Proceso de Fabricación

ASOCIACIÓN TÉCNICA DE EMULSIONES BITUMINOSAS

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PROCESO DE FABRICACIÓN

1. INTRODUCCIÓN
2. TIPOS DE PRODUCCION
3. ELEMENTOS DE UNA PLANTA DE FABRICACION DE EMULSIONES

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1. INTRODUCCION

En la confección de emulsiones bituminosas intervienen numerosos factores que hay que aprender a dominar, todos encaminados a logar un grado de compatibilidad entre el betún y lógicamente el agua. Los principales agentes que actúan en este proceso son los siguientes:

 

Emulsionabilidad del betún. No todos los betunes son igualmente emulsionables; es conocido que hay betunes que emulsionan con mucha más facilidad que otros. Entre otras razones la principal es su composición química que determina su carácter más o menos polar, acidez, basicidad , contenido en sales y afinidad. Tradicionalmente betunes venezolanos por ejemplo son muy fácilmente emulsionables, mientras que betunes maya Mejicanos o Arabias ligeros, tienen más dificultad en obtener un producto de iguales características.

 

Energía. Para la producción de una emulsión bituminosa es necesario un aporte de energía que sea capaz de dividir el betún en pequeñas gotas. Esta energía de cizalla se puede llevar a cabo con diferentes medios. En los tiempos iniciales de estos productos, normalmente consistía en una hélice que giraba a velocidad alta o moderada. Actualmente existen varios tipos de equipos que proporcionan la energía, como los mezcladores estáticos, molino coloidales, equipos de ultrasonido, homogeneizadores de alta presión, etc. Los más utilizados actualmente son los molinos coloidales que consisten en dos superficies generalmente ranuradas, girando una o las dos, y con una distancia entre ellas muy reducida (milímetros o décimas de milímetro), de forma que el betún junto al agua reciben una cizalla muy eficiente que permite la emulsificación del sistema.

 

Temperatura. Evidentemente la emulsión es un producto líquido, y sus componentes en el momento de la emulsificación también lo deben ser, por lo que el betún es calentado hasta encontrar un máximo de viscosidad para que fluya apropiadamente. Un valor típico aceptado es de 2 poises, que suele marcar la temperatura mínima de bombeo de un betún. Dependiendo de la dureza y/o modificación del betún esta temperatura oscila entre 110-160ºC. Por otro lado, el agua, o fase acuosa se calienta entre 40-70ºC, para disolver a los emulgentes y para facilitar el proceso y no tener un choque térmico excesivo cuando entran en contacto ambas fases.

 

Presión. Si estamos trabajando en un sistema cerrado y a temperaturas que puedan superar los 100ºC, debido a la presencia de agua, necesitaremos normalmente presión para que no se produzcan fenómenos de cavitación. Esto implica que lo equipos a utilizar (líneas mólinos, etc) deban estar preparados para trabajar con presión moderada (no mayor de 5kg/cm2 normalmente). Si tenemos la posibilidad de jugar con la presión, esto nos puede facilitar el aumento de temperaturas de betún y agua, con lo que el proceso de emulsificación suele salir beneficiado.

 

Emulgentes. Tal vez el más importante parámetro para fabricar una emulsión ya que constituye el nexo entre el betún hidrófobo y el agua. Existe una gran variedad de productos, que aparte de facilitar en mayor o menor medida el proceso de emulsificación, definirán las características y tipología final de la emulsión. Durante el proceso de fabricación el emulgente se incorpora tanto en el agua (constituyendo lo que se denomina fase acuosa) como en el betún, dependiendo de su naturaleza o efecto. Su dotación se suele ajustar para el fin propuesto, y no hay una regla universal para ellos; hay emulsiones bituminosas que utilizan solamente un 0.05% de emulgente mientras que otras recurren a dotaciones hasta el 3.00%. Si el emulgente se introduce en la fase acuosa, normalmente es necesaria que la temperatura de la fase acuosa sea superior a la ambiente para facilitar su disolución.

