Un enfoque de las Producciones mas Limpias en la gestión empresarial de una calera

2. Resumen
3. Desarrollo
4. Análisis de los
   resultados
5. Conclusiones
7. Referencias
   bibliográficas

RESUMEN:

El consumo de cal
en la industria
azucarera cubana no sigue los patrones conocidos. En este
trabajo se
presenta un análisis de las causas que motivan este
comportamiento
anómalo y se proponen soluciones
.

El agente químico más ampliamente
utilizado en la industria azucarera es la cal hidratada, por lo
que el grado de eficiencia y
economía
de esta producción afecta, tecnológica y
económicamente, tanto a la producción de azúcar
como a la de cal (4).

Por otra parte, la producción de cal provoca un
fuerte impacto ambiental
tanto por sus características industriales como de
extracción minera.

El objetivo de
este trabajo es contribuir al aumento de la eficiencia y
economía de la producción de cal destinada a la
industria azucarera como agente químico y a la
reducción del impacto ambiental que provoca, mediante la
introducción de los principios de las
Producciones mas Limpias (P+L) en la gestión
empresarial de esta industria.

DESARROLLO

La cal es el agente químico más
ampliamente utilizado en la industria azucarera (2) según
se muestra en la
Tabla 1, y aún cuando se han probado más de 600
sustancias diferentes para sustituir la cal, esta no ha podido
ser sustituida hasta la fecha (2). Por otra parte, existe una
relación entre la calidad de la cal
y su consumo específico en la industria azucarera, tal
como se muestra en la Figura 1 (2).

Tabla 1. Consumo de agentes
químicos utilizados en la industria azucarera.

Figura 1. Consumo de cal en función de
su calidad.

El consumo de cal en la industria azucarera cubana ha
ido incrementándose sostenidamente durante los
últimos años, como muestra la Figura 2
(2).

Figura 2. Evolución del consumo anual de cal en los
ingenios.

Al observar el grafico anterior, resulta evidente que
nada de lo que se ha hecho hasta la fecha ha podido detener el
aumento sostenido del consumo de cal en los ingenios, el cual ha
alcanzando niveles extraordinariamente altos.

Los efectos que un elevado consumo de cal y la calidad
de esta tienen sobre el proceso de
fabricación de azúcar, han sido tratados en la
literatura
especializada. Según Ramón
Castro Ruz (1) "… El no haber vigilado la calidad de la cal
industrial con destino a la industria azucarera le ha costado a
la nación
grandes pérdidas…".

Por otra parte, un mayor consumo de cal implica una
sobre explotación de la cantera, con el consiguiente
aumento de costos y el
incremento del impacto ambiental asociado a tal actividad y
asociado a la mayor cantidad de desperdicios, generados tanto por
la actividad extractiva como por la industrial.

El problema que muestra la Figura anterior tiene
múltiples causas (2), (3):

• Baja prioridad de la producción de cal para el
  MINAZ
• Mala contabilidad
  de la cal
• Inestabilidad de la molida
• Dificultades con los lazos de regulación de
  pH
• Mala calidad de la caña
• Deficiente calidad de la cal

Esta última causa está asociada
directamente con la explotación de las caleras, y todas
las otras están vinculadas al trabajo del
MINAZ.

Del análisis de trabajos anteriores (6,7,8,11)
puede concluirse que los problemas
vinculados con la explotación de las caleras cubanas,
resultan del desconocimiento y descontrol técnico con que
operan.

El estudio que sigue a continuación le confiere
una dimensión real a la magnitud de los problemas a que se
hizo referencia. En la Figura 3 se muestran las cuatro operaciones
básicas para la producción de cal hidratada. Las
entradas al proceso en color verde, el
producto
terminado en azul y los desperdicios en rojo.

Figura 3: Operaciones
básicas de la producción de cal
hidratada.

