Diseño estructural de una tolva de acero comercial de 5TN para apilamiento de mineral utilizando modelos Computacionales y Cálculos Convencionales

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA. DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA TOLVA DE ACERO COMERCIAL DE 5TN PARA APILAMIENTO DE MINERAL UTILIZANDO MODELOS COMPUTACIONALES Y CÁLCULOS CONVENCIONALES. TESIS PRESENTADA POR EL BACHILLER EN INGENIERIA MECANICA JOSÉ YSMAEL ATAHUALPA CALVO PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL. DE INGENIERO MECÁNICO ASESOR MG. EDMUNDO HONORIO OCOLA TICONA. AREQUIPA-PERÚ 2018.

(2) RESUMEN. El desarrollo del cálculo y diseño de una tolva industrial para apilamiento de mineral (calcopirita) es una solución a una necesidad, por la creciente demanda que hay en nuestro país de la producción minera. Es por ello que el siguiente trabajo consiste en elaborar un diseño innovador como un aporte a la ingeniería de detalle basado en el comportamiento de los elementos estructurales y de refuerzo así como sus conexiones y todo el conjunto estructural de acero para un tipo específico de modelo de tolva mediante la comparación y verificación de las diversas soluciones en el cálculo estructural ya sea hecho manualmente o por un software de diseño estructural como es el SAP 2000. Al realizar el diseño, calculo y análisis correctos para determinar la estructura de una tolva de apilamiento de mineral con elementos de acero estructural se abordara el problema de las cargas que pueden actuar sobre una estructura, las cuales son muy variadas y pueden darse una serie de combinaciones entre ellas, debiendo la estructura soportar la combinación más desfavorable así como las consideraciones de acuerdo a normas AISC y el método LRFD. Diseño, calculo, tolva, método, normas, comparación, estructura..

(3) ABSTRACT. The development of the calculation and design of an industrial hopper for mineral stacking (chalcopyrite) is a solution to a need, due to the growing demand in our country for mining production. That is why the following work consists of developing an innovative design as a contribution to detailed engineering based on the behavior of structural and reinforcement elements as well as their connections and the entire steel structural set for a specific type of model. Hopper by comparing and verifying the various solutions in the structural calculation either done manually or by structural design software such as the SAP 2000. When carrying out the correct design, calculation and analysis to determine the structure of a mineral stacking hopper with structural steel elements, the problem of loads that can act on a structure will be addressed, which are very varied and can be a series of combinations among them, the structure having to support the most unfavorable combination as well as the considerations according to AISC standards and the LRFD method.. Design, calculation, hopper, method, standards, comparison, structure..

(4) AGRADECIMIENTO. Mi más sincero agradecimiento reconociendo su grandeza a la Universidad Nacional de San Agustín en especial a la escuela profesional de Ingeniería Mecánica, a sus docentes y demás personas que formaron parte de esta etapa de formación y superación personal, que se verá reflejada de la mejor manera en el campo ocupacional, siempre poniendo en alto el nombre de la institución.. José Ysmael Atahualpa Calvo.

(5) DEDICATORIA. A mi Dios por darme las fuerzas necesarias para hacer este sueño realidad; al apoyo incondicional de mis Padres y hermanos quienes con su esfuerzo y sacrificio han sabido brindarme la mejor herencia que alguien puede recibir “La Educación”; a mi esposa que me dio el regalo más maravilloso de la vida; y también en especial a un buen compañero de aula, amigo y hermano, un gran ejemplo de lucha y coraje: Saulo Arenas Zegarra.. José Ysmael Atahualpa.

