3.3.1 Análisis de inventario
En el análisis de inventario del ciclo de vida (ICV), se cuantifican los consumos de materias primas y de recursos que se consumen en el proceso de fundición de
acero, emisiones a la atmósfera, así como las diferentes etapas del proceso que están dentro de los límites del sistema, en relación con la unidad funcional seleccionada. El nivel de detalle que se alcanza en el inventario depende de la disponibilidad de los datos los cuales son registrados en todo el proceso y el nivel de complejidad con que se obtengan, pudiéndose aplicar una aproximación o simplificación de los mismos en los casos que sea necesario.
Tabla 5 Consumo de materiales e infraestructura
Producto o infraestructura Unidad Cantidad
acero, no aleado, en planta t 1
Ánodo t 0,003
disposición de material en polvo a vertedero t 0,0096
disposición de material inerte a vertedero t 0,005
disposición de escoria a vertedero t 0,0928
horno de arco eléctrico unit 4E-8
electricidad, voltaje medio, producción UCTE, en la red MWh 0,42361
mezcla de carbón mineral, en almacén t 0,014
chatarra de hierro, en planta kg 1,1
gas natural, alta presión, en el consumidor GJ 0,975
oxígeno, liquido, en planta t 0,05073
cal viva, en trozos, en planta t 0,05
refractarios, empaquetado, en planta t 0,0135
transporte, carga, ferrocarril tkm 120,5
transporte, camión >16t, promedio flota tkm 119,05
Tabla 6: Emisiones al medio ambiente
Sustancia Unidad Cantidad
fluoruro de hidrógeno [aire] t 2.35E-06
partículas, < 2.5 um [aire] t 0.000166
partículas, > 2.5 um, and < 10um [aire] t 0.000166
partículas, > 10 um[aire] t 5.86E-05
Dióxido de azufre [aire] t 7.70E-05
Benzeno [aire] t 2.29E-06
Benzeno, hexacloruro-[aire] t 2.00E-08
Cadmio [aire] t 3.65E-08
Monóxido de carbono, fósil [aire] t 0.00232
Cromo [aire] t 1.25E-06
Cobre [aire] t 2.31E-07
Dioxinas, medidas como 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p- dioxin [aire]
t 4.54E-12
Hidrocarburos, aromáticos [aire] t 7.70E-05
Cloruro de hidrógeno [aire] t 5.20E-06
Plomo [aire] t 1.81E-06
Mercurio [aire] t 2.24E-06
Niquel [aire] t 7.01E-07
Óxidos nitrosos [aire] t 0.00018
Hidrocarburos aromáticos policíclicos [aire] t 3.73E-08
Difenilespoliclorados [aire] t 2.33E-08
Zinc [aire] t 2.29E-05
En las tabla 5 y 6 se observa el balance correspondiente al consumo de materiales, incluyendo además la infraestructura, el trasporte y la electricidad de la que depende el proceso de producción de acero, así como a su vez las diferentes emisiones al medioambiente provocadas por el proceso.
3.3.2 Análisis de impacto
En la figura que se muestra a continuación se puede observar el impacto del proceso en el medio ambiente según el Ecoindicador99, podemos notar que el porciento de impacto por cambio climático no es comparable con el de los combustibles fósiles, ya que como los datos de la electricidad consumida son los de Europa y la energía nuclear es empleada ampliamente, el impacto es mucho menor por cambio climático. La extracción de minerales se presenta en un porciento muy bajo ya que en este caso se utiliza mucho la recuperación de materias primas para evitar la explotación ambiental.
Otro impacto importante es la ecotoxicidad, la cual tiene que ver con todas las sustancias tóxicas que son dañinas para los seres vivos, como en este caso es mucho mayor la cantidad de sustancias expulsadas al medioambiente, el impacto se considera mayor que los efectos respiratorios.
Figura 33: Categoría de ecoindicador.
