ANSYS, azienda leader dell’innovazione nel campo delle tecnologie di simulazione per ottimizzare i processi di progettazione e sviluppo prodotto, ha annunciato che sta offrendo supporto ad aixprocess, società tedesca di consulenza ingegneristica, nell’esplorazione di tutti i possibili miglioramenti di processo atti a rendere più conveniente e rispettosa dell’ambiente la produzione del cemento.
L’azienda sta infatti valutando la sostituzione dei combustibili fossili tradizionali – che stanno diventando sempre più difficili da estrarre, costosi da utilizzare e sono disponibili in quantità limitate – con carburanti alternativi.
L’impegno di aixprocess rientra in un progetto promosso dal Ministero Federale dell’Istruzione e della Ricerca tedesco, che ha come obiettivo l’utilizzo di strumenti di modellazione fluidodinamica per identificare i miglioramenti di processo necessari che aiutino i produttori di cemento a rimanere competitivi.
La fabbricazione del cemento è un complicato processo ad alta intensità di risorse in cui la calcite minerale e altri materiali vengono zigrinati frantumati e macinati, preriscaldati per separare il vetro dai solidi e infine riscaldati in forno a temperature fino a 1.450 gradi centigradi.
Per pre-riscaldare le materie prime e mantenere la temperatura del forno sufficientemente alta così da produrre il silicato di calcio e gli alluminati – ovvero le moderne miscele di cemento – sono necessarie grandi quantità di combustibile. Tradizionalmente, i combustibili utilizzati nel processo di fabbricazione del cemento erano carbone, petrolio e gas.
Tuttavia, a causa dell’aumento dei costi finanziari connessi ai combustibili fossili e al loro impatto ambientale negativo, i produttori di cemento in tutto il mondo hanno iniziato a prendere in considerazione l’uso di quelli non tradizionali quali pneumatici di scarto o rifiuti di carta e plastica.
Questi combustibili alternativi sono molto diversi da quelli convenzionali sia in termini di caratteristiche fisiche che di processi di combustione durante i quali è fondamentale mantenere temperature e concentrazioni di materiale adeguate per realizzare un prodotto di alta qualità. In assenza di questi presupposti si rischia di compromettere l’intero processo di produzione.
Per sostituire con successo i combustibili fossili con carburanti alternativi negli impianti di produzione del cemento – evitando processi e test fisici costosi – gli ingegneri di aixprocess si sono affidati al software di simulazione ANSYS per analizzare il reale impatto di questi carburanti “verdi”.
L’azienda ha utilizzato la fluidodinamica per simulare gli effetti di questi combustibili su tassi e output di combustione, calore e processi di trasferimento di massa, nonché le reazioni chimiche all’interno delle fornaci. Affidandosi al software ANSYS anziché a test fisici, il team di ingegneri ha previsto di ridurre del 30% i costi di analisi.
“Grazie al software ANSYS siamo stati in grado di analizzare gli effetti della sostituzione di circa il 40% dei combustibili tradizionali con carburanti alternativi. In particolare, ci siamo impegnati molto nel determinare le modifiche di processo necessarie per mantenere alta la temperatura del forno e rimanere in linea con gli altri parametri operativi critici”, ha dichiarato Martin Weng, co-fondatore di aixprocess.
“Abbiamo capito che per utilizzare questi nuovi combustibili occorre compensare con un aumento della pressione dell’ ossigeno e con una intensificazione del processo di miscelazione dei materiali. I test real-world che avremmo dovuto eseguire per giungere al medesimo risultato avrebbero sicuramente comportato un maggior dispendio di tempo e denaro”.
Le simulazioni effettuate hanno convinto gli ingegneri di aixprocess che i produttori di cemento possono sostituire con successo i tradizionali combustibili fossili con quelli alternativi, ottenendo così benefici sia economici che ambientali. Inoltre, prevedono di utilizzare il software ANSYS per analizzare e ottimizzare altri aspetti del settore del cemento, comprese le reazioni chimiche all’interno delle fornaci e la separazione dei processi utilizzati per isolare gas e solidi durante la fase di preriscaldamento.
“La complessità del processo di produzione del cemento – caratterizzato da flussi eterogenei, alte temperature, fasi distinte e concentrazioni precise di materiale – fa sì che rappresenti un campo di applicazione ideale per i software di simulazione”, ha affermato Thierry Marchal, marketing director di ANSYS.
“Tenuto conto dei molti parametri operativi che occorre valutare quando si produce cemento, le analisi fisiche e i test real-world sarebbero proibitivi in termini di tempo e costi.
Grazie alle simulazioni fluidodinamiche del software ANSYS, il team di aixprocess ha potuto eseguire un certo numero di sofisticate modifiche e adeguamenti dei processi necessari per l’impiego dei combustibili alternativi –individuando un set ottimale di condizioni in cui i combustibili verdi possono essere utilizzati per produrre un cemento di alta qualità. Considerato l’ampio uso del cemento in tutto il mondo, questo approccio potrebbe avere importanti ricadute positive sia economiche che ambientali”.
aixprocess continuerà a utilizzare gli strumenti ANSYS per migliorare altri componenti e processi della produzione del cemento, coerentemente con la sua partecipazione a MoProOpt – progetto promosso dal governo tedesco per la modellazione della produzione di cemento e l’ottimizzazione dei processi coinvolti.
