Dosificando alternativas - ZKG International • Cement - Lime
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Dosificando alternativas - ZKG International • Cement - Lime
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 CNA em pedreiras – problemas e soluções 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 18 CNA en las canteras – problemas y soluciones CNA em pedreiras – problemas e soluções 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 PROCESS // Emissions 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” '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 ZKG South America Edition 1 2014 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 ZKG South America Edition 1 2014 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, haga clic en el punto de navegación “Soporte Técnico” en nuestro Sitio Web. Respuestas para la industria ZKG South America Edition 1 2014 5 PRODUCTS // Maintenance 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- ZKG South America Edition 1 2014 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. ZKG South America Edition 1 2014 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 Monitoramento de condição aumenta 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. ZKG South America Edition 1 2014 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 ZKG South America Edition 1 2014 Siemens ENGINEERING // Optimization 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 ENGINEERING // Optimization 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 7 % # / . 6 % 9 1 5 ! , ) 4 9 Experiencia en la Industria del Cemento s#ALIDADY#ONFIABILIDADPARA HORNOSDEHASTATD s0ROBADOCONMÉSDE REFERENCIASENTODOELMUNDO Visíten os XXXI en #/.' 2 %3 TÉCN IC / O FICE M 3EPTIEM BREA L 3ANTO$ 2EPÞBLIC OMINGO A$OMIN ICANA STAND. ² !5-5.$,TDAs!V%NG,UIS#ARLOS"ERRINIs²ANDARn#ONJs3ÎO0AULO30n"RASIL AUMUND AUMUNDCOMBRqWWWAUMUNDCOM ENGINEERING // Optimization 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 ZKG South America Edition 1 2014 15 ENGINEERING // Optimization 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 ZKG South America Edition 1 2014 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. www.zkg.de ()39 Mueve las fábricas cementeras 24/7 &RPSRQHQWHV\VLVWHPDVGHDFFLRQDPLHQWR)/(1'(5SRWHQFLDSDUDODPiVDOWD GLVSRQLELOLGDGHQODLQGXVWULDGHPDWHULDOHVGHFRQVWUXFFLyQ VLHPHQVFRPIOHQGHUDSSOLFDWLRQV 2SHUDQGRHQWULWXUDGRUDVPROLQRVWXEXODUHVKRUQRV WXEXODUHVURWDWRULRVRHQVLVWHPDVGHWUDQVSRUWHGRQGH RWUDVVROXFLRQHVGHPRWRUOOHJDQDVXOtPLWHORVPRWRUHV )/(1'(5IXQFLRQDQGHPDQHUDILDEOH\OLEUHGHIDOORV 'RQGHTXLHUDTXHVHDQXWLOL]DGRVORVFRPSRQHQWVGH PRWRU)/(1'(5LPSUHVLRQDQSRUVXDOWDGXUDELOLGDG\ ILDELOLGDGRSHUDFLRQDO6XDOWDHILFLHQFLDUHGXFHORVFRVWRV RSHUDWLYRV&RPRSURYHHGRUOLGHUGHVROXFLRQHVGHDFFLR QDPLHQWRVPHFiQLFRV6LHPHQVRIUHFHFRQORV DFFLRQDPLHQWRV)/(1'(5WHFQRORJtDSUREDGDFRQOD PD\RUFDOLGDGGHPDWHULDOHV\SURFHVDPLHQWR%DVDGRHQ GpFDGDVGHH[SHULHQFLDJDQDGDFRPRSURYHHGRUGHOD LQGXVWULDGHOFHPHQWRQXHVWURUDQJRGHVHUYLFLRV FRPLHQ]DFRQODFRQVXOWRUtD\HOGHVDUUROORGHFRQFHSWRV SDUDHODFFLRQDPLHQWRDGHFXDGR\VHH[WLHQGHDWUDYpVGHO SODQHDPLHQWR\GLVHxRGHOSUR\HFWRKDVWDODSXHVWDHQ PDUFKDVHUYLFLRDOFOLHQWH\HOVRSRUWHDQLYHOPXQGLDO $QVZHUVIRULQGXVWU\ 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 CNA em pedreiras – problemas e soluções 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 ZKG South America Edition 1 2014 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- ZKG South America Edition 1 2014 19 MATERIALS // Analyzing 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. ZKG South America Edition 1 2014 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 www.zkg.de 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- ZKG South America Edition 1 2014 21 MATERIALS // Analyzing 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 ZKG South America Edition 1 2014 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. FABRICAMOS EN ITALIA PARA SUPLIR A TODO EL MUNDO IA LOG NO NA C E T LIA ITA BANDAS TRANSPORTADORAS Y ELEVADORAS DE MALLA TEXTIL Y METALICA ,62 *RUOD0LQRUH,WDO\ 9LD$&RORPER 3KRQH )D[ ZZZVLJLW (PDLOVLJ#VLJLW 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 ZKG South America Edition 1 2014 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- ZKG South America Edition 1 2014 25 MATERIALS // Conveying 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 ZKG South America Edition 1 2014 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- Motores eléctricos de hasta 20 MW y 13,8 kV a nivel mundial Menzel Elektromotoren GmbH es su experto fabricante alemán de motores eléctricos siempre que necesite una solución a medida y en plazo. ¿Emergencia? ¿Avería? ¿Inactividad de sus instalaciones? En nuestros almacenes contamos con más de 20,000 motores para proporcionarle el motor apropiado en un tiempo récord. > > > > > > > Motores de rotor bobinado Motores de jaula de ardilla Motores de corriente continúa Convertidores Arrancadores Soporte técnico y puesta en marcha Pruebas en carga en nuestro Banco de Pruebas (13,200 V, 120 Hz, 2,300 kVA) ¡Pregúntenos por nuestras referencias en el sector de cemento! 