En la figura 34 se presenta el impacto por cambio climático en un balance por años, dicho impacto es provocado por la gran cantidad de sustancias emitidas a la atmósfera contribuyentes al cambio climático, por tanto cuando se hace un balance por tiempo podemos observar que es mucho mayor el impacto en 20
años, ya que a medida que pasan los años muchas de las sustancias disminuyen y otras se anulan, por lo que a 500 años se puede observar una disminución en el impacto por cambio climático.
Figura 34: Cambio climático.
3.3 Análisis económico
El impacto más importante del empleo del método de los módulos, en la fundición de piezas de acero, es la reducción del acero necesario para obtener una pieza sana. Esto se debe a la posibilidad de disminuir el tamaño de las mazarotas. El ahorro de acero líquido se traduce en reducción de costos de producción y aumento de la calidad de las piezas, o sea al incremento de la eficiencia tecnológica del proceso de fundición.
El empleo de esta tecnología también favorece el ahorro de un grupo de recursos importantes por su precio actual:
Disminuir la cantidad necesaria de acero para obtener una pieza sana. Disminuye el costo de energía eléctrica.
Disminuye el gasto de madera en la confección de plantillas. Disminuye el gasto de materiales de moldeo.
Disminuye el gasto de gases para oxicorte.
Mayor garantía de sanidad y calidad del producto final.
El ahorro de materiales de moldeo se manifiesta a través de la disminución de la altura de las mazarotas, lo cual permite utilizar cajas de menos altura y volumen.
El ahorro de gases para oxicorte se produce al disminuir el área de las mazarotas a oxicortar, lo que también propicia un aumento de la productividad en este puesto de trabajo.
Tabla 7 Ficha de costo del acero 45 producido en Planta Mecánica
En la tabla 7 aparece la ficha de costo de la tonelada de acero 45 que se produce en Planta Mecánica, elaborada de acuerdo a las normas de consumo de cada uno de los materiales y materias primas que se utilizan en su obtención, y de acuerdo a los precios vigentes actualmente, proporcionados por el departamento económico.
Producto U.M Cantidad Pre cio CUC Pre cio CUP Cos to CUC Cos to CUP
Chatarra de acero ton 0.66 65.0000 57.1800 42.9000 37.7388 FeSi 75% ton 0.0065 1728.57 187.3544 11.2357 1.2178 FeMn 80% ton 0.0055 1297.62 129.8900 7.1369 0.7144 Piedra caliza ton 0.1300 6.8700 9.2800 0.8931 1.2064 Carbón coke ton 0.0115 558.4300 282.9500 6.4219 3.2539 Magnesita ton 0.0200 881.67 302.9200 17.6334 6.0584 Electrodo Ø 300mm ton 0.0100 3045.97 300.5900 30.4597 3.0059 Punta termopar U 2.0000 1.12 0.2000 2.2400 0.4000 SiMn ton 0.0075 1748.27 172.5300 13.1120 1.2940 Soga kg 0.0002 1.55 0.8300 0.0003 0.0002 Escama de molino ton 0.0350 0.031 30.8000 0.0011 1.0780 Aluminio ton 0.0015 246.1800 1197.3300 0.3693 1.7960 Mazut o Fuel oil ltrs 92.0000 0.3000 0.0000 27.6000 0.0000 Ladrillo de magnesita recto ton 0.00937 801.6400 503.8470 7.5114 4.7210 Ladrillo de magnesita cuña punta ton 0.00375 825.4514 