Máquina Ponedora, Manual de bloques y Molino Reciclador de la producción defectuosa

Resumen

Hoy en día los bloques de concreto se producen prácticamente en todo el mundo debido a su alta calidad y a la demanda de materiales económicos de construcción. Una variedad de materias primas pueden utilizarse para producir unidades de concreto por miles, en diferentes tamaños y formas.

Al producir bloques también se busca reemplazar parcialmente una tecnología muy arraigada en nuestra sociedad para la construcción de viviendas que tiene como base el ladrillo común de tierra cocida, elaborado con un recurso no renovable y con las afectaciones al medio ambiente que su elaboración trae.

En diversos países y particularmente en Cuba y Venezuela, existe básicamente tres tipos de máquinas para fabricar bloques: las ponedoras, las estacionarias y las plantas estacionarias. Las dos primeras pueden ser manuales o hidráulicas, la tercera solamente es hidráulica. Las hidráulicas hacen un poco más humano el trabajo de fabricación de bloques, como consecuencia son más costosas. El trabajo con las manuales requiere más esfuerzo del operario y son menos costosas, típicas para la pequeña y mediana empresa. En este trabajo se propone el uso de las máquinas ponedoras manuales, a las cuales se les propondrá modificaciones a fin de que la operación que requiera mayor esfuerzo humano, sea simplificada con cierto grado de automatización.

Al producir bloques con estos tipos de máquinas y por el poco control de la calidad a que éste proceso es sometido, ciertas cantidades se desmoronan bien al ser paletizados, transportados o apilados. Esas cantidades de bloques que no se venden por sus defectos, pudieran ser reciclados para reutilizar los materiales que lo componen.

Se puede decir entonces que este trabajo versa sobre una propuesta de tecnología integral para la producción de bloques formada por una máquina ponedora manual y un molino triturador que cierre el ciclo para la reutilización de los materiales de los bloques con defectos que no se venden. Se trata pues, de una tecnología "limpiadora" y apropiable", posibilitadora de la autoconstrucción y generadora de nuevas fuentes de trabajo.

Introducción

Desde 1868, un constructor de apellido Frear fundó la que podría considerarse la primera planta para construir bloques de concreto en el continente americano. Hoy en día los bloques de concreto se producen prácticamente en todo el mundo debido a su alta calidad y a la demanda de materiales económicos de construcción. Una variedad de materias primas pueden utilizarse para producir unidades de concreto por miles, en diferentes tamaños y formas.

Al producir bloques también se busca reemplazar parcialmente una tecnología muy arraigada en nuestra sociedad para la construcción de viviendas que tiene como base el ladrillo común de tierra cocida, elaborado con un recurso no renovable y con las afectaciones al medio ambiente que su elaboración trae.

En diversos países y particularmente en Cuba y Venezuela, existe básicamente tres tipos de máquinas para fabricar bloques: las ponedoras, las estacionarias y las plantas estacionarias. Las dos primeras pueden ser manuales o hidráulicas, la tercera solamente es hidráulica. Las hidráulicas hacen un poco más humano el trabajo de fabricación de bloques, como consecuencia son más costosas. El trabajo con las manuales requiere más esfuerzo del operario y son menos costosas, típicas para la pequeña y mediana empresa. En este trabajo se propone el uso de las máquinas ponedoras manuales, a las cuales se les propondrá modificaciones a fin de que la operación que requiera mayor esfuerzo humano, sea simplificada con cierto grado de automatización.

Al producir bloques con estos tipos de máquinas y por el poco control de la calidad a que éste proceso es sometido, ciertas cantidades se desmoronan bien al ser paletizados, transportados o apilados. Esas cantidades de bloques que no se venden por sus defectos, pudieran ser reciclados para reutilizar los materiales que lo componen, que de hecho son materiales enriquecidos con cemento, una vez que se trituren.

Se puede decir entonces que este trabajo versa sobre una propuesta de tecnología integral para la producción de bloques formada por una máquina ponedora manual y un molino triturador que cierre el ciclo para la reutilización de los materiales de los bloques con defectos que no se venden.

