El combustible derivado de neumáticos puede tener un poder calorífico superior al de algunos tipos de carbón, pero un poder calorífico superior no significa que pueda sustituir directamente al carbón. Su idoneidad para su uso en un horno de cemento depende también de las propiedades físicas del combustible, su composición química y las condiciones reales de funcionamiento del sistema del horno.
En resumen: compara primero el consumo energético y, después, la adaptación al horno
El TDF se utiliza normalmente para sustituir parte del consumo de combustible convencional, no para sustituir al carbón en términos de masa. Según datos históricos de la EPA de EE. UU., el poder calorífico de los neumáticos se sitúa aproximadamente entre 14 000 y 15 500 Btu/lb (unos 32,6–36,0 MJ/kg), mientras que el del carbón, en la misma comparación, se sitúa en torno a los 10 000-13 000 Btu/lb (aproximadamente 23,3-30,2 MJ/kg).[1]
Durante el funcionamiento del horno, el suministro de combustible debe mantenerse estable, al tiempo que se preserva la calidad del clinker, se controlan los niveles de cloro y de oligoelementos, se cumplen los requisitos de la autorización de emisiones y se garantiza la estabilidad general de la combustión. Por lo tanto, las directrices de la GCCA consideran el poder calorífico como un único parámetro dentro de un sistema más amplio de aceptación de combustibles alternativos.[2]
El TDF y el carbón no son intercambiables en cuanto al peso
El carbón no es un combustible único. El TDF también varía. Las composiciones de los neumáticos de turismos y camiones difieren, el acero retenido modifica la fracción no combustible, el almacenamiento al aire libre puede aportar agua y la base de cálculo puede alterar la cifra. Una comparación resulta engañosa cuando un laboratorio indica el poder calorífico bruto en base seca y el otro combustible se valora tal y como se recibe.
Un antiguo informe de un estudio piloto de la EPA ilustra este punto. En su tabla comparativa se utilizó un análisis medio del TDF con un contenido de humedad inferior y un poder calorífico superior al de la muestra de carbón de dicho estudio. El mismo informe describe explícitamente que el TDF tiene un poder calorífico superior al del carbón y un contenido de azufre más o menos comparable al del carbón de contenido medio en azufre.[3] La tabla resulta útil como referencia técnica, pero no debe incluirse en un contrato de compraventa.
| Campo | Ejemplo de TDF de la EPA | Ejemplo de carbón de la EPA | Cómo utilizar la comparación |
|---|---|---|---|
| Poder calorífico | 7.428 kcal/kg | 6.396 kcal/kg | Explica por qué la energía por tonelada puede favorecer a la incineración de residuos (TDF). |
| Humedad | 0.62% | 5.24% | Un bajo nivel de humedad en los neumáticos resulta útil, pero el agua de lluvia y las condiciones de almacenamiento pueden alterar el material suministrado. |
| Ash | 4.78% | 6.23% | Tanto la cantidad como la composición química de las cenizas son importantes, ya que los hornos de cemento incorporan minerales al proceso. |
| Azufre | 1.23% | 1.59% | No saques conclusiones generales a partir de un solo carbón. |
| Nitrógeno | 0.24% | 1.76% | El contenido de nitrógeno varía según el combustible, pero las emisiones reales de NOx dependen en gran medida de las condiciones de funcionamiento de todo el sistema de combustión. |
Utiliza NCV o HHV de forma sistemática
Antes de que nadie calcule la “sustitución del carbón”, hay que indicar qué base de poder calorífico se está utilizando. El poder calorífico bruto o poder calorífico superior incluye el calor latente asociado al vapor de agua. El poder calorífico neto o poder calorífico inferior no lo incluye. Ambas pueden ser válidas, pero dos combustibles deben compararse sobre la misma base y con el mismo contenido de humedad.
En lo que respecta a la adquisición de cemento, el valor NCV tal y como se recibe suele ser más útil que el valor de laboratorio en seco en el mejor de los casos, ya que la planta paga por el transporte y la manipulación del material que realmente llega a la puerta de entrada.
Por qué los hornos de cemento pueden utilizar combustible derivado de neumáticos
Los hornos de cemento son relevantes para esta comparación porque utilizan combustible para generar calor de proceso a alta temperatura, al tiempo que se controla la composición química del clinker. Esto hace que la selección del combustible difiera de una simple decisión sobre una caldera: el poder calorífico es importante, pero también lo son la contribución química del combustible, el comportamiento de la combustión y el rango de funcionamiento del sistema del horno.
