Muitas minas estão se aproximando do final de sua
vida-útil, no entanto encontrar e permitir substi-
21
tituciones puede ser un proceso caro y demorado.
En muchos casos, el monitoreamiento cercano y el
control a la salida de la cantera pueden extender la
vida útil de la cantera (y tal vez de la planta) más
allá de las expectativas iniciales.
tuições pode ser um processo caro e demorado. Em
muitos casos, monitorização de perto e controle da
saída da mina pode estender a vida útil da mina (e
talvez da planta), bem além das expectativas iniciais.
3.4 Fuentes fuera del sitio
Un cierto número de plantas, especialmente aquellas que pueden ser abastecidas por agua, obtienen
sus materias primas provenientes de la operación de
canteras fuera del sitio o de proveedores independientes. Estos materiales pueden ser suministrados
desde la cantera o pre-homogenizados en la cantera.
En ambos casos, el seguimiento cercano de la composición química de las materias primas que llegan es
necesario para proveer informaciones para posteriores mezclas o para dar alarma cuando el material se
encuentra fuera de especificación.
3.4 Fontes Off-site
Um certo número de plantas, especialmente aquelas que podem ser abastecidos por via fluvial, obtêm suas matérias-primas provenientes da exploração de jazidas fora do local ou de fornecedores
independentes. Estes materiais podem ser fornecidos diretamente da mina ou pré-homogeneizado
na mina. Em ambos os casos, o acompanhamento
de perto da composição química das matérias-primas que chegam é necessário para fornecer
informações para posteriores misturas ou para dar
alarme quando o material chegar fora da especificação.
4 Soluciones
Para integrar la solución con el problema, un analizador CNA puede ser instalado en un cierto número de
configuraciones:
» Sólo con mediciones – en los casos en que es
necesaria una acción correctiva limitada, el CNA
puede ser instalado luego el triturador moedor
primario para monitorear la composición del
material alimentado al inventario o a la pila de
mezcla para dar alarma cuando el material está
fuera de especificación.
» Mediciones y control – en los casos en que una
acción correctiva es frecuentemente necesaria, el
CNA puede ser acoplado con el software de control de la pila para suministrar retroalimentación
para la operación de la cantera y calcular el tipo
de material (los bancos) necesarios para lograr la
especificación de la pila. Ya que los cálculos de
mezcla para las pilas son bastante simples, es un
desafío para los operadores de la cantera proveer
informaciones útiles. En plantas con una sala de
mini-control en la cantera, las informaciones de
control pueden ser vistas en la mesa de un supervisor y éste puede proveer pode instrucciones
por radio para implementar las correcciones. En
muchas plantas sin embargo, la comunicación directa con los conductores de camiones, con terminales móviles o con una serie de semáforos es
necesaria. En todos los casos, una comunicación
fácil y retroalimentación son lo importante en la
cadena de control de varias materias primas.
» Mezcla en una pila – en algunas plantas, el objetivo es crear una pila cercana a la composición de
mezcla de las materias primas. Esto minimiza el
manejo y la corrección de la materia prima necesarias cerca del molino de crudo. Además de los
componentes de las canteras, aditivos de corrección son almacenados en la cantera y dosificados
en la pila, normalmente a través de un cargador
frontal. Los materiales correctivos deben ser adi-
22
4 Soluções
De modo a integrar a solução com o problema, um
analisador CNA pode ser instalado em um certo
número de configurações:
» Apenas com medições – Em casos em que é necessária uma ação corretiva limitada, o CNA
pode ser instalado após britador primário para
monitorar a composição do material alimentado
ao estoque ou a pilha de misturas para alarme do
material fora de especificação.
» Medições e Controle – Nos casos em que uma
ação corretiva é freqüentemente necessária,
o CNA pode ser acoplado com o software de
controle de pilha para fornecer feedback para
os operadores da pedreira e calcular o tipo de
material necessários para obter a especificação
da pilha. Embora os cálculos de mistura para
pilhas sejam bastante simples, é um desafio
fornecer informações úteis para os operadores
da mina. Em plantas com uma sala de mini-controle na mina, as informações de controle
podem ser vistas na mesa de um supervisor e
ele pode fornecer instruções por rádio para implementar as correções. Em muitas plantas no
entanto, a comunicação direta com os motoristas de caminhão, com terminais móveis ou com
uma série de semáforos é necessária. Em todos
os casos, uma comunicação fácil e feedback sao
elos importantes na cadeia de controle de várias matérias-primas.
» Mistura na pilha – Em algumas plantas, o objetivo é criar uma pilha perto da composição
de matérias-primas. Isso minimiza o manuseio
e correções necessárias no do moinho de cru.
Além do componentes das minas, aditivos de
correção são armazenados na minas agregados
à pilha, normalmente através de uma pá carregadeira. Os materiais corretivos devem ser adicionados levando em consideração a geometria
www.zkg.de
Analyzing // MATERIALS
cionados considerando la geometría de la pila,
con el fin de tenerlos distribuidos uniformemente
en toda la pila.
da pilha, a fim de tê-los distribuídos uniformemente em toda a pilha.
5 Benefícios
Uno de los desafíos de producir con precisión materias primas de calidad es conocer la composición química de los componentes. Si la composición de todos
los componentes es conocida, la mezcla es una operación trivial. Normalmente, este no es el caso, ya que
muchas veces datos históricos de composiciones antiguas o resultados de muestras tomadas son utilizados
para la mezcla. Con el CNA y la homogenización del
inventario, el software de control de la mezcla puede
proveer una estimación precisa de la composición del
material de la cantera el cual es la mayor parte de la
mezcla cruda. Esto deja en duda apenas la composición de los aditivos y permite la producción controlada de una mezcla de materia prima.
5 Benefícios
Um dos desafios de produzir com precisão várias
matérias-primas de qualidade é conhecer a composição química dos componentes. Se a composição de todos os componentes é conhecida, a mistura torna-se uma operação trivial. Normalmente,
este não é o caso, já que muitas vezes composições antigas ou resultados de amostras de caçamba são utilizados para a mistura. Com o CNA e
com a homogeneização do estoque, software de
controle da mistura pode fornecer uma estimativa precisa da composição do material da mina a
qual é a maior parte da mistura crua. Isto deixa
em dúvida apenas a composição dos aditivos e
permite a produção controlada de uma mistura de
matéria-prima.
6 Conclusiones
CNA y otros instrumentos de base nuclear continúan
siendo eficaces para medir y controlar la composición de la mezcla de materia prima. Estos pueden ser
utilizados para medir la alimentación del inventario,
la alimentación molino de crudo, o de ambas. Las
aplicaciones de inventario fueron destacadas en este
artículo y desempeñan un papel importante en la obtención de la estabilidad de la materia prima.
6 Conclusões
O CNA e outros instrumentos de base nuclear continuam a ser eficazes para medir e controlar a composição da mistura de matéria-prima. Eles podem
ser utilizados para medir a alimentação do estoque,
alimentação do moinho de cru, ou de ambas. As
aplicações de estoques foram destacadas neste artigo e desempenham um papel importante na obtenção de estabilidade da matéria-prima.
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La base para la concepción de un sistema de transporte neumático es el conocimiento preciso
del material a ser transportado. Este es adquirido por medio de análisis de la materia prima
que determina por ejemplo, la distribución granulométrica, la densidad aparente, el contenido
de la humedad y las propiedades de superficie. Con base en los parámetros del sistema y los
datos determinados del material, el proceso de concepción técnica del sistema es realizado,
generalmente utilizando programas especiales de informática.
TEXTO Volker Göcke,
PLM/Gerente Técnico del Centro Técnico, Claudius Peters Projects GmbH, Buxtehude/Alemania
PLM/Gerente Técnico do Centro Técnico, Claudius Peters Projects GmbH, Buxtehude/Alemanha
A base para a concepção de um sistema de transporte pneumático é o conhecimento preciso do
material a ser transportado. Este é adquirido por meio de análises da matéria-prima que determinam
por exemplo, a distribuição granulométrica, a densidade, o teor de umidade e as propriedades de
superfície. Com base nos parâmetros do sistema e os referidos dados do material, o processo de concepção técnica do sistema é realizado, geralmente utilizando programas especiais de informática.
La línea de transporte
de larga distancia simulada en las instalaciones
de Claudius Peters
A linha de transporte de
longa distância simulada
no local da Claudius
Peters
CLAUDIUS PETERS PROJECTS
Transporte de larga distancia a través
de un sistema neumático
Transporte de longa distância através
de um sistema pneumático
Muchas veces nos preguntan sobre los límites físicos de los sistemas de transporte neumático. La
idea del transporte neumático de larga distancia
recorriendo distancias de varios kilómetros es vista
con escepticismo y casi no hay sistemas con distancias de transporte superiores a 2 km. En el ámbito
de un proyecto, que incluyó el transporte neumático de polvo de carbón a lo largo de una distancia
de 30 km, Claudius Peters decidió instalar la línea
de prueba de transporte neumático más larga del
mundo, con una extensión de 5,1 km localizada en
las instalaciones del centro técnico de la empresa.
Además del desafío involucrado en la ingeniería de
24
Muitas vezes nos perguntam sobre os limites físicos
dos sistemas de transporte pneumático. A idéia do
transporte pneumático de longa distância percorrendo distâncias de vários quilômetros é vista com
ceticismo e quase não há sistemas com distâncias
de transporte superiores a 2 km. No âmbito de um
projeto, que inclui o transporte pneumático de pó de
carvão ao longo de uma distância de 30 km, Claudius
Peters decidiu instalar a linha de testes de transporte
pneumático mais longa do mundo, com extensão de
5,1 km localizada nas instalações do centro técnico da empresa. Além do desafio envolvido na engenharia de processos, havia uma agenda restrita a
www.zkg.de
Conveying // MATERIALS
ser cumprida, pois o cliente havia especificado que o
primeiro carvão em pó deveria ser transportado no
sistema de testes dentro de três meses após o pedido
de ordem para o trabalho de testes. Graças aos muitos anos de experiência em construção de plantas e
cooperação otimizada de todos os setores envolvidos,
o projeto foi realizado dentro do prazo estipulado e
a viabilidade técnica foi comprovada na presença do
cliente. Os resultados dos testes confirmam os modelos de cálculo aplicado e permitem o aumento seguro
da escala.
1 Introdução
A base para a concepção de um sistema de transporte
pneumático é o conhecimento preciso do material
a ser transportado (Figura 1). Indispensáveis são
as análises de matéria-prima para determinar por
exemplo, a distribuição do tamanho das partículas,
a densidade, o teor de humidade e as propriedades de
superfície, e são geralmente realizadas antes da fase
de engenharia no laboratório de matérias-primas da
Claudio Peters (Figura 2). No caso descrito, o processo de concepção técnica do sistema foi realizado
1 Protocolo de investigación del material a
ser transportado
Relatório do material a
ser transportado
procesos, había una agenda estricta a ser cumplida,
pues el cliente había especificado que el primer carbón en polvo debería ser transportado en el sistema
de prueba tres meses después de la asignación de la
orden para el trabajo de prueba. Gracias a los muchos años de experiencia en construcción de plantas y la cooperación óptima de todos los sectores
involucrados, el proyecto fue realizado dentro del
plazo estipulado y la viabilidad técnica fue comprobada en presencia del cliente. Los resultados de las
pruebas confirman los modelos de cálculo aplicados
y permiten una ampliación a mayor escala segura.
1 Introducción
La base para la concepción de un sistema de transporte neumático es el conocimiento preciso del material a ser transportado (Figura 1). Indispensables
son los análisis de materia prima para determinar
por ejemplo, la distribución granulométrica, la
densidad aparente, el contenido de la humedad y
las propiedades de superficie, y son generalmente
realizadas antes de la fase de ingeniería en el laboratorio de materias primas de Claudio Peters (Figura 2). En el caso descrito, el proceso de concepción
técnica del sistema fue realizado posteriormente,
con base en los parámetros especificados del sis-
25
2 El laboratorio de
materia prima de
Claudius Peters
O laboratório de material-prima da Claudius
Peters
tema y en los datos de material ya determinados.
Programas de computación, desarrollados especialmente para ello, son generalmente utilizados como
herramientas de asistencia durante esta etapa.
Luego de la concepción general del sistema de
transporte y de sus componentes, tales como el volumen del depósito de presión, el tipo y diámetro
interno de la tubería, las pérdidas de presión esperadas y el gas de transporte necesario, el planeamiento de mediciones y el control de los equipos se
llevó a cabo de acuerdo con todos los aspectos relevantes de seguridad (Figuras 3 y 4). Como este proyecto involucra el transporte de polvo de carbón,
todo el sistema de transporte incluyendo el equipo
de eliminación de polvo fue convertido en inerte
por medio de evaporadores de nitrógeno externos.
El monitoreamiento fue hecho online.
posteriormente, com base nos especificados parâmetros do sistema e nos dados de material já determinados. Programas de computação desenvolvidos especialmente para isto são geralmente utilizados como
ferramentas de assistência durante este estágio.
Após a concepção geral do sistema de transporte e de seus componentes, tais como o volume do
reservatório de pressão, tipo e diâmetro interno da
tubulação, as quedas de pressão esperada e o gás de
transporte necessário, o planejamento de medição e o
controle dos equipamentos ocorreram de acordo com
todos os relevantes aspectos de segurança (Figuras 3
e 4). Como este projeto envolveu o transporte de pó
de carvão, todo o sistema de transporte incluindo o
equipamento de despoeiramento foi tornado inerte
por meio de evaporadores de nitrogênio externos. O
monitoramento foi feito online.
3 Concepción del sistema de medición y de la
tecnología de control
Concepção do sistema
de medição e da tecnologia de controle
26
www.zkg.de
2 Concepción del sistema de transporte
El objetivo era demostrar la operación continua. Dada una pérdida de presión de transporte de aproximadamente 5 bar, los
únicos dispositivos de alimentación que podrían ser utilizados
fueron depósitos de presión funcionando alternadamente (Figuras 5 y 6). En cuanto una línea esta realizando el transporte,
el segundo depósito de presión (Figura 6) tiene que estar lleno
y presurizado.
Durante el cambio de depósito de presión, válvulas de control posicionadas a la salida garantizan que la tasa de alimentación permanezca uniforme y continua. Tolvas de alimentación
instaladas antes de los dos depósitos de presión actúan como
recipientes de recibimiento para el sistema de transporte y pueden ser alimentados separadamente a través de una válvula de
desvío en la tubería de transporte. La válvula de bola segmentada que fue recientemente desarrollada (Figura 7) fue utilizada
por primera vez como válvula de entrada de aire del sistema.
Las tolvas de alimentación son desenpolvadas a través de
una unidad de filtro. El monitoreamiento de O2 es realizado
online en el tubo de desenpolvamiento. Debido a su complejidad, las exigencias referentes a la medición y el control de la
tecnología son comparables con el las de un sistema de transporte a escala industrial. De hecho, el sistema de medición y
de control de la planta de prueba tienen que ser aún más flexibles y completos. A lo largo de todo la longitud de la línea de
prueba, un enfoque muy particular del trabajo de prueba fue
el análisis del comportamiento del material a ser transportado. Para alcanzar este objetivo, quince transmisores de presión
(Figura 8), fueron instalados en el tubo de transporte, a fin de
registrar continuamente el gradiente de presión a lo largo de
toda la línea de prueba de 5,1 km.
Al diseñar un sistema de transporte neumático, no sólo el
transporte seguro del material debe ser asegurado, sino también debe ser considerado el aspecto de un posible desgaste en
el interior del tubo de transporte y en las curvaturas de la tubería. Durante el transporte, el gas se expande, debido a la disminución de la presión en el tubo de transporte de retorno, lo
que resulta en velocidades de transporte elevadas. El resultado
a esas velocidades elevadas es el aumento del desgaste. Como
consecuencia, es necesario aumentar el diámetro interior del
tubo de transporte en puntos previamente calculados de acuerdo con el aumento de la distancia del punto de alimentación.
Al mismo tiempo, tiene que ser asegurado que la velocidad
no alcance valores menores al valor mínimo exigido para el
transporte fiable del material. La determinación del aumento
del diámetro interior del tubo de transporte en puntos previa-
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Tab. 1 Diseño de la tubería de transporte
Desenho dos tubos de transporte
Tubería de Transporte Tubos de Transporte
Diámetro interno de la tubería
Diâmetro interno do tubo
Longitud de la tubería segmentada
Comprimento do tubo segmentado
Longitud total de transporte
Comprimento total de transporte
Altura vertical Altura vertical
Cantidad de curvas de 90°
Quantidade de curvas de 90°
dR [mm] 83.1/95.8/102.2
Li [m]
1725/1680/1720
LR [m]
5125
HR [m]
5
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4 Representación esquemática del transporte
Representação esquemática do transporte
mente calculados requiere operaciones complejas
de computación y para esto también es necesario
una óptima experiencia especializada.
