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Experiencias en Impresión 3D de Concreto en Guatemala

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Experiencias en Impresión 3D de Concreto en Guatemala

La tecnología de manufactura aditiva, o impresión 3D, utilizando materiales cementantes como principal insumo de impresión para construir elementos urbanos o soluciones habitacionales, ha cobrado relevancia en los últimos años. Para Progreso, incursionar en tecnologías o sistemas innovadores y disruptivos no es nada nuevo. Históricamente Progreso se ha distinguido por ser pionera en impulsar tecnologías en la región en diferentes campos. Por más de 120 años, ha aplicado tecnologías de punta en la producción de cemento, cal, concreto, agregados y otros materiales, en general, en soluciones para la industria de la construcción. Por esto mismo, a partir del año 2022, Progreso decidió adquirir una impresora de las dimensiones necesarias para poder imprimir un módulo de vivienda mínimo.

En relación a la impresora 3D de Progreso, es del tipo denominado “Gantry”, de la marca danesa COBOD y es la primera de esta marca operando en Latinoamérica. En general, permite construir objetos de pequeña y gran escala, con la capacidad y el potencial de construir geometrías especiales que no se logran con la colocación convencional de concreto utilizando moldes o formaletas. El área de impresión es de 7.04 m x 7.07 m x 5.62 m con capacidad de colocación hasta 3.6 m³/h; imprimiendo capas de 50 mm x 20 mm, no obstante, puede cambiar dependiente la boquilla que se utilice.

Con relación al material, se utiliza una “tinta” especial, básicamente un concreto de características ideales que permite la colocación de capas horizontales sobrepuestas, de tal manera que se construyen los objetos progresivamente, garantizando, además, buena adherencia e integridad en la construcción del elemento impreso, evitando que las capas colapsen o se deformen.

Dependiendo de la aplicación y el elemento o estructura que se esté imprimiendo, la dosificación puede variar para lograr la geometría deseada, siendo esta parte un requerimiento fundamental del proceso de manufactura. El procedimiento de optimización de la tinta es dinámico y no es extraño que con el tiempo se modifique, esto por la posible inclusión de otros materiales disponibles localmente que pueden ser de bajo costo u otras características congruentes con la construcción sostenible, como reducir la masa unitaria del material, lo que permitiría un manejo más fácil de los elementos de impresión, todo esto congruente con la visión de Progreso de dar pasos firmes hacia la Construcción Sostenible. Algunos de los factores importantes, relacionados a parámetros físicos y reológicos que se han considerado en el diseño de la mezcla son: tiempo de fraguado, consistencia, manejabilidad, tiempo del ciclo en el que se completa una capa, esfuerzo de corte y viscosidad, entre otros. Lo anterior, para lograr que la tinta pueda ser bombeada y que mantenga la forma con poca o nula deformación durante el proceso de extrusión.

Algunas ventajas asociadas al uso de este equipo de impresión, es que este tipo de tecnologías nos permite trabajar con mayor seguridad, generando menos ruido y menos desperdicios, contribuyendo con esto también a la Construcción Sostenible, que como se ha mencionado, es uno de los imperativos de Progreso. Además, su eficiencia es notable, ya que requiere de tres a cuatro personas para colocar 2 toneladas métricas por hora de material, dependiendo de las condiciones de impresión.

Conclusión:

Aunque Progreso ha avanzado en varios aspectos en el ámbito de la impresión 3D, debemos reconocer que esto apenas comienza y que hay mucho camino por delante. Esta solución constructiva está en pleno desarrollo, es una investigación en proceso, que, por supuesto pretende ser competitiva, pero es algo que no se logrará por arte de magia, y como todo lo que tiene que ver con el mundo de la construcción, es un tema que requiere planificación, esfuerzo y, ciertamente, cambiar varios de los paradigmas existentes en la construcción tradicional, para dar paso a la automatización y la industrialización.

