Estudio comparativo para la sustitución de un cemento

Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa

i

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

“ESTUDIO COMPARATIVO PARA LA SUSTITUCIÓN DE UN

CEMENTO PORTLAND TIPO V ENTRE UN CEMENTO

PUZOLÁNICO CON ESPECIFICACIONES DE LA

PERFORMANCE TIPO HS EN LA FÁBRICA DE CEMENTO

YURA S.A.”

Tesis Presentada por las Bachilleres:

ALFARO ARANA, THATIANA GABRIELA

LAURA CONZA, LILIANA JASSEL

Para Optar el Título Profesional de

Ingenieras Químicas

AREQUIPA-PERU

2014


ii

PRESENTACIÓN

DATOS NOMINALES DEL PROYECTO

Modalidades de Graduación.-

De acuerdo al artículo 18 del Reglamento de Grados y Títulos de la facultad de

Ingeniería de Procesos de la escuela profesional de Ingeniería Química se

seleccionó: Trabajo de Investigación

Titulo.-

“Estudio comparativo para la sustitución de un cemento Portland Tipo V entre un

cemento Puzolánico con especificaciones de la performance Tipo HS en la fábrica

de cemento Yura S.A.”

Responsables.-

Bachiller en Ingeniería Química: Thatiana Gabriela Alfaro Arana

Bachiller en Ingeniería Química: Liliana Jassel Laura Conza


iii

DEDICATORIA

A Dios porque sin el nada sería posible, con

todo mi cariño a mis padres Cesar y Cristina

las personas que hicieron todo en la vida para

que yo pudiera lograr mis sueños, a mi

hermana Cecilia por motivarme y darme la

mano en cualquier situación ahora me toca

regresar un poquito de todo lo que me han

otorgado.

Thatiana G. Alfaro Arana

A mi familia, por ser el Apoyo incondicional y

brindarme la confianza necesaria para alcanzar

mis metas.

A Dios por ser mi guía y fortaleza.

Liliana J. Laura Conza


iv

AGRADECIMIENTO

A la empresa de Cemento Yura S.A. por su apoyo y por brindarnos facilidades para la

realización de este estudio, a todas las personas que apoyaron nuestra idea y por permitirnos

la realización de esta tesis


v

ÍNDICE

Págs.

RESUMEN .............................................................................................................................. xvii

CAPITULO I ............................................................................................................................... 1

ASPECTOS GENERALES ........................................................................................................ 1

1.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 1

1.2. ANTECEDENTES ESPECÍFICOS DE LA INVESTIGACIÓN ....................................... 2

1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .............................................................................. 3

1.4. OBJETIVOS ................................................................................................................... 3

1.4.1. Objetivo General..................................................................................................... 3

1.4.2. Objetivos Específicos ............................................................................................. 3

1.5. HIPÓTESIS .................................................................................................................... 4

1.6. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................ 4

1.6.1. Justificación Tecnológica ....................................................................................... 4

1.6.2. Justificación Económica ......................................................................................... 4

1.6.3. Justificación Ambiental ........................................................................................... 5

CAPITULO II .............................................................................................................................. 6

MARCO TEORICO .................................................................................................................... 6

2.1. CEMENTO...................................................................................................................... 6

2.2. MATERIAS PRIMAS DEL CEMENTO .......................................................................... 6

2.2.1. Clinker ........................................................................................................................ 7

2.2.2. Yeso ........................................................................................................................... 8

2.2.3. Adición ....................................................................................................................... 9

2.2.4. Caliza .......................................................................................................................... 9

2.2.5. Pizarra ...................................................................................................................... 10

2.2.6. Hematita ................................................................................................................... 10

2.3. PROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTO ........................................................... 11

2.3.1. Explotación de materia prima ............................................................................... 11

2.3.2. Preparación y clasificación de la materia prima ................................................... 11

2.3.2.1. Chancadora de Impacto O&K ...................................................................... 12

2.3.3. Pre-Homogenización ............................................................................................ 13

2.3.4. Molienda de Crudo ............................................................................................... 13

2.3.4.1. Homogenización de Harina Cruda ............................................................... 15


vi

2.3.5. Clinkerización o Piroproceso ................................................................................ 15

2.3.5.1. Planta de Molienda de Carbón .................................................................... 15

2.3.5.2. Alimentación al horno- intercambiador de calor ........................................... 16

2.3.5.3. Enfriamiento de Clinker ................................................................................ 18

2.3.5.4. Almacenamiento del Clinker ......................................................................... 19

2.3.6. Molienda de cemento ........................................................................................... 19

2.3.6.1. Molino Vertical LOESCHE ............................................................................ 19

2.3.7. Almacenamiento ................................................................................................... 20

2.3.8. Empaque .............................................................................................................. 21

2.4. COMPOSICIÓN MINEROLOGICA DEL CEMENTO................................................... 21

2.5. QUIMICA DEL CEMENTO ........................................................................................... 22

2.6. PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO PORTLAND ............................................ 23

2.6.1. Blaine y finura ........................................................................................................... 23

2.6.2. Hidratación del Cemento .......................................................................................... 23

2.6.3. Fraguado .................................................................................................................. 24

2.6.4. Calor de Hidratación................................................................................................. 24

2.6.5. Resistencias mecánicas ........................................................................................... 24

2.6.6. Retracción y expansión ............................................................................................ 25

2.6.7. Estabilidad de volumen ............................................................................................ 25

2.6.8. Fisuración ................................................................................................................ 25

2.6.9. Resistencia a los sulfatos ......................................................................................... 26

2.7. CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS PORTLAND ................................................. 26

2.7.1. Cementos Portland De Alta Performance ................................................................ 26

2.7.2. Cementos Portland Comunes .................................................................................. 28

2.7.3. Cementos Portland Puzolánico ................................................................................. 30

2.7.3.1. Tipos De Cemento Portland Puzolánico ............................................................ 30

2.8. LAS PUZOLANAS ....................................................................................................... 30

2.8.1. Clasificación De Las Puzolanas ................................................................................ 30

2.8.1.1. Puzolanas Naturales .......................................................................................... 30

2.8.1.2. Puzolanas Artificiales ................................................................................... 31

2.8.2. Acción De La Puzolana ........................................................................................ 32

CAPITULO III ........................................................................................................................... 34

INGENIERIA DEL PROCESO ................................................................................................. 34

3.1. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE ELABORACION DE CEMENTO ........ 34

3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS ..................................................................... 36

3.2.1. Proceso De Molienda De Harina Cruda ............................................................... 36


vii

3.2.1.1. Módulos De La Harina Cruda ....................................................................... 36

3.2.1.2. Balance De Molino UBE ............................................................................... 37

3.2.2. Proceso Clinkerización ......................................................................................... 41

3.2.2.1. Reacciones Químicas En El Horno .............................................................. 42

3.2.2.2 Fases De Mineral En Clinker ............................................................................... 43

3.2.2.3. Las Distintas Zonas En Un Sistema De Horno ................................................... 44

3.2.2.3.1. Zona De Calcinación ........................................................................................ 45

3.2.2.3.2. Zona De Calentamiento ................................................................................... 46

3.2.2.3.2.1. Formación Del Silicato Di Cálcico – Belita (C2s) ........................................... 47

3.2.2.3.3. Zona Liquida ..................................................................................................... 48

3.2.2.3.3.1. Formación Del Silicato Tri Cálcico – Alita (C3s) ............................................ 49

3.2.2.3.4. Zona De Sinterización ...................................................................................... 50

3.2.2.3.5. Zona De Enfriamiento ...................................................................................... 51

3.2.2.4. Balance De Horno FLSMIDTH ........................................................................... 52

3.2.3. Proceso De Molienda De Cemento......................................................................... 56

3.2.3.1. Balance De Molino Loesche .............................................................................. 56

CAPITULO IV ........................................................................................................................... 62

DESARROLLO EXPERIMENTAL ........................................................................................... 62

4.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 62

4.2. IDENTIFICACION DE VARIABLES .............................................................................. 62

4.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ............................................................................. 62

4.3.1. Se va a realizar las siguientes pruebas .................................................................... 62

4.3.1.1. Resistencia al Ataque de los sulfatos (NTP 334.065) ........................................ 63

4.3.1.2. Resistencia a la Compresión (NTP 334.051) ...................................................... 65

4.3.1.3. Finura expresada por la superficie específica (NTP 334.002) ............................ 69

4.3.1.4. Finura por tamizado húmedo con tamiz (NTP 334.046) ..................................... 71

4.3.1.5. Tiempo de fraguado (NTP 334.006) ................................................................... 74

4.3.2. Graficas .................................................................................................................... 76

4.4. SEGURIDAD EN EL LABORATORIO .......................................................................... 76

4.4.1. Prevención Del Riesgo En El Laboratorio ............................................................... 76

4.4.2. Elementos De Seguridad ........................................................................................ 77

4.4.3. Equipos De Protección Individual ............................................................................ 78

4.4.4. Medidas De Seguridad Básicas .............................................................................. 78

4.4.4.1. Normas de trabajo .............................................................................................. 78

4.4.4.2. Normas para la Utilización de Productos Químicos ........................................... 79

4.4.4.3. Normas para la Utilización de Instrumentación ................................................. 79

4.5. RECURSOS PARA LA INVESTIGACION ..................................................................... 80


viii

4.5.1. Recursos Humanos ................................................................................................... 80

4.5.2. Recursos de Infraestructura ..................................................................................... 80

4.5.3. Materiales Y Reactivos ........................................................................................... 81

4.5.4. Equipos ................................................................................................................... 81

4.5.5. Otros Recursos ........................................................................................................ 81

CAPITULO V ............................................................................................................................ 82

RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................ 82

5.1. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ............................................................................ 82

5.2. EVALUACIÓN DE TENDENCIAS ENTRE VARIABLES ............................................... 87

5.2.1. Evaluación De La Desviación Estándar. Limite Superior y Límite Inferior............... 87

5.2.2. Resistencia a La Compresión ............................................................................... 103

5.2.3. Resistencia A Los Sulfatos ................................................................................... 112

5.2.4. Superficie Específica Blaine ................................................................................... 118

5.2.5. Finura ..................................................................................................................... 119

5.2.6. Fraguado ................................................................................................................ 120

5.3. INTERPRETACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................. 127

5.4. VALIDACIÓN DE HIPÓTESIS ..................................................................................... 133

CAPITULO VI ......................................................................................................................... 134

EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA INVESTIGACIÓN ....................................................... 134

6.1. COSTOS DIRECTOS.................................................................................................... 134

6.2. COSTOS INDIRECTOS ................................................................................................. 135

6.3. BALANCES DE COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS ............................................. 136

CAPITULO VII ........................................................................................................................ 138

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 138

7.1. CONCLUSIONES ......................................................................................................... 138

7.2. RECOMENDACIONES ................................................................................................. 139

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 140

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA LEGAL ............................................................................. 141

ANEXOS ................................................................................................................................ 141


ix

LISTA DE TABLAS

Págs.

TABLA 1 - Silo de Harina Cruda ............................................................................................ 15

TABLA 2 - Composición Mineralógica del Cemento .............................................................. 22

TABLA 3 - Composición Química del Cemento. Porcentajes Típicos de Intervención de los

Óxidos .................................................................................................................................... 22

TABLA 4 - Parámetros de los Componentes del cemento Portland por Performance .......... 27

TABLA 5 - Parámetros de los componentes del Cemento Portland ...................................... 29

TABLA 6 - Propiedades Físicas de las Puzolanas ................................................................ 31

TABLA 7 - Propiedades Químicas de las Puzolanas ............................................................. 31

TABLA 8 - Parámetros de los Componentes del Cemento Portland Puzolánico .................. 33

TABLA 9 - Materias Primas Molino UBE ................................................................................ 37

TABLA 10 - Composición química del Clinker (% en masa) .................................................. 41

TABLA 11 - Transformaciones Químicas ............................................................................... 42

TABLA 12 - Distintas Zonas en el Horno ............................................................................... 44

TABLA 13 - Factor Harina Clinker .......................................................................................... 53

TABLA 14 - Cemento Portland Tipo HS (Variaciones de la Puzolana) ................................. 63

TABLA 15 - Rangos Permisibles ............................................................................................ 65

TABLA 16 - Arena gradada Estándar .................................................................................... 67

TABLA 17 - Factor Análisis Blaine ......................................................................................... 70

TABLA 18 - Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 20% de Puzolana

................................................................................................................................................ 82

TABLA 19 - Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 23% de puzolana

................................................................................................................................................ 83

TABLA 20- Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 26% ............... 84

TABLA 21-Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 30% de Puzolana

................................................................................................................................................ 85

TABLA 22 - Resultados promedio de Análisis Físico – Químico ........................................... 86

TABLA 23 – Desviación Estándar. Fineza retenida malla N°325 .......................................... 87


x

TABLA 24 – Desviación Estándar. Superficie específica (Blaine) ......................................... 90

TABLA 25 - Desviación Estándar. Fraguado Vicat Inicial ...................................................... 93

TABLA 26 - Desviación Estándar. Fraguado Vicat Final ....................................................... 96

TABLA 27 - Desviación Estándar. Resistencias a la compresión ......................................... 99

TABLA 28 – Desviación Estándar. Resultados de Resistencias a los sulfatos ................... 101

TABLA 29 - Resistencia a la Compresión Tipo HS (20%) ................................................... 103

TABLA 30 - Resistencia a la Compresión Tipo HS (23%) ................................................... 104

TABLA 31 - Resistencia a la compresión Tipo HS (26%) .................................................... 105

TABLA 32 - Resistencia a la compresión Tipo HS (30%) .................................................... 106

TABLA 33 - Resistencias promedio de las cuatro pruebas de cemento ............................. 107

TABLA 34 - Resistencias a la compresión a 3 días ............................................................. 108

TABLA 35 - Superficie especifica Vs Resistencias a la compresión a 3 días ..................... 109

TABLA 36 - Resistencias a la compresión a 7 días ............................................................. 110

TABLA 37- Resistencias a la compresión a 28 días ............................................................ 111

TABLA 38 - Resistencia a los Sulfatos Tipo HS (20%) ........................................................ 112

TABLA 39 - Resistencia a los sulfatos Tipo HS (23%) ........................................................ 113



TABLA 42 - Resistencia promedio a los sulfatos ................................................................. 116

TABLA 43 - Superficie especifica – Blaine........................................................................... 118

TABLA 44 - Finura promedio de las cuatro pruebas ............................................................ 119

TABLA 45 - Fraguado promedio Vicat inicial ....................................................................... 120

TABLA 46- Resultados fraguado Vicat Inicial ...................................................................... 121

TABLA 47 - Fraguado promedio Vicat Final ........................................................................ 122

TABLA 48 - Resultados fraguado Vicat Final....................................................................... 123

TABLA 49 - Comparación de resultados fraguado Vicat Inicial y Final ............................... 124

TABLA 50 - Comparación Relación a/c vs. Resistencia a la compresión a 28 días ........... 125

TABLA 51 - Comparación Relación a/c vs. Resistencia a los sulfatos a 28 días ................ 126


xi

LISTA DE GRÁFICOS

Págs.

GRÁFICA 1- Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Fineza retenida malla N°325 88

GRÁFICA 2 - Comparación de Retenido Malla N° 325 ......................................................... 89

GRÁFICA 3 – Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Superficie Específica Blaine91

GRÁFICA 4 - Comparación de Superficie Específica Blaine ................................................. 92

GRÁFICA 5 - Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Fraguado Vicat Inicial .......... 94

GRÁFICA 6 - Comparación de Resultados de Fraguado Vicat Inicial (min) ......................... 95

GRÁFICA 7 - Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Fraguado Vicat Final ............ 97

GRÁFICA 8 - Comparación de Resultados. Fraguado Vicat Final ........................................ 98

GRÁFICA 9 - Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Resistencia a la Compresión100

GRÁFICA 10- Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Resistencia a los Sulfatos. 102

GRÁFICA 11 - Resistencias a la Compresión Tipo HS (20%) ............................................. 103

GRÁFICA 12 - Resistencias a la Compresión Tipo HS (23%) ............................................. 104

GRÁFICA 13- Resistencias a la compresión Tipo HS (26%) .............................................. 105

GRÁFICA 14 - Resistencias a la compresión Tipo HS (30%) ............................................. 106

GRÁFICA 15 - Comparación de resistencias promedio de las cuatro pruebas de cemento107

GRÁFICA 16 - Resistencias promedio a la compresión de las cuatro pruebas de cemento108

GRÁFICA 17 - Comparación de la resistencia a la compresión a edad de 3 días de las cuatro

pruebas de cemento ............................................................................................................. 109

GRÁFICA 18 - Comparación entre la superficie específica y la resistencia a la compresión a 3

días de las cuatro pruebas de cemento .............................................................................. 110

GRÁFICA 19- Comparación de la resistencia a la compresión a edad de 7 días de las cuatro


GRÁFICA 20 - Comparación de la resistencia a la compresión a edad de 28 días de las cuatro


GRÁFICA 21 - Resistencias a los sulfatos Tipo HS (20%) .................................................. 113




xii


GRÁFICA 25 - Comparación de resistencias a los sulfatos promedio de las cuatro pruebas de

cemento ................................................................................................................................ 117

GRÁFICA 26 - Resistencias promedio a los sulfatos de las cuatro pruebas de cemento ... 117

GRÁFICA 27 - Superficie especifica promedio .................................................................... 118

GRÁFICA 28 - Comparación de la finura en las cuatro pruebas ......................................... 119

GRÁFICA 29 - Comparación promedio del fraguado inicial en las cuatro pruebas de cemento

.............................................................................................................................................. 120

GRÁFICA 30- Comparación del fraguado inicial en las cuatro pruebas de cemento .......... 121

GRÁFICA 31 - Comparación promedio del fraguado final en las cuatro pruebas de cemento

.............................................................................................................................................. 122

GRÁFICA 32 - Comparación del fraguado final en las cuatro pruebas de cemento ........... 123

GRÁFICA 33 - Tiempo de fraguado inicial y final promedio de las cuatro pruebas de cemento

.............................................................................................................................................. 124

GRÁFICA 34 - Comparación entre la relación a/c y la resistencia a la compresión a 28 días de

las cuatro pruebas de cemento ............................................................................................ 125

GRÁFICA 35 - Comparación entre la relación a/c y la resistencia a los sulfatos a 28 días de las

cuatro pruebas de cemento ................................................................................................. 126


xiii

LISTA DE FIGURAS

Págs.

FIGURA 1- Materia Primas del Cemento ................................................................................. 7

FIGURA 2 - Clinker .................................................................................................................. 8

FIGURA 3 - Yeso ..................................................................................................................... 8

FIGURA 4 - Adición .................................................................................................................. 9

FIGURA 5 - Caliza .................................................................................................................. 10

FIGURA 6 - Pizarra ................................................................................................................ 10

FIGURA 7 - Hematita ............................................................................................................. 11

FIGURA 8 - Apilador Longitudinal marca Claudius Peter ...................................................... 12

FIGURA 9 - Chancadora de Impacto ..................................................................................... 12

FIGURA 10 - Pre-Homogenización en el Apilador Circular PHB ........................................... 13

FIGURA 11 - Apilación Circular (Prehomogenizador PHB) ................................................... 13

FIGURA 12 - Molienda de Crudo ........................................................................................... 14

FIGURA 13 - Molino Vertical de Raymond ........................................................................... 16

FIGURA 14 - Intercambiador de Calor de Cinco Etapas ....................................................... 17

FIGURA 15 - Horno Rotatorio ................................................................................................ 18

FIGURA 16 - Modelo Cross Bar MMC 12x8 .......................................................................... 18

FIGURA 17 - Almacenamiento del Clinker............................................................................. 19

FIGURA 18 - Molino Vertical LOESCHE ................................................................................ 20

FIGURA 19 - Almacenamiento del Cemento en Silos ........................................................... 20

FIGURA 20 - Empaque del Cemento ..................................................................................... 21

FIGURA 21 - Distribución del Cemento ................................................................................. 21

FIGURA 22 - Sección Crudos ................................................................................................ 34

FIGURA 23 - Sección Piroproceso y Cemento ...................................................................... 35

FIGURA 24 - Balance en Molino de Crudos .......................................................................... 38

FIGURA 25 - Balance Total del Crudo ................................................................................... 39

FIGURA 26 - Balance Química del Crudo ............................................................................. 40

FIGURA 27 - Microscopia del Clinker .................................................................................... 42


xiv

FIGURA 28 - Distintas Zonas en el Horno ............................................................................. 45

FIGURA 29 - Zona de Calcinación ......................................................................................... 45

FIGURA 30 - Zona de Calentamiento .................................................................................... 46

FIGURA 31 - Zona de Calentamiento Cal, Alúmina y hierro ................................................. 47

FIGURA 32 - Formación de Silicato Di Cálcico (Belita) ......................................................... 48

FIGURA 33 - Zona Líquida..................................................................................................... 49

FIGURA 34 - Reacción para la formación de Alita ................................................................ 49

FIGURA 35 - Formación de Alita (C3S) ................................................................................. 50

FIGURA 36 - Zona de Sinterización ....................................................................................... 51

FIGURA 37 - Zona de Enfriamiento ....................................................................................... 52

FIGURA 38 - Balance de Materia en el Horno ....................................................................... 53

FIGURA 39 - Balance Total del Horno ................................................................................... 54

FIGURA 40 - Balance Químico .............................................................................................. 55

FIGURA 41 - Balance Molino Loesche. Cemento Tipo V. ..................................................... 56

FIGURA 42 - Balance Total del Molino Loesche Tipo V ........................................................ 57

FIGURA 43 - Balance Químico del Molino Loesche Tipo V .................................................. 58

FIGURA 44 - Balance Molino Loesche. Cemento Tipo HS. .................................................. 59

FIGURA 45 - Balance Total del Molino Loesche Tipo HS ..................................................... 60

FIGURA 46 - Balance Químico del Molino Loesche Tipo HS ................................................ 61

FIGURA 47 - Molde de Barras ............................................................................................... 63

FIGURA 48 - Maquina de Rotura ........................................................................................... 65

FIGURA 49- Aparato Blaine ................................................................................................... 69

FIGURA 50 - Equipo Finura ................................................................................................... 71

FIGURA 51- Aguja Vicat ........................................................................................................ 74

FIGURA 52 - Señalización en el Laboratorio ......................................................................... 77


xv

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1: NTP 334.009 “Cementos Portland Requisitos”

ANEXO 2: NTP 334.082 “Cementos Portland. Especificaciones De La Performance”

ANEXO 3: NTP 334.090 “Cementos Portland Adicionados. Requisitos”

ANEXO 4: Código De Colores


xvi

LISTA DE ABREVIATURAS

°C : Unidad de Temperatura (Grados Celsius)

Al2O3 : Oxido de aluminio

C2S : Silicato Di cálcico

C3A : Aluminato

C3S : Silicato Tricálcico

C4AF : Ferrita

Ca : Calcio

CaCO3 : Carbonato de Calcio

CaMg(CO3)2 : Dolomita

CaO : Oxido de Calcio, Cal libre.

CaSO4 : Sulfato de Calcio

CO2 : Dióxido de Carbono

Fe2O3 : Óxido de hierro

H2O : Agua

K2O : Óxido de Potasio

K2SO4 : Arcanita

Lb, kg : Libra/Kilogramo, unidad de masa

LSF : Factor de Saturación de Cal

MA o A/F : Módulo de alúmina

Mg : Magnesio

MgO : Oxido de magnesio, Periclasa.

MS : Módulo de sílice

NO : Óxido de nitrógeno

NTP : Norma Técnica Peruana

O2 : Oxigeno

Pulg. : Pulgadas

S.A. : Sociedad Anónima

SiO2 : Óxido de sílice

TN : Toneladas


xvii

RESUMEN

El presente trabajo presenta los resultados de un estudio Comparativo para la Sustitución de

un Cemento Portland Tipo V entre un cemento Puzolánico con especificaciones de la

Performance Tipo HS que contiene puzolana junto con Clinker y Yeso, en la fábrica de

Cemento Yura S.A.; para obtener un cemento que cumpla con las Normas Técnicas Peruanas

(NTP 334.009 / NTP 334.082) y que sea altamente resistente al ataque de los Sulfatos.