Para garantizar la dosificación con una tasa
constante y controlada, los depósitos de presión son
instalados en células de carga. La tasa de alimentación puede ser regulada por medio de válvulas
28
2 Concepção do sistema de transporte
O objetivo era demonstrar a operação contínua.
Dada uma queda de pressão de transporte de aproximadamente 5 bar, os únicos dispositivos de alimentação que poderiam ser utilizados foram reservatórios de pressão funcionando alternadamente
(Figuras 5 e 6). Enquanto uma linha esta realizando
www.zkg.de
de regulación en el flujo de salida de los depósitos
de presión, así como a través de la variación de las
presiones superiores en los depósitos de presión.
Para garantizar la velocidad mínima en el punto de
alimentación de la materia prima dentro del tubo
de transporte, la velocidad del gas de transporte es
determinada antes de la alimentación y es mantenida constante durante los procesos de arranque, operación. Este procedimiento asegura que el
transporte del material pueda ser hecho independientemente de la tasa de alimentación de materia
prima, con ello, independientemente de la presión
variable de retorno del proceso de transporte.
De acuerdo con los requisitos de seguridad industrial, sólo es posible operar el sistema con nitrógeno. Debido al consumo de gas de transporte no
despreciable, acumuladores de nitrógeno externos
tuvieron que ser unidos a vaporizadores adecuados
y conectados al sistema de prueba. Mientras tanto, un acumulador de nitrógeno significativamente
mayor fue adaptado (Figura 9), con el fin de asegurar el funcionamiento independiente del sistema
de transporte a lo largo de períodos de operación
de varias horas.
3 Pruebas
De acuerdo con las especificaciones del cliente fueron utilizadas 10 toneladas de carbón duro chileno
pulverizado para las pruebas, los cuales fueron molidos en nuestro molino de bolas tipo EM 17 (Figura 10) y después secados. El sistema de transporte
neumático posee un control semi-automático, con la
adquisición continua de datos en los puntos de medición pre-determinados. La Tabla 1 presenta los datos
básicos del proyecto de tubería de transporte, que es
hecho de acero estructural normal. El curso general
de la tubería de transporte es representado en el diseño de la instalación mostrada en la Figura 11.
La Figura 12 muestra el sistema típico de transporte a larga distancia. Dos depósitos de presión
conectados en paralelo inyectan el material en un
tubo de transporte principal, que va a un silo de
recepción. La dosificación uniforme del material en
el tubo de transporte es de importancia decisiva para
un transporte seguro. Esto es posible a través del
control del flujo de descarga del depósito de presión
por medio de válvulas de dosificación. En cuanto
una válvula se cierra lentamente, la otra está correspondientemente abierta. Con una regulación ideal,
el flujo de masa transportada permanece constante.
El transporte puede ser efectuado por medio de
dos o varios depósitos de presión conectados en paralelo. El tubo principal de transporte es generalmente prellenado con aire presurizado. La mayor
presión en el depósito de presión controla la velocidad de descarga. La presión pre-seleccionada y la
mayor presión monitoreada en el depósito es igual
a la presión máxima esperada de retorno en el tubo
principal de transporte más aproximadamente 0,3
o transporte, o segundo vaso de pressão (Figura 6)
tem que estar cheio e pressurizado.
Durante a mudança do reservatório de pressão,
válvulas de controle posicionadas na saída garantem que a taxa de alimentação permaneça uniforme
5 Depósito de presión 1
Vaso de pressão 1
6 Depósito de presión 2
Vaso de pressão 2
7 La válvula de bola
segmentada recientemente desarrollada
A válvula de esfera segmentada recentemente
desenvolvida
8 Transmisores de presión en el tubo (margen
derecho)
Transmissores de pressão no tubo (margem
direita)
29
9 Acumuladores externos de nitrógeno
Acumuladores externos
de nitrogênio
bar. El transporte comienza cuando la válvula de
bloqueo se abre. El volumen de flujo de gas de transporte es registrado en m3/h de presión de operación
a través de una válvula de control que regula la velocidad inicial necesaria para el transporte del material en particular. Así, en cada punto de funcionamiento se puede garantizar que no haya posibilidad
de obstrucción en el tubo de transporte. La Figura
13 presenta las velocidades a partir del punto de
alimentación del material hacia el silo de recepción.
En este ejemplo, una velocidad de transporte
inicial de aproximadamente 9 m/s fue seleccionada (línea roja). La curva verde representa el curso
de la velocidad durante la ruta de transporte con
aumento de las tasas de rendimiento. Una presión
más elevada, en el inicio del tubo de transporte –
provocada por el aumento de la tasa de alimentación del material – conlleva a una velocidad más
elevada en el final del tubo de transporte. La velo10 El molino de bolas
tipo EM 17 usado
para moler el polvo de
carbón
O moinho de bolas tipo
EM 17 usado para moer
o pó de carvão
30
e contínua. Funis de alimentação instalados antes
dos dois reservatórios de pressão atuam como recipientes de recebimento para o sistema de transporte
e podem ser alimentados separadamente através de
uma válvula de desvio na tubulação de transporte.
A válvula de esfera segmentada que foi recentemente desenvolvida (Figura 7) foi utilizada pela primeira
vez como válvula de entrada de ar do sistema.
Os funis de alimentação são desempoeirados
através de uma unidade de filtro. O monitoramento
de O2 é realizado online no tubo de despoeiramento.
Devido à sua complexidade, as exigências referentes
a medição e o controle de tecnologia são comparáveis com as de um sistema de transporte em escala
industrial. De fato, o sistema de medição e de controle da planta de teste tinham que ser ainda mais
flexíveis e abrangentes. Ao longo de todo o comprimento da linha de testes, um enfoque muito particular do trabalho de testes foi a análise do comportamento do material a ser transportado. Para alcançar
este objetivo, quinze transmissores de pressão (Figura 8), foram instalados no tubo de transporte, a fim
de registrar continuamente o gradiente de pressão
ao longo de toda a linha de teste de 5,1 km.
Ao projetar um sistema de transporte pneumático, não só o transporte seguro do material deve
ser assegurado, mas também deve ser levado em
consideração o aspecto de um possível desgaste no
interior do tubo de transporte e as curvaturas da
tubulação. Durante o transporte o gás se expande,
devido à diminuição da pressão no tubo de transporte de retorno o que resulta em velocidades de
transporte elevadas. O resultado a essas velocidades
elevadas é o aumento do desgaste. Como consequência, é necessário aumentar o diâmetro interior
do tubo de transporte em pontos previamente calculados de acordo com o aumento da distância do
ponto de alimentação. Ao mesmo tempo, tem que
ser assegurado que a velocidade não atinja valores
abaixo do valor mínimo exigido para o transporte
fiável do material. A determinação do aumento do
diâmetro interior do tubo de transporte em pontos
previamente calculados requer operações complexas de computação e para isso também é necessário
ótima experiência especializada.
Para garantir a dosagem com uma taxa constante
e controlada, os dois vasos de pressão estão instalados em células de carga. A taxa de alimentação pode
ser regulada por meio de válvulas de regulação no
fluxo de saída dos vasos de pressão, assim como através da variação das pressões superiores nos vasos de
pressão. Para garantir a velocidade mínima no ponto
de alimentação da matéria-prima dentro do tubo de
transporte, a velocidade do gás de transporte é determinada antes da alimentação e é mantida constante
durante os processos de início do funcionamento, de
execução e de operação. Este procedimento assegura
que o transporte do material pode ser feito independentemente da taxa de alimentação de matéria-pri-
www.zkg.de
ma com isso, independentemente da pressão variável de
retorno do processo de transporte.
De acordo com os requisitos de segurança industrial,
só é possível operar o sistema com nitrogênio. Devido ao
grande consumo de gás de transporte, acumuladores de
nitrogênio externos tiveram que ser ligados a vaporizadores adequados e conectados ao sistema de teste. Neste meio
tempo, um acumulador de nitrogênio significativamente
maior teve que ser adaptado (Figura 9), a fim de assegurar
o funcionamento independente do sistema de transporte
ao longo de períodos de operação de várias horas.
3 Testes
De acordo com as especificações do cliente o material
utilizado para os testes foram 10 toneladas de carvão duro
chileno pulverizados que foram moídos em nosso moinho
de bolas tipo EM 17 (Figura 10) e depois secos. O sistema
de transporte pneumático possui controle semi-automático, com a aquisição contínua de dados nos pontos de
medição pré-determinados. A Tabela 1 apresenta os dados básicos do projeto da tubulação de transporte, que é
feito de aço estrutural normal. O curso geral da tubulação
de transporte é representado no desenho da instalação
mostrada na Figura 11.
A Figura 12 mostra o sistema típico de transporte a
longa distância. Dois vasos de pressão ligados em paralelo injetam o material em um tubo de transporte principal,
que leva a um silo de recepção. A dosagem uniforme do
material no tubo de transporte é de importância decisiva
para um transporte seguro. Isto é possível através do controle do fluxo de descarga do vaso de pressão por meio de
válvulas de dosagem. Enquanto uma válvula lentamente
fecha, a outra é correspondentemente aberta. Com uma
regulação ideal, o fluxo de massa transportada permanece constante.
O transporte pode ser efetuado por meio de dois ou
vários vasos de pressão ligados em paralelo. O tubo principal de transporte é geralmente preenchido com ar pressurizado. A maior pressão no recipiente de pressão controla a velocidade de descarga. A pressão pré-selecionada
e a maior pressão monitorada no vaso é igual à esperada
pressão máxima de retorno no tubo principal de transporte mais aproximadamente 0,3 bar. O transporte começa
quando a válvula de bloqueio é aberta. O volume de fluxo
de gás de transporte é registrado em m3/h de pressão de
operação através de uma válvula de controle que regula a velocidade inicial necessária para o transporte do
material em particular. Assim, em cada ponto de funcionamento se pode garantir que não há possibilidade de
obstrução no tubo de transporte. A Figura 13 apresenta as
velocidades a partir do ponto de alimentação do material
para o silo de recepção.
Neste exemplo, uma velocidade de transporte inicial
de aproximadamente 9 m/s foi selecionada (linha vermelha). A curva verde representa o curso da velocidade
durante o percurso de transporte com aumento das taxas
de rendimento. Uma pressão mais elevada, no início do
tubo de transporte – provocada por aumento da taxa de
alimentação de material – leva a uma velocidade mais
O aditivo multifuncional para uma linha
GHSURGXomRFRPHOHYDGDHÀFLrQFLD
Para
e
d
o
t
u
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o
r
p
um
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11 Layout general de
la planta para el cual el
sistema fue proyectado
Layout geral da planta
para o qual o sistema
foi projetado
cidad final es siempre una función del volumen de
flujo del gas de transporte y también del diámetro
interior del tubo de transporte. El aumento del diámetro del tubo de transporte resulta en una reducción de la velocidad de transporte. Sin embargo,
un aspecto crítico al aumentar progresivamente el
diámetro interno de la tubería es que la reducción
de la velocidad del gas de transporte en los puntos
de transición de un tubo con menor diámetro hacia
otro de mayor diámetro generalmente ocasiona la
salida del material fuera del flujo. Por esta razón,
una reserva adecuada debe ser planeada para la
diferencia entre la velocidad efectiva del gas de
transporte utilizado y la velocidad mínima.
En particular, el inicio de los procesos, con una
pequeña cantidad de material es consecuentemente
una presión de retorno baja resultante en velocida-
12 Sistema típico de
transporte neumático de
larga distancia
Típico sistema de transporte pneumático de
longa distância
32
elevada no final do tubo de transporte. A velocidade
final é sempre uma função do volume de fluxo do
gás de transporte e também do diâmetro interior do
tubo de transporte. O aumento do diâmetro do tubo
de transporte resulta em uma redução da velocidade
de transporte. No entanto, um aspecto crítico em
aumentar progressivamente o diâmetro interno da
tubulação é que a redução da velocidade do gás de
transporte nos pontos de transição de um tubo com
menor para um com maior diâmetro geralmente
ocasiona a saída do material para fora do fluxo. Por
esta razão, uma reserva adequada deve ser planejada para a diferença entre a velocidade efetiva do gás
de transporte utilizado e a velocidade mínima.
Em particular, o início dos processos, com uma
pequena quantidade de material e, consequentemente uma pressão de retorno baixa resulta em velocidades de transporte baixas nos pontos de transição do
diâmetro interior. Em caso de aumento da alimentação de material no gás de transporte podem ser
esperadas velocidades finais mais elevadas. Atenção
especial deve ser dada a este problema durante a concepção de um sistema de transporte de longa distância com várias transições de diâmetro interno dos
tubos. A fim de monitorar ao longo do comprimento
do sistema de testes as características do material a
ser transportado, transmissores de pressão foram instalados em intervalos de aproximadamente 500 m. A
Figura 14 representa o gradiente de pressão ao longo
do comprimento de percurso do transporte durante
o teste.
O material de alimentação foi lentamente elevado
à uma vazão de aproximadamente 1,1 t/h. A queda
de pressão entre o ponto de alimentação e do silo
receptor é claramente mostrada na Figura 14, assim
como o aumento da pressão durante a fase inicial.
Depois de aproximadamente uma hora, a fase estável
de transporte é atingida. As variações nas curvas de
pressão são causadas pela mudança de pressão no
vaso. Durante a fase estável de transporte as curvas
transcorrem aproximadamente paralelas. Flutuações
de pressão viajam através do tubo de transporte com
um leve deslocamento de tempo. A velocidade média
do material no tubo de transporte é de aproximadamente 1,4 m/s, o que indica que o transporte está
acontecendo.
Isto, naturalmente, provoca a pergunta se tal sistema poderia ser reiniciado para uma operação adequada após ocorrer um encerramento de emergência
ou uma falha de energia. No entanto, como parte dos
testes e na presença do cliente, foi testada com sucesso uma reinicialização do sistema.
Além disso, depois de uma paragem o tubo de
transporte foi desmontado em diversos lugares e a
profundidade do leito do material foi medida. Como
pode ser visto na Figura 15, havia apenas uma camada fina de material no fundo do tubo. O sistema de
transporte pode ser reiniciado sem qualquer problema, desde que o volume de fluxo de gás seja elevado
www.zkg.de
des de transporte bajas en los puntos de transición
de diámetro interior. En caso del aumento de la alimentación del material en el gas de transporte pueden ser esperadas velocidades finales más elevadas.
Atención especial debe ser dada a este problema durante la concepción de un sistema de transporte de
larga distancia con varias transiciones de diámetro
interno de los tubos. A fin de monitorear, a lo largo
de la longitud del sistema de prueba, las características del material a ser transportado, transmisores de presión fueron instalados en intervalos de
aproximadamente 500 m. La Figura 14 representa
el gradiente de presión a lo largo de la longitud de
la ruta de transporte durante la prueba.
El material de alimentación fue lentamente elevado hasta una salida de aproximadamente 1,1 t/h.
La pérdida de presión entre el punto de alimentación y del silo receptor es claramente mostrada
en la figura 14, así como el aumento de la presión
durante la fase inicial. Después de aproximadamente una hora, la fase estable de transporte es
alcanzada. Las variaciones en las curvas de presión son causadas por el cambio de presión en el
depósito. Durante la fase estable de transporte las
curvas transcurren aproximadamente paralelas.
Fluctuaciones de presión viajan a través de la tubería de transporte con un leve desplazamiento de
tiempo. La velocidad media del material en el tubo
de transporte es de aproximadamente 1,4 m/s, lo
que indica que el transporte se está llevando a cabo.
Esto, naturalmente, sugiere la pregunta si tal sistema podría ser reiniciado para una operación adecuada luego de ocurrir una parada de emergencia o
una falla de energía. Sin embargo, como parte de las
pruebas y en la presencia del cliente, fue realizada
con éxito una prueba de reiniciación del sistema.
Además de esto, después de una parada el tubo
de transporte fue desmontado en diversos lugares
y la profundidad del lecho del material fue medida.
Como puede ser visto en la Figura 15, había apenas un lecho fino de material en el fondo del tubo.
