Análise de Ciclo de Vida do Cimento no México

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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY 
CAMPUS ESTADO DE MÉXICO 
--· "'·. H··g HAY 2006 
INVENTARIO DE ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA PARA EL CEMENTO EN MÉXICO 
TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE 
MAESTRO EN CIENCIAS EN DESARROLLO SOSTENIBLE 
PRESENTA 
ARQ. CESAR ALEJANDRO ESPINOZA LO PEZ 
Asesor: Dr. FRANCISCO JAVIER CHA VEZ DEL VALLE 
Jurado: Dr. Ilangovan Kuppusamy Kammal 
M en C. Dzoara Tejeda Honstein 
Dr. Francisco Javier Chavez de Valle 
Dr. Mario Carranza Alvarado 
Atizapán de Zaragoza, Edo. Méx., Junio de 2005 
Presidente 
Secretario 
Vocal 
Vocal 
Resumen 
En muchos lugares del mundo se han realizado Análisis de Ciclo de Vida del cemento, 
pero en México es algo relativamente nuevo, y que aún no ha recibido apoyo del 
gobierno y de las empresas. Este es un trabajo que busca ser una herramienta para 
quienes están preocupados por el desarrollo sustentable del país y sus regiones. Todos 
vivimos y trabajamos en construcciones que están hechos de cristal, acero aluminio y 
concreto y tal vez no percibimos el impacto que se ha causado por la edificación de 
estas construcciones, y lo que causarán cuando ya sean obsoletas. La cuantificación de 
los daños ambientales que implica la edificación, uso y eliminación de construcciones, 
comienza a tomar importancia, por el interés de mantener el equilibrio en el ambiente 
que nos rodea. 
Como respuesta a la preocupación de los daños ambientales que puede causar el sector 
de construcción, en México se ha iniciado por considerar el desarrollo sustentable en 
este ramo, y como primer paso se ha desarrollado una base de datos de Inventarios de 
Ciclo de Vida de materiales para construcción, enfocándose principalmente al cemento, 
ya que este material es uno de los de mayor uso e impacto en el sector de construcción. 
La metodología que se presenta en este trabajo, busca ser la metodología a seguir para 
los siguientes inventarios de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) que se realicen en el área 
de construcción. El estudio toma en cuenta tres etapas del ACV del cemento: la 
extracción de materias primas, la fabricación del cemento y el uso del cemento, 
teniendo como resultado de cada etapa un balance de las entradas y salidas enfocándose 
en las partes de materiales, energía y emisiones a la atmósfera, los cuales serán de 
importancia para realizar estudios de impacto ambiental. 
Finalmente, en este trabajo se presenta un caso de aplicación del inventario, dando un 
ejemplo práctico para el ramo de la construcción, en cual se cuantifica el daño que 
ocasiona la utilización del cemento en el medio ambiente. 
1. INTRODUCCIÓN 
1.1. Justificación 
1.2. Objetivo Específico. 
1.3. Objetivo General 
2. Antecedentes 
2.1. Análisis de ciclo de vida en México. 
2.2. Antecedentes de la industria cementera en México. 
CONTENIDO. 
2 
2 
3. Descripción de los procesos de fabricación y uso del cemento. 
l. Introducción 
El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una Técnica para evaluar los aspectos y los 
impactos ambientales potenciales asociados con productos y/o servicios. El ACV en 
México comienza a tener auge en algunas instancias tanto gubernamentales como de la 
iniciativa privada, estas ultimas motivadas principalmente por sus exportaciones de 
productos hacia países donde el ACV es un requisito indispensable para su 
comercialización. En México existen algunas legislaciones que exigen el ACV como 
requisito para comercializar productos, por lo que son pocas las empresas e instituciones 
que piden un ACV para comprar productos y/o Servicios en este país. 
Las diferentes etapas del ACV son: 
1. Delimitación del estudio 
2. Inventario de análisis de vida. Obtención de datos de las entradas y salidas de los 
diferentes procesos del ciclo de vida. 
3. Análisis de impacto ambiental. Se consideran los impactos realizados por las 
entradas y las salidas asociados a estas mismas. 
4. Interpretación de resultados. Se realiza un análisis de los resultados obtenidos 
con el objeto de estudio. 
Los resultados obtenidos pueden ayudar en diferentes formas desde identificación de 
áreas de oportunidad, toma de decisiones, selección de indicadores de impacto 
ambiental, análisis económico de procesos y mercadotecnia. 
La importancia del cemento en la construcción y en México. 
2 
La industria de la construcción es una de las industrias más importantes en el país 
teniendo un gasto en materiales en el año de 2001 por más de 24 mil millones de pesos 
[INEGI, 2004], y generando el 4.97% del Producto Interno Bruto Nacional y casi el 7% 
de los empleos a nivel nacional [STPS, 2004]. 
El consumo mundial de cemento Pórtland se ha elevado de menos de dos millones de 
toneladas en 1880 a 1.3 billones de toneladas en 1996 [IMCYC, 2001]. Para darnos una 
idea del volumen que ocuparía esta cantidad de cemento, basta con considerar la 
densidad del cemento (2 ton/m3), y realizar una pequeña operación, y obtener el 
volumen de 600,000 millones m3, lo cual es como una montaña de 25 km largo x 25 km 
ancho x 1 km de alto. 
De acuerdo a lo anterior realizando una estimación, la industria del concreto está 
consumiendo agregados naturales a una tasa de aproximadamente 8 billones de 
toneladas cada año, ya que la mezcla de concreto es de 1 parte de cemento por 8 de 
agregados. La fabricación del cemento Pórtland, que se usa comúnmente como 
aglomerante para las mezclas de concreto moderno, también requiere grandes 
cantidades de materiales naturales 
Este estudio busca tener una herramienta para el análisis de edificaciones. Es muy 
complicado hacer un estudio de los impactos generados durante la construcción de un 
edificio, ya que se involucran muchos procesos y una cantidad considerable de 
materiales. Este trabajo es un buen comienzo para conseguir un ACV de los edificios en 
México, ya que el cemento es un insumo junto con el acero de los más importantes en 
la industria de la construcción. 
El inventario de ACV para el cemento se realizará obteniendo las cantidades de las 
materias primas, recursos y energía que se utilicen en cada etapa del ciclo de vida. 
También será importante considerar las emanaciones y/o salidas que se produzcan en 
los diferentes medios como son al agua, al aire y los desechos sólidos. Posteriormente 
se determinan las cantidades que se obtengan a través de inventario del ACV. 
3 
La exactitud de los datos obtenidos en el estudio de ACV esta detenninado por las 
fuentes de información, la accesibilidad y/o disponibilidad de los datos. Otro aspecto 
que no hay que perder es la dimensión espacial y temporal del estudio la cual se 
determinará por la factibilidad de la obtención de los diferentes datos. 
Objetivo general 
Realizar el inventario del ciclo de vida del cemento en México para cuantificar el 
consumo de energía y materiales, así como emisiones al aire en el sector de la 
construcción 
Objetivo específico 
Desarrollar inventarios de ciclo de vida para las etapas de extracción, producción y uso 
del cemento con la finalidad de aplicarlo a la evaluación y cuantificación de consumo 
de energía y materiales así como emisiones al aire en cada una de estas etapas. 
Justificación 
La extracción, producción y uso del cemento dañan al medio ambiente, por lo que es 
necesario establecer una herramienta que pennita cuantificar este daño. Una de las 
herramientas más efectivas para la evaluación es el inventario de ciclo de vida, la cual 
aún no se ha implementado en el sector de construcción en México. También sirve de 
base para armar bases de datos mas completas y poder hacer comparaciones de impacto 
ambiental entre diferentes sistemas constructivos y elegir los que menos daño causen al 
medio ambiente o tenga menor consumo energético y de materia prima. 
4 
La implementación del inventario de ciclo de vida, permitirá evaluar el impacto 
ambiental que genera el cemento en nuestro país, contribuyendo al desarrollo del país en 
el contextodel marco sostenible. 
5 
2. Antecedentes 
2.1 Análisis de ciclo de vida en México. 
Se han realizado diferentes análisis de ciclo de vida del cemento, los cuales fueron 
hechos en diferentes países como son: España, Japón, Canadá, Estados Unidos y Brasil 
[CARDIM, 2004, A THENA, 2004], mientras que en México no se cuenta con un 
inventario de este tipo, el cual sería de gran ayuda para el desarrollo sustentable del 
país. 