El único indicador utilizado para el control
operacional del proceso en las caleras cubanas es el llamado
"Indicie de Consumo de Combustible" ( litros de fuel-oil/ t cal
hidratada ), el cual resulta de escaso valor por
cuanto, por una parte, no tiene en cuenta ni la densidad ni el
valor calórico del combustible y, por otra, no se refiere
a la cal viva, que es el producto que sale del horno, sino a la
cal hidratada que se envasa, la que resulta de adicionarle
agua a la cal
viva y además se pasa por un proceso de
clasificación donde se pierde óxido de calcio, todo
lo cual distorsiona la apreciación de la realidad del
proceso mediante este índice (3).

No se calculan ni se controlan de ninguna forma las
eficiencias de las etapas del proceso, ni en Cuba ni en
ninguna otra parte del mundo (10), y, además, el agua para
la hidratación de la cal viva se adiciona sin control
alguno.

La comparación de los consumos específicos
de calor de los
diferentes tipos de hornos presentados en la Tabla 2, muestra el
alto grado de ineficiencia térmica de los hornos de la
calera estudiada, dado por las causas mencionadas anteriormente
(5,11) en relación con la explotación actual de
estas instalaciones.

Tabla 2. Consumo específico
de calor de varios hornos

El estudio llevado a cabo consistió en el
desarrollo de
expresiones que permitieran calcular la eficiencia de cada una de
las etapas del proceso. Se impuso la restricción de que
fuera posible obtener todas la variables
requeridas en los cálculos, utilizando los equipos de
medición y análisis de rutina
actuales de las caleras.

A partir de las expresiones obtenidas y mediante
métodos
de modelación y simulación
matemática, se determinaron los
parámetros óptimos de operación que
maximizaran las eficiencias correspondientes. Esto
permitió desarrollar un método
para el control operacional de la producción de cal
hidratada. A continuación se muestran los resultados
obtenidos al aplicar el método propuesto para el control
operacional de las caleras en condiciones reales.

Tabla 3: Diferencias entre los valores
diarios de producción antes y después de la
aplicación del método propuesto

De la tabla anterior se aprecia que aumentó el %
CaO en la cal viva (Aq), en el producto terminado (Ap) y
disminuyó en los desperdicios (Aw). Aumentó la
producción media diaria de cal (Pc) en 2,84 toneladas, a
la vez que disminuyó el consumo medio diario de
combustible (F) en 1683 litros.

Aumentó la eficiencia de la unidad de molienda y
tamizado (h m) en 4,22 %,
el rendimiento de la reacción de disociación (Rd)
en 2,66 %, la eficiencia térmica del horno (h T ) en 5,16 %, la efectividad
térmica del proceso de calcinación (l ) en 1,22 %, la eficiencia de la
clasificación (h s)
en 17,49 % y se utilizó solo la cantidad de agua requerida
para la hidratación (A), de lo cual es una
indicación indirecta la calidad de la cal
hidratada.

Figura 4: Comparación entre
los consumos de combustible aplicando el método propuesto
y sin aplicarlo.

En la figura anterior se aprecia que, aparte de la
disminución del consumo de combustible, es mas estable la
operación de los hornos por cuanto hay menos variaciones
en dicho consumo, lo cual también tiene influencia sobre
la calidad y cantidad de cal producida.

A partir del mismo consumo de roca caliza, se da el
hecho de producir más cal y de mayor calidad, reduciendo
el consumo de combustible, todo lo cual reduce los costos de
producción de cal y de azúcar, aparte de los
beneficios ambientales de aumentar el tiempo de
explotación de la cantera y reducir la generación
de desperdicios. El hecho de una mayor calidad de la cal
producida. implica un menor consumo de este producto en los
ingenios.

No obstante, también se trabajó en la
dirección de aprovechar los desperdicios
que aun se producen, los cuales son de tres tipos:

1. Desperdicios sólidos conteniendo elevada
cantidad de caliza sin disociar y cal

2. Emisiones de dióxido de carbono
gaseoso

3. Emisiones de cal en polvo a la atmósfera

1. Aprovechamiento de los desperdicios sólidos
conteniendo elevada cantidad de caliza sin
disociar

Estos desperdicios contienen Ca (OH)2 y
caliza sin disociar. La caliza presenta un grado de
división equivalente al de la arena para construcciones.
En la zona de la fábrica de cal existe un gran yacimiento
de una puzolana natural llamada tufita. Las puzolanas son
sustancias que en presencia de agua, y a temperatura
ambiente, son
capaces de reaccionar con el Ca (OH)2
obteniéndose un aglomerante hidráulico.

