EDIFICIOS PARA REFINERÍAS EN LA MINERÍA

Patricio Pineda Nalli

Director de AICE

III Congreso de Proyectos Industriales y Mineros AICE – 21 de Agosto de 2014

1. Aspectos Generales

TEMAS GENERALES

2. Importancia en el Proceso Minero

3. Configuración del Edificio

5. Análisis y Diseño

6. Aspectos Vulnerables

7. Producto Final

4. Coordinación de Actividades

ASPECTOS GENERALES

Refinería: Planta metalúrgica que lleva a cabo la refinación/purificación

del metal.

Vida útil: 40 años o más

Automatización de Equipos de Manejo de Materiales (Puente Grúa)

Cobre refinado, última etapa del proceso de elaboración, grado de

pureza de 99.9%, bajo forma de cobre electrolítico/placas.

Definiciones

Cobre a granel, en forma de concentrado de cobre, grado de pureza

inferior al 50%.

Ley del cobre: porcentaje o contenido de cobre puro en una

muestra, en Chile varía de 1% a 1.8%.

Ánodo: Placas metálicas de

cobre o plomo que se

instalan en la celda

electrolítica por las cuales

entra la corriente eléctrica.

Definiciones

Cátodo de cobre: Placas de

cobre de alta pureza que se

obtienen en el proceso de

electro refinación.

Proceso de purificación del cobre mediante circulación de solución de

ácido sulfúrico

Refinación Electrolítica

Permite refinar el cobre mediante aplicación de corriente

eléctrica

Átomos de cobre se depositan sobre cátodos de 99.9% de pureza

Impurezas quedan alrededor del ánodo

Celdas electrolíticas: Son “piscinas” construidas con polímeros

(Plástico) por dentro y por fuera, en las que se realiza el proceso

de electro refinación.

Proceso de Refinación

Plantas de Proceso

En Chile: Cambio Tecnológico Proceso de Electro Refinación

En Perú: Ilo.

- Propietario: Codelco Chile

- Ubicación: Codelco Norte, Ex Chuquicamata),

- Producción de cobre fino: 710.000TPA 855.000TPA

- Propietario: Southern Perú

- Ubicación: 9 km al norte del Puerto de Ilo

- Cátodos de cobre de alta pureza:

150.000TPA 175.000TPA 187.000TPA

IMPORTANCIA EN EL PROCESO MINERO

Minerales en el Proceso

Minería del Cobre, Oro, Plata, Hierro, minerales industriales

(Nitratos, Yodo, Litio)

Distribución del Mineral e Inversiones

CONFIGURACIÓN DEL EDIFICIO

SUPERESTRUCTURA:

- Marcos rígidos en sentido transversal

- Marcos arriostrados en sentido longitudinal

- Plataformas de mantención, estanques, equipos menores, oficinas,

sala de máquinas

- Puentes Grúa, bastidores de gran rigidez, algunos de 156ton

- Funcionamiento robótico: mínima intervención operadores (DCN)

Modelación Estructural Modelación PDS

SUBESTRUCTURA

- Subterráneo destinado ubicación de celdas y mantención

- Muros de contención, columnas y losas de hormigón armado

COORDINACIÓN DE ACTIVIDADES

Ingeniería

Selección de equipo de ingeniería

- Experiencia en análisis relacionados con esta operación

- Mantener el mismo equipo hasta el final del proyecto

Estudios necesarios

- Informe de diagnóstico del estado actual del edificio

- Situación estructural

- Levantamientos topográficos

- Ensayos de materiales

- Pruebas de carga del PG

Ejecución

Capacidad y Funcionalidad

- Diseño de nuevos refuerzos

- Reemplazo de elementos

- Modificar rigidez de los sistemas, agregando elementos de acero

u hormigón

- Calidad de materiales

Construcción y Montaje

Empresa constructora

- Experiencia y “resultados”

- Disponibilidad de profesionales y equipos en la zona

Plan de prevención de riesgos para visitas (líquidos y gases

peligrosos)

Logística con la maestranza

- Disponibilidad de materiales

- Calidad de materiales

- Programa de entregas: almacenamiento y acopio en terreno

Construcción y Montaje

Constructibilidad

- Análisis de actividades previas a la ejecución de los refuerzos en

terreno

- Análisis de interferencias

- Estudios de alternativas de montaje

- Estudios de secuencias constructivas

- Considerar planta en operación

- Uso de planos actualizados

ANÁLISIS Y DISEÑO

Aspectos a considerar

- Estructuras de acero y fundaciones en conjunto

Modelación

- Se incorpora flexibilidad de la estructura metálica, importante en

el diseño

- Involucrar todas las instalaciones: naves y equipos

Análisis global del edificio

- Permite visualizar interacción de operación de equipos con el

comportamiento del edificio en conjunto

- Estructura con varios grados de libertad y distribución de masas

discreta

Aspectos a considerar

- Considerar condiciones reales actuales de las estructuras

Instalaciones existentes:

