mym - ¡Maldito fíller!

¡MALDITO FÍLLER!

"Esta es una excelente observación” digo al leer un pasaje de un autor cuya opinión coincide con la mía. Pero si disentimos, dictamino que se halla en un error.

Jonathan Swift (1667-1745)

1. INTRODUCCIÓN

La discrecionalidad admitida en los pliegos de prescripciones técnicas para rechazar y convertir en residuos grandes cantidades de polvo mineral de los áridos, aún en el caso de que cumpla las condiciones exigidas al polvo mineral de aportación, me ha resultado siempre muy llamativa. Pero ahora debería serlo más que nunca, cuando tanto desde las administraciones públicas como en el sector privado se presume de compromiso con las estrategias de residuo cero y de destinar recursos al impulso de la economía circular.

Y sin embargo, según el “mercado” estimado en la tabla 1, basado en las estadísticas de ASEFMA, una aplicación estricta y generalizada de las proporciones de polvo mineral de aportación establecidas en el PG-3 puede llevar a rechazar más de trescientas mil toneladas anuales de fíller de recuperación. Solo el combustible desperdiciado calentado esta fracción de los áridos equivaldría a unas 1.000 t de fuel, superando el potencial de reciclado de cualquiera de los residuos que hoy pretenden introducirse en las mezclas bituminosas "sostenibles" (caucho de NFVU, restos de vidrios, plásticos, cenizas de incineración, incluso purines de cerdo, etc.).

Tabla 1: producción anual de mezclas bituminosas en caliente según ASEFMA y estimaciones acerca del polvo mineral de los áridos

Debe reconocerse que la situación es un tanto surrealista, especialmente, cuando se considera a la luz de la conocida jerarquía en la gestión de los residuos, pues el fíller de recuperación descartado procede de las propias centrales de fabricación de mezclas bituminosas, al contrario de lo que sucede con residuos como los antes citados, generados por terceras industrias.

2. ¿CÓMO HEMOS LLEGADO A ESTO?

Presentaré, a continuación, los resultados de una pequeña investigación con la que he pretendido averiguar las causas que han podido traernos hasta aquí. Así, he revisado qué dicen respecto del polvo mineral de recuperación y de los colectores de polvo los libros y manuales de firmes y mezclas bituminosas más utilizados, para luego observar las prescripciones técnicas, actuales y precedentes, desde esa perspectiva. La tabla 2 (donde quisiera no haber omitido alguna publicación relevante) contiene textos de los últimos sesenta y tres años, todos muy reconocidos y firmados por insignes ingenieros, entre ellos el admirado J. A. Fernández del Campo, quien fue mi profesor de firmes en la Escuela de Barcelona.

Tabla 2: Literatura sobre firmes y mezclas bituminosas en español

1961 ASFALTOS

M. Velázquez

Editorial Dossat

1962 MANUAL DEL ASFALTO

(The Asphalt Handbook)

Traducción de M. Velázquez,

de la edición de 1960 reimprimida en 1961.

Productos Asfálticos S. A. (PROAS)

1963 PAVIMENTOS ASFÁLTICOS.

PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN

J. R. Martin y H. A. Wallace

Traducción de M. Velázquez

Aguilar

1964 CAMINOS II, cuarta edición (Tomo I, 1960)

J. L. Escario, V. Escario y E. Balaguer

Publicación de la ETSICCP

1965 MATERIALES BITUMINOSOS

Traducción de M. Velázquez

Road Research Laboratory

1965 INSTRUCCIONES PARA EL CONTROL

DE FABRICACIÓN Y PUESTA EN OBRA

DE MEZCLAS BITUMINOSAS

MOP, mayo de 1965

1972 APUNTES DE FIRMES DE CARRETERAS

MOP, mayo de 1965

E. Balaguer y J.A. Fernández del Campo

1973 CAMINOS quinta edición (Tomo I 1967).

J. L. Escario, V. Escario y E. Balaguer

Publicación de la ETSICCP

1973 FIRMES DE CARRETERAS

E. Balaguer, J. A. Fernández del Campo

1977 PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN DE

CARRETERAS, TOMO II

G. Jeuffroy

Editores Técnicos Asociados (2ª ed. 1977)

