Cemento portland - es sobre el semento portan PDF

Preview

Summary

es sobre el semento portan...

Description

Universidad Autónoma del Facultad de Química CEMENTACIÓN DE POZOS

“CEMENTO PORTLAND”

PRESENTA

PALACIOS GONZÁLEZ HÉCTOR LEONARDO PÉREZ HERNÁNDEZ ALEJANDRIA DEL CARMEN CÓRDOVA GARCÍA ESMERALDA GUTIÉRREZ GARCÍA CARLA YESENIA

Docente: Acosta Pérez Jorge Luis

INGENIERÍA QUÍMICA

OCTAVO SEMESTRE

Ciudad del Carmen, Campeche, México. del 2020

02 de febrero

ÍNDICE INTRODUCCIÓN------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 OBJETIVOS------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5 OBJETIVO GENERAL-------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS-------------------------------------------------------------------------------------------- 5

FUNDAMENTO TEÓRICO------------------------------------------------------------------------------------ 6 2.1

DEFINICIÓN--------------------------------------------------------------------------------------------------- 6

CONGLOMERANTE------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 1) CONGLOMERANTE AÉREO-------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2) CONGLOMERANTE HIDRÁULICO------------------------------------------------------------------------------------6 YESO------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6 I. YESO BLANCO------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 7 II. YESO ESCAYOLA--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 III. YESO ALÚMBRICO------------------------------------------------------------------------------------------------------7 CAL-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 CEMENTO PORLAND----------------------------------------------------------------------------------------------------------8

2.2 1.) 2.) 3.) 4.)

2.3

FABRICACIÓN------------------------------------------------------------------------------------------------ 9 MATERIA PRIMA. EXTRACCIÓN, TRITURACIÓN, SECADO Y MOLIENDA.------------------------------------9 HORNO------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 10 MOLINOS DE CEMENTO---------------------------------------------------------------------------------------------11 ALMACENAMIENTO Y SUMINISTRO DEL CEMENTO-----------------------------------------------------------12

PRINCIPALES COMPUESTOS DEL CEMENTO Y SUS FUNCIONES--------------------------------14

El silicato tricálcico 3CaO.SiO2 (C3S).-------------------------------------------------------------------------------------15 El silicato bicálcico 2CaO.SiO2 (C2S).--------------------------------------------------------------------------------------15 El ferrito aluminato tetracálcico 4CaO [Al2O3.Fe2O3] (C4 [A, F])-----------------------------------------------------16 El aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 (C3A).--------------------------------------------------------------------------------16 La cal libre (CaO) y la periclasa (MgO).----------------------------------------------------------------------------------16 Los compuestos de metales alcalinos-----------------------------------------------------------------------------------17 Escoria granulada de horno alto (S).-------------------------------------------------------------------------------------17 Pulzonasas (P, Q)-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 18 Cenizas volantes (V, W)-----------------------------------------------------------------------------------------------------19 Esquisto calcinado (T)-------------------------------------------------------------------------------------------------------19 Caliza (L, LL).------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 19 Humo de sílice (D)------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 20 Sulfato de calcio--------------------------------------------------------------------------------------------------------------21

2.4

CLASIFICACIÓN API Y ASTM----------------------------------------------------------------------------22

1.

Cemento Clase “A”.---------------------------------------------------------------------------------------------------22

2. 3. 4.

Cemento clase “B”----------------------------------------------------------------------------------------------------22 Cemento clase “C”.---------------------------------------------------------------------------------------------------23 Cemento clase “D”.---------------------------------------------------------------------------------------------------23

5. 6. 7. 9.