Empleando para ello pruebas en laboratorio como Resistencia a la Compresión, Superficie

Especifica (Blaine), Resistencia al ataque a los Sulfatos y tiempo de Fraguado, que nos

proporcionará resultados en un tiempo relativamente corto para comparar estos dos tipos de

cementos en sus propiedades físicas y químicas; y con los resultados obtenidos poder

suplantar el cemento Tipo V por el Cemento Puzolánico Tipo HS.


1

CAPITULO I

ASPECTOS GENERALES

1.1. INTRODUCCIÓN

La presencia de ambientes agresivos con altas concentraciones de Sulfatos y cloruros

afecta la durabilidad y resistencia de los concretos, es por eso que se plantean la

necesidad de producir un cemento con las cualidades que puedan ser utilizadas en la

elaboración de concreto que tenga como principal atributo la durabilidad.

Diferentes compuestos de sulfato que se encuentran en la naturaleza en forma de sales

o disueltos en agua atacan los constituyentes del cemento. Uno de los efectos más

estudiados del ataque por sulfatos es la formación de etringita a partir de sulfatos y

aluminatos.

3 𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 + 3(𝐶𝑎𝑆𝑂4. 2𝐻2𝑂) + 26𝐻2𝑂 → 3𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 3𝐶𝑎𝑆𝑂4. 32𝐻2𝑂

La etringita causa un incremento de la pasta, que al encontrarse en estado endurecido

produce una fisuración progresiva con incremento de porosidad y la consiguiente

disminución de la resistencia.

Otra reacción importante a considerar es la presencia de sales de Magnesio pues

ocasiona un doble efecto destructivo pues no solamente forma etringita y yeso sino

además otras especies químicas como la brucita Mg(OH)2 y ocasiona el reemplazo del

Ca por Mg en el gel C-S-H generando un compuesto que no tiene propiedades ligantes,

destruyendo la estructura, fenómeno que muchos autores indican es la reacción más

común en fenómenos de ataque agresivos en el campo.1

𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝑀𝑔𝑆𝑂4 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2

𝐶 − 𝑆 − 𝐻 + 𝑀𝑔𝑆𝑂4 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4. 2𝐻2𝑂 + (𝐶, 𝑀) − 𝑆 − 𝐻

La diversidad de aplicaciones que tiene el cemento en los diferentes concretos en la

actualidad, hace que varíen sus propiedades físico – químicas, color, tiempo de

fraguado, costos y entre otros. Para lograrlo se requiere utilizar, en su elaboración,

sustancias naturales o sintéticas que ayuden al cemento a obtener las propiedades

requeridas. Esta función la cumple los llamados aditivos. Dentro de los aditivos están las

Puzolanas, las cuales se definirán y se discutirán sus características, las ventajas y

1 Referencia: Producción de Cemento HS con Clinker Tipo V y Puzolanas activadas. Recuperado de http://


2

desventajas de su utilización y el mecanismo de funcionamiento de estas al interior de

la mezcla de concreto en el tiempo.2

1.2. ANTECEDENTES ESPECÍFICOS DE LA INVESTIGACIÓN

En los trabajos de investigación a nivel Nacional no se encontraron investigaciones

semejantes, y a nivel distrital podemos encontrar los siguientes estudios:

Informe Técnico sustitución del método de Análisis para el control de Sulfatos en la

Planta de Cemento Andino S.A.

Fuente: Hemeroteca de la Universidad Nacional de San Agustín (UNSA). Año

1998.

Efecto de la Alúmina en las propiedades del Cemento Blanco Portland Tipo II.


2009.

Efecto de la fineza Blaine y relación Agua/cemento en el Comportamiento Reológico

de las pastas de Cemento Yura Portland Tipo IP y en sus resistencias a la

Compresión.


2010.

Investigación para optimizar la molienda mediante aditivos químicos en una fábrica

de Cemento.


2010.

A nivel internacional se encontraron los siguientes trabajos:

En la Universidad Militar de Nueva Granada denominado “Estudio comparativo de

pastas de cemento adicionas con catalizadores de craqueo catalítico usado (FCC) y

metacaolín (MK)”, en el que utilizan el residuo catalizador del proceso de craqueo

catalítico (FCC) que es un desecho industrial que resulta de las refinerías de petróleo.

Este material solido está conformado principalmente por un componente activo como

la zeolita. Se ha comprobado que el FCC es un material de carácter Puzolánico muy

activo, es decir, posee la capacidad de reaccionar con el hidróxido de calcio liberado

en la hidratación. Por lo tanto la adición de este residuo al cemento presenta ventajas

desde el punto de vista mecánico y durable. El Metacaolín (MK) que se produce por

2Referencia: J. Torres A. (2012) “Estudio comparativo de pastas de cemento adicionas con

catalizadores de craqueo catalítico usado (FCC) y metacaolín (MK)”, Ciencia e Ingeniería

Neogranadina. Publicada: Bogotá – Colombia en junio de 2012.


3

la calcinación de la caolinita pura (Al2O3.2SiO2.2H2O), cuando el MK se adiciona al

cemento le concede excelentes propiedades a los morteros y concretos pues

incrementa las resistencias mecánicas e incrementa las resistencias frente al ataque

químico.

Fuente:http://www.umng.edu.co/documents/10162/1073246/Articulo_1.pdf

Un estudio en CEMEX sobre “Cementos Puzolánico aumentan la resistencia del

concreto al ataque de sulfatos” con el objetivo de determinar la resistencia a la acción

de los sulfatos que presentan diferentes cementos portland – puzolana y cementos

tipo I, II y V, y se concluye que una forma de mejor la resistencia al ataque de sulfatos

es considerar el uso del cemento portland con adiciones de puzolana.

Fuente:http://www.imcyc.com/revista/2000/julio2000/pusolanicos3.htm

1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Se busca reemplazar el uso del cemento Portland Tipo V por un cemento Puzolánico

con especificación de la performance Tipo HS, logrando así tener un cemento que

cumpla con las Normas Técnicas Peruanas (NTP 334.009/NTP 334.082). En cuanto a

sus resistencias al ataque a los sulfatos, resistencias a la compresión, superficie

especifica (Blaine), y demás propiedades químicas y físicas, con las cuales se tendría

un cemento más ecológico y amigable con el medio ambiente al utilizar para su

fabricación menor porcentaje de Clinker y reemplazar dicha dosificación por Puzolana

natural, la cual se agrega al proceso de fabricación de cemento sin ningún proceso previo

logrando así reducir el consumo de energía, de agua y de combustibles utilizados en el

proceso de fabricación del Clinker hasta en un 30% y a consecuencia de ello reduciendo

también el porcentaje de emisión de gases y material particulado propio del proceso de

Clinkerización.

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. Objetivo General

Determinar las propiedades físico - químicas de un cemento Portland con

especificación de la performance Tipo HS, variando el % de Puzolana

adicionada frente a un cemento Portland Tipo V para suplantarlo.

1.4.2. Objetivos Específicos

Evaluar los Resultados Físico- Químicas, obtenidos en el laboratorio con

los parámetros mínimos de calidad especificados en la Norma Técnica

Peruana (NTP 334.009 /NTP 334.082)

http://www.umng.edu.co/documents/10162/1073246/Articulo_1.pdf


4

Realizar un Balance de Materia en los procesos para la fabricación del

cemento Portland Puzolánico de alta performance, para determinar la

eficiencia en cada proceso.

Analizar los Resultados de los ensayos del Cemento Portland Puzolánico

Tipo HS, evaluándolo en tablas y Gráficas para sacar las conclusiones del

trabajo.

Procesar estadísticamente los resultados de cada ensayo, para determinar

la confiabilidad de los datos.

1.5. HIPÓTESIS

Dado que la Puzolana finamente dividida no posee ninguna propiedad hidráulica, pero

posee constituyentes (sílice-alúmina) capaces a la temperatura ordinaria, de fijar el

hidróxido de cal para dar compuestos estables con propiedades hidráulicas, es probable

reemplazar el uso del cemento Portland Tipo V por un cemento Puzolánico con

especificaciones de la Performance Tipo HS con la adición de la puzolana en la

dosificación; y poder obtener un Cemento con alta resistencia al ataque de los sulfatos,

alta resistencia a la compresión, aumento de impermeabilidad, mayor plasticidad y

trabajabilidad en concretos y además obtener los valores normalizados que se requieren

en el proceso, ideales para obtener un producto de calidad, competitividad y

normalizado, sin embargo al adicionar un mayor porcentaje de Puzolana las

Resistencias al Ataque de Sulfatos podrían verse afectados.

1.6. JUSTIFICACIÓN

1.6.1. Justificación Tecnológica

El uso de la Puzolana, como parte de materia prima en la fabricación del

Cemento tipo HS, nos permitirá tener una simplicidad en el proceso, debido al

menor consumo de energía y generación de gases contaminantes que puedan

perjudicar a nuestro medio ambiente, y a la vez se tendrá una mayor capacidad

de producción.

1.6.2. Justificación Económica

Al adicionar Puzolana en la molienda del cemento, se logra bajar el costo de

producción por dosificar menos Clinker y por lo tanto menor consumo de

energía, menor consumo calórico, y menor consumo de combustible propios del

proceso de Clinkerización.

Por otra parte al elaborar un producto nuevo y de mejor calidad, es muy

beneficiosa para los clientes y la empresa.


5

1.6.3. Justificación Ambiental

Producir menos Clinker es muy benéfico para nuestro ambiente, los principales

contaminantes atmosféricos en la producción del Clinker; son el Dióxido de

carbono (CO2).

Menos consumo de Clinker, menos consumo de carbón por lo tanto menos

emisión de CO2.


6

CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.1. CEMENTO

El cemento es considerado una mezcla de componentes solidos constituidos por

silicatos y aluminatos de calcio, es un conglomerante hidráulico que finamente molido y

amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y

procesos de hidratación, que una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad

incluso bajo el agua.

La totalidad de los cementos producidos en el Perú son cementos Portland que cumplen

con los requisitos de la norma NTP 334.009 y la especificación de la performance que

cumplen con la norma NTP 334.082.

2.2. MATERIAS PRIMAS DEL CEMENTO

Los componentes básicos para la elaboración de cemento Portland son; la cal, la sílice

y la alúmina; estos componentes se pueden encontrar en la naturaleza en diversas

formas y por lo general de manera abundante. Por ejemplo la cal se extrae del carbonato

de calcio que se encuentra en la roca caliza, la sílice proviene de la arcilla, al igual que

la alúmina, por estas razones generales las plantas productoras de cemento se

encuentran muy cerca de los bancos de materiales que proveen estos ingredientes

básicos. En la elaboración de los cementos también se requiere de otros minerales

secundarios entre los que se encuentra el hierro, el magnesio, el sodio y el potasio; la

mayoría de ellos se pueden encontrar en los bancos de arcilla, de no ser así la planta

debe abastecerse del mineral que adolecen sus bancos propios. Otro material básico en

la elaboración de cemento es el yeso, el cual generalmente se trae de afuera pues es

muy difícil que la planta haya sido ubicada donde todos los insumos estén a la mano.3

3Referencia: Tacilla, E. (2004) Composición química del cemento. Trabajo de investigación

Publicada: Universidad Nacional de Cajamarca, Escuela profesional de Ingeniería Civil,

Cajamarca.


7

FIGURA 1- Materia Primas del Cemento

CEMENTO

CLINKERYESO ADICIÓN

PIZARRACALIZA MINERAL DE FIERRO

Fuente: Elaboración Propia

2.2.1. Clinker

Es la pieza clave en el proceso de elaboración del cemento. El Clinker es un

material sintetizado (aglomerado), producido mediante el calentamiento de la

harina cruda finamente molida que ingresa a un horno rotatorio hasta alcanzar

altas temperatura (1450 °C). La harina cruda es la mezcla de sustancias tales

como piedra caliza, pizarra y fierro, que en sus composiciones están formados

principalmente de óxidos de calcio (CaO), silicio (SiO2) y en menores cantidades

por óxidos de aluminio (Al2O3) y Fierro (Fe2O3) que se unen para formar silicatos

cálcicos principales componentes del Clinker.

El óxido de calcio (CaO) se obtiene de los depósitos calcáreos ricos en

carbonato de calcio (CaCO3), este por ser un compuesto muy estable a los

agentes atmosféricos se encuentran como calizas, depósitos de conchuelas, etc.

El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone a altas temperaturas en cal

(CaO) y anhídrido carbónico (CO2). A esta reacción se le llama el proceso de

descarbonatación.

CaCO3 CaO + CO2

El silicio, el aluminio y el fierro se pueden obtener de las arcillas o de otros

materiales que los contengan.4

4Referencia: Zeballos, F. Elaborado en el 2012. Procesos Línea 3. Cemento YURA.


8

Fuente: Elaboración propia

2.2.2. Yeso

Es un mineral compuesto de Sulfato de Calcio Di Hidratado (CaSO4.2H2O);

considerado como una roca sedimentaria de origen químico. Su color

característico es el blanco, de aspecto terroso o compacto y suele ser bastante

blando como para ser rayado por una uña. El yeso cristalino presenta cristales

blancos o incoloros, macizos o laminados.

El yeso es un tipo de roca sedimentaria formado por precipitación de Sulfato de

Calcio en el agua del mar, se origina en zonas volcánicas por la acción de Ácido

Sulfúrico sobre minerales con contenido en Calcio, así mismo se localiza en

muchas arcillas como un producto de la reacción de la caliza con ácido sulfúrico.

Este mineral se puede encontrar en todas partes del mundo.5

FIGURA 3 - Yeso


5Referencia: Zeballos, F. Elaborado en el 2012. Procesos Línea 3. Cemento YURA.

FIGURA 2 - Clinker

http://es.wikipedia.org/wiki/Mineral

http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfato_de_calcio

http://es.wikipedia.org/wiki/Roca_sedimentaria


9

2.2.3. Adición

Material esencialmente Silicosa, que finamente dividida no posee ninguna

propiedad hidráulica, pero posee constituyentes (sílice y/o alúmina) capaces, a

la temperatura ordinaria, de fijar el hidróxido de cal para dar compuestos

estables con propiedades hidráulicas.

Se pueden usar como aditivos cualquier material que tenga actividad

Puzolánico.6

FIGURA 4 - Adición


2.2.4. Caliza

La caliza es una roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato

de calcio (CaCO3), generalmente calcita, aunque frecuentemente presenta

trazas de magnesita (MgCO3) y otros carbonatos. También puede contener

pequeñas cantidades de minerales como Arcilla, Hematita, siderita, cuarzo, etc.,

que modifican (a veces sensiblemente) el color y el grado de coherencia de la

roca.

El carácter prácticamente monomineral de las calizas, permite reconocerlas

fácilmente gracias a dos características físicas y químicas fundamentales de la

calcita: es menos dura que el cobre (su dureza en la escala de Mohs es de 3) y

reacciona con efervescencia en presencia de ácidos tales como el ácido

clorhídrico.7

6Referencia: Elaboración Propia 7Referencia: Tacilla, E. (2004) Composición química del cemento. Trabajo de investigación de la

Publicada: Universidad nacional de Cajamarca, Escuela profesional de Ingeniería Civil, Cajamarca.

http://es.wikipedia.org/wiki/Roca_sedimentaria

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_calcio

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_calcio

http://es.wikipedia.org/wiki/Calcita

http://es.wikipedia.org/wiki/Magnesita

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonatos

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla

http://es.wikipedia.org/wiki/Hematita

http://es.wikipedia.org/wiki/Siderita

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_de_Mohs

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_clorh%C3%ADdrico

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_clorh%C3%ADdrico


10

FIGURA 5 - Caliza


2.2.5. Pizarra

La Pizarra es una roca sedimentaria metamórfica homogénea, cuyos

componentes principales son SiO2 y el Al2O3. Se presenta generalmente en un

color opaco azulado oscuro o negro grisáceo, pero existen variedades rojas,

verdes y otros tonos. Debido a su impermeabilidad, la pizarra se utiliza en la

construcción de tejados, como piedra de pavimentación e incluso para

fabricación de elementos decorativos.

La principal característica de la pizarra es su división en finas láminas o capas.

Los minerales que la forman son principalmente cuarzo y moscovita.

FIGURA 6 - Pizarra


2.2.6. Hematita

Es un mineral compuesto de Óxido Férrico (Fe2O3), y constituye una importante

mena de hierro, ya que en estado puro contiene un 70% de este metal. A veces

posee trazas de titanio (Ti), de aluminio (Al), de manganeso (Mn) y de agua

(H2O).

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Moscovita

http://es.wikipedia.org/wiki/Mineral

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_hierro_(III)

http://es.wikipedia.org/wiki/Mena_(miner%C3%ADa)

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Metal

http://es.wikipedia.org/wiki/Titanio

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Manganeso

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua


11

FIGURA 7 - Hematita


2.3. PROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTO

Los materiales usados en la fabricación del Cemento Portland deben contener las

proporciones adecuadas de cal, sílice, alúmina y componentes de hierro.

2.3.1. Explotación de materia prima

Consiste en la extracción en cantera de las piedras calizas y las arcillas; la roca

Caliza es la principal materia prima para la elaboración del cemento. En la

extracción de la materia prima se da la preparación de banco y perforación, para

luego proceder con la voladura y el carguío.

2.3.2. Preparación y clasificación de la materia prima

Una vez extraídos los materiales, se reduce el tamaño de la caliza pasando por

la trituración primaria entre 4 a 6 pulgadas en canteras, luego es trasportada

hacia el apilador longitudinal (Claudius Peter) y por ultimo ser llevado a una

trituración secundaria en la chancadora de impacto O&K y así reducir el tamaño

del material menor de 2 pulgadas.


12

FIGURA 8 - Apilador Longitudinal marca Claudius Peter

Fuente: Zevallos, F. Elaborado en el 2012. Procesos Línea 3. Cemento YURA. Arequipa.

2.3.2.1. Chancadora de Impacto O&K

Es un tipo de chancadora de impacto, la cual tiene una capacidad de 450 Tn/hr.

La caliza es alimentada por medio de Dumpers hacia una tolva la cual descarga

hacia una zaranda vibratoria que tiene un Grizzly de 1 pulgada a manera de

rejilla, logrando con eso que solo el material más grueso ingrese a la chancadora

para disminuir el desgaste del equipo, la chancadora impacta el material

alimentado hacia las paredes de la estructura principal (placas de impacto),

logrando así su disminución de tamaño, posee bastidores regulables a la salida

para ajustar el tamaño deseado del material triturado.


FIGURA 9 - Chancadora de Impacto


13

2.3.3. Pre-Homogenización

La caliza antes de ingresar a ser molida es almacenada en un apilador circular

PHB, que tiene la finalidad de mezclar diferentes calidades de caliza triturada en

la chancadora secundaria O&K para así obtener un producto más homogéneo

en la alimentación del molino.



2.3.4. Molienda de Crudo

La Caliza se muele junto con otros componentes minoritarios como la pizarra o

arcilla y mineral de fierro, que es dosificada por medio de un sistema QCX, el

cual varia la dosificación de cada balanza en línea de modo automático, teniendo

FIGURA 11 - Apilación Circular (Prehomogenizador PHB)

FIGURA 10 - Pre-Homogenización en el Apilador Circular PHB


14

en cuenta la información dada por el sistema GEOSCAN, el cual se encarga de

calcular en línea los porcentajes de cada componente de la harina antes de

ingresar al molino, logrando así predecir con cuanto estarían saliendo los

módulos de harina al final de la molienda.

Este molino tiene una capacidad de 350-370 TN/hrs, cuenta con 4 rodillos que

ejercen presión hidráulica sobre una mesa rotatoria, el material es alimentado

con una granulometría de 2”, por la parte superior por medio de una rueda celular

logrando así una alimentación uniforme, este proceso se da calentando el

sistema con gases calientes del horno, para lograr así la evaporación del agua

retenida en las materias primas y el agua inyectada por medio de una bomba

hacia la mesa de molienda , lo cual se hace para reducir las vibraciones, en la

parte superior del molino se tiene un clasificador de alta eficiencia, el cual logra

separar el material con la fineza deseada y el material grueso para ser

alimentado nuevamente por medio del sistema de rechazo del molino. Todo el

material finamente molido es retirado gracias a la succión ejercida por un

ventilador ubicado después del sistema de ciclones, los cuales son encargados

de recuperar los finos (harina cruda), para ser transportados por medio de areo-

canaletas hacia un silo de homogenización de la harina preparada, el cual tiene

una capacidad de 12000 TN. Este molino cuenta con un sistema de protección

contra el ingreso de cualquier material metálico al molino para evitar daños

internos, dicha protección es dada por detectores de metales y compuertas de

cambio de alimentación hacia una tolva de rechazo en caso se activen los

detectores de metales.

El crudo está diseñado por control de calidad en función de las cantidades de

CaO, Al2O3, Fe2O3 y SiO2 para dar formación a los diferentes cristales que

conforman el Clinker por proceso de cocción a altas temperaturas.

FIGURA 12 - Molienda de Crudo



15

2.3.4.1. Homogenización de Harina Cruda

La harina cruda es almacenada en un silo de homogenización, el cual consta de

7 compuertas neumáticas y 3 sopladores de aireación del silo, con lo cual toda

la harina almacenada es prehomogenizada, logrando así obtener una calidad

más uniforme de la harina para su futura alimentación al horno y evitar

fluctuaciones en la calidad.

TABLA 1 - Silo de Harina Cruda

ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

Silo CF 16 x 49

Diámetro del Silo 16 m

Altura de la sección del Silo 49 m

Capacidad del Silo 12000 t – el consumo de 2 días

Sistema de alimentación del horno

Elevador de cangilones


2.3.5. Clinkerización o Piroproceso

El material precalcinado ingresa al horno rotatorio FLSMIDTH, para ser cocida

hasta alcanzar su temperatura de Clinkerización (1400-1480ºC). En la parte final

del horno se produce las reacciones químicas más importantes en el crudo y la

formación de gránulos de 1 a 3 cm de diámetro, conocidos con el nombre de

Clinker, material básico para el cemento.8

2.3.5.1. Planta de Molienda de Carbón

Para poder mantener el horno en trabajo es necesario tener un carbón con una

fineza entre 10 a 15% retenido malla 170, para lo cual es necesario molerlo

debido a que llega a planta con una granulometría mayor.

El molino vertical de carbón es de marca Raymond y tiene una capacidad de 28

Tn/hr, consta de 3 rodillos y es calentado por gases del horno para reducir la

humedad del carbón. Consta de una mesa giratoria con velocidad regulable y en

la parte superior un clasificador encargado de separar los finos de los gruesos,

8 Referencia: YONGCHANG, Liu. (2014, Setiembre). Making WHR work. Revista International

CementReview. (72 - 76)


16

dichos finos son recuperados por medio de un ventilador de tiro hacia un filtro

de mangas para luego ser almacenados en tolvas de carbón fino y ser

dosificadas directamente hacia el quemador principal del horno o hacia el

calcinador del horno.

Fuente: Zevallos, F. Elaborado en el 2012. Procesos Línea 3. Cemento YURA.

2.3.5.2. Alimentación al horno- intercambiador de calor

La harina cruda dosificada por una balanza marca Pfister alimenta 300-330 Tn/hr

hacia el intercambiador de calor por medio de un elevador que descarga hacia

una rueda celular , consiguiendo así una alimentación más estable hacia el

intercambiador en línea de 5 etapas con calcinador, el cual tiene como fin lograr

la descarbonatación , es decir la liberación del CO2 de la CaCO3, logrando

descomponer y dejar libre el CaO para que pueda reaccionar dentro del horno

con la sílice, la alúmina y el fierro y lograr así producir las fases del Clinker.