1978 MANUAL DE CONTROL DE FABRICACIÓN

Y PUESTA EN OBRA

DE MEZCLAS BITUMINOSAS

MOPU, 1978

1979 FIRMES DE CARRETERAS

E. Balaguer, J. L. Elvira,

J. A. Fernández del Campo

1992 PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN

DE PAVIMENTOS

DE MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE

Asphalt Institute, MS-22

1996 FIRMES Y PAVIMENTOS

C. Kraemer, M. Á. del Val.

Universidad Politécnica de Madrid

1999 CARRETERAS II

C. Kraemer, I. Morillla, M. Á. del Val

Universidades Politécnicas

de Madrid y Valencia

2004 INGENIERÍA DE CARRETERAS Volumen II

C. Kraemer, J. M. Pardillo, S. Rocci,

M. Romana, V. Sánchez Blanco, M. A. del Val

McGrawHill

2014 FIRMES Y PAVIMENTOS DE CARRETERAS

Y OTRAS INFRAESTRUCTURAS

E. Recuenco

Colegio de Ingenieros de Caminos, C. P.

Primera edición (segunda en 2017)

En Asfaltos (1961), se describe el funcionamiento de una central de fabricación incluyendo la explicación de que los gases que escapan por el extremo superior del tambor secador están cargados de polvo, que resulta molesto en las inmediaciones de la planta y es aprovechable a veces como fíller. Para recogerlo se instala en la salida de gases un dispositivo de recuperación. Los más empleados son de tipo ciclón...

El Manual del Asfalto (1962) es una traducción de la edición de 1960 del Asphalt Handbook realizada por Manuel Velázquez (el autor del texto anterior, entonces director técnico de PROAS). Se trata de un libro casi de culto, publicado en una época en la que había muy poca bibliografía en español y que se leyó durante décadas. Las Instrucciones para el control de fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas (MOP 1965), por ejemplo, contienen varias ilustraciones procedentes del Manual, al igual que la revisión realizada años más tarde con el nombre de Manual de control de fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas (MOPU, 1978). El esquema de la figura 2, obtenido del Manual del Asfalto (1962), aparece también en Firmes de Carreteras (1973). Además, pueden encontrarse influencias en libros de los años 90 y hasta rastrearse en las actuales prescripciones del PG-3.

Figura 1: The Asphalt Handbook y la traducción de M. Velázquez Manual del Asfalto

En el Manual del Asfalto puede leerse (en el epígrafe 7.49 Colector de polvo) que el ventilador o ventiladores del colector de polvo producen el tiro que hace pasar la llama y gases calientes a través del secador. La corriente de aire del tiro arrastra también las partículas de polvo del secador y otras partes de la instalación. Percibo aquí una asociación ventilador-colector un tanto ambigua que tal vez sea de interés para nuestra investigación. En Pavimentos Asfálticos (1963), por su parte, ni siquiera se habla ni de arrastres de finos ni de colectores de polvo. Posiblemente las emisiones atmosféricas de la central de fabricación no son objeto de mucha atención en esos años (fotografía 1).

Fotografía 1: instalación discontinua, Pavimentos Asfálticos (1963)

En las Instrucciones del MOP (1965), seguramente inspirándose en la frase citada del Manual del Asfalto, se destaca, más precisamente, que el objeto del colector de polvo, compuesto por un ventilador-extractor y uno o varios ciclones, es crear dentro del secador un tiro forzado de aire. Se trata, posiblemente, de la misma idea que en los Apuntes de Firmes de carreteras (1972) y en Firmes de carreteras (1973 y 1979) ha llevado a decir que las plantas en caliente cuentan con un colector para extraer el polvo desde el secador. Como la del Manual del Asfalto, son descripciones que se prestan a ser malinterpretadas, porque no dejan clara cuál es la función del colector, ni si el polvo debe extraerse de la mezcla de áridos o se recupera de la corriente de gases que sale del secador.

