ANTECEDENTES .-
Desde el momento en que la industria desarrolla diversos productos químicos, con el fin de mejorar algunas propiedades de los hormigones y morteros, se presenta la necesidad de desarrollar unas instalaciones que permitan realizar el proceso de una forma segura y fiable.
En los primeros tiempos no había criterios comunes de cómo realizar la dosificación y cada empresa resolvía su situación de forma más o menos efectiva .
Conocemos, desde la utilización totalmente manual de una vasija de medida, hasta sofisticadas y costosas instalaciones más propias de una fábrica de proceso químico .
Según nuestra experiencia, es a partir de principios de los años ochenta, cuando en nuestro país hay una verdadera expansión en la utilización de aditivos en hormigones y morteros.
Debido a la dificultad de introducir novedosos productos químicos, y demostrar su utilidad y fácil aplicación , los fabricantes de aditivos comercializan sus productos ofreciendo al cliente también la instalación para su dosificación. Esta tendencia ha seguido hasta nuestros días, compitiendo entre ellos por ofrecer las mejores y más actualizadas instalaciones.
Todavía son muy pocos los fabricantes de hormigones, morteros ó prefabricados que opten por adquirir por su cuenta el dosificador de aditivos.
Nuestra empresa ha sido en España la primera, que de forma externa, sin estar ligada a ningún grupo o fabricante de productos químicos ha ofrecido equipos para estos procesos concretos.
La experiencia y el desarrollo tecnológico acumulado en estos años, nos permite presentar unos equipos de primera línea, que se empiezan a exportar, con resultados positivos.
NORMALIZACIÓN.-
No existe una normativa clara sobre las características que debe reunir una instalación de dosificación. Unicamente en los artículos nº 29 y 69 de la norma E.H.E expone unas recomendaciones de carácter general :
29.1 Los aditivos se transportarán y almacenarán de manera que sus propiedades no se vean afectadas por factores químicos ó físicos ( heladas, altas temperaturas, etc.
69.2.2. Los aditivos líquidos y los pulverulentos diluidos en agua se deben almacenar en depósitos protegidos de la helada y que dispongan de elementos agitadores para mantener los sólidos en suspensión.
.
69.2.3. Los dosificadores para aditivos estarán diseñados y marcados de tal forma que se pueda medir con claridad la cantidad de aditivo correspondiente a 50 kilogramos de cemento.
Se recomienda utilizar un dosificador diferente para cada aditivo. En caso contrario, antes de hacer el cambio de aditivo deberá limpiarse el sistema dosificador, excepto en el caso de que los diferentes aditivos sean compatibles entre sí.
69.2.4. Los aditivos pulverulentos deberán ser medidos en peso y los aditivos líquidos ó en pasta en peso ó en volumen. En ambos casos la tolerancia será de ± 5% del peso ó volumen requeridos.
Según este texto, cualquier sistema elegido para dosificar aditivos es adecuado, por peso o por volumen en el caso de líquidos y exclusivamente por peso en caso de pulverulentos.
Cualquier equipo del mercado cumple sobradamente las exigencias de precisión dictadas por la norma.
CARACTERISTICAS COMUNES DESEABLES EN LOS EQUIPOS DOSIFICADORES CUALQUIERA QUE SEA EL SISTEMA ELEGIDO.
Cualquier sistema de dosificación elegido deberá cumplir unos requisitos de calidad, fiabilidad y seguridad que lo hagan operativo y de mínimo mantenimiento.
CALIDAD :
Todos los componentes de los equipos serán de calidad constrastada,
rechazando los que por su aparente baratura pueden en principio parecer suficientes, está demostrado que los problemas y averías que producen resultan a la larga mucho más costosos.
Se exigirá a los fabricantes de los componentes principales certificados de calidad y ensayos de materiales, así como un sistema de control de la producción que garantice una uniformidad y constancia en la calidad.
FIABILIDAD:
Aunque la fiabilidad viene derivada, en parte, de la calidad de los componentes, se debe tener en cuenta que el sistema conjunto debe aportar una seguridad de funcionamiento, buscando el sistema de dosificación más adecuado al aditivo que se debe medir y la planta en la que va a ser instalado.
En general hay que prever unos principios básicos:
- El sistema debe tener eficaces elementos filtrantes de aditivo, que
eviten el que lleguen impurezas a accesorios que se averían por esta causa.