CaCO3 + calor CaO (cal libre) +CO2

FIGURA 13 - Molino Vertical de Raymond


17


La harina preparada es alimentada por 3 puntos hacia el sistema del horno, la

descarga del ciclón 4 ingresa a una compuerta diverter, la cual alimenta 80 %

de su posición hacia el calcinador y el 20 % restante hacia el riser, la descarga

del ciclón 5 alimenta la harina directamente hacia la cámara de entrada al horno.

Horno III

El Horno es marca FLSMIDTH de fabricación Americana, tiene una capacidad

producción de 4200 Tn de Clinker/Día, es un horno de 65 m de longitud x 5 m

de diámetro. Esta parte del proceso es la que más demanda energía y es la

parte más importante porque acá se van a producir las fases del Clinker, las

cuales darán las resistencias requeridas para el cemento final. La harina ingresa

al horno por el aro de entrada y va avanzando gracias al giro del horno realizado

por un motor principal, y por el grado de inclinación de 3.5% que posee este

horno, por la parte del cabezal del horno se inyecta carbón finamente molido

gracias a la acción de un soplador de aire primario, esta inyección de carbón es

dada hacia el quemador principal, adicionalmente se inyecta carbón al

Precalcinador para mejorar la descarbonatación en esa zona. Todos los gases

y el calor del horno es jalado por medio del ventilador principal ID fan, y luego

estos gases son recuperados por otro ventilador hacia un filtro principal de

mangas el cual recupera material para ser alimentado nuevamente al horno. Se

cuenta con 3 analizadores de gases en línea que miden el %O2, el % de CO, y

las ppm de NO y SO2, para poder controlar el proceso y tener una atmosfera

oxidante. Debido a las temperaturas tan altas dentro del horno, este se

encuentra revestido por ladrillos refractarios para proteger la chapa del horno,

FIGURA 14 - Intercambiador de Calor de Cinco Etapas


18

dichos ladrillos a su vez van a ser protegidos por una costra formada por la

misma harina luego de reaccionar en su fase liquida gracias a la reacción con el

mineral de fierro dentro del horno.

En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes a

1400 – 1480 ºC y se forman gránulos de 1 a 3 cm de diámetro, conocidos con el

nombre de Clinker.


2.3.5.3. Enfriamiento de Clinker

A la salida del horno se encuentra el enfriador CROSS-BAR MMC el cual consta

de 6 parrillas de ancho y 12 de largo, cuya función principal es disminuir la

temperatura del Clinker, producido saliente del horno hasta 80ºC por medio de

12 ventiladores que inyectan aire hacia las válvulas reguladoras de flujo (MFR),

las cuales se accionan dependiendo del requerimiento de aire por cada zona

para mantener una presión de cama estable del enfriador.


FIGURA 16 - Modelo Cross Bar MMC 12x8

FIGURA 15 - Horno Rotatorio


19

2.3.5.4. Almacenamiento del Clinker

El Clinker saliente del enfriador es transportado por medio de un elevador

metálico hacia el domo de Clinker, el cual tiene una Capacidad de

almacenamiento de Clinker de 180000 TM, para su posterior uso.


2.3.6. Molienda de cemento

El Clinker, una vez frío y almacenado en el domo, se molerá en un molino vertical

LOESCHE, o en molinos de bolas PENG FEI. Al molino de Cemento llegan el

Clinker, que se mezcla con yeso para obtener el cemento Portland Tipo I o Tipo

V variando en su dosificación o con puzolana y yeso para obtener el Cemento

Portland Tipo IP o Tipo HS, esto dependiendo del requerimiento.

2.3.6.1. Molino Vertical LOESCHE

Es un Molino vertical de fabricación Alemana con una capacidad de 180 TM/h.

Modelo: LM 56 2+2 CS Loesche Mill, consta de 2 rodillos esclavos (de menor

tamaño) los cuales son los encargados de nivelar la altura de la cama de

molienda para tener una molienda uniforme, y también de 2 rodillos Máster (de

mayor tamaño) los cuales se encargan de la molienda en sí, todos estos rodillos

trabajan con presión hidráulica sobre una mesa giratoria de 5.6 m de diámetro.

La mezcla de materias primas, Clinker, yeso y puzolana es dosificada por medio

de 3 balanzas hacia una tolva pulmón, esta dosificación se da dependiendo del

tipo de cemento a producir, de ahí es alimentada por una balanza de mezcla

hacia una rueda celular que descarga hacia el interior del molino, este molino

también es calentado con gases del horno para evaporar el agua que hay en las

materias primas y el agua que a su vez es inyectada sobre la mesa de molienda

para reducir las vibraciones. En la parte superior hay un clasificador el cual

separa los finos de los gruesos, estos gruesos vuelven a ingresar al molino a

FIGURA 17 - Almacenamiento del Clinker


20

través de un sistema de rechazo y los finos son jalados por medio de un

ventilador de tiro hacia un filtro de mangas, el cual recupera todo el material

producto de la molienda y de ahí es transportado por medio de unas Aero-

canaletas y elevadores hacia los silos de cemento.


2.3.7. Almacenamiento

El cemento es producido bajo estricto controles de calidad y se envía a los silos

correspondientes, para su respectivo almacenamiento. Yura cuenta con 2 silos

de 10000 Tm, 1 silo de 2500 TM y 4 silos de 1500 TM, haciendo un total de

28500 TM de cemento que puede ser almacenado en dichos silos los cuales

son dispuestos dependiendo del tipo de cemento fabricado.


FIGURA 18 - Molino Vertical LOESCHE

FIGURA 19 - Almacenamiento del Cemento en Silos


21

2.3.8. Empaque

Los silos de cemento permiten alimentar las Embolsadoras Automáticas. Yura

cuenta con 4 máquinas de ensacado marca HAVER, 3 máquinas de 12 pitones

y 1 de 8 pitones, estas 4 máquinas ensacadoras HAVER tienen una capacidad

de despacho en bolsas de 42.5 Kg de 11000 Tn/día. Se cuenta con tres formas

de despacho: en bombonas de 25 Tn, en bolsas Big bag de 1.5 Tn y en bolsas

de 42.5 Kg.



2.4. COMPOSICIÓN MINEROLOGICA DEL CEMENTO

Durante el Proceso de fabricación del cemento, se forman cuatro óxidos fundamentales:

CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3, uno solo tiene carácter básico: el óxido de calcio

(CaO). Los otros tres se comportan como anhídridos, es decir, con carácter ácido.

Debido a ello, es fácil comprender que en el proceso de formación del Clinker, las

materias primas que contengan los cuatro óxidos fundamentales, formaran compuestos

FIGURA 20 - Empaque del Cemento

FIGURA 21 - Distribución del Cemento


22

de cal, tales compuestos serán: silicato de calcio, aluminatos de Calcio y Ferro-

Aluminatos de calcio.

Durante el proceso de cocción y a distintas temperaturas se forman unos determinados

compuestos mineralógicos, unos primeros, otros después, dentro de un amplio rango de

temperaturas: entre 1000 y 1450 °C, aproximadamente.

TABLA 2 - Composición Mineralógica del Cemento

Materia

Prima

Nombre del

Mineral Componente % Composición

Caliza

Calcita CaCO3 90%

Dolomita CaMg(CO3)2 5%

Cuarzo SiO2 5%

Clinker

Alita C3S 58%

Belita C2S 23%

Aluminato C3A 9%

Ferrita C4AF 7%

Periclasa MgO 1%

Arcanita K2SO4 1%

Cal libre CaO 1%

Fuente: Bustamante, J. Elaborado en el 2012. Química y microscopia del Clinker. Arequipa.

2.5. QUIMICA DEL CEMENTO

El cemento a diferencia de otros aglomerantes, es un aglomerante hidráulico porque

posee la propiedad de endurecer en el aire y bajo el agua, debido a las reacciones

químicas que se producen entre el agua, los silicatos y aluminatos de calcio, presentes

en el cemento.

TABLA 3 - Composición Química del Cemento. Porcentajes Típicos de Intervención de los Óxidos

Óxidos

componente

Porcentaje

Típico Abreviatura

Óxido de Cal CaO 62.50% C

Sílice SiO2 21% S

Alúmina Al2O3 6.50% A

Hierro Fe2O3 2.50% F

Azufre SO3 2%


23

Magnesio MgO 2%

Álcalis Na2O y K2O 0.50%

Perdida al fuego P.F 2%

Residuo insoluble R.I. 1%


2.6. PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO PORTLAND

2.6.1. Blaine y finura

Es la función del grado de molienda del cemento, la cual es definida como el

área superficial total, expresada en gr/cm2. Su importancia radica en su

influencia sobre la velocidad de hidratación, la resistencia inicial y el calor

generado. Los efectos de una mayor finura se manifiestan principalmente

durante los primeros siete días y el periodo inicial de hidratación.

La finura del cemento portland incide directamente sobre sus propiedades. Así,

la fragua de los cementos es más rápida y el agrietamiento es más temprano,

conforme sea más fino. A igualdad de relación agua-cemento, el flujo es menor

para los cementos más finos, la exudación disminuye conforme la fineza

incrementa y la absorción se incrementa con el grosor del grano. De otro lado,

la resistencia a la compresión se incrementa más que la resistencia a la tensión

conforme aumenta la fineza del cemento. Los cementos más gruesos dan

concretos menos durables debido a su mayor permeabilidad.

2.6.2. Hidratación del Cemento

Se refiere al endurecimiento y fraguado del hormigón que son el resultado de

procesos químicos y físicos entre el cemento Portland y el agua.

El Clinker de cemento Portland contiene 4 compuestos químicos mayoritarios,

los minerales de Clinker, que son: C3S = silicato tricálcico, C2S = silicato

dicálcico, C3A = aluminato tricálcico y C4AF = ferrita aluminato tetracálcico,

junto con varios compuestos minoritarios, como MgO, cal libre y sulfatos de

álcalis.

Las reacciones químicas que describen la hidratación del cemento son muy

complejas. Para poder entender los procesos químicos que determinan el

fraguado del cemento, es necesario estudiar la hidratación de cada uno de los

minerales de Clinker por separado.


24

2.6.3. Fraguado

Puede definirse como el paso del estado fluido al estado sólido, este tiempo se

divide en dos partes:

Tiempo de fraguado inicial; e indica que el cemento se encuentra

parcialmente hidratado y la pasta semidura, posteriormente la pasta sigue

endureciendo hasta que deja de ser deformable con cargas relativamente

pequeñas, se vuelve rígida y llega al máximo de temperatura;

Tiempo de fraguado final; es el tiempo transcurrido desde la mezcla con

agua, el cual indica que el cemento se encuentra aún más hidratado

(aunque no totalmente) y la pasta ya esta dura. Lo que más determina este

tiempo es su fineza, la temperatura de almacenamiento y la cantidad de

agua. Y lo esencial es que no sea demasiado lento ni demasiado rápido el

fraguado.

2.6.4. Calor de Hidratación

El calor de Hidratación es el calor generado cuando reacciona el cemento y el

agua, la cantidad de calor generado principalmente de la composición química

del cemento a la tasa de generación del calor, le afecta a la finura y la

temperatura de curado así como la composición química.

En algunas estructuras, como aquellas de gran masa, la rapidez y la cantidad

de calor generado son importantes, ya que si no se disipa este calor

rápidamente, puede ocurrir una importante elevación de temperatura, que puede

llevar a una dilatación térmica. El enfriamiento posterior del concreto endurecido

a la temperatura ambiente puede crear esfuerzos perjudiciales.

2.6.5. Resistencias mecánicas

Es la propiedad física del cemento de poder soportar cargas sin falla y se emplea

como un criterio de aceptación por ser el más importante desde el punto de vista

estructural. Es función de su fineza, composición química, grado de hidratación

así como del contenido de agua de la pasta. El valor de resistencia a los 28 días

se considera como la resistencia del cemento. Además, la resistencia inicial se

hace mayor conforme aumenta la cantidad de Alita (C3S) y la resistencia


25

después de los 7 días son fundamentales debido al contenido de Belita (C2S).

Es la suma de los silicatos la que define la resistencia final del cemento.9

2.6.6. Retracción y expansión

Es una variación volumétrica producida por la elevada porosidad del cemento

que en conjunto de una subdivisión muy fina de estos espacios porosos, da lugar

a que se presenten durante la desecación y la humidificación de la masa

aglomerada.

Está influenciada por la humedad del ambiente, el tipo de cemento y su grado

de hidratación, naturaleza y proporción de los granos de cemento.

Este fenómeno condiciona los cambios de volumen que pueden experimentar

los elementos estructurales, cambios que cuando son importantes se

manifiestan en agrietamientos.

2.6.7. Estabilidad de volumen

Es la capacidad del cemento de mantener un volumen constante una vez

fraguado. El efecto de un cemento poco estable puede ser apreciado durante

meses, pero a la larga es capaz de originar agrietamientos en el concreto y aun

fallas eventuales.

Esto se debe a la presencia de yeso, un exceso de cal libre o magnesia, los

cuales tienden a hidratarse y expandir.

Para un control de la estabilidad de volumen se indica la molienda fina de los

crudos que posibilita que estén en más íntimo contacto durante el proceso de

quemado, disminuyendo la presencia de cal libre.10

2.6.8. Fisuración

Es una propiedad física que es consecuencia de los cambios de volumen que

se pueden presentar en pastas puras, morteros y concretos.

Esto es producido por la composición química, la fineza de molienda y la relación

agua-cemento. El C2S (Belita), aumenta el tiempo de fisuración y disminuye con

cementos menos finos.

Mientras mayor es la humedad del ambiente menor es la fisuración; y aumenta

mientras mayor sea la temperatura ambiente.

9 Referencia: Hernández, F. (2006, Octubre). Concreto en la Obra, Problemas, causas y soluciones.

Cemento y concreto Resistencias a los sulfatos. Editada por el Instituto Mexicano del cemento y del

concreto (1-47).

10Referencia: Fernández Martínez, M. Proceso de Fabricación de cemento.


26

2.6.9. Resistencia a los sulfatos

La presencia de sulfatos más solubles es más perjudicial al concreto. El ataque

de sulfatos al concreto tiene lugar cuando la solución de sulfato penetra en el

concreto y reacciona químicamente con sus constituyentes, principalmente con

la matriz de cemento.

Así pues, los factores que afectan la resistencia a sulfatos del concreto no son

solamente aquellos que influyen en la reacción química con la matriz de

cemento, sino también aquellos que influyen en la permeabilidad y la calidad

total del concreto.11

2.7. CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS PORTLAND

2.7.1. Cementos Portland De Alta Performance

Los cementos que conforman esta especificación se designaran como “Cemento

Portland” con características especiales indicadas por tipo, en concordancia con

los tipos dados. Cuando un tipo no está especificado, se aplicara los requisitos

del tipo GU.

a) Tipo GU: Cemento para construcciones generales. Es utilizado para todas

las aplicaciones donde las propiedades especiales de los otros tipos no

sean necesarias.

b) Tipo HE: Cemento que proporciona alta resistencia en edades tempranas,

usualmente menos de una semana.

c) Tipo MS: Cemento que se emplea donde sean importantes las

precauciones contra el ataque moderado por los sulfatos, tales como en

estructuras de drenaje, donde las concentraciones de sulfatos en el agua

subterráneo son mayores que lo normal pero no llegan a ser severas.

d) Tipo HS: Cemento que se usa en concreto expuesto a la acción severa de

los sulfatos principalmente donde el suelo o el agua subterránea tiene alta

concentración de sulfato.

e) Tipo MH: Cemento que se usa donde el concreto necesite tener un calor

de hidratación moderado y se deba controlar el aumento de la temperatura.

f) Tipo LH: Cemento que se usa donde la tasa y la cantidad del calor

generado por la hidratación deban se minimizadas. Este cemento desarrolla

resistencia en una tasa más lenta que los otros cementos.12

11Referencia: López González, C. (2000). Estudio del Aditivo aluminosos en Clinker y sus propiedades

del cemento Portland. Tesis para obtener el grado de Magister en ciencias con especialidad en Ingeniería

Cerámica. Universidad Autónoma de Nuevo León, México.

12 Referencia: NTP 334.082. Cementos Portland con Especificación de la Performance. Edición: Segunda

Edición, 2000. Publicación Lima – Perú.


27

TABLA 4 - Parámetros de los Componentes del cemento Portland por Performance

Fuente: Especificaciones Y-CLD-E-07: Parámetros de los componentes del cemento Portland por Performance. Elaborado por Carmen Ortiz. 15 de Diciembre 2012. Arequipa.


28

2.7.2. Cementos Portland Comunes

a) Portland Tipo I: Es un cemento normal, se produce por la adición de

Clinker más yeso. Se usa cuando no se requiere de propiedades y

características especiales que lo protejan del ataque de sulfatos, cloruros

y temperaturas originadas por el calor de hidratación.

b) Portland Tipo II: Es un cemento moderado, que se utiliza cuando se está

expuesto moderadamente a ataques de sulfatos, también cuando se

requiere un calor moderado de hidratación. Se caracteriza por su

contenido de Aluminato (C3A), menor al 8%.

c) Portland Tipo III: Es un cemento de rápido endurecimiento, este tipo

permite obtener con rapidez elevadas resistencias usualmente en una

semana o menos. A los 28 días la diferencia de resistencia con el cemento

Tipo I, tiende a desaparecer. Esta propiedad se obtiene al molerse el

cemento más finamente durante el proceso de molienda así se incrementa

la finura dado que se obtiene una mayor área superficial, la cual expuesta

a la acción del agua dará lugar a una hidratación y endurecimiento más

rápido.

d) Portland Tipo IV: Es un cemento de bajo calor de hidratación, este tipo

de cemento se fabrica para ser empleado donde la cantidad de calor

generado se debe mantener a un mínimo. El desarrollo de las resistencias

en este tipo de cemento debe ser muy lento en comparación con los otros

tipos de cemento. Sus características son altos porcentajes de C2S (Belita)

y C4AF (Ferrita). Lento desarrollo de resistencias a la compresión aunque

a edades avanzadas alcanza los mismos valores de los otros tipos de

cemento, buena resistencia al agrietamiento.

e) Portland Tipo V: Es un cemento resistente a los sulfatos, este tipo de

cemento se fabrica para ser empleado en aquellos casos en que se

requiera alta resistencia a la acción de los sulfatos, la cual se obtiene por

un bajo contenido de C3A (Alita), menos del 5%.


29

TABLA 5 - Parámetros de los componentes del Cemento Portland

Fuente: Especificaciones Y-CLD-E-03: Parámetros de los componentes del cemento Portland. Elaborado por Carmen Ortiz. 15 de Enero 2013. Arequipa.


30

2.7.3. Cementos Portland Puzolánico

Un cemento portland Puzolánico es el producto resultante de la adición al

cemento portland normal de material Puzolánico, en un porcentaje de 15 a

50%. Dicha unión puede efectuarse en el estado de Clinker, para ser molidos

conjuntamente, a la fineza adecuada o también directamente con el cemento,

antes de ensacar o en la mezcladora.

2.7.3.1. Tipos De Cemento Portland Puzolánico

a) Portland Puzolánico Tipo IP: Donde la adición de puzolana es del 40%

del total. Puede ser empleado en construcciones en general.

b) Portland Puzolánico Tipo I (PM): Donde la adición de puzolana es menos

del 15%. Se emplea en todo tipo de construcciones de concreto.

c) Portland Puzolánico Tipo P: Donde la adición de puzolana es más del

40%. Se utiliza en construcciones donde no sean necesarias resistencias

altas a edades tempranas.

2.8. LAS PUZOLANAS

Las puzolanas son sustancias que contienen minerales silíceos y aluminosos que, por

sí mismo, posee poco o ningún valor cementosos pero, en la forma finamente dividida

y en presencia de humedad reacciona con el hidróxido de calcio, a las temperaturas

ordinarias, para formar compuestos que poseen propiedades cementosas.

Las puzolanas de uso más común son la ceniza muy fina, el humo silíceo y puzolanas

naturales.

2.8.1. Clasificación De Las Puzolanas

2.8.1.1. Puzolanas Naturales

Las puzolanas naturales de origen volcánico son todas procedentes de la

acumulación de polvos, cenizas o barros eruptivos que han adquirido las

características de una roca También adquieren sus propiedades Puzolánico

por las acciones químicas del vapor de agua recalentado, del bióxido de

carbono dentro de la corteza terrestre y aun brusco enfriamiento al ser

arrojados al exterior. Están compuesto por sílice, alumínicos, alcalinas

hidratadas, parecida a la arcilla, en forma vítrea o cristalina.


31

A) Propiedades Físicas

TABLA 6 - Propiedades Físicas de las Puzolanas

PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS PUZOLANAS

Punto de fusión 800 – 900°C

Punto de inflamabilidad No inflamable

Aspecto físico Solido

Forma Granulado o en rocas

Colores Rojizo rosado o negras

Olor Inodora

Solubilidad Insoluble

Fuente: Medina Pilares, E., Aguilar Estrada D. Materiales de construcción. Trabajo de

investigación, Cusco.

B) Composición Química

TABLA 7 - Propiedades Químicas de las Puzolanas

Elemento % sobre la masa

Dióxido de silíceo (SiO2) 65%

Oxido de aluminio (Al2O3) 14%

Oxido de calcio (CaO) 5%

Oxido férrico (Fe2O3) 4%

Oxido de potasio (K2O) 3%

Otros óxidos 9%

Fuente: Laboratorio de Control de calidad Yura S.A.

2.8.1.2. Puzolanas Artificiales

Son artificiales porque son fabricados para sustituir la falta de las naturales,

resulta de la cocción y pulverización de las arcillas y pizarras a temperaturas

que varían entre los 600 a 900°C, según contengan más o menos calizas y a

una pulverización análoga a la del cemento portland, también pueden ser:

Cenizas volantes, arcillas activadas o calcinadas artificialmente, escorias de

fundición y cenizas de residuos agrícolas.


32

2.8.2. Acción De La Puzolana

La Adición de Puzolana en los Cementos Portland, nos da un favorable

comportamiento en aguas sulfatadas y de mar.

Debido a la acción de la sílice activa de la Puzolana que reacciona con el

Ca(OH)2 impidiendo que reaccionen con el ion sulfato para la formación del

compuesto expansivo.

Las Reacciones que presenta la Puzolana en su Proceso de Hidratación son

las siguientes:

𝑃𝑢𝑧𝑜𝑙𝑎𝑛𝑎 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝐻2𝑂 = 𝐶4(𝐴, 𝐹)𝐻13

= 𝐶2𝐴𝑆𝐻8

= 𝐶3(𝐴, 𝐹)𝑆𝑛𝐻6−2𝑛

= 𝐹𝑎𝑠𝑒 − 𝐶𝑆𝐻 (𝑡𝑜𝑏𝑒𝑟𝑚𝑜𝑟𝑖𝑡𝑎)


33

TABLA 8 - Parámetros de los Componentes del Cemento Portland Puzolánico

Fuente: Especificaciones Y-CLD-E-04: Parámetros de los componentes del cemento Portland Puzolánico. Elaborado por Carmen Ortiz. 15 de Enero 2013. Arequipa.