Desarrollo:

Bloques Vs. Ladrillos

El ladrillo, por sus dimensiones y condiciones físicas, ha resultado ser un material constructivo de aceptación universal. No obstante, su forma de producción, a partir de la extracción de la capa de tierra superficial vegetal (humus), y posterior quemado en grandes hornos a cielo abierto, constituye un verdadero problema ecológico que se puede corregir, ya que produce: [1]

• Desertificación del suelo.

• Contaminación atmosférica (por el humo y gases generados).

• Tala de árboles para obtener la leña necesaria para el funcionamiento del horno.

Entre las ventajas de los bloques pueden señalarse [2]: es un material ecológico, mayor rendimiento en la mano de obra, disminuye el uso de mortero, permite introducir instalaciones sin ranurar, consumo por metro cuadrado: 12.5 piezas, calidad uniforme y garantizada, se pueden fabricar con material reciclado, la apariencia que tiene permite ahorros en repellos, disponibilidad permanente en cualquier época del año, no necesita mojarse al momento de su colocación, aislamiento térmico y acústico y sus medidas modulares disminuyen el desperdicio.

Algunos ayuntamientos como el de Tlaquepaque en México, tienen programas con las ladrilleras para que en lugar de fabricar ladrillos, elaboren bloques de hormigón ya que más de 80 ladrilleras de esa zona continúan contaminando el ambiente. Uno de los objetivos del proyecto es mejorar la calidad del aire. "Al fabricar ladrillo, no deja de haber una cocción con materiales contaminantes, o en su caso gas, pero no deja de ser un punto de emisión a la atmósfera de gases de combustión". [3]

Diseño para el medio ambiente y Reciclaje

Existe una técnica conocida como Diseño para el medio ambiente la cual pretende integrar factores medioambientales en el proceso de diseño de nuevos productos [4]. En concreto, los factores ambientales, que han de tenerse en cuenta a la hora de proceder al diseño de un nuevo producto, son los siguientes:

1.- Uso de materiales: se debe tratar de utilizar la mayor cantidad posible de materiales renovables, la menor cantidad de material posible, así como tratar de reducir al máximo el número de componentes del producto.

2.- Consumo de energía: en este campo se debe tender a una reducción en el consumo de energía necesaria para la fabricación del producto, así como a una utilización de fuentes de energía renovables y limpias (energía solar, eólica, hidroeléctrica, etc.).

3.- Prevención de la contaminación: en el diseño del producto se deben evitar o, al menos, reducir al máximo las posibles emisiones tóxicas durante el proceso de producción, así como durante la utilización del producto.

El Programa de Acción Ambiental de la Unión Europea destaca el concepto de desarrollo sostenible entendido como «un reflejo de una política y de un desarrollo continuo que no vaya en detrimento del medio, ni de los recursos naturales», basándose en el informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (Informe Brundtland), que lo definía como aquel «desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades», estableciendo como requisitos para éste: [5]

• La incentivación de la reutilización y el reciclaje para evitar el despilfarro y prevenir el agotamiento de las reservas de recursos naturales, dada la limitación de las materias primas.

• La racionalización del consumo y de la producción de energía.

• La transformación de las pautas de consumo y comportamiento de la sociedad.

La escuela alemana de Ulm, que ha influido en buena medida en el diseño industrial europeo, formuló, hace ya casi cuarenta años, la siguiente premisa: «El objetivo es fabricar productos de larga vida, aumentar su valor de uso y reducir el derroche.» Ésta sería la fórmula inicial de lo que en la actualidad se engloba bajo el concepto de ecodiseño.

Las estadísticas reflejan que en los países más desarrollados, antes de la primera crisis del petróleo de 1973, los tiempos reales de utilización de bienes de consumo resultaban ser, como mínimo, cinco veces inferiores a su vida útil potencial, mientras que en los países menos desarrollados estos períodos llegaban a superar hasta tres veces la vida útil potencial de éstos. En la actualidad, y a pesar de la tan comentada crisis económica, el tiempo real de utilización de los productos sigue siendo en los pases ricos un ejemplo claro de despilfarro, demostrándose al mismo tiempo las desigualdades imperantes y la falta de solidaridad a nivel mundial.