(6) INDICE. CAPITULO I ............................................................................................................................... 1 1.1 ANTECEDENTES:.................................................................................................... 1 1.2 HIPÓTESIS: ................................................................................................................ 2 1.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO .................................................................................. 2 1.3.1 OBJETIVO GENERAL: ............................................................................................. 2 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ..................................................................................... 2 1.4.ESTRUCTURACIÓN DEL DISEÑO.......................................................................... 3 1.5. ALCANCE ................................................................................................................. 3 1.6. EL MÉTODO DE CÁLCULO .................................................................................. 4 1.6.1. DIMENSIONES ....................................................................................................... 4 CAPITULO II .............................................................................................................................. 6 2. MARCO TEORICO....................................................................................................... 6 2.1 LA TOLVA ................................................................................................................. 6 2.2 CARACTERÍSTICAS A CONSIDERAR EN LA CONSTRUCCIÓN DE LA TOLVA 12 2.2.1CALCOPIRITA .......................................................................................................... 12 2.2.2EXCENTRICIDAD .................................................................................................. 12 2.2.3 ACERO A-36 .......................................................................................................... 12 2.2.4ACERO AR-500 ....................................................................................................... 13 2.4 CONSIDERACIONES PRELIMINARES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE TOLVA. ................................................................................................................................................ 14 2.4.1 CONSIDERACIONES DEL ACERO A36................................................................. 14 2.4.2 CONSIDERACIONES ACERO AR-500 ................................................................... 15 2.4.3 IMPORTANCIA DE LA TOLVA DE APILAMIENTO ............................................. 16 2.4.4 TIPOS DE TOLVAS MÁS CARACTERÍSTICOS ................................................. 16 2.5 OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR EN DICHO TRABAJO ................................... 23 2.5.1 MAQUINARIA ....................................................................................................... 23 2.5.2 MATERIAL ............................................................................................................ 23 2.5.3 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN PERSONAL ........................................................ 23 2.6 MÉTODOS PARA EL CONTROL DE LA TOLVA DE APILAMIENTO DE MINERAL24 2.6.1. DIAGRAMA DE OPERACIONES DEL PROCESO ......................................... 26.

(7) Diagrama de proceso de operaciones para la fabricación de una tolva de apilamiento. ............. 26 2.7 TOLVAS DE APILAMIENTO EN LA MINERIA .................................................... 27 2.7.1. TOLVAS DE ALMACENAMIENTO DE MINERALES........................................... 27 2.7.2 TOLVAS DE TRANSPORTE DE MINERAL ........................................................... 27 2.7.3 MATERIAL QUE SE DEBE UTILIZAR PARA LA CONSTRUCCION DE UNA TOLVA ....................................................................................................................................29 2.8 CRITERIOS EN EL DISEÑO DE TOLVAS .............................................................. 31 2.9 VARIABLES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UNA TOLVA ............................ 31 2.10 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL DE TRABAJO ......................................... 31 2.10.1 CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL MINERAL DE CALCOPIRITA ................... 31 2.10.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE MINERAL DE CALCOPIRITA ..................... 32 2.10.3 DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO ................................................................... 33 2.10.4 DENSIDAD DE LOS MINERALES ....................................................................... 34 2.11 PARAMETROS EN LAS CAPACIDADES DE TOLVAS .................................. 37 2.11 .1. INCLINACIÓN DEL FONDO DE TOLVAS: ........................................................ 37 2.11.2. PROCESO DE FABRICACION DE LA TOLVA ..................................................... 39 2.12 ANALISIS DE UNIONES SOLDADAS .................................................................. 42 CAPITULO III........................................................................................................................... 49 3. PARAMETROS Y CÁLCULO ESTRUCTURAL DE TOLVA DE APILAMIENTO .......... 49 3.1 CALCULO DE LAS CARGAS DE DISEÑO ......................................................... 49 3.1.1 CARGA TÉRMICA ............................................................................................... 49 3.1.2 CARGAS DE SERVICIOS ...................................................................................... 50 3.3 CALCULO DE LA PRESIÓN HORIZONTAL ..................................................... 52 3.4 RECÁLCULO DE LA PRESIÓN HORIZONTAL (PHF) ...................................... 55 3.6 CARGAS DE USO EN TOLVA.................................................................................... 59 3.6.1 CALCULO DE LA PRESIÓN VERTICAL EN LA ZONA DE TRANSICIÓN ... 60 3.8 CÁLCULO DE LA PLANCHA .................................................................................... 62 3.9 CALCULO DE LA CARGA DISTRIBUIDA EN LA VIGA DE LA TOLVA ............... 66 3.10 DIAGRAMA DE FUERZAS CORTANTES ............................................................ 68 3.11DIAGRAMA DE MOMENTOS FLEXIONANTES ................................................. 69 3.12 CALCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD ......................................................... 69.