34

CAPITULO III

INGENIERIA DEL PROCESO

3.1. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE ELABORACION DE CEMENTO

FIGURA 22 - Sección Crudos

RECEPCIÓN DE LA CALIZA

TOLVAS 1A - 1B

CANCHA DE CALIZA (22400 TM)

CANCHA DE FIERRO(500 TM)

CANCHA DE CORRECTIVO

(500 TM)

CANCHA DE PIZARRA (500 TM)

CANCHA DE ARCILLA (10000 TM)

RECEPCIÓN DE CORRECTIVOS

RECLAMADOR DE CALIZA

RECLAMADOR DE CORRECTIVOS

CHANCADORA O&K (450 TM/H)

APILAMIENTO CIRCULAR PHB (45000 TM)

RECLAMO DE CALIZA

TOLVA DE ALIMENTACIÓN DE CALIZA A UBE (90 TM)

TOLVA DE ALIMENTACIÓN CORRECTIVO A UBE (350 TM)

TOLVA DE ALIMENTACIÓN DE ARCILLA A UBE (150 TM)

TOLVA DE ALIMENTACIÓN DE PIZARRA A UBE (135 TM)

TOLVA DE ALIMENTACIÓN DE FIERRO A UBE (150 TM)

MOLIENDA UBE (360 TM/H)

TOLVA DE RECHAZO TK DE AGUA

CICLONES CICLON

SILO DE HOMOGENIZACIÓN

(12000 TM)

TOLVA DE ALIMENTACIÓN AL HORNO (84 TM)

FILTRO PRINCIPAL

BOMBA DE HARINA

TOLVA DE RETORNO DEL FILTRO PRINCIPAL

(290 TM)

TOLVAS 1A - 1B

1



35

FIGURA 23 - Sección Piroproceso y Cemento

CANCHA DE CARBÓN

TOLVA DE CARBÓN BITUMINOSO

(100 TM)


(100 TM)


(100 TM)

MOLINO DE CARBÓN (28 TM/H)

TK DE AGUA

FILTRO DE MANGAS

TOLVA CARBÓN 3650 (120 TM)

TOLVA CARBÓN 3660 (120 TM)

QUEMADORCALCINADOR

QUEMADOR PRINCIPAL

HORNO (4200 TM)

ENFRIADOR

CHANCADORA CLINKER

CICLONETAS

CANCHA DE CLINKER

(180000 TM)

INTERCAMBIADOR DE CALOR

CANCHA DE PUZOLANA

CANCHA DE YESO COMÚN (5000 TM)

CANCHA DE YESO ESPECIAL (1500 TM)

TOLVA DE PUZOLANA (140 TM)

TOLVA DE CLINKER (330 TM)

TOLVA DE YESO (80 TM)

TOLVA PULMON (50 TM)

MOLINO LOESCHE (180 TM/H)

TK DE AGUA

GENERADOR DE GAS CALIENTE(SAACKE)

FILTRO PRINCIPAL

SILO 6 10000 TM

SILO 1 1500 TM

SILO 2 1500 TM

SILO 3 1500 TM

SILO 4 1500 TM

SILO 5 2500 TM

ENSACADORA

RECEPCIÓN DE CARBÓN

BALANZA PFISTER BALANZA PFISTER

GRUESO

FINO

TRANSPORTE DE CLINKER

BALANZAS SHENCK

BALANZAS SHENCK

SILO 7 10000 TM

1



36

3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS

Clasificaremos en:

Proceso de Molienda de Harina Cruda

Proceso de Clinkerización

Proceso de Molienda de Cemento

3.2.1. Proceso De Molienda De Harina Cruda

La Harina de crudo; es la mezcla de Caliza, Pizarra y Mineral de Fierro y está

diseñado por control de calidad en función de las cantidades de CaO, Al2O3,

Fe2O3 y SiO2 para dar formación a los diferentes cristales que conforman el

Clinker por proceso de cocción a altas temperaturas.

3.2.1.1. Módulos De La Harina Cruda

La dosificación de cada componente se basa en el cálculo de tres módulos:

A. Factor de Saturación de Cal (LSF)

El LSF nos dice que tan dispuesto está el material a reaccionar, sin tener cal

libre en el Clinker.

𝑳𝑺𝑭 = 𝟏𝟎𝟎 𝒙 𝑪𝒂𝑶

𝟐. 𝟖 𝒙 𝑺𝒊𝑶𝟐 + 𝟏. 𝟏𝟖 𝒙 𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 + 𝟎. 𝟔𝟓 𝒙 𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑

Es así como se puede calcular la máxima cantidad de CaO que se puede

combinar con los demás óxidos para formar los compuestos típicos del Clinker.

Rango Típico: > 100

B. Módulo de Sílice (MS)

Nos indica que tan quemable es el material, se calcula de acuerdo a la siguiente

ecuación:

𝑴𝑺 = 𝑺𝒊𝑶𝟐

𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 + 𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑

Rango Típico: 2.2 – 2.8

Este módulo caracteriza la relación de sólido-líquido en el proceso de

Clinkerización, ya que el SiO2 está presente en fase sólida mientras que los

otros óxidos están en fase líquida.


37

C. Módulo de Alúmina (MA o A/F)

Indica que tan viscosa es la fase líquida en el horno.

𝑴𝑨 =𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑

𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑

A mayor MA, será más viscoso el líquido producido. Normalmente se

recomienda trabajar con 20-25 % de fase líquida. El cálculo de estos módulos

se hace en función de la cantidad presente en el crudo de cada uno de los

principales óxidos que son:

SiO2 - Al2O3 - Fe2O3 – CaO

Valor deseable en el Clinker 1.4 – 1.6

Rango Típico: 1.2 – 2.5

3.2.1.2. Balance De Molino UBE

Se realizó un balance del crudo en el molino vertical UBE

PRODUCCION DE HARINA 330.10 Tn/hr

TABLA 9 - Materias Primas Molino UBE

MATERIAS PRIMAS Tn %

Caliza 307.65 93.20

Correctivo 11.55 3.50

Pizarra 4.29 1.30

Fierro 6.60 2.00


38

BALANCE TOTAL13

FIGURA 24 - Balance en Molino de Crudos


13 Referencia: YONGCHANG, Liu. (2014, September). Making WHR work. Revista International


Caliza

Correctivos

Pizarra

Fierro

Harina crudaMOLINO DE CRUDOS

BALANCE TOTAL (Kg/Kg CRUDO)

INGRESOS SALIDAS

CALIZA 0.931990

CORRECTIVOS 0.034989

PIZARRA 0.012996

FIERRO 0.019994

CO2 EN GASES 0.000564

HARINA 1.000000

SUMA 1.000534 1.000000

DIFERENCIA -0.000534


39

FIGURA 25 - Balance Total del Crudo


MATERIA PRIMA TM/H Kg/Kg CRUDO

CALIZA 307.65 0.93

CORRECTIVO 11.6 0.03

PIZARRA 4.3 0.01

FIERRO 6.6 0.02

LSF ()

MF ()

MH ()

MS ()

PF

101.32

0.87

2.30

3.26

36.15

HARINA TM/H Kg/Kg CLK

AL SILO 330.10 1.59

FIERRO PIZARRA CORRECTIVO CALIZA

MOLINO

Harina al silo

Gases limpios

Gases calientes del horno

Rechazo


40

FIGURA 26 - Balance Química del Crudo


TM/H Kg/Kg CRUDO TM/H Kg/Kg CRUDO

CALIZA 307.6500 0.9320 CORRECTIVO 11.6 0.0350

SiO2 (%) 41.9977 0.1365 SiO2 (%) 1.4943 0.1294

Al2O3 (%) 5.5316 0.0180 Al2O3 (%) 0.2898 0.0251

Fe2O3 (%) 2.3997 0.0078 Fe2O3 (%) 0.1185 0.0103

CaO (%) 136.2381 0.4428 CaO (%) 5.0465 0.4369

MgO (%) 4.1687 0.0136 MgO (%) 0.1567 0.0136

SO3 (%) 0.3507 0.0011 SO3 (%) 0.0416 0.0036

Na2O (%) 0.2953 0.0010 Na2O (%) 0.0157 0.0014

K2O (%) 1.7844 0.0058 K2O (%) 0.1121 0.0097

CI (%) 0.0105 0.0000 CI (%) 0.0000 0.0000

TM/H Kg/Kg CRUDO TM/H Kg/Kg CRUDO

PIZARRA 4.29 0.01 FIERRO 6.6 0.02

SiO2 (%) 2.4295 0.5663 SiO2 (%) 0.7246 0.1098

Al2O3 (%) 0.6570 0.1531 Al2O3 (%) 0.1881 0.0285

Fe2O3 (%) 0.2556 0.0596 Fe2O3 (%) 4.8559 0.7357

CaO (%) 0.0846 0.0197 CaO (%) 0.2614 0.0396

MgO (%) 0.0157 0.0037 MgO (%) 0.0761 0.0115

SO3 (%) 0.0247 0.0058 SO3 (%) 0.0110 0.0017

Na2O (%) 0.0246 0.0057 Na2O (%) 0.0093 0.0014

K2O (%) 0.0863 0.0201 K2O (%) 0.0393 0.0060

CI (%) 0.0000 0.0000 CI (%) 0.0000 0.0000

SiO2 (%)

Al2O3 (%)

Fe2O3 (%)

CaO (%)

MgO (%)

SO3 (%)

Na2O (%)

K2O (%)

CI (%)

CO2 (%) 121.9352 0.5878


MOLINO 330.1000 1.5914

0.0000 0.0000

0.0365

0.6662

0.0327

0.0035

0.0012

0.0101

138.1822

6.7909

0.7260

0.2532

2.0952

7.5638

45.9945 0.2217

6.5591 0.0316

FIERRO PIZARRA CORRECTIVOS CALIZA

MOLINO

Harina al silo

Gases limpios


Rechazo


41

3.2.2. Proceso Clinkerización

La Clinkerización consiste en combinar materias primas que dispongan de 4

óxidos: CaO, SiO2, Al2O3 yFe2O3, para formar componentes mineralógicos

(C2S Belita, C3S Alita, C3A Aluminato, C4AF Ferrita), que proporcionan

resistencia mecánica y durabilidad química.

La reacción más importante durante la cocción del Clinker de cemento portland

es la formación de silicato tricálcico a partir de silicato bicálcico y de cal.

La composición química del Clinker en el cemento Portland se muestra en la

Tabla N° 10.

TABLA 10 - Composición química del Clinker (% en masa)

FASES FORMULA ABREV. RANGO VALOR

MEDIO

Silicato tricálcico

(alita) 3CaOSiO2 C3S 46 - 79 61

Silicato bicálcico

(Belita) 2CaOSiO2 C2S 5 - 30 15

Ferrito aluminato

tetracálcico 4CaO(Al2O3,Fe2O3) C4(A,F) 4 - 16 8

Aluminato

tricálcico 3CaOAl2O3 C3A 6 - 18 12


Microscopia Del Clinker

Técnica analítica que nos permite determinar a través del microscopio de

polarización, las características cristalográficas de una muestra de Clinker.

La microscopía del Clinker es una herramienta relativamente sencilla y muy

poderosa, ya que nos permite determinar las propiedades del Clinker y predecir

problemas en cemento y ladrillos refractarios. Es un complemento para el

análisis químico (fluorescencia de RX) y mineralógico (difracción de RX) del

Clinker.

Por lo tanto nos ayuda a mejorar la operación de hornos y resolver problemas

cristalográficos del Clinker, identificar problemas de flama y predecir resistencia

en cemento.


42


3.2.2.1. Reacciones Químicas En El Horno

La reacción más importante durante la cocción del Clinker de cemento Portland

es la formación de Silicato Tricálcico a partir de Silicato Bicálcico y de cal.

𝐶2𝑆 + 𝐶𝑎𝑂 → 𝐶3𝑆

TABLA 11 - Transformaciones Químicas

TEMP. (°C) PROCESO TRANSFORMACIÓN QUÍMICA

< 100 Secado y eliminación de

humedad y agua libre. 𝐻2𝑂(𝑙) → 𝐻2𝑂(𝑔)

100 - 400 Eliminación de Agua

Estructural.

400 - 750

Descomposición de la

Arcilla con la formación

de meta-caolinita.

𝐴𝑙4(𝑂𝐻)8. 𝑆𝑖4𝑂10 → 2(𝐴𝑙2𝑂3. 2𝑆𝑖𝑂2) + 4𝐻2𝑂

600 - 900


meta-caolinita y otros

compuestos con

formación de una mezcla

de óxidos reactivos.

𝐴𝑙2𝑂3. 2𝑆𝑖𝑂2 → 𝐴𝑙2𝑂3 + 2𝑆𝑖𝑂2

600 - 1000


Caliza (CaCO3), y la

formación de CS Y CA.

𝐶𝑎𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2

3𝐶𝑎𝑂 + 2𝑆𝑖𝑂2 + 𝐴𝑙2𝑂3 → 2(𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2) + 𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3

(𝐶2𝑆 , 𝐶𝐴)

800 - 1300

La unión de la cal por CS

y CA con formación de

C2S, C3A Y C4AF.

𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 + 𝐶𝑎𝑂 → 2𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 (𝐶2𝑆)

2𝐶𝑎𝑂 + 𝑆𝑖𝑂2 → 2𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 (𝐶2𝑆)

𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 + 2𝐶𝑎𝑂 → 3𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 (𝐶3𝐴)

𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 + 3𝐶𝑎𝑂 + 𝐹𝑒2𝑂3

→ 4𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 𝐹𝑒2𝑂3 (𝐶4𝐴𝐹)

1250 - 1450 Más unión de Cal con C2S

a formar C3S. 2𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 + 𝐶𝑎𝑂 → 3𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 (𝐶3𝑆)


FIGURA 27 - Microscopia del Clinker


43

3.2.2.2 Fases De Mineral En Clinker

a. Silicato tricálcico (Alita)

El silicato tricálcico (3CaOSiO2) es el compuesto con mayor contenido de CaO

en el sistema binario CaO-SiO2. Este determina de modo decisivo la mayoría

de las propiedades del cemento, ya que las características de resistencia y

durabilidad del mismo dependen de la hidratación de este compuesto. El

silicato tricálcico endurece rápidamente y alcanza gran resistencia cuando se

muele finamente y se mezcla con agua hasta formar una pasta. Esta se genera

por reacción en estado sólido entre el óxido de calcio y la sílice; también se

puede producir a partir de caliza pura y cuarzo. La reacción es más rápida en

presencia de una masa fundida de óxidos de calcio, aluminio y hierro (III) a

unos 1450 º C.

b. Silicato bicálcico (Belita)

El silicato bicálcico (2CaOSiO2) se produce cuando el Clinker de cemento no

está totalmente saturado de óxido de calcio. Este funde congruentemente a

2130ºC y se forma a temperaturas inferiores a 1000ºC, en mezclas crudas ricas

en arcilla, por reacción en estado sólido. Cristaliza en cuatro modificaciones

polimórficas: α, α’, β y γ. La modificación β es metaestable en todas las

temperaturas y se convierte en la modificación γ que es menos densa por

debajo de 500ºC. Esta conversión es la razón por la que un Clinker de cemento

rico en silicato bicálcico puede disgregarse cuando se enfría lentamente.

c. Ferrito aluminato tetracálcico (Ferrita)

El 4CaO (Al2O3, Fe2O3) contribuye poco al endurecimiento hidráulico y contiene

la mayor parte del hierro y del aluminato contenidos en el Clinker de cemento.

Es una fase presente en la disolución sólida, con 2CaO Fe2O3 (ferrito bicálcico)

y 2CaO (0.96 Al2O3, 0.31 Fe2O3) como límites en el Clinker de cemento.

d. Aluminato tricálcico (Aluminato)

El 3CaOAl2O3, es el compuesto con mayor contenido de CaO de las fases de

aluminato. Reacciona rápidamente con el agua, sus propiedades hidráulicas

no son muy acentuadas, pero mejora la resistencia inicial del cemento.


44

e. Cal libre y Periclasa

La cal libre (CaO) y la Periclasa (MgO) son componentes minoritarios del

Clinker. Estos reaccionan con el agua para formar el hidróxido cálcico y el

hidróxido de magnesio, que ocupan mayor espacio que los óxidos originales,

por lo tanto, pueden provocar expansiones dañinas. Por eso las normativas

limitan su uso.

f. Compuestos de metales alcalinos

Son componentes minoritarios del Clinker que provienen de los materiales

crudos y de las cenizas del combustible. El Clinker contiene hasta un 2% en

peso de óxidos de metales alcalinos (Na2O/K2O) y hasta un 2% en peso de

sulfatos de metal alcalino. La cantidad total de metales alcalinos afecta de

manera significativa al fraguado y al endurecimiento del cemento.

3.2.2.3. Las Distintas Zonas En Un Sistema De Horno

Hay 5 zonas distintas dentro del horno donde se producen diferentes

reacciones químicas, que luego dan lugar a la formación de Clinker. Ninguna

de estas zonas pueden ser negadas o ignoradas si el horno es operado

adecuadamente. Estas zonas se muestran en la siguiente tabla:

TABLA 12 - Distintas Zonas en el Horno

ZONAS RANGOS DE TEMPERATURA DEL

MATERIAL

Zona de Calcinación 750 – 900 °C

Zona de Calentamiento 700 – 1200 °C

Zona liquida 1200 - 1400 °C

Zona de Sinterización 1400 – 1510 °C

Zona de Enfriamiento 1510 – 1200 °C

Fuente: FLSmidth. Manual Operación Yura. Publicación Septiembre 2011. Arequipa


45


3.2.2.3.1. Zona De Calcinación

La zona de calcinación se da con una temperatura aproximada a 800 °C, donde

la Caliza comienza a descomponerse en Cal y Dióxido de Carbono.

𝐶𝑎𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2

Mientras que ese proceso de disociación continua, las temperaturas de la

harina caliente van a permanecer en los rangos de 750 – 900 °C.

El material no calcinado causa disturbio vía fluidización con CO2 en la zona de

Quemado.


FIGURA 28 - Distintas Zonas en el Horno

FIGURA 29 - Zona de Calcinación


46

3.2.2.3.2. Zona De Calentamiento

Es la zona de transición, donde se da la formación de una cama con color

obscuro detrás de la llama del Quemador y la formación de intermediarios

inestables.

Se da aumento rápido de temperatura. Si la zona de calentamiento es muy

larga, permite el crecimiento de los cristales de C2S (Belita), lo cual puede

deteriorar la reactividad final.


A Temperatura elevadas del Proceso, la Cal reacciona fácilmente con alúmina

y hierro para formar una serie de productos intermedios. Los minerales

sintéticos derivados C3A (Aluminato) y C4AF (Ferrita), son componentes clave

no solo en el cemento, pero como precursores para la fase liquida del proceso

de Sinterización.

𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 + 2𝐶𝑎𝑂 → 3𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 (𝐶3𝐴)

𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 + 3𝐶𝑎𝑂 + 𝐹𝑒2𝑂3 → 4𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 𝐹𝑒2𝑂3 (𝐶4𝐴𝐹)

FIGURA 30 - Zona de Calentamiento


47


3.2.2.3.2.1. Formación Del Silicato Di Cálcico – Belita (C2s)

Silicato di Cálcico continuara a formarse mientras la Sílice pueda entrar en

contacto con Cal. Las reacciones sólidos son muy dependientes del tamaño de

partícula. R90 µm ᴝ 10 – 16%.

Reacción Solido/Solido: 700 – 1200 °C

2 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝑆𝑖𝑂2 → 𝐶2𝑆 + 𝐶𝑂2

Donde:

CaCO3: Calcita

SiO2: Cuarzo

C2S: Belita

CO2: Dióxido de Carbono

La taza de Reacción depende de:

- Superficie de Contacto entre las partículas.

- La Difusión de CaO-iones.

FIGURA 31 - Zona de Calentamiento Cal, Alúmina y hierro


48

FIGURA 32 - Formación de Silicato Di Cálcico (Belita)


3.2.2.3.3. Zona Liquida

Al término de la formación de C2S a ~ 1250 °C, las Sales de Calcio, de aluminio

y de hierro se convierten en Liquido. En el corazón de la zona de la quema, 20

– 30% de la carga será liquida.

La composición de la mezcla cruda determina:

La cantidad de líquido formado a una temperatura determinada.

Las propiedades físicas del líquido a una temperatura determinada,

especialmente su viscosidad.

La importancia de la fase liquida es:

Granulación del clinker.

Formación de costra (pero también de anillos).

Formación de Alita


49


3.2.2.3.3.1. Formación Del Silicato Tri Cálcico – Alita (C3s)

En esta zona liquida, el C2S reacciona con CaO y forma C3S. Esta es una

reacción endotérmica, que se da a > 1205 °C.

2𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 + 𝐶𝑎𝑂 → 3𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2

𝐶2𝑆 + 𝐶𝑎𝑂 → 𝐶3𝑆

La formación de Alita, se da en estado sólido con un líquido fundente. La alita

se estabiliza por Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, etc.


FIGURA 33 - Zona Líquida

FIGURA 34 - Reacción para la formación de Alita


50

La formación de Alita depende de:

- La formación de la Fase Liquida.

- La Velocidad de las reacciones: Temperatura, Finura de la Harina Cruda

en los retenidos de 90 µ y 212 µ, De distancia entre los dos

componentes, de la cantidad y viscosidad de la fase liquida.


3.2.2.3.4. Zona De Sinterización

Se da directamente de bajo de la parte visible de la llama y el crecimiento y la

aglomeración de las partículas de C3S ocurre. La nodulación se para; mientras

C3S se forma.

FIGURA 35 - Formación de Alita (C3S)


51


3.2.2.3.5. Zona De Enfriamiento

En la zona de enfriamiento el material empieza a solidificarse. C3S disminuye

y se formas más C3A. Un enfriamiento rápido en el horno es preferido para la

calidad de Clinker.

El objetivo del enfriamiento es:

- Reducir la temperatura para congelar y poderse dar el crecimiento de los

cristales.

- Atrapar a cualquier MgO disuelto presente en la fase amorfa.

- Convertir la fase liquida a un sólido para facilitar su transporte.

- C3A y C4AF se enfrían a formar sólidos.

FIGURA 36 - Zona de Sinterización


52


Si el enfriamiento es demasiado lento C3S podría “revertir” en fase liquida.

- Forma C2S y CaO y (C3A).

- La molturabilidad se hace más difícil (C2S) en cemento.

Si el proceso de enfriamiento es rápido, es más conveniente.

- Mantiene el Clinker con la composición de la temperatura de

Clinkerización.

- Mejora la molienda, menos C2S.

- Mayor Alita C3S, se mejoran las resistencias.

3.2.2.4. Balance De Horno FLSMIDTH

Para realizar un balance de materia del sistema del horno, primero calculamos

el Factor de Harina/Clinker haciendo una pesada física conjuntamente con una

operación estable.