Un poder calorífico superior no implica una sustitución ilimitada del carbón
Las tasas de sustitución publicadas varían considerablemente en función del diseño del horno, el tipo de combustible y el punto de alimentación, por lo que no se debe considerar ningún porcentaje concreto como límite general. Un estudio de caso reciente de la GCCA sobre Golden Bay, en Nueva Zelanda, indica que se están utilizando neumáticos triturados con tasas de sustitución de hasta 40% en el calcinador, tras la instalación de equipos específicos de manipulación y alimentación.[4]
1. Diseño del horno y punto de alimentación
Dependiendo de si el combustible se introduce en el quemador principal, en el calcinador o en la zona intermedia del horno, este se ve sometido a diferentes temperaturas, condiciones de oxígeno, tiempos de permanencia y procesos de mezcla. Un mismo tipo de residuos de combustible (TDF) no se comportará de la misma manera en todos los puntos.
2. Calidad y uniformidad del combustible
La GCCA aboga por una calidad uniforme de los combustibles alternativos, lo que incluye un poder calorífico adecuado y unos niveles controlados de metales, halógenos y cenizas.[2] Una carga variable obliga al operario a proteger el proceso aplicando una velocidad de avance menor o más conservadora.
3. Ciclos del cloro y de los compuestos volátiles
El cloro está específicamente restringido en las especificaciones de los combustibles alternativos, ya que un aporte excesivo puede provocar dificultades en el proceso del sistema del horno.[2] Por lo tanto, la proporción admisible de TDF depende del aporte total de todos los combustibles y materias primas, y no únicamente del análisis de los neumáticos.
4. Oligoelementos y composición química del clinker
En la literatura técnica se suele hablar del zinc y otros oligoelementos procedentes de los neumáticos. El químico de la planta debe evaluar la aportación acumulada y su efecto sobre la calidad del clinker y del cemento, en lugar de aplicar un porcentaje genérico correspondiente a los neumáticos.
5. Capacidad de manipulación y dosificación
Es posible que, desde el punto de vista químico, un horno pueda utilizar más TDF del que su sistema de recepción y alimentación es capaz de suministrar de forma constante. La formación de puentes, los hilos largos, las astillas irregulares o una capacidad insuficiente del alimentador pueden convertirse en el verdadero límite.
6. Condiciones de la autorización y de seguimiento
La GCCA señala que en la autorización pueden detallarse el punto de alimentación, el contenido energético, los límites de oligoelementos y los procedimientos de muestreo.[2] Un proyecto no puede utilizar la tasa de sustitución de otra central para eludir su propia base reguladora.
Cómo comparar una tonelada de TDF con una tonelada de carbón
Hay que partir de la energía, no de la masa. Si una muestra de TDF verificada contiene más energía aprovechable por kilogramo que el carbón al que sustituye, es posible que se necesite menos masa de TDF para obtener el mismo aporte térmico teórico. Eso no significa que el horno vaya a alcanzar la misma conversión «uno por uno» en funcionamiento, pero proporciona la primera normalización correcta.
Para un Cálculo meramente ilustrativo, supongamos que un laboratorio externo indica que el TDF tiene un poder calorífico de 33 GJ/t NCV y que el carbón tiene un poder calorífico de 26 GJ/t NCV, ambos en las mismas condiciones «tal y como se recibió». Una tonelada de ese TDF aporta 33 GJ, lo que, en teoría, equivale a unas 1,27 toneladas de ese carbón en términos de energía. La central debería tener en cuenta su propia experiencia operativa, la eficiencia de combustión y las restricciones permitidas en la mezcla de combustibles antes de convertir esta proporción en una previsión de compra.
Comparar el coste de entrega por GJ aceptado
El carbón puede requerir trituración y un sistema de alimentación bien desarrollado. El TDF puede requerir la recogida de neumáticos, su trituración, cribado, control de calidad, almacenamiento especial y un alimentador independiente. Por lo tanto, el parámetro útil es el coste de la energía aceptable suministrada al sistema del horno, y no solo el precio por tonelada en la puerta de la planta de reciclaje.
Qué implica esta comparación para la adquisición de combustible
La pregunta útil a la hora de comprar no es “¿Cuántas toneladas de carbón sustituye una tonelada de TDF?”. Sino “¿Cuánta energía térmica aceptada aporta cada combustible suministrado según la misma base de cálculo?”. Esto significa que la comparación debe partir del valor calorífico neto (NCV) o del valor calorífico superior (HHV), en base a la humedad y al precio de entrega, para luego pasar a las limitaciones específicas de cada instalación que pueden restringir la cantidad de esa energía que el horno puede utilizar realmente.