A día de hoy muy poco hormigón demolido es reciclado o reutilizado en cualquier parte del mundo. La pequeña cantidad que se recupera es sobre todo reutilizable como base o sub base en carreteras en construcción. El resto es vertido o dispuesto en terraplenes. En Japón se aplica una ecotasa, equivalente a 10 dólares USA, a cada tonelada vertida. [6]

Reciclar el hormigón para producir hormigón estructural de calidad para otros usos, distintos que el de pavimentos, es técnicamente posible. Para ello se ha establecido el plan de ensayos en el que se han investigado las características de las dosificaciones utilizadas y las mejoras a introducir. Se pretende lograr unas resistencias acordes con los valores mínimos (25 N/mm2 de la Instrucción Española de Hormigón, así como cumplir los requisitos de durabilidad, analizando los parámetros físicos y químicos, que concluyan en las vías de investigación a desarrollar para obtener aquellas dosificaciones óptimas que posibiliten la utilización del "escombrormigón" como hormigón de piezas estructurales.

En la mayoría de las fábricas el único control de calidad al que, generalmente, se ve sometido el bloque es aquel que consiste en fijar la cantidad de cemento a introducir en la dosificación del hormigón que lo constituye, de tal modo que sea la suficiente para que, al retirar la ponedora, el bloque no se desmorone y para que las mermas que se producen por rotura sean mínimas, de tal manera, que el cociente entre las unidades de bloque vendidas y las unidades de bloque producidas se acerque lo más posible a la unidad. Sin embargo, este control único, de la cantidad de cemento de las mezclas, es claramente insuficiente para seguir lo que al respecto está reglamentado.

Cuando la misión del bloque va a ser con fines estructurales, el valor mínimo de la resistencia bruta a la compresión es de 60 kp/cm2, y como novedad respecto a lo recogido en la norma tecnológica, interviene también la resistencia neta, o lo que es lo mismo el resultado de dividir la tensión de rotura por la sección neta del bloque, que, cuando se va a utilizar con fines estructurales, tiene que arrojar un valor superior a los 125 kp/cm2.

Especial mención habría que hacer a los resultados obtenidos con los bloques en los que el árido utilizado proviene de la trituración de escombros de hormigón, en los que, frente a un 16% de aumento medio del peso unitario se obtienen aumentos de los valores resistentes a compresión del 111 % (lógicamente, al ser hechos con la misma máquina ponedora, el incremento es igual para las resistencias bruta y neta).

Existen distintos medios para la trituración de escombros, entre los principales se encuentran: las Plantas Móviles (generalmente montadas sobre camión), las Plantas Estacionarias y los pequeños Molinos Trituradores, entre otros. En las Fotos 1, 2 y 3 se pueden apreciar ejemplos de estos medios.

Deficiencias de algunos tipos de máquinas para fabricar bloques

En la Fábrica de Bloques Wualdemar Díaz de la Rosa perteneciente al Combinado José Rodríguez se producen 3 tipos de bloques: de 10, 15 y 20 cm. Los de 20 se elaboran en una planta ponedora de bloques española caracterizada por su elevada eficiencia y productividad y para la producción de los bloques de 10 y 15 se utilizan dos máquinas de tecnología cubana con un alto grado de sobre explotación. Para producir en la española solo hacen falta tres hombres, mientras que en el proceso productivo de las cubanas intervienen veintiocho. [7] Cada una requiere de catorce obreros para realizar la producción, distribuidos como sigue: con cada máquina trabaja un operador de mezcladora de hormigón pesado, que se encarga de mezclar la arena, el agua, el cemento y la gravilla 3/8 en las cantidades requeridas, un ayudante de este operador, que se encarga de suministrar el cemento con una carretilla, un operador de pala (tractor) que suministra la arena y la gravilla 3/8 a la mezcladora, un ayudante que acomoda los tableros sobre los que se colocan los bloques, el operador de la máquina, un ayudante que facilita la colocación de los bloques en las carretillas, cuatro trabajadores que transportan los bloques, dos estibadores que bajan los bloques de las carretillas y los acomodan, y dos ayudantes que se encargan de retirar los tableros de los bloques luego de haber alcanzado la suficiente consistencia. Como se puede apreciar el elemento humano juega un papel fundamental en el flujo del proceso productivo, constituyendo esto un factor determinante en la productividad del proceso.

