LA CONSTRUCCIÓN Y EL CONSUMO MINIMO DE ENERGIA - Autor : Manuel Gonzáles de la Cotera
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LA CONSTRUCCIÓN Y EL CONSUMO MINIMO DE
ENERGIA
Autor : Manuel Gonzáles de la CoteraLa Construcción Y El Consumo Mínimo De Energía
1. LA ENERGIA Y LA CONSTRUCCIÓN CIVIL
La crisis M combustible que conmociona la economía mundial desde los inicios de 1974, a raíz
M importante y brusco aumento de¡ precio de¡ petróleo y sus derivados, plantea el problema de
la extinción de las actuales reservas, la necesidad de investigar nuevas fuentes de energía y un
más racional empleo de¡ combustible.
La construcción civil debe orientarse al empleo de los elementos constructivo que signifiquen el
mínimo consumo de energía y aseguren la mayor estabilidad de precios. En este sentido, la
industria de la construcción requiere de la investigación - desarrollo, para poder cumplir su rol
en un futuro en que la energía será mas y mas cara, modificándose posiblemente las fuentes
de generación.
2. EL CEMENTO Y LA ENERGIA
El Cemento es el material hegemónico en la construcción civil nacional, por ser básico en la
producción del concreto. Esta condición preponderante, que es apreciada por todos, habrá de
mantenerse durante el presente siglo. Las características de las obras de infraestructura que es
necesario realizar, obras hidráulicas, presas, caminos, etc., señalan las ventajas de este
material. As¡ mismo, las edificaciones urbanas en su gran mayoría son favorables a las
soluciones de concreto armado. Por otra parte, de un análisis macro-económico, resalta que el
concreto es el material con mayor valor agregado nacional y que incorpora más cantidad de
mano de obra, sin requerimientos de alta calificación.
Aparentemente, el cemento es un material de gran consumo de energía en su fabricación,
dado que el costo de la mismo se encuentra entre el 20 al 25% de su valor. Sin embargo,
considerando el material de ingeniería que es el concreto, presenta una alternativa viable con
los materiales más competitivos.
3. EL DESARROLLO DE LA INDUSTRIA DEL CEMENTO
En los últimos 25 años el consumo de energía en la producción de cemento se ha reducido
considerablemente y más recientemente se ha prestado mayor atención al conjunto horno-
enfriador, que concentra alrededor de¡ 50% M costo total de[ proceso.
Inicialmente debe considerarse la reimplantación de los procesos secos, gracias a los más
eficientes dispositivos de homogenización de polvos. Posteriormente en la década del 60, se
desarrollaron los procesos de precalentamiento en sus pensión por los gases de escape del
horno, con los cuales se pone en contacto el crudo antes de su ingreso al horno, en un
recorrido a lo largo de cuatro ciclones dispuestos en serie, de manera que en un corto intervalo
de tiempo alcanza temperaturas de 750º C. Los hornos con sistema de precalentamiento
pueden de esta manera tener una reducida longitud.
Como quiera que el sistema expuesto- no resulta económico en hornos de gran capacidad, se
ha adoptado precalcinar el crudo, de manera de acortar mas el horno y aumentar su caudal.
En este proceso, la del carbonización del crudo que es la base de la fabricación del clinker se
realiza en el intercambiador de ciclones y en la cámara de calcinación instantánea, con lo cual
se reduce a la mitad la longitud del horno optimizando la economía del intercambio de calor por
radiación en la zona de sinterización. los hornos de este tipo, más pequeños pero de gran
caudal, tienen pérdidas especificas de color, inferiores en un 5 á 10%
Estudios realizados en Norteamérica, prevean que en el futuro, el consumo energético en la
industria del cemento se habrá de reducir en un 49% en el año:2,000.
El Perú es significativamente uno de los países que en el concierto mundial ha tenido más
importantes avances en materia de desarrollo tecnológico en la industria del cemento. En
efecto, la adaptación al proceso seco y a la incorporación del sistema de precalentamiento en
1La Construcción Y El Consumo Mínimo De Energía
las plantas de Pacasmayo y Andino, las más altas en América, constituyeron significativos
logros de ingeniería básica nacional. Posteriormente, el mismo grupo de técnicos, en la Firma
ARPL, ha tenia su cargo el diseño básico de la ampliación de la fábrica de Pacasmayo con el
proceso SF (Suspension Preheater Flash Calciner) y de la Planta de Yura, con sistema de pre-
calcinación provisto de by pass.
