Introducción del Carbonato de Calcio como fundente en la producción de ladrillos

Resumen

El presente trabajo constituye un estudio técnico-económico para la introducción del carbonato de calcio como fundente en la producción de ladrillos, en los combinados de cerámica roja "Sergio Soto" y "Fructuoso Rodríguez", ubicados en las provincias Villa Clara y Cienfuegos respectivamente. Se formularon variantes tecnológicas para la introducción del aditivo en 2 % de las materias primas, teniendo en cuenta los principales yacimientos de caliza en explotación en las zonas de estudio y las ventajas de su uso según investigaciones anteriores, como: disminución del 30 % del consumo de combustible y del gasto de materias primas en 3 y 20 %, reducción del gasto de salario entre 11 y 14 %, por la disminución del tiempo de quema en 25 y 33 % y mejoras en la calidad del producto. Se actualizó la ficha de costo proporcionada por el MICONS para la elaboración de ladrillo y se confeccionó la correspondiente a cada variante, incluyendo los costos de transportación, compra del carbonato y costos de inversión de un molino de bolas en la que se requiere, comparándolas con la del ladrillo sin aditivo, obteniéndose como la más factible para ambos combinados, la compra del carbonato molido en la UEB Remedios de la Empresa Geominera del Centro, demostrando que los ladrillos con este aditivo se obtienen con un menor costo de producción, entre 7 y 17 % y un ahorro anual de $ 47,27 MP en Cienfuegos y $ 117,11 MP en Manicaragua, además de los beneficios ambientales por la reducción de emisiones de gases a la atmósfera.

Introducción

La producción de materiales de construcción es uno de los sectores de mayor consumo de energía, a su vez, de contaminación ambiental, debido a las emisiones de contaminantes hacia la atmósfera durante la trituración, molienda y quema de las materias primas, para la conformación de los diferentes productos, además, del agotamiento de los recursos minerales, lo cual significa un impacto negativo al medio ambiente [2].

También es importante resaltar el alto costo de los combustibles necesarios para la cocción en los hornos, lo cual hace que la industria de materiales de construcción sea partícipe cada día, de búsqueda de soluciones para lograr mejor eficiencia energética en sus procesos.

A raíz de este problema, se hace imprescindible el mejoramiento de la eficiencia energética en la industria de la cerámica roja, mediante el uso de hornos más eficientes, la utilización de combustibles más económicos y renovables, o la utilización de nuevas materias primas, entre otras alternativas [2, 6, 7].

Nuestro país está inmerso en un ambicioso proceso de ahorro y eficiencia energética en todos los sectores, basado principalmente en la reducción de costos y precios, en especial de los energéticos, obligando a utilizarlos cada vez de manera más racional y efectiva [8].

Una alternativa para mejorar la eficiencia energética en la producción de ladrillos, es la utilización de fundentes, que son componentes de bajo punto de fusión, que al combinarse con los aluminosilicatos presentes en las arcillas, reducen la temperatura de fusión de las mismas y por tanto, el tiempo de cocción, lo que conlleva al ahorro de energía y la disminución de la contaminación ambiental.

El Centro de Investigación y Desarrollo de Estructuras y Materiales (CIDEM), desde el 2004, realiza estudios e investigaciones encaminados a mejorar la eficiencia energética de la producción de los ladrillos de cerámica roja, sin la necesidad de ejecutar grandes inversiones en su proceso productivo, a partir del uso del carbonato de calcio como fundente, que en Cuba es abundante, de bajo costo y disponible en todo el territorio nacional, por lo que resulta muy viable y económico su uso.

Estos estudios se realizaron a escala de laboratorio y para pequeñas producciones de ladrillos en los combinados cerámicos de Manicaragua y Cienfuegos, introduciendo diferentes concentraciones del carbonato de calcio en la mezcla de arcilla. Se obtuvo como resultado que para un 2 % de adición del mismo y con una finura menor de 150 micras, se disminuye el consumo de combustible y energía, tiempo de cocción y secado, además de obtener un producto final con mejor calidad. Por otra parte, también se realizaron estudios técnico-económicos en cada combinado, teniendo en cuenta el ahorro del combustible principalmente.

El presente trabajo da continuidad a las investigaciones anteriores, tomando como base las experiencias y resultados obtenidos. Se proponen diferentes variantes tecnológicas para la introducción del carbonato de calcio en ambos combinados y se realiza el análisis comparativo de cada una, desde el punto de vista técnico-económico, mediante el cálculo de las fichas de costo.