El sistema de transporte puede ser reiniciado sin
cualquier problema, desde que el volumen del flujo
de gas sea elevado lentamente al nivel en el que
se encontraba antes de desconectarlo. Correspondientemente, el transporte del material comienza
en la extremidad final del tubo de transporte. A
medida que el flujo de volumen de gas de transporte aumenta, la zona en que el material depositado
comienza a ser transportada se mueve progresivamente hacia el punto de alimentación.
Garantizar una operación inerte es otro aspecto
importante durante la reiniciación del sistema de
transporte de polvo de carbón. Debido a la pequeña cantidad de gas de transporte alimentado en el
sistema, el tubo y el sistema de limpieza son primero vaciados antes de que cualquier material sea
transportado. Esto hace la formación de mezclas
explosivas imposible. La medición de oxigeno en
lentamente ao nível que estava antes do desligamento. Correspondentemente, o transporte do material
começa na extremidade final do tubo de transporte.
À medida que o fluxo de volume de gás de transporte
aumenta, a zona em que o material depositado começa a ser transportada se move progressivamente para
o ponto de alimentação.
Garantir uma operação inerte é um outro aspecto
importante durante a reinicialização do sistema de
transporte de pó de carvão. Devido à pequena quantidade de gás de transporte alimentado no sistema, o
tubo e o sistema de limpeza são primeiro esvaziados
antes de que qualquer material seja transportado.
Isso torna impossível a formação de misturas explosivas. A medição de oxigênio no sistema de gases
de saída não envia um sinal de liberação para nova
alimentação de material até que o valor de oxigênio
esteja seguramente abaixo do limite. O projeto do sistema de teste fornecido para possível encurtamento
da rota de transporte por reconexão simples das curvas da tubulação (Figura 16).
13 Gradiente de velocidad a partir del punto de
alimentación del material
hacia el silo de recepción
Gradiente de velocidade
a partir do ponto de
alimentação de material
até o silo de recepção
14 Gradiente de presión
a lo largo de la ruta de
transporte. Las curvas
individuales representan las presiones
a partir del inicio del
tubo de transporte (PIT
108) hasta el silo de
recepción (PIT 119)
Gradiente de pressão
ao longo da rota de
transporte. As curvas individuais representam as
pressões a partir do início
do tubo de transporte
(PIT 108) até o silo de
recepção (PIT 119)
33
15 La pequeña cantidad
de material depositado
en el fondo del tubo
es un indicador del
transporte uniforme de
material
A pequena quantidade
de material depositado
no fundo do tubo é um
indicador de transporte
uniforme de material
el sistema de gases de salida no envía una señal de
liberación para la nueva alimentación de material
hasta que el valor de oxigeno este seguramente bajo
el límite. El proyecto del sistema de prueba suministró la posibilidad de acortar la ruta de transporte
por medio de reconexiones simples de las curvas de
la tubería (Figura 16).
4 Conclusiones
El transporte neumático a larga distancia ofrece
una serie de ventajas:
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
16 La distancia de
transporte puede ser
acortada por medio de
reconexiones simples
en las curvas de la
tubería
A distância de transporte pode ser encurtada
por reconexão simples
das curvas da tubulação
desgaste muy bajo
bajas emisiones: sin molestias de polvo y con
ningún ruido
alto grado de seguridad contra incendio y explosiones
alto nivel de automatización
casi ninguna necesidad de manutención
configuración flexible del tubo de transporte
un cambio por medio de válvulas de dos vías en
la tubería de transporte permite la alimentación
de diferentes silos de recepción sin la interrupción del transporte
vaciado completo
baja necesidad de espacio
alta disponibilidad
Especialmente si se hace un gran énfasis en la alta
disponibilidad del sistema y también en un buen
estándar de seguridad industrial, el transporte neumático de larga distancia ofrece una buena alternativa a los sistemas convencionales de transporte
mecánico de línea. Hemos probado que es técnicamente posible transportar el material neumáticamente a una distancia de más de 2 km. El sistema
de prueba descrito fue planeado y ejecutado por
Claudius Peters en una instalación permanente.
Los clientes son bienvenidos a obtener información local respecto al transporte neumático de larga
distancia y para realizar cualquier prueba deseada.
4 Conclusões
O transporte pneumático a longa distância oferece
uma série de vantagens:
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
desgaste muito baixo
baixas emissões: sem incômodo de poeira e quase
com nenhum ruído
alto grau de segurança de incêndio e explosões
alto nível de automação
quase nenhuma necessidade de manutenção
configuração flexível do tubo de transporte
uma mudança por meio de válvulas de duas vias
na tubulação de transporte permitem a alimentação de diferentes silos de recebimento sem a
interrupção do transporte
esvaziamento completo
baixa necessidade de espaço
alta disponibilidade
Especialmente se grande ênfase é colocada na alta
disponibilidade do sistema e também em um bom padrão de segurança industrial, o transporte pneumático de longa distância oferece uma boa alternativa
aos sistemas convencionais de transporte mecânico
de linha. Nós provamos que é tecnicamente possível
transportar o material pneumaticamente a uma distância de mais de 2 km. O sistema de teste descrito foi
planejado e executado por Claudius Peters em uma
instalação permanente. Os clientes são bem-vindos
para obter informações no local ao que diz respeito
ao transporte pneumático de longa distância, e para
realizar qualquer teste desejado.
34
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PROCESS // Mineralizing
Durante los últimos cuatro años, un aditivo hidráulico bastante eficaz fue desarrollado
como substituto para el clinquer en el marco de un proyecto de investigación en Wopfinger
Baustoffindustrie GmbH. Las metas del proyecto eran suministrar a la industria del cemento
una oportunidad efectiva para reducir sus emisiones de CO2, lograr ventajas económicas y
ser capaz de realizar el proyecto en fábricas de cemento existentes.
TEXTO Denes Novak1, Manfred Tisch2, Wopfinger Baustoffindustrie GmbH, Waldegg/Austria
Durante os últimos quatro anos, um aditivo hidráulico bastante eficaz foi desenvolvido como
um substituto para o clínquer durante a condução de um projeto de pesquisa na Wopfinger
Baustoffindustrie GmbH. As metas do projeto eram fornecer à indústria do cimento uma
oportunidade efetiva para reduzir as suas emissões de CO2, conseguir vantagens econômicas
e ser capaz de realizar o projeto em fábricas de cimento existentes.
Vista del horno de
prueba
WOPFINGER BAUSTOFFINDUSTRIE
Vista do forno de testes
Aditivo hidráulico como nuevo
“substituto de clinquer”
Aditivo hidráulico como novo
“substituto do clínquer”
1
2
[email protected]
m.tisch@wopfinger.
baumit.com
36
1 Introducción
Hay tres maneras disponibles para la reducción de
las emisiones totales de CO2: debido a la demanda intensiva de energía de la descomposición de
CaCO3, un proceso que requiere bastante energía,
una reducción del nivel de cal durante la combustión del clinquer, una reducción del consumo de
combustible y una reducción de la demanda de
energía eléctrica para la molienda posterior de cemento. A estas ventajas económicas y ecológicas,
1 Introdução
Há três maneiras disponíveis para a redução das
emissões totais de CO2: devido à intensiva demanda
de energia da decomposição do CaCO3 uma redução
do nível de calcário durante a queima do clínquer,
uma redução do consumo de combustível e uma redução da demanda de energia elétrica para moagem
posterior de cimento. A essas vantagens econômicas
e ecológicas, somam-se importantes ganhos obtidos
graças â redução do conteúdo de calcário. Compara-
www.zkg.de
Mineralizing // PROCESS
se suman importantes ventajas obtenidas gracias
a la reducción del contenido de caliza. Comparado
con el clinquer del cemento Portland, el substituto
del clinquer quemado contiene un mayor contenido de silicio y de compuestos de aluminio. Estos componentes se encuentran frecuentemente
en materias primas secundarias baratas, así como
también en los minerales de productos como por
ejemplo, cenizas volantes poco reactivas, residuos
de demolición, cáscaras de tejas, arena de fundición, residuos de aluminio, materiales residuales de
construcciones, etc. Por consiguiente, una cantidad
significativamente más elevada puede ser utilizada
para la combustión de clinquer substituto que para
la clinquerización del cemento de Portland común.
Los cálculos ilustrativos muestran que en la
producción del clinquer de cemento Portland es
posible tener una tasa de substitución de 25 % de
residuos minerales en la producción de clinquer común, en cuanto que en la producción del clinquer
substituto puede haber cerca de 46 % de adición de
residuos minerales. En virtud del menor costo de
adquisición de materias primas, ventajas financieras substanciales son obtenidas.
Un efecto adicional en la economía de los costos surge en la comparación con la producción del
cemento Portland, donde son usadas 1,65 t de harina cruda por tonelada de clinquer. En el caso del
clinquer substituto, son necesarias apenas 1,21 t
del producto, lo que significa una reducción del
25–27 % en la materia prima.
Por más de 40 años han sido desarrollados experimentos a fin de implementar en la práctica las
ventajas arriba mencionadas con bajo contenido de
CaO. Diversas patentes y publicaciones (11/10971)
[1] a base de cemento de sulfoaluminato de calcio son conocidas. El clinquer con esta composición se caracteriza por un elevado contenido de
fase de fusión y una estrecho rango de temperatura
de fusión, lo que hace el proceso de combustión
más difícil. El clinquer calcinado presenta una alta
reactividad, un comportamiento de fraguado rápido y alta resistencia inicial. Estas propiedades hacen del cemento de sulfatoaluminato de calcio un
producto adecuado para suplir requisitos especiales
como, por ejemplo, la rápida adhesión del mortero
de reparación. A causa de la alta sensibilidad, por
ejemplo, para la dosificación del agua y la medición de la temperatura, o, especialmente, para la
dosificación de retardadores necesarios, estos cementos son difícil de controlar, y por tanto, para
la aplicación de masas de concreto problemáticos e
inclusive inadecuados.
El substituto de clinquer desarrollado por Wopfinger presenta una reactividad inferior al cemento
de sulfatoaluminato. Este consiste principalmente en monosilicato de calcio y monoaluminato de
calcio, conocido por tener un proceso de endurecimiento posterior y con ello, una excelente resis-
Clinquer de cemento Portland en %
Clínquer de cimento Portland em %
Clinquer substituto en %
Clínquer substituto em %
PHA/AHWZ* en %
PHA/AHWZ* em %
Resistencia a la compresión en N/mm2
Resistência à Compressão em N/mm²
n1T
n2T
n7T
n28T
75
60
50
40
25
40
50
40
–
–
–
20
15,1
26,9
40,0
48,1
12,8
21,7
31,4
44,5
8,1
15,8
26,0
37,5
5,4
12,8
24,0
40,7
* AHWZ = “Aditivos reciclados hidráulicamente efectivos” para la producción de concreto, compuestos por escoria, cenizas volantes y harina de piedra caliza (de acuerdo con ÖNORM B 3309)
* AHWZ = “Aditivos reciclados hidraulicamente ativos” para a produção de concreto, compostos de
escória de alto forno, cinzas e pó de calcário (de acordo com ÖNORM B 3309)
do com o clínquer de cimento Portland, o substituto
do clínquer queimado contém uma maior porcentagem de silício e compostos de alumínio. Estes componentes ocorrem frequentemente em matérias-primas secundárias baratas, bem como nos minerais de
produtos como, por exemplo, cinzas volantes pouco
reativas, resíduos de demolição, cascalho de tijolo,
areia de fundição, resíduos de alumínio, materiais
residuais de construções, etc. Por conseguinte, uma
quantidade significativamente mais elevada pode
ser utilizada para a queima de clínquer substituto
do que na clinquerização do cimento de Portland
comum.
Os cálculos das amostras mostram que na produção do clinquer de cimento Portland é possível haver
uma taxa de substituição de 25 % de resíduos minerais na produção de clínquer comum, enquanto que
na produção do clinquer substituto pode haver cerca
de 46 % de adição de resíduos minerais. Em virtude
do menor custo de aquisição de matérias primas, são
obtidas vantagens financeiras substanciais.
Um efeito adicional na economia dos custos é
evidenciado na comparação com a produção do cimento Portland, onde é usada 1,65 t de farinha crua
por tonelada de clinquer. No caso do clínquer substituto, é necessário apenas 1,21 t do produto, o que
significa uma redução de 25–27 % de matéria prima.
Por mais de 40 anos têm sido desenvolvidos experimentos a fim de implementar na prática as vantagens acima mencionadas com baixo teor de CaO.
Diversas patentes e publicações (11/10971) [1] a base
de cimento de sulfoaluminato de cálcio são conhecidas. O clínquer com esta composição é caracterizado por um elevado teor de fase de fusão e uma
estreita gama de temperatura de fusão, o que torna
o processo de queima mais difícil. O clínquer mostra alta reatividade, configuração rápida e alta resistência inicial. Estas propriedades fazem do cimento
de sulfoaluminato de cálcio um produto adequado
para requisitos especiais como, por exemplo, a rápida
adesão da argamassa de reparação. Por causa da alta
sensibilidade, por exemplo, para a dosagem da água e
medição de temperatura, ou, especialmente, na dosagem de retardadores necessários, estes cimentos são
Tab. 1 Desarrollo de
la resistencia
Desenvolvimento da
resistência
37
Tab. 2 Comparación
entre los cementos
CEMII/A-L, CEMII/A-S,
CEMII/B-M y cementos
con 25 % y 40 % de
clinquer substituto
Comparação entre os
cimentos CEMII/A-L,
CEMII/A-S, CEMII/
B-M e cimentos com
25 % e 40 % de clínquer
substituto
Formulación
Formulação
Clinquer en %
Clínquer em %
Substituto de clinquer en %
Substituto do clínquer em %
Piedra caliza %
Calcário em %
PHA/AHWZ* en %
PHA/AHWZ* em %
Resistencia a la compresión
em N/mm² Resistência à
Compressão em N/mm²
n1T
n2T
n7T
n28T
n56T
n90T
Substituto de clinquer
Substituto de clinquer
CEM II/B-M
Substituto do clínquer
Substituto do clínquer
CEM II/A-L
CEM II/A-S
80
80
75
65
60
–
–
25
–
40
–
< 20
–
–
–
< 20
–
–
< 35
–
12,6
25,9
45,2
55,8
13,7
26,4
47,4
60,5
15,1
26,9
40,0
48,1
55,5
59,0
7,8
16,8
30,0
41,0
12,8
21,7
31,4
44,5
49,2
55,5
* AHWZ = “Aditivos reciclados hidráulicamente efectivos” para la producción de concreto, compuestos por escoria, cenizas volantes y
harina de piedra caliza (de acuerdo con ÖNORM B 3309)
* AHWZ = “Aditivos reciclados hidraulicamente ativos” para a produção de concreto, compostos de escória de alto forno, cinzas e pó de
calcário (de acordo com ÖNORM B 3309)
tencia a largo plazo. No obstante, debido al lento
endurecimiento, la resistencia inicial también es
más lenta. Luego de la realización de innumerables
pruebas de combustión, fue posible desarrollar un
producto que presenta un desempeño satisfactorio
de la capacidad inicial y que permite la producción
de cementos con propiedades de extraordinaria calidad para un amplio espectro de aplicaciones. Tanto el método de producción como el producto en si
han sido patentados.
2 Desarrollo de la resistencia a la compresión
en comparación con los cementos comunes
Fueron conducidas pruebas de resistencia a la compresión con el nuevo substituto de clínquer en combinación con diferentes porcentajes de adición al
cemento Portland común, de acuerdo con la norma
EN196-1. La Tabla 1 presenta los puntos de resistencia alcanzados. El impacto favorable del substituto
del clinquer sobre el desarrollo de la resistencia inicial del cemento puede ser visto claramente, pues el
mismo con una adición de 50 % de clinquer substituto puede obtenerse una resistencia a la compresión satisfactoria, lo que permite una amplia gama de
aplicaciones. Como puede ser observado en la Tabla
2, a pesar del uso de una dosificación mayor de clinquer substituto, fueron obtenidos mayores índices de
resistencia inicial en comparación a los índices obtenidos en cementos con mezclas convencionales. De
esta manera, las características positivas del cemento
con clinquer substituto pueden ser resumidas de la
siguiente forma:
» El desarrollo de la alta resistencia inicial reduce
el riesgo de secado y el acabado final es positivamente influenciado.
» La sostenibilidad y la durabilidad de las estructuras de concreto son significativamente au-
38
de difícil controle, e, portanto, inadequados para o
uso em argamassa de concreto.
O substituto de clínquer desenvolvido pela Wopfinger apresenta reatividade inferior ao cimento de
sulfoaluminato. Ele consiste principalmente de mono
silicato de cálcio e mono aluminato de cálcio, conhecido por ter um processo de endurecimento posterior
e, assim, uma excelente resistência em longo prazo.