Athena Sustainable Materials Institute es una organización Canadiense -
Estadounidense que cuenta con una base de datos de diversos materiales para 
construcción con análisis de ciclo de vida (ACV) que nos da un condensado de los 
impactos ambientales generados por la construcción. El cemento es una parte medular 
de los análisis de este instituto por lo que dos organizaciones cementeras apoyan sus 
estudios: Pórtland Cement Association y Cement Association of Canada [ATHENA, 
2004]. 
En España se han desarrollado trabajos relevantes de ACV, dentro de los cuales se ha 
establecido una metodología para la obtención del inventario de ciclo de vida, la ventaja 
6 
de este estudio es que muchos de los inventarios se pueden obtener de bases de datos ya 
existentes y que son públicas en la mayoría de los casos [CARDIM, 2004]. 
Los dos trabajos anteriores son de alta relevancia para este estudio ya que muestran 
inventarios previamente realizados en diferentes países y contextos, donde se establecen 
ciertos parámetros metodológicos para su posible aplicación y actualización. 
En México existes diferentes trabajos de ACV, pero a pesar de que este tipo de trabajos 
no son nuevos, el desarrollo de los mismos no ha tenido un fuerte empuje, debido a que 
las normas y legislaciones Mexicanas no lo tienen como carácter obligatorio ni 
recomendado. Existe un trabajo de la Secretaría del Medio ambiente y recursos 
naturales (SEMARNA T), donde mediante el Programa de Compras Verdes se fomenta 
el realizar ACV, donde el gobierno beneficia a los productos que tienen ACV y que son 
amigables con la estimación de impactos ambientales [SUPPEN, 2005]. También se han 
establecido al RETCE1 y a la COA2 como herramientas para desarrollar inventario de 
análisis de ciclo de vida [SEMARNAT, 2000]. 
Otro documento determinante en estudios de ACV es la serie 14040 de ISO 
(lnternational Standard Organization). En esta serie de documentos se presenta la 
estandarización y la metodología más utilizada y aceptada por los investigadores del 
ACV [ISO 1998] 
Dentro de las herramientas que podemos mencionar para la elaboración, aplicación y 
constitución de ACV, son los siguientes softwares: 
I 
RETCE.- Registro de emisiones y transferencia de contaminantes en el cual las empresas están 
obligadas a entregas sus inventarios de emisiones a la SEMARNAT la industria Cementera y calera están 
obligadas a hacer su declaración de los contaminantes establecidos por el RETCE. [SEMARNA T, 2000) 
2 COA.- Cedula de operación anual esta herramienta igual que la anterior donde la industrias estarán 
determinadas a presentar sus informes e inventario de emisiones y transferencia de contaminantes 
[SEMARNA T, 2000). 
7 
• SIMA PRO -Desarrollado por Product Ecology Consultant, Holanda 
[http://www.pre.nl/simapro/default.htm ]. 
• GABI- Desarollado por la Universidad de Stuttgart Alemania y PE Europe 
GMBH, Life Cycle engeniering [http://www.gabi-software.com/] 
• UMBERTO- Desarrollado por Product Ecology Consultant, Holanda 
[http://www.pre.nl/humberto/default.htm]. 
• TRACI- Desarrollado por EPA, Enviromental protection Agency de los Estados 
Unidos [http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/std/sab/traci/]. 
• ATHENA ESTIMATOR- Desarrollado por Athena Sustainable Materials 
Institute de Cánada y los Estados Unidos [http://www.athenasmi.ca/]. 
Estos software están alimentados por bases de datos anteriormente realizadas por lo que, 
por si solos no pueden ser utilizados, ya que se deben de alimentar con bases de datos y 
de ahí la importancia de comenzar a tener una base de datos para México y 
Latinoamérica. 
2.2 Antecedentes de la industria cementera en México. 
La industria cementera en México es una de las más fuertes en el mundo, ya que 
México cuenta con la presencia de dos de las tres cementeras más grandes del mundo: 
Cementos Mexicanos CEMEX y Holcim - Apasco. La tecnología de estas empresas y 
su crecimiento han acelerado a la industria en México. En la Figura 2.1 se muestra que 
las empresas CEMEX y Holcim - Apasco juntas tienen el 81 % del mercado nacional de 
cemento [CANACEM, 2004]. 
PARTICIPACION DE LAS CEMENTERAS DE LA 
PRODUCCION NACIONAL 
10% 
• CEMEXYGCC 
55% • APASCO 
DMOCTEZUMA 
DCRUZAZUL 
• OTRAS 
+Producción total de 31.5 Millones de Toneladas en el 2000 
8 
Figura 2.1. Porcentaje de participación de las empresas cementeras del total de la 
producción nacional. [CANACEM, 2004 
La producción anual de cemento nacional es claro reflejo de cómo avanza la economía y 
el desarrollo general de un país, ya que la construcción es respuesta directa de un 
crecimiento en estos dos rubros. En la Tabla 2.1 se presenta un comportamiento de las 
producciones de cemento por año. 
9 
Tabla 2.1. Producción y consumos anuales a nivel nacionales de cemento en México 
[CANACEM, 2004]. 
AÑO Capacidad instalada Producción Consumo 
Millones ton Millones ton Millones ton 
1990 --- 23.8 21.3 
1991 44 25.1 23.1 
1992 44 26.9 24.9 
1993 44 27.5 25.4 
1994 44 30 27.7 
1995 44 30 21.9 
1996 44 25.4 22.7 
1997 45 27.5 25.2 
1998 45 27.7 26.9 
1999 46 29.4 28.5 
2000 47 31.7 29 
2001 47 30 26.9 
2002 47 30.5 29 
En la Figura 2.2 identificamos que lo que producimos de cemento prácticamente es 
consumido en su totalidad, lo que refleja un desarrollo económico positivo en este 
sector. 
35 
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1. 
COMPARACION ENTRE LA PRODUCCION Y 
CONSUMO NACIONAL POR AÑOS 
1 j • • • ,d ... J ... 
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• • o Consumo Millones 
de toneladas 
• Producción Millones 
de toneladas 
~ 
~ N .., o.n ~ ~ ~ ~ 1 ~ ; ~ i ~ ~ ~ ~ 
Años 
10 
Figura 2.2. Comparativo Producción vs. Consumo por año. En México de 1990 a 2002. 
[CANACEM, 2004]. 
11 
3. Descripción de los procesos de fabricación 
y uso del cemento 
3.1 Extracción de materias primas. 
El proceso de extracción de la piedra caliza y arcilla son muy diversos y es variado 
dependiendo de varios factores tanto naturales como de la tecnología empleada por la 
cementera, siendo el proceso de explotación el más convencional. 
3.1.1 Proceso de explotación 
La explotación normalmente se efectúa a cielo abierto, utilizando medios mecánicos 
convencionales. La potencia del recubrimiento a remover varía de unos yacimientos a 
otros, donde la profundidad del recubrimiento generalmente es inferior a los l 5m. 
El sistema de exploración se hace por medio de barrenas que detectan concentraciones 
arcillosas y calcáreas en el subsuelo, de donde se sacando una muestra de las diferentes 
capas del subsuelo, como se muestra en la Figura 3.1. 
12 
.. 
Figura 3.1. Exploración de canteras para la extracción de minerales. [Me MILLAN et al, 
1985] 
La explotación de los yacimientos es por medio de minas de cielo abierto, como se 
muestra en la Figura 3.2. 
Figura 3.2. Yacimiento para la obtención de materias primas. 
Fuente: Pórtland Cement Association, www.cement.org 
La Figura 3.3 muestra como es la explotación de los yacimientos, que es a base de un 
sistema de terrazeo, en el cual se usan explosivos para extraer las rocas. 
13 
Figura 3.3. Explotación de las canteras y terrazeo para la obtención de materias 
primas. Fuente: Pórtland Cement Association, www .cement.org. 
3.1.2 Transportación. 
La materia prima proveniente de los yacimientos es transportada en bandas al sitio de 
moliendao por medio de bandas o de camiones de tipo minero. Todas las plantas de 
cemento en México cuentan con su propia cantera en las proximidades de la planta, 
siendo un recorrido relativamente corto de 5 km. aproximadamente, lo cual se muestra 
en la Figura 3.4. En México solo una planta no cuenta en sus proximidades con su 
propia cantera; esta es la planta de Barrientos de la empresa CEMEX, ubicada en 
Tlalnepantla, Estado de México, la cual trae su materia prima de una cantera del estado 
de Hidalgo ubicada a una distancia de 54 km. Algunas plantas cuentan con canteras 
alternas, ya que si por diferentes motivos no pueden obtener material de su propia 
cantera, éste lo compran y lo transportan de otros lugares; estos casos no sobrepasan del 
1 O % del total anual utilizado de materias primas. 
14 
Figura 3.4. Transportación de la piedra de la cantera a la planta cementera. 