Desarrollo

En el trabajo se realiza una caracterización general de los combinados cerámicos "Sergio Soto" de Manicaragua y "Fructuoso Rodríguez" de Cienfuegos, que incluye la descripción del proceso de elaboración del ladrillo y la evaluación del estado tecnológico de ambas fábricas. Se formulan diferentes variantes tecnológicas para la introducción del carbonato de calcio como aditivo fundente, teniendo en cuenta las características de los yacimientos de caliza que se encuentran en explotación en las zonas de estudio (Villa Clara y Cienfuegos). También se analiza la posibilidad de instalar en cada fábrica una nueva tecnología para lograr la finura deseada de este mineral.

Se hace además una actualización de las fichas de costo para la elaboración de ladrillos de ambos Combinados a partir de la cual se desarrolla el estudio económico de las variantes tecnológicas elaborando fichas de costo para cada una de ellas, con la introducción del aditivo, teniendo en cuenta los costos de transportación y compra del mismo. Por último, se realiza un análisis comparativo de los resultados obtenidos en cuanto al costo de producción del ladrillo, en cada variante, con el objetivo de determinar la más viable a aplicar en cada combinado.

Caracterización de los combinados "Sergio Soto " de Manicaragua y "Fructuoso Rodríguez" de Cienfuegos:

La UEB Combinado de Cerámica y Arena "Sergio Soto", se encuentra en el municipio de Manicaragua perteneciente a la provincia Villa Clara. Tiene como misión producir, comercializar y brindar servicios de almacenaje a productos de arcilla, barro, arena calcárea, pintura a base de cal y otros productos de cantera, entre otras actividades. La Fábrica se dedica a la producción de ladrillos huecos de 280 x 110 x 75 mm, rasilla o baldosa cerámica y pintura a base de cal.

El Combinado de Cerámica Roja "Fructuoso Rodríguez" se encuentra ubicado en la ciudad y provincia de Cienfuegos Actualmente se dedica a la producción de ladrillos huecos o bloques aligerados de dos tipos: grandes, cuyas dimensiones son 300 x 200 x 100 mm y pequeños, con dimensiones 280 x 190 x 85 mm.

Para la cocción de los ladrillos, la fábrica posee un Horno Hoffman con dos túneles, cada uno con capacidad para 35 000 bloques aligerados chiquitos y 29 000 bloques aligerados grandes, también cuenta con dos hornos de llama Invertida, con capacidad de 10 000 bloques chiquitos y 8 000 grandes cada uno, dando lugar a una capacidad instalada de 90 000 bloques aligerados chiquitos y 74 000 bloques aligerados grandes, en cada quema que se realice.

Luego de haber realizado el estudio del proceso de fabricación de ambos combinados y la evaluación del estado tecnológico de los mismos, de haber estudiado y localizado en cada territorio los yacimientos de piedra caliza más cercanos, disponibles y en explotación se propusieron las variantes que aparecen en la tabla 1 para introducir en el proceso de producción de ambas fábricas el carbonato de calcio en el proceso de producción.

Tabla 1.Resumen de variantes tecnológicas propuestas para la introducción del Carbonato de Calcio.

Fuente: Elaboración propia a partir de las variantes confeccionadas.

Introducción del CaCO3 en la elaboración del ladrillo en cada combinado cerámico.

La introducción del carbonato de calcio en el proceso de elaboración del ladrillo, genera costos como: la compra e instalación de un molino de bolas MB-800 (para molturar el aditivo hasta la finura máxima requerida de 150 micras), así como costos adicionales de transportación del carbonato, desde el lugar en que se produce hasta cada combinado, en función de las variantes de inversión ya conformadas que se muestran en la tabla 1.

Costos de inversión.

El costo de inversión está dado por la compra de una nueva tecnología: molino de bolas MB-800 (Figura 1), el cual fue diseñado por el Centro de Investigación y Desarrollo de Estructuras y Materiales (CIDEM), con el propósito de desmenuzar el material pétreo hasta convertirlo en polvo (60 micras aproximadamente), trabaja en régimen discontinuo, es autodescargable y con instalación preparada para envasar en sacos.

Costos de Transportación.

Se analizaron los costos de transportación del carbonato de calcio desde el lugar donde se produce hasta la fábrica (para cada variante), ya que estos influyen en la factibilidad del proyecto.

Fichas de costo del ladrillo con la adición del Carbonato.

Para obtener el costo de producción del ladrillo con la adición del Carbonato de Calcio se elaboró una ficha de costo, a partir de la actualizada y para una producción de 1000 unidades, a la cual se le adicionaron los impactos que sobre el costo, tiene la adición del CaCO3. La misma se realizó para cada una de las variantes confeccionadas en ambos combinados, teniendo en cuenta los costos de transportación y venta del aditivo y la incorporación de un molino de bolas (MB-800)

Gastos de materias primas y materiales

Se tuvo en cuenta el ahorro del combustible (del 30 % aproximadamente) durante la cocción debido a la acción fundente del aditivo, por lo que se disminuyó el 30 % a la norma de consumo del fuel oíl. También se disminuyó 2 % al consumo de la arcilla ya que esta cantidad se sustituye por el CaCO3.