349.2395 3.0954 1.3096 Ladrillo de cromomagnesita recto ton 0.00365 802.7200 508.7200 2.9299 1.8568 Ladrillo de cromomagnesita cuña punta ton 0.00751 802.7200 508.7200 6.0284 3.8205 Ladrillo de cromomagnesita lado ton 0.00157 802.7200 508.7200 1.2603 0.7987 Ladrillo split chamota ligera ton 0.00032 460.9300 384.2100 0.1475 0.1229 Magnesita granulada ton 0.00715 881.6700 302.9200 6.3039 2.1659 Ladrillos de alta alúmina AA-6 ton 0.00696 1097.0200 387.0600 7.6353 2.6939 Ladrillos de alta alúmina AA-2 ton 0.00857 790.7100 115.1600 6.7764 0.9869 Ladrillos de alta alúmina KA-35 ton 0.00068 1478.7100 205.7900 1.0055 0.1399 Ladrillos de alta alúmina KD-9 recto ton 0.00303 435.9100 78.3100 1.3208 0.2373 Ladrillos de alta alúmina KD-9 cuña ton 0.00635 435.9100 78.3100 2.7680 0.4973 Ladrillos de alta alúmina KD7 recto ton 0.00299 435.9100 78.3100 1.3034 0.2341 Ladrillos de alta alúmina KD7 cuña ton 0.00600 435.9100 78.3100 2.6155 0.4699 Ladrillos de alta alúmina KD1 ton 0.00357 435.9100 78.3100 1.5562 0.2796 Energía electrica kw h 484.3000 0 0.08 0.0000 38.7440 Salario básico CUP/ton 6.00 0 8.2333 0.0000 49.4000 Salario complementario CUP/ton 6.00 0 0.7484 0.0000 4.4905 Gasto en seguridad social CUP/ton 6.00 0 1.1227 0.0000 6.7363 Gastos indirectos de producción CUP/ton 6.00 1.9340 15.9727 11.6041 95.8360 Depreciación CUP/ton 6.00 0 1.0605 0.0000 6.3627 Mantenimiento y reparación CUP/ton 6.00 0.4207 0.4207 2.5243 2.5243 Gastos generales y de administración CUP/ton 6.00 0.1071 9.4683 0.6427 56.8100 Gastos de distribución y ventas CUP/ton 6.00 0.2676 0.7410 1.6055 4.4460
228.64 343.45
Cos to de l ace ro 45 por tone lada
Otro de los materiales que se ahorran con la tecnología es la mezcla de relleno. Esta mezcla se aplica al molde después de depositar la mezcla de cara, que tiene como objetivo dar una mayor calidad superficial a la pieza. La mezcla de relleno completa el llenado del volumen de las cajas. Al reducir la altura de las mazarotas se puede reducir la altura de las cajas. Lo que reduce el volumen necesario de esta mezcla para la producción. Para incrementar el ahorro de mezcla de relleno por este concepto, es necesario, dominar esta tecnología al punto de tipificar las mazarotas y conocer cuánto puede alimentar cada una de acuerdo al nudo térmico. Lo que permitirá seleccionarlas de forma tal que no se utilicen mazarotas excesivamente grandes en las piezas.
Tabla 8 Costo por tonelada de la mezcla de relleno
3.4 Conclusiones parciales
1. Se realizó la simulación utilizando el software ProCast en el cual los resultados fueron satisfactorios. Se identificaron los puntos más calientes, aparecen los defectos de la contracción internamente y además se puede observar la distribución de temperaturas al final de la solidificación.
2. Se realizó el análisis de impacto ambiental correspondiente al Análisis de Ciclo de Vida y se obtuvo que los mayores impactos son debido al consumo de combustibles fósiles y la ecotoxisidad, con un 34% y 24% respectivamente según el Ecoindicacdor99.