Cemento clase “E”.---------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 Cemento clase “F”.----------------------------------------------------------------------------------------------------24 Cemento clase “G” y “H"-------------------------------------------------------------------------------------------- 24 Cementos especiales.------------------------------------------------------------------------------------------------ 25

2.5

PROPIEADES FISICAS DE LOS CEMENTOS------------------------------------------------------------28

   

Finura o superficie específica---------------------------------------------------------------------------------------29 Consistencia normal (fluidez)---------------------------------------------------------------------------------------29 Densidad---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 30 Firmeza------------------------------------------------------------------------------------------------------------------30

   

Tiempo de fraguado--------------------------------------------------------------------------------------------------30 Falso fraguado---------------------------------------------------------------------------------------------------------31 Expansión en autoclave----------------------------------------------------------------------------------------------31 Resistencia a la compresión-----------------------------------------------------------------------------------------31

2.6  

LECHADA DE CEMENTO----------------------------------------------------------------------------------32 LECHADA CONVENCIONAL------------------------------------------------------------------------------------------33 LECHADA DE BAJA DENSIDAD--------------------------------------------------------------------------------------34

CONCLUSIONES---------------------------------------------------------------------------------------------- 36 BIBLIOGRAFÍA------------------------------------------------------------------------------------------------ 37

INTRODUCCIÓN La cementación de pozos es un proceso muy importante en la industria del petróleo que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestido, esta operación es fundamental en la perforación de un pozo, debido a que una deficiente operación de cementación conlleva a drásticas consecuencias en el pozo y todo lo relacionado a este. En este punto, el cemento es tal vez, la parte más importante en esta operación, pues es gracias a este conglomerante hidráulico, se forma una mezcla uniforme, maleable y plástica que se endurece al reaccionar con el agua, formando el denominado hormigón o concreto. Por ello, la calidad del cemento, así como sus propiedades son de vital importancia al momento de cementar el pozo, pues es gracias a eso que se puede llevar a cabo o no una cementación exitosa. s un proceso que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestido Si bien, existen diferentes tipos de cementos, los cuales varían tanto en su composición y/o propiedades, en este trabajo se abordará el cemento Portland, el cual es un tipo de cemento hidráulico, que, al realizarse la mezcla con áridos, agua y fibras de acero se produce una transformación en la cual obtendremos una masa muy duradera y resistente, denominada hormigón. El cemento Portland es el más se utiliza en la construcción y al ser un tipo de cemento hidráulico, su principal característica es la de fraguar y endurecerse al entrar en contacto con el agua. Suele poseer un color gris pizarra intenso o bien un color marfil pálido (en cuyo caso se hace llamar cemento blanco).

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Conocer las características principales del cemento, en específico el Portland, estudiando sus principales compuestos y funciones, así como las diferentes propiedades de los diferentes tipos de cementos, según su clasificación API o ASTM.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Entender el proceso de fabricación del cemento Portland 2. Estudiar las propiedades de los cementos, así como su clasificación de acuerdo con la API y ASTM.

FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1

DEFINICIÓN

CONGLOMERANTE En el sector de la construcción, se utiliza el término conglomerante para definir a toda una variedad de materiales capaces de adherirse a otros y dar cohesión al conjunto, por efectos de transformaciones químicas que se producen en su masa y que originan un nuevo conjunto, entre ellos, se encuentra el cemento portland. Dicho cemento entra en la categoría de conglomerantes hidráulicos, que son aquellos que amasados con agua endurecen al aire o bajo agua. En general, el proceso de fabricación de los conglomerantes consta, en síntesis, de un proceso térmico de las mezclas adecuadas de materias primas y, posteriormente, de una molienda fina de los materiales resultantes de la cocción con o sin adiciones. 1) CONGLOMERANTE AÉREO Son los que mezclados con agua fraguan y endurecen en el aire, no siendo resistentes al agua. Los conglomerantes no hidráulicos precisan de agentes externos para endurecer, como la cal, que requiere la presencia del anhídrido carbónico, presente en la atmósfera para formar carbonato cálcico. 2) CONGLOMERANTE HIDRÁULICO Éstos, después de ser amasados con agua, fraguan y endurecen tanto al aire como sumergidos en agua, siendo los productos resultantes estables en ambos medios. Por fraguado se entiende la trabazón y consistencia iniciales de un conglomerante; una vez fraguado, el material puede seguir endureciéndose. YESO Este conglomerante se obtiene del Aljez o piedra natural del yeso, constituida por sulfato cálcico dihidratado. Arrancando el Aljez de las canteras, se tritura y se le somete a cocción para extraerle, total o parcialmente, el agua de cristalización que contiene en estado natural, convirtiéndolo en sulfato cálcico hemihidratado o anhidro. Finalmente, se muele el producto resultante. Es por lo común, un material blanco, compacto, tenaz y tan blando que se raya con la uña.