No entanto, devido ao lento endurecimento, a resistência inicial também é mais lenta. Após a realização
de inúmeras queimas experimentais, foi possível desenvolver um produto que apresenta um desempenho
satisfatório da capacidade inicial e que permite a produção de cimentos com propriedades de extraordinária qualidade para um amplo espectro de aplicações.
Tanto o método de produção como o produto em si
foram patenteados.
2 Desenvolvimento de resistência à compreensão
em comparação aos cimentos comuns
Foram conduzidos testes de resistência à compressão
com o novo substituto de clínquer em combinação
com diferentes porcentagens de adições ao cimento
Portland comum, de acordo com a norma EN196-1. A
Tabela 1 apresenta os pontos de resistência alcançados.
O impacto favorável do substituto do clínquer sobre
o desenvolvimento da resistência inicial do cimento
pode ser visto claramente, pois, mesmo com uma adição de 50 % de clínquer substituto pode-se obter uma
resistência à compressão satisfatória, o que permite
uma ampla gama de aplicações. Como pode ser observado na Tabela 2, apesar do uso de uma dosagem maior
de clínquer substituto, foram obtidos maiores índices
de resistência inicial em comparação aos índices obtidos em cimentos com misturas convencionais. Assim,
as características positivas do cimento com clínquer
substituto podem ser resumidas da seguinte forma:
www.zkg.de
»
»
»
mentadas a través de la utilización del substituto de clinquer. Por un lado, la baja saturación de
calcio resultante del silicato monocálcico y del
aluminato monocálcico, causa un significativo
endurecimiento luego del curado, por otro lado,
se observa una mejor capacidad de molienda,
que resulta en una mayor finura del producto
substituto del clinquer, en cuanto una elevada
compresión y una estructura densa del concreto
confieren a este una impermeabilidad de larga
duración.
El bajo índice de generación de calor en la formación de las fases de hidratación reduce significativamente el riesgo de formación de fisuras.
Mayor resistencia del sulfato como consecuencia de la disminución de la cantidad de aluminato tricálcico.
Investigaciones adicionales confirman que el
concreto hecho a partir de clinquer substituto,
es resistente contra el congelamiento y descongelamiento y el deshielo de la sal.
»
»
»
»
»
Ventajas ecológicas y económicas del cemento con
clinquer substituto:
» Otra ventaja de la producción de clinquer substituto es la reducción de la emisión de dióxido
de carbono en 50–60 % en comparación con
el proceso de producción de cemento Portland
convencional. Estas emisiones totales de CO2
son muy reducidas, por un lado, por la baja
decarbonización de la mezcla de harina, factor
relacionado al proceso, y por otro lado, por el
menor consumo de combustible.
O desenvolvimento de alta resistência inicial
reduz o risco de secagem e o acabamento final é
positivamente influenciado.
A sustentabilidade e a durabilidade das estruturas
de concreto são significativamente aumentadas
através da utilização do substituto do clínquer.
Por um lado, a baixa saturação de calcário resultante do silicato monocálcico e do aluminato monocálcico, causa um significativo endurecimento após a cura, por outro lado observa-se uma
melhor capacidade de moagem, que resulta em
maior finura do produto substituto do clínquer,
enquanto uma elevada compressão e a densa estrutura do concreto conferem a ele uma impermeabilidade de longa duração.
O baixo índice de geração de calor na formação
das fases de hidratação/fases de hidrato? reduz
grandemente o risco de formação de fissuras.
Maior resistência do/ao sulfato em consequência da diminuição da quantidade de aluminato
tricálcico.
Pesquisas adicionais confirmam que o concreto
feito a partir de clínquer substituto é resistente
ao congelamento e descongelamento e ao degelo
por sal.
Vantagens ecológicas e econômicas do cimento com
clínquer substituto:
» Outra vantagem da produção de clínquer substituto é a redução da emissão de dióxido de carbono
em 50–60 % em comparação com o processo de
produção de cimento Portland convencional. Estas
emissões totais de CO2 são muito reduzidas, por
1 El horno de pruebas
en el laboratoriio de
Wopfinger
O forno de testes no laboratório da Wopfinger
39
2 El horno en el que los
experimentos fueron
realizados a larga escala
O forno em que foram
realizados experimentos
em maior escala
»
»
»
Un factor particularmente favorable es la reducción de la temperatura de la llama a valores
más bajos que los habituales, así mismo es necesario menos combustible y la carga térmica
del horno puede ser reducida. Normalmente
el clinquer de cemento Portland es calcinado a
1380 °C, mientras el substituto de clinquer puede ser calcinado a cerca de 1200 °C.
Además de esto, el clinquer calcinado demuestra una óptima molturabilidad, lo cual está correlacionado con un consumo de energía menor.
Es importante además mencionar que el substituto del clinquer puede ser producido en fábricas de cemento convencionales, locales que no
necesitan de grandes inversiones.
Debido a estas propiedades, el cemento con clinquer substituto puede abarcar una vasta gama de
aplicaciones. Para probar estas ventajas, fueron
realizadas pruebas de combustión con el clinquer
de cemento Portland y con el nuevo substituto de
clinquer (Figura 1 y 2). Fueron calcinadas 10 toneladas de clinquer substituto y 8,4 toneladas de
clinquer de cemento Portland común. La Tabla 3
muestra los resultados de estas pruebas.
El experimento se llevó a cabo sin ninguna interferencia sobre la carga térmica del horno infe-
40
»
»
»
um lado, pela baixa descarbonização da mistura
de farinha, fator relacionado ao processo, e por
outro lado, pelo menor consumo de combustível
durante a queima, fator relacionado à combustão.
Fator particularmente favorável é a redução da
temperatura da chama para valores abaixo do
habitual, assim é necessário menos combustível
e a carga térmica do forno pode ser reduzida.
Normalmente o clínquer de cimento Portland é
queimado a 1380 °C, enquanto o substituto do
clínquer pode ser queimado a cerca de 1200 °C.
Além disso, o clínquer queimado demonstra uma
ótima moabilidade, o que está correlacionado a
um consumo de energia menor.
É importante ainda mencionar que o substituto
do clínquer pode ser produzido em fábricas de cimento convencionais, locais que não necessitam
de grandes investimentos.
Devido a essas propriedades, o cimento com clínquer
substituto pode abranger uma vasta gama de aplicações. Para provar essas vantagens, foram realizados
testes de queima com o clínquer de cimento Portland
e com o novo substituto de clínquer (Figura 1 e 2).
Foram queimadas 10 toneladas de clínquer substituto
e 8,4 toneladas de clínquer de cimento Portland comum. A Tabela 3 mostra os resultados destes testes.
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Clinquer de cemento Portland
Clínquer de cimento Portland
Clinquer substituto
Clínquer substituto
Ahorro
Economia
593 kg/h
647 kg/h
–
90 Bm /h
45 Bm /h
50 %
117 °C
87 °C
–
814 °C
468 °C
–
1394 °C
1202 °C
–
1,6 %
0,63 %
2,6 %
0,34 %
–
–
Alimentación de harina cruda
Suprimento de farinha crua
Gas natural Gás natural
Temperatura antes del filtro
Temperatura em frente ao filtro
Temperatura en la entrada del horno
Temperatura na entrada do forno
Temperatura en la zona de sinterización
Temperatura na zona de sinterização
Contenido de O2 Conteúdo de O2
CaO libre CaO-livre
rior y sin ningún revestimiento del horno. A pesar
del desempeño superior del 9 %, el consumo de
gas natural pudo ser reducido en 50 %. Esto resulta en una economía de energía total de más de
50 %. La reducción de las emisiones de CO2 fue de
57 %. Este substituto del clinquer calcinado posee
una calidad consistente y una mejor molturabilidad en comparación con el clinquer de cemento
Portland común.
Como se sabe, el desempeño de los hornos rotativos es determinado principalmente por la máxima entrada de calor. La reducción del consumo de
energía para la producción de clinquer substituto
permite un aumento esencial del desempeño de los
hornos rotativos en relación al procesamiento del
clinquer de cemento Portland común. En el caso
que las condiciones límite, como por ejemplo, el
transporte del material crudo o del clinquer o la velocidad de rotación de la potencia mayor del horno,
deban ser adaptadas, las modificaciones pueden
ser efectuadas con bajas inversiones. Debido a la
baja tensión térmica, la combustión es efectuada
sin mayores problemas y sin el aumento de deposiciones de residuos.
3 Resumen
En resumen, la conservación de los residuos naturales y la reducción de las emisiones totales de
CO2 se vuelven evidentes considerando los aspectos
ecológicos. Económicamente, fueron observadas
la reducción de costos de las materias primas, la
disminución significativa del consumo de energía,
así como la mejoría del desempeño del horno, el
que resulta en la facilitación de la molienda del
clinquer. Como un producto específicamente concebido, este cemento permite una amplia gama de
aplicaciones con una mejoramiento visible en la
sustentabilidad del proceso de combustión, siendo un producto de calidad uniforme, alcanzado a
través del control de la mezcla de materias primas.
Adicionalmente, el substituto de clinquer puede
ser calcinado en instalaciones de producción existentes, lo cual puede tener especial significado para
países que poseen poca o ninguna disponibilidad
de aditivos o donde los aditivos son de alto costo.
3
3
Tab. 3 Resultados de las
pruebas de combustión
con el nuevo substituto
de clinker
Resultados dos testes
de queima do novo
substituto do clínquer
O experimento ocorreu sem qualquer interferência sobre a carga térmica do forno inferior e sem
qualquer revestimento de forno. Apesar do desempenho 9 % superior, o consumo de gás natural poderia
ser reduzido em 50 %. Isso resulta em uma economia
de energia total de mais de 50 %. A redução das emissões de CO2 foi de 57 %. Este substituto do clínquer
queimado apresenta uma qualidade consistente e
uma melhor moagem em comparação com o clínquer
de cimento Portland comum.
Como se sabe, o desempenho dos fornos rotativos é determinado principalmente pela máxima
entrada de calor. A redução do consumo de energia
para a produção de clínquer substituto permite um
aumento essencial do desempenho dos fornos rotativos em relação ao processamento do clínquer de
cimento Portland comum. Caso as condições limite, como por exemplo, o transporte do material cru
ou o do clínquer ou ainda a velocidade de rotação
da potência maior do forno precisem ser adaptadas
para uma maior potência do forno, isso pode ser
efetuado através de baixos investimentos. Devido
à baixa tensão térmica, a combustão ocorre sem
maiores problemas sem o aumento de deposição de
resíduos.
3 Resumo
Em resumo, a conservação dos resíduos naturais e
a redução das emissões totais de CO2 tornam-se
evidentes considrando aspectos ecológicos. Economicamente, foram observadas a redução de custos
das matérias primas, a diminuição significativa do
consumo de energia, bem como a melhora do desempenho do forno, o que resulta na facilitação da moagem do clínquer. Como um produto especificamente
concebido, este cimento permite uma ampla gama de
aplicações com uma visível melhoria na sustentabilidade do processo de queima, sendo um produto de
qualidade uniforme, alcançado através do controle
da mistura de matérias primas.
Além disso, o substituto do clínquer pode ser
queimado em instalações de produção existentes, o
que pode ter especial significação para países que
possuem pouca ou nenhuma disponibilidade de aditivos ou onde os aditivos são de alto custo.
REFERENCES
[1] Sacharow, Leo
A.: TonerdeBelitzement,
Silikattechnik
11/1971
41
Retrasar el cambio climático es uno de los retos más importantes de nuestra época. Excepcional
importancia atribuye en éste contexto la reducción de las emisiones de gases de efecto
invernadero y las de dióxido de carbono (CO2), en particular. La exposición a la intemperie
de la caliza artificial abre nuevas perspectivas hacia la reducción de las emisiones de CO2.
Retardar a mudança climática é um dos desafios mais importantes de nossa época.
Neste contexto, em particular, é atribuída excepcional importância à redução das emissões
de gases-estufa e de dióxido de carbono (CO2). A exposição do calcário artificial ao
intemperismo abre novas perspectivas para a redução das emissões de CO2.
TEXTO Dr. Sonja Haas, Norbert Weber,
Fundación de Investigación Alemana de Cal y Mortero, Colonia/Alemania
Fundação de Pesquisa Alemã de Cal E Argamassa, Colônia/Alemanha
Andrew Berry, Egon Erich,
IUTA – Instituto de Tecnología Energética y Ambiental, Duisburg/Alemania
IUTA – Instituto De Tecnologia Energética e Ambiental, Duisburg/Alemanha
FUNDACIÓN DE INVESTIGACIÓN ALEMANA DE CAL Y MORTERO, COLONIA
IUTA – INSTITUTO DE TECNOLOGÍA ENERGÉTICA Y AMBIENTAL, DUISBURG
FUNDAÇÃO DE PESQUISA ALEMÃ DE CAL E ARGAMASSA, COLÔNIA
IUTA – INSTITUTO DE TECNOLOGIA ENERGÉTICA E AMBIENTAL, DUISBURG
Depurador de CO2 con polvo de piedra
caliza – piedra caliza artificial deteriorada
climáticamente para la reducción de emisiones de CO2 en los gases de combustión
Depurador de CO2 com pó de calcário –
calcário artificial climaticamente deteriorado para a redução das emissões de CO2
nos gases de combustão
42
www.zkg.de
Emissions // PROCESS
1 Introducción
Varias tecnologías para la eliminación de CO2 del gas
de combustión producido en los procesos de combustión han sido ya investigadas y probadas en instalaciones de ensayo y piloto en el pasado. Todos estos
procesos de “ post- combustión” tienen en común el
hecho de que generalmente utilizan para la eliminación sustancias de riesgo para el medio ambiente,
en algunos casos, generan nuevas emisiones, y enfrentan, como parte del concepto llamado “captura
y almacenamiento de carbono” (CAC proveniente de
la sigla inglesa), el almacenamiento problemático
del CO2 “capturado” en instalaciones subterráneas.
Además falta el conocimiento detallado de la viabilidad y la seguridad del almacenamiento de CO2 en
formaciones geológicas a través de períodos prolongados de tiempo [1]. La ley relativa a la detección de
almacenamiento subterráneo de CO2 fue ciertamente aprobada por el parlamento alemán en junio de
2012, pero los estados federados afectados ya han
anunciado su intención de oponerse a dicho almacenamiento en su territorio, con la consecuencia de que
el concepto CAC debe, en realidad, ser considerado
por no tener capacidad de aplicación en Alemania.
El proyecto de investigación [2] aquí examinado
tiene un enfoque totalmente diferente: un proceso,
que utiliza una suspensión de polvo de piedra caliza
para convertir CO2 a carbonato de hidrógeno soluble
en agua (bicarbonato; llamado “dureza de carbonato”
o “incrustaciones de carbonato”), ha sido desarrollado. Para ello, los gases de combustión pre-depurados
que contienen CO2, como ocurre en la desulfuración de
gases de combustión, son sometidos a la depuración
húmeda utilizando una suspensión de polvo de piedra caliza. El bis(hidrogenotrioxidocarbonato) de calcio (“bicarbonato de calcio”), que también se produce
como un constituyente natural de las aguas límnicas
y oceánicas y por lo tanto fija el CO2 en equilibrio estable, se forma de manera análoga a la erosión natural
de la piedra caliza, y no del sulfato de calcio.