El desarrollo histórico está dado en la siguiente lista:
Para apreciar la situación del Perú las Tablas siguientes expresan una comparación con países
importantes que mantienen diferentes procesos y sistemas productivos. 1
PRODUCCION DE CEMENTO (1972)
PRODUCCIÓN DE CEMENTO SEGÚN PROCESOS (En %)
2La Construcción Y El Consumo Mínimo De Energía
CEMENTOS MEZCLADOS
Otra de las consecuencias de la crisis de la energía ha sido la ampliación M mercado de los
denominadas cementos mezclados obtenidos de la molienda conjunta de clinker de Pórtland y
materiales de adición En sólo el clinker consume energía térmica, los adicionales no ingresan al
proceso de cocción por lo que puede estimarse que diez toneladas de material añadido
permiten economizar una tonelada de petróleo, de acuerdo a promedios generales de
consumos,
Las adiciones más empleados son:
- Escorias granuladas de alto horno
- Puzolanas, naturales y artificiales y cenizas volantes
- Materiales pulverulentos, silíceos o calcáreos.
En nuestro país se han utilizado en los últimos años, escorias de¡ alto horno de Sider Perú, en
la producción de cemento portland de escoria por C.N. pacasmayo y puzolanos naturales de
origen volcánico, en cemento portland puzolánicos fabricados por Cementos Yura. Sin
embargo, parte de la motivación para su empleo está en el eventual déficit de capacidad
instalado; pues, el gasta de com bustible en el transporté carretero disminuye sensiblemente la
economía energética que se ha logrado con el aditivo.
Las adiciones mencionados tienen similitud en su composición con el clinker como se puede
apreciar en el diagrama, triangular adjunto, en la qué cada vértice representa un componente
óxido puro.,
En el Diagrama el área de¡ clínker está caracterizada por el predominio del Oxido de
Cal sobre la sílice y la alúmina, que aparecen neutralizados por el máximo admisible de cal,
que ase Ira la reactividad en la hidratación. Esta relagución se expresa por el valor del
denominado "módulo hidráulico" o relación molecular:
En el caso del clinker el valor del índice es alrededor de 2.5
las escorias básicas de alto horno tienen un valor vecino de 1.2 y presentan actividad
hidráulica, cuando son tratadas por un rápido y brusco enfriamiento que mantiene el estado
Vítreo, proceso denominado de granulación.
Las escorias ácidos no son mayormente utilizadas,
3La Construcción Y El Consumo Mínimo De Energía
El área de las puzolanas se caracteriza por importantes contenidos en sílice y aluminio y débil
proporción de cal. Como bien se sabe, las puzolanos se clasifican como naturales y artificiales;
las primeras de origen volcánico o sedimentario y las otras como sub producto industrial, como
las cenizas volantes provenientes de plantas térmicas a carbón, o por tratamiento de materiales
como la arcilla
Finalmente podemos considerar cercanos a los vértices, los polvos silíceos y calcáreos
producidos por la molienda muy fina de rocas cristalinas.
Las adiciones antes mencionadas tienen efectos en la hidratación del cemento, por la acción
de¡ hidróxido de calcio producido Ca (OH)2 conocido como por tlandita, que provoca la ruptura
de la hidraulicidad latente de las escorias o produce la formación de silicatos y aluminatos de
calcio hidratados por ataque ¡en to de la sílice y alumina de la puzolana.
El comportamiento de los cementos mezclados en favorable en lo referente a la durabilidad en
ambientes agresivos y la reducción de¡ calor de hidratación Sus inconvenientes se encuentran
en la disminución de las resistencias iniciales, mayor exigencia de agua de mezcla y acentuado
desecación, que requiere de curada cuidadoso
En general, se reconoce que para el desarrollo de estos cementos, en un .mercado amplio, se
requiere un importante esfuerzo de investigación tecnológica,.
LA CONSTRUCCIÓN Y EL CONSUMO ENERGÉTICO
La evaluación del consumo de energía en los elementos constructivos debe realizarse
comparando los prototipos de elementos, sin considerar los materiales de manera aislada.
En efecto, en el cemento la parte correspondiente a la energía en el precio de venta puede ser
de 20 al 25% mientras que en el acero es del 9 al 19% y en los ladrillos de arcilla entre el 2 al
3%. Sin embargo, el cemento se emplea en el concreto, que es el material estructural, en sólo
un 10 6 15% en peso, en consecuencia, la evaluación debe realizarse sobre el concreto
El cuadro que reproducimos expresa claramente la positiva posición favorable al concreto,
como material en si mismo
DIAGRAMA DE RANQUIHN
4La Construcción Y El Consumo Mínimo De Energía
Comparando diversas estructuras de concreto y acero, de características equivalentes, en
términos de energía necesaria para su construcción (materiales, transporte, etc.), se obtuvo un
mayor consumo del 85% en promedio desfavorable para la estructura de acero.