El estado técnico actual de las máquinas es en gran medida desfavorable, incidiendo en esto fundamentalmente el alto grado de sobre explotación al que han sido sometidas, sobrepasando ya los límites de su vida útil. Esto provoca que se produzcan roturas inesperadas, de poca, mediana, y gran envergadura, paralizando instantáneamente el proceso productivo y conllevando a incurrir en gastos excesivos. Pero la mayor repercusión se centra en la poca probabilidad de recuperar el tiempo perdido, porque aunque las máquinas pueden producir 500 y 412.5 bloques por hora respectivamente en condiciones óptimas, lo que determina el ritmo de la producción no son las máquinas sino la energía física de los hombres para realizar el trabajo, pues de los veintiocho hombres que participan directamente en el proceso, doce realizan un trabajo físico intenso y agotador (representando el 43% del total de la fuerza productiva), estos son los ocho trabajadores y los cuatro estibadores.

La distancia que existe entre la maquinas y el punto más lejano donde se colocan los bloques es de 150 m, y el punto más cercano se encuentra a 20 m, las dimensiones del ancho de un tablero son 45 cm, en cada carretilla caben 2 tableros, a razón de 16 bloques de 10 cm y 10 de 15 cm, el peso de un bloque de 10 cm es de 22 lb. que al multiplicarlo por 16 que es el número de bloques por carretilla es de 352 lb. y el de 15 cm pesa 36 lb., que al multiplicarlas por 10 que es la capacidad de la carretilla suman 360 lb. Lo que demuestra el elevado esfuerzo físico que debe realizar un carretillero para realizar su faena, y aunque en las primeras horas el ritmo del proceso va en ascenso llega un momento donde el cansancio comienza a hacer efecto y entonces a partir de ahí empieza a decrecer el ritmo de la producción, lo que demuestra que a medida que va pasando el tiempo el obrero irremediablemente se va agotando, sus energías van disminuyendo y por ende el ritmo de la producción disminuye de manera lineal a su desgaste físico. Quedando demostrado que es muy difícil recuperar el tiempo perdido por las roturas incrementando la carga de trabajo.

El tercer factor que incide directamente en los resultados a alcanzar en el proceso productivo, está relacionado con la existencia o no de buenas condiciones climáticas, específicamente relacionadas con la lluvia. El patio donde se colocan los bloques de 10 y 15 cm. no tiene techo ni suelo pavimentado, provocando que en épocas de lluvia se afecte la producción, específicamente porque mientras esté lloviendo no se puede producir pues se dañarían los bloques debido a su norma de calidad y por otra parte al no estar pavimentado el suelo, el terreno se pone fangoso y se acumula el agua, y entonces los carretilleros tienen que realizar un mayor esfuerzo físico para desplazarse con la carga, provocando una disminución acelerada de su energía y por ende del ritmo del proceso productivo.

Todo lo descrito en este epígrafe constituyen deficiencias que llegan a tener las máquinas ponedoras de bloques estacionarias al transcurrir los años así como deficiencias al proyectar y organizar un taller de producción de bloques, muy importantes y a tener en cuenta por parte de los inversionistas y de los productores.

Selección de la máquina de fabricar bloques y caracterización de sus deficiencias

Desde hace algunos años, el proceso de importación en Venezuela se ha vuelto más complejo, lo que hace que hoy en día, el proceso de adquisición de divisas del estado para la importación, involucre una cantidad de requisitos que muy pocas empresas públicas y privadas son capaces de cumplir. Todo esto se traduce en que importar un producto sea bien limitado en las condiciones actuales.

De los 3 tipos de máquinas para fabricar bloques que se mencionaron al inicio del trabajo, las manuales requieren más esfuerzo del operario pero son menos costosas, típicas para la pequeña y mediana empresa.

Pero hay otros motivos, además del factor humano, como lo es el acceso a estas máquinas por los pequeños productores, con lo cual se favorece la formación de la pequeña y mediana empresa.

Este tipo de máquinas tiene ventajas entre las cuales se puede señalar:

• No requieren para su operación una mano de obra calificada.

