Drake Cement es la empresa de cemento más nueva en el sudoeste de Estados Unidos y sus operaciones comenzaron en la planta de Arizona en 2011. La compañía se especializa en productos de cemento Portland de alta calidad para el mercado de América del Norte y mejora a la vez la disponibilidad local de un material clave para la construcción. La instalación se encuentra junto a una vieja ciudad ferroviaria, aproximadamente a 10 millas al norte de Paulden y utiliza un moderno precalentador/precalcinador de seis etapas con una capacidad máxima de 660,000 toneladas de clínker por año. Algunos de sus controles operativos y de contaminación incorporados a los procesos son tan avanzados que se encuentran solo en algunas otras instalaciones en todo el mundo.

El flujo eficiente del material es un componente clave de la fabricación con proceso seco de Drake y la acumulación en bandeja de almacenamiento, contenedores de proceso o tuberías de alimentación puede obstruir incluso este sistema tan bien diseñado. Los bloqueos pueden crear obstáculos expansivos en el rendimiento del equipo y la eficiencia del proceso, aumentar los gastos de mantenimiento y desviar a la mano de obra de las actividades principales de la empresa y en algunos casos, generar riesgos para la seguridad del personal.

Los ingenieros que diseñaron el proceso de Drake especificaron inicialmente 15 cañones de aire de Martin Engineering en ubicaciones cruciales para controlar la acumulación y mejorar el flujo del material. La tecnología del cañón de aire fue lanzada al mercado en 1974 por Martin Engineering y desde entonces, ha desarrollado una probada trayectoria en todo el mundo por su capacidad para aliviar las obstrucciones de material a granel. Los cañones de aire de extra alta velocidad Martin^® de Drake Cement disparan una poderosa descarga de aire comprimido para eliminar el material adherido a las paredes de los contenedores.

“Los cañones originales se encontraban a la entrada del horno, a la entrada del enfriador y en la torre del precalentador”, recuerda el gerente de proyectos de ingeniería Antonio Quiroz. “Nosotros ya estábamos familiarizados con los diseños de Martin Engineering por nuestras dos otras operaciones en Perú y queríamos utilizar la misma tecnología que había funcionado bien para nosotros en esas plantas”.

Al igual que la mayoría de las plantas nuevas de cemento, Quiroz sabía que la instalación de Drake requeriría una puesta a punto del flujo del material para optimizar el proceso. “Cada vez que se inicia un nuevo proceso, siempre hay que hacer pequeños ajustes para maximizar el flujo del material”, observó Quiroz. “En general no lleva mucho tiempo identificar los posibles cuellos de botella”.

Después de las pruebas iniciales, los ingenieros de Drake detuvieron el sistema para examinar el proceso e identificar otras áreas en donde pudieran mejorar el flujo del material. “En vez de iniciar la producción y tener que cerrar por tareas de mantenimiento para limpiar las acumulaciones, queríamos evitar que ocurrieran”, dijo Quiroz. Los técnicos de Martin Engineering visitaron el sitio e identificaron las ubicaciones óptimas para colocar más cañones: los silos aditivos, el extremo inferior del precalentador, el calcinador y los ciclones.

La planta tiene ahora un total de 53 cañones de aire con los tiempos y secuencia de encendido determinados principalmente mediante el control de lógica programable. “El controlador de lógica programable efectúa el seguimiento de variables como las presiones y las temperaturas y esos valores determinan qué cañones disparan y cuándo”, continuó Quiroz. “El sistema también está preparado para permitirle a los operadores disparar cañones individuales o grupos de cañones, según su experiencia.”

El diseño del cañón de aire no requiere tubos de descarga de alta temperatura ni placas de montaje especiales y las toberas de descarga se insertan directamente en los revestimientos refractarios. Todas las unidades en red están equipadas con válvulas diseñadas específicamente para ofrecer un rendimiento de primera calidad y una vida útil prolongada en aplicaciones de temperatura elevada.