¿La tecnología de impresión 3D vino para quedarse? La respuesta puede o no ser sencilla, pero esta pregunta no se puede responder hoy, se responderá a través del tiempo. En cualquier caso, para Progreso, es emocionante y retador lo que viene por delante en este fascinante mundo de la construcción con impresión 3D.

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Ariel Osorio

Asesor Técnico. - Investigación y Desarrollo Concreto

Manuel Ovalle

Analista de Diseño

Plinio Estuardo Herrera

Gerente de Investigación y Desarrollo

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Pruebas industriales en la industria siderúrgica

Sidergica CID Cementos Progreso Latam Centro de Investigación y desarrollo

Pruebas industriales en la industria siderúrgica

Las briquetas de cal dolomítica son una alternativa eficiente en la industria siderúrgica debido a su uniformidad de tamaño y composición química, garantizando así su estabilidad física en el tiempo que permitirá un menor desperdicio del material reactivo al ser adicionadas a los procesos productivos en donde serán suministradas.

Una prueba industrial debe realizarse cuando se deben validar las características de un producto y su comportamiento en el proceso productivo, o bien si se requiere realizar cambios operativos y se desea medir el resultado para concluir si el cambio de proceso o producto será efectivo.

En el caso de la introducción de briquetas de cal dolomítica en la industria siderúrgica, el producto se utiliza en la eliminación de impurezas como silicio, azufre y fósforo; en la formación de escorias, prolongación del revestimiento refractario y en el control de pH en la escoria; motivo por el cual si se desea medir su desempeño es necesario considerar una prueba industrial, valorando el cumplimiento de cada uno de sus objetivos por medio de indicadores del proceso siderúrgico.

Como primer paso es necesario conocer las características físicas y químicas del producto evaluado vs el producto de línea, para tener claridad sobre las dosificaciones por considerar y establecer una línea base de comparación inicial. Como segundo paso hay que delimitar las variables del proceso en un tiempo previo y durante la prueba, dichas variables operativas pueden ser: dosificación de materia prima, composición química, consumo energético, consumo de otros reactivos en el proceso, índices de basicidad en escorias producidas, diferencias generales observadas en manejo del material, entre otros.

Conclusión:

La conclusión general de una prueba industrial debe quedar documentada en un informe técnico en donde se discutan los datos obtenidos, considerando que ambos productos deberán ser comparados hasta donde sea posible en igualdad de condiciones, tratando de no variar en mucho el proceso per se, para que las conclusiones y recomendaciones puedan ser certeras y no existan sesgos que impida tomar la mejor decisión costo y beneficio.

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Ing. Marcia Salguero

Asesor Técnico
CI+D Cal

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La calorimetría como herramienta para la evaluación del desempeño de cemento

Calorimetría Centro-Investigación-Desarrollo CID Cementos Progreso LATAM

La calorimetría como herramienta para la evaluación del desempeño de cemento

El comportamiento de fraguado y el desarrollo de la resistencia de un sistema cementoso dependen de su cinética de hidratación, que a su vez depende de las propiedades químicas y físicas de los materiales que lo componen. Cuando el cemento se hidrata libera calor, en lo que se conoce como una reacción química exotérmica. El estudio de este intercambio de calor es el concepto base de la calorimetría. Este método puede ser utilizado para evaluar pastas de cemento o mortero, para encontrar correlación con las propiedades finales de la mezcla, como el fraguado del cemento y el desarrollo de resistencia inicial.