 

 

 

 

2. TIPOS DE PRODUCCION

 

CLASIFICACIÓN POR MÉTODO DE FABRICACIÓN

 

Producción continua. En esta modalidad el proceso se realiza de modo que todos los componentes se inyectan en línea y pasan por el elemento cizallador, provenientes de tanques de almacenamiento con suficiente capacidad, de modo que la emulsión se va obteniendo de forma continua sin paradas. Este tipo de fabricación ofrece grandes capacidades de producción, sobre todo si la instalación está dotada de equipos automatizados. Un esquema del proceso se recoge en la siguiente figura.

 

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PLANTA CONTINUA

 

 

Producción discontinua o "batch". En esta ocasión el proceso se realiza en cantidades finitas; se preparan los componentes de la emulsión en tanques de una capacidad determinada y posteriormente se envían todos al elemento cizallador. Una vez agotados, se deben preparar de nuevo con lo que la producción se detiene. La capacidad de fabricación, suele ser menor que en el caso anterior, pero a cambio gana algo más en versatilidad.

 

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PLANTA DISCONTINUA

 

 

Producción "batch" en continuo. Es una variante del caso anterior, con la peculiaridad de que los tanques intermedios de preparación de componentes, son más de uno, con lo que se logra que mientras se está agotando el primero, se prepara el componente en el segundo, de forma que la producción no se suspende. Aúna las ventajas de los dos sistemas anteriores.

 

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PLANTA DISCONTINUA-CONTINUA

 

 

 

- CLASIFICACIÓN POR MÉTODOS DE CIZALLAMIENTO

 

Agitación con hélices sencillas. Es el método más antiguo, realizada en modo batch, donde en un tanque dotado con agitación de alta velocidad se vierten los componentes y se va realizando la fabricación.

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Molino coloidal. Es el método más extendido actualmente, ya que la tecnología aplicada a la producción de estos productos ha llevado a la generación de equipos con una alta eficacia y eficiencia. Son capaces de obtener producciones de hasta 50 toneladas/hora, con una calidad de tamaño de partícula de betún excelente.

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Mezcladores estáticos. No muy extendido aunque empiezan a existir plantas sobre todo para la producción de productos específicos, por ejemplo las microemulsiones bituminosas, y consisten en la utilización de elementos de mezclado insertados dentro de las líneas donde se mezclan los componentes a alta presión y temperatura. La productividad depende del diseño de la panta, y pueden llegar a ser alta.

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Homogeneizadores de alta presión. Basados en la técnica de los reactores de silbatos, consisten en pasar una pre-mezcla de los componentes a través de un orificio muy pequeño. La turbulencia y efectos de ultrasonido conseguidos en la cámara consiguen una excelente emulsión. La presión de trabajo en estos equipos es muy superior al resto ya que se llegan a alcanzar rangos de 500-1000 bares.

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Equipos mixtos. Es ciertamente frecuente encontrar combinaciones de alguno de los métodos anteriores sobre todo los molinos coloidales con mezcladores estáticos.

 

 

 

 

3. ELEMENTOS DE UNA PLANTA DE FABRICACION DE EMULSIONES

 

Los principales equipos que se suelen encontrar en la planta son:

 

Tanques de almacenamiento, tanto de producto final, como materias primas, betún, emulgentes, etc. Cada uno de ellos debe adaptarse tanto a la capacidad de producción de la planta como a las condiciones de almacenamiento, temperatura, forma, etc.

Equipos de producción, molinos, tanques intermedios, bombas, dosificadores, etc, constituyen el corazón de la planta

Equipos de carga/descarga, con los que se procede por un lado a cargar el producto acabado, y también a descargar materias primas.

Basculas.

Equipos auxiliares, como depuradoras de agua, desaladoras, intercambiadores, enfriadores, etc

Calderas para asegurar el calentamiento de los elementos, etc.

Laboratorio, para asegurar el control de calidad tanto del producto acabado como de las materias primas.

 

Todos estos elementos deben ser configurados para obtener el máximo rendimiento de la instalación, y también la máxima eficiencia energética.