(8) 3.13 RESULTADOS Y DESCRIPCIÓN DE TODOS LOS ELEMENTOS DE LA TOLVA DE APILAMIENTO DE MINERAL ........................................................................................... 71 CAPITULO IV ......................................................................................................................... 77 4. CÁLCULO Y VERIFICACIÓN DEL DISEÑO DE LA TOLVA DE FINOS ................. 77 4.1VERIFICACIÓN POR SOFTWARE SAP2000 ........................................................... 77 4.2 VERIFICACIÓN DE LOS DIAGRAMAS OBTENIDOS CON EL USO DE LA COMBINACIÓN DE CARGA MÁS CRÍTICA (MÁXIMA) ........................................... 78 4.3 Verificacion de frame 157 con el metodo lrfd .................................................................. 84 4.3.1 PRUEBA POR FLUENCIA ........................................................................................ 88 4.3.2 PRUEBA POR FRACTURA ...................................................................................... 88 4.3.3 ANÁLISIS POR FLEXIÓN ........................................................................................ 89 4.3.4 EVALUACIÓN DE LA ESBELTEZ ........................................................................... 90 4.3.5 ANALISIS POR FUERZA CORTANTE ..................................................................... 91 4.4. VERIFICACIÓN DE LOS PERFILES SELECCIONADOS DE LA ESTRUCTURA DE LA TOLVA DE FINOS ............................................................................................................... 91 4.6 VERIFICACION GEOMETRICA DE LA DEFLEXION PRODUCIDA POR LAS CARGAS EXTERNAS ........................................................................................................ 93 CONCLUSIONES: .................................................................................................................. 96 RECOMENDACIONES.......................................................................................................... 98 Bibliografía ................................................................................................................................ 99.

(9) TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1Tolva de minería ...................................................................................................... 7 Ilustración 2: Silo o tolva ............................................................................................................. 8 Ilustración 3Sistema buzón ........................................................................................................ 10 Ilustración 4: Parte móvil ........................................................................................................... 11 Ilustración 5: Parte fija ............................................................................................................... 11 Ilustración 6: Esquema de tolvas de finos .................................................................................. 22 Ilustración 7: tolva de finos Fuente: (Diaz Mozo, 2014) ............................................................ 22 Ilustración 8: Diagrama de flujo................................................................................................. 26 Ilustración 9: Tolvas para transporte .......................................................................................... 28 Ilustración 10: Tolva en vista de perfil ....................................................................................... 28 Ilustración 11: Planchas bimetálicas .......................................................................................... 30 Ilustración 12: Granulometría .................................................................................................... 33 Ilustración 13: densidad y peso especifico ................................................................................. 34 Ilustración 14: Tolva de Almacenamiento de minerales ............................................................. 39 Ilustración 15: Angulo de reposo ............................................................................................... 39 Ilustración 16: Proceso de soldadura .......................................................................................... 41 Ilustración 17: Procedimiento de fabricación de la tolva ............................................................ 42 Ilustración 18: soldadura por gas ............................................................................................... 43 Ilustración 19: Soldadura por arco eléctrico ............................................................................... 44.

(10) Ilustración 20: Soldadura Gmaw ................................................................................................ 45 Ilustración 21: Soldadura Fcaw.................................................................................................. 45 Ilustración 22: Soldadura GTAW .............................................................................................. 46 Ilustración 23: Vista de tolva ..................................................................................................... 52 Ilustración 24: Peso específico de la calcopirita ......................................................................... 53 Ilustración 25: Peso de la tolva .................................................................................................. 55 Ilustración 26:Vista de planta..................................................................................................... 58 Ilustración 27: Fuerzas distribuidas............................................................................................ 62 Ilustración 28: Diagrama de la tolva de finos ............................................................................. 65 Ilustración 29: Diagrama de carga distribuida ............................................................................ 66 Ilustración 30: Fuerza cortante ................................................................................................... 68 Ilustración 31: Momento flector................................................................................................. 69 Ilustración 32. Ratios ................................................................................................................. 71 Ilustración 33: Analisis de la superficie ..................................................................................... 72 Ilustración 34: Isométrico de la tolva ......................................................................................... 74 Ilustración 35: Diagrama de momentos...................................................................................... 77 Ilustración 36: Diagrama de la sección ...................................................................................... 78 Ilustración 37: Diagrama de los tipos de plancha que se uso ..................................................... 79 Ilustración 38: Diagrama del análisis de la NTP ........................................................................ 79 Ilustración 39: Diagrama de los datos del análisis por sismo ..................................................... 80.