Fuente: Pórtland Cement Association, www .cement.org 
3.1.3 Trituración 
La piedra extraída de los yacimientos es llevada a unos silos, donde es triturada y 
dosificada a la trituradora, que opera por golpeo y por el paso de cilindros de trituración 
(Figura 3.5). Estas máquinas operan a base de energía eléctrica. 
Figura 3.5. Trituración de la piedra para su procesamiento. 
Fuente: Pórtland Cement Association, www.cement.org 
15 
los procesos unitarios que se analizaran para este estudio se muestran en las Figuras 3.6 
y 3.7, los cuales describen la extracción de caliza y arcilla, respectivamente. 
CALIZAS 
J .. 
1 1 
EXPLOSIVOS ENERGÍA PIEDRA 
Figura 3.6. Diagrama de proceso unitario para la obtención de caliza. 
ARCILLA 
a 
1 1 
EXPLOSIVOS ENERGÍA PIEDRA 
Figura 3.7. Diagrama de proceso unitario para la obtención de arcilla 
3.1.4 Proceso de extracción del silicio. 
El proceso de extracción del silice es prácticamente igual al visto en la obtención de 
calizas., del cual es determinante la cantidad de arena silica o roca de sílice disponible 
en la cantera, donde del total de arena sílice obtenida, el 70% de ésta se aprovecha como 
sílice. En La Figura 3.8 podemos apreciar el diagrama de proceso unitario de la 
obtención del silice, en la que los insumos de entrada son explosivos, piedra y energía. 
1 : 
¡ EXPLOSIVOS I 
; 1 
1 
SILICE 
• 
1 
1 
1 
1 
• 1 
ENERGIA I 
1 
PIEDRA 
SILICA 
Figura 3.8. Diagrama de proceso unitario para la obtención de silicio 
16 
El mineral de fierro es otra materia prima que las cementeras en muchos de los casos lo 
adquieren de proveedores externos, por lo que no se cuentan con fuentes precisas para 
realizar el inventario de este material, además de que la cantidad de este material oscila 
entre el I al 2% de la cantidad total de materia prima, por lo que es despreciables sus 
aportaciones al inventario. 
3.2 Fabricación del cemento. 
3.2.1 Molienda y mezcla de materias primas. 
Una vez, que se cuenta con la materia prima, ésta se pasan por un proceso de Molienda. 
Este proceso consta de pasar la materia prima (la arcilla y la caliza) por unos rodillos 
que van moliendo las piedras en fragmentos no mayores a 2 cm de diámetro. El interior 
del rodillo de molienda lo podemos ver en la Figura 3.9. 
Figura 3.9. Rodillo de molienda. Fuente: PCA Portlande Cement Association 
http://www.cement.org 
17 
El proceso de molienda es un proceso físico donde no se cambia la estructura molecular 
de los materiales, su finalidad es el preparar los materiales para el proceso de 
calcinación. El diagrama de proceso de calcinación se muestra en la Figura 3.1 O. 
PIEDRA 
PIEDRAS 
MOLIDA 
ENERGÍA 
ESIDUOS 
E ACERO 
RODILLO 
E ACERO 
Figura 3.1 O. Diagrama de proceso unitario de molienda. 
3.2.2. Mezcla de materias primas. 
Después del proceso de la molienda, las materias primas pasan a ser mezcladas en la 
correcta proporción que se necesitan-según el tipo de cemento a elaborar. La Tabla 3.1 
contiene las diferentes proporciones de diversos materiales para la formación de la 
harina cruda. 
18 
Tabla 3.1. Proporciones de los diferentes materiales que componen la harina cruda 
[CANACEM, 2004]. 
MATERIAS PRIMAS PORCENTAJE 
Calizas ( Ca Co3) 70-75% 
Arcilla (Si02 Al203 Y Fe2Ü3) 20-25% 
Sílice 2-3 % 
Fierro 0-1 % 
3.2.3. Horneado y calcinación. 
El proceso de horneado y calcinación, es el proceso más importante dentro de la 
elaboración del cemento, ya que es aquí donde el cemento adquiere sus propiedades 
químicas como aglutinante, y es en esta etapa donde se producen las mayores emisiones 
a la atmósfera, debido al enorme uso de combustible para lograr la calcinación de las 
rocas a una temperatura de 1400ºC. En la Figura 3.11 se muestra el interior del horno de 
clinkerizado. 
Figura 3.11. Interior del horno de clinkerizado. Fuente: PCA Portlande Cement 
Association. http://www.cement.org 
19 
El proceso de horneado y calcinación consiste en introducir la mezcla cruda en un horno 
giratorio de 12 m de diámetro, donde la mezcla se calienta al alcanzar una temperatura 
de l 400ºC. Después se extrae la mezcla una vez cocida, a la cual se le llama clinker. El 
clinker después es enfriado, el calor que se emite del enfriado en algunos sistemas es 
utilizado para el precalentamiento del clinker que apenas se introduce al horno. El 
diagrama de este proceso unitario se muestra en la Figura 3.12. 
. --··-·- - . -··----·, 
. ENERGÍA 
ELÉCTRICA ! MEZCLA CRUDA CALORÍFICA 
Figura 3.12. Diagrama de proceso unitario de clinkerizado. 
3.2.4 Trituración de clinker. 
Una vez obtenido el clinker, éste es triturado en tolvas colocadas horizontalmente. La 
introducción y trituración se realiza en las tolvas horizontales por medio de bolas de 
acero que giran a la par que el clinker, triturándolo hasta dejarlo con la consistencia fina 
que lo caracteriza (Figura 3.13). La Figura 3.14 muestra el diagrama del proceso de 
molienda del clinker. 
Figura 3.13. Molienda de clinker. Fuente: PCA Portland Cement Association 
http://www.cement.org 
CALOR 14- CLINKER ... RESIDUOS FINO uEACERO 
~~ 
1 1 
CLINKER ENERGÍA 
BOLAS 
GRUESO DE ACERO 
Figura 3.14. Diagrama de proceso unitario de molienda del clinker. 
20 
La Figura 3 .15 presenta de forma general los procesos de fabricación del cemento. 
OPERACIONES DE EXTRACCION 
~ ~\ E0N :¡::='? 
\ L1tl:::9 / 
CALCINACION 
COLEC-,-OR ELECTROESTAT:CO 
DE PARTICULAS 
MOLIENDA DE CLINKER 
Ír+i MOLIENDA PRE-l-10MOGENiZACION 
~.,VtM \~~ 
MEZCLA CRUDA 
HOMOGEN!ZAClON 
1 - -
MEZCU•DOR 
21 
t 1 
CL~n 
DlST~ISUCICl'l 
YESO 
MEZCLADOR 
SILOS DE CEMENTO 
u~u YtYAA 
-=====- -=====-
--= - ----====== ------
ENVASADO 
Figura 3.15. Diagrama en general de los procesos de fabricación del cemento. 
Fuente: PCA Portlande Cement Association http://www.pca.org 
3.3 Uso del cemento. 
El 20% del cemento es vendido a granel y enviado a las plantas de concreto 
premezclado y a la fábricas de elementos de concretos pre-tensado. Existen varias 
proporciones de uso del cemento (Tabla 3.2) y esto depende directamente de la 
resistencia que se busca alcanzar. 
Tabla 3.2. Dosificación de agregados del cemento para las diferentes resistencias 
obtener del concreto. [CEMENTOS CRUZ AZUL, 2004] 
Proporciones de uso por m3 de concreto 
usos 
Pisos, Firmes, Dalas, Trabes Zapatas, Losas, Losa y Columnas 
Banquetas Cadenas Castillos Especiales 
re (kg/cm') 100 150 200 250 
Cemento (kg) 239 263 323 370 
Arena (kg) 780 749 705 654 
Grava (kg) 812 825 812 786 
Agua (L) 205 205 210 210 
CONCRETO 
i 
1 1 1 1 1 
TRANSPORTE GRAVA CEMENTO ARENA AGUA ENERGÍA 
Figura 3.16. Diagrama de proceso unitario para concreto premezclado 
22 
La resistencia a la compresión del concreto es la que alcanza a los 28 días de fraguado, 
y tiene diferentes usos como se ve en la tabla 3.2. Hay resistencias que son mas 
utilizadas que otras en la tabla 3.3 se muestran el porcentaje destinado para hacer cada 
resistencia del total de la producción nacional. 