El proceso se basa en la reacción del CO2 con
carbonato de calcio (CaCO3) y agua (H2O) para formar bicarbonato de calcio (Ca(HCO3)2). El ácido
carbónico (H2CO3) formado por la disolución del
CO2 de la atmósfera en el agua lluvia o el agua
subterránea juega un papel en la erosión de la piedra caliza. Este ácido, al encontrarse con rocas que
contienen carbonato de calcio, reacciona para formar iones de bicarbonato (HCO3) e iones de calcio
(Ca2+). Los productos de la erosión son transportados a través de las aguas subterráneas y las aguas
superficiales a los océanos, donde actúan como una
sustancia tampón. A la larga, la solución de bicarbonato de calcio concentrado producida en este
proceso puede ser entendida como una sustancia
constituyente natural de las aguas ambientales en
el acuífero, la cual contribuye con la amortiguación de las aguas límnicas y en última instancia de
las aguas oceánicas. El uso como agente tampón
1 Introdução
Várias tecnologias para a eliminação de CO2 do gás
de combustão produzido nos processos de combustão têm sido investigadas e testadas em instalações de
sondagem e projetos piloto. Todos estes processos de
“pós-combustão” têm em comum o fato de que geralmente utilizam substâncias de risco para o meio ambiente em sua eliminação, e em alguns casos, geram
novas emissões e enfrentam, como parte do conceito
chamado “captura e armazenamento de carbono” (sigla inglesa CAC), o armazenamento problemático de
CO2 “capturado” em instalações subterrâneas, além da
falta de conhecimento detalhado sobre a viabilidade e
a segurança do armazenamento de CO2 em formações
geológicas através de períodos longos de tempo [1]. Na
verdade, uma lei relativa à testagem de armazenamento subterrâneo de CO2 foi aprovada pelo parlamento
alemão em junho de 2012, no entanto os estados da
federação afetados já anunciaram sua intensão de se
opor a tal armazenamento em seus territórios, tendo
como consequência o fato de que se deve considerar
a inviabilidade de aplicação do conceito CAC na Alemanha. O projeto de pesquisa [2] aqui examinado tem
um enfoque totalmente diferenciado: foi desenvolvido
um processo que utiliza uma suspensão de pó de calcário para converter CO2 em carbonato de hidrogênio
solúvel em água (bicarbonato; chamado de “dureza
de carbonato” ou “escala de carbonato”). Para essa finalidade, os gases de combustão pré-depurados, que
contém CO2, como ocorre na dessulfurização de gases
de combustão, são submetidos à depuração úmida utilizando uma suspensão de pó de calcário. O hidrogeno
carbonato de cálcio (bicarbonato de cálcio), que também ocorre como um constituinte natural das águas
límnicas e oceânicas e, portanto, fixa o CO2 em equilíbrio estável, se forma de maneira análoga ao intemperismo natural de calcário, e não de sulfato de cálcio.
O processo baseia-se na reação do CO2 com o carbonato de cálcio (CaCO3) e água (H2O) para formar
bicarbonato de cálcio (Ca(HCO3)2). O ácido carbônico
(H2CO3) formado pela dissolução do CO2 da atmosfera
na água de chuva ou água subterrânea desempenha
seu papel na erosão do calcário. Este ácido, ao se en-
Precipitación de carbonato/
Precipitação de carbono
Ca(HCO3)2 ‹—› CO2 + H2O + CaCO3
1 Deterioro climático
químico de la piedra
caliza
Intemperismo químico
do calcário
Reacción de equilibrio del óxido de
carbono en agua/Reação de equilíbrio
de dióxido de carbono na água
CO2 + H2O ‹—› H2CO3
Formación de bicarbonato de calcio/
Formação do bicarbonato de cálcio
H2CO3 + CaCO3 ‹—› Ca(HCO3)2
43
Dióxido de carbono/Dióxido de carbono
Bicarbonato/Bicarbonato
Carbonato/Carbonato
Agua de mar/Água do mar: ~ 8,2
Composición/Ação Mol.-%
100
90
80
70
60
50
Ø 10.3
Ø 6.3
40
30
20
10
Ø 8.5
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Valor de pH
2 Equilibrio cal/ácido
carbónico
Equilíbrio cal/ácido
carbônico
para la limpieza biológica de las aguas residuales
y en otras aplicaciones que requieren agua altamente amortiguadora, también es concebible. A
diferencia de los procesos basados en el concepto
CAC, hasta ahora conocidos, el uso de sustancias de
riesgo para el medio ambiente y la problemática de
almacenamiento del CO2 capturado son eliminados.
El enfoque central de este proyecto fue la determinación de las pre-condiciones técnicas y físico-químicas necesarias para la eliminación efectiva de dióxido
de carbono mediante el proceso de depuración de piedra caliza - CO2. Las pruebas realizadas generaron una
base de datos fundamentada en relación con las ratas
de remoción alcanzables y los tiempos de reacción, que
permiten llevar a cabo una evaluación económica y de
la ingeniería del proceso de este procedimiento. Los
resultados obtenidos confirman la idoneidad del proceso, en principio, para la eliminación de CO2 de los
gases de combustión y para el transporte estable del
bicarbonato formado en el fluido acuoso. El enfoque,
en cuanto a los posibles usuarios, son sobre todo emisores pequeños y medianos de gases de combustión.
2 Principios básicos
Un proceso de depuración de piedra caliza - CO2 para la
eliminación de dióxido de azufre ha sido una práctica
de rutina exitosa en la purificación de gases de combustión en las plantas generadoras de energía durante
décadas: el gas de combustión (gas bruto) se trata con
una suspensión que consiste en polvo de piedra caliza
y agua, haciendo que el dióxido de azufre reaccione
para formar sulfato de calcio de baja solubilidad:
SO2 + CaCO3 + 2 H2O + 0.5 O2 ‹—› CaSO4 · 2 H2O + CO2
Ecuación 1 de la desulfuración del gas de combustión
(versión abreviada)
La depuración de piedra caliza - CO2 permite alimentar los gases de combustión que contienen CO2
a la depuración húmeda utilizando una suspensión
de polvo de piedra caliza. La solución concentrada
de bicarbonato de calcio (conocido de la dureza del
carbonato) se produce, de forma análoga a la desul-
44
contrar com as roxas que contém carbonato de cálcio,
reage para formar íons de carbonato (HCO3) e íons de
cálcio (Ca2+). Os produtos da erosão são transportados
através das águas subterrâneas e as águas superficiais dos oceanos, onde atuam como uma substância
tampão. No longo prazo, a solução de bicarbonato de
cálcio concentrado produzida neste processo pode ser
entendida como uma substância constituinte natural
das águas ambientais no aquífero, que contribui com
o tamponamento das águas límnicas e em última instância das águas oceânicas. O uso como agente tampão
para a limpeza biológica das águas residuais e em outras aplicações também é concebível. Diferentemente
dos processos baseados no conceito CAC conhecidos
até o presente momento, o uso de substâncias de risco
para o meio ambiente e o armazenamento problemático de CO2 capturado são eliminados.
O enfoque central deste projeto foi a determinação
das pré-condições técnicas e físico-químicas necessárias para a eliminação efetiva de dióxido de carbono
mediante o processo de depuração de calcário – CO2.
Os testes realizados geraram uma base de dados fundamentada em relação às taxas de remoção atingíveis e
aos tempos de reação, que permitem a condução de uma
avaliação econômica e dos processos de engenharia
deste procedimento. Os resultados obtidos confirmam a
idoneidade do processo, a princípio, para a eliminação
de CO2 dos gases de combustão e para o transporte estável do bicarbonato formado no fluido aquoso. O foco,
em termos de potenciais usuários, é sobre pequenas e
médias emissões de gases de combustão.
2 Princípios básicos
Um processo de depuração de calcário – CO2 para a
eliminação de dióxido de enxofre tem sido prática rotineira bem sucedida na purificação de gases de combustão em plantas geradoras de energia ao longo de
décadas: o gás de combustão (gás bruto) é tratado com
uma suspensão que consiste em pó de calcário e água,
fazendo com que o dióxido de enxofre reaja para formar sulfato de cálcio de baixa solubilidade:
SO2 + CaCO3 + 2 H2O + 0.5 O2 ‹—› CaSO4 · 2 H2O + CO2
Equação 1 da dessulfurização do gás de combustão
(versão abreviada)
A depuração de calcário –CO2 permite alimentar os gases de combustão contendo CO2 para a depuração úmida utilizando uma suspensão de pó de pedra calcária.
A solução concentrada de bicarbonato de cálcio (conhecido por dureza de carbonato) é produzida de forma
análoga à dessulfurização, utilizando-se carbonato de
cálcio. O princípio se baseia na deterioração química
natural da rocha de carbonato, ou seja, da solução ao
intemperismo (Figura 1). Este é um componente do ciclo natural da cal, que consiste em um fluxo cíclico
contínuo de carbonato da atmosfera para a litosfera e
hidrosfera e vice-versa. Em combinação com a água da
chuva e a água subterrânea, o dióxido de carbono da
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Gas crudo/Gás bruto
Agua de cal/Leche
de cal (opcional)/
Água de cal/leite
de cal (opcional)
Representação esquemática do aparato de
ensaio de laboratório
Medición de pH
y conductividad/
Medição de pH e
condutividade
3 Representación
esquemática del aparato
de ensayo de laboratorio
furación utilizando carbonato de calcio. El principio
se basa en el deterioro natural químico de la roca de
carbonato, es decir, de la solución a la intemperie
(Fig. 1). Este es un componente del ciclo natural de
la cal, que consiste en un flujo cíclico continuo de
carbono de la atmósfera, en la litosfera e hidrósfera
y viceversa. En combinación con el agua de lluvia
o el agua subterránea, el dióxido de carbono de la
atmósfera forma ácido carbónico, el cual convierte
el carbonato de calcio contenido en la roca en bicarbonato de calcio. El bicarbonato de calcio disuelto es
llevado por las aguas límnicas al mar y actúa como
un amortiguador natural contra la acidificación del
océano. Una cierta porción del bicarbonato de calcio
puede ser utilizado de nuevo por medio de procesos
químicos o biológicos para la precipitación de carbonato, durante una reversión de los procesos de
disolución.
La base química de estos procesos es proporcionada por el equilibrio cal/ácido carbónico, que
define el equilibrio dependiente del pH entre las
diversas especies de carbono de dióxido de carbono
(CO2), hidrogenotrioxidocarbonato (HCO3-) y carbonato ( CO22-), y determina el carácter del agua
removedor de cal o disolvente de cal (Fig. 2) .
El pH del agua en la naturaleza (mar, lago, río,
agua subterránea) es determinado por la cantidad
de ácido carbónico libre contenido en el agua (CO2
y H2CO3 disuelto). Los niveles de pH por debajo de
6.3 están dominados por el CO2, que se convierte en
carbonato de hidrógeno con el aumento del pH, y es
sustituido como el compuesto de carbono dominante
por parte del carbonato con un valor de pH igual y
mayor a 10,3. Este equilibrio determina la capacidad
de amortiguamiento del agua que, en los sistemas
naturales de agua, está en equilibrio con el ambiente circundante [3]. La acción química básica del ion
alcalinotérreo Ca2+ presente en el agua natural controla la disolución y precipitación, y asegura un entorno de pH estable alrededor del punto neutro (pH
6.3 a 8.3); excedentes de ácido carbónico libre son
convertidos a Ca(HCO3)2 a través de la piedra caliza
en el horizonte del suelo.
Gas de escape agotado
de CO2/CO2- gás de
combustão esgotado
Baño de agua con regulación de la temperatura/
Banho de água com
temperatura controlada
Concentrado de bicarbonato de calcio Ca(HCO3)2/
Concentrado de bicarbonato de cálcio
Suspensión de
piedra caliza/
Suspensão de
calcário
Reactor/Reator 1
46
Suspensión de
piedra caliza/
Suspensão de
calcário
Reactor/Reator 2
Drenaje de lodo o recirculación/Drenagem de lodo e
recirculação
Sedimentación/Sedimentação
atmosfera forma o ácido carbônico, o qual converte o
carbonato de cálcio contido na rocha em bicarbonato
de cálcio. O bicarbonato de cálcio dissolvido é conduzido pelas águas límnicas até o mar e atua como um
amortecedor/tampão natural contra a acidificação do
oceano. Certa porção de bicarbonato de cálcio pode ser
utilizada novamente por meio de processos químicos e
biológicos para a precipitação de carbonato, durante a
reversão do processo de dissolução.
A base química destes processos é proporcionada pelo equilíbrio cal/ácido carbônico, que define o
equilíbrio dependente do pH entre as diversas espécies de carbonato de dióxido de carbono (CO2), hidrogenotrioxidocarbonato (HCO3-) e carbonato (CO22-),
e determina o caráter da água removedora de cal ou
dissolvente de cal (Figura 2).
O pH da água na natureza (mar, lago, rio, águas
subterrâneas) é determinado pela quantidade de
ácido carbônico livre contido na água (CO2 e H2CO2
dissolvido). Os níveis de pH abaixo de 6,3 são dominados pelo CO2, que se converte em carbonato de
hidrogênio com o aumento do pH, e é substituído
como o composto de carbono dominante por parte
do carbonato com um valor de pH igual e maior que
10,3. Este equilíbrio determina a capacidade tampão
da água que, nos sistemas naturais de água, estão em
equilíbrio com o ambiente circundante [3]. A ação
química básica do íon alcalino terroso Ca2+ presente
na água natural controla a dissolução e a precipitação e assegura um entorno de pH estável ao redor de
um ponto neutro (pH 6,3 a 8,3): excedentes de ácido
carbônico livre são convertidos em Ca(HCO3)2 através do calcário nas camadas do solo.
3 Métodos
Os princípios fundamentais deste processo especial
foram elaborados em primeiro lugar em termos de cinética de reação, condições limite e critérios de estabilidade da solução de bicarbonato de cálcio concentrado numa escala laboratorial. As amostras de água de
diferentes concentrações de íons foram misturadas em
um sistema experimental com pó de pedra calcária, giz
e/ou precipitado, e foi medida a conversão total, bem
como a taxa de reação de dissolução dos produtos após
a adição de CO2.
Em seguida, os parâmetros de limite determinados
serviram como base para testes em escala piloto. Gases
de combustão sintéticos foram utilizados nestes experimentos. A verificação dos dados obtidos no laboratório sobre as taxas de eliminação de CO2 e sobre a taxa
de formação de (HCO3-) da planta piloto se realizou em
uma gama de diferentes condições limite.
Depois da determinação bem sucedida da idoneidade geral deste novo processo de depuração e dos
parâmetros de processo necessários, utilizando gases
de combustão sintéticos, os resultados foram avaliados em testes práticos utilizando-se gás de combustão
real a partir de uma unidade combinada de calor e
energia (CCE) instalada em uma planta de tratamento
www.zkg.de
4 Las pruebas de laboratorio
Los aparatos de ensayo consisten en dos reactores,
con sistemas de tuberías separados que permiten
la alimentación continua y sistemática de los productos de cal en suspensión y de los gases disponibles comercialmente en los dos reactores (Fig. 3).
Los aditivos opcionales se pueden dosificar y/o el
sedimento devuelto de la etapa de sedimentación
conectada a los reactores de disolución a través de
tuberías de alimentación en la tapa. El aparato está
instalado en un baño de agua condicionable.
45
2.0
40
1.8
35
1.6
1.4
30
1.2
25
1.0
20
0.8
15
Agua de mar/Água do mar
Agua desionizada sin aditivo/Água deionizada sem aditivos
Agua desionizada con/Água deionizada com
10
5
5
10
Temperatura [°C]
15
20
0.6
0.4
0.2
25
CO2 [kg/m³]
enlazado como/ligado ao HCO3- (calculado)
3 Métodos
Los principios fundamentales de este proceso especial se elaboraron en primer lugar en términos de
cinética de reacción, condiciones límite y los criterios
de estabilidad de la solución de bicarbonato de calcio
concentrado a escala de laboratorio. Las muestras de
agua de diferente concentración de iones se mezclaron en un sistema experimental con polvo de piedra
caliza, tiza y/o precipitado y la conversión total y
la tasa de reacción de la disolución de los productos
bajo la adición de CO2 fueron medidas.
Los parámetros límites determinados luego formaron la base para las pruebas a escala piloto. Gases
de combustión sintéticos fueron utilizados en estos
experimentos. La verificación de los datos obtenidos
en el laboratorio sobre las tasas de eliminación de
CO2 y sobre la tasa de formación de (HCO3-) de la
planta piloto se realizó en una gama de diferentes
condiciones límite.
Después de la determinación exitosa de la idoneidad general de este nuevo proceso de depuración y
de los parámetros de proceso necesarios, utilizando
gases de combustión sintéticos, los resultados se evaluaron en pruebas prácticas utilizando el gas de combustión real de una unidad de planta combinada de
calor + eléctrica (CCE) instalada en una planta de tratamiento de aguas residuales para la generación de
electricidad a partir de gas digestor e incorporando la
recuperación de calor de los residuos y la utilización.
Por último, una evaluación de la ingeniería de
proceso para permitir la apreciación del proceso de
depuración de piedra caliza - CO2 en comparación
del concepto CAC fue realizada en base a los resultados de las pruebas.
El principio de la utilización a escala comercial del
deterioro climático de la piedra caliza como un proceso
de depuración de CO2 ha sido económicamente calculado - asumiendo como base teórica las condiciones de
Estados Unidos y de los volúmenes de agua necesarios,
entre otras cosas por Ken Caldeira et al., experto en
geo - ingeniería y autor líder de IPCC. Los autores concluyen de su investigación que el proceso es en teoría
adecuado para su uso en plantas de generación de energía situados cerca de la costa y que ya utilizan el agua de
mar para la refrigeración, pero también hacen hincapié
en que siguen siendo necesarias las pruebas prácticas
antes de dar una evaluación concluyente [4, 5].