(11) Ilustración 40: Mapa del Perú .................................................................................................... 81 Ilustración 41: Frame 157 .......................................................................................................... 84 Ilustración 42: Carga factorizada ............................................................................................... 85 Ilustración 43: Complemento de datos ....................................................................................... 86 Ilustración 44Verificacion estructural Asce10-7 ........................................................................ 92 Ilustración 45Ratio Máximo ...................................................................................................... 93 Ilustración 46 Desplazamiento de Planchas y perfiles ................................................................ 94 Ilustración 47: Momentos máximos en áreas. ............................................................................ 94.

(12) INDICE DE TABLAS Tabla 1: Propiedades de los aceros............................................................................................. 13 Tabla 2: Composición química del acero A36 ........................................................................... 15 Tabla 3: Métodos de inspecciones de ensayos no destructivos para los materiales de la tolva .. 25 Tabla 4: Análisis químico de calcopirita .................................................................................... 32 Tabla 5: Análisis granulométrico ............................................................................................... 32 Tabla 6: Propiedades de los minerales ....................................................................................... 34 Tabla 7: Inclinaciones ................................................................................................................ 38 Tabla 8: Coeficiente de dilatación térmica ................................................................................. 49 Tabla 9: Modulo de elasticidad .................................................................................................. 49 Tabla 10: Peso específico del suelo ............................................................................................ 54 Tabla 11: Parámetros adimensionales ........................................................................................ 56 Tabla 12: Propiedades de la calcopirita ...................................................................................... 66 Tabla 13: Resultados del centro de gravedad ............................................................................. 70 Tabla 14. Lista de elementos ...................................................................................................... 73 Tabla 16: Lista de materiales ..................................................................................................... 75 Tabla 17: Continuación de lista de materiales ........................................................................... 75 Tabla 18: Continuación de lista de materiales ............................................................................ 76 Tabla 19: Continuación de lista de materiales ............................................................................ 76 Tabla 20: Factor de zona ............................................................................................................ 82.

(13) Tabla 21: Factor de suelo ........................................................................................................... 82 Tabla 22: Categoría .................................................................................................................... 83 Tabla 23: Coeficiente de reducción ............................................................................................ 83 Tabla 24: Propiedades del acero ................................................................................................ 87.

(14) PRESENTACIÓN. Este trabajo tiene como finalidad desarrollar el mejor diseño y exhaustivo desarrollo en cuanto al análisis y diseño estructural que tiene como elementos resistentes de una tolva para apilamiento de mineral, el cual toma este nombre debido a la transformación y procesamiento del mineral de cobre.. Es un trabajo que consiste en un diseño innovador como un aporte a la ingeniería de detalle basado en el comportamiento de los elementos estructurales y de refuerzo así como sus conexiones y todo el conjunto estructural de acero para un tipo específico de modelo de tolva.. En este trabajo se presenta la comparación y verificación de las diversas soluciones en el cálculo estructural ya sea hecho manualmente o por un software de diseño estructural como es el SAP 2000, aplicando el método LRFD con todos sus variables y combinaciones de cargas. Por tanto, pongo a completa disposición de la Universidad la presente tesis titulada “DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA TOLVA DE ACERO COMERCIAL DE 5TN PARA APILAMIENTO DE MINERAL UTILIZANDO MODELOS COMPUTACIONES Y CÁLCULOS CONVENCIONALES” Esperando aportar con un modelo y guía para el análisis y diseño estructural de este tipo de estructuras..

(15) INTRODUCCIÓN. El desarrollo del cálculo y diseño de una tolva industrial para apilamiento de mineral (calcopirita) es una solución a una necesidad, por la creciente demanda que hay en nuestro país de la producción minera.. En tal sentido, es indudable en las contratistas, la innovación, expansión, mejora de sus instalaciones, mejora de su línea producción para de esta forma se alcance una alta competitividad, dado que estas organizaciones juegan un papel importante en el sector minero.. La tendencia actual reconoce en las pequeñas y medianas empresas (MYPES) una parte fundamental de la economía del Perú. Los indicadores económicos revelan que las empresas contratistas en nuestro país participan de forma activa en las ventas totales, las exportaciones, el PIB y el empleo.. Cualquier dificultad general en estas organizaciones menores repercute desfavorablemente en los indicadores macroeconómicos y sociales del país. En la actualidad, la inversión en minería en el Perú ha crecido considerablemente. Esto, debido al aumento de los precios de los metales y al crecimiento sostenido de la demanda de los mercados internacionales. Este progreso tiene un impacto directo en todas las actividades vinculadas al rubro minero, principalmente en el requerimiento de empresas contratistas que brinden bienes y servicios, lo que, además, impacta positivamente en la generación de empleos directos e indirectos..