25 
Figura 3.19. Ejemplo demezcla de cemento hecho en obra por medios manuales 
Fuente: Proyecto Jimmy Carter 2004 
CONCRETO 
i 
1 1 1 1 
GRAVA CEMENTO ARENA AGUA 
Figura 3.20. Diagrama de proceso unitario para concreto mezclado en obra 
3.3.2 Elaboración de concreto por medio de revolvedora. 
Este método consiste en poner los materiales en una revolvedora de concreto en las 
proporciones adecuada para lograr la resistencia y características necesarias para la 
construcción (Figura 3.22). Hay diferentes tipos de revolvedoras de diversas 
capacidades, con motor a gasolina ó con motor eléctrico. Aquí hay diferencias en el tipo 
de energía y los contaminantes que pudiera emitir una u otro tipo. 
Es dificil determinar que porcentaje se revuelve con los tipos de revolvedoras eléctricas 
y de gasolina. En este estudio se considera que se revuelve 50 % y 50 % en cada tipo de 
revolvedoras. También hay que determinar que porcentaje se revuelve por los medios 
mecánicos antes mencionados y que porcentaje se revuelve por medio manual o paleo. 
27 
Los rendimientos de las revolvedoras varían según las capacidades y el tipo de 
revolvedora, para fines de este estudio se determino un promedio según el Catalogó 
Bimsa [BIMSA. 1999], el manual de costos y presupuestos de construcción [SUAREZ, 
1990]. 
Los rendimientos de las revolvedoras a gasolina y eléctrica son:: 
• Revolvedora a gasolina: 1 litro de gasolina por cada 12 sacos de cemento 
• Revolvedora eléctrica: 7 kilowatt hora por cada 8 sacos de cemento. 
La Figura 3.23 resume el proceso unitario para producir el concreto por medio de 
revolvedora. 
CONCRETO 
i 
1 1 1 1 1 
TRANSPORTE GRAVA CEMENTO ARENA AGUA ENERGÍA 
Figura 3.23. Diagrama de proceso unitario para concreto mezclado en obra 
Como se ve en la Figura 3.24, la autoconstrucción es el mayor usuario de cemento en 
México con el 49% de la producción nacional. 
4.1 Metodología ISO 14040 
29 
4. Metodología para la estimación 
del inventario de ciclo de vida. 
La metodología de la serie ISO 14040 es una metodología aprobada y usada por la 
comunidad científica del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) [ISO, 1998]. 
El presente estudio se limitará a obtener el inventario de ciclo de vida (LCI: Life Cycle 
Inventory) haciendo una cuantificación de las entradas y salidas más representativas en 
elACV. 
4.2 Determinación de los procesos y las etapas del ACV. 
La Figura 4.1 describe el proceso del ACV del cemento, el cual resulta complejo 
debido al gran número de procesos que lo integran. Las etapas en las que se dividió el 
ciclo de vida para fines de este estudio son las siguientes: 
• Extracción de materias primas 
• Fabricación del cemento 
• Uso del cemento 
30 
• Fin de vida 
La etapa de fin de vida no fue considerada para este estudio debido a dos circunstancias: 
falta de datos para conocer el destino que se hace con el escombro resultante de la 
demolición de las piedras de concreto y los métodos usados para su demolición y/o 
fragmentación. Otra causa también de importancia, es que el cemento producido en el 
2002 vera su fin de vida en promedio después del año 2050, ya que el promedio de vida 
de un edificio es de 50 a 60 años. En la Figura 4.1 se muestra el árbol de procesos donde 
podemos ver la separación de las etapas del ACV del cemento. 
EXTRACCIÓN DE 
RECURSOS 
PRODUCCIÓN DE 
MATERIALES TRMISPORTE 
PRODUCTOS INTERMEDIOS 
ENSM1BLE MMIUFACTURA 
uso 
FIN DEVIDA 
ARCILLA PIEDRA CALIZA 
TRITURACION DE PIEDRAS 
MOLIENDA 
ENVASADO 
COLADO Y FRAGUADO 
DEL CONCRETO 
DEMOLICIÓN 
ALMACENM11ENTO 
CALCINACIÓN 
TRMISPORTE 
F-6SRICACIÓN DE 
CONCRETO 
Figura 4.1- Árbol de procesos del ACV y delimitación de las etapas. 
4.3 Función y unidad funcional. 
Función. 
La función del cemento es formar piezas de roca sólida con una resistencia la cual 
puede variar según las necesidades. 
Unidad funcional. 
31 
La unidad funcional para el inventario de ciclo de vida será la producción del cemento 
en México durante el 2002, donde la producción nacional de cemento fue de 30.5 
millones de toneladas [CANACEM, 2004]. La elección de la producción en este año, es 
debido a que en este año se contaba con mayor número de datos reportados. 
4.4 Metodologías para la obtención del LCI del cemento .. 
4.4.1 Etapa de fabricación. 
Para determinar el inventario de ciclo de vida del cemento LCI, partiremos de la unidad 
funcional (Uf). La unidad funcional de este estudio es la producción de cemento en 
México en el 2002, 
El primer paso para obtención de las cantidades de Yeso (Y) y Clinker (Ck), fueron 
determinadas por las ecuaciones 4.1 y 4.2, respectivamente. 
Y= Ufx 0.05 (Ecuación 4.1) 
Ck = Ufx 0.95 (Ecuación 4.2) 
Para la obtención de energía necesaria para el horneado (Eh) de la mezcla cruda se 
obtiene mediante la ecuación 4.3 
Eh= Ck x 3500 [=] MJ (Ecuación 4.3) 
*Ck deberá estar expresado en toneladas. 
La harina cruda (He) que se meterá en el proceso esta dada por la ecuación 4.4 
Hc=Ckx 1.7 (Ecuación 4.4) 
32 
La Harina Cruda esta compuesta por Calizas (Cz), Arcilla (Ac), Silicio (Si), Fierro (Fe). 
Las ecuaciones para obtener las cantidades de cada uno de estos componentes, son las 
4.5a, 4.5b, 4.5c, 4.5d, respectivamente. 
Cz = He x 0.725 (Ecuación 4.53) 
Ac = He x 0.225 (Ecuación 4.5b) 
Si = He x 0.030 (Ecuación 4.5c) 
Fe = He x 0.020 (Ecuación 4.5d) 
La obtención de los requerimientos de Energía Eléctrica (Ee) para el proceso de 
fabricación del cemento esta dado por la ecuación 4.6: 
Ee = Ufx 12.64 Kwh/Ton [=] KWh (Ecuación 4.6) 
La obtención de lo datos de emisión están disponibles en Registro de emisiones y 
transferencia de contaminantes (RETCE),[SEMARNAT, 2000]. 
4.4.2 Etapa de extracción de materias primas. 
La cantidad de piedra (P) para la obtención de Calizas y arcilla esta dada por la 
ecuación 4.7: 
P = (Cz + Ac) x 1.4 (Ecuación 4. 7) 
Los explosivos (Ex) necesarios para la extracción de la piedra requerida para la 
obtención de materias primas esta dada por la ecuación 4.8. 
Ex = P x 0.00015 (Ecuación 4.8) 
33 
La energía eléctrica (Ee) requerida en la etapa de extracción de materia prima esta dada 
por la ecuación 4.9. 
Ee= P x 0.18 [=] KWh (Ecuación 4.9) 
Las emisiones al aire están dadas por el RETCE y en proporción de los materiales 
requeridos. 
4.4.3 Etapa de uso. 
Elaboración de concreto resistencia f'c = 100 Kg/cm2. 
El consumo de cemento (Ca) para la elaboración del concreto f'c=lOO kg/cm2 esta dado 
por la ecuación 4.1 O. 
Ca= Uf x 0.33 (Ecuación 4.1 O) 
El total de metros cúbicos obtenidos de concreto f'c=l 00 kg/cm2 (Va) está dado por la 
ecuación 4.11 
Va= Ca/239 [=] m3 (Ecuación 4.11) 
La cantidad de agregados Grava (Gr), Arena (Ae), Agua (Ag) requeridos para el uso del 
cemento en un concreto f' c= 100 kg/cm2 se obtiene de las ecuaciones 4.12, 4.13, 4.14 
respectivamente. 