Se adicionó en los gastos de materia prima, el costo del carbonato de calcio que incluye la compra y la transportación del mismo. En las tablas 2, 3 y 4, se puede apreciar la relación de estos costos para una producción de 1 000 ladrillos y para cada variante.

Tabla 2. Costo del Carbonato para camión de 7 m3 en el combinado de Manicaragua.

Fuente: Elaboración propia.

Tabla 3. Costo del Carbonato para camión de 12 m3 en el combinado de Manicaragua.

Fuente: Elaboración propia a partir de resultados obtenidos.

Tabla 4. Costo del Carbonato para camión de 10 m3 en el combinado de Cienfuegos.

Fuente: Elaboración propia a partir de resultados obtenidos.

Se adicionó el consumo de electricidad del molino de bolas al gasto de energía eléctrica para producir 1 000 unidades (en la variante que lo requiera), de la siguiente forma: el consumo promedio de electricidad en el combinado de Manicaragua es de 9,9 MW en el mes de trabajo, a este valor se le adicionó el consumo mensual del molino de bolas el cual es 1,012 MW, obteniéndose un gasto total de 10,912 MW, por lo tanto para 1000 ladrillos la norma de consumo es 0,121 MW-h. La tabla 5 muestra un resumen de los gastos de materias primas y materiales.

Tabla 5. Gastos de materias primas y materiales.

Fuente: Elaboración propia.

• Otros Gastos Directos

Se incluyó la depreciación del molino de bolas (MB-800), en la variante que sea necesario, la cual se determinó de la siguiente forma:

Considerando que el valor del molino es de $ 7000,00 CUC y la vida útil es de 20 años, la depreciación anual es de $ 350,00 y para 1000 unidades es de $ 0,35.

• Gastos de Fuerza de Trabajo

Se disminuyó la norma horaria de los horneros ya que el tiempo de cocción se reduce el 25 % en el combinado de Manicaragua y el 33,3 % en el de Cienfuegos .

Comparación de los resultados obtenidos.

Las ventajas desde el punto de vista económico, al ejecutar esta inversión se demuestran al hacer una breve comparación entre las principales partidas del costo de producción del ladrillo en ambos combinados.

El costo de materias primas y materiales se reduce en más del 20 % en el combinado de Manicaragua y más de 3 % en el de Cienfuegos, el consumo de combustible disminuye el 30% y el tiempo de quema varía entre 25 y 33 %, lo cual genera además, un ahorro entre 11 y 14 %.por el gasto de fuerza de trabajo empleada en esta actividad. Aunque ocurre un ligero aumento del costo de transportación, producto de la introducción del CaCO3 que se traslada a la fábrica, el mismo no es relevante si lo comparamos con los ahorros de combustible, salario y tiempos generados, por ladrillo producido.

En las tablas 6 y 7, se proyecta el costo de producción y el precio de venta para cada escenario de inversión. En cada variante evaluada hay una disminución significativa del costo unitario, en 17 % en el combinado de Manicaragua y 7 % en Cienfuegos, entonces, se puede estimar que el nuevo precio de venta del ladrillo pudiera estar oscilando entre los $ 0,60 para el primer caso y $ 1,50 en el segundo, lo cual traería grandes beneficios sociales, ya que se impulsaría la demanda de este bien, logrando producciones más competitivas en cada combinado y que los consumidores del producto accedan a él con mayor facilidad.

Tabla 6. Comparación de variables del costo por variantes en Manicaragua.

Fuente: Elaboración propia.

Tabla 7. Comparación de variables del costo por variantes en Cienfuegos.

Fuente: Elaboración propia.

El costo de elaboración del ladrillo en el combinado de Manicaragua, es similar para las tres variantes, debido a que en la primera y tercera además de los costos de compra y transportación del carbonato (que son menores que en la segunda), se incorpora en las fichas de costo la depreciación y el consumo de electricidad del molino de bolas, logrando una compensación en los gastos totales de producción para cada caso. Lo mismo ocurre en las variantes propuestas para el combinado de Cienfuegos.

Por otra parte, en las variantes que se requiere la compra del molino de bolas, se debe tener en cuenta la adición de los costos de transportación, instalación y mantenimiento del equipo, que debieran incluirse en los costos de inversión. Este cálculo se omite por la falta de información para su estimación, pero se considera que su omisión no afecta la decisión final de esta evaluación.