FIGURA 37 - Zona de Enfriamiento


53

TABLA 13 - Factor Harina Clinker

PODER

CALORIFICO: 6959.4 KCAL/KG

PESOS (KG/H)

HORA NETO

VOLQUETE CLINKER HARINA CARBON

FACTOR

H/C

KCAL/KG

CLINKER

10 1994000 207432 330100 22140 1.591

742.80

Factor Harina/Clinker Teórico (PF=37.16%)

1.5913

BALANCE TOTAL14

BALANCE TOTAL (Kg/Kg CLINKER) INGRESOS SALIDAS

CARBON 0.047003

HARINA 1.591365

HUMEDAD DEL COMBUSTIBLE 0.000606

CLINKER 1.000000

ALCALINOS 0.001694

HARINA AL CARBON 0.001138

CO2 DE HARINA 0.587832

AGUA + HUMEDAD 0.025939

VOLATILES 0.015906

SUMA 1.638975 1.632510

DIFERENCIA (-0.62%) -0.006465 Fuente: Elaboración propia



Cinker

Alcalinos

Carbon Harina al carbòn

Harina CO2 en harina

Humedad del carbon Agua + humedad

Volatiles

Horno Rotatorio

FIGURA 38 - Balance de Materia en el Horno


54


LSF ()

MF ()

MH ()

MS ()

PF

HARINA

LSF ()

MF ()

MH ()

MS ()

PF

LSF ()

MF ()

MH ()

MS ()

PF

LSF () LSF ()

MF () MF ()

MH () MH ()

MS () MS ()

PF PF

P. CALORIFICO Kcal/Kg

PCN BASE SECA Kcal/Kg

HUMEDAD %

FINEZA RES. N°170 %

LSF ()

MF () LEYENDA

MH () HARINA FRESCA

MS () HARINA DEL FILTRO

PF HARINA AL HORNO

C.L. HARINA AL M. CARBON

FL ALCALINOS

C3S CLINKER

C2S COMBUSTIBLE

C3A

C4AF

HARINA AL

MOLINO DE

CARBON

CALCINADOR

COMBUSTIBLE

12.0800 0.0582

106.40

1.29

2.50

2.58

0.87

36.15

109.65

1.11

2.48

3.11

35.33

330.10 1.59

Kg/Kg CLK

9.84

1.27

13.33

4.86

ALCALINOS

35.33

339.94

QUEMADOR

TM/H

TM/H Kg/Kg CLK

Kg/Kg CLK

9.7500

0.3514 0.0017

TM/H

TM/H

TM/H

TM/H Kg/Kg CLK

Kg/Kg CLK

Kg/Kg CLK

MOLINO

0.2361 0.0011


0.047

HARINA

109.47

207.43 1.00

101.32

0.87

2.30

3.26

2.32

AL HORNO

CLINKER

0.0470

7029

6813

3.26

37.34

101.05

1.09

2.47

3.09

1.64

FILTRO

99.51

0.93

3.00

24.40

70.53

10.22

2.22

11.85

2.92

0.20

0.87

2

3

4

1

BYPASS

HORNO

FILTRO

FILTRO PRINCIPAL

RECUPERACION

ENFRIADOR

5

1

FIGURA 39 - Balance Total del Horno


55


SiO2 (%)

Al2O3 (%)

Fe2O3 (%)

CaO (%)

MgO (%)

SO3 (%)

Na2O (%)

K2O (%)

CI (%)

CO2 (%)

HARINA

SiO2 (%)

Al2O3 (%)

Fe2O3 (%)

CaO (%)

MgO (%)

SO3 (%)

Na2O (%)

K2O (%)

CI (%)

CO2 (%)

SiO2 (%)

Al2O3 (%)

Fe2O3 (%)

CaO (%)

MgO (%)

SO3 (%) SiO2 (%)

Na2O (%) Al2O3 (%)

K2O (%) Fe2O3 (%)

CI (%) CaO (%)

CO2 (%) MgO (%) SiO2 (%)

SO3 (%) Al2O3 (%)

CARBON BITUMINOSO Na2O (%) Fe2O3 (%)

HUMEDAD K2O (%) CaO (%)

CENIZAS CI (%) MgO (%)

VOLATILES CO2 (%) SO3 (%)

Na2O (%)

K2O (%)

CI (%)

CARBON BITUMINOSO CO2 (%)

HUMEDAD

CENIZAS

VOLATILES

LEYENDA

SiO2 (%) HARINA FRESCA

Al2O3 (%) HARINA DEL FILTRO

Fe2O3 (%) HARINA AL HORNO

CaO (%) HARINA AL M. CARBON

MgO (%) ALCALINOS

SO3 (%) CLINKER

Na2O (%) COMBUSTIBLE

K2O (%)

ALCALINOS

TM/H Kg/Kg CLK

TM/H Kg/Kg CLK

COMBUSTIBLE CALCINADOR 12.0800 0.0582

0.0990

0.1479

0.0017

0.0005

0.0007

0.0000

0.000000

0.0885 0.000427

339.9350

Kg/Kg CLK

1.6388

HARINA AL

M. CARBON

0.3514

0.0000 0.0000

3.6879 0.0178

TM/H Kg/Kg CLK

0.2361 0.0011

0.000476

0.000023

0.0010

0.0261 0.0001

TM/H Kg/Kg CLK

FILTRO 9.8350

0.0074 0.0000

0.0676 0.0003

121.9352 0.5878

2.0952 0.0101

0.0000 0.0000

0.0474

0.0060

0.0010

0.1912

0.2532 0.0012

0.2217

6.5591 0.0316

7.5638 0.0365

138.1822 0.6662

0.8991

0.2790

2.1767

45.9945

6.7909

0.7260

0.0043

0.0013

0.0105

0.0000

0.6081

7.9533

141.6719

HARINA TM/H

AL HORNO

CLINKER

0.0000

126.1411

0.00060.1258

8.7750 0.0423

1.2219 0.0059

0.0051

4.0880 0.0197

0.00480.9862

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.1325

0.0440

135.8707 0.6550

5.3359

1.0507

0.2884

1.3906 0.0067

0.0257

TM/H Kg/Kg CLK

207.43 1.0000

0.0014

44.2533 0.2133

10.1156 0.0488

9.1267

0.01593.2995

0.0327

0.0035

COMBUSTIBLE QUEMADOR 9.7500 0.0470

TM/H Kg/Kg CLK

10.8720 0.0524

0.1258 0.0006

330.1000 1.5914

0.03326.88060.0006

0.6830

0.0006

0.0053 HARINA TM/H Kg/Kg CLK

0.0000 MOLINO

0.0332

0.0383

6.8961

0.0020

0.0016

0.0003 0.0000

0.0089 0.0000

0.226847.0371

0.2125

0.0009

4.1093 0.0198

0.2009

1.2536

0.0986

0.0048

0.0006

0.0002

0.0016

0.000003

0.000001

0.000008

0.0000

0.0301 0.000145

0.0051 0.000025

0.0046 0.000022

2

3

4

1

BYPASS

HORNO

FILTRO

FILTRO PRINCIPAL

RECUPERACION

ENFRIADOR

5

1

FIGURA 40 - Balance Químico


56

3.2.3. Proceso De Molienda De Cemento

Este Proceso se determina la finura del cemento, según las proporciones

establecidas para el tipo de cemento a producir.

3.2.3.1. Balance De Molino Loesche

Se realizó un balance del cemento Tipo HS y Tipo V que es molido en el molino

vertical LOESCHE.

BALANCE TOTAL TIPO V15

FIGURA 41 - Balance Molino Loesche. Cemento Tipo V.

BALANCE TOTAL (Kg/Kg CEMENTO)

INGRESOS SALIDAS

CLINKER 0.955000

YESO 0.045000


CEMENTO 1.000000

SUMA 1.000564 1.000000

DIFERENCIA -0.00056




Clinker

Yeso

Cemento Tipo VMOLINO DE CEMENTO

PRODUCCION DE CEMENTO 172.00 Tn/hr


Clinker 164.26 95.50

Yeso 7.74 4.50


57

FIGURA 42 - Balance Total del Molino Loesche Tipo V


MATERIA PRIMA TM/H Kg/Kg CEMENTO

CLINKER 164.3 0.96

YESO 7.74 0.05

CEMENTO TM/H

TIPO V 172.00

CLINKER YESO

MOLINO

Cemento al silo

Gases limpios


Rechazo


58

FIGURA 43 - Balance Químico del Molino Loesche Tipo V


TM/H Kg/Kg CEMENTO TM/H Kg/Kg CEMENTO

CLINKER 130.50 0.7250 YESO 8.10 0.0450

SiO2 (%) 44.2533 0.2133 SiO2 (%) 6.2000 0.7654

Al2O3 (%) 10.1156 0.0488 SO3 (%) 0.0400 0.0049

Fe2O3 (%) 9.1267 0.0440 CaCO3 (%) 4.0000 0.4938

CaO (%) 135.8707 0.6550 MgO (%) 3.9700 0.4901

MgO (%) 5.3359 0.0257

SO3 (%) 1.0507 0.0051

Na2O (%) 0.2884 0.0014

K2O (%) 1.3906 0.0067

SiO2 (%)

Al2O3 (%)

Fe2O3 (%)

CaO (%)

MgO (%)

SO3 (%)

Na2O (%)

K2O (%)

CI (%)

CEMENTO TM/H Kg/Kg CEMENTO

TIPO V 172.00 1.0000

21.3880 0.1243

3.6820 0.0214

3.4320 0.0200

63.4630 0.3690

2.5330 0.0147

2.0430 0.0119

0.1520 0.0009

1.0630 0.0062

0.0080 0.0000

CLINKER YESO

MOLINO

Cemento al silo

Gases limpios


Rechazo


59

BALANCE TOTAL TIPO HS16

FIGURA 44 - Balance Molino Loesche. Cemento Tipo HS.




Clinker

Puzolana

Yeso

Cemento Tipo HSMOLINO DE CEMENTO

PRODUCCION DE CEMENTO 180.00 Tn/hr


Clinker 130.50 72.50

Puzolana 41.40 23.00

Yeso 8.10 4.50

BALANCE TOTAL (Kg/Kg CEMENTO)

INGRESOS SALIDAS

CLINKER 0.725000

PUZOLANA 0.230000

YESO 0.045000


CEMENTO 1.000000

SUMA 1.000564 1.000000

DIFERENCIA -0.00056


60

FIGURA 45 - Balance Total del Molino Loesche Tipo HS



CLINKER 130.5 0.73

PUZOLANA 41.4 0.23

YESO 8.1 0.05

TIPO HS 180.00

CEMENTO TM/H

CLINKER PUZOLANA YESO

MOLINO

Cemento al silo

Gases limpios


Rechazo


61

FIGURA 46 - Balance Químico del Molino Loesche Tipo HS



CLINKER 130.5 0.73

PUZOLANA 41.4 0.23

YESO 8.1 0.05

TIPO HS 180.00

CEMENTO TM/H

CLINKER PUZOLANA YESO

MOLINO

Cemento al silo

Gases limpios


Rechazo


62

CAPITULO IV

DESARROLLO EXPERIMENTAL

4.1. INTRODUCCIÓN

Este estudio comparativo da a conocer las propiedades físico - químicas (superficie

específica, resistencias a los sulfatos, resistencia a la compresión y el tiempo de

fraguado) de un cemento Portland con especificaciones de la performance Tipo HS, en

comparación con las de un cemento Portland Tipo V. Variando los distintos adiciones

de puzolana al 20%, 23%, 26% y 30% en el cemento Portland Tipo HS.

4.2. IDENTIFICACION DE VARIABLES

Variables Independientes

Contenido de Puzolana en el Cemento Portland Tipo HS. Se ensayan los siguientes

niveles: 20%, 23%, 26% y 30%.

Variables Dependientes

Superficie específica (Blaine).

Resistencia a los Sulfatos.

Resistencia a la Compresión.

Fraguado Vicat final

Clinker

Variables Constante

Composición Química del cemento

En particular, cantidad de Yeso en el cemento

4.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se trabajara para el Cemento Puzolánico con especificaciones de la Performance Tipo

HS, con las materias primas del cemento Portland Tipo V, vale mencionar con el mismo

Clinker, el mismo yeso y una sola calidad de Puzolana a diferentes dosificaciones como

son 20%, 23%, 26% y 30%.

4.3.1. Se va a realizar las siguientes pruebas

Resistencia al ataque de los sulfatos (NTP 334.065), resistencia a la

compresión (NTP 334.051), finura expresada por la superficie especifica


63

BLAINE (NTP 334.002), finura por tamizado húmedo con tamiz (NTP 334.046),

tiempo de fraguado (NTP 334.006).

TABLA 14 - Cemento Portland Tipo HS (Variaciones de la Puzolana)

Puzolana Clinker Yeso

Muestra 1 20 % 76 % 4 %

Muestra 2 23 % 73 % 4 %

Muestra 3 26 % 70 % 4 %

Muestra 4 30 % 66 % 4 %

Nº Pruebas: Se realizarán cuatro experimentos por triplicado. Variando las

distintas adiciones de Puzolana al 20%, 23%, 26% y 30% y los

correspondientes valores al Clinker, que se presentan en la Tabla 13.

4.3.1.1. Resistencia al Ataque de los sulfatos (NTP 334.065)

FIGURA 47 - Molde de Barras


Materiales

Arena gradada

Yeso con adiciones del cemento Portland será de una finura tal que el 100%

pase por la malla de 150 µm (N°100), por lo menos el 94% pase por la malla

de 75 µm (N°200) y al menos 90% pase por la malla de 45 µm (N°325).

Calcular el porcentaje de cemento y yeso requerido para obtener una mezcla

conteniendo 7% en masa de SO3 como sigue:

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜, % = [(𝑔 − 7.0)

(𝑔 − 𝑐)] 𝑥 100


64

𝑌𝑒𝑠𝑜, % = [(7.0 − 𝑐)

𝑔 − 𝑐] 𝑥 100

Dónde:

c = contenido de SO3 en el cemento Portland, %

g = Contenido de SO3 en el de yeso, % y

7,0 = contenido de SO3 en la mezcla de cemento-yeso, %

Número y dimensiones de los especímenes de ensayo

Para cada muestra de cemento por ensayar, se preparan seis especímenes de

prueba de 25 mm x 25 mm x 285 mm (1 pulg. x 1 pulg. x 11 ¼ pulg.) y dos

tandas de tres especímenes cada uno.

Proporción, consistencia y mezcla del mortero

Las cantidades de materiales requeridos para cada tanda deben ser 400 gr

(cemento + yeso) y 1100 gr de arena. La cantidad de agua de mezclado será

de 194 ml para todos los cemento Portland sin aire incorporado. En el caso de

cementos con aire incorporado será de 184 ml.

Mezclar el mortero excepto que después de colocar el agua en el recipiente de

mezclado, adicionar el yeso y mezclar a baja velocidad durante 15 seg, luego

detener el mezclado, adicionar el cemento.

Inmediatamente después de completar la prueba de flujo, regresar el mortero

al recipiente y limpiar bien el residuo que hubiera quedado y remezcla a

velocidad media (285 rpm ± 10 rpm) durante 15 seg. Retirar las paletas y el

recipiente de la mezcladora y retirar el exceso de mortero de las paletas y

colocarlas en el recipiente. Llenar el molde en dos capas, cada capa debe ser

compactada con el pisón. Trabajar el mortero en las esquinas, alrededor de los

topes de medida de calibración y a lo largo de la superficie del molde con el

pisón hasta que se obtenga un espécimen homogéneo. Después que se ha

compactado la capa superior, cortar el exceso de mortero hasta el nivel

superior del molde y, enrasar y alisar la superficie con la espátula.

Curado de los especímenes

Curado inicial; curar los especímenes en los moldes en la cámara

húmeda a una temperatura de 23°C ± 2°C durante 22 a 23 horas. Luego

retirarlos de los moldes, identificarlos adecuadamente y colocarlos en

agua a una temperatura de 23°C ± 2°C por lo menos durante 30 minutos

antes de hacer las mediciones iniciales de longitud.

Curado final; después de retirar los prismas de sus moldes y efectuada la

primera medida de longitud, se almacenan horizontalmente en agua a una

temperatura de 23°C ± 2°C, dejando por lo menos un espacio libre de 6

mm entre los prismas y también con los lados del recipiente. Cubrir los

especímenes con 13 mm de agua por lo menos. La proporción del agua

que no exceda 5 veces el volumen de barras para prevenir la excesiva


65

lixiviación. Reemplazar el agua con agua fresca cada 7 días durante los

primeros 28 días y luego cada 28 días.

Mediciones de longitud

Medir la longitud de los especímenes mediante el comparador de longitudes.

Retirar los especímenes de su almacenamiento en agua y secarlos con un

paño húmedo antes de su medición.

Tomar la primera lectura da la edad de 24 h ± 15 min, luego de la mezcla del

cemento y el agua. Medir nuevamente el espécimen a la edad de 14 días.

Calculo

Calcular la diferencia de longitudes de los especímenes a 24 hr y a los 14 días

con aproximación de 0.001% de longitud efectiva de calibración e informar

sobre la expansión del espécimen en este periodo. Todos los especímenes

restantes después de los 14 días deben comprimirse en una serie que tenga al

menos tres especímenes con un rango permisible dependiendo del número de

especímenes restantes, como sigue:

TABLA 15 - Rangos Permisibles

Numero de especímenes Rango máximo permitido, %

3

4

5

0.010

0.011

0.012

0.012

4.3.1.2. Resistencia a la Compresión (NTP 334.051)

FIGURA 48 - Maquina de Rotura



66

Materiales

Moldes para moldear los especímenes de ensayo, cuando son utilizados

conjuntamente con la cenda restrictiva, son proporcionados para la

formación de prismas de 50 mm x 50 mm x 250 mm (2 pulg x 2 pulg x 10

pulg), que tienen una longitud calibrada de 250 mm (10 pulg).

Celda restrictiva; que consiste en una varilla de acero insertada con placas

de acero en los extremos, mantenidas en su lugar por tuercas. La varilla

deberá estar provista de casquetes de tuercas para prevenir la corrosión.

Comparador de longitud; para la medición de la longitud deberá estar

conforme, si los extremos están equipados con collares, estos deberán ser

de tal manera que los casquetes de las tuercas, sobre los extremos de la

varilla insertada del espécimen, no se apoyen en el collar durante la

medición.

Apisonador, deberá ser de material no absorbente y no abrasivo tal como el

caucho de dureza media o la madera de roble tratada, recubierto de un

material no absorbente a través de la inmersión en parafina por quince

minutos a aproximadamente 200°C (392 °F). Deberá tener una sección

transversal de 13 mm x 25 mm (1/2 pulg x 1 pulg) y una longitud conveniente

de aproximadamente 150 mm (6 pulg). La superficie de apisonado del

apisonador debe ser plana y estar en ángulo recto con la longitud del

apisonador.

Equipo para desmoldar los especímenes

Masas y dispositivos de determinación de masa

Probetas graduadas de capacidades adecuadas (preferiblemente lo

suficiente grades para medir el agua de mezcla en una sola operación)

deberán ser hechas para dar el volumen indicado a 20°C (69°F). La

variación permisible deberá ser de ± 2 ml. Estas graduaciones deberán ser

subdivididas en por lo menos 5 ml, excepto cuando las líneas de graduación

sean omitidas para medidas menores de 10 ml en probetas de 250 ml y

menores de 25 ml en probetas de 500 ml. Las líneas principales de

graduación deberán ser círculos y estar numeradas. Las graduaciones más

pequeñas deberán extenderse por lo menos una séptima parte de la

circunferencia y las graduaciones intermedias deberán extenderse por lo

menos una quinta parte de la circunferencia.

Mezcladora, recipiente y paleta, mezcladora mecánica con motor eléctrico

equipada con paleta y un recipiente de mezcla.

Espátula; deberá tener bordes rectos y consistirá de una hoja de acero a

102 mm a 152 mm (4 pulg a 6 pulg) de longitud.

Temperatura y humedad

La temperatura del aire en las proximidades de la operación de mezclado, los

materiales secos, el agua de mezcla, moldes, los platos base, el recipiente de

mezclado, la cámara o cuarto húmedo y el agua de almacenamiento, deberán

estar a 23°C (73.4 °F) y no variaran de esta temperatura por más de ± 1.7°C

(3°F).

La humedad relativa del laboratorio no debe ser menor de 50%. La cámara

cuarto húmedo deberá proveer una humedad relativa de no menos de 95%.


67

TABLA 16 - Arena gradada Estándar

Tamiz que pasa Porcentaje retenido

N° 100 (150 - µm) 98 ± 2

N° 50 (300 - µm) 72 ± 5

N° 30 (600 - µm) 2 ± 2

N° 16 (1.18- µm) Ninguno

Espécimen de ensayo

El espécimen de ensayo deberá ser un prisma de 50 mm x 50 mm x 250 mm

(2pulg x 2 pulg x 10 pulg) que tiene una longitud calibrada de 250 mm (10 pulg).

Para cada ensayo serán preparados por lo menos dos especímenes.

Preparación y montaje de los especímenes y de la celda restrictiva

moldes

Colocar fijamente los casquetes de las tuercas en los extremos de las varillas

restrictivas y medir la longitud de las varillas restrictivas mientras están a una

temperatura de 23°C ± 0.5°C.

Los bordes de las placas de los extremos de la celda restrictiva que están en

contacto con los lados y las bases de los moldes estarán recubiertas

ligeramente con un aceite mineral pesado o con grasa ligera lubricante como

la vaselina.

Después del montaje de los moldes colocar una celda restrictiva en cada celda

compartimiento. Sellar con parafina o cera micro cristalina las líneas de

contacto entre los lados exteriores y la placa de la base y remover el aceite o

grasa de la varilla de la celda restrictiva y de las placas de los extremos.

Proporcionamiento y mezcla de los morteros

Proporcionar el mortero estándar utilizando una parte de cemento por 2.75

partes por masa de arena estándar gradada. Mezclar 800 g de cemento, 2200

g de arena gradada estándar y 400 ml de agua para producir una tanda

suficiente para dos especímenes de ensayo.

Mezclar en conformidad con el procedimiento para la mezcla de morteros. Al

final del mezclado, agitar la palea de mezclado dentro del recipiente de mezcla

para remover cualquier exceso de mortero.

Moldeado de especímenes

Empezar el moldeado de especímenes inmediatamente después de concluir la

mezcla. Colocar el mortero en los moldes en dos capas, la primera capa

cubriendo justo la varilla restrictiva y la segunda capa sobrellenando el molde

ligeramente. Compactar cada capa con el apisonador. Trabajar el mortero con

el apisonador en las esquinas; alrededor de la varilla restrictiva, sin golpear la

varilla, y a lo largo de la superficie del molde hasta que sea obtenido un

espécimen homogéneo. Después que la capa superior ha sido compactada,

quitar el exceso mortero nivelando con la parte superior del molde y alisar la

superficie con la espátula.


68

Curado de los especímenes

Inmediatamente después de terminado el moldeado, cubrir los especímenes

con una lámina de polietileno u otro material adecuado para prevenir la pérdida

o ganancia de humedad en la superficie de los especímenes. La cubierta

debería hacer contacto con la superficie del mortero. Colocar los especímenes

en la cámara o cuarto de curado.

Remover los especímenes de los moldes a una edad de 6 hora ± ¼ hora

después de la adición de agua al cemento durante la operación de mezclado.

Se debe tener un particular cuidado en esta operación para no malograr los

especímenes debido a su baja resistencia a esta edad. Es preferible utilizar los

equipos de desmolde para liberar los especímenes de la base y de la placas

laterales.

Curar los especímenes en agua saturada con cal a 23.01°C ± 1.7°C hasta que

hayan alcanzado una edad de 7 días ± 1 hora, incluyendo el periodo en los

moldes, y la temperatura del agua de curado estará a 23°C ± 0.5°C por lo

menos en los últimos 15 minutos. Al final de este periodo, remover los

especímenes del agua uno a la vez, secar con un paño húmedo, e

inmediatamente hacer las lecturas en el comparador con los casquetes de

tuercas en su sitio.

Regresar los especímenes para su curado en agua saturada con cal a 23°C ±

1.7°C hasta que hayan alcanzado una edad de 28 días incluyendo en periodo

en los moldes. Al final del periodo de curado, hacer las lecturas en el

comparador inmediatamente después que los especímenes hayan sido

expuestos a aproximadamente 15 minutos de almacenamiento en agua 23°C

± 0.5°C.

Calculo

Calcular la expansión o contracción a una determinada edad como sigue:

𝐸𝑋 = 𝐿𝑥 − 𝐿𝑖

250 (10)𝑥 100

Donde:

Ex = expansión a la edad x, %

Lx = lectura en el comparador del espécimen a la edad por menos la

lectura en el comparador de la barra de referencia, mm (pulg)

Li = lectura inicial de la varilla restrictiva en el comparador menos la

lectura en el comparador de la barra de referencia, min (pulg)


69

4.3.1.3. Finura expresada por la superficie específica (NTP 334.002)

FIGURA 49- Aparato Blaine


Materiales

Equipo Blaine

Celda de permeabilidad

Disco metálico perforado

Embolo

Papel filtro

Manómetro

Liquido manométrico

Cronometro

Preparación de la muestra

Introducir una muestra patrón en un frasco de 120 cm3 de capacidad y agitar

durante 2 min, a fin de deshacer los grumos y obtener su esponjamiento. Dejar

el recipiente sin abrir por lo menos 2 min, luego remover la tapa y mover

suavemente para distribuir a través de la muestra la fracción fina que ha

quedado en la superficie después de haber agitado el frasco.