La hidratación del cemento es el proceso mediante el cual este material, al mezclarse con el agua, reacciona y empieza a generar enlaces o estructuras cristalinas, que lo convierten en un material aglutinante (Silva, 2022). La fase inicial de hidratación es sumamente importante, ya que determinará las características finales del cemento fraguado. Para estudiar a profundidad las fases tempranas de esta reacción se utiliza la calorimetría. El estudio de liberación de calor también puede aportar información importante sobre la composición de Clinker, arcillas o el efecto de agregados en la mezcla de cemento (Jiménez Carballo, 2013)

Los resultados de la calorimetría generalmente se evalúan gráficamente comparando las diferencias en la respuesta de las pruebas de diferentes mezclas. Por lo general se grafica una mezcla de referencia con un comportamiento estudiado en conjunto con las

muestras que se desean analizar. La calorimetría isotérmica se considera una técnica cuantitativa, por lo que además del análisis cualitativo de las gráficas, se pueden obtener resultados numéricos significativos. Además de la energía cuantificada por el calorímetro, se puede integrar la gráfica para obtener el calor total de la reacción de forma directa (Calmetrix, 2015). Una curva calorimétrica indica varios parámetros sobre la cualidad del concreto, como la trabajabilidad, el tiempo e fraguado, la resistencia a compresión y el balance de sulfatos (ASTM, 2009).

El uso de calorimetría para estudiar cemento presenta varias ventajas. Para mencionar algunas, se pueden obtener datos continuos sobre el desempeño de la muestra con una mínima intervención del operario que esté realizando la prueba. Adicionalmente se pueden correr varios ensayos simultáneamente. Se puede utilizar no solo para cemento sino para estudiar la interacción de materiales como aditivos, arcillas, combustibles y clinker. Además, al construir un modelo matemático con los productos que se trabaje, se puede hacer una correlación directa entre una calorimetría, tiempos de fraguado y resistencias a compresión. Otra de las ventajas de un calorímetro isotérmico es que el tamaño de la muestra requerido es relativamente

pequeña comparada con otros métodos de evaluación. Además, permite estudiar el comportamiento de la reacción de hidratación a diferentes temperaturas (Calmetrix, 2015). La hidratación del cemento es el proceso mediante el cual este material, al mezclarse con el agua, reacciona y empieza a generar enlaces o estructuras cristalinas, que lo convierten en un material aglutinante (Silva, 2022). La fase inicial de hidratación es sumamente importante, ya que determinará las características finales del cemento fraguado. Para estudiar a profundidad las fases tempranas de esta reacción se utiliza la calorimetría. El estudio de liberación de calor también puede aportar información importante sobre la composición de Clinker, arcillas o el efecto de agregados en la mezcla de cemento (Jiménez Carballo, 2013)

Resultados y Ventajas

Los resultados de la calorimetría generalmente se evalúan gráficamente comparando las diferencias en la respuesta de las pruebas de diferentes mezclas. Por lo general se grafica una mezcla de referencia con un comportamiento estudiado en conjunto con las muestras que se desean analizar. La calorimetría isotérmica se considera una técnica cuantitativa, por lo que además del análisis cualitativo de las gráficas, se pueden obtener resultados numéricos significativos. Además de la energía cuantificada por el calorímetro, se puede integrar la gráfica para obtener el calor total de la reacción de forma directa (Calmetrix, 2015). Una curva calorimétrica indica varios parámetros sobre la cualidad del concreto, como la trabajabilidad, el tiempo e fraguado, la resistencia a compresión y el balance de sulfatos (ASTM, 2009).

El uso de calorimetría para estudiar cemento presenta varias ventajas. Para mencionar algunas, se pueden obtener datos continuos sobre el desempeño de la muestra con una mínima intervención del operario que esté realizando la prueba. Adicionalmente se pueden correr varios ensayos simultáneamente. Se puede utilizar no solo para cemento sino para estudiar la interacción de materiales como aditivos, arcillas, combustibles y clinker. Además, al construir un modelo matemático con los productos que se trabaje, se puede hacer una correlación directa entre una calorimetría, tiempos de fraguado y resistencias a compresión. Otra de las ventajas de un calorímetro isotérmico es que el tamaño de la muestra requerido es relativamente pequeña comparada con otros métodos de evaluación. Además, permite estudiar el comportamiento de la reacción de hidratación a diferentes temperaturas (Calmetrix, 2015).

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Ing. Sofía Cintrón

Asesora Técnico CI+D
Cementos Progreso

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