Figura 2: instalación mezcladora discontinua en el Manual del Asfalto

Materiales bituminosos (1965) contiene una mejor descripción: el tiro principal necesario para que se queme bien el combustible en los secadores y calentadores rotativos se logra usualmente mediante un ventilador situado en algún punto de la chimenea de salida, y el gran volumen de aire extraído arrastra inevitablemente cierta cantidad de polvo. Y también el volumen II de Caminos (en 1964 y repetida en 1973): el aire caliente pasa a través de la masa de áridos contenida en un cilindro giratorio que, al mismo tiempo que los seca y calienta, arrastra el polvo que tienen en su superficie; aquel se recoge, generalmente, en un aparato colector de polvo o ciclón (aunque diría que aquí se usa ciclón como sinónimo de colector de polvo).

Figura 3: extracción de gases de una central discontinua equipada con colectores de polvo primario (ciclón) y secundario (filtro de mangas). Adaptada de NAPA IS-52

Las explicaciones dadas en Proyecto y construcción de carreteras (1977) son, seguramente, las más detalladas. Después de contar que el tiro de este horno secador se asegura por medio de ventiladores, dice que los gases calientes arrastran consigo una parte de elementos finos del árido. Estos finos son importantes para la calidad de los aglomerados y peligrosos cuando se les arroja a la atmósfera. Existen (sic), por lo tanto, a la salida de los gases del secador un colector de polvo… A continuación, se describen diversos recuperadores de polvo, actuando como colectores primarios o secundarios, y las vías para la reintroducción de todo el polvo recuperado en la mezcla bituminosa. En Principios de Construcción... (1992, traducción de edición original en inglés de 1983) se destaca que las emisiones más grandes de polvo ocurren en el secador de la planta, en donde los colectores de polvo son comúnmente usados para cumplir con los requisitos anti-polución el aire.

Sin embargo, estos dos últimos libros no debieron de alcanzar el impacto de los anteriores porque parece que la posible malinterpretación a la que me referí antes se produjo, definitivamente, en Firmes y pavimentos (1996), donde puede leerse que el tiro de aire necesario para permitir la salida de vapor de agua suele estar forzado mediante un sistema de ciclones. Su misión fundamental es extraer el fíller que puede estar en exceso en las arenas utilizadas (…) o ser de mala calidad… las centrales disponen de unos elementos de recuperación de polvo que pueden ser por vía seca o, preferiblemente, por vía húmeda. Es una descripción bien consolidada, pues en los textos de 1999 y 2004 se mantendrá sin cambios.

Y así llegamos al texto más reciente, Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras (2014), donde puede leerse que la combustión se produce en un mechero o quemador que alarga la llama. Un extractor produce una corriente de aire y los áridos más finos se ven arrastrados hasta unos ciclones o filtros de mangas, reservándose para una posible y posterior utilización.

3. LIBROS O NORMATIVA ¿QUÉ FUE ANTES?

Las alusiones a la procedencia del fíller de recuperación y la mención a los ciclones pueden encontrarse en la normativa técnica ya en 1972, en la OC 234/72 de la Dirección General de Carreteras y Caminos Vecinales del MOP Recomendaciones para el proyecto y ejecución de mezclas altamente resistentes a la deformación. Entre otras medidas, muchas perjudiciales para la calidad de las mezclas bituminosas, se inicia la persecución del polvo mineral de los áridos, indicándose que se proscribirá el empleo del fíller recuperado por los ciclones y se establece que el fíller será totalmente de aportación y de buena calidad: cemento, alfesil, polvo de caliza dura, etc., en las capas intermedias y de rodadura. El PG-3/75 las recoge en 1976 diciendo que en carreteras con tráfico pesado el fíller será totalmente de aportación en capas de rodadura e intermedias, excluido el que quede inevitablemente a los áridos. También ahí se limita a 0,8 g/cm3 su densidad aparente en benceno (antes era 0,9).