- Asimismo se debe disponer de un sistema de lavado con agua para limpiar frecuentemente el circuito.
- Los armarios de maniobra eléctricos deben llevar fusibles y protectores térmicos para los motores.
SEGURIDAD :
No se debe olvidar el concepto de seguridad del personal, equipando
todos los elementos eléctricos con una buena toma de tierra.
Comprobar mediante ensayos reales la vida media de los plásticos de los vasos medidores y reponerlos cuando la degradación natural los puede hacer peligrosos.
COMPONENTES :
No es posible dar una regla fija del tipo de material adecuado para los aditivos, ya que la gran variedad de ellos hace que por ejemplo un material adecuado para trabajar con líquidos neutros no sea aceptable para los de Ph alcalino ó ácido , en cada caso se deberán estudiar los materiales óptimos.
Respecto a la densidad y viscosidad si pueden elegirse unos componentes óptimos, que puestos en el caso más desfavorable tengan un correcto funcionamiento, concretando entre los elementos principales que se usan en los equipos dosificadores relacionamos los que a nuestro modo deben proporcionar mejores resultados:
- Grupos motobomba con acoplamiento elástico, con motores trifasicos de alto par de arranque, y sobre dimensionados un 200%.
Deben permitir el trasiego de líquidos de viscosidades adecuadas al aditivo.
Bombas de engranajes.- Es un tipo de bomba volumétrica, o sea, de desplazamiento, funciona mediante el giro de unos engranajes o piñones que son movidos por un motor eléctrico. Sus cualidades de regularidad, silencio, autoaspirante y reversible las hace especialmente adecuadas para la mayoría de productos químicos de Ph cercanos a 7. No son adecuados para productos que puedan llevar arenas ó sólidos en suspensión que producen desgastes prematuros en piñones y retenes.
Bomba centrifugas.- Dada la variedad existente en el mercado se pueden encontrar bombas centrífugas , capaces de bombear productos de densidad 1,3 Kg/dm3 y viscosidades próximas a 1000 c.p. Como se construyen en diversos materiales , desde teflón ó plásticos, hasta acero inox. son adecuadas para muchos aditivos. Preferentemente deben ser autoaspirantes y con motores de pocas revoluciones y alto par de arranque.
Bombas neumáticas de doble diafragma.- Son las más adecuadas para el trasiego de productos especialmente difíciles, pastosos ó con sólidos en suspensión, la característica de no ser reversibles, el consumo de aire comprimido y su precio limitan la utilización.
Otras bombas : Algunas aplicaciones especiales exigen la instalación de bombas peristálticas, dosificadoras de pistón ó membrana, de husillo, etc.
CONTADORES:
Para medir la cantidad bombeada se puede establecer un parámetro de tiempo, pero da lugar a importantes imprecisiones en caso de no estar asegurado el suministro continuo y la regularidad de la bomba. Por ello se ha extendido de forma generalizada la medición del volumen circulado, mediante contadores de accionamiento volumétrico (ruedas ovaladas, disco oscilante ó pistón rotativo ), por imprecisión ó elevado coste, quedan descartados los de turbina, electromagnéticos , ultrasonidos y másicos..
Para automatizar la instalación, estos contadores emiten señales eléctricas en función del líquido que circula, que son recogidas por los ordenadores ó autómatas que a su vez actúan sobre la puesta en marcha ó paro del proceso. Los más adecuados proporcionan entre 10 y 100 pulsos por litro dosificado.
OTROS COMPONENTES
- Controles de nivel de muy bajo amperaje para evitar electrólisis en las sondas, que deberán ser de acero inox. 304 ó 316 .
- Protectores térmicos de motores de calidad, con el rango de amperaje adecuado al motor a proteger.
- Construcción de elementos plásticos ( vasos medidores, básculas etc. ) en PVC, polipropileno ó poliester
- Los elementos metálicos y tornilleria deberían ser de acero-inox.
- Los vasos medidores transparentes serán de policarbonato ó metracrilato, preferiblemente de fabricación por centrífugado. Normalmente son preferidos a los de vidrio Pyrex ó similar.
- Válvulas de cierre de bronce ó inox., con estanqueidad de teflón del tipo de pistón con accionamiento neumático a 7 bars y amplia relación de diafragma para que no se queden “pegados” los asientos.