Procedimiento

Asentar disco perforado metálico en pestaña de celda de permeabilidad.

Colocar el papel filtro (disco) sobre el disco perforado del equipo.


70

Presionar el filtro hasta que asiente sobre el disco perforado con una barra

cilíndrica de madera y colocar la muestra de cemento dentro de la celda

utilizar un embolo y un pincel dar unos golpes a los lados de la celda.

Colocar otro papel filtro sobre la muestra de cemento y presionar con el

embolo, girar 3 veces y retirar el embolo lentamente.

Colocar la celda de permeabilidad en el tubo del manómetro la conexión

debe ser hermética.

Verificar que la llave de 2 tiempos se encuentre en posición cerrada y

presionar a la vez el centro de la bombilla y la letra R, usar ambas manos

(para eliminar el aire en la bombilla) abrir llave de dos tiempos, presionar

letra A de bombilla y aspirar, cerrar llave. Se debe aspirar hasta que el

líquido manométrico alcance la marca más alta.

Tomar tiempo (seg) en que menisco de líquido manométrico llegue a la

2da. y 3era. Usar cronometro para la toma de tiempo.

Calculo

Calcular los valores de la superficie especifica de acuerdo a la siguiente

ecuación:

𝑆 =𝑆𝑠𝜗�̅�

𝜗𝑇𝑠

Donde:

S = Superficie especifica de la muestra de ensayo, m2/kg

Ss = Superficie especifica de la muestra patrón usada en la calibración del

aparato, m2/kg

T = Intervalo de tiempo medido en el manómetro para la muestra de ensayo

Ts = Intervalo de tiempo medido en el manómetro para la muestra patrón

usada en la calibración del aparato

ϑ = Valor tomado de tabla 17.

TABLA 17 - Factor Análisis Blaine

% PUZOLANA VOLUMEN DENSIDAD PESO (gr) FACTOR

20 21.80 2.936 2.41 476

23 21.95 2.916 2.4 479

26 22.14 2.815 2.38 484

30 22.30 2.869 2.36 487 Fuente: Laboratorio de análisis físicos. Empresa Yura S.A.


71

4.3.1.4. Finura por tamizado húmedo con tamiz (NTP 334.046)

FIGURA 50 - Equipo Finura


Materiales

Mallas para ensayos vía húmeda

Tamices estándares de 300 µm (N° 50), 150 µm (N° 100) o 75 µm (N° 200),

con aberturas de conformidad con los requerimientos de la ASTM E 11, las

mallas estándar serán tejidas con alambres como de AISI tipo 304. El

diámetro de la cubierta de malla medirá 76.2 mm o 101.6 mm (3 pulg o 4

pulg) con la siguiente tolerancia:

Tamices

Diámetro de cobertura

Altura del borde superior

a la malla

Altura total del tamiz

76 mm (3 pulg)

76 ± 6 (3.0 ± 0.25)

83 ± 6 (3.25 ± 0.25)

102 ± 6 (4.0 ± 0.25)

120 mm (4 pulg)

102 ± 6 (4.0 ± 0.25)

108 ± 6 (4.25 ± 0.25)

127 ± 6 (5.0 ± 0.25)

Aspersor; la velocidad de flujo de agua debe mantenerse de 1500 g/min ±

3000 g/min, a 10 lb/pulg2 ± 0.4 lb/pulg 2 de presión.

Balanza, se precisa una balanza analítica con precisión de 0.005 g.

Pesas; los pesos usados en las determinaciones de finura.

Escobilla; usar un cepillo de Nylon o un cepillo que no dañe la malla en la

limpieza de tamices. Un tamaño conveniente será el que posee un diámetro

de 13 mm con un mango de 229 mm.

Ensayos de tamizado vía seca; las muestras estándar para calibrar los

tamices vía húmeda serán estandarizados sobre mallas de 203 mm (8 pulg)

de diámetro; la malla N° 50 o de 300 µm, deberá cumplir los mismos

requerimientos.

NBS SRM N°1004; esferas estándar de vidrio.


72

Estandarización de tamices vía seca

Factores de corrección; en los ensayos de tamizados vía seca sobre

tamices de 203 mm de diámetro en mallas de 300 µm (N° 50) y 150 µm (N°

100), los residuos obtenidos no requieren corrección. Cuando sea aplicable

un factor de corrección para la malla de 75 µm (N° 200). Un factor de

corrección será determinado cuando una mayor aproximación es deseada,

a fin de comparar resultados entre laboratorios.

Muestras estándar; Cada laboratorio debe preparar sus apropiadas

muestras estándar para ensayos de tamizados vía húmeda con cada uno

de los tamaños de mallas usadas.

Seleccionar una muestra estándar a un nivel de finura del mismo rango del

que es usado en trabajos de rutina. Después el material seleccionado es

conservado, luego de ser mezclado en forma uniforme.

Temporalmente sellar el material estándar preparado en contenedores

herméticos durante el procedimiento de estandarización antes de sellar

pequeñas porciones de muestra estándar en ampolletas. Usando la malla

de 203 mm de diámetro desarrollar el ensayo de tamizado vía seca.

Repetir el ensayo 3 veces y usar el promedio de la cantidad que pasa,

expresada en porcentaje, como un valor estándar de la muestra. Usar esta

muestra estándar para calibrar las mallas vía húmeda. Colocar la muestra

entera en capsulas herméticas tan pronto como sea posible para prevenir

cambios debido a la humedad. Las capsulas será preparadas en

denominaciones para contener aproximadamente 50 g para

estandarizaciones de la malla de 300 µm (N° 50); 25 g para la de 150 µm

(N° 100) o 10 g para la de 75 µm (N° 200).

Calibración de tamices vía húmeda

Pesar el contenido del tamaño estándar de muestra aplicable para la

determinación deseada sobre una balanza de sensibilidad apropiada con

aproximación de 0.01 g. Anotar el peso y transferir cuantitativamente la muestra

a la respectiva malla, limpia y seca, ya sea N° 50, N° 100 o N° 200 y proceder.

El factor de corrección de malla es la diferencia entre el residuo del ensayo

obtenido y el valor del residuo indicado por el ensayo de estandarización,

expresado como un porcentaje de residuo del ensayo.

Este factor es expresado como sigue:

𝐶 = {[(

𝑅𝑠 𝑥 𝑊𝑡

100) − 𝑅𝑡]

𝑅𝑡} 𝑥 100

Donde:

C = Factor de corrección de malla (Que puede ser + o -), expresado

en %

Rt = Residuo de la muestra de ensayo retenido en la malla, g

Rs = Residuo del estándar sobre la malla; %

Wt = Peso de la muestra de ensayo, g.


73

Procedimiento para tamizaje vía húmeda

Pesar la muestra con aproximación a 0.01 g usando aproximadamente 50

g para malla N° 50; 25 g para la N° 100 o 10 g para la N° 200.

Anotar los pesos y transferir la muestra cualitativamente a la malla limpia

y seca.

Humedecer la muestra con un poco de agua a fin de no perder las

partículas más finas al contacto con el aspersor.

Retirar la malla que estuvo debajo del aspersor y ajustar la presión del

mismo a 10 ± 0.5 lb/pulg2.

Retornar el tamiz a la posición debajo del aspersor y lavar por 1 ½ min,

moviendo el tamiz en el aspersor con un movimiento circular en un plano

horizontal a la velocidad de una vuelta por segundo. Toda la superficie de

la malla será lavada durante cada movimiento circular del tamiz.

Se deberá mantener el 13 mm la altura entre la base del aspersor y la

parte superior de la malla. Inmediatamente después de retirar el tamiz del

aspersor, rociar una sola vez con cerca de 50 cm3 de agua destilada o des-

ionizada teniendo cuidado de no perder nada de muestra retenida.

Secar la malla con una franela húmeda suavemente. Secar la malla y el

residuo en una estufa o en un recipiente de metal que soporta la malla de

manera que el aire pueda pasar libremente a través de él. Enfriar,

entonces cepillar el residuo contenido y pesarlo en una balanza con

aproximación a 0.01 g.

Calculo

Calcular la finura del material como sigue:

𝑅𝑐 = (𝑅𝑡

𝑊) 𝑋 (100 + 𝐶)

𝐹 = 100 − 𝑅𝑐

Donde:

Rc = Residuo corregido, %

Rt = Residuo de la muestra retenido en la malla, g

W = Peso de muestra usada en el ensayo, g

C = Factor de corrección de malla, %

F = Finura expresada como porcentaje corregido de muestra que pasa la malla

Conversión del factor C (%) en factor fc (adimensionalmente), si al segundo

miembro de la ecuación:


𝑊) 𝑥 (100 + 𝐶)


74

Le multiplicamos y dividimos por 100 al mismo tiempo, esta se transformará en:


𝑊) 𝑥 100 𝑥

(100 + 𝐶)

100

Analizando el segundo miembro de la ecuación anterior tendremos los

siguientes factores:

(Rt / W) x 100 <> Residuo de la muestra retenida, % = Rs

(100 + C) / 100 <> Factor de corrección de malla, adimensional = fc

Por lo tanto: Rc = Rs x fc

Donde:

Rs = Porcentaje de residuo de muestra retenida

4.3.1.5. Tiempo de fraguado (NTP 334.006)

FIGURA 51- Aguja Vicat


Para determinar el tiempo de fraguado, tendremos en cuenta:

- Temperatura y humedad

- Preparación de las pastas de cemento

- Moldeado de los especímenes


75

Materiales

Equipo Vicat.

Masa de referencia y dispositivos de determinación de masa.

Probetas graduadas de 200 ml o 250 ml de capacidad.

Temperatura y humedad

La temperatura del aire en la cercanía de la zona de mezclado, el cemento

seco, los moldes y sus bases deberán mantenerse entre 20°C y 27.5°C. La

temperatura del agua de mezcla y la de la cámara húmeda serán de 23°C ±

17°C.

La humedad relativa del laboratorio no deberá ser menor de 50%. La cámara

húmeda o gabinete de humedad será construido para proveer facilidades en el

almacenamiento de los especímenes de ensayo, a una humedad relativa no

menor de 90%.

Preparación de la pasta de cemento

Mezclar 650 gr de cemento con el porcentaje de agua necesario para obtener

la consistencia normal. De preferencia usar agua destilada sobre todo para el

caso de ensayos interlaboratorios.

A criterio del técnico, utilizar la mezcla empleada para la consistencia normal o

preparar una nueva mezcla para la determinación del tiempo de fraguado por

el Método A – Aparato Vicat Manual.

Moldeado de los especímenes

Rápidamente tomas la pasta preparada y formas una masa esférica con los

guantes de goma, esta masa se arrojara 6 veces de una a otra mano

manteniendo estas separadas alrededor de 152 mm. La masa esférica luego

será introducida a presión por el anillo tronco-cónico G, el otro extremo será

sujeto y cubierto con la otra mano hasta llenar el molde completamente con la

pasta. Retirar el exceso de pasta con extremo mayor con la mano. Colocar el

anillo con el extremo mayor sobre una placa de vidrio o material de similares

propiedades, y enrasar el exceso del extremo superior con una sola pasada de

la espátula colocada en forma oblicua. Alisar la superficie si fuera necesario

con 1 o 2 toques ligeros de espátula. Durante la operación el cortado y alisado

se deberá tener cuidado de no comprimir la pasta. Inmediatamente después

del moldeo, colocar el espécimen en la cámara húmeda y dejarlo reposar allí,

salvo cuando se realicen las determinaciones de tiempo de fraguado. El

espécimen deberá permanecer en el molde cónico sobre una base de

propiedades similares al vidrio durante todo el periodo de pruebas.

Determinar el tiempo de fraguado

Mantener la probeta en el cuarto húmedo, durante 30 min después del moldeo,

sin perturbarla. Determinar la penetración de la aguja de Vicat en ese momento

y luego cada 15 min hasta que se obtenga una penetración de 25 mm o menos.


76

Para el ensayo de penetración, baje la aguja hasta que descanse sobre la

superficie de la pasta de cemento. Apriete el tornillo fijador, E, y colocar el

indicador F, en el extremo superior de la escala, o hacer una lectura inicial.

Soltar la barra rápidamente aflojando el tornillo fijador, E, y dejar que la aguja

se asiente durante 30 seg.; luego tomar la lectura para determinar la

penetración. No se harán ensayos de penetración a una distancia menos de 10

mm del borde interior del molde, ni a 5 mm de otra penetración.

Anotar los resultados de todos los ensayos de penetración y por interpolación,

determinar el tiempo para obtener una penetración de 25 mm. Este es el tiempo

de fraguado inicial.

El tiempo de fraguado final se determina cuando la aguja no deje marcar visible

en la pasta.

4.3.2. Graficas

Con mucha frecuencia se prefiere analizar los datos experimentales por

métodos gráficos, no solo porque son más sencillos sino porque constituyen

una herramienta que tiene ventajas, como por ejemplo, analizar el

comportamiento entre las dos variables, la relación existente entre ellas, sus

valores máximos y mínimos, etc.

Las gráficas, que se realizarán son:

- Error estándar. Limite Superior. Límite Inferior.

- Comparación

- Resistencia a la Compresión

- Resistencias a los sulfatos

- Superficie especifica – Blaine

- Finura por tamizado húmedo

- Fraguado Vicat inicial

- Fraguado Vicat final

4.4. SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

4.4.1. Prevención Del Riesgo En El Laboratorio

Debido a las características del trabajo que se realiza en el laboratorio, se

pueden provocar accidentes de diversas consideraciones, como incendios,

explosiones, intoxicaciones y quemaduras. Debe disponerse, por tanto, de

elementos de actuación adecuados para que estos efectos puedan ser

controlados.


77

Cualquier operación del laboratorio en la que se manipulen productos químicos

presenta siempre unos riesgos. Para eliminarlos o reducirlos de manera

importante es conveniente, antes de efectuar cualquier operación:

- Hacer una lectura crítica del procedimiento a seguir

- Asegurarse de disponer del material adecuado

- Manipular siempre la cantidad mínima de producto químico

- Llevar las prendas y accesorios de protección adecuados

- Tener previsto un plan de actuación en caso de incidente o accidente.

(Plan de Contingencia).

4.4.2. Elementos De Seguridad

El laboratorio debe disponer de procedimientos de trabajo, de señalización

adecuada, de equipos de protección personal y de las instalaciones de

emergencia o elementos de actuación (duchas, lavaojos, mantas ignifugas,

extintores, etc.)

Cuando se inicia el trabajo en un laboratorio, lo primero que se debe hacer es

conocer los datos siguientes:

Situación de salidas.

Situación de los elementos de Seguridad: Lavaojos, duchas, extintores,

mantas ignifugas y botiquín.

FIGURA 52 - Señalización en el Laboratorio



78

4.4.3. Equipos De Protección Individual

Los Equipos de Protección Individual, están destinados para que el trabajador

los use para su protección de posibles riesgos a la salud y vida humana. Se

debe:

- De utilizar de manera correcta y darles un mantenimiento adecuado.

- Deben de estar adecuados al tipo de riesgo a cubrir.

Protección de las manos: Guantes para manipulación de sustancias

corrosivas, irritantes, de elevado toxicidad o elevado poder de penetración a

través de la piel. Guantes para manipulación de elementos calientes o fríos.

Guantes para manipular objetos de vidrio.

Protección de los Ojos: Lentes de Seguridad. Es recomendable la utilización

permanente en el laboratorio de gafas de protección para riesgos de

salpicaduras, protección o explosión.

Protección Respiratoria: Se debe de usar mascaras de protección

respiratoria en caso de derrames o fugas de compuestos volátiles, como gases

o vapores de alta toxicidad. Estos Respiradores deben de contar con cartuchos

para gases y vapores.

4.4.4. Medidas De Seguridad Básicas

4.4.4.1. Normas de trabajo

Las zonas de paso, salidas, vías de circulación, equipos e instalaciones

deben estar en perfecto estado y se debe de mantener el orden y

limpieza.

Se debe tener una adecuada iluminación, en el Laboratorio.

Está prohibido fumar, comer y beber en el laboratorio.

No trabajar separado de la mesa de laboratorio.

Asegurarse de la desconexión de aparatos, agua y gases al finalizar.

Durante la estancia en el laboratorio se deberá llevar

obligatoriamente gafas de seguridad y bata. Los lentes de contacto

pueden resultar muy peligrosas. Los guantes deberán utilizarse durante

la manipulación de productos cáusticos.

El pelo largo debe llevarse recogido.

No llevar pulseras, colgantes, mangas anchas ni prendas sueltas que

puedan engancharse en las máquinas o equipos.

No realizar reuniones o celebraciones.


79

Hay que lavarse las manos y quitarse la bata antes de salir del

laboratorio.

Al finalizar una tarea, recoger materiales, reactivos y equipos.

Antes de salir del laboratorio lavarse las manos con jabón y agua

abundante.

Seguir las reglas de seguridad minuciosamente.

4.4.4.2. Normas para la Utilización de Productos Químicos

Utilizar siempre gradillas y soportes.

No inhalar nunca un producto químico.

No se debe llevar a la boca ningún producto químico, para conocer su

sabor, ni tampoco tocarlos con las manos.

Asegurar el enfriamiento del material que se ha calentado, antes de

sujetarlo con la mano.

Como norma higiénica básica, el personal debe lavarse las manos al

entrar y al salir del laboratorio y siempre que haya habido contacto con

algún producto químico.

Evitar el contacto de los productos químicos con la piel. No pipetear con

la boca, utilizar embudos para trasvasar líquidos.

Para detectar el olor de una sustancia, no se debe colocar la cara

directamente sobre el recipiente: utilizando la mano abierta como

pantalla, es posible hacer llega una pequeña cantidad de vapor hasta la

nariz. Los frascos deben cerrarse inmediatamente después de su uso.

En la preparación de disoluciones debe agitarse de modo suave y

controlado para evitar salpicaduras.

Debe tenerse el correcto etiquetado de los productos químicos, es

necesario tener las hojas MSDS donde nos informa sobre su toxicidad,

posibles riesgos y que hacer en caso de riesgos a la salud.

4.4.4.3. Normas para la Utilización de Instrumentación

Cuando se determinan masas de productos químicos con balanza se

utilizará un recipiente adecuado.

Se debe mantener perfectamente limpio y seco el lugar dónde se

encuentre situado cualquier instrumento con contactos eléctricos. Leer

las instrucciones de uso de los instrumentos.

Debe revisarse el material de vidrio para comprobar posibles fisuras,

especialmente antes de su uso a vacío o presión.


80

En las calefacciones con manta calefactora se ha de utilizar debajo un

gato o bloque de madera para poder enfriar rápidamente en caso

necesario. No hay que tener nunca en marcha mantas o placas

calefactoras sin un recipiente al que calentar.

Asegurarse de la desconexión de aparatos.

4.4.4.4. Normas para Residuos

En el laboratorio existen contenedores debidamente etiquetados donde

se introducirán en su caso, los residuos generados.

4.5. RECURSOS PARA LA INVESTIGACION

4.5.1. Recursos Humanos

La investigación propuesta será llevada a cabo por los Bachilleres

responsables del proyecto contando con el asesoramiento y apoyo de

profesionales del área.

4.5.2. Recursos de Infraestructura

Para llevar a cabo las pruebas y análisis propuestos en la investigación se hará

uso de las instalaciones de los laboratorios de Control de Calidad de la fábrica

de Cemento Yura S.A. con apoyo y soporte de profesionales del área.

Los tiempos y los valores de fraguado se van a realizar en el laboratorio

de Control de Calidad - Yura S.A. con el aparato Vicat, según norma NTP

334.006.

Las pruebas de resistencia a la compresión se van a realizar en el

laboratorio de Control de Calidad - Yura S.A. con la Máquina de

Compresión Tonitek, según norma NTP 334.051.

Las pruebas de resistencia al ataque de sulfatos se van a realizar en el

laboratorio de Control de Calidad - Yura S.A. con el aparato comparador

de longitud, según norma NTP 334.065

Las pruebas de finura en tamices se van a realizar en el laboratorio de

Control de Calidad - Yura S.A. con tamices N°200 y N°325, según norma

NTP 334.046.

Las pruebas de determinación de la finura expresada por la superficie

específica (Blaine) se van a realizar en el laboratorio de Control de

Calidad - Yura S.A. con el equipo Blaine, según norma NTP 334.002.


81

4.5.3. Materiales Y Reactivos

Materiales:

Pesas y balanzas.

Probetas 250 y 500 ml.

Moldes 50 mm.

Embolo.

Papel filtro.

Manómetro.

Cronometro.

Arena gradada.

Reactivos

Cemento Portland Tipo HS.

Cemento Portland Tipo V.

Solución de Sulfato de Sodio.

Líquido Mano métrico

4.5.4. Equipos

Equipo Blaine.

Aparato Vicat

Aparato comparador de longitudes.

Máquina de Compresión Tonitek.