En 1989 se citan, de nuevo los ciclones diciendo que el polvo mineral podrá proceder de los áridos, separándose de ellos por medio de los ciclones de la central de fabricación, y aparece otra prescripción basada en la interpretación de los ciclones (entiéndase, de los colectores de polvo) como extractores de fíller: el polvo mineral que quede inevitablemente adherido a los áridos tras su paso por el secador en ningún caso podrá rebasar el 2% de la masa de la mezcla. Además, la exigencia de un 100% de fíller de aportación se concreta para las capas de rodadura en vías con tráfico ≥T3 e intermedias en vías con categorías T0 y T1. En las ediciones de 2001, 2004 y 2008 las precripciones anteriores se mantienen sin más cambios.

Estas referencias a los ciclones, previas a las encontradas en los últimos libros revisados en el apartado anterior, plantean una duda: ¿se hacen, como en la bibliografía más antigua, pero diciendo ciclones cuando lo que se quiere decir, más genéricamente, es colectores de polvo? O, por el contrario, ¿son los precedentes de las menciones que se harán en los libros de firmes a partir de 1996? Tengo que ver si alguien puede aclararme esta cuestión.

Finalmente, los artículos 542, 543, 544 y 545 del PG-3, en las ediciones vigentes, dicen que el polvo mineral podrá proceder de los propios áridos, en cuyo caso deberá separarse de ellos el existente en exceso, por medio de los preceptivos sistemas de extracción de la central de fabricación (al menos, desaparece la referencia a los ciclones). Y anulan parcialmente la obligación respecto a la proporción máxima del fíller inevitablemente adherido a los áridos porque ahora el 2% sólo aplica si el polvo mineral de los áridos fuese susceptible de contaminación o degradación, según creo entender.

4. TENEMOS UN MONTÓN DE GOTERAS EN NUESTRA REALIDAD (Philip K. Dick, Tiempo desarticulado)

Volvamos ahora a los libros de firmes de las Escuelas de Caminos para ver por qué sus descripciones no se ajustan a lo que realmente sucede en una central de fabricación, (1) ni en cuanto a la necesidad del tiro de aire, (2) ni en cómo se crea la correspondiente depresión, (3) ni en las aplicaciones de los ciclones o la filtración vía húmeda, (4) ni cuando se explica la misión de los colectores de polvo:

el tiro de aire es necesario para mejorar el rendimiento del quemador, que aumenta con la velocidad de extracción de los gases: los que son producto de la combustión (CO2, H2O y el N2 inerte), el aire introducido en exceso sobre las proporciones estequiométricas de la reacción de combustión (O2 y más N2) y el vapor de agua procedente del secado de los áridos,
el tiro de aire siempre está forzado, y no mediante un sistema de ciclones sino por el ventilador extractor. Los ciclones y sistemas de ciclones, como los filtros de mangas o cualquier otro colector de polvo, por el contrario, producen pérdidas de carga que reducen el tiro y la velocidad de los gases.
En realidad, hace más de cuarenta años (desde que se generalizaron los filtros de mangas) que apenas alguna planta cuenta con ciclones o sistemas de ciclones. Cuando los tienen, funcionan como colectores primarios o preseparadores, recogiendo solo las partículas más gruesas porque el fíller debe recuperarse mediante filtros de mangas. Los tipo scrubbers, más eficaces que los ciclones por vía seca, dejaron de usarse, además de por su consumo energético, porque con la filtración por vía húmeda se recupera el fíller en forma de lodo que no puede ser reutilizado.
la única misión de los colectores de polvo, lejos de la indicada como fundamental, es retener el polvo arrastrado por la corriente de gases impidiendo su emisión a la atmósfera (como su propio nombre indica, por otra parte).