Partiendo de la información anterior, la idea que se
siguió fue mezclar adecuadamente estos desperdicios
sólidos de la calera con la tufita para la
obtención de morteros secos para albañilería.

Tabla 4: Resultados obtenidos en la
preparación de morteros de albañilería sin
contener cemento
Portland.

En todos los casos las muestras para el laboratorio se
prepararon siguiendo las Normas Cubanas
de

preparación de tales muestras usando cemento
Portland y, también en todos los casos, los resultados se
compararon con la Norma Cubana para Morteros de
Albañilería.

Tabla 5: Norma Cubana para
Morteros de Albañilería NC-52-79-93.

Los resultados obtenidos en mas de 2 400 ensayos
realizados permiten afirmar que con el material obtenido se
cubren tres de los cuatro grupos de
morteros para albañilería que define la
NC-52-79-93, precisamente en los grupos donde mas se consumen
morteros en la construcción, lo que permite sustituir
exitosamente al cemento Portland en tales empeños,
reduciendo los costos de la construcción y también
de la calera pues en lugar de botar esos desperdicios, es posible
convertirlos en un producto vendible.

2. Aprovechamiento de
las emisiones de polvos

y CO2.

La reducción de estas emisiones implican una
inversión y plantean el problema de
cómo disponer del polvo colectado, sin que por estas
acciones pueda
recuperase lo invertido. En cambio, a
partir de estos polvos puede producirse carbonato de calcio
precipitado (CCP), el cual encuentra muchas aplicaciones. El CCP
es uno producto que reemplaza con éxito
al carbonato de calcio molido (CCM), al caolín y al
dióxido de titanio en muchas aplicaciones.

La vía más económica para la
producción de CCP es la carbonatación de la lechada
de cal, utilizando como materias primas la cal viva y los
gases de
salida de los hornos en los que se produce la cal, haciendo que
estos gases, los que contienen CO2, burbujeen a través de
la lechada de cal y sean absorbidos por esta, lo que reduce
drásticamente la emisión de gases, teniendo lugar
la siguiente reacción:

La lechada resultante puede utilizarse directamente, o
ser secada y envasada, o ser secada, compactada y envasada en
dependencia de los requerimientos del mercado. Por
supuesto que los procesos no
son tan simples como pueden parecer a primera vista. La
experiencia y el
conocimiento son claves para dominar todos los detalles del
proceso para llevar la reacción hacia el deseado CCP, con
una relación mínima potencia/utilidades. En el ICINAZ se han realizado
estudios sobre la obtención del CCP, los que pueden servir
de base para el desarrollo de una planta de
producción.

Esto haría que se eliminaran las emisiones de
polvo de cal y se redujeran las de CO2.

ANÁLISIS
DE LOS RESULTADOS:

El análisis de las causas del elevado consumo de
cal en los ingenios cubanos, permite afirmar que es posible
revertir esta situación con muy bajas inversiones, a
partir de tres condiciones necesarias para sustentar un despegue
de la industria de la cal hacia el aumento de su eficiencia
global:

• Aumento de la prioridad de la industria de la cal
  para el MINAZ
• Desarrollo de un programa
  centralizado de capacitación del personal
  dirigente y de tecnología vinculado a la
  producción de azúcar y de cal
• Introducción de un método de control
  operacional en las caleras

La mayor dificultad para la introducción de las
ideas propuestas ha sido señalada (10), y está dada
precisamente por la no comprensión de la necesidad de la
introducción de un método de control operacional de
la producción de cal (9,10) y de la necesidad del
desarrollo del programa de capacitación de referencia, tal
como postulan los principios de las Producciones mas
Limpias.