- Tuberías de polietileno, goma ó de PVC flexibles, de min. 10 atm. y con unos diámetros calculados conservadoramente, en función del caudal y viscosidad del aditivo.
- Las electroválvulas de aire, especialmente si el sistema de llenado ó vaciado es neumático deberán tener un paso suficiente para permitir el caudal necesario en estas operaciones, con suficiente velocidad.
- Los equipos electrónicos es conveniente que sean de circuitos fácilmente intercambiables y disponer siempre de repuestos de los mismos .
CELULAS DE CARGA .-
Es una alternativa a la medición de volumen, en este caso una célula de carga extensiometrica emite una señal proporcional al peso del producto recogido en una tolva.
El principio de funcionamiento de la célula de carga es la variación de corriente producida por la tensión o deformación que sufre el material al cargarle una determinada masa.
Tienen la ventaja sobre los contadores de no tener piezas móviles y no estar en contacto con el líquido , en su contra la dificultad de calibración en ambientes con vibraciones ó viento y la rotura del circuito por un esfuerzo excesivo.
IMPORTANTES SITUACIONES A CONSIDERAR :
En zonas de interior ó frías donde la viscosidad de los aditivos puede llegar a ser muy elevada a causa de las bajas temperaturas se deberán prever sistemas de calefacción y de aislamiento de tanques y tuberías.
Téngase en cuenta que el equipo de mayor precisión controlada en banco de pruebas puede perder sus características si la instalación en planta no se realiza con los suficientes criterios técnicos y de calidad.
Lo mismo puede decirse respecto al mantenimiento y conservación , si a los operadores de planta no se les instruye convenientemente ( y se les dan los medios y facilidades para ello) un buen equipo dosificador puede verse arruinado en poco tiempo, con constantes averías y problemas.
SISTEMAS EN DESUSO.-
Algunos de los sistemas que se llegaron a utilizar de forma más o menos extensa, y que aunque actualmente muchos siguen en servicio, se consideran obsoletos, por lo limitado de sus prestaciones ó falta de seguridad. Algunos de ellos son :
- Dosificación mediante desplazamiento por aire comprimido del aditivo contenido en un recipiente.
- Detección magnética del nivel del vaso medidor.
- Dosificación temporizada con una bomba volumétrica.
- Automatización mediante varillas o sondas de nivel múltiples de altura prefijada.
- Vaciado de vasos de vidrio, metacrilato o policarbonato con aire comprimido.
SISTEMAS ACTUALES DE DOSIFICACION .-
A continuación desarrollamos los diversos sistemas dosificadores de utilización habitual.
CONTADOR VOLUMÉTRICO EMISOR DE PULSOS.
Consta esencialmente de:
1 .- Bomba especial para líquidos de alta viscosidad ( 1000 cp. ó superior), puede ser del tipo de engranajes, lóbulos, helicoidal, etc.
La mejor relación servicio-precio está en las de tipo de engranajes de construcción especial, con motores sobredimensionados y de alto par de arranque.
También puede emplearse cualquier otro tipo de bomba de características adecuadas al líquido de trasiego, son preferibles las de funcionamiento volumétrico, por su regularidad.
2 .- Contador volumétrico, deberá ser del tipo de pistón rotativo , ruedas ovaladas, ó pistón oscilante, ya que los electromagnéticos ó los másicos son de coste muy elevado, y por otro lado los de turbina no dan una precisión suficiente por las variaciones de viscosidad.
3.- Predeterminador o cuenta litros, donde se preselecciona manualmente ó a través de una señal de ordenador la cantidad a dosificar. Puede ser de cualquier tipo del mercado, de una calidad y garantía comprobada, con elemento divisor de impulsos y corrector de error.
Los equipos de última generación incorporan circuitos electrónicos con un amplio nivel de alarmas que chequean cualquier avería o anormalidad.
4.- Válvulas de cierre neumáticas, de pistón con alta relación de diafragma para evitar que queden atascadas.
5.- Tuberías y conexiones en PVC reforzado, polietileno o hierro galvanizado.
VENTAJAS :
- Sencilla automatización, los impulsos emitidos por el contador son recogidos directamente en los ordenadores que suelen tener programa preparado para ello.
- Precisión buena ( ± 1% ).