Tamices N°200 y N°325

4.5.5. Otros Recursos

Energía eléctrica

Recurso Hídrico

Materiales de limpieza

Mano de Obra


82

CAPITULO V

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5.1. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

TABLA 18 - Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 20% de Puzolana


Componentes Químicos MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3

SiO2, % 29.64 31.14 30.67

Al2O3, % 5.24 6.01 5.31

Fe2O3, % 3.34 3.06 3.10

CaO, % 53.23 51.03 50.62

MgO, % 2.28 1.95 2.10

SO3, % 1.76 2.23 1.46

Na2O, % 0.77 0.79 0.78

K2O, % 1.59 1.66 1.64

P.F., % 1.71 1.68 1.67

R.I., % 16.59 16.85 17.93

Componentes Físicos

Finura Retenido Malla N° 200, % 0.50 0.40 0.30


Superficie Especifica - Blaine, cm2/g 4700 4650 4540

Peso especifico, g/cc 2.98 2.94 2.95

Consistencia Normal, % 26.92 32.00 26.80

Fraguador Vicat Inicial, min 175.00 170.00 150.00

Fraguador Vicat Final, min 215.00 210.00 185.00

Expansión en autoclave, % 0.01 0.00 0.01

Contenido de Aire, % 4.31 3.82 4.28

Relación A/C 0.53 0.53 0.51

Resistencia a compresión

Resistencia a compresión, Un día, kg-f/cm2 148.0 135.8 140.8

Resistencia a compresión, 03 días, kg-f/cm2 240.0 276.8 240.6



Resistencia a los sulfatos

Resistencia a los sulfatos, 7 días, % 0.020 0.021 0.025




Cemento Tipo HS 20%


83

TABLA 19 - Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 23% de puzolana



SiO2, % 31.83 31.81 31.29

Al2O3, % 5.71 6.01 5.42

Fe2O3, % 3.24 2.95 2.99

CaO, % 49.93 49.54 49.00

MgO, % 2.00 1.88 1.82

SO3, % 1.93 2.09 2.29

Na2O, % 0.92 0.85 0.95

K2O, % 1.71 1.70 1.73

P.F., % 2.18 2.69 2.24

R.I., % 20.60 20.01 19.92









Expansión en autoclave, % 0.00 -0.01 -0.01


Relación A/C 0.51 0.52 0.51











Cemento Tipo HS 23%


84

TABLA 20- Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 26%



SiO2, % 33.39 32.40 31.25

Al2O3, % 6.00 5.00 5.55

Fe2O3, % 3.21 3.00 3.15

CaO, % 47.40 47.20 47.65

MgO, % 2.14 2.17 2.18

SO3, % 1.88 1.79 1.99

Na2O, % 1.11 1.21 1.25

K2O, % 1.92 1.89 1.98

P.F., % 2.37 2.29 2.36

R.I., % 23.40 23.21 23.14









Expansión en autoclave, % -0.01 -0.01 0.00


Relación A/C 0.51 0.57 0.54











Cemento Tipo HS 26%


85

TABLA 21-Resultados de Análisis Físico – Químico Cemento Tipo HS con 30% de Puzolana



SiO2, % 35.09 34.08 31.83

Al2O3, % 6.32 6.53 5.71

Fe2O3, % 3.21 2.77 3.24

CaO, % 45.34 46.60 49.93

MgO, % 2.06 1.90 2.29

SO3, % 1.82 2.55 1.93

Na2O, % 1.28 0.97 0.92

K2O, % 1.96 1.81 1.71

P.F., % 2.47 2.78 2.18

R.I., % 27.13 25.20 20.60









Expansión en autoclave, % -0.03 -0.03 -0.03


Relación A/C 0.59 0.58 0.57




Resistencia a compresión, 07 días, kg-f/cm2 325.0 293.2 266







Cemento Tipo HS 30%


86


Cemento Tipo

HS 20%

Cemento Tipo

HS 23%

Cemento Tipo

HS 26%

Cemento Tipo

HS 30%NTP 334.082 Cemento Tipo V NTP 334.009

Componentes Químicos MUESTRA 1

SiO2, % 30.48 31.64 32.35 33.67 - 22.1 -

Al2O3, % 5.52 5.71 5.52 6.19 - 4.19 -

Fe2O3, % 3.17 3.06 3.12 3.07 - 3.25 -

CaO, % 51.63 49.49 47.42 47.29 - 63.33 -

MgO, % 2.11 1.90 2.16 2.08 - 2.66 -

SO3, % 1.82 2.10 1.89 2.10 - 2.04 -

Na2O, % 0.78 0.91 1.19 1.06 - 0.18 -

K2O, % 1.63 1.71 1.93 1.83 - 0.98 -

P.F., % 1.69 2.37 2.34 2.48 - 0.5 -

R.I., % 17.12 20.18 23.25 24.31 - 0.24 -


Finura Retenido Malla N° 200, % 0.40 0.20 0.21 0.24 - 2.3 -

Finura Retenido Malla N° 325, % 1.70 1.14 1.29 1.23 - 12.6 -

Superficie Especifica - Blaine, cm2/g 4630.00 4713.33 4526.67 4496.67 - 3200 > 2600

Peso especifico, g/cc 2.96 2.93 2.90 2.87 - 3.14 -

Consistencia Normal, % 28.57 27.99 28.21 28.72 - 25.6 -

Fraguador Vicat Inicial, min 165.00 155.00 172.33 173.33 > 45 120 > 45

Fraguador Vicat Final, min 203.33 190.00 213.33 206.67 < 420 150 < 375

Expansión en autoclave, % 0.01 -0.01 -0.01 -0.03 < 0.8 0.06 < 0.8

Contenido de Aire, % 4.14 4.05 4.27 3.82 - 5.36 < 12

Relación A/C 0.52 0.51 0.54 0.58 - 0.49 -


Resistencia a compresión, Un día, kg-f/cm2 141.53 149.33 137.33 128.27 - 160.25 -

Resistencia a compresión, 03 días, kg-f/cm2 252.47 268.67 223.17 206.87 > 112 271.40 > 82




Resistencia a los sulfatos, 7 días, % 0.02 0.01 0.01 0.01 - 0.020 -

Resistencia a los sulfatos, 14 días, % 0.03 0.01 0.02 0.02 - 0.026 < 0.04



Cemento Portland YuraCemento Tipo HS Cemento Tipo V

TABLA 22 - Resultados promedio de Análisis Físico – Químico


87

5.2. EVALUACIÓN DE TENDENCIAS ENTRE VARIABLES

5.2.1. Evaluación De La Desviación Estándar. Limite Superior y Límite Inferior

TABLA 23 – Desviación Estándar. Fineza retenida malla N°325



88

GRÁFICA 1- Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Fineza retenida malla N°325



89

GRÁFICA 2 - Comparación de Retenido Malla N° 325


1.601.80 1.70

1.001.20 1.221.29 1.32 1.251.25 1.25 1.20

1 2 3FIN

EZA

MA

LLA

32

5

MUESTRAS

FINEZA RETENIDO MALLA N° 325(20%, 23%, 26%, 30% PUZOLANA)

Tipo HS 20% Tipo HS 23% Tipo HS 26% Tipo HS 30%


90

TABLA 24 – Desviación Estándar. Superficie específica (Blaine)



91

GRÁFICA 3 – Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Superficie Específica Blaine



92

GRÁFICA 4 - Comparación de Superficie Específica Blaine


4700 46504540

47504650

4740

45004630

44504510

4330

4650

1 2 3

BLA

INE

(cm

2/g

)MUESTRAS

SUPERFICIE ESPECÍFICA BLAINE (cm2/g)(20%, 23%, 26%, 30% Puzolana)

Tipo HS 20% Tipo HS 23% Tipo HS 26% Tipo HS 30%


93

TABLA 25 - Desviación Estándar. Fraguado Vicat Inicial



94

GRÁFICA 5 - Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Fraguado Vicat Inicial



95

GRÁFICA 6 - Comparación de Resultados de Fraguado Vicat Inicial (min)


175170

150

160155

150

175170 172

180

160

180

1 2 3V

icat

In

icia

l (m

in)

MUESTRAS

FRAGUADO VICAT INICIAL (MIN)Puzolana (20%, 23%, 26%, 30%)

Vivat Inicial (20%) Vicat Inicial (23%) Vicat Inicial (26%) Vicat Inicial (30%)


96

TABLA 26 - Desviación Estándar. Fraguado Vicat Final



97

GRÁFICA 7 - Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Fraguado Vicat Final



98

GRÁFICA 8 - Comparación de Resultados. Fraguado Vicat Final


215210

185

195190

185

215 215210210

200

210

1 2 3

Frag

uad

o V

icat

Fin

al (

min

)

Muestras

FRAGUADO VICAT FINAL (min)Puzolana (20%, 23%, 26%, 30%)

Tipo HS (20%) Tipo HS (23%) Tipo HS (26%) Tipo HS (30%)


99

TABLA 27 - Desviación Estándar. Resistencias a la compresión

Cemento Tipo HS 20% Cemento Tipo HS 23%


MU

ES

TR

A 1

MU

ES

TR

A 2

MU

ES

TR

A 3

Me

dia

Des

via

ció

n

Lím

ite

su

pe

rio

r

Lím

ite

Infe

rio

r

MU

ES

TR

A 1

MU

ES

TR

A 2

MU

ES

TR

A 3

Me

dia

Des

via

ció

n

Lím

ite

su

pe

rio

r

Lím

ite

Infe

rio

r

1 día 148.0 135.8 140.8 141.5 6.1 147.7 135.4 146.0 156.2 145.8 149.3 5.95 155.28 143.39

3 días 240.0 276.8 240.6 252.5 21.1 273.5 231.4 265.0 278.6 262.4 268.7 8.70 277.37 259.97

7 días 358.0 330.0 318.4 335.5 20.4 355.8 315.1 382.0 347.2 328.4 352.5 27.20 379.73 325.34

28 días 488.0 481.6 416.2 461.9 39.7 501.7 422.2 492.0 492.2 489.2 491.1 1.68 492.81 489.46



MU

ES

TR

A 1

MU

ES

TR

A 2

MU

ES

TR

A 3

Me

dia

Des

via

ció

n

Lím

ite

su

pe

rio

r

Lím

ite

Infe

rio

r

MU

ES

TR

A 1

MU

ES

TR

A 2

MU

ES

TR

A 3

Me

dia

Des

via

ció

n

Lím

ite

su

pe

rio

r

Lím

ite

Infe

rio

r

1 día 140.0 139.8 132.2 137.3 4.45 141.78 132.89 131.0 122.4 131.4 128.3 5.08 133.35 123.18

3 días 223.0 223.4 223.1 223.2 0.21 223.37 222.96 196.0 228.8 195.8 206.9 19.00 225.86 187.87

7 días 363.0 290.8 270.1 308.0 48.77 356.74 259.20 325.0 293.2 266 294.7 29.53 324.26 265.20

28 días 478.0 401.0 400.5 426.5 44.60 471.10 381.90 459.0 379.2 387.4 408.5 43.90 452.43 364.64



100

GRÁFICA 9 - Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Resistencia a la Compresión



101

TABLA 28 – Desviación Estándar. Resultados de Resistencias a los sulfatos



MU

ES

TR

A

1

MU

ES

TR

A

2

MU

ES

TR

A

3

Med

ia

Desvia

ció

n

Lím

ite

su

peri

or

Lím

ite

Infe

rio

r

MU

ES

TR

A

1

MU

ES

TR

A

2

MU

ES

TR

A

3

Med

ia

Desvia

ció

n

Lím

ite

su

peri

or

Lím

ite

Infe

rio

r

7 días 0.020 0.021 0.025 0.022 0.0026 0.025 0.019 0.012 0.012 0.012 0.012 0.00 0.01 0.01

14 días 0.025 0.029 0.029 0.028 0.0023 0.030 0.025 0.014 0.013 0.015 0.014 0.00 0.02 0.01

21 días 0.032 0.030 0.032 0.031 0.0011 0.032 0.030 0.019 0.018 0.018 0.018 0.00 0.02 0.02

28 días 0.034 0.035 0.038 0.036 0.0020 0.038 0.034 0.023 0.022 0.020 0.021 0.00 0.02 0.02



MU

ES

TR

A

1

MU

ES

TR

A

2

MU

ES

TR

A

3

Med

ia

Desvia

ció

n

Lím

ite

su

peri

or

Lím

ite

Infe

rio

r

MU

ES

TR

A

1

MU

ES

TR

A

2

MU

ES

TR

A

3

Med

ia

Desvia

ció

n

Lím

ite

su

peri

or

Lím

ite

Infe

rio

r

7 días 0.013 0.014 0.013 0.013 0.00 0.01 0.01 0.013 0.013 0.014 0.013 0.00 0.01 0.01

14 días 0.016 0.017 0.018 0.017 0.00 0.02 0.02 0.015 0.015 0.018 0.016 0.00 0.02 0.01

21 días 0.023 0.025 0.022 0.023 0.00 0.02 0.02 0.022 0.022 0.026 0.023 0.00 0.03 0.02

28 días 0.025 0.028 0.029 0.027 0.00 0.03 0.03 0.025 0.028 0.028 0.027 0.00 0.03 0.03



102

GRÁFICA 10- Error Estándar. Limite Superior. Límite Inferior. Resistencia a los Sulfatos



103

5.2.2. Resistencia a La Compresión

TABLA 29 - Resistencia a la Compresión Tipo HS (20%)


Cemento Tipo HS 20%

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3

1 148.0 135.8 140.8

3 240.0 276.8 240.6

7 358.0 330.0 318.4

28 488.0 481.6 416.2 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 11 - Resistencias a la Compresión Tipo HS (20%)


0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

0 5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a a

la c

om

pre

sió

n

Días

Cemento Tipo HS 20%



104

TABLA 30 - Resistencia a la Compresión Tipo HS (23%)

Resistencia a compresión Cemento Tipo HS 23%


1 146.0 156.2 145.8

3 265.0 278.6 262.4

7 382.0 347.2 328.4


GRÁFICA 12 - Resistencias a la Compresión Tipo HS (23%)


0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

0 5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a a

la c

om

pre

sió

n

Días

Cemento Tipo HS 23%



105

TABLA 31 - Resistencia a la compresión Tipo HS (26%)



1 140.0 139.8 132.2

3 223.0 223.4 223.1

7 363.0 290.8 270.1

28 478.0 401.0 400.5


GRÁFICA 13- Resistencias a la compresión Tipo HS (26%)


0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

0 5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a a

la c

om

pre

sió

n

Días

Cemento Tipo HS 26%



106

TABLA 32 - Resistencia a la compresión Tipo HS (30%)



1 131.0 122.4 131.4

3 196.0 228.8 195.8

7 325.0 293.2 266

28 459.0 379.2 387.4


GRÁFICA 14 - Resistencias a la compresión Tipo HS (30%)


0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

450.0

500.0

0 5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a a

la c

om

pre

sió

n

Días

Cemento Tipo HS 30%



107

TABLA 33 - Resistencias promedio de las cuatro pruebas de cemento


Cemento Tipo HS

20%

Cemento Tipo HS

23%

Cemento Tipo HS

26%

Cemento Tipo HS

30%

Cemento Tipo V

NTP 334.009

1 141.5 149.3 137.3 128.3 160.25 0

3 252.5 268.7 223.2 206.9 271.40 82

7 335.5 352.5 308 294.7 369.00 153

28 461.9 491.1 426.5 408.5 458.00 214


GRÁFICA 15 - Comparación de resistencias promedio de las cuatro pruebas de cemento


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

1 3 7 28

Pro

med

io R

esis

ten

cias

(kg

f/cm

2)

Edad (Días)

Cemento Tipo HS 20% Cemento Tipo HS 23% Cemento Tipo HS 26%

Cemento Tipo HS 30% Cemento Tipo V NTP 334.009


108

GRÁFICA 16 - Resistencias promedio a la compresión de las cuatro pruebas de cemento


TABLA 34 - Resistencias a la compresión a 3 días

TIPO CEMENTO Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3

Tipo HS 20% Puzolana 240 276.8 240.6

Tipo HS 23% Puzolana 265 278.6 262.4

Tipo HS 26% Puzolana 223 223.4 223.1

Tipo HS 30% Puzolana 196 228.8 195.8

Tipo V 271.4 271.4 271.4

NTP mínimo 82 82 82 Fuente: Elaboración propia

141.5 149.3 137.3 128.3

252.5268.7

223.2206.9

335.5352.5

308.0294.7

461.9491.1

426.5408.5

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

1 2 3 4

Res

iste

nci

as a

la c

om

pre

sió

n (

kgf/

cm2

)

1 día 3 días 7 días 28 días


109

GRÁFICA 17 - Comparación de la resistencia a la compresión a edad de 3 días de las cuatro pruebas de cemento


TABLA 35 - Superficie especifica Vs Resistencias a la compresión a 3 días

CEMENTO SUPERFICIE ESPECIFICA

RESISTENCIAS A LOS 3 DÍAS

Tipo HS 20% Puzolana 4630 252.46




Tipo V 3200 271.4 Fuente: Elaboración propia

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3

Res

iste

nci

as a

los

3 d

ías

(kgf

/cm

2)

MuestrasTipo HS 20% Puzolana Tipo HS 23% PuzolanaTipo HS 26% Puzolana Tipo HS 30% PuzolanaTipo V NTP mínimo


110

GRÁFICA 18 - Comparación entre la superficie específica y la resistencia a la compresión a 3 días de las cuatro pruebas de cemento


TABLA 36 - Resistencias a la compresión a 7 días


Tipo HS 20% Puzolana 358 330 318.4

Tipo HS 23% Puzolana 382 347.2 328.4

Tipo HS 26% Puzolana 363 290.8 270.1

Tipo HS 30% Puzolana 325 293.2 266

Tipo V 369 369 369

NTP mínimo 153 153 153



111

GRÁFICA 19- Comparación de la resistencia a la compresión a edad de 7 días de las cuatro pruebas de cemento


TABLA 37- Resistencias a la compresión a 28 días


Tipo HS 20% Puzolana 488 481.6 416.2

Tipo HS 23% Puzolana 492 492.2 489.2

Tipo HS 26% Puzolana 478 401 400.5

Tipo HS 30% Puzolana 459 379.2 387.4

Tipo V 458 458 458


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3

Res

iste

nci

as a

los

7 d

ías

(kgf

/cm

2)

MuestrasTipo HS 20% Puzolana Tipo HS 23% Puzolana

Tipo HS 26% Puzolana Tipo HS 30% Puzolana


112

GRÁFICA 20 - Comparación de la resistencia a la compresión a edad de 28 días de las cuatro pruebas de cemento


5.2.3. Resistencia A Los Sulfatos

TABLA 38 - Resistencia a los Sulfatos Tipo HS (20%)

Resistencia a los sulfatos Cemento Tipo HS 20%


7 0.020 0.021 0.025

14 0.025 0.029 0.029

21 0.032 0.030 0.032


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

1 2 3Res

iste

nci

as a

los

28

día

s (k

gf/c

m2

)

Muestras




113

GRÁFICA 21 - Resistencias a los sulfatos Tipo HS (20%)


TABLA 39 - Resistencia a los sulfatos Tipo HS (23%)



7 0.012 0.012 0.012

14 0.014 0.013 0.015

21 0.019 0.018 0.018


0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a a

los

sulf

ato

s

Edades (Días)

Cemento Tipo HS 20%



114






7 0.013 0.014 0.013

14 0.016 0.017 0.018

21 0.023 0.025 0.022


0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a a

los

sulf

ato

s (%

)

Edades (Días)

Cemento Tipo HS 23%



115






7 0.013 0.013 0.014

14 0.015 0.015 0.018

21 0.022 0.022 0.026


0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a a

los

sulf

ato

s (%

)

Edades (Días)

Cemento Tipo HS 26%



116



TABLA 42 - Resistencia promedio a los sulfatos

Resistencias a los sulfatos

Cemento Tipo

HS 20%

Cemento Tipo

HS 23%

Cemento Tipo

HS 26%

Cemento Tipo

HS 30%

Cemento Tipo V

NTP 334.009

7 días

14 días 0.028 0.014 0.017 0.016 160.25 0

21 días 0.031 0.018 0.023 0.023 271.40 82

28 días 0.036 0.022 0.027 0.027 369.00 153

458.00 214


0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

as a

los

sulf

ato

s (%

)

Edades (Días)

Cemento Tipo HS 30%



117

GRÁFICA 25 - Comparación de resistencias a los sulfatos promedio de las cuatro pruebas de cemento


GRÁFICA 26 - Resistencias promedio a los sulfatos de las cuatro pruebas de cemento


0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

7 14 21 28

Pro

med

io R

esis

ten

cias

(%

)

Edad (Días)

Cemento Tipo HS 20% Cemento Tipo HS 23% Cemento Tipo HS 26%

Cemento Tipo HS 30% Cemento Tipo V

0.022

0.0120.014

0.013

0.028

0.014

0.0170.016

0.031

0.018

0.023 0.023

0.036

0.022

0.027 0.027

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

1 2 3 4

Res

iste

nci

as a

los

sulf

ato

s (%

)

7 días 14 días 21 días 28 días


118

5.2.4. Superficie Específica Blaine

TABLA 43 - Superficie especifica – Blaine

TIPO CEMENTO BLAINE

Tipo HS 20% Puzolana 4630




Tipo V 3200

NTP mínimo 2600 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 27 - Superficie especifica promedio


4630 47134527 4497

3200

2600

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Tipo HS 20%Puzolana

Tipo HS 23%Puzolana

Tipo HS 26%Puzolana

Tipo HS 30%Puzolana

Tipo V NTP mínimo

SUP

ERFI

CIE

ESP

ECIF

ICA

-B

LAIN

E (C

M2/

G)


119

5.2.5. Finura

TABLA 44 - Finura promedio de las cuatro pruebas

TIPO CEMENTO FINURA

Tipo HS 20% Puzolana 1.60 1.80 1.70




Tipo V 12.6 12.6 12.6 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 28 - Comparación de la finura en las cuatro pruebas


0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

1 2 3

Fin

ura

Ret

enid

o M

alla

N°

32

5, %

MuestrasTipo HS 23% Puzolana Tipo HS 26% Puzolana



120

5.2.6. Fraguado

TABLA 45 - Fraguado promedio Vicat inicial

TIPO CEMENTO FRAGUADO INICIAL

Tipo HS 20% Puzolana 165.00




Tipo V 120

NTP mínimo 45 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 29 - Comparación promedio del fraguado inicial en las cuatro pruebas de cemento


165.00155.00

172.33 173.33

120

45

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.00

200.00

Tipo HS 20%Puzolana

Tipo HS 23%Puzolana

Tipo HS 26%Puzolana

Tipo HS 30%Puzolana

Tipo V NTP mínimo

FRA

GU

AD

O IN

ICIA

L (M

IN)


121

TABLA 46- Resultados fraguado Vicat Inicial

TIPO CEMENTO FRAGUADO INICIAL

Tipo HS 20% Puzolana 175 170 150




Tipo V 120 120 120


GRÁFICA 30- Comparación del fraguado inicial en las cuatro pruebas de cemento


1

21

41

61

81

101

121

141

161

181

201

1 2 3

Frag

uad

o In

icia

l (m

in)

MuestrasTipo HS 23% Puzolana Tipo HS 26% Puzolana Tipo HS 30% Puzolana

Tipo HS 20% Puzolana Tipo V NTP mínimo


122

TABLA 47 - Fraguado promedio Vicat Final

TIPO CEMENTO FRAGUADO FINAL





Tipo V 150

NTP máximo 375 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 31 - Comparación promedio del fraguado final en las cuatro pruebas de cemento


203.33190.00

213.33 206.67

150

375

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

Tipo HS 20%Puzolana

Tipo HS 23%Puzolana

Tipo HS 26%Puzolana

Tipo HS 30%Puzolana

Tipo V NTP máximo

FRA

GU

AD

O F

INA

L (M

IN)


123

TABLA 48 - Resultados fraguado Vicat Final

TIPO CEMENTO FRAGUADO FINAL





Tipo V 150 150 150


GRÁFICA 32 - Comparación del fraguado final en las cuatro pruebas de cemento


1

51

101

151

201

251

301

351

401

1 2 3

Frag

uad

o F

inal

(m

in)

Muestras

Tipo HS 23% Puzolana Tipo HS 26% Puzolana Tipo HS 30% Puzolana

Tipo HS 20% Puzolana Tipo V NTP mínimo


124

TABLA 49 - Comparación de resultados fraguado Vicat Inicial y Final

TIPOS DE CEMENTO FRAG. INICIAL FRAG. FINAL

Tipo HS 20% Puzolana 165.00 203.33




Tipo V 120 150 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 33 - Tiempo de fraguado inicial y final promedio de las cuatro pruebas de cemento


Tipo HS 20%Puzolana

Tipo HS 23%Puzolana

Tipo HS 26%Puzolana

Tipo HS 30%Puzolana

Tipo V

FRAG. FINAL 203.33 190.00 213.33 206.67 150

FRAG. INICIAL 165.00 155.00 172.33 173.33 120

165.00 155.00172.33 173.33

120

203.33190.00

213.33 206.67

150

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

TIEM

PO

(M

IN)


125

TABLA 50 - Comparación Relación a/c vs. Resistencia a la compresión a 28 días

CEMENTO RELACIÓN A/C RESISTENCIA A

LOS 28 DÍAS





Tipo V 0.49 458.0 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 34 - Comparación entre la relación a/c y la resistencia a la compresión a 28 días de las cuatro pruebas de cemento



126

TABLA 51 - Comparación Relación a/c vs. Resistencia a los sulfatos a 28 días

CEMENTO RELACIÓN A/C RESISTENCIA A

LOS 28 DÍAS




Tipo HS 30% Puzolana 0.58 0.027 Fuente: Elaboración propia

GRÁFICA 35 - Comparación entre la relación a/c y la resistencia a los sulfatos a 28 días de las cuatro pruebas de cemento



127

5.3. INTERPRETACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS17

5.3.1. GRÁFICAS 1, 3, 5, 7, 9, 10 – Error Estándar. Límite Superior. Límite Inferior.

Estas gráficas nos demuestran la dispersión o variabilidad de los resultados

obtenidos en los ensayos (20%, 23%, 26% y 30%), hallando la desviación

estándar y determinando los valores límites superiores e inferiores, para su

control o monitoreo de calidad del proceso.

En la Grafica 1- Fineza retenida malla N° 325, podemos observar que nuestros

resultados están dentro de nuestros límites superiores e inferiores (muestras

20%, 26% y 30%), a excepción de la muestra de 23% de Puzolana, que nos

indica que estadísticamente es probable que ha existido un problema inicial al

realizar nuestra prueba. Las desviaciones estándares obtenidas no presentan

una alta variabilidad de lo cual nos indica que las pruebas realizadas están

bien.