Los yesos se clasifican en hemihidratados y anhidros, siendo los primeros los más empleados en la construcción; los yesos negros y blancos pertenecen a este grupo. Mientras que a los anhidros pertenecen los yesos hidráulicos y alúmbricos. I.

YESO BLANCO

El sulfato de calcio hemihidratado, alfa y beta, se obtiene por deshidratación parcial del sulfato cálcico dihidratado a una temperatura ligeramente por encima de los 100ºC, la variedad Alfa se produce a presión elevada y la beta en atmósfera ambiente. Ambas formas cristalizan en el mismo sistema cristalino romboédrico, pero presentan propiedades físicas y microestructurales diferentes; la alfa es más compacta que la beta. El sulfato de calcio hemihidratado Alfa se conoce como yeso alfa y necesita una relación agua/yeso de 0,3-0,4 para su amasado dando productos duros y resistentes. Contiene un 80% de sulfato de calcio hemihidratado, está bien molido y se emplea para enlucir las paredes, estucos y blanqueados. II.

YESO ESCAYOLA

El sulfato de calcio hemihidratado beta se denomina escayola y para su amasado requiere de una relación agua/yeso de 0,8 para dar productos más porosos que el alfa, por lo que se suele mezclar industrialmente para dar los yesos multifase o yeso de construcción. III.

YESO ALÚMBRICO

Se obtiene sumergiendo la piedra de yeso durante 6 horas en una disolución al 12% de alumbre, a una temperatura de 35°C, se deja secar al aire, vuelve a calcinar al rojo oscuro y se muele finamente. CAL Mediante la calcinación o descomposición de las rocas calizas calentándolas a temperaturas superiores a los 900° C se obtiene la llamada cal viva, compuesta fundamentalmente por óxido de calcio.

CEMENTO PORLAND Se les denomina cemento a los conglomerantes hidráulicos que, amasados con agua, fraguan y endurecen sumergidos y este líquido, y son prácticamente estables en contacto con él. Para este caso, el cemento Portland es el material de construcción compuesto de una sustancia en polvo que, mezclada con agua u otra sustancia, forma una pasta blanda que se endurece en contacto con el agua o el aire; se emplea para tapar o rellenar huecos y como componente aglutinante en bloques de hormigón y en argamasas. De forma más específica, es el producto obtenido por mezcla íntima de calizas y arcillas, cocción de la mezcla hasta la sinterización y molienda del producto resultante, con una pequeña adición de yeso, a un grado de finura elevado. El Clinker de cemento Portland está compuesto principalmente por silicato tricálcico (SC3), silicato bicálcico (SC2), aluminato tricálcico (AC3) y aluminoferrito tetracálcico (AFC4), además de componentes secundarios como el yeso, los álcalis, la cal y la magnesia. El cemento Portland es un conglomerante o cemento hidráulico que cuando se mezcla con áridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es preciso mencionar que esta clase de cemento es el más usual en la construcción y es utilizado como conglomerante para la preparación del hormigón o concreto. Algunas de las características que hacen que este cemento sea tan popular es que como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

2.2

FABRICACIÓN

Básicamente la fabricación consiste en: A. Obtención, almacenamiento y preparación de materias primas (caliza, marga, arcilla) que son finamente molidas para obtener el crudo. B. Cocción del crudo en un horno rotatorio hasta temperaturas de 1,450°C (2,000°C de temperatura de llama) para la obtención de Clinker de cemento. C. Molienda conjunta del Clinker con otros componentes (cenizas volantes, escoria, puzolana natural, yeso, etc.) para obtener el cemento. D. Almacenamiento, ensacado y expedición de cemento.