Dos combustibles con un coste de suministro por GJ similar pueden tener, no obstante, un valor operativo muy diferente. El suministro de carbón puede ser más fácil de medir y resultar más familiar para el equipo del horno. El TDF puede ofrecer un valor energético atractivo y reducir la demanda de combustibles fósiles, pero solo si se mantienen bajo control la regularidad del suministro, la manipulación, las propiedades químicas y los límites de sustitución aprobados.
Para los equipos de aprovisionamiento, el resultado práctico de esta comparación es, por lo tanto, un marco para la aceptación y las pruebas del combustible: una base energética común, límites químicos acordados, consistencia en el suministro, una curva de sustitución planificada y un método claro para medir la respuesta del horno.
TDF frente al carbón: comparación práctica para proyectos de cemento
| Campo de decisión | TDF | Carbón | Repercusiones del proyecto |
|---|---|---|---|
| Poder calorífico | A menudo elevados; las comparaciones históricas de la EPA muestran valores superiores a los de las muestras típicas de carbón. | Varía considerablemente en función del rango, la fuente y la humedad. | Compara los valores NCV/HHV verificados sobre la misma base. |
| Humedad | El caucho, por sí mismo, tiene un bajo contenido de humedad, pero durante el almacenamiento puede absorber agua. | Puede variar desde calidades relativamente secas hasta calidades con un alto contenido de humedad. | Utiliza los valores tal y como se reciben para los cálculos de la energía suministrada. |
| Preparación del combustible | Puede ser necesario triturarlo, cribarlo y controlar el acero y la contaminación. | A menudo utiliza sistemas consolidados de trituración y molienda, así como de combustible pulverizado. | Incluir toda la cadena de manipulación en las comparaciones de costes y fiabilidad. |
| Aporte de minerales | El acero retenido puede aportar hierro; las cenizas de los neumáticos y los oligoelementos penetran en el sistema del horno. | Las cenizas de carbón también aportan materia mineral y componentes químicos. | El químico de planta evalúa el total de harina cruda y combustible utilizados. |
| Comportamiento alimentario | Las astillas irregulares y los cables expuestos pueden dificultar el almacenamiento y la medición. | El carbón molido suele gestionarse mediante un sistema de combustible fino ya establecido. | La capacidad física de alimentación puede limitar la TDF antes de que lo haga la demanda térmica. |
| Tasa de sustitución | No hay una tarifa única. | Normalmente, el combustible convencional de referencia en un sistema de generación de energía a carbón. | El TSR debe demostrarse en el horno específico y con la mezcla de combustibles autorizada. |
| Emisiones | No se puede generalizar al margen del funcionamiento y los controles del horno. | También depende de la composición química del carbón, las materias primas y los controles. | Utiliza las condiciones del permiso de uso y los resultados de los controles de las plantas, en lugar de afirmaciones genéricas. |
| Modelo de suministro | Depende de los sistemas locales de recogida y preparación de neumáticos al final de su vida útil, así como de los contratos correspondientes. | Normalmente se adquiere como combustible básico convencional. | La seguridad del abastecimiento de combustible puede llegar a ser tan importante como el precio nominal. |
Cuándo el TDF es la mejor opción… y cuándo el carbón puede seguir siendo la opción más sencilla
El TDF es una opción muy recomendable cuando
- la planta cementera cuenta con una vía de suministro de combustibles alternativos autorizada y un sistema adecuado de recepción y alimentación;
- el suministro local de neumáticos puede cubrir el volumen mensual de combustible necesario sin que se produzcan desequilibrios estacionales extremos;
- la empresa de reciclaje puede cumplir repetidamente los límites establecidos por escrito en cuanto a tamaño, alambre, contaminación y calidad del combustible;
- los costes de la energía suministrada siguen siendo competitivos tras la preparación, el almacenamiento, el transporte y el control de calidad;
- La planta puede gestionar los aportes totales de cloro, azufre y oligoelementos sin desestabilizar el horno ni la composición química del clinker.
El carbón puede seguir siendo más sencillo de gestionar cuando
- no existe ningún punto de alimentación de TDF autorizado o el sistema de combustible alternativo es demasiado pequeño para la potencia propuesta;
- el suministro de neumáticos es irregular y la planta no puede soportar las fluctuaciones en el suministro de combustible y energía;
- el fabricante del TDF no puede controlar de forma fiable los hilos largos, las dimensiones excesivas o la contaminación;
- la composición química actual del horno o los ciclos de sustancias volátiles dejan poco margen para la incorporación de combustible adicional;
- El coste logístico supera con creces el valor energético para cuando el combustible llega a la central.
