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