AT 4,3 [mmol/l]
Condiciones límite/Condições de fronteira:
40 g/l Precipitado/Precipitação
Contenido de gas/Conteúdo de gás 100 % CO2
de águas residuais para a geração de eletricidade a
partir de gás digestor e incorporando a recuperação
de calor residual e a utilização.
Finalmente, foi realizada uma avaliação da engenharia de processo para permitir a apreciação do
processo de depuração de pedra calcária – CO2 em
comparação com o conceito CAC, com base nos resultados dos testes.
O princípio de utilização em escala comercial do
intemperismo do calcário como um processo de depuração foi calculado em termos econômicos – assumindo como base teórica as condições dos Estados Unidos
e dos volumes de água necessários, entre outras coisas
por Ken Caldeira et al., especialista em geoengenharia
e principal autor do IPCC. Através de suas pesquisas, os
autores concluem que o processo é, em teoria, adequado para uso em plantas de geração de energia situadas
próximo da costa e que já utilizam a água do mar para
a refrigeração, porém também enfatizam que os testes
práticos continuam a ser necessários antes de se poder
oferecer uma avaliação conclusiva [4, 5].
4 Influencia de la temperatura y de la suspensión de depuración
Influência da temperatura e da suspenção de
depuração
4 Os testes de laboratório
Os aparatos de laboratório consistem em dois reatores, com sistemas de tubulação separados que permitem a alimentação contínua e sistemática dos produtos de cal em suspensão e dos gases disponíveis
comercialmente nos dois reatores (Figura 3). Os aditivos opcionais podem ser dosados e/ou o sedimento
devolvido a partir da fase de sedimentação ligado aos
reatores de dissolução através de tubos de alimentação na tampa. O aparato está instalado em um tanque
de água condicionável.
Em cada caso a suspensão de depuração foi posta
nos reatores antes dos testes e mantida em suspensão
por meio de agitadores de palheta. A medição contínua do pH e da condutividade durante o decorrer de
cada teste forneceram informações sobre o progresso
da reação de dissolução e a taxa de formação de hidrogenocarbonato de cálcio. A alcalinidade total final (AT
4.3) foi medida na água sobrenadante da suspensão de
depuração logo após a realização do equilíbrio cal/ácido carbônico. Em seguida foi calculada a eficiência de
47
60
95 %Ganancia/Volume de operação – Mg Dopaje/Dopagem
95 %Ganancia/Volume de operação – Na+ Dopaje/Dopagem
95 %Ganancia/Volume de operação – without Dopaje/Dopagem
Distribución exponencial/Ajuste exponencial: y = e3,1-0,2x, R2 = 0.96
2+
Tiempo/Tempo [min]
50
40
Deionat 10 °C, Concentración de las muestras/Concentração da amostra 30 g/l, Contenido de gas/Conteúdo de gás 100 % CO2
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
45
2.0
40
1.8
35
1.6
1.4
30
1.2
25
1.0
20
0.8
15
GK 091, 20 °C, deionat
GK 059, 10 °C, deionat
Precipitado/Precipitação, 10 °C, deionat
Precipitado/Precipitação, 10 °C, Agua de mar/Água do mar
10
5
10
20
Concentración de las muestras/
Concentração da amostra [g/l]
5 Influencia de la concentración de iones en
la velocidad de reacción
a 10 °C
Influência da concentração de ions em velocidade de reação a 10 °C
6 Influencia de la concentración de la muestra para varias muestras
y temperaturas
Influência da concentração da amostra
para várias amostras e
temperaturas
48
30
0.6
0.4
0.2
40
CO2 [kg/m³]
AT 4,3 [mmol/l]
Conductividad antes del experimento/Condutividade antes do experimento [mS/cm]
como expresión de la resistencia de los iones/como uma expressão da força iônica
Contenido de gas/Conteúdo de gás 100 % CO2
La suspensión de depuración fue en cada caso
puesta en los reactores antes de las pruebas y mantenida en suspensión por medio de agitadores de
paletas. La medición continua de pH y de la conductividad durante el curso de cada prueba proporcionó información sobre el progreso de la reacción de
disolución y la tasa de formación del bicarbonato de
calcio. La alcalinidad total final (AT 4.3) se midió en
el agua sobrenadante de la suspensión de depuración
luego de la consecución del equilibrio cal/ácido carbónico. Después se calculó la eficiencia de la eliminación de CO2 - utilizando los parámetros finales de
conductividad, pH, temperatura y AT 4.3.
La selección de productos de cal, como fuentes de
carbonato de calcio para estas pruebas, fue realizada
con la intención de cubrir todo el ancho de banda
de los parámetros de la muestra que se esperaban
fueran relevantes para este proceso. Dos muestras de
polvo de piedra caliza (denominadas como ‘GK 059’
y ‘GK 091’), una muestra de tiza y un precipitado
comercial (como sustancia de control químicamente
pura) fueron utilizadas para las pruebas. La disminución de la solubilidad en el sistema de cal/ácido
carbónico con el aumento de la temperatura es un
fenómeno conocido para el cual fue necesario, para
el sistema de prueba planeado, determinar las canti-
eliminação de CO2, utilizando-se os parâmetros finais
de condutividade, o pH, a temperatura e AT 4.3.
A seleção de produtos de cal como fontes de carbonato de cálcio para estes testes foi realizada com a
intensão de cobrir toda a largura de banda dos parâmetros da amostra que se esperava ser relevante para
este processo. Duas amostras de pó de calcário (denominadas ‘GK 059’ e ‘GK 091’), uma amostra de giz e um
precipitado comercial (como uma substância de controle quimicamente pura) foram usados para os testes. A
diminuição da solubilidade no sistema de cal/ácido carbônico com o aumento da temperatura é um fenômeno
conhecido para o qual foi necessário, para o sistema de
teste planejado, determinar as quantidades exatas sob
as respectivas condições limite dadas. A influência da
temperatura foi determinada para a faixa de 10 a 20°C
em precipitado p.a. em suspensões com diferentes conteúdos de íons. O resultado foi de 0,02 g/l por °C. Aqui
se tornou evidente que a eficiência de eliminação é significativamente mais influenciada pelo tipo de fluido de
depuração do que por sua temperatura (Figura 4).
Outros testes foram realizados com amostras de
água dopada com NaCl e/ou MgCl2 – 6 H2O1, uma
vez que se suspeitava que a influência pronunciada
de água do mar na eficiência de separação poderia ser
o resultado da alta concentração de íons de magnésio desta água. Estes testes indicaram que existe uma
simples dependência da concentração de íons, independentemente da espécie dos íons. A concentração de
íons também teve uma influência positiva na taxa de
conversão de CO2 em (HCO3-), com uma dependência
exponencial da condutividade inicial, como expressão
da concentração de íons (Figura 5).
No caso de suspensões que utilizam água deionizada, os efeitos da concentração da amostra provaram ser extremamente reduzidos. A limitação é, provavelmente, o resultado do equilíbrio da solubilidade
da suspensão, que é excedido significativamente nas
concentrações utilizadas. Um aumento significativo
da eficiência de separação de até 27 % pode ser conseguido a 10°C mediante o aumento da concentração
da amostra quando se utiliza água do mar em lugar de
água deionizada (Figura 6).
O conteúdo de CO2 no gás de combustão é um parâmetro de especial importância para este processo,
com correlações do aumento da pressão parcial de CO2
tanto com a eficiência de eliminação como com a velocidade de reação. A eficiência de remoção foi praticamente duplicada (Figura 7) e o tempo de reação de
conversão foi reduzido em mais da metade (Figura 8)
quando o conteúdo de CO2 nos gases de saída subiu de
20 % a 100 % do conteúdo total.
A possibilidade de se reciclar o material de cal utilizado foi investigada para a determinação da quantidade necessária de substância contendo carbonato,
uma vez que as amostras foram em todo tempo usadas
em excesso e nunca foram totalmente dissolvidas. Os
testes relevantes foram realizados duas vezes utilizando o resíduo de pó de calcário do teste anterior em
www.zkg.de
2.0
45
GK 091
40
1.8
1.6
AT 4,3 [mmol/l]
35
1.4
30
1.2
25
1.0
20
0.8
15
0.6
10
0.4
5
0.2
0
10
20
30
40
50
60
Contenido de gas/
Conteúdo de gás CO2 [%]
70
80
90
100
Condiciones límite/Condições periféricas:
Deionat, 20 °C, 30 g/l
60
90 % Ganancia/Volume de operação – GK 059 – 10 °C
90 % Ganancia/Volume de operação – Caliza/Tiza/Giz – 10 °C
90 % Ganancia/Volume de operação – Caliza/Tiza/Giz – 12 °C
50
Tiempo/Tempo [min]
dades exactas bajo las respectivas condiciones límite
dadas. La influencia de la temperatura fue determinada para el rango de 10 a 20 °C en precipitado p.a.
en suspensiones con diferentes contenidos de iones.
Esta fue determinada en 0,02 g/l por ºC. Aquí se puso
de manifiesto que la eficiencia de la eliminación está
influenciada significativamente más por el tipo de
fluido de depuración que por su temperatura (Fig. 4).
Otras pruebas se realizaron con muestras de agua
dopadas con NaCl y/o MgCl2 ∙ 6 H2O, ya que se sospechaba que la influencia pronunciada de agua de mar
en la eficiencia de separación podría ser el resultado
de la alta concentración de iones de magnesio de esta
agua. Estas pruebas indicaron que existe una dependencia simple de la concentración de iones, con independencia de las especies de iones. La concentración
de iones también tuvo una influencia positiva en la
tasa de conversión de CO2 en (HCO3-), con una dependencia exponencial de la conductividad inicial,
como expresión de la concentración de iones (Fig. 5).
En el caso de suspensiones utilizando agua desionizada, los efectos de la concentración de la muestra
resultaron ser extremadamente ligeros. La limitación
es probablemente el resultado del equilibrio de la solubilidad de la suspensión, que es excedido significativamente a las concentraciones utilizadas. Un incremento
significativo en la eficiencia de separación de hasta en
un 27 % se puede lograr a 10 °C mediante el aumento de la concentración de la muestra cuando se utiliza
agua de mar en vez de agua desionizada (Fig. 6).
El contenido de CO2 en el gas de combustión es un
parámetro de especial importancia para este proceso,
con correlaciones del aumento de la presión parcial
de CO2, tanto con la eficiencia de eliminación como la
velocidad de reacción. La eficiencia de remoción prácticamente se duplicó (Fig. 7) y el tiempo de reacción de
conversión se redujo a más de la mitad (Fig. 8) cuando
el contenido de CO2 en los gases de salida se aumentó
del 20 % al 100 % del contenido total.
La posibilidad de reciclar el material de cal utilizado fue investigada para la determinación de la
cantidad necesaria de sustancia que contiene carbonato, ya que los especímenes fueron en todo momento utilizados en exceso, y nunca fueron disueltos
totalmente. Las pruebas relevantes fueron realizadas
dos veces utilizando el residuo de polvo de piedra
caliza del ensayo anterior en cada caso, sin adición
de nuevo material de prueba. Estas pruebas de repetición dieron un resultado de depuración virtualmente idéntico y también se demostró, sobre la base
del diagrama de la conductividad, que no hubo una
disminución significativa en la velocidad de reacción
y que el material no consumido puede ser devuelto a
la reacción sin pérdidas de eficiencia.
La estabilidad de las soluciones de depuración es
determinada por el equilibrio de cal/ácido establecido
en la solución. Una importancia particular es concedida
en este contexto a los factores de temperatura, presión
parcial de CO2 sobre la solución y el pH. Alteraciones
CO2 [kg/m³]
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Contenido de gas/Conteúdo de gás CO2 [%]
cada caso, sem adição de novo material de teste. Estes
testes de repetição deram um resultado de depuração
virtualmente idêntico e também foi demonstrado, com
base no diagrama da condutividade, que não houve
uma diminuição significativa na velocidade de reação
e que o material não consumido pode ser devolvido à
reação sem perdas de eficiência.
A estabilidade das soluções de depuração é determinada pelo equilíbrio de cal/ácido estabelecido na
solução. Uma importância particular é concedida neste
contexto aos fatores de temperatura, pressão parcial
de CO2, sobre a solução e o pH. Alterações nestes parâmetros podem resultar na precipitação de CaCO3, que
geralmente tem lugar através de períodos de tempo
mais longos. O CaCO3 tem uma tendência a supersaturação em sistemas aquáticos. Todas as soluções de depuração utilizadas aqui tomaram a forma de sistemas
saturados de Ca(HCO3)2, que portanto apresentavam
uma dureza de carbonatos bastante alta. Deste modo,
as diluições sempre foram produzidas na proximidade de pontos de descarga de água, razão pela qual a
precipitação de CaCO3 não necessita ser prevista em
descargas nos sistemas de água. Testes de armazenamento correspondentes confirmaram esta hipótese.
Após a conclusão do teste, a solução de depuração foi
armazenada durante uma quantidade de dias e a alcalinidade total foi medida antes e depois do armazena-
7 Aumento de la
eficiencia de remoción
a 20 °C, cuando la concentración de CO2 en
los gases de combustión es incrementada
Aumento da eficiencia
de remoção a 20 °C,
quando a concentração
de CO2 nos gases de
combustão é incrementada
8 Influencia del contenido de gas en la
velocidad de reacción
Influência do conteudo
de gás na velocidade de
reação
49
mento. Somente ligeiras reduções inferiores a 0,05 g/l
de concentração de COw foram determinados em todo
o período de armazenamento.
en estos parámetros pueden resultar en la precipitación de CaCO3, que generalmente tiene lugar a través
de períodos de tiempo más largos. El CaCO3 tiene una
tendencia a sobresaturarse en sistemas acuáticos. Todas
las soluciones de depuración utilizadas aquí tomaron
la forma de sistemas saturados de Ca(HCO3)2, que por
lo tanto presentaban una muy alta dureza de carbonatos. De este modo, las diluciones siempre se producirán
en la vecindad de puntos de descarga de agua, razón
por la cual la precipitación de CaCO3 no necesita ser
prevista en descargas en los sistemas de agua. Pruebas
de almacenamiento correspondientes confirmaron esta
hipótesis. Posterior a la finalización de las pruebas, la
solución de depuración fue almacenada durante una
cantidad de días y la alcalinidad total fue medida antes
y después del almacenamiento. Sólo leves descensos de
menos de 0,05 g/l en la concentración de CO2 fueron
determinados durante el período de almacenamiento.
5 Implementação do processo em escala comercial:
planta piloto
Um sistema móvel de absorção/dessorção disponível
no Instituto de Tecnologia Energética e Ambiental
(AITU) foi modificado para os experimentos de orientação prática (Figura 9). O sistema foi operado por meio
de três unidades de absorção instaladas em série. O pó
de calcário e os aditivos utilizados foram postos em
um recipiente de alimentação e levados à suspensão
por meio de um agitador integrado; a suspensão de
cal produzida foi alimentada em contracorrente para o
gás de combustão a ser depurado nas etapas individuais de absorção. Os tanques de reação também foram
adicionalmente equipados com sistemas de agitação a
fim de manter o pó de calcário em suspensão durante
todo o processo. O fluido de depuração foi distribuído
por meio de placas defletoras instaladas na parte de
baixo das aberturas de saída na matriz bocal. Os absorvedores contaram com uma embalagem plástica para
aumentar a área de superfície de contato e o tempo
de permanência. Foi possível operar o sistema de teste
com um circuito de gás/fluido de depuração aberto e
fechado, de acordo com a tarefa em particular.