Preguntas que hay que plantearse antes de comparar el TDF con el carbón
- ¿Qué tipo de carbón o coque de petróleo se utiliza como combustible de referencia?
- ¿Se expresan ambos combustibles en los mismos valores de NCV/HHV y con el mismo contenido de humedad?
- ¿Cuál es el coste de entrega por GJ aceptado, en lugar de solo por tonelada?
- ¿En qué medida varían el poder calorífico, la humedad y el contenido de cenizas de una carga a otra?
- ¿Qué límites de cloro, azufre, zinc y otros oligoelementos son relevantes en este horno?
- ¿Qué punto de alimentación y qué zona de combustión determinarán la sustitución aprovechable?
- ¿Qué nivel de sustitución se probará en primer lugar y qué indicadores operativos regirán la puesta en marcha gradual?
- ¿Cómo se evaluarán la calidad del clinker, las emisiones, la estabilidad del horno y el rendimiento de la alimentación de combustible durante la prueba?
- ¿Qué condiciones de la autorización o de notificación limitan la combinación de combustibles autorizada?
- ¿Puede la cadena de suministro local de TDF mantener la consistencia energética y química necesaria a lo largo del tiempo?
Preguntas frecuentes
¿Tiene el TDF un poder calorífico superior al del carbón?
A menudo, sí. Las comparaciones históricas de la EPA muestran que el combustible procedente de neumáticos presenta un poder calorífico superior al de las muestras típicas de carbón. La diferencia real depende de la composición del neumático, del acero que contenga, de la humedad, del grado de calidad del carbón y del método de ensayo, por lo que los proyectos comerciales deberían comparar sus propias muestras representativas.
¿Puede una tonelada de TDF sustituir a una tonelada de carbón?
No de forma fiable. Compara primero la energía verificada. Si el TDF tiene un NCV por tonelada más alto, el equivalente teórico en masa puede ser menor, pero las limitaciones del horno en cuanto a alimentación, combustión y permisos siguen determinando el sustituto utilizable.
¿Cuál es la tasa máxima de sustitución de TDF en un horno de cemento?
No existe un valor máximo universal. Los proyectos publicados recogen valores diferentes debido a que el diseño del horno, la ubicación de la alimentación de combustible, la composición química, el cloro y los oligoelementos, la estabilidad de la combustión, los equipos de manipulación y las autorizaciones varían. Una tasa alcanzada en otra planta debe considerarse un caso concreto, no una garantía.
¿El TDF genera siempre menos emisiones que el carbón?
No es adecuado formular afirmaciones generales sobre las emisiones. La GCCA señala que muchas de las emisiones de los hornos de cemento dependen en gran medida de las materias primas y del funcionamiento de la planta, mientras que los combustibles alternativos requieren estrictos criterios de aceptación, controles de los permisos y seguimiento. La comparación debe basarse en los datos de cada emplazamiento.
¿Por qué a veces el TDF deja restos de acero en la viruta?
En algunas fábricas de cemento, el acero de los neumáticos retenidos puede aportar hierro al proceso. Aun así, es posible que se limite el uso de alambre de gran longitud o de piezas metálicas sueltas, ya que pueden interferir con las cintas transportadoras y los alimentadores. La especificación del combustible debe diferenciar entre la utilidad química y la aceptabilidad en cuanto a su manipulación.
¿Qué es lo primero que debe obtener un productor de TDF de la fábrica de cemento?
Solicita la hoja de aceptación de combustible por escrito, el formulario de combustible homologado y los criterios relativos al punto de alimentación, el tamaño y el cableado, el poder calorífico y la base de humedad, los límites químicos, el procedimiento de muestreo, el método de descarga y la demanda mensual prevista antes de fijar el línea de producción.
Configurar la línea TDF de acuerdo con las especificaciones de combustible de la planta cementera
Envía a YUXI la combinación de neumáticos, las dimensiones máximas de los neumáticos y los requisitos necesarios. Forma y tamaño del TDF, límite de acero a la vista, producción final prevista, hoja de aceptación del usuario del combustible, plano de la planta y suministro eléctrico local. De este modo, la línea se puede configurar en función del producto que el horno pueda admitir realmente.
Referencias
- Estudio de la EPA – Comparación histórica entre el TDF y el poder calorífico del carbón.
- Preguntas y respuestas sobre la GCCA – Aceptación de los combustibles alternativos, controles y contexto de uso de los hornos.
- Proyecto piloto de la EPA – Ejemplo de composición de TDF y carbón, y precauciones de combustión.
- Caso de la GCCA – Ejemplo de sustitución de un neumático astillado en Golden Bay.