• No tienen altos costos de producción y para su fabricación no se requieren talleres especializados.

• Se pueden mover fácilmente al lugar donde se van a construir las viviendas y fabricar los bloques en dicho lugar.

• Son las más proclives a automatizar.

• Son las de configuración más sencilla y menor peso.

• No se necesitan plataformas para el traslado de los bloques producidos.

Como desventaja se puede señalar la siguiente:

• Para la producción se necesita una losa de hormigón de grandes dimensiones. La losa es costosa y sus dimensiones deben ser de acuerdo a la producción.

El proceso de fabricación de bloques con las máquinas ponedoras consta de las siguientes operaciones principales:

• Llenado del molde con el hormigón.

• Enrasado del hormigón sobre el molde.

• Compresión y vibración del hormigón dentro del molde.

• Elevación del molde y del macho que comprime el hormigón.

• Traslación de la máquina para comenzar los nuevos bloques.

La vibración puede estar acompañando el enrasado, la compresión e incluso ser una operación posterior a ésta última, todo depende del tipo de tecnología empleada.

En visitas efectuadas a distintas fábricas de bloques en el Estado Aragua, Venezuela y en Villa Clara, Cuba, se pudo apreciar que las operaciones que generan mayor esfuerzo humano en las máquinas ponedoras manuales son:

• El enrasado del hormigón sobre el molde.

• La elevación del molde y del macho que comprime el hormigón.

Por todo lo anterior, uno de los problemas a resolver es la operación del enrasado así como la elevación del molde y del macho que comprime el hormigón y deben ser objetivos de próximos trabajos.

De forma general los componentes básicos de las máquinas Ponedoras de Bloques son: Estructura, Sistema Vibrador, Bandeja, Palanca Extractora, Molde y Macho Compresor.

En la Figura 1 aparecen varias imágenes de máquinas ponedoras manuales que poseen todas las características para ser seleccionadas y mejoradas pues no cuentan con ningún grado de automatización.

Figura 1 Ejemplos de máquinas ponedoras manuales.

El precio de estas Máquinas en el mercado de Venezuela oscila de 16,000.00 a 22,000.00 Bs.F, es decir, aproximadamente (1,600 a 2,200 €)

Selección del Molino Triturador

Para la selección del sistema de trituración se debe tener en cuenta cuatro aspectos principales: – Propiedades mecánicas del material a triturar.

– Tamaño de las partículas a obtener.

– Grado de trituración o reducción de tamaño.

– Costo de los equipos.

Entre las propiedades mecánicas más importantes a tomar en consideración se encuentran la dureza y la resistencia a la compresión del material a procesar. En esta parte del proceso la materia prima a utilizar son los pedazos de bloques de hormigón defectuosos; ello implica imposibilidad de presentar valores fijos (generales) de estas propiedades, pues ellas están relacionadas con las propiedades de la gravilla utilizada en la fabricación del bloque original, así como de la pasta de cemento; pero en cualquiera de los casos pueden considerarse como materiales duros y de alta resistencia a la compresión, lo que implica la posibilidad de uso de trituradoras clásicas como lo son: de Bolas, Rotor, Conos y Mandíbula.

El tamaño de las partículas a obtener y el grado de reducción, están estrechamente relacionados. Este último puede ser calculado mediante la expresión matemática (1), [8,9]:

En la Figura 2 aparece una imagen y la representación esquemática de una trituradora que puede ser seleccionada.

Figura 2 Foto y representación esquemática de un molino de rotor.

Tecnología Integral

Al describir los principales aspectos de las máquinas ponedoras de bloques así como de los molinos trituradores, se han descrito los dos elementos más importantes de la Tecnología Integral, ésta se describe como sigue:

La producción de la máquina ponedora puede dividirse en dos: los bloques de buena calidad que van a la venta y los bloques defectuosos. Como se explicó en epígrafes precedentes la producción defectuosa en muchos talleres se considera un dinero perdido y se encuentra ocupando un espacio necesario para el taller, lo cual se pudo constatar en las visitas realizadas a talleres tanto en Cuba como en Venezuela.