Gr = Va x 812 [ =] kg (Ecuación 4.12) 
Ae = Va x 780 [ =] kg (Ecuación 4.13) 
Ag=Vax205[=]kg (Ecuación 4.14) 
34 
Para obtener la energía requerida para hacer la mezcla de cemento con sus agregados, 
definiremos la energía para los dos tipos: Eléctrica (Ee) y Gasolina (Eg) y éstas, están 
dadas por las ecuaciones 4.15 y 4.16, respectivamente. 
Ee= [[(Ca/50) x 0.25x 0.27]/8] x 7 [=] KWh (Ecuación 4.15) 
Eg = [(Ca/50) x 0.25 x 0.27]/12 [=] lt (Ecuación 4.16) 
Elaboración de concreto resistencia re = 150 Kg/cm2. 
El consumo de cemento (Cb) para la elaboración del concreto f c=l 50 kg/cm2 esta dado 
por la ecuación 4.17 
Cb = Uf x 0.25 (Ecuación 4.17) 
El volumen total de metros cúbicos obtenidos de concreto r c= 150 kg/cm2 esta dado 
por la ecuación 4.18. 
Vb = Ca/263 [=] m3 (Ecuación 4.18) 
La cantidad de agregados Grava (Gr), Arena (Ae), Agua (Ag) requeridos para el uso del 
cemento en un concreto r c= 150 kg/cm2 se obtiene de las siguientes formulas se obtiene 
de las ecuaciones 4.19, 4.20, 4.21, respectivamente. 
Gr = Vb x 825 [ =] kg (Ecuación 4.19) 
Ae = Vb x 749[=] kg (Ecuación4.20) 
Ag = Vb x 205 [ =] kg (Ecuación 4.21) 
35 
Para obtener la energía requerida para hacer la mezcla de cemento con sus agregados 
definiremos las energías para los dos tipos Eléctrica (Ee) y Gasolina (Eg), las cuales 
están dadas por las ecuaciones 4.22 y 4.23, respectivamente. 
Ee= [[(Cb/50) x 0.25x 0.27]/8] x 7 [=] KWh (Ecuación 4.22) 
Eg = [(Cb/50) x 0.25 x 0.27]/12 [=] lt (Ecuación 4.23) 
Elaboración de concreto resistencia re= 200 Kg/cm2. 
El consumo de cemento (Ce) para la elaboración del concreto f c=2000 kg/cm2 esta 
dado por la ecuación 4.24. 
Ce= Uf x 0.22 (Ecuación 4.24) 
El total de metros cúbicos obtenidos de concreto fc=IOO kg/cm2 esta dado por la 
ecuación 4.25. 
Ve= Ca/323 [=] m3 (Ecuación 4.25) 
La cantidad de agregados Grava (Gr), Arena (Ae), Agua (Ag) requeridos para el uso del 
cemento en un concreto fc=IOO kg/cm2 se obtiene de las siguientes ecuaciones 4.26, 
4.27 y 4.28, respectivamente. 
Gr = V e x 812 [=] kg (Ecuación 4.26) 
Ae=Vcx 705 [=] kg (Ecuación 4.27) 
Ag = V e x 21 O [ =] kg (Ecuación 4.28) 
36 
Para obtener la energía requerida para hacer la mezcla de cemento con sus agregados 
definiremos la energía para los dos tipos Eléctrica (Ee) y Gasolina (Eg). y éstas, están 
dadas por las ecuaciones 4.29 y 4.30, respectivamente. 
Ee= [[(Cc/50) x 0.25x 0.27]/8] x 7 [=] KWh (Ecuación 4.29) 
Eg = [(Cc/50) x 0.25 x 0.27]/12 [=] lt (Ecuación 4.30) 
Elaboración de concreto resistencia re= 250 Kg/cm2. 
El consumo de cemento (Cd) para la elaboración del concreto f c=2000 kg/cm2 esta 
dado por la ecuación 4.31. 
Cd = Uf x 0.22 (Ecuación 4.31) 
El total de metros cúbicos obtenidos de concreto f c= 100 kg/cm2 esta dado por la 
ecuación 4.32. 
Vd= Cd/323 [=] m3 (Ecuación 4.32) 
La cantidad de agregados Grava (Gr), Arena (Ae), Agua (Ag) requeridos para el uso del 
cemento en un concreto fc=lOO kg/cm2 se obtiene de las ecuaciones 4.33, 4.34, 4.35, 
respectivamante 
Gr = Vd x 8 12 [ =] kg (Ecuación 4.33) 
Ae = Vd x 705 [=] kg (Ecuación 4.34) 
Ag = Vd x 21 O [ =] kg (Ecuación 4.35) 
37 
Para obtener la energía requerida para hacer la mezcla de cemento con sus agregados 
definiremos la energía para los dos tipos de mezcladoras: eléctrica (Ee) y gasolina (Eg) 
y éstas, están dadas por las ecuaciones 4.36 y 4.37, respectivamente. 
Ee= [[(Cd/50) x 0.25x 0.27]/8] x 7 [=] kWh (Ecuación 4.36) 
Eg = [(Cd/50) x 0.25 x 0.27]/12 [=] lt (Ecuación 4.37) 
Agregados para la etapa de uso. 
Para obtener el total de agregados utilizados por la unidad funcional se deberá hacer la 
sumatoria de estos para la grava (Gr), la cual se obtiene con la ecuación 4.38, para la 
Arena (Ae) la obtenemos con la ecuación 4.39 y para el agua (Ag) la obtenemos con la 
ecuación 4.40. 
Gr total = l: Gn + Gn + Grn .. .. .. .. .. (Ecuación 4.38) 
Ae total = l: Ae1 + Ae2 + Aen ......... (Ecuación 4.39) 
Ag total = l: Ag1 + Ag2 + Agn . . . . . . . . . (Ecuación 4.40) 
Energía en la etapa de uso. 
Para obtener el total de energía utilizado en la etapa de uso, se hará una sumatoria de los 
subtotales de energía encontrados según la resistencia del concreto. 
Ee total= 1: Ee1 + Ee2 + Een ......... . (Ecuación 4.41) 
Eg total = l: Eg1 + Eg2 + Egn ........ . (Ecuación 4.42) 
*Ver Anexo A para los cálculos de los insumos requeridos en la etapa de uso por 
resistencia del concreto. 
38 
39 
5. Resultados, aplicación y análisis del inventario de 
ciclo de vida. 
5.1 Presentación de Resultados 
Presentamos los diagramas de entradas y salidas (MET) del Inventario de ciclo de vida 
(LCI) donde se especifican las entradas y salidas de los procesos y las emisiones para 
cada una de las etapas del análisis de ciclo vida (ACV). 
Los datos obtenidos para el inventario que se muestra en la Figura 5.1, correspondiente 
a la etapa de extracción de materias primas esta dado por diferentes ecuaciones, los 
productos están dados por las ecuaciones 4.5a, 4.5b, 4.5c y 4.5d. y los insumos y las 
energías requeridas para la obtención de estos productos son obtenidos por las formulas 
4.7,4.8 y 4.9. 
EXTRACCION DE MATERIAS PRIMAS 
ENTRADAS 
Recursos Minerales 
:,. Piedra 62.755 millones 
de toneladas 
,.. Arena silica 1.981 
millones de toneladas 
Materiales 
:,. Explosivos 1025.5 Ton 
Energía 
:,. Energía Eléctrica 40.5 
(10)6 Mega joules 
» Explosivos 4.3 (10)6 
Mega joules 
1 
1 
EMISIONES 
1 
Emisiones al aire 
:,. S02 60.47 Ton/ano 
:,. NOx 102.58 Ton/ano 
:,. PST 2.71 Ton/ano 
:,. CO 139.45 Ton/ano 
:,. C02 628.21 Ton/ano 
:,. COV 14.9296 Ton/ano 
:,. Metano 109.39 Ton/ano 
Emisiones al agua 
» N.O. 
Residuos sólidos 
:,. N.O. 
1 
1 
PRODUCTOS 
Productos 
:,. Arcilla 10.404 millones 
de toneladas 
:,. Calizas 33.524 millones 
de toneladas 
:,. Silicio 1.387 millones de 
toneladas 
Explosivos 1025.5 Ton 
=4.289,646 mega joule 
11 .5 GWh=40,500.000 mega joule 
N.D. No disponible 
Figura 5.1. Diagrama MET de la etapa de extracción de materias primas. 
40 
1 
41 
El inventario para la etapa de fabricación que aparece en la Figura 5.2 fue estimado en 
base a las ecuaciones 4.5a, 4.5b, 4.5c y 4.5d (Capítulo 4), de las cuales se obtuvieron la 
cantidad de arcilla, calizas, sílice y mineral de fierro. 