La variante de inversión más factible a aplicar en cada combinado, se refiere a comprar el carbonato de calcio en la UEB Remedios, proveniente del yacimiento Tanque de Viñas, perteneciente a la Empresa Geominera del Centro, el cual se puede adquirir a la finura requerida (200 mallas, 74 micras), a pesar de que en este caso el costo de transportación aumenta, pero podría ejecutarse de inmediato, ya que no habría que invertir en otros gastos, como la compra del molino de bolas.

En el caso del combinado de Manicaragua, la variante # 3 es la menos viable, ya que en el yacimiento El Purio no se produce carbonato actualmente, por lo que sería necesario trazar estrategias de producción en la cantera, con el objetivo de satisfacer la demanda de este combinado, que solo es de 13 toneladas de carbonato al mes.

En cuanto al combinado de Cienfuegos la variante # 1 es la menos viable, debido a que la planta "Pepito Tey", actualmente se dedica solamente a la producción y comercialización de cal y no ofertan el CaCO3 como un producto, aunque esta situación podría variar si aumenta la demanda del mismo en la región, ya que cuentan con la maquinaria disponible para su obtención.

Teniendo en cuenta los ahorros que aporta la variante más factible para cada combinado, se calculó el ahorro anual que trae consigo la introducción del carbonato de calcio, a partir de los gastos totales o costos de producción calculados en las fichas de costos, demostrándose que es significativo, estos resultados se resumen en la tabla 8

Tabla 8. Gastos Totales para la producción anual (MP).

Fuente: Elaboración propia.

*Miles de Pesos

Por otra parte, la introducción del Carbonato de Calcio en el proceso productivo, tendría un impacto ambiental positivo, si se considera que las emisiones por quema de combustible, se verán reducidas en un 30 %, para el mismo nivel de producción que actualmente se realiza. Sería necesario el estudio de las emisiones en este nuevo proceso, pues la descomposición o quema del carbonato de calcio desprende gases como el SO2 y CO2 a la atmósfera, se considera que estas emisiones pueden despreciarse, ya que la concentración de CaCO3 incorporado a nuevas producciones es sólo del 2 %, por lo que se supone que el efecto ambiental de incorporar el CaCO3 a la producción de cerámica roja, es positivo.

Para concluir, se puede afirmar que la introducción del carbonato de calcio en las industrias de cerámica roja de Manicaragua y Cienfuegos, es factible desde el punto de vista técnico-económico. Los beneficios ambientales se están estudiando, pero vislumbran un descuento en las emisiones de SO2 y CO2 a la atmósfera por cada unidad producida con este nuevo aditivo.

Conclusiones

• 1. Los principales efectos económicos de la introducción del CaCO3 en la producción de cerámica roja, son: reducción del 30 % del consumo de combustible y de 3 a 20 % del gasto de materias primas y materiales, disminución del tiempo de quema entre 25 y 33 %, lo que trae consigo la reducción entre 11 y 14 % del gasto de fuerza de trabajo y del costo de producción del ladrillo entre un 7 y 17 %.

• 2. Para la introducción del carbonato de calcio se proponen tres variantes tecnológicas para el combinado "Sergio Soto": adquirir el CaCO3 de los yacimientos Palenque o en El Purio, con la incorporación en la fábrica de un molino de bolas MB-800 y comprar el CaCO3 en la UEB Remedios con el tamaño máximo de partícula requerido. En "Fructuoso Rodríguez" se proponen dos variantes: obtener el aditivo en la planta Pepito Tey de Cienfuegos, e instalar en el combinado un molino de bolas y comprar el CaCO3 en la UEB Remedios.

• 3. En ambos combinados la variante tecnológica más factible a aplicar consiste en comprar el carbonato de calcio en la UEB Remedios de la Empresa Geominera del Centro, proveniente del yacimiento Tanque de Viñas, con el tamaño de partícula requerido, por lo que no habría que invertir en otros gastos, como la compra del molino de bolas y se puede ejecutar de inmediato.

• 4. Con la implementación de la variante más factible para cada combinado, se vislumbran ahorros anuales significativos de más de $ 47,27 MP en Cienfuegos y $ 117,11 MP en Manicaragua, además de los beneficios ambientales por la reducción de emisiones de SO2 y CO2 a la atmósfera.

Bibliografía

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24 Sánchez, S., Manual para la elaboración de fichas de costo (En cooperativas de producción de materiales para la construcción de viviendas).

Autor:

Dra. Arq. Dania Betancourt Cura.

Lic. Sofía Sánchez Berriel.

Dr. Ing. Yosvany Díaz Cárdenas.

Dr. Sc. Fernando Martirena Hernández.

Ing. Elizabeth Cárdenas Yera.