- Poco espacio ocupado.
INCONVENIENTES :
- Falta control de funcionamiento visual, al no existir un elemento donde se pueda comprobar el aditivo y la cantidad dosificada.
EQUIPO DE DOSIFICACION CON CONTADOR EMISOR DE IMPULSOS Y VASO MEDIDOR TRANSPARENTE:
Es un equipo similar al descrito anteriormente, en el que se añade un vaso medidor de policarbonato ó PYREX, donde se puede controlar visualmente la cantidad dosificada, sirve además de control de seguridad, al incorporar un control de nivel.
La carga y descarga del vaso se hace mediante una bomba reversible ó dos bombas independientes.
VENTAJAS :
- Mantiene buena precisión ± 1% .
- Seguridad de dosificación al permitir control visual.
- Permite hacer dosificaciones manuales por control visual.
- Compatible con los ordenadores y autómatas de planta.
INCONVENIENTES :
- Instalación más costosa y ocupa más espacio.
EQUIPO DE DOSIFICACION MEDIANTE VASO MEDIDOR CON ALTURA DE SONDA REGULABLE:
Aprovecha las propiedades conductivas de las soluciones acuosas para controlar el nivel mediante una sonda metálica, de altura regulable manualmente.
Es el modelo más simple y económico, consta de:
- Bomba de impulsión .
- Vaso medidor con control de nivel de altura variable.
- Vaciado por bomba ó gravedad.
Como en las anteriores se debe tener en cuenta que la construcción de la bomba de impulsión, así como el resto de los materiales deben ser los adecuados para el aditivo, sobre todo Ph, viscosidad, densidad, etc.
VENTAJAS :
- Sencillez y seguridad de funcionamiento.
- Control visual.
- Coste económico.
INCONVENIENTES :
- Es difícil llegar a precisiones que superen ± 4%, por ello se deben calcular los vasos medidores en función del volumen de aditivo a dosificar.
- La adaptación a equipos informatizados es parcial, ya que únicamente admiten una sola señal para la carga y otra para el vaciado, debiéndose variar la dosificación de forma manual.
EQUIPOS DOSIFICADORES MEDIANTE TRANSMISOR DE PRESION:
Es una evolución de los equipos de varilla, se basa en el control por un sistema transmisor de presión, proporcional a :la altura del líquido en el vaso.
Es conveniente que los vasos sean transparentes para seguir teniendo el control visual de la operación.
Con este sistema se eliminan las engorrosas calibraciones en obra de las varillas múltiples , y la señal de salida puede ser proporcional en mA, por lo que son fácilmente adaptables a los equipos informatizados.
VENTAJAS :
-Calibración de fábrica ó sencilla, mediante el corrector de error de la electrónica.
-Preselección manual mediante teclado, ó automática a través del ordenador.
INCONVENIENTES :
- Les afectan las variaciones de densidad de los aditivos.
-Costo superior a los de sondas.
-Ajustes preselección fijados en fábrica.
-Requiere limpiezas frecuentes para evitar que los restos de aditivos interfieran en la sensibilidad del transmisor.
-Electrónica más compleja, precisa de personal especializado para un ajuste o reparación.
EQUIPOS DOSIFICADORES POR PESAJE MEDIANTE CELULA DE CARGA:
Es un concepto totalmente diferente a los vistos hasta ahora, todos ellos de control volumétrico, ya que en los de báscula por propio concepto se controlan pesos.
Esencialmente consta de:
1 - Bomba de trasiego , del mismo tipo que los volumétricos.
Una alternativa puede ser la del desplazamiento neumático.
2 - Célula de carga por deformación metálica.
3 - Tolva de medida, el número de tolvas estará en función de los
aditivos que se necesitan controlar.
4 - Electrónica de control, con preselección para equipos autómatas
y con señal de salida, a ordenador proporcional en mA, ó impulsos.
Las electrónicas más evolucionadas disponen de sistema de corrección de error y tarado antes de cada pesada, con lo que se consiguen buenas precisiones.
5 - Vaciado por gravedad, electrobomba reversible, o independiente de la de carga.
Es conveniente que los vasos ó tolvas de líquido sean transparentes para permitir el control visual.La mayoría de estos equipos funcionan por pesada de la dosis seleccionada, en otros se opta por la medición en negativo, es decir partir de tolva llena y extraer la cantidad a dosificar.