FABRICACIÓN DEL CEMENTO 
ENTRADAS 
Recursos naturales 
;.. Agua 84,960 m3 
;.. Arcilla 10.404 M ton 
;.. Calizas 33.524 M ton 
;.. Silicio 1.387 M Ton 
;.. Mineral de fierro 0.92 M 
ton 
Energía 
;.. Eléctrica 1.4 (10)9 Mega 
joules 
;.. Calorífica 1.68(10)11 
Mega joules 
EMISIONES 
Emisiones al aire 
;.. 802 879 Tontano 
;.. NOx 1474 Tontano 
;.. PST 327 Tontano 
;.. co 2027 Tontano 
;.. C02 9131 Ton/ano 
;.. COV 231 Ton/ano 
;.. HC 267 Tontano 
Emisiones al agua 
;.. N.D. 
Residuos sólidos 
;.. N.O. 
PRODUCTOS 
Productos 
;.. CEMENTO 30.5 
millones de toneladas 
M Ton = Millones de toneladas 
385.82GWh = 1.388,952,000 
mega joule 
Figura 5.2. Diagrama MET de la etapa de fabricación. 
42 
La metodología expuesta en el capítulo 5, sección 4.4.3 es la aplicada para tener los 
resultados de la etapa de uso, que se muestran en la Figura 5.3. La memoria de cálculo 
de esta etapa se desarrolla en el Apéndice A. 
USO DEL CEMENTO 
1 
ENTRADAS 
1 
Recursos naturales 
» Agua 21 .16 Millones de 
m3 
Materia les 
:l> Cemento 30.5 M Ton 
:l> Arena 75.678 M Ton 
:l> Grava 82 .757 M Ton 
En erg fa 
» Eléctrica 406 (10)8 Mega 
joules 
;. Gasolina 374 (10)8 Mega 
joules 
1 EMISIONES 
Emisiones al aire 
;. N.O. 
Emisiones al agua 
» N.O. 
Residuos sólidos 
» Residuos de cemento, 
grava y arena 200,000 
Ton 
1 
;. 
1 
PRODUCTOS 
Productos 
CONCRETO 101 .77 
millones de metros 
cúbicos. 
M Ton = millones de 
toneladas 
Gasolina 10,741,083 lts = 
373,868,200 mega joules 
112.78 GWh = 
406,008.000 mega joule 
Figura 5.3. Diagrama MET de la etapa de uso del cemento. 
1 
43 
La aportación LCI de la energía consumida se muestra en la Figura 5.4, la cual es la 
parte proporcional del inventario nacional [Hemández et al, 2004]. La memoria de 
cálculo de esta etapa se desarrolla en el Apéndice B. 
ENERGÍA ELÉCTRICA CONSUMIDA 
1 1 1 
ENTRADAS 1 EMISIONES 1 PRODUCTOS 1 
1 1 
Recursos naturales 
Emisiones al aire 
>, Carbón 28,147.83 Ton Productos >, S02 208,235.513 
Ton/año >, Energía Eléctrica 
Combustibles >, NOX 584.82 Ton/año 1.84(10)9 Mega joules 
>, Gas Natural 23,741 ,224 
>, PM10 0.679 Ton/año 
m3 >, PST 0.711 Ton/año 
>, Diesel 834.54m3 >, CO 3.21 Ton/año 
>, Combustoleo 43 ,654.03 >, HC 0.21 Ton/año 
m3 
Residuos sólidos 
>, Aceites usados 1341 .19 
Kg . 
>, Residuos Sólidos 13.86 510.1 GWh = 1.64(10)9 
Kg . Mega joules 
>, Escorias 7.64 Kg. 
Figura 5.4. Diagrama MET de las aportaciones por consumo de energía eléctrica. 
[Hemández et al, 2004] 
5.1.2 Resumen del inventario de ciclo de vida del cemento en México. 
En la Tabla 5. 1 podemos ver un resumen del total del inventario en las tres etapas 
analizadas, donde se tienen el total de entradas y salidas. 
44 
Tabla5.1. Inventario de ciclo de vida para la producción total de cemento. 
ENTRADAS 
RECURSOS Cantidad Unidades 
PIEDRA 6.28E+07 Ton 
ARCILLAS l .04E+07 Ton 
CA LI ZA 3.35E+07 Ton 
YESO l .39E+06 Ton 
MINE RAL DE HIERRO 9.20E+05 Ton 
AGUA 2. 12E+07 111 3 
ARENA 7. 57E+07 Ton 
GRAVA 8.28E+07 Ton 
CA RBÓN 2.8 1E+04 Ton 
GAS NATU RAL 2.37E+07 111 3 
DI ESEL 8.3 5E+02 m 3 
COMBUSTO LEO 4.37E+04 111 3 
ENERGÍA 
ENERG ÍA CALORÍ FICA l .68E+ l l MJ 
GASO LINA 3.74E+08 MJ 
ENE RGÍA ELECTR ICA l. 84E+09 MJ 
EX PLOS IVOS 4.30E+06 MJ 
TOTAL l. 70E+ l l MJ 
SALIDAS 
EMISIONES AL AIRE 
S02 209. 174 Ton/aiio 
NOX 2, 16 1 Ton/ali o 
PM 10 0.68 Ton/aiio 
PST 330 Ton/aiio 
co 2,169 Ton/aiio 
C02 9,759 Ton/aii o 
COY 245 Ton/aiio 
Metano 109 Ton/alio 
Hidrocarburos (HC) 267 Ton/aii o 
PRODUCTOS 
ARCILLAS l. 04E+07 Ton 
CA LIZAS 3.3 5E+07 Ton 
SILI CIO l .39E+06 Ton 
CEMENTO 3.05E+07 Ton 
CONCRETO l.02E+08 111 3 
ENE RGÍA ELECTRI CA 5.1 OE+02 GW h 
45 
En la Tabla 5.2 se presenta una parte proporcional del inventario que corresponde a una 
tonelada de cemento producida en el año de estudio. 
46 
Tabla 5.2. Inventario de ciclo de vida para una tonelada de cemento. 
ENTRADAS 
POR TONELADA DE 
CEMENTO 
PRODUCIDA EN 2002 
RECURSOS ,i¡i, '~ 
N Tu 
r Cantidad Unidades 
PIEDRA 2.06 Ton 
ARC ILLAS 0.34 Ton 
CALI ZA 1.1 O Ton 
YESO 0.05 Ton 
MINERA L DE HI ERRO 0.03 Ton 
AGUA 0.69 lll3 
ARENA 2.48 Ton 
GRAVA 2.7 1 Ton 
CA RBÓN 0.923 kg 
GAS NATURAL 0.78 lll3 
DI ESEL 0.027 L 
CO MB USTOLEO 1.43 L 
ENERGÍA ;¡{~i *+i!i\\;: 'ft 
ENERGÍA CALORÍFICA 5508 MJ 
GASO LINA 12 MJ 
ENERGÍA ELECTRI CA 60 M.1 
EXPLOSIVOS 0. 14 MJ 
TOTAL ENERGÍA 5580 MJ 
SALIDAS 
EMISIONES AL 
AIRE 
S02 6858 g/año 
NOX 70 g/año 
PM1 0 0.02 g/aiio 
PST 10 g/aiio 
co 71 g/aiio 
C02 319 g/aiio 
cov 8 g/año 
Metano 3 g/aiio 
Hidrocarburos (HC) 8 g/aiio 
PRODUCTOS 
ARC ILLAS 0.34 Ton 
CA LI ZAS 1.1 O Ton 
SILI CIO 0.05 Ton 
CEMENTO 1.00 Ton 
CONCRETO 3.34 M3 
ENERGÍA ELECTRICA 16.72 kWh 
47 
5.2 Aplicación de Resultados 
Para promover en la industria de la construcción parámetros de sustentabilidad, se tiene 
el ejemplo claro de la aplicación práctica de los resultados obtenidos en el inventario de 
ciclo de vida del cemento, donde hacemos uso de este inventario, para cuantificar 
ambientalmente lo que implica edificar una construcción. 
Comencemos por poner el inventario en términos y unidades aplicables a la 
construcción. En la Tabla 5.2 se tiene el inventario por tonelada de cemento producida 
en México, esto es aplicable a la construcción ya que es fácil determinar la cantidad de 
toneladas del cemento utilizado en la construcción por medio de los sacos de cementos 
adquiridos. 