Producto U.M Cantidad Precio CUC Precio CUP Costo CUC Costo CUP
Arena sílice recuperada kg 940.0 0.0094 0.0054 8.8360 5.0760
Bentonita kg 30.0 0.1400 0.0600 4.2000 1.8000
Melaza kg 30.0 0.0747 2.2410 2.2410 67.2300
Energía electrica kw h 4.3 0.0000 0.0800 0.0000 0.3440
Salario básico CUP/ton 1 0.0000 0.9000 0.0000 0.9000
Salario complementario CUP/ton 1 0.0000 0.0818 0.0000 0.0818
Gasto en seguridad social CUP/ton 1 0.0000 0.1227 0.0000 0.1227
Gastos indirectos de producción CUP/ton 0 0.21141 1.7460 0.0000 0.0000
Depreciación CUP/ton 1 0.0000 0.1159 0.0000 0.1159
Mantenimiento y reparación CUP/ton 1 0.0460 0.0460 0.0460 0.0460
Gastos generales y de administración CUP/ton 1 0.0117 1.0350 0.0117 1.0350
Gastos de distribución y ventas CUP/ton 1 0.02925 0.0810 0.0293 0.0810
15.36 76.83
Costo por tonelada de la m ezcla para relleno de los m oldes
CONCLUSIONES GENERALES
1. Se realizó un estudio sobre la formación de defectos producidos por la contracción en piezas tipo ruedas de acero y se determinó que el más recurrente y además el que más afecta el rendimiento tecnológico o la eficiencia total del proceso es el defecto del rechupe producido una vez enfriado el material.
2. Después un estudio detallado sobre las metodologías de cálculo de las mazarotas, se determinó que los que aportan mejores resultados al rendimiento tecnológico son el Método de Wloadawer o método de los módulos y el método de Heuver que es el más comúnmente utilizado. 3. Se realizó el cálculo de la geometría de las mazarotas por los dos métodos
propuestos y por los resultados obtenidos el más eficiente fue el de los módulos ya que dio como resultado un 80% de eficiencia tecnológica.
4. Se pudo realizar un análisis de impacto ambiental aplicando la metodología de análisis de ciclo de vida y se obtuvo que los mayores impactos son debido al consumo de combustibles fósiles y la ecotoxisidad, con un 34% y 24% respectivamente según el Ecoindicacdor99.
RECOMENDACIONES
1. Fundir la pieza utilizando los métodos de los círculos inscritos para el cálculo de la geometría de las mazarotas ya que en este trabajo se fundió por el método de los módulos.
2. Comparar los resultado alcanzados en la práctica, es decir mediante la fundición, con los de la teoría que es la simulación.
3. Aplicar el análisis de ciclo de vida al estudio de diferentes alternativas para la obtención de acero, para obtener el proceso más adecuado desde el punto de vista ambiental.
4. Aplicar esta metodología de análisis de ciclo de vida en otros centros de producción de acero en vista de mejorar la economía de nuestro país.
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ANEXOS
Anexo I Atlas Internacional de Defectos de Fundición, American Foundrymen’s Society
B. Cavidades
No. Descripción Nombre
Común Dibujo
B 100 Cavidades generalmente redondeadas, pared suave detectable a simple vista sopladuras, picaduras
B 110 Cavidades internas de clase B 100 que no se extienden a la superficie discernible únicamente por método especial, maquinado, o fractura de la
fundición
B 111
Cavidades redondeadas usualmente con pared suave de tamaño variado, aisladas o
agrupadas irregularmente en todas las áreas de la fundición
Sopladuras Picaduras
B 112
Como arriba, pero limitada a la cercanía de piezas metálicas
puestas en la molde Sopladuras B 113 Como B 111, pero acompañada de inclusiones de escorias. (G 122) Sopladuras de escorias
menos conectadas con el exterior.
B 121
Cavidades de Clase B 120 de varios tamaños, aisladas o
agrupadas, normalmente localizadas en la superficie o a
su cercanía con la pared brillante Sopladura en la superficie o sub- superficie B 122
Cavidades de Clase B con ángulo entrante de la fundición
a veces se extienden profundamente hacia dentro
Sopladura en esquina
Grieta de contracción
B 123
Porosidad fina (cavidades) en la superficie de la fundición que
aparecen en áreas extendidas
Picaduras en superficie
B 124
Cavidades pequeña, estrecha en forma quebrada, aparecen sobre las caras o alrededor de
bordes, generalmente solo después del maquinado
Contracción dispersada
B 200 Cavidades con pared
generalmente áspera contracción
B 210
Cavidades abiertas de Clase B 200, a veces penetran profundamente en la fundición
B 211
Cavidad en forma de embudo