Os testes piloto foram realizados em temperatura
ambiente e utilizando 30 g/l do respectivo aditivo. Pó
de calcário e de giz de alta qualidade de seleção da seleção das amostras dos experimentos de testes anteriores foram utilizados como aditivo. A idoneidade destes
produtos foi indicada durante os testes preliminares em
escala de laboratório. A concentração de CO2 no gás de
combustão sintética variou de 15 a 90 % vol. de CO2 nos
5 Implementación a escala
comercial del proceso: planta piloto
Un sistema móvil de absorción/desorción disponibles
en el Instituto de Tecnología Energética y Ambiental
(AITU) fue modificado para las pruebas de orientación
práctica (Fig. 9). El sistema fue operado por medio de
tres unidades de absorción instaladas en serie. El polvo de piedra caliza y los aditivos utilizados fueron
puestos en un recipiente de alimentación y llevados
a la suspensión por medio de un agitador integrado. La suspensión de cal generada fue alimentada en
contracorriente al gas de combustión a ser depurado
en las etapas individuales de absorción. Los tanques
de reacción también fueron adicionalmente equipados
con sistemas de agitación con el fin de mantener el
polvo de piedra caliza en suspensión durante todo el
9 Diagrama de la planta
piloto
Diagrama da planta
piloto
Liberación de/
Liberação de CaCO3
Tanque de
almacenamiento
agitador/mezclador/Tanque
de armazenamento com
misturador
Absorber 1
Absorber 3
Absorber 2
Toma de la muestra/
Amostragem
Toma de la muestra/
Amostragem
Toma de la muestra/
Amostragem
Línea de suministro de
Aire/Linha de alimentação de ar + CO2
Flujo cerrado de gas/
Fluxo fechado de gás
Flujo cerrado de detergente/
Fluxo fechado de detergente
50
www.zkg.de
testes individuais com um fluxo de gás que permaneceu constante em 30 m3/h. Testes iniciais de orientação
foram realizados com um circuito fechado de fluido de
depuração/gás, a fim de verificar a repetitividade dos
testes em escala de laboratório em planta piloto. Os dados de condutividade obtidos nos testes de laboratório
também foram confirmados (Figura 10). As condições
de depuração de gás otimizadas nas instalações piloto,
resultantes da instalação de embalagens para ampliar
as superfícies de contato, por exemplo, promovem uma
tendência para maiores velocidades de reação. As amostras de fluido de depuração foram tomadas depois da
passagem através de cada um dos tanques absorventes a
fim de determinar sua capacidade máxima de absorção
de CO2 e a respectiva eficiência de eliminação de cada
etapa de absorção. A Figura 11 mostra a absorção de CO2
do líquido de depuração no absorvedor final. Sobre esta
base, até 483 mg de CO2 são absorvidos por litro de solução de depuração na depuração dos gases de combustão
sintéticos que contêm 30 % vol. De CO2 e um máximo de
300 mg por litro de solução de depuração no processamento de gases de combustão com um conteúdo de CO2
de 15 % vol. (Figura 11).
Os testes finais em escala piloto com um circuito
aberto de fluido de depuração/gás cumpriu o propósito
da preparação direta para os testes práticos, e foram
realizados em condições análogas àquelas dos últimos
experimentos. A Figura 12 apresenta, a título de exemplificação, os resultados da análise das três amostras
tomadas simultaneamente dos três depuradores de absorção depois de um período de operação de 20 min.,
utilizando o pó de calcário e uma concentração de CO2
de 15 % vol. A maior quantidade de CO2 é absorvida pelo fluido de depuração no primeiro absorvedor,
enquanto apenas uma depuração relativamente leve
ocorre nas unidades de depuração posteriores.
6 Testes práticos
Os testes práticos foram realizados em uma planta de
tratamento de águas residuais municipais em Bad Orb,
Alemanha. O lodo primário e excedente resultante é
digerido anaeróbica e mesofilicamente. A utilização
de energia do gás digestor em uma unidade de planta
Conductividad/Condutividade [μS/cm]
proceso. El fluido de depuración fue distribuido por
medio de placas deflectoras instaladas por debajo de
las aberturas de salida en el conjunto de boquillas. Los
absorbedores contaron con un empaque plástico con
el fin de aumentar el área de superficie de contacto y
el tiempo de residencia. Fue posible operar el sistema
de prueba con un circuito de fluido de depuración/gas
abierto o cerrado, según la tarea en particular.
Las pruebas piloto se llevaron a cabo a temperatura ambiente y utilizando 30 g/l del aditivo respectivo. Polvo de piedra caliza y de tiza de alta calidad
de la selección de las muestras de los experimentos
de laboratorio anteriores fueron utilizados como aditivo. La idoneidad de estos dos productos fue indicada durante las pruebas preliminares a escala de
laboratorio. La concentración de CO2 en el gas de
combustión sintética fue variada de 15 a 90 % vol. de
CO2 en las pruebas individuales, con un flujo de gas
que permaneció constante en 30 m3/h.
Pruebas orientacionales iniciales fueron realizadas con un circuito cerrado de fluido de depuración/
gas, con el fin de verificar la repetibilidad de las
pruebas a escala de laboratorio en la planta piloto.
Los datos de conductividad obtenidos en las pruebas
de laboratorio fueron confirmados también (Fig. 10).
Las condiciones de depuración de gas optimizadas en
las instalaciones piloto, resultantes de la instalación
de empaques para ampliar las superficies de contacto, por ejemplo, promueven una tendencia hacia
mayores velocidades de reacción.
Las muestras de fluido de depuración fueron tomaron después del paso a través de cada uno de los
tres tanques absorbentes con el fin de determinar su
capacidad máxima de absorción de CO2 y la eficiencia
de eliminación respectiva de cada etapa de absorción.
La figura 11 muestra la absorción de CO2 del líquido
de depuración en el absorbedor final. Sobre esta base,
hasta 483 mg de CO2 son absorbidos por litro de solución de depuración en la depuración de los gases de
combustión sintéticos que contienen 30 % vol. de CO2,
y un máximo de 300 mg por litro de solución de depuración en el procesamiento de gases de combustión
con un contenido de CO2 del 15 % vol. (Fig. 11).
Las pruebas a escala piloto finales con un circuito abierto de fluido de depuración/gas cumplió el
propósito de la preparación directa para las pruebas
prácticas, y fueron llevadas a cabo bajo condiciones
análogas a aquellas de los últimos ensayos.
La figura 12 muestra a modo de ejemplo los resultados del análisis de las tres muestras tomadas
simultáneamente aguas abajo de los tres depuradores de absorción después de un período de operación de 20 min. utilizando el polvo de piedra caliza
a una concentración de CO2 de 15 % vol.. La mayor
cantidad de CO2 es absorbido por el fluido de depuración en el primer absorbedor, mientras que sólo
una depuración siguiente relativamente ligera de los
gases de combustión es producida en las unidades de
depuración aguas abajo.
10 Comparación de las
conductividades de las
soluciones de depuración utilizadas en los
experimentos de laboratorio y las pruebas en
planta piloto
Comparação das condutividades das soluções
de depuração utilizadas
nos experimentos de
laboratório e nas provas
na planta piloto
1800
1600
1400
1200
1000
800
Laboratorio/Laboratório, 100 % CO2
Centro tecnológico/Piloto, 90 % CO2
600
400
200
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
t [min]
Condiciones límite/Condições periféricas: 20 °C, 30 g/l GK 059,
Laboratorio/Laboratório: Deionat, Centro tecnológico/Piloto: Agua potable/Água potável
51
6 Las pruebas prácticas
Las pruebas prácticas se llevaron a cabo en la planta
de tratamiento de aguas residuales municipales en
Bad Orb/Alemania. El lodo primario y en exceso resultante es digerido anaeróbica y mesofílicamente.
La utilización de energía del gas digestor en una unidad de planta combinada de calor + eléctrica (CCE)
sigue después de un almacenamiento temporal en un
depósito de gas. El gas de combustión generado en
la combustión del gas digestor se libera a la atmósfera a través de una tubería de gas de combustión
horizontal con un diámetro interior de 110 mm. La
temperatura del gas de combustión en la operación
de diseño de carga fue de 130 °C y la velocidad de
flujo del gas (10,5 m/s) fue controlada por medio de
un anemómetro de paletas. Un flujo volumétrico de
gas de combustión de operación de aprox. 360 Bm3/h
puede calcularse a partir de ello. La concentración
promedio de CO2 en los gases de escape fue del 12 %
vol.. La unidad central eléctrica y de calor funciona
alrededor de 4300 h cada año, dando lugar a emisiones anuales de CO2 de alrededor de 40 000 kg.
El sistema de depuración experimental fue conectado a la tubería de gas de combustión por medio de una manguera de plástico resistente al calor
(diámetro interior: 115 mm). El flujo volumétrico
del gas de combustión a través del depurador experimental se redujo a ≤ 70 m3/h, que corresponde al
diseño de este sistema. El flujo de gas de combustión para la depuración se encontraba por lo tanto
en el extremo superior del rango de rendimiento
del depurador experimental, pero fue posible compensar esto al menos parcialmente con el aumento
del flujo volumétrico del fluido de depuración, que
alcanzó 1.400 l/h y alrededor de 3.500 l/h en las
pruebas individuales. Después de pasar a través de
las etapas de absorción instaladas en serie, el gas
de combustión de contenido de CO2 reducido fue
liberado a la atmósfera.
Sólo el aparato de prueba con un circuito abierto
de gas y fluido de depuración fue utilizado en las
pruebas prácticas. La concentración de CO2 durante
estas pruebas se mantuvo en gran medida constante, al alrededor de 11,8 % vol., con sólo ligeras fluctuaciones de algunos ±0,2 % vol.
Los mismos productos utilizados en las pruebas
a escala piloto se utilizaron aquí como aditivos con
un contenido de carbonato de calcio, en concentraciones de 3 % y 1,5 % en peso, respectivamente.
Una serie de pruebas que implicaron la adición de
aproximadamente 3,5 % en peso de cloruro de sodio
(99 % de NaCl) sirvió el propósito de la evaluación
de la utilización de agua de mar. Dos reservas de
agua estaban disponibles en la planta de tratamiento de aguas residuales de Bad Orb, el suministro de
agua de la red municipal fue seleccionado para su
uso después de las pruebas preliminares, gracias a
su composición química constante. Los datos analíticos pertinentes se muestran en la Tabla 1:
52
combinada de calor + eletricidade (CCE) segue após um
armazenamento temporário em um depósito de gás. Os
gases de combustão gerados na combustão de gás digestor é liberado para a atmosfera através de um tubo
horizontal com um diâmetro interno de 110 mm.
A temperatura do gás de combustão na operação
de projeto de carga foi de 130 °C e a velocidade de
fluxo do gás (10,5 m/s) foi controlada por meio de um
anemômetro de palhetas. A partir disso pode ser calculado um fluxo volumétrico de gás de combustão de
operação de aprox. 360 Bm3/h. A concentração prometida de CO2 nos gases de escape foi de 12 % vol.
A unidade central de energia e de calor funciona por
volta de 4300 h por ano, dando lugar a emissões anuais
de CO2 de cerca de 40 000 kg.
O sistema de depuração experimental foi conectado à tubulação de gás de combustão por meio de uma
mangueira de plástico resistente ao calor (diâmetro
interior: 115 mm). O fluxo volumétrico do gás de combustão através do depurador experimental foi reduzido
a ≤ 70 m3/h, que corresponde ao projeto deste sistema. O fluxo de gás de combustão para a depuração se
encontrava, portanto, no extremo superior do alcance
de rendimento do depurador experimental. Porém foi
possível compensar isto, ao menos parcialmente, com
o aumento do fluxo volumétrico do fluido de depuração, que alcançou 1400 l/h e cerca de 3500 l/h nos testes individuais. Após passar pelas etapas de absorção
instaladas em série, o gás de combustão de conteúdo
de CO2 reduzido foi liberado para a atmosfera. Apenas
o aparelho de teste com um circuito aberto de gás e
fluido de depuração permaneceu em grande medida
constante, cerca de 11,8 % vol., apenas com ligeiras
flutuações de +/- 0,2 % vol.
Os mesmos produtos utilizados nos testes em escala piloto foram utilizados aqui como aditivos com um
conteúdo de carbonato de cálcio, em concentrações de
3 % e 1,5 % em peso, respectivamente. Uma série de
testes que implicaram a adição de aproximadamente
3,5 % do peso em cloreto de sódio (99 % de NaCl) serviu ao propósito da avaliação da utilização de águas
do mar. Duas reservas de água estavam disponíveis na
planta de tratamento de águas residuais de Bad Orb. O
suprimento de água da rede municipal foi selecionado
para seu uso após os testes preliminares, graças à sua
composição química constante. Os dados analíticos
pertinentes são apresentados na Tabela 1:
Da mesma maneira que os testes em escala piloto,
em primeiro lugar a suspensão foi preparada no recipiente receptor e na sequência deu início a operação
das bombas de liquido de depuração e dos agitadores
dos três recipientes de absorção. A mangueira de gás
foi introduzida no depurador de teste tão logo foi estabelecido um fluxo estável de detergente no depurador.
Os analistas do gás, que visualizaram e registraram o
conteúdo de CO2 nos fluxos de gás (antes da entrada no
depurador de teste) e no gás depurado (na saída do depurador de teste) tornaram possível o acompanhamento
da evolução da concentração de CO2. As amostras de
www.zkg.de
600
30%vol.-% CO2
Flujo de gas/Gases de combustão
500
483
15%vol.-% CO2
Flujo de gas/Gases de combustão
Creta/Giz
Cal/Calcário
473
400
300
300
262
200
100
0
Ensayo/
Ensayo/
Ensayo/
Ensayo/
Teste 12
Teste 5
Teste 11
Teste 6
11 La absorción de CO2 de las soluciones de depuración en las pruebas realizadas
con circuitos con gas cerrado y fluido de purificación abierto (evaluación de la tercera
muestra posterior al absorbedor final en cada caso)
A absorção de CO2 das soluções de depuração nas provas realizadas com circuitos com
gás encerrado e fluido de purificação aberto (avaliação da terceira amostra posterior ao
absorvedor final em cada caso)
Consumo de CO2 de la solución de depuración/
Consumo de CO2 da solução de água de depuração [mg/l]
Al igual que en las pruebas a escala piloto, la
suspensión fue preparada en el primer recipiente receptor y a continuación se iniciaron las bombas del
líquido de depuración y los agitadores de los tres recipientes de absorpción continuación. La manguera de
gas fue conectada a la toma de gases de combustión y
la alimentación del flujo de gas fue introducida en el
depurador de prueba tan pronto como se estableció un
flujo estable de detergente en el depurador.
Los analizadores de gas, los cuales visualizaron
y registraron el contenido de CO2 en los flujos de gas
(antes de la entrada al depurador de prueba) y en el
gas depurado (a la salida del depurador de prueba)
hicieron posible el seguimiento la evolución de la
concentración de CO2. Las muestras de fluido de depuración fueron tomadas poco después de que la concentración de CO2 a la salida del depurador de prueba
hubiera alcanzado un valor constante. El flujo volumétrico del fluido de depuración fue establecido como
el valor más alto en cada caso después del muestreo
inicial de este líquido, luego del cual la concentración
de CO2 visualizada por el analizador de gases a la salida de gas del sistema (lado del gas depurado) cayó. La
segunda muestra del fluido de depuración fue tomada
tan pronto un valor estable fue alcanzado y el experimento se continuó hasta que la suspensión preparada
en el recipiente receptor se había agotado.
Las tasas de depuración más altas dentro de condiciones límites ecológica y económicamente racionales se obtuvieron en las pruebas prácticas utilizando agua del grifo dopada con sal. La Figura 13
muestra la correlación entre la eficiencia de eliminación y la concentración de CO2 en el gas de combustión a un alto de flujo volumétrico del fluido de
depuración y el uso de agua salada.
La eficiencia de eliminación del CO2 de los gases
de combustión utilizando un depurador de piedra caliza depende principalmente de la concentración de
iones y flujo volumétrico del fluido depurador. Con
los dos aditivos de depuración ensayados se obtienen
grados comparables de depuración del gas. La cuestión de usar el aditivo en la prueba por primera vez o
de utilizar una cantidad residual de una prueba anterior como base para la preparación de la suspensión
también demostró no ser de importancia alguna. En
contraste con los experimentos de laboratorio, una
disminución de CO2 comparable a la conseguida con
las concentraciones más altas de suspensión fue lograda, incluso con una cantidad significativamente
menor de cal (1,5 % en peso), probablemente como
resultado de la gran superficie de contacto entre el
gas de combustión y el fluido depurador proporcionado en el depurador de ensayo y de una mejor
mezcla de la suspensión. Se demostró que es posible
eliminar hasta el 11,2 % del contenido de CO2 en
los gases de escape, dependiendo de los parámetros
de las pruebas seleccionados, al utilizar suspensiones
sin sal. La tasa de eliminación fue de hasta el 17,2 %
cuando se utilizó agua de mar sintética.