1.) MATERIA PRIMA. EXTRACCIÓN, TRITURACIÓN, SECADO Y MOLIENDA. Los componentes principales del cemento portland son: CaO, sílice, óxido de hierro y alúmina, del clínker y el sulfato cálcico añadido en la fase final de la molienda.

Las

materias

primas

aportan,

además,

otros

compuestos

secundarios como óxidos de magnesio, sodio y potasio. Por tanto, hay que conseguir unas materias primas que contengan estos componentes. 1.1)

Materia prima

En la tierra existe carbonato cálcico en forma de caliza, marga o creta. La sílice, el óxido de hierro y la alúmina se encuentran en la arena, pizarra, arcilla, mena de hierro, etc. También se pueden emplear subproductos y residuos como sustitutos parciales de las materias primas naturales. La extracción de las materias primas naturales se hace en canteras, normalmente, a cielo abierto próximas a la planta (caliza, marga y arcilla). Las operaciones

de

extracción

incluyen

perforación

de

rocas, voladuras,

excavaciones, acarreo y trituración. Después de la trituración primaria, las materias

primas

se

transportan

almacenamiento y homogeneización.

a

la

planta

de

cemento

para

su

1.2) Molienda de materia Un crudo de composición química homogénea se consigue dosificando las materias primas que se alimentan al molino con exactitud. Esto es importante para un buen funcionamiento del horno y para la eficiencia energética del sistema de molienda. El equipo de dosificación de las materias primas a los molinos más habitual consta de tolvas intermedias, con extracción sobre básculas dosificadoras y un alimentador de banda para introducir el material al molino. Las materias primas, en proporciones controladas, se muelen y se mezclan juntas para formar una mezcla homogénea con la composición química requerida. Para los sistemas de horno seco y semiseco, los componentes de las materias primas se muelen y se secan hasta lograr un polvo fino, haciendo uso principalmente de los gases calientes de salida del horno o del aire de salida del enfriador de clínker. Los hornos de vía húmeda o semihúmeda emplean la molienda húmeda. Los componentes de las materias primas se muelen junto con agua añadida para formar una pasta. Para lograr la finura requerida de la pasta suelen utilizarse los sistemas de molienda en circuito cerrado. 2.) HORNO La química básica del proceso de la fabricación del cemento empieza con la descomposición del carbonato cálcico (CaCO3) a unos 900ºC dando óxido cálcico (CaO) y liberando dióxido de carbono (CO 2); este proceso se conoce como calcinación o descarbonatación. Sigue el proceso de clinkerización en el que el óxido de calcio reacciona a alta temperatura (1,400– 1,500°C) con

sílice, alúmina y óxido de hierro para formar los silicatos, aluminatos y ferritos de calcio que componen el clínker. El clínker se muele juntamente con yeso y otras adiciones para producir el cemento. 2.1)

Cocción del clíker

Para la fabricación de clínker, el crudo (o harina), o la pasta en la vía húmeda, se lleva al horno en donde se seca, se calcina y se sinteriza para producir clínker de cemento. El clínker se enfría con aire y luego se almacena. En el proceso de formación del clínker (también llamado clínkerización o sinterización) las temperaturas del material en el horno se encuentran en el rango de 1,400-1,500 °C, que se corresponden con unas temperaturas de llama de 2,000 °C. La reacción de clínkerización se realiza en condiciones oxidantes. Por lo tanto, se requiere un exceso de aire en la zona de clinkerización. 2.2)

Enfriadores del Clíker

Los enfriadores tienen dos tareas: 1) Reducir la temperatura del clínker. Los enfriamientos rápidos son beneficiosos para el clínker (molturabilidad y reactividad). 2)

Recuperar el calor del clínker caliente (el clínker sale del horno a una temperatura de alrededor de 1,450°C) para el precalentamiento del aire empleado en la combustión en el quemador principal del horno.

3.) MOLINOS DE CEMENTO 3.1)

Molienda y almacenamiento de los componentes del cemento

Los c...