Adicionalmente, las ecuaciones
para el cálculo de
las eficiencias de las etapas del proceso de producción de
cal y el método de control desarrollado a partir de estas,
resultan una novedad mundial (7). Asociado a lo anterior,
también resultan novedades mundiales en este campo el
desarrollo del concepto de
efectividad térmica del proceso de calcinación de
calizas, así como también se probó por
primera vez el hecho de que la eficiencia térmica de los
hornos de cal no guarda ninguna relación con el % de
óxido de calcio aprovechable en la cal viva (Aq), tal como
se tenía entendido anteriormente (7).

CONCLUSIONES

La introducción de los conceptos de las P+L en la
estrategia
empresarial de una fábrica de cal, permiten:

• Reducir la cantidad de desperdicios
  sólidos
• Reducir las emisiones de dióxido de
  carbono
• Reducir el consumo de combustibles
  fósiles
• Reducir las emisiones de polvo
• Aumentar la calidad de los productos
• Aumentar aprovechamiento de la materia
  prima
• Aumentar la producción
• Diversificar la producción

• Aumentar la rentabilidad
  de la empresa

RECOMENDACIONES:

Las posibilidades de incrementar la eficacia de las
ideas propuestas están dadas por:

• La sistematización de la
  capacitación
• La sistematización en la aplicación del
  método de control operacional de la producción de
  cal
• La vinculación con instituciones científicas y universidades
  interesadas en la industria de la cal
• El acceso a información
  técnico-científica actualizada
• El incremento del nivel de instrumentación en las
  caleras

REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS

1. Castro Ruz, R., Problemas Fundamentales a Solucionar
   en la Industria Azucarera, 81 pp., Ediciones Verde Olivo, La
   Habana, 1996
2. Falcón Piedra, F., Importancia de la Cal en la
   Fabricación del Azúcar de Caña, 11pp.,
   Imprenta
   MINAZ, La Habana, 1995
3. Ochoa George, P.A., et.al., Manual de
   Operaciones para el Proceso de Producción de Cal, 104
   pp., Imprenta MINAZ, La Habana, 1995
4. Ochoa George, P.A., The Current Situation of the Lime
   Industry in Cuba, ZKG International, Germany, 878 (5), 27,
   1998
5. Ochoa George, P.A., Analysis and Control Strategies
   for Lime Production from Calcareous Stone, Memories of XXIII
   Building Research Seminar at Central Building Research
   Institute of Roorkee (CBRI), India,
   1999.
6. Ochoa George, P.A, Castellanos Álvarez, J.A.,
   Modelo
   determinístico para el control operacional de la
   producción de cal, Centro Azúcar, 3 (27) 77,
   UCLV, Cuba, 2000
7. Ochoa George, P.A, Castellanos Álvarez, J.A.,
   La eficiencia térmica en hornos de cal, Centro
   Azúcar, 4 (27) 41, UCLV, Cuba, 2000
8. Ochoa George, P.A, Método integral para el
   control operacional para la producción de cal, Tesis
   doctoral, Universidad
   de Cienfuegos, Cienfuegos, Cuba 2000
9. Ochoa George, P.A, Cogollos Martínez, J.B.,
   Fuentes
   Vega, J.R., Un método para el control operacional de la
   producción de cal, Abstracts del Seminario
   Internacional de Energética Azucarera, Palacio de
   Convenciones, La Habana, 2000
10. Ochoa George, P.A, Cogollos Martínez, J.B.,
    Fuentes Vega, J.R., La influencia de las relaciones
    causa-efecto sobre la eficiencia de la producción de
    cal, ZKG International, Germany, 421 (5), 18, 2002
11. Perera González, J.A., et. al., Informe de
    la evaluación multicriterio del trabajo de
    la calera perteneciente a la ECMAI Cienfuegos, 73 pp., CEN,
    Cienfuegos, julio del 2000.

Autor:

Dr. Pedro A. Ochoa George

Universidad de Cienfuegos. MES.

Dr. Juan B. Cogollos Martínez

Universidad de Cienfuegos. MES.

Dr. José R. Fuentes Vega

Universidad de Cienfuegos. MES.