- Usar el levantamiento estructural previo

- Corrosión, deformaciones permanentes, existencia de elementos

- Modos de vibrar, ver caso más crítico

Análisis de oscilaciones

- Restringir valores estimados versus tolerancias de PG al momento

de descargar ánodos en celdas

- Riesgo de lo anterior: detenciones de la operación de los PG

- Posicionamiento de los PG versus períodos de vibración del edificio

Estados de Cargas:

Aspectos a considerar

- Peso Propio: Elementos estructurales, equipos e instalaciones

apoyados en la estructura, conexiones y otros elementos menores

(+10% del PP)

- Viento: en ambas direcciones principales

- Sismo: Análisis modal espectral (para cualquier tipo de

estructura NCh2369)

- Sobrecargas: de uso (pasarelas, mantención) y techo

Aspectos a considerar

Puente Grúa – Cargas de Operación

BC=90ton

Trolley=15ton

AGC=26ton

Levante=25ton

Total=156ton

Aspectos a considerar

Puente Grúa – Cargas de Operación

Ct = 20% : coef. de impacto longitudinal al puente grúa

CL = 40% : coef. de impacto transversal al puente grúa

CD : Carga Dinámica según Especificación del Fabricante

CD = (peso propio)x(coef. amplificación) + (carga viva)x(coef.

amplificación)x(coef. dinámico)

Esta carga no se suma a la carga estática

coef. amplificación = 1,14

coef. dinámico = 1,15

Aspectos a considerar

Vida útil del edificio:

- NCh2369: 50 años la mayoría de los edificios industriales

- Sobre 40 años, lo usual

- Consistente con: operación, viento, sismo, según criterios de diseño

- Industrias petroquímicas y mineras, tiempos menores,

obsolescencia tecnológica o agotamiento de fuentes de materias

primas

Efectos de la Temperatura:

Aspectos a considerar

- Importante en edificios de grandes dimensiones

- A veces controla el diseño

Análisis Probabilístico, Puentes Grúa:

- Varios funcionando, simulaciones por externos

- Variaciones: Estado normal: ±20°C (CD-07)

Estado eventual: ±10°C (mediciones de terreno DCN)

- Tiempos críticos con equipos y sismo

Aspectos a considerar

Medidas para mitigar efectos por T°:

- Reubicación de arriostramientos

- Modelación de apoyos de H.A. (pedestales)

- Incorporación de flexibilidad de apoyos

Documentos para el Cálculo

- Norma Chilena Oficial NCh2369.Of2003. Diseño sísmico de

Estructuras e Instalaciones Industriales

- AISC, Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges

- AISE Technical Report Nº 13. Guide for the design and

construction of Mill Buildings

- CD-07-1994, CODELCO. Criterio de Diseño Civil Estructural

- Documentos técnicos del proveedor de equipos de manejo de

materiales (Puentes Grúa)

- Norma Chilena Oficial NCh432:2010. Diseño Estructural -

Cargas de viento

- ACI 318, Building Code Requirements for Structural Concrete

ASPECTOS VULNERABLES

Larga vida útil del edificio en permanente operación:

General

- Incorporación de equipos: puentes grúa a veces del doble de

capacidad

Varias empresas de ingeniería involucradas en el diseño

Altos niveles de corrosión: en acero y hormigón

- Estructura en operación sin refuerzos

- Retiro de elementos estructurales

- Incorporación de refuerzos sin detener la operación

- Aumento de peso en celdas de hormigón

- Incorporación de equipos

Análisis y Diseño

Carga menos valorada: número de ciclos de carga, reducción de

tensiones admisibles

Cargas de impacto

Verificaciones parciales de elementos, se requiere modelación integral

Considerar estado real: alteración de las estructuras, corrosión

Sensores laser para automatización del proceso

Ambientes altamente corrosivos

Deficiencias por la Operación

Pérdida de verticalidad de columnas

Desalineación de marcos

Daños en elementos y conexiones metálicas

Cambio en la rigidez del sistema

- Incorporación de elementos

- Retiro y pérdida de resistencia de elementos

Sistemas de anclajes

Consolas metálicas, mas de 5ton requiere columnas de apoyo

(AISE No.13)

- Deformaciones permanentes

Deficiencias por la Operación

Pérdida de paralelismo y quiebre de rieles

Rotura de Clips

Deficiencias por la Operación

Falta de pernos en conexiones Soluciones estructurales incompletas

Problemas de Diseño - Consolas

Problemas de Construcción - Anclajes

Fundación sin pernos de anclaje

Mantención - Control de Calidad - Corrosión

Niveles de Importancia ante Fallas

Crítica: atención inmediata, impacto directo en operación de la

planta, pérdidas importantes

Normal: reparación rápida, sin pérdidas importantes en la

producción

Menor: falla no ocasiona detenciones prolongadas, no pone en

peligro otras instalaciones

PRODUCTO FINAL

Gracias por su Atención