(16) CAPITULO I. 1.1 ANTECEDENTES:. Deberá considerarse la selección de los materiales con un criterio conservador y una geometría estructural que sea segura, estática y económica. Por lo tanto, se hizo varios estudios previos que corresponden a otros rubros de la ingeniería, la fase más difícil y a la vez más importante de la ingeniería estructural. A menudo se requieren varios estudios independientes de diferentes soluciones antes de decidir cuál es la forma más apropiada. Una vez tomada esta decisión, se especifican entonces las cargas, materiales, disposición de los miembros y sus dimensiones de conjunto. Está claro que la habilidad necesaria para llevar a cabo estas actividades de planeación se adquiere normalmente después de varios años de experiencia en el arte y ciencia de la ingeniería. Las formas estructurales mayormente utilizadas para solucionar el problema de diseñar una tolva, se reducen a las siguientes: Marcos rígidos, refuerzos en vigas Los marcos rígidos se usan a menudo en edificios y se componen de vigas y columnas que están articuladas o bien son rígidas en sus cimentaciones Al igual que las armaduras, los marcos pueden ser bidimensionales o tridimensionales. La carga en una viga ocasiona flexión en sus miembros, y debido a las conexiones entre barras rígidas, esta estructura es generalmente. En la mayoría de las actividades productivas, las tolvas de acero son muy utilizadas en distintos ámbitos, ya sea en la industria minera, pesquera, metal-mecánica, papelera, etc. Ante esta necesidad de contar con instalaciones industriales amplias, cómodas y seguras, el cálculo estructural de la tolva industrial es primordial. 1.

(17) 1.2 HIPÓTESIS: El diseño de la tolva de apilamiento de mineral con el uso de normas y elementos finitos solucionara los problemas y requerimientos de la minería.. 1.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO: 1.3.1 OBJETIVO GENERAL: Calcular y dimensionar los elementos de una tolva para apilamiento de mineral con las capacidades de soporte y acopio de mineral de calcopirita 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: . Calcular y dimensionar los elementos que compondrán la estructura final de la tolva de apilamiento. . Analizar en el caso más crítico de combinación de carga posible. . Seleccionar el perfil adecuado sometido a fuerzas por tensión con el método LRFD.. . Contar con una estructura estable frente a cualquier solicitud de carga. . Aumentar la capacidad de la planta para manejar mayores cargas de la tolva. . Calcular el momento y la deflexión máxima de los elementos estructurales. . Lograr un cálculo más exacto eficaz y confiable gracias al uso del software SAP2000 versión 17 y solidworks 2015. . Calcular la presión vertical en la zona de transición.. 2.

(18) 1.4.. ESTRUCTURACIÓN DEL DISEÑO Las tolvas de apilamiento son de gran importancia en la minería actual, para dar forma a este tema de investigación usando el análisis de elementos finitos, el cálculo manual y el criterio usando la lógica correspondiente se empleara muchas herramientas, los cuales son la información teórica de los elementos para entender como tienen la importancia en cuanto a su uso, después se utilizara la herramienta de software para acelerar los cálculos respectivos y así complementar con el uso de tablas para terminar con el diseño respectivo de la tolva de apilamiento de mineral.. 1.5. ALCANCE El presente trabajo se realizará en la minera y servirá para almacenamiento de pellets que se usan en los procesos mineros La presente investigación tiene como objetivo realizar el diseño ,calculo y análisis correctos para determinar la estructura de una tolva de apilamiento de mineral con elementos de acero estructural se abordara el problema de las cargas que pueden actuar sobre una estructura, las cuales son muy variadas y pueden darse una serie de combinaciones entre ellas , debiendo la estructura soportar la combinación más desfavorable así como las consideraciones de acuerdo a normas AISC y el método LRFD haciendo referencia específica a tres puntos : 1- Estabilidad 2- Resistencia 3- Deformación limitada. La estabilidad de una estructura es la que garantiza que dicha estructura, entendida en su conjunto como un sólido rígido, cumple las condiciones de la estática, al ser solicitada 3.