A los cañones originales se les colocó las válvulas para cañones de aire de velocidad extra alta de Martin Engineering, mientras que los que se agregaron más tarde tenían el diseño de válvula más nuevo de Tornado Ultimate Air Cannon. Los cañones de aire con velocidad extra alta suministran una silenciosa pero potente descarga de aire comprimido de la planta para desprender las acumulaciones de material y mejorar el flujo de sólidos a granel. Estos cañones ofrecen un excelente rendimiento en aplicaciones de alta temperatura, aun con los materiales más exigentes. Los cañones de extra alta velocidad fueron diseñados para aplicaciones extremas en donde la exposición a altas temperaturas de servicio y gases agresivos puede afectar el rendimiento y han demostrado ser exitosos en aplicaciones como precalentadores de calderas de cemento externos en donde las temperaturas interiores pueden alcanzar los 2,500 °F (1,371 °C).

La válvula disparadora de presión negativa se fabricó con un sello de polímero resistente de alta temperatura para mayor confiabilidad y bajo mantenimiento. El avanzado diseño ofrece gran fuerza de salida y excelente sello, además de rápida descarga y llenado. Todas las válvulas de los cañones de aire de extra alta velocidad se ofrecen con garantía de 200,000 disparos y asiento de pistón extraíble para simplificar la tarea de servicio.

El conjunto de la válvula del cañón de aire de ultra alta velocidad está disponible en modelos de 2, 4 y 6 pulgadas y en diez tamaños distintos de tanques y posee un pistón de aluminio con recorrido muy corto .(solo 5/8" o 16 mm), que minimiza el desgaste del pistón y el cilindro. Un resorte de retorno regresa rápidamente al pistón a la posición de disparo y evita que ingrese el polvo.

La válvula Tornado Ultimate con patente pendiente fue diseñada para mejorar el flujo de material con mayor fuerza y ciclo más rápidos. Los cañones disparan al abrirse la válvula de escape como respuesta a un incremento súbito positivo del aire que envía la válvula solenoide disparada. Esta válvula de acción positiva amplifica la descarga, proporcionando hasta un 20 % más de fuerza que la que produce un cañón de aire estándar del mismo tamaño. Además, el recorrido de aire mejorado de Tornado Ultimate, llena el depósito de tres a cuatro veces más rápido que los diseños típicos.

Según Quiroz, los esfuerzos tuvieron mucho éxito. “Ahora estamos funcionando a nuestra capacidad máxima de alrededor de 100 toneladas cortas por hora”, dijo él. “No hemos tenido ningún problema de acumulación en casi un año y por lo tanto, no estamos cerrando la planta para hacer limpieza manual y nos estamos ahorrando el costo de mantenimiento propio de estas limpiezas”.

Actualmente, Drake Cement se concentró exclusivamente en la producción del cemento Portland Tipo II / V(LA) que cumple los requisitos físicos y químicos de ASTM C-150 para los cementos con bajo contenido alcalino tipo I, II y V y también los requisitos de ASTM C 1157 para los tipos de cemento GU, MS y HS. El cemento Drake tipo II/V(LA) puede usarse en cualquier construcción general, lo cual incluye aquellas con exposición a niveles altos o moderados de sulfatos en sólidos y/o agua. Además, los bajos niveles de contenido alcalino presentes en el cemento Portland tipo II/V(LA) de Drake reducen la posibilidad de daños debido a la reactividad alcali-silicato (ASR).

La planta de Drake aprovecha al máximo los recursos locales, con la piedra caliza y el sílice extraídos de su cantera cercana que se almacenan en grandes silos. Después de mezclarla con hierro y alumina, la mezcla es triturada y alimentada a través de una torre de precalentamiento dentro del horno. El clinker resultante es almacenado hasta su trituración final en cemento, con el agregado de una pequeña cantidad de yeso. El producto terminado es almacenado hasta que pueda ser cargado en camiones o vagones ferroviarios.

La planta de conmutación de rieles de alta capacidad del sitio que se encuentra ubicada en la línea principal del ferrocarril de BNSF, esperaba alentar un mayor desarrollo en el área mediante el ofrecimiento a otras compañías de acceso a materias primas, capacidades energéticas y de distribución cerca de los corredores de transporte de la atractiva ruta Interestatal 40 y de la ruta U.S. 93.