No se trata de desajustes inocuos. En particular, diría que el cuarto ha llevado a dos conclusiones incorrectas, en las que se basan casi todas las prescripciones sobre el polvo mineral establecidas en el PG-3:

el fíller de los áridos es, con carácter general, perjudicial; aun cumpliendo las especificaciones exigidas al polvo mineral de aportación, sólo puede ser reutilizado cuando así lo decida el director de las obras.
las plantas cuentan con equipos de desfillerización (preceptivos, para más inri), un tipo de dosificadores a la inversa que pueden regularse como se hace, por ejemplo, con los alimentadores en frío, para ajustar la composición de la mezcla de áridos.

Sorprende que la primera conclusión apenas haya sido objeto de discusión entre los ingenieros que la padecen porque, además de lo conveniente que es evitar discrecionalidades en cualquier prescripción técnica, parece que una administración pública nunca debería basar la aceptación o el rechazo de un material en decisiones personales.

Para discutir la segunda basta con reparar en que el tiro de aire de un tambor secador deber regularse con el único objeto de maximizar la eficiencia de la combustión. Introducir cualquier otro criterio sólo conduce a disminuir el rendimiento del quemador, aumentando el consumo de combustible y las emisiones de GEI. El arrastre de partículas de árido (no sólo fíller) es un efecto colateral de la circulación de la corriente de gases y pretender una desfillerización distinta de la que resulta de la combustión más eficiente supone elevar los impactos ambientales de la central de fabricación.

Por supuesto, si el fíller va a ser reutilizado, cuanto menor sea la desfillerización más homogénea será la granulometría del fíller recuperado que, además, habrá de ser reintroducido en menor proporción. Elevar innecesariamente la desfillerización producida en el tambor secador también puede perjudicar la calidad de la mezcla bituminosa.

Fotografía 2: ciclón de eje horizontal, utilizado como preseparador o colector primario

4. UNAS MODESTAS PROPUESTAS, PARA TERMINAR

Tal vez un buen punto de partida sería recuperar la definición de árido fino del primer Pliego de Prescripciones Técnicas Generales (1965) como fracción que incluye el polvo mineral. De hecho, así se define en la norma UNE EN 13043, según la cual árido fino es la denominación dada a los tamaños menores de árido, con D igual o inferior a 2 mm y que contiene partículas retenidas en su mayor parte por el tamiz 0,063 mm. Es posible que este cambio ayude a dejar de considerar el fíller de recuperación como una materia extraña o maldita, cuando no es más que la fracción más fina de los áridos procesados en la central de fabricación.

Esa definición también puede ayudar a aceptar la validez de la simple regla si la mezcla de áridos cumple las especificaciones el fíller de recuperación es adecuado, o lo que es lo mismo, que no se requiere especificar sobre un material que, en cualquier caso, siempre va a encontrarse formando parte de la mezcla de áridos, ya que:

las prescripciones sobre la mezcla de áridos bastan para prevenir la presencia de minerales arcillosos en el polvo mineral y para descartar un polvo mineral susceptible de degradación,
la eventual contaminación del fíller de recuperación se previene cuidando que la combustión sea completa y no guarda relación alguna con su procedencia, naturaleza o calidad,
las prescripciones sobre la granulometría de la mezcla de áridos bastan para mantener bajo control la granulometría del polvo mineral,
la actividad superficial excesiva o insuficiente del polvo mineral de recuperación que pretende medirse mediante su densidad aparente puede corregirse usando las relaciones fíller/betún apropiadas y porque las propiedades de la mezcla bituminosa final bastan para controlar cualquier efecto de la mayor o menor finura del fíller.

Una extensísima experiencia en el uso exitoso del polvo mineral de recuperación es, en fin, la mejor demostración de que estas simplificaciones tienen sentido. Además, constituirían el mejor modo de acabar con prescripciones que obstaculizan la operación eficiente de las centrales de fabricación y llevan a generar, innecesariamente, grandes cantidades de residuos. También sería interesante fijarse en qué se hace en los países de nuestro entorno y comprobar que en ningún otro lugar del mundo se han establecido exigencias como las aquí discutidas.

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