(19) por las acciones exteriores que pueden actuar sobre ella. La resistencia es la que obliga a que no se superen las tensiones admisibles del material y a que no se produzca rotura en ninguna sección. La deformación limitada implica el que se mantenga acotada (dentro de unos límites) la deformación que van a producir las cargas al actuar sobre la estructura. Estos límites van marcados por la utilización de la estructura, razones constructivas y otras. Finalmente se hará, teniendo en cuenta el tipo de estructura utilizada, la elección y el seguimiento del proceso de montaje y de los sistemas de seguridad necesarios que hay que cumplir. La tolva industrial contara con instalaciones, eléctricas, de saneamiento, así como la realización de los acabados interiores y la colocación de soportes. 1.6. EL MÉTODO DE CÁLCULO: Desarrollar un método de cálculo, involucra la recepción de antecedentes previos al diseño, en función a la naturaleza de la instalación, espacios requeridos, situación geográfica y climatológica. Estos antecedentes deberán parametrizarse en variables que interpreten cuantitativamente las necesidades de la tolva de apilamiento de mineral. 1.6.1. DIMENSIONES: Las dimensiones de la tolva de apilamiento de mineral surgen como respuesta a las necesidades de espacio/volumen de la productividad; ésta quedará completamente definida en función de las siguientes magnitudes: a) Amplitud de apertura o boca de la tova necesaria, capaz de cubrir el ancho máximo en el diseño.. 4.

(20) b) Altura útil (H): También llamada altura de chute, equivale a la altura disponible para el acopio de material. c) Pendiente (m): Angulo de la vertiente con respecto a la horizontal Deberá representar la inclinación necesaria. d) Longitud (Z): Extensión, capaz de cubrir la longitud máxima presupuestada en el diseño.. 5.

(21) CAPITULO II 2. MARCO TEORICO 2.1 LA TOLVA “Se denomina tolva a un dispositivo similar a un embudo de gran tamaño destinado al depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados, entre otros.” (Wikipedia, s.f.) El presente trabajo nos enfocamos a hacer el “Diseño de una tolva para apilamiento de mineral de 5 toneladas” , cuyo objetivo principal es amontonar apilamiento de mineral como es la calcopirita que ya ha sido golpeado antes por golpeadoras secundarias, en este caso el mineral a utilizar será fino que es la mena del cobre más considerablemente distribuida, esta tolva está elaborada para usarla en una empresa procesadora de cobre.. El diseño de la tolva para apilamiento de mineral cumple con todos los requerimientos importantes para que funcione de la manera más óptima posible, además del diseño al finalizar se hará una medición o control para comprobar si el diseño se realizó de manera correcta y como adicional veremos cómo estas interactúan dentro de una planta.. 6.

(22) Ilustración 1Tolva de minería Fuente: (Share, s.f.). Silo: “Excavación de gran volumen que cumple la función de almacenar mineral, para regularizar el flujo de producción de y también que la mina cuente con un stock de material para enviar a procesos.” (Gallar, 2014). 7.

(23) Chimeneas de Traspaso. Silo o Tolva Diámetros: 8 a 10 m. Descarga a Buzón. 4 metros. Nivel de Transporte Principal. Ilustración 2: Silo o tolva Fuente: (Gallar, 2014) COMPOSICIÓN DEL SISTEMA BUZÓN. Para describir el buzón se requiere considerar elementos fijos y móviles junto a una unidad de fuerza, después de ver varios estudios en los que están relacionados el curso de estática los elementos fijos van empotrados o anclados, por otro lado, los elementos móviles van unidos con dispositivos hidráulicos como también neumáticos. Para describir los componentes del elemento fijo tomaremos en cuenta algunas partes necesarias como los que son el socucho, la tolva o silo y finalmente tenemos la estructura de soporte, siguiendo la secuencia las partes móviles están conformadas por las cortinas de cadenas y la boca de descarga. A continuación, se menciona los conceptos de los elementos necesarios que se mencionó líneas arriba. 8.