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 nB [1] 65 MENZEL Elektromotoren GmbH MENZEL Spain | José Celestino Mutis, 4-6°F 28700 San Sebastian de los Reyes, Madrid Tel: +34-91-6590074 | Fax: +34-94-4632281 MENZEL Germany | Neues Ufer 19-25 | 10553 Berlin Tel.: +49-30-349922-0 | Fax: +49-30-349922-999 E-Mail: [email protected] www.menzel-elektromotoren.com MATERIALS // Conveying 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 Conveying // MATERIALS 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) ZKG South America Edition 1 2014 29 MATERIALS // Conveying 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 d o r p um e d a d i l a u q r o h l me AUMENTA O TEMPO DE PEGA INICIAL AUMENTA A FLUIDEZ DÁ UM PRODUTO FINAL MAIS HOMOGÊNEO ALTA PRODUTIVIDADE COM BAIXAS DOSES PRODUTO BIODEGRADÁVEL NÃO COMPROMETE A RESISTÊNCIA DO PRODUTO FINAL NÃO PROVOCA A FORMAÇÃO DE MOFOS Para mais informações pode contactar-nos: www.plastretard.com [email protected] www.sicit2000.it T +39 0444 450 946 F +39 0444 877 160 MATERIALS // Conveying 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 Conveying // MATERIALS 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) ZKG South America Edition 1 2014 33 MATERIALS // Conveying 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 ZKG South America Edition 1 2014 www.zkg.de IT HAS NOTHING TO DO WITH POLITICS THAT WE PROMOTE GREEN IDEAS, IT IS JUST PART OF OUR NATURE Now it’s time for LOESCHE innovative technology. For further information please call +49 211 53 53 0 or visit www.loesche.com 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, ZKG South America Edition 1 2014 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 ZKG South America Edition 1 2014 37 PROCESS // Mineralizing 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 Mineralizing // PROCESS » » » 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 ZKG South America Edition 1 2014 39 PROCESS // Mineralizing 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 ZKG South America Edition 1 2014 » » » 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. www.zkg.de Mineralizing // PROCESS 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 ZKG South America Edition 1 2014 41 PROCESS // Emissions 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 ZKG South America Edition 1 2014 43 PROCESS // Emissions 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 www.zkg.de PAR ARQ QU QUE UE U ES DE ALMA ES LM MA M ACENAMI CEN CEN E AM AMI MIENT EN EN ENTO NT TO PÁTIO PÁ ÁTIO TIOS S DE E EST STOCA OC C GEM EN ENF E N R NF RIIA RIA ADO DORES DOR RESFR SF FRIAD FR AD DOR ORES SIL S LOS DE E ME EZCL ZC ZC CLA SILO LO OS DE E MISTU URA MOLIEN MO MOL IENDA DA A MOA OAGEM TR TRA T RA R ANSP NS N SP PORT ORTE NEUM OR UM MÁTICO ICO IC CO TRA RA RAN AN NS SPO SP PO ORTADORE ORES PNE PNEUMÁ PN NE EUMÁ UM U MÁ M ÁTICO IC CO OS SIL S IL LOS SILO L S LO ENS EN ENS N A AC ACA CADO O ENSA NSA NS SACA CAGEM GEM C GA CAR GA / DES E CARG A A CARR A EGA GA GAM AMEN NTO TO O / DES SCARR AR RREG EGAMENT EG EGA NTO N T We know how La mezcla perfecta de innovación y experiencia A combinação perfeita de inovação e conhecimento claudiuspeters.com CALCINACIÓN / ENFRIAMIENTO / DOSIFICACIÓN / MEZCLA SECA / SECADO / MOLIENDA / ENSACADO / TRANSPORTE NEUMÁTICO / SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE PULVERIZADO / SISTEMAS DE SILOS / PARQUES DE ALMACENAMIENTO / SISTEMAS DE MANEJO ALÚMINA / PROYECTOS LLAVE EN MANO. 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Ltd. – Singapore PROCESS // Emissions 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 ZKG South America Edition 1 2014 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] Emissions // PROCESS 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 ZKG South America Edition 1 2014 47 PROCESS // Emissions 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 Condiciones límite/Condições de fronteira: 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] enlazado como/ligado ao HCO3- (calculado) 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 Condiciones límite/Condições de fronteira: 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- ZKG South America Edition 1 2014 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] enlazado como/ligado ao HCO3- (calculado) Emissions // PROCESS 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 ZKG South America Edition 1 2014 49 PROCESS // Emissions 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 ZKG South America Edition 1 2014 www.zkg.de Emissions // PROCESS 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 Laboratorio/Laboratório, 30 % CO2 Centro tecnológico/Piloto, 30 % CO2 Laboratorio/Laboratório, 20 % CO2 Centro tecnológico/Piloto, 10 % 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 ZKG South America Edition 1 2014 51 PROCESS // Emissions 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 ZKG South America Edition 1 2014 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] Emissions // PROCESS 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 ZKG South America Edition 1 2014 53 PROCESS // Emissions 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 ZKG South America Edition 1 2014 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 www.zkg.de Emissions // PROCESS 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 ZKG South America Edition 1 2014 55 PROCESS // Emissions 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. 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