VENTAJAS :
- Buena precisión, superior a ± 1%.
- Control directo de peso.
- Muy adecuados para controlar varios aditivos, únicamente se precisa una ó dos células de carga.
- Fácil adaptación a ordenador.
- Para 3 o más productos el costo se equipara casi a los de medición volumétrica.
INCONVENIENTES :
- Construcción más compleja y costosa.
- Sensibles a las vibraciones que se suelen producir en las plantas de hormigón.
- Puesta en marcha y montaje “delicado” precisan un ajuste y emplazamiento adecuado.
EQUIPOS DOSIFICADORES PORTATILES , PARA UTILIZACION TEMPORAL Y OBRAS.
En estos equipos priman la simplicidad de instalación y sencillez sobre cualquier otra consideración.
Aunque cualquier instalación se podría realizar de forma compacta y transportable, no es la que incluimos en este apartado.
Están construidos formando un conjunto compacto de bomba y vaso medidor, que por su ligereza se puede montar sobre un bidón o container.
Las características de la bomba de reversibilidad y autoaspirante permite actuar sobre un inversor de marcha carga-descarga, de la cantidad que se desea dosificar.
No esta previsto ningún automatismo, el operador debe comprobar en el vaso medidor graduando la cantidad a dosificar.
VENTAJAS :
- Simplicidad de instalación y manejo.
- Bajo costo.
- Poco mantenimiento.
INCONVENIENTES :
- Ausencia de automatismo, el operador debe visualizar continuamente la operación .
INSTALACIONES SOBRE CAMION
Algunos aditivos por sus características necesitan ser dosificados sobre la masa de hormigón pocos minutos antes de su puesta en obra, esto crea la necesidad de que el camión-hormigonera transporte su reserva de producto y el sistema para su descarga controlada.
En esta caso el equipo suele ser muy simple, se basa en un calderín con un nivel graduado y la descarga se realiza por desplazamiento con aire comprimido producido por el propio camión.
Normalmente es el conductor la persona que se hace cargo de esta utilización, por lo que se le debe asesorar convenientemente.
DOSIFICADORES EN CONTINUO:
Hasta ahora han hecho referencia siempre a instalaciones realizadas para la dosificación por ciclos ó amasadas ( batches ).
Entendemos por dosificación en contínuo la que se realiza a caudal constante prefijado, se emplean principalmente para alimentar máquinas de hormigón proyectado, en túneles, taludes, piscinas, depósitos etc.
La característica principal que deben reunir es la regularidad en el funcionamiento, ofreciendo un caudal ajustable y constante en todo momento.
Se pueden utilizar bombas dosificadoras, de pistón o membrana, a la que se les regula el caudal por variación de carrera.
Por su seguridad y robustez las más conocidas son las de tipo peristáltico o de tubo, ofrecen una capacidad de trasiego de casi cualquier líquido ó pasta y su mantenimiento es sencillo. La cantidad bombeada se regula por un variador de velocidad mecánico o eléctrico, por tratarse de una bomba volumétrica la curva de utilización es prácticamente plana, y el caudal esta en función de la velocidad de giro.
DOSIFICACION DE PRODUCTOS EN POLVO O FIBRAS :
Los productos pulverulentos deben ser dosificados por pesaje. La solución más habitual es transportar el aditivo almacenado en una tolva de capacidad reducida ( hasta 100 ¸ 150 lts.) mediante bandeja vibrante ó tornillo sin fin, de Arquímedes, hasta una tolva receptora provista de células de carga. El proceso se detiene al llegar a la cantidad prefijada, efectuando a continuación la descarga, normalmente por gravedad, abriendo una compuerta ó válvula de mariposa.
Debido a que muchos productos tienen tendencia a apelmazarse, adherirse a las paredes, o formar terrones, especialmente si son absorbentes de humedad, los equipos deben ir provistos de paletas removedoras y vibradores que facilitan el transporte.
La dosificación de fibras metálicas ó plásticas ofrece una especial dificultad, por su ligereza y difícil transporte, normalmente a nivel de usuario se utilizan unas bolsas con una cantidad establecida, que además son disgregables y se echan manualmente sobre la amasadora si se precisa automatizar su transporte y pesaje se realiza con bandejas vibrantes.
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