Esta tecnología propone reutilizar los estos bloques defectuosos, triturándolos en un molino de rotor para obtener grava y en menor proporción arena, materiales que pueden emplearse en la producción de nuevos bloques o sencillamente darle otros usos. De esta manera se cerraría el ciclo de producción de estos elementos constructivos con la menor afectación económica posible.

Otra arista de esta tecnología lo constituye el hecho que el molino reciclador no sólo muele bloques defectuosos sino que puede reciclar otros materiales que pueden servir para la construcción. También éste molino puede dar servicio a otras fábricas de bloques de la zona. Estas dos opciones permiten justificar en buena medida la adquisición del molino pero indudablemente debe hacerse estudio minucioso de los costos y de las posibilidades de trabajo que pueda tener en determinada zona.

En la Figura 3 se muestra una representación esquemática de la tecnología propuesta.

Figura 3 Representación esquemática de la tecnología propuesta.

Conclusiones

Se han descrito los beneficios al medio ambiente que trae la producción de bloques frente a la producción de ladrillos la cual aún se encuentra muy arraigada en la sociedad actual. También se hizo referencia a las bondades que traen para el medio ambiente la técnica y exigencias del ecodiseño, así como las realidades del despilfarro que hoy aún llevan los países desarrollados, demostrándose al mismo tiempo las desigualdades imperantes y la falta de solidaridad a nivel mundial.

Fueron caracterizadas las máquinas ponedoras manuales de bloques y los molinos trituradores que unidas en una Tecnología Integral pueden aportar beneficios económicos, sociales, humanos y medioambientales, que pueden ser organizados y dirigidos por la pequeña y mediana empresa.

En resumen la tecnología propuesta es una tecnología "limpiadora" y apropiable", posibilitadora de la autoconstrucción y generadora de nuevas fuentes de trabajo.

Referencias Bibliográficas

[1] Berretta Horacio, Arguello Ricardo, Gatani Mariana, Gaggino Rosana."Nuevos materiales para la construcción: los plásticos reciclados". En: Seminario Iberoamericano de Tecnología de Materiales. Subprograma VIII Ed. CYTED. La Habana, Cuba. 2005. Edición digital.

[2] De: http://www.imcyc.com/ct2008/oct08/sustentabilidadimgs.htm

[3] Cambiarán ladrillo por bloque de cemento para disminuir contaminación. Tomado del diario Informador.com.mx, Guadalajara, Jalisco, Jueves, 30 de Junio de 2011. De: http://www.informador.com. mx/jalisco/2008/20665/1/cambiaran-ladrillo-por-bloque-de-cemento-para-disminuir-contaminacion.htm

[4] De: http://www.mailxmail.com/curso-metodologia-diseno/medio-ambiente

[5] De: http://tdd.elisava.net/coleccion/11/cunillera-es

[6] Pérez Luzardo, José Manuel, Aprovechamiento de los escombros para materiales de construcción. Biblioteca de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 2009.

[7] Rivas Carmenate y Estrada Sánchez: "Aplicación de técnicas de planeación económica financiera en la Cantera José Rodríguez" en Observatorio de la Economía Latinoamericana, Nº 141, 2010. Texto completo en http://www.eumed.net/cursecon/ecolat/cu/2010/rces.htm)

[8] Andreiev, S. E y otros. Trituración, desmenuzamiento y cribado de minerales. MIR, Moscú, 1980.

[9] Shubin, S. y Pedre, C., Diseñó de maquinaria industrial, E.P.E, la Habana 1988.

[10] Norma Cubana NC 251, 2005.

[11] Mendoza Díaz, I., Esquema de trituración de escombros para la ciudad de Santa Clara. Tesis presentada para obtención del grado científico de Doctor, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2003.

Agradecimientos:

Agradecemos las atenciones recibidas y el tiempo dedicado por parte de los directivos y operarios en las visitas a los talleres de fabricación de bloques realizadas en el Estado de Aragua, Venezuela y en la provincia de Villa Clara, Cuba.

Autor:

Ing. Nydia Esmeralda Arrieta Noriega.

Dr. César Alberto Chagoyén Méndez.

Dr. Idalberto de la C. Mendoza Díaz.