Consumo de CO2 de la solución de depuración/
Consumo de CO2 da solução de água de depuração [mg/l]
600
Cal/calcário
500
400
334
300
294
298
Después/Após
Después/Após
Después/Após
absorber 1
absorber 2
absorber 3
200
100
0
12 La absorción de CO2 del fluido de depuración luego de la primera, segunda o última
etapa de absorción en el Ensayo 9 usando fluido de depuración en base de cal y una
concentración de CO2 de 15 % vol. en el gas de combustión
A absorção de CO2 do fluido de depuração logo na primera, segunda ou última etapa
de absorção no Ensaio 9 usando fluido de depuração de base de cal e uma concentração
de CO2 de 15 % vol. no gás de combustão
fluido de depuração foram tomadas pouco depois de a
concentração de CO2 na saída do depurador de teste alcançar um valor constante. O fluxo volumétrico do fluido de depuração foi estabelecido como o valor mais alto
em cada caso após a amostragem inicial deste líquido,
depois do qual a concentração de CO2 visualizada pelo
analista na saída de gás do sistema (lado do gás depurado) caiu. A segunda amostragem do fluido de depuração
foi tomada tão logo um valor estável foi alcançado e o
experimento continuou até que a suspensão preparada
no recipiente receptor se esgotou. As maiores taxas de
53
Tab. 1 Datos analíticos
7 Evaluación de la ingeniería de proceso
Los resultados de las pruebas obtenidos se utilizarán ahora para una evaluación comparativa del
proceso de depuración de piedra caliza - CO2 contra
el concepto previamente discutido y al menos parcialmente probado basado en la tecnología de captura y almacenamiento de carbono (CAC). El objetivo declarado de la tecnología CAC es el de la captura
de dióxido de carbono directamente en su origen
(puntual) y el de almacenarlo de forma permanente
en formaciones geológicas profundas.
La depuración de piedra caliza - CO2, una simulación tecnológica del proceso natural de la erosión
de las rocas carbonatadas, no utiliza sustancias ambientalmente dudosas. En principio, sólo agua (de
mar), polvo de piedra caliza y energía para el accionamiento de las bombas son necesarias para la
depuración utilizando este proceso.
La configuración del proceso simple y de relativamente bajo consumo energético también debe ser
añadida a los beneficios que posee la depuración de
piedra caliza - CO2 frente a los procesos CAC en términos del impacto ambiental de las sustancias en el
fluido de depuración. A diferencia de los procesos de
CAC, en el que el dióxido de carbono, absorbido por
el fluido de depuración en el absorbedor, es nuevamente separado, con la entrada en el dispositivo de
desorción de grandes cantidades de energía térmica,
el CO2 permanece en el líquido de depuración después
de la depuración de piedra caliza - CO2 y puede entonces, por ejemplo, ser descargado de nuevo al mar. La
energía de lo contrario necesaria para la compresión
subterránea del CO2 también es ahorrada. Además, las
pruebas realizadas han demostrado que la absorción
de CO2 en la depuración de piedra caliza - CO2 es de
hecho promovida por un excedente de polvo de piedra
caliza, pero también que la cal no consumida puede
ser utilizada de nuevo en el proceso de depuración sin
pérdida de eficiencia. Estimaciones aproximadas de
costo beneficio indicaron que este hecho, en combi-
para el agua de depuración en las pruebas
prácticas
Dados analíticos para a
agua de depuraçados
em testes práticos
13 Tasas de extracción
logradas en las pruebas
prácticas usando agua
de grifo dopada con sal
Taxas de extração alcançadas em testes práticos
utilizando água da rede
dopada com sal
Análisis de CO2del agua de depuración/
Análise de CO2 da água de depuração [%]
16
Flujo de detergente/Fluxo do detergente 3500 l/h
Agua del grifo, dopada con sal/Água de torneira dopada com sal
Agua del grifo/Água de torneira
GK 059 GK 059
14
12
Creta/Giz
GK 059
GK 059
GK 059
10
GK 059
8
GK 059
6
6
8
10
12
14
16
Análisis en línea de los gases de la depuración de CO2/
Análise online de gases de limpeza de CO2 [%]
54
18
Parámetro/Parâmetro
Ca2+
Mg2+
Conductividad/
Condutividade
AT 4.3
Valor medido
20
4
Unidad/Unidade
mg/l
mg/l
230
μS/cm
0.6
mmol/l
depuração dentro de condições de condições ecológica
e economicamente racionais foram obtidas nos testes
práticos utilizando-se água de torneira dopada com sal.
A taxa de remoção foi de até 17,2 % quando usada água
do mar sintética. A Figura 13 mostra a correlação entre
a eficiência de eliminação e a concentração de CO2 no
gás de combustão em um alto fluxo de depuração e com
a utilização de água salgada.
A eficiência de eliminação do CO2 dos gases de
combustão utilizando um depurador de calcário depende principalmente da concentração de íons e do fluxo
volumétrico do fluido depurador. Com os aditivos de
depuração testados foram obtidos graus comparáveis de
depuração do gás. A questão de se usar aditivo no experimento pela primeira vez ou de se utilizar uma quantidade residual de um teste anterior como base para a
preparação da suspensão também demonstrou não ter
qualquer significado. Em contraste com os experimentos de laboratório, uma diminuição de CO2 comparável à
conseguida com as concentrações mais altas de suspensão foi alcançada, inclusive com uma quantidade significativamente menor de cal (1,5 % em peso), provavelmente como resultado da grande superfície de contato
entre o gás de combustão e o fluido depurador proporcionado no depurador de teste e de uma melhor mistura
da suspensão. Foi demonstrado que é possível eliminar
até 11,2 % do conteúdo de CO2 nos gases de escape, dependendo dos parâmetros dos testes selecionados, ao
utilizar suspensões sem sal. A taxa de eliminação foi
de até 17,2 % quando se utilizou água do mar sintética.
7 Avaliação da engenharia de processo
Os resultados dos testes obtidos serão utilizados agora
para uma avaliação comparativa do processo de depuração de calcário – CO2 com o conceito previamente
discutido, e ao menos parcialmente, testado com base
na tecnologia de captura e armazenamento de carbono (CAC). O projeto declarado da tecnologia CAC é o
de captura de dióxido de carbono diretamente em sua
origem (pontual) e o de armazenamento de foram permanente em formações geológicas profundas
A depuração de calcário – CO2, uma simulação
tecnológica do processo natural da erosão das roxas
carbonatadas, não utiliza substâncias ambientalmente
duvidosas. A princípio, somente água (do mar), pó de
calcário e energia para o acionamento das bombas são
necessárias para a depuração utilizando este processo.
A configuração simples do processo, simples e
de relativamente baixo consumo energético, também
deve ser adicionada aos benefícios que a depuração de
calcário – CO2 possui frente aos processos CAC em termos de impacto ambiental das substâncias no fluido de
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nación con las ventajas de la energía del proceso, da
lugar a costos de operación relativamente bajos.
La comparación directa de la eficiencia de remoción de CO2 de los dos procesos favorece a los depuradores basados en aminas (MEA) utilizados para los
procesos de CAC. Hasta 800 mg de CO2 son absorbidos por litro de fluido de depuración en las pruebas
prácticas realizadas utilizando el depurador de piedra
caliza. En aprox. 44 g/l de solución de depuración (diferencial de carga 0,2 mol/mol), la absorción de CO2
lograda utilizando una solución al 30 % de monoetanolamina (MEA) es mayor en casi dos órdenes de
magnitud, dependiendo del proceso específico seleccionado. La desventaja de la solubilidad significativamente menor del dióxido de carbono en el depurador
de piedra caliza en cierta medida puede ser equilibrada por medio de la correspondiente configuración de
proceso y operación. En una configuración en cascada, en el que un número de etapas de depuración,
cada una tratando los gases de combustión recibidos
de la etapa anterior con solución de depuración fresca,
son instalados uno tras otro, la eficiencia de remoción
del CO2 puede ser elevada de una etapa a la otra. Este
arreglo sin embargo también aumenta los costos de
consumo del fluido de depuración y de inversión.
Se puede comprobar, a modo de resumen, que
el depurador de piedra caliza - CO2 examinado aquí
posee en criterios ecológicos y de ingeniería de procesos importantes ventajas frente a los procesos de
CAC discutidos (Tabla 2).
8 Perspectivas
Además de un mayor desarrollo tecnológico del proceso, con el objetivo de optimizar las tasas de remoción de CO2 en el proceso a escala comercial, futuros
proyectos de investigación también tendrán que demostrar la aceptabilidad de la descarga de la solución
de bicarbonato de calcio en los sistemas naturales de
agua, y verificar los efectos ecológicos positivos previstos. No sólo la química del agua y los análisis biológicos, sino también el modelado, con la participación de una institución de investigación marina, de
los efectos potenciales en ambos entornos límnicos y
Parámetro
Parâmetro
Costo operacional de los
conductores/Custo operacional dos condutores
Fluido depurador
Desvío del/de fluido
depurador
Necesidad de permiso/
Necessidade de aprovações
Tubería y almacenamiento
de CO2/Tubulação e armazenamento de CO2
Co-producto/Co-produto
Total costo/
Custo total/m3 (8000 h/a)
depuração. Ao contrário dos processos CAC, nos quais
o dióxido de carbono, absorvido pelo fluido de depuração no absorvedor, é novamente separado, com a entrada no dispositivo de dessorção de grandes quantidades de energia térmica, o CO2 permanece no liquido de
depuração depois da depuração do calcário CO2 e pode
então, por exemplo, ser despejado novamente ao mar.
Por outro lado, a energia necessária para a compressão
subterrânea do CO2 na depuração de calcário - CO2 é
de fato promovida por um excedente de pó de calcário, mas também porque a cal não consumida pode
ser utilizada novamente no processo de depuração sem
perda de eficiência. Estimativas aproximadas de custo
benefício indicaram que este fato, em combinação com
as vantagens da energia do processo, dá lugar a custos
de operação relativamente baixos.
A comparação direta da eficiência de remoção de
CO2 dos dois processos favorece aos depuradores baseados em aminas (MEA) utilizadas para os processos
de CAC. Até 800 mg de CO2 são absorvidos por litro de
fluido de depuração nos testes práticos realizados utilizando-se o depurador de calcário. Em aproximadamente 44 g/l de solução de depuração (diferencial de carga
0,2 mol/mol), a absorção de CO2 conseguida utilizando-se uma solução a 30 % de monoetanolamina (MEA) é
maior em quase duas ordens de magnitude, dependendo do processo específico selecionado. A desvantagem
da solubilidade significativamente menor do dióxido
de carbono no depurador do calcário em certa medida
pode ser equilibrada por meio da correspondente configuração do processo e operação. Em uma configuração
em cascata, em que um número de etapas de depuração,
cada uma tratando os gases de combustão recebidos da
etapa anterior com solução de depuração fresca, foram
instaladas uma após a outra, a eficiência de remoção do
CO2 pode ser elevada de uma etapa a outra. Este arranjo,
no entanto, também aumenta os custos de consumo de
fluido de depuração e de investimentos.
Pode ser determinado, em resumo, que o depurador
de calcário – CO2 aqui examinado possui, em critérios
ecológicos e de engenharia de processos, importantes
vantagens frente aos processos de CAC discutidos (Tabela 2).
CCS (MEA depurador)
CCS (depurador MEA)
Temperatura, presión de la tubería para el
transporte de CO2/Temperatura, pressão da
tubulação para o transporte de CO2
Depurador de CO2 basado en piedra caliza
Depurador de CO2 baseado em calcário
Agua/Água
Tóxico
2%
Inocuo/inócuo
No anticipado, en caso tal despreciable/Nenhuma previsão, insignificante, se for o caso
No está previsto/Nenhuma previsão
Alta, a partir de 1000 kg MEA
en el sistema/no sistema
Critico, solo una baja aceptación social/
Critico, apenas uma baixa aceitação social
Dióxido de carbono
0.046 €
Tab. 2 Evaluación comparativa de depuración
MEA y del proceso de
depuración de CO2
basado en piedra caliza
molida
Avaliação comparativa
da depuração MEA e do
processo de depuração
de CO2 baseado em
calcário moído
No requerido/Não necessário
Carbonato de hidrógeno/hidrogênio
0.027* €
* costos del agua no son incluídos, en el caso de utilizar agua marina/custos de água não incluídos, quando usada água do mar
55
marinos, deben llevarse a cabo para este fin. Especial
atención también debe ser dedicada a la estabilidad de
la solución de bicarbonato de calcio después de su dilución con una gama de diferentes aguas superficiales.
The further technological development of the
limestone-CO2 scrubber must firstly concentrate
on process arrangement and operation. Here, the
research results have already outlined options for
optimisation of removal efficiency. The plant technology used for these tests consisted of a universally
deployable absorption system, which was modified
only to conform with the special requirements of this
process. The special reaction kinetics requires a specially adapted process featuring a cascade-configuration scrubber installation. Removal rates of around
80 % of the CO2 contained in the flue gas are targeted
using this technology in a planned follow-up project.
El desarrollo tecnológico del depurador de piedra
caliza - CO2 debe centrarse en primer lugar en el proceso de arreglo y funcionamiento. En este caso, los
resultados de la investigación ya han esbozado opciones para la optimización de la eficiencia de remoción.
La tecnología de la planta utilizada para estas pruebas
consiste en un sistema de absorción de aplicación universal, que fue modificada sólo para cumplir con las
necesidades especiales de este proceso. La cinética de
reacción especial requiere un proceso especialmente
adaptado con una instalación de depuración con una
configuración en cascada. Las tasas de remoción de
alrededor del 80 % del CO2 contenido en los gases de
combustión son la meta a alcanzar utilizando esta
tecnología en un proyecto de seguimiento previsto.
8 Perspectivas
Além de um maior desenvolvimento tecnológico do
processo, com o objetivo de otimizar as taxas de
remoção de CO2 no processo em escala comercial,
futuros projetos de pesquisa também terão que demonstrar a aceitabilidade da descarga da solução de
bicarbonato de cálcio nos sistemas naturais de água,
e verificar os efeitos ecológicos positivos previstos.
Não somente a química da água e as análises biológicas, mas também a modelagem, com a participação de uma instituição de investigação marinha,
dos efeitos potenciais em ambos entornos límnicos
e marinhos, devem ser realizadas para este fim. Especial atenção também deve ser dedicada à estabilidade da solução de bicarbonato de cálcio depois
de sua diluição com uma gama de diferentes águas
superficiais.
O desenvolvimento tecnológico do depurador de
calcário – CO2 deve concentrar-se primeiramente no
processo de arranjo e de funcionamento. Neste caso,
os resultados da pesquisa já esboçaram opções para
a otimização da eficiência de remoção. A tecnologia
da planta utilizada para estes testes consiste em um
sistema de absorção de aplicação universal, que foi
modificada apenas para cumprir com as necessidades especiais deste processo. A cinética de reação
requer um processo especialmente adaptado com
uma instalação de depuração com configuração em
cascata. As taxas de remoção de cerca de 80 % do
CO2 contido nos gases de combustão são a meta a ser
alcançada utilizando esta tecnologia em um seguimento previsto para o projeto.
9 Agradecimientos
El proyecto IGF AiF-16548 N, conducido por la Fundación de Investigación Alemana de Cal y Mortero
y el Instituto de Tecnología Energética y Ambiental
(AITU) recibió apoyo financiero a través de la Federación Alemana de Asociaciones de Investigación
Industrial AiF en el marco del Programa de Promoción de la Investigación Industrial Común (IGF), del
Ministerio Federal de Economía y Tecnología (Ministerio Federal de Economía y Energía) sobre la base
de una resolución adoptada por el Parlamento de la
República Federal de Alemania.
8 Agradecimentos
O projeto IGF AiF-16548 N, conduzido pela Fundação de Pesquisa Alemã de Cal e Argamassa
e o Instituto de Tecnologia Energética e (AITU)
recebeu apoio financeiro através da Federação
Alemã de Associações de Pesquisa Industrial AiF
no marco do Programa de Promoção de Pesquisa Industrial Comum (IGF), do Ministério Federal
de Economia e Tecnologia (Ministério Federal de
Economia e Energia) com base em uma resolução
adotada pelo Parlamento da República Federal da
Alemanha.
REFERENCIAS
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http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3804.pdf
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[3] Hütter, L. A.: Wasser und Wasseruntersuchung (1992), Salle + Sauerländer, Frankfurt/Main
[4] Caldeira, K. & Rau, G. H. (2000): Accelerating carbonate dissolution to sequester carbon dioxide in the ocean: Geochemical implications.
Geophysical Research Letters 27(2): 225-228
[5] Rau, G. H., Knauss, K. G.; Langer, W. H. & Caldeira, K.: Reducing energy-related CO2 emissions using accelerated weathering of limestone,
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56
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