(24) Socucho: “Es un ducto metálico o de hormigón anclado a la roca revestido con piezas de desgaste (acero), que une la chimenea con el buzón.” (Gallar, 2014) Tolva: Según (Gallar, 2014) es una estructura metálica en forma de canal revestida con piezas metálicas de desgaste, se encuentra fija al soporte y está conectada directamente al socucho. La pendiente de la tolva es levemente inferior a la del socucho. El lecho de la tolva (en su tramo inicial) es un área de impacto del material proveniente de la chimenea, permite la formación de un talud de material, el cual no debe llegar a la boca del buzón (debe mantenerse en su ángulo de reposo). Estructura de soporte: “Básicamente está compuesta por vigas de acero, anclajes a la roca y una base de concreto. También se incluye en ella todo el sistema de operación como pasarelas, barandas, balcones, etc.” (Gallar, 2014) Buzón o boca: Según (Gallar, 2014) Esta pieza es la que realiza la descarga del material hacia el equipo de transporte. Está sujeto al extremo inferior de la tolva con un pivote que se mueve entre -30º y 30º aproximadamente (respecto a la horizontal), sube o baja con el accionamiento de cilindros neumáticos o hidráulicos. En algunos casos el buzón puede regular el ancho de descarga con compuertas. El sistema cuenta con un contrapeso que permite mantener el equilibrio y el control de la operación. Cortinas de cadenas: Para (Gallar, 2014) Estos elementos actúan principalmente como pieza de control de flujo y granulometría. Las cadenas tienen la resistencia y la flexibilidad necesaria para cumplir con este objetivo a diferencia de elementos rígidos cuya vida útil sería menor por culpa de los impactos y rozamiento propio de la operación. Las cadenas son accionadas por distintos cilindros hidráulicos dependiendo de su función. Las cadenas se sostienen en tres puntos que son un empalme fijo superior, porta cadenas a media altura (accionado por un cilindro hidráulico, que permite regular la sección) y una porta cadenas inferior (accionado por. 9.

(25) otro cilindro hidráulico, que permite regular el flujo). Los extremos inferiores de las cadenas están libres. Cilindros: Según (Gallar, 2014) Estos elementos se encuentran dispuestos en distintos puntos del equipo, según la función del mismo. Bajo del buzón se encuentran los cilindros que le dan la movilidad a la boca del buzón para realizar las tareas de descarga de material (A). Sobre una cortina de cadenas se ubican otros cilindros que permiten controlar la granulometría del material (B) y por último los cilindros de control de flujo, que actúan sobre la cortina de cadenas (C).. Chimenea. Socucho Tolva Boca móvil. Estructura soporte. Ilustración 3Sistema buzón Fuente: (Gallar, 2014). 10.

(26) Cilindro B Cilindro C. Buzón o Boca. Cortina de cadenas Tapas laterales. Tolva. Cilindro A. Ilustración 4: Parte móvil Fuente: (Gallar, 2014). Ilustración 5: Parte fija Fuente: (Gallar, 2014) 11.

(27) 2.2 CARACTERÍSTICAS A CONSIDERAR EN LA CONSTRUCCIÓN DE LA TOLVA Una característica principal de la tolva es q tiene un parecido con un objeto que utilizamos en nuestra vida cotidiana el cual es el embudo, pero en el caso de la tolva es de un tamaño considerable ósea grande, una de las funciones principales es conectar un lugar con otro para transportar material. 2.2.1CALCOPIRITA “La calcopirita es la mena de cobre más ampliamente distribuida. La calcopirita fue por vez primera descrita científicamente en 1725 por Johann Friedrich Henckel y el nombre deriva de las palabras griegas Del griego khalkós, 'cobre' y pyrós, 'fuego' o pirita, literalmente pirita de cobre”. (Wikipedia, s.f.). 2.2.2EXCENTRICIDAD Es el parámetro que indica la cantidad de desviación de una sección cónica con relación a su circunferencia. 2.2.3 ACERO A-36 “Es una aleación de acero al carbono que se usa por ser comercial en nuestro país, ya que el esfuerzo de fluencia es suficiente para resistir los esfuerzos requeridos debido a las diversas cargas, Para dicho trabajo es adecuado. La denominación A36 fue establecida por la ASTM (American Society for Testing and Materials).” (tareas, s.f.). Según la Especificacion AISC las propiedades del material A36 es:. 12.