Grafica 3 – Superficie Específica Blaine; observamos que nuestros resultados

están dentro de los limites superiores e inferiores; y nuestra desviaciones

estándares presenta una mayor dispersión de los datos obtenidos, esto podría

darse debido a que la prueba es muy delicada para realizarse y cualquier

pequeño interrupción (movimiento, viento, precisión) podría hacer varias

nuestros datos.

Gráfico 5- Fraguado Vicat Inicial; las muestras al (23% y 26%) nos dan datos

que se encuentran dentro de nuestros límites superiores e inferiores, a

comparación de las muestra (20% y 30%) que nos indicaría que se encuentran

fuera de los límites de control y a la vez nos indicaría estadísticamente que

pudo haber existido un error al tomar nuestros datos.

Grafico 7- Fraguado Vicat Final. Podemos observar que Nuestros datos se

encuentran dentro de los límites superiores e inferiores y por otro lado su

desviación estándar nos dice que nuestros puntos presentan dispersión, pero

se encuentran dentro de los límites de control.

Grafica 9 y 10 – Resistencia a la Compresión y Resistencia a los Sulfatos. En

estas graficas podemos observar que todos nuestros puntos se encuentran

dentro de nuestro limites superiores e inferiores a excepción de la muestra 23%

de la resistencia a los sulfatos (Grafica 10), en este gráfica podemos decir que

17 Referencia: HARRISSON, A. (2014, Abril). GGBS: Production & properties. Revista International

Cementreview. FLSmitdth (pág. 83 – 86)


128

los puntos que se encuentran fuera de nuestros límites de control indica que

este tipo de cemento presenta mayor resistencia a los sulfatos sobre los limites

requeridos, lo cual es lo que se busca para este estudio.

5.3.2. GRÁFICA 2, 4, 6, 8 – Comparación de los Resultados Obtenidos de las

Muestras (20%, 23%, 26% y 30%)

Gráfica 2, Fineza Retenido malla N° 325. Podemos observar que al comparar

las cuatro muestras (20%, 23%, 26% y 30% de puzolana), la que presenta una

mejor fineza es la de 23% que presenta un valor promedio de 1.74 a

comparación de la 20% que es la que demuestra un mayor retenido en la malla

N° 325.

Gráfica 4, Superficie Específica Blaine. En esta gráfica podemos observar que

nuestra muestra de 23%, es la que nos da mayor valor de Superficie Específica

Blaine (promedio 4713.33 cm2/g) a comparación con las de 20%, 26% y 30%.

Pero a la vez podemos observar que al adicionar puzolana nuestra Superficie

Específica aumenta (finura) solo hasta el 23%, pero al seguir adicionándole

puzolana (26% y 30%) la superficie específica va disminuyendo.

Gráfica 6 - Comparación de Resultados de Fraguado Vicat Inicial. Podemos

observar en la gráfica que a bajas adiciones de puzolana y altos porcentajes

de adición de puzolana les toma más tiempo para el fraguado inicial, pero al

23% de puzolana tiene un promedio de tiempo de 155 min, que es lo más

recomendable.

Grafica 8 – Fraguado Vicat Final. Podemos Observar la comparación del

fraguado Vicat final de nuestras cuatro muestras al (20%, 23%, 26% y 30%) la

muestra que presenta menor tiempo de fraguado es la de 23% y la que

demuestra más tiempo es la de 26%.

5.3.3. GRÁFICA 11, 12, 13 y 14 - Resistencias a la Compresión Tipo HS (20%,

23%, 26% y 30%)

Estas graficas nos muestran la comparación de las 3 pruebas realizadas a cada

variación de puzolana, la gráfica al 23% de puzolana es la más exacta con sus

datos a 1, 3 y 28 días. Lo que no se aprecia en las gráficas del 20%, 26% y

30% que los datos son más variables.

5.3.4. GRÁFICA 15 y 16 – Comparación de resistencias promedio de las cuatro

pruebas de cemento


129

En la gráfica 15 y 16 se muestran los resultados de la resistencia promedio

obtenidas en la determinación de las resistencias a la compresión a edades de

1, 3, 7 y 28 días de las cuatro pruebas de cemento realizadas.

Observamos que las cuatro pruebas presentan resistencias similares, se

observa que a edades tempranas el cemento con 23% de puzolana es el que

presenta un mejor comportamiento a los 3 días y a los 28 días mejora su

desempeño, por otro lado el cemento con 26% y 30% de puzolana presentan

valores similares, siendo el de 30% de puzolana el que presenta los valores

más bajos.

5.3.5. GRÁFICA 17. Comparación de la resistencia a la compresión a edad de 3

días de las cuatro pruebas de cemento

En la gráfica 17 se muestran los resultados de los ensayos de resistencias a la

compresión a una edad de 3 días para las cuatro pruebas realizadas, se

observa que las cuatro pruebas cumplen con las especificaciones de la NTP

334.009, que es un mínimo de 82 kgf/cm2 a una edad de 3 días. El cemento

con 30% de puzolana presento el valor más bajo en resistencia promedio 206

kgf/cm2.

El cemento Tipo V con el cemento con 23% de puzolana tiene una resistencia

similar a los 3 días.

5.3.6. GRAFICA 18. Comparación entre la superficie específica y la resistencia

a la compresión a 3 días de las cuatro pruebas de cemento

La superficie especifica (Blaine) influye en gran medida en la resistencia inicial

(3 días) como lo muestra en la gráfica 20, podemos observar que la resistencia

es directamente proporcional con la superficie específica, en la prueba con 23%

de puzolana que tiene la superficie especifica (blaine9 más elevada (4713

cm2/gr) también tiene la mayor resistencia a la compresión a los 3 días (268.66

kgf/cm2).



La resistencia a los 7 días de las cuatro pruebas está en el mismo intervalo de

datos máximos y mínimos, por lo tanto tienen cierta similitud los componentes

que actúan en este periodo de tiempo. El cemento con 30% de puzolana

presento el valor más bajo en resistencia promedio 294 kgf/cm2.


130



Se presenta la mayor resistencia a los 28 días en el cemento con 23% de

puzolana con un promedio de 491 kgf/cm2, seguida de la que tiene 20% de

puzolana con un promedio de 461 kgf/cm2, las de 26 y 30% de puzolana

presentan un comportamiento similar pese que la de 26% en resistencias

iniciales a 3 días le llevaba una leve ventaja en su valor promedio.

5.3.9. GRÁFICA 21, 22, 23,24 - Resistencias a los sulfatos Tipo HS (20%, 23%,

26% y 30%)

Estas graficas nos muestran la comparación de las 3 pruebas realizadas a cada

variación de puzolana, la gráfica al 23% de puzolana es la más exacta con sus

datos a 1, 3 y 28 días. Lo que no se aprecia en las gráficas del 20%, 26% y

30% que los datos son más variables.

5.3.10. GRÁFICA 25 y 26 – Comparación de resistencias a los sulfatos promedio

de las cuatro pruebas de cemento

En la gráfica 25 y 26 se muestran los resultados de la resistencia promedio

obtenidas en la determinación de las resistencias a los sulfatos a edades de 7,

14, 21 y 28 días de las cuatro pruebas de cemento realizadas.

Observamos que las cuatro pruebas presentan resistencias similares, se

observa que a edades tempranas (7 días) el cemento con 23%, 26% y 30% de

puzolana con un promedio de 0.013%, por otro lado el cemento con 20% y el

cemento tipo V presentan valores similares, la que presenta un mejor

comportamiento a los 21 y 28 días es la prueba con 23% de puzolana siendo

el resultado con mayor resistencias a los sulfatos a comparación de las 3

pruebas.

5.3.11. GRÁFICA 27 - Superficie especifica promedio

El valor promedio más bajo de la superficie especifica de cemento tipo HS, en

las 4 pruebas con distintas dosificaciones de puzolana, es 4497 cm2/gr con

30% de puzolana y el más alto es 4713 cm2/gr con 23% de puzolana, tal como

se observa en la gráfica 27.

El valor de la superficie especifica de un cemento Tipo V es de 3200 cm2/gr

analizando las cuatro pruebas el valor que está más alto es 4713 cm2/gr de la

muestra con 23% puzolana lo cual indica que presenta características

intermedias entre los cuatro pruebas estudiadas, es decir adquisición de


131

resistencias a edades tempranas lo cual no se observa en cementos con menor

finura, se reduce el calor de hidratación y la exudación que presenta los

cementos muy finos.

La prueba al 30% de puzolana por ser el más bajo esta expuesto a que la

retracción y el calor de hidratación sea alto, al igual que tiene una mayor

vulnerabilidad a la humedad, la cual provocara una meteorización tras un largo

periodo de almacenaje. Al tener el cemento con 23% de puzolana una

superficie específica tan elevada, su proceso de hidratación es más eficiente,

ya que al ser, la partícula de cemento tan pequeña existe la probabilidad de

que se hidrate por completo dando mejores características mecánicas en

comparación con un cemento más grueso, en el cual, el núcleo de sus

partículas nunca se hidrate por completo.

En la gráfica 27, los cementos Tipo V tienen una superficie específica

relativamente baja a comparación al cemento tipo HS por estar expuesta a que

su rendimiento sea bajo y el núcleo de la partícula en su interior no ocurra

ninguna reacción o sea inerte.

5.3.12. GRÁFICA 28 - Comparación de la finura en las cuatro pruebas

Los valores de las tres repeticiones de la finura para las cuatro pruebas

analizadas con distintas dosificaciones de puzolana, se observa partículas muy

finas en la masa de cemento, que se deben a la inclusión de adiciones de

puzolana en distintas dosificaciones.

La pruebas con 23, 26 y 30% de puzolana se encuentran en los intervalos de

1.00 a 1.40 %, por lo tanto estas tres pruebas tendrán una velocidad de

hidratación y una resistencia muy parecida a diferencia de la de 20 % de

puzolana que por tener finura tan alta se prevé una aumento de calor de

hidratación, menor exudación, mayor docilidad de la mezcla y menor

resistencia al ataque a los sulfatos.

5.3.13. GRÁFICA 29 y 31 - Comparación promedio del fraguado inicial y final en

las cuatro pruebas de cemento

Los resultados obtenidos de los tiempo de fraguado de las pruebas realizadas

se puede observar en la gráfica 29 el fraguado Inicial y en la gráfica 31 el

fraguado final, en las cuales se observa que los resultados iniciales se

encuentran en los rangos establecidos en la NTP 334.009, siendo para el

tiempo de fraguado inicial mínimo 45 min y 375 min máximo para el tiempo de

fraguado final.


132

5.3.14. GRÁFICA 33 - Tiempo de fraguado inicial y final promedio de las cuatro

pruebas de cemento

En la gráfica 33 se observa que el cemento con 23% puzolana presento los

valores más bajos para el tiempo de fraguado inicial y para el fraguado final,

con tiempos de 155 minutos de fraguado inicial y 190 minutos de fraguado final,

lo cual indica que este cemento presenta un tiempo de manejo menor a los

demás cementos analizados, en contraste con esto, presenta resistencias en

menor tiempo, siendo el cemento ideal para las obras que necesiten de un

desencofrado rápido como el cemento Tipo V. Los demás cementos

presentaron tiempos de fraguado inicial similares, de 165 minutos para el de

20% d puzolana, 172 minutos para el de 26% de puzolana y 173 minutos para

el de 30% de puzolana.

En cuanto al cemento con 26% de puzolana se tardó en conseguir el tiempo de

fraguado final de 213.33 minutos en comparación con las otras tres pruebas de

cemento, que presentaron un tiempo de fraguado similar, de 203.33 minutos el

de 20% de puzolana, 190 minutos el de 23% de puzolana y de 206.67 minutos

el de 30% de puzolana. Esto indica que el cemento de 26% de puzolana

adquiere resistencias más lento en comparación con las demás pruebas de

cemento, con menor calor de hidratación.

5.3.15. GRÁFICA 34 - Comparación entre la relación a/c y la resistencia a la

compresión a 28 días de las cuatro pruebas de cemento

Observamos la comparación entre la relación agua/cemento para adquirir

fluidez establecida en la NTP 334.009, la cual indica la demanda de agua del

cemento, con lo cual se puede observar que el cemento con 30% de puzolana

posee una demanda de agua elevada por tanto su relación a/c es mayor, lo

que explicaría la baja resistencia a la compresión de este cemento.

5.3.16. GRÁFICA 35 - Comparación entre la relación a/c y la resistencia a los

sulfatos a 28 días de las cuatro pruebas de cemento

Observamos la comparación entre la relación agua/cemento teniendo que el

cemento con 23% de puzolana posee la menor relación a/c (0.51) al igual que

la menor resistencia a los sulfatos (0.022%), en otras palabras la resistencia a

los sulfatos se incrementa al disminuir su relación agua/cemento obteniendo

un concreto impermeable y denso, evitando así la penetración y ataque de

sulfatos.


133

5.4. VALIDACIÓN DE HIPÓTESIS

Al adicionar Puzolana al cemento Portland, se obtiene beneficios en el Concreto:

El Cemento Tipo HS presenta mejores Resistencias a los Sulfatos en

comparación al Cemento Tipo V, y esto es importante para aguas de mar y

exposición a suelos alcalinos.

Se desarrolla una mejor Resistencia a la Compresión.

En el calor de hidratación, se reduce la expansión térmica (al desprender menor

calor de hidratación) evitando de esta manera fisuración en el enfriamiento y a la

vez el ingreso de agentes externos dañinos.

Mejora las propiedades elásticas debido a una deshidratación más prolongada a

más del doble del tiempo de correspondencia a la hidratación de Portland, que

por consiguiente nos ayuda obtener una menor fisuración.

Nos da una mejor trabajabilidad.

Reduce la permeabilidad, reduciendo la porosidad. La Permeabilidad es

importante en obras hidráulicas.

Inconvenientes Paralelos a estas ventajas

Para llegar a una consistencia dada, se necesitará una mayor cantidad de agua.

Al añadir una mayor dosificación de Puzolana en un Cemento Portland, las

resistencias a la Compresión se ven afectadas; tal es el caso de la prueba con

30% de Puzolana.

Se verificó que a edades cortas, se tiene una menor resistencia a la compresión,

pero a edades avanzadas, se tiene mayor resistencia a la Compresión.


134

CAPITULO VI

EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA INVESTIGACIÓN

6.1. COSTOS DIRECTOS

a. Costos de la Material y Reactivos

DESCRIPCIÓN PRECIO (S./)

ARENA 220.00

Muestra De Cemento Portland Tipo V 60.00

Muestra De Cemento Portland Tipo HS 50.00

Sulfato De Sodio Anhidro (Na2SO4, Anhidro) 10.00

Guantes Quirúrgicos, Tapa Boca 10.00

Materiales De Limpieza (Bolsas Negras) 5.00

TOTAL 355.00

b. Transporte


Movilidad (Transporte personal, llevando

material necesario para el laboratorio).

35.00

TOTAL 35.00


135

c. Gastos administrativos


Útiles De Escritorio (Papel, Cuaderno, Lapiceros,

Copias, Impresiones)

50.00

TOTAL 50.00

d. Costos de los ensayos (En laboratorio)

Las pruebas se realizaron en las instalaciones de la Empresa Cemento Yura S.A.

Laboratorio de control de Calidad.


Uso De Laboratorio: 50 Soles/Día 350.00

TOTAL 350.00

6.2. COSTOS INDIRECTOS

a. Mano de Obra


Soles Por Hora 9.00

Tiempo De Producción 8 horas

TOTAL 504


136

b. Costo de Equipos


Balanzas Para Pesaje 250.00

Moldes Para Barra 100.00

Contenedores, Donde Se Sumerge Las

Barras.

50.00

Máquina De Roturas 320.00

TOTAL 720.00

c. Materiales Indirectos


Agua 50.00

Energía Eléctrica 80.00

TOTAL 130.00

6.3. BALANCES DE COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS

a. Balance de costo directo


Costos De La Material Y Reactivos 300.00

Transporte 100.00

Gastos Administrativos 50.00

Costos De Los Ensayos (En Laboratorio) 350.00

TOTAL 800.00


137

b. Balance de costo indirecto


Mano De Obra 540.00

Costo De Equipos 720.00

Materiales Indirectos 130.00

TOTAL 1,390.00

c. balance económico final


Balance De Costo Directo 800.00

Balance De Costo Indirecto 1,390.00

TOTAL 2,190.00


138

CAPITULO VII

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1. CONCLUSIONES

Se evaluó las propiedades físico – químicas del cemento Portland con

especificaciones de la Performance tipo HS, variando el % de puzolana frente al

Cemento Portland Tipo V, y se concluye que el Cemento con especificaciones de

Performance Tipo HS al 23% de Puzolana puede suplantar al tipo V, debido a su

alta resistencia a los Sulfatos, resistencia a la compresión. Y cumpliendo con las

especificaciones de la Norma Técnica Peruana 334.009 “Cementos Portland.

Requisitos” y con la Norma Técnica Peruana 334.082 “Cementos Portland.

Especificaciones de la performance”.

Los Parámetros Físico- Químicas obtenidos se encuentran dentro de los límites

admisibles de la Norma Técnica Peruana (NTP 334.009 /NTP 334.082)

Propiedades CEMENTO TIPO

HS 23%

NTP

334.009

NTP

334.082

Superficie Específica Blaine 4713.33 >2600 -

Fraguado Vicat Inicial (min) 155 >45 >45

Fraguado Vicat Final (min) 190 < 375 <420

Resistencia a la Compresión 28

días (kg-f/cm2) 491.13 >214

>255

Resistencia a los Sulfatos 14 días 0.01 <0.04 -

Se realizó Balances de materia en los procesos: Balance de Molino UBE, Balance

en el Horno FLSMIDTH, Balance de Molino Loesche, demostrando la eficacia en

la Elaboración del Cemento Portland Puzolánico, en Cementos Yura S.A.C.

Se procesaron estadísticamente los datos obtenidos, hallando la desviación

estándar, límite superior y límite inferior de cada ensayo para determinar la

confiabilidad de los datos.

El cemento Portland Puzolánico Tipo HS, le toma más tiempo de fraguado en

comparación con el Cemento Portland Tipo V; debido a un uso mayor de agua en

el amasado. Fraguado Vicat final Tipo HS (30%) 210 min y fraguado Vicat Final

tipo V 150 min.


139

Siendo también un cemento Ecoeficiente reduciendo así el consumo energético,

Por cada tonelada de cemento producida, se genera aproximadamente una de

dióxido de carbono, un importante gas de efecto invernadero, de ahí la

trascendencia de la producción del mencionado cemento Puzolánico, capaz de

reducir en un 32% las emisiones de CO2, además de disminuir el costo de energía

en un 29%, respecto a otros cementos, comentario discutido en la Revista Hábitat.

Sobre la diferencia de cementos convencionales.18

7.2. RECOMENDACIONES

Se debe de asegurar de trabajar a la temperatura y condiciones que se presentan

en el proceso evaluativo.

Se Recomienda que siempre para la elaboración de cemento tipo HS, se utilice un

Clinker con un C3A menor a 5, ya que este cristal en mayores cantidades tiende

a juntarse con los sulfatos y estos al reaccionar se expandirá y provocara

fisuraciones y/o rupturas.

Se debe tener en cuenta que el cemento tipo HS al ser vaciado, es indispensable

la buena compactibilidad del concreto para impedir la acción destructiva de los

sulfatos.

El uso de nuestros molinos en planta influye en nuestras finezas obtenidas, al

realizar las pruebas en el Molino vertical Loesche y este molino cuenta con un

separador de tercera generación el cual ayuda a que nuestras finezas sean bajas

en un promedio de 1.34. Este separador es muy eficiente por su moderna

tecnología, como lo explican en la revista World Cement. Publicada en Setiembre

del 2013, pag. 60 – 70.19

18 Referencia: Revista Habitat. Publicada en Abril del 2014. Sobre la diferencia de cementos convencionales. 19 Referencia: WULFERT, H.M. (2013, Setiembre). Schelklingen plant benefits from new Christian

Pfeiffer separator design. (69 – 70)


140

BIBLIOGRAFÍA

Tacilla, E. (2004) Composición química del cemento. Trabajo de investigación de la

Publicada: Universidad nacional de Cajamarca, Escuela profesional de Ingeniería

Civil, Cajamarca.

Duda, Walter H. (1977). Manual Tecnológico del cemento (Edición en Español)

Publicado por Bauverlag GmbH – Wiesbaden – Berlín. Editores Técnicos Asociados

S.A.

Zevallos, F. Elaborado en el 2012. Procesos Línea 3. Cemento YURA. Arequipa.

Bustamante, J. Elaborado en el 2012. Química y microscopia del Clinker. Arequipa.

Hernandez, F. (2006, Octubre). Concreto en la Obra, Problemas, causas y

soluciones. Cemento y concreto Resistencias a los sulfatos. Editada por el Instituto

Mexicano del cemento y del concreto (1-47).

Fernandez Martinez, M. Proceso de Fabricación de cemento.

Lopez González, C. (2000). Estudio del Aditivo aluminosos en Clinker y sus

propiedades del cemento Portland. Tesis para obtener el grado de Magister en

ciencias con especialidad en Ingeniería Cerámica. Universidad Autónoma de Nuevo

León, México.

Medina Pilares, E., Aguilar Estrada D. Materiales de construcción. Trabajo de

investigación, Cusco.

Especificaciones Y-CLD-E-07: Parámetros de los componentes del cemento Portland

por Performance. Elaborado por Carmen Ortiz. 15 de Diciembre 2012. Arequipa.

Especificaciones Y-CLD-E-03: Parámetros de los componentes del cemento

Portland. Elaborado por Carmen Ortiz. 15 de Enero 2013. Arequipa.

FLSmidth. Manual Operación Yura. Publicación Septiembre 2011. Arequipa

Especificaciones Y-CLD-E-04: Parámetros de los componentes del cemento Portland

Puzolánico. Elaborado por Carmen Ortiz. 15 de Enero 2013. Arequipa.

YONGCHANG, Liu. (2014, Setiembre). Making WHR work. Revista International


HARRISSON, A. (2014, Abril). GGBS: Production & properties. Revista International

Cementreview. FLSmitdth (pág. 83 – 86)

WULFERT, H.M. (2013, Setiembre). Schelklingen plant benefits from new Christian

Pfeiffer separator design. (69 – 70)

Revista Habitat. Publicada en Abril del 2014. Sobre la diferencia de cementos

convencionales.


141

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA LEGAL

NTP 334.082. Cementos Portland con Especificación de la Performance. Edición:

Segunda Edición, 2000. Publicación Lima – Perú.

NTP 334.009 Cementos Portland. Requisitos. Cuarta Edición, 2011. Publicación Lima

– Perú

NTP 334.090 Cementos Portland Adicionados. Requisitos.

NTP 334.065. CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la expansión

potencial de los morteros de cemento portland expuestos a la acción de sulfatos.

NTP 334.051. CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la resistencia a la

compresión.

NTP 334.002. CEMENTOS. Determinación de la finura del cemento portland

expresada por la superficie específica (aparato de permeabilidad al aire).

NTP 334.046. CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la finura del cemento

hidráulico y materiales crudos en tamices.

NTP 334.006. CEMENTOS. Método de ensayo para la determinación del tiempo de

fraguado de mortero de cemento Portland con la aguja de Vicat modificada.

NTP 399.010 – 2004 Señales de Seguridad.

ANEXOS

ANEXO 1: NTP 334.009 “Cementos Portland. Requisitos”

ANEXO 2: NTP 334.082 “Cementos Portland. Especificaciones de la performance”

ANEXO 3: NTP 334.090 “Cementos Portland adicionados. Requisitos”

ANEXO 4: Código de Colores

Documents

Estudio comparativo para la sustitución de un cemento