Ahorro de energía térmica

La fabricación del cemento es un proceso que requiere gran cantidad de energía. Una etapa básica es la transformación de las materias primas terrosas (CaCO3, arcilla y/o esquisto) en clinker (minerales cementosos sintéticos) dentro del horno. Generalmente, se usan los gases de escape del horno para precalentar las materias primas antes de que entren en el mismo. En la zona de combustión del horno continúa el calentamiento, hasta unos 1.500°C, donde los materiales se funden y reaccionan parcialmente para formar el clinker. Se requiere un proceso posterior para convertir este último en cemento.

El control convencional de un horno de cemento requiere los servicios de un operador que debe interpretar constantemente las condiciones del proceso y efectuar frecuentes ajustes para los puntos de referencia deseados, establecidos por el controlador.

Esta tarea es bastante molesta, pero resulta aún más difícil por la complejidad de las respuestas y por las demoras e interacciones entre variables individuales del proceso. En consecuencia, el control convencional del horno impone un método conservador de funcionamiento, lo que conlleva temperaturas por encima del valor óptimo y, por tanto, un consumo de energía alto.

Gestión de la energía eléctrica

La producción de cemento opera las 24 horas del día, con una capacidad de reserva o redundancias instaladas muy limitadas. Por consiguiente, la mayor parte del equipo ha de funcionar en ese lapso de tiempo o, si hay otras limitaciones, durante las horas del día como en la cantera. Los grados de libertad disponibles para el uso de energía eléctrica son limitados y están restringidos al área de trituración del cemento. En este aspecto, la planificación, es decir, la decisión de cuándo se ha de producir una cierta calidad de cemento y en qué molino, se realiza manualmente según reglas heurísticas y siempre confiando en la experiencia del operador. Sin embargo, los numerosos molinos, calidades y silos, además de las diversas limitaciones operativas y contractuales, hacen que este problema sea muy complejo. Con frecuencia la opción elegida por el operador dista mucho de ser la óptima. La siguiente solución utiliza una tecnología que permite la planificación optimizada (ver siguiente figura).

En la figura 1 se presenta una secuencia típica de on/off de un molino
para una gestión eficaz de la energía eléctrica.

Utilizando las previsiones de pedidos de clientes y de precios de la energía, el algoritmo produce un programa de referencia para todo el funcionamiento de la planta de trituración, definiendo qué y cuándo ha de producir cada molino.

Aquí, el modelado funcional representa los costos asociados al consumo de electricidad y la cantidad de cemento de baja calidad producido. La reducción del costo eléctrico se consigue produciendo durante los períodos de tiempo de tarifas eléctricas bajas y asegurando que no se excedan los umbrales contratados de máxima potencia eléctrica. El cemento de baja calidad se reduce penalizando el número de cambios de producción.

Además de las limitaciones físicas impuestas por la capacidad de los silos y la disponibilidad de los molinos, han de considerarse otras limitaciones:

• Tiempo de transición: Un cambio en la calidad que está produciendo un molino puede causar una demora durante la cual la producción del horno es conducida a un silo especial.

• Cumplimiento de pedidos: Como entrada, el algoritmo de optimización requiere las previsiones de ventas para cada calidad de producto. Si no se puede realizar completamente la previsión de las ventas, el algoritmo elegirá la calidad que se ha de producir en primer lugar de acuerdo con una clasificación determinada.

• Sistema de transporte: Tanto si es mediante cintas transportadoras, elevadores de cangilones o sistemas aéreos, en el sistema existen limitaciones para el transporte del cemento desde los molinos hasta los silos. Por ejemplo, podría haber tres molinos pero tan sólo dos rutas de transporte independientes. Sin embargo, varios molinos pueden descargar la misma calidad de cemento en la misma ruta de transporte. Por otro lado, una ruta puede servir únicamente a un silo, y los silos pueden ser servidos por sólo una ruta al mismo tiempo.