Otra forma de adquirir cemento es premezclado, éste se adquiere por metro cúbico de 
concreto y en este caso todo lo que se necesita saber es el volumen de metros cúbicos de 
concreto. Por ejemplo, pensemos en una casa de interés social con una superficie de 45 
m2, lo que significa tener una losa de concreto de la misma área y con un espesor de 12 
cm, por lo que tenemos un volumen de losa de 5.40 metros3 de concreto, por lo que 
necesitamos un inventario aplicable a este problema. 
La opción es tener un inventario por metro cúbico de concreto (Tabla6. l ), éste se 
obtuvo del inventario por tonelada de cemento. Para obtener una metro cúbico se 
propuso un promedio de las diferentes resistencia ya que en cada una varia el contenido 
de cemento, por lo que según su porcentaje de uso se obtuvo un promedio y se 
determino 298.75 Kg. de cemento por metro cúbico de concreto por lo que es inventario 
por cemento usado para formar un metro cúbico de concreto son los que se muestran en 
la tabla 6.1. 
Tabla 6.1. Inventario de ciclo de vida para un metro cúbico de concreto. 
48 
INVENTARIO 
ENTRADAS METRO CÚBICO 
DE CONCRETO .·· .... '. ;il --RECUJlSfi8 ''4' ! !# .. J E ' 1@%1 
A >:• "' :@ •. •11! 
rt 4'Jt. 11, <+ {::antidad Unidades 
PIEDRA 0.6 Ton 
ARCILLAS 0.1 Ton 
CALI ZA 0.3 Ton 
YESO O.O ! Ton 
MINERAL DE HIERRO 0.0 1 Ton 
AGUA 0.2 m3 
ARENA 0.7 Ton 
GRAVA 0.8 Ton 
CA RBÓN 0.3 Kg 
GAS NATURA L 0.2 mJ 
DIESEL O.O L 
COM BUSTOLEO 0.4 L 
""' , .iBJIJ!' t1ffi ENERGIA ····· .... ' >.¡, ·e . ., .. 
ENERG ÍA CALORÍFICA 1645 .6 MJ 
GASOLINA 3.7 MJ 
ENERGÍA ELECTRICA 18.0 M.I 
EXPLOSIVOS 0.04 MJ 
TOTAL ENERGÍA 1667.3 MJ 
SALIDAS 
EMISIONES AL 
AIRE 
S02 2048 g/afi o 
NOX 21.2 g/afi o 
PM IO 0.0 1 g/afi o 
PST 3.2 g/afi o 
co 21.3 g/afi o 
C02 95 .6 g/afio 
COY 2.4 g/afi o 
Metano 1.1 g/aii o 
Hidrocarburos (HC) 2.6 g/afio 
'"" ,. "'' ;1101, %~ 
.,w 
PRODUCTQS "' 'l!t,&H• @!11)!: ;;:; 
ARC ILLAS 101.9 Kg 
CA LI ZAS 328.4 Kg 
SILIC IO 13.6 Kg 
CEMENTO 298.8 Kg 
CONCRETO 1.0 mJ 
ENERGÍ A ELECTR ICA 4996.5 kWh 
49 
Por lo que si queremos obtener el resultado para los 5.4 m3 de la losa de la vivienda 
propuesta los resultados serian los que se muestra en la tabla 6.2. 
50 
Tabla 6.2. Inventario de ciclo de vida para 5 .4 m3 de concreto. 
ENTRADAS INVENTARIO 
PARA 5.4 m3 
4,, ,~vltj ,-1, RECURSOS 
;i,'\tq: !!%" w 
Cantidad Uni dades 
PIEDRA 3.32 Ton 
ARCILLAS 0.55 Ton 
CALIZA 1.77 Ton 
YESO 0.07 Ton 
MINERAL DE HIERRO 0.05 Ton 
AGUA 1.1 2 m3 
ARENA 4.00 Ton 
GRAVA 4.38 Ton 
CARBÓN 1.49 Kg. 
GAS NATURAL 1.26 m3 
DIESEL 44.14 L 
COMBUSTOLEO 2309.0 1 L 
ENERGÍA ~J 
ENERGÍA CALORÍFICA 8886.10 MJ 
GASOLINA 19.78 MJ 
ENERGÍA ELECTR!CA 97.32 MJ 
EXPLOSIVOS 0.23 MJ 
TOTAL ENERGÍA 9003.43 MJ 
SALIDAS 
EMISIONES AL 
AffiE 
rn 
S02 11063 g/año 
NOX 11 4 g/año 
PMIO 0.04 g/ai'io 
PST 17 g/aiio 
co 114 g/aiio 
C02 516 g/año 
COY 13 g/año 
Metano 5 g/aiio 
Hidrocarburos (HC) 14 g/aiio 
"' PRODUCTOS 
ARCILLAS 550.30 Kg. 
CA LI ZAS 1773.20 Kg. 
SILICIO 73.36 Kg. 
CEMENTO 1613.25 Ton 
CONCRETO 5.38 m3 
EN ERGÍA ELECTR ICA 26980.95 kWh 
51 
52 
5.3 Análisis de resultados 
Hay tres principales rubros en los que podemos dividir los resultados del inventario: los 
recursos minerales utilizados, la energía y las emisiones al aire, ésto debido a que son 
representativos en las tres etapas en las que consiste este estudio y son los tres 
principales aspectos de este inventario. 
5.3.1 RECURSOS MINERALES 
Los recursos minerales como son la arcilla, la caliza, la grava y arena entre otros 
utilizados en el ciclo de vida del cemento e inventariados en este estudio tienen un 
fuerte impacto en el uso de recursos, y en la degradación del suelo por lo que 
presentamos un análisis de lo obtenido y presentado en el capítulo 5 (Tabla 5.2). 
Si hacemos una sumatoria de los principales recursos minerales utilizados en ciclo de 
vida (Tabla 7.1) por etapa podremos ver las diferencias y comparar los recursos 
minerales utilizados en las etapas de fabricación y en la de uso. 
54 
La relación en el uso de recursos minerales en la etapa de fabricación y de uso es de 4 a 
1 es decir por cada tonelada de entrada en la etapa de fabricación serán necesarias 4 
toneladas en la etapa de uso. Por lo que sería conveniente tener un LCI de los agregados 
como son grava y arena. 
Un aspecto importante es el tener en cuenta que para la elaboración de una tonelada de 
cemento es necesario un poco mas del 50% en peso de las materias primas, como se 
muestra en la tabla 7.1, la sumatoria de materias primas: arcillas, calizas, mineral de 
fierro y yeso suman 1.52 toneladas. 
7.2 Emisiones al aire. 
En los resultados de emisiones al aire existe un comportamiento diverso en cuanto a 
cada sustancia y la fuente de origen. 
En la siguiente Figura 7.2 se muestra una comparativa entre la sumatoria de las 
sustancias emitidas al aire (NOX, PMIO, PST, CO, C02, COY, METANO) con el S02• 
Como se observa en esta figura, la suma de todos los elementos es mucho menor al total 
de las emisiones de S02, el cual por si solo representa el 95% del total de las emisiones. 
De este 95% de S02, el 99% es proveniente de la generación de energía eléctrica 
(Figura 5.4). 
59 
6. Conclusiones yrecomendaciones 
El inventario de ciclo de vida del cemento es una herramienta valiosa para determinar 
los impactos ambientales de productos y servicios. 
La aplicación del ACV en la industria de la construcción es determinantes debido al 
gran uso de materiales petreos en la construcción 
El proceso de fabricación del cemento es una etapa muy controlada, ya que las empresas 
cementeras buscan optimizar recursos y dinero con el fin de hacer más rentable la 
empresa y calidad en cada saco de cemento, esto también debido a la legislaciones 
ambientales que aplican a la industria. 
el Bióxido de Carbono (C02), la mayor emisión por tonelada de cemento producido, lo 
cual es coherente si se busca tener una eficiencia de combustión del 100%, ya que se 
logra quemar la gran cantidad de combustible fósiles convirtiéndolo en C02• 
Por otra parte, una vez que el cemento es producido, de la industria cementera es 
entregado a la industria de la construcción; esto cambia por completo el cuidado del 
recurso material y mas si tomamos en cuenta que el porcentaje de desperdicio en la 
industria de la construcción es del 5%, siendo un porcentaje muy grande de desperdicio 
60 
de materiales y que en todos los presupuestos para la industria de la construcción está 
considerado. En la etapa de uso podemos ver un desperdicio de 200,000 Ton (Fig 5.3), 
esto se podría traducir en un ahorro en la extracción de materias primas y agregados y 
con sus consumos energéticos y emisiones a la atmósfera correspondiente. 