La evaluación de puentes metálicos y concretos, de 70 mts. de longitud fue también favorable
al concreto, con un mayor consumo de energía del acero del 50%. En luces de 100 metros, la
relación es del orden W 100%
Comparando los diversos tipos de pavimentos, se obtienen relaciones es favorables a la
rigidez del concreto. La relación entre las calzardas de concreto y los semirigidos con
revestimiento bituminoso es en un 30% desfavorable al flexible De los rígidos y el flexible con
revestimiento bituminoso se obtuvo un mayor consumo de éste último del 260%.
Si se incluye el parárnetro durabilidad considerando la inversión como costo anual de vida útil,
incluyendo los gastos de conservación, los porcentajes seña lados se-duplican fácilmente
El Ingeniero Oscar Beijer ha publicado un interesante estudio comparativo de estructuras
similares construidas con diferentes materiales, según la situación en Suecia
Como base de los cálculos ha estimado los siguientes consumos de energía, expresados en
litros de petróleo, incluyendo el consumo de energía eléctrica.
Acero 700lts/TM; Cemento : 130lts/TM; Ladrillos de Arcilla: 200lts/Tm
VALORES DE ENERGIA UTILIZADOS EN LA MANUFACTURA DE MATERIALES DE
INGENIERIA
* Resistencia a la compresión.
De¡ estudio de las piezas en compresión, las ventajas de¡ concreto son evi dentes, como se
observa en -el Gráfico Adjunto.
Por otra porte, la evaluación de los elementos' en- flexión comparando diferentes tipos de
vigas, estableció que para las mismas luces y colicitaciones, el concreto es más favorable que
las de acero desde el punto de vista de consumo e energético, especialmente en mayores
luces.
5La Construcción Y El Consumo Mínimo De Energía
Debe considerarse la incidencia de¡ peso propio, que en las vigas de concreto ensayados es
alrededor de¡ 20%, lo que es una desventaja para este material en el caso de luces
importantes y cargas pequeñas.
Debemos señalar que los índices que se obtienen son relativos, según el proceso productivo
empleado en la fabricación. así', comparando en consumo de Petróleo, la tonelada de cemento
en proceso seco requieren 100 lts/TM el húmedo exige 140 Its/TM, promedio. Igualmente, el
acero obtenido de minera¡ de fierro se requieren 0.65 6 0.8 litros por kilo y en el caso de
chatarra sólo 0,2 a 0.25 litros por kilo.
Finalmente, todas las evaluaciones realizadas, toman como parámetros la resistencia, dejando
de lado otras características de comportamiento que favorecen al concreto.
De todo lo expuesto, se puede concluir que el concreto seguirá siendo la mejor opción en la
construcción a corto y mediano plazo, debiendo tener próximo mente una mayor intervención
en diferentes obras y en especial en el desarrollo de los pavimentos.
Consumo de Energía en litros de Petróleo, para un pilar con carga útil de 1,000 toneladas.
Según Beijer A: Acero; B: Arcilla cocida; C: Concreto
6La Construcción Y El Consumo Mínimo De Energía
Consumo de Energía, en litros de Petróleo para una vida con carga útil de dos t/m; según Beijer
en : A : Acero en Perfil; B : Acero Soldado en Perfiles Especiales; C : Concreto moldeado in
situ; D : Concreto prefabricado.
ACUERDOS
LA SESIÓN PLENARIA CEL 11 CONGRESO NACIONAL DE
INGENIERIA CIVIL
HABIENDO CONSIDERADO EL INFORME DE LA COMISIÓN DE TRABAJO No 2,
RESPECTO A LA PONENCIA "LA CONSTRUCCION Y EL CONSUMO MINIMO DE
ENERGIA", CUYO AUTOR ES EL INGENIERO MANUEL GONZALES DE LA COTERA;
ACUERDA;
- FELICITAR AL AUTOR DEL TRABAJO PRESENTADO POR SU CONSTANTE
PREOCUPACION HACIA LA MEJOR UTILIZACION DE LOS RECURSOS DEL PAIS.
- PUBLICAR LA PONENCIA EN LOS ANALES DEL CONGRESO
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