La aplicación del inventario puede hacerse de dos maneras una por las toneladas de 
cemento utilizadas en la obra o los metros cúbicos de concreto, el uso dependerá de los 
datos disponibles. 
Si se utiliza el inventario de kilogramos se puede tener una cuantificación mas precisa 
ya que se tiene el dato exacto de los kilogramos de cemento usados en la obra y 
tomando en cuenta el desperdicio. Esta medición puede hacerse en los casos de las 
plantas concreteras donde se conoce las dosificación exacta del cemento usado en el 
concreto a comercializar. También puede usarse en el caso de la autoconstrucción donde 
se compran los bultos de cemento y se puede cuantificarse los kilogramos adquiridos 
según el número de bultos. 
El inventario por metro cúbico es mas practico en el caso de utilizarse en la 
construcción ya que la cuantificación del cemento utilizado en la obra se hace 
mayormente por m3 de concreto a utilizar, este puede ser menos preciso ya que no se 
tiene un exacto de la cantidad de cemento utilizado por metro cúbico y no cuantifica el 
desperdicio de concreto. 
La etapa de demolición es una etapa que se realiza a un cemento que fue fabricado hace 
50 ó 70 años, por que el ACV del cemento que fue fabricado en el 2002 su demolición o 
su fin de vida será después del 2050, por lo que debemos prevenir que para esos años el 
reciclaje y reutilización de la piedra de concreto sea eficiente. En la actualidad no se 
cuenta con datos exactos y representativos de lo que se hace con la demolición de 
piedras de concreto. 
Conclusiones específicas del inventario. 
61 
• El mayor consumo de recursos minerales se realiza durante la etapa de uso del 
cemento, para la elaboración del concreto, por lo que no basta solo con 
considerar las canteras de la extracción de materias primas si no la explotación 
de los canteras y mantos para la obtención de agregados lo que se traduce en 
mayor erosión y desgaste del suelo. 
• El contaminante que más se emite con a la atmósfera con un poco mas de 209 
mil toneladas al año es el S02 Bióxido de azufre; de esta cantidad el 99% se 
produce durante la generación de la energía eléctrica requerida durante las tres 
etapas. Lo que representa que para la producción de energía eléctrica se utilizan 
combustibles altos en Azufre. 
• Sin excluimos el bióxido de azufre la etapa que mas emisiones a la atmósfera 
genera es la etapa de fabricación del cemento, esto debido a los gases de 
combustión de los combustibles por el clinkerizado. Esto debido al gasto 
energético que también es mayor en esta etapa. Tanto energía calorífica como 
electrica. 
• Realizar la mezcla para elaborar concreto por medio de revolvedora con motor 
de gasolina es más eficiente en el aspecto energético a comparación de motor 
eléctrico. Es decir para revolver un saco de cemento en una revolvedora de 
gasolina se ahorra un 30% de energía. 
Es recomendable realizar el inventario de ciclo de vida para los diversos materiales de 
construcción, ya que con éstos se podrá integrar una base de datos más extensa, la cual 
será la base para detenninar cuál es el material y/o sistema constructivo son más 
sustentables. 
El estudio de análisis de ciclo de vida podría hacerse mas detallado y preciso si se 
tuviera el apoyo de cada una de las empresas cementeras. Otra opción sería tener un 
inventario de cada una de las empresas cementeras y hacer un comparativo de cual 
empresa produce el cemento más amigable con el medio ambiente y de menos impacto, 
esto último sería ideal para tener un criterio más al momento de elegir el cemento y/o 
concreto a utilizar en la construcción. 
62 
Las dos cementeras mas grandes del país CEMEX y Holcim Apasco son en las que se 
baso este estudio ya que se cuenta con mayor datos de estas dos y es importante porque 
tienen casi el 80% del mercado nacional. Hay empresas como Grupo cementero 
Chihuahua la cual tiene menos del 5% de la producción nacional por lo que sus datos 
resultaron despreciados en este estudio, pero se tomo en cuenta su producción en los 
promedios generados por las otras empresas. 
Una ventaja del estudio es que los datos resultaron del promedio de la producción 
nacional por lo que el inventario podría utilizarse para cemento si importar la compañía 
en la que se produjo. 
63 
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66 
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67 
Glosario 
ACV.- Análisis de ciclo de Vida. 
ISO.- Jnternational System Organization. 
LCI.- Life Cycle Inventory (Inventario de ciclo de vida) Fase del ACV que abarca la 
recopilación de entradas y salidas mas significativas al proceso. 
LCA.- Life Cycle Assesment. 
GWP.- Global warming potencial (Potencial de calentamiento global) 
PST.- Partículas suspendidas Totales 
COV.- Compuestos Orgánicos Volátiles 
HCT.- Hidrocarburos totales. 
SEMARNAT.- Secretaría del medio amiente y recursos naturales. 
INE.- Instituto Nacional de ecología. 
Proceso Unitario.- Parte mas pequeña del sistema del producto para el que se recogen 
los datos, cuando se realiza el ACV. 
Limite del Sistema.- interfase entre el sistema del producto y el medio ambiente u otros 
sistemas del producto. 
Unidad funcional.- Es la unidad base de producto o servicio para utilizarse durante el 
estudio del ACV o hacer comparativa de productos. 
Entrada.- Material o energía que se introduce en un sistema y/o proceso. 
Salida.- Material o energía que se produce o se expulsa en un sistema y/o proceso. 
68 
Anexos 
°' '° 
< 
o 
;,< 
Q> 
= < 
usos 
fr (k¡ifcni2¡ 
Cemento (kq) 
Aren., fkqi 
Gr ílllt1 {kq l 
Agua (U 
% de11sode la 1>rod.N ac. 
30 ,500 ,000 ·ººº .00 
m3 
Grava (kc¡) 
Arena (kg) 
Agua (L) 
1m3 
sacos 
Gasolina 11tf12 
Energía Electrica 7kwhr1B sacos 
Písos, .Fi rm es, Dal as, Trabes 
Banquetas Cadenas 
·100 150 
239 263 
780 749 
812 825 
205 205 
33 25 
0.33 0.25 
10,065,ooo poo.oo 7 ,625 DOO ,000.00 
42,112 ,970.71 28 ,992 ,395.44 
34,195,732 .217.57 23 ,918 .726 ,235.7 4 
32 ,848,117 ,154.81 21,715 .304,182.51 
8,633,158 ,995.82 5,943 .441,064.64 
2 .036.00 2,042.00 
0.27 0.22 
2 .71 7 ,550 ))00 00 1,677 ,500,000.00 
54,351 D00.00 33 ,550,000.00 
4 ,529 ,250.00 2 ,795.833.33 
47 ,557 ,125.00 29 ,356 ,250.00 
Zapatas , Losas, Losa y Columnas 
Castillos Especiales TOTAL 
200 250 
323 370 o 
705 654 
812 786 o 
2·10 2·10 
22 15 95 
0.22 0.15 
6 ,710,000,000.00 3 ,660 ·ººº ,000 .00 
20,773,993.81 9,891 ,891 .89 101 ,771,251.85 
16 .868 ,482 ,972.14 7,775,027 ,027 .03 82,757 ,968,452.48 
14 .645,665,634.67 6,469.297 ,297.30 7 5 ,678 ,384 ,269.29 
4 .362,538,699.69 2 ,077 ,297 ,297.30 21,016,436,057.44 
2,050.00 2,020.00 
0.24 0.12 
1,610,400,000.00 439 .20 O·ººº .O O 
32,208,000.00 8,784,000.00 
2 ,684 ,000.00 732,000 .00 10 .7 41,083.33 
28,182,000.00 7 ,686,000.00 112 ,781,375.00 
	CEM276576-2
	CEM276576-7
	CEM276576-8
	CEM276576-9
	CEM276576-10
	CEM276576-11
	CEM276576-12
	CEM276576-13
	CEM276576-14
	CEM276576-15
	CEM276576-16
	CEM276576-17
	CEM276576-18
	CEM276576-19
	CEM276576-20
	CEM276576-21
	CEM276576-22
	CEM276576-23
	CEM276576-24
	CEM276576-25
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	CEM276576-27
	CEM276576-28
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	CEM276576-30
	CEM276576-33
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	CEM276576-56
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	CEM276576-71
	CEM276576-72
	CEM276576-73
	CEM276576-74
	CEM276576-75
	CEM276576-76
	CEM276576-77