(28) Tabla 1: Propiedades de los aceros. Fuente: (McCormac & Csernak, 2013) 2.2.4ACERO AR-500 El acero commodity AR 500F, es un acero resistente al impacto y a la abrasión, ya que es necesario para el trabajo que ejerce la tolva, este material es aceptable para cargas de impacto, de acuerdo a tablas de material tiene una dureza promedio de 500 HBW (dureza Brinell) que fue tomado de tablas tal cual es entregado de los molinos de fabricación bajo las normas y designaciones ATSM, entre otras la A6.. 13.

(29) 2.4 CONSIDERACIONES PRELIMINARES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE TOLVA. La consideración se toma en cuenta siguiendo las definiciones del euro código por ello se plantea los datos requeridos: . Capacidad de almacenamiento de TM según un abastecimiento. . Densidad del mineral en TM/m3. . Localización y topografía. . Propósito de la tolva y el efecto que tendrían sus dimensiones básicas. . Porcentaje de humedad del mineral. 2.4.1 CONSIDERACIONES DEL ACERO A36. El acero A36 es un material que es compatible con varios usos ya que se toma en cuenta la disponibilidad. De los aceros al carbono, el acero ASTM A36 es una de las variedades más importantes es el precio. Ofrece un excelente esfuerzo de resistencia a diversas aplicaciones. A continuación, vemos que el acero A36 se produce en una amplia variedad de formas, las cuales son: . Planchas. . Perfiles estructurales. . Barras. . Láminas. . Platinas. De acuerdo a tablas buscadas en diversos libros se tiene los siguientes datos para este material: 14.

(30) Tabla 2: Composición química del acero A36. Fuente: (Otero, 2016). 2.4.2 CONSIDERACIONES ACERO AR-500 Para el uso de este material se tomó en cuenta la disponibilidad y el excelente trabajo en cargas de impacto La placa AR500 es aceros de aleación (AR) apagados de la abrasión y templados resistentes de acuerdo a lo leído en internet. El material se ha tomado en cuenta de acuerdo al uso que se le asigna, en este caso cargas de impacto. La adición de carbón y el manganeso juntado con el amortiguamiento y el temple de aumento la dureza del acero y crean una superficie durable, resistente a los choques.. Se utiliza en las aplicaciones donde los materiales abrasivos tales como granos, carbón, mineral, cemento, grava, agregados ligero, y tierra se están manejando. Es un material. 15.

(31) común para los transportadores, los canales inclinados, las guarniciones, las tolvas y el equipo de dirección en el movimiento de materiales y las minerías. 2.4.3 IMPORTANCIA DE LA TOLVA DE APILAMIENTO Las tolvas de apilamiento son importantes por los siguientes motivos. . Aseguran una alimentación constante porque resisten bastante.. . Nos permite hacer arreglos con el procedimiento adecuado tomando medidas de seguridad a pesar de estar en funcionamiento. . Nos permiten parar la sección chancado, para realizar reparaciones, limpieza, etc. sin necesidad de detener la sección molienda. 2.4.4 TIPOS DE TOLVAS MÁS CARACTERÍSTICOS 2.4.4.1 Tolva de Gruesos “Es un paralelepípedo truncado por un plano inclinado en el fondo, la parte superior generalmente tiene una parrilla para no dejar pasar los materiales más grandes que la recepción de la chancadora, en la parte inferior central tiene una compuerta de descarga. El acceso al interior será por una escalerilla, la misma que contará con una soga y cinturón de seguridad.” (Bonifacio , s.f.) Las tolvas de gruesos son recipientes que sirven para juntar el mineral total que viene de la mina, y así alimentar a las chancadoras en forma regular.. 16.

(32) Están fabricadas de concreto armado o de madera forradas con planchas de hierro. La boca de recepción tiene una parrilla de rieles usados que impiden el paso de mineral grueso a los alimentadores y chancadoras.. La boca de recepción de mineral en la parte superior tiene forma cuadrada o rectangular y el fondo es inclinado.. La separación entre riel y riel se llama luz. Si la luz entre los rieles es muy grande la chancadora se atora. Las tolvas de gruesos son depósitos que sirven para almacenar el mineral bruto que viene de la mina, y así alimentar a las chancadoras en forma regular. Generalmente estas tolvas de gruesos son de concreto armado, tienen la forma cuadrada que termina en un cono piramidal provista en la parte superior de una parrilla rustica construida de rieles, sirven para recibir mineral que nos entrega mina. El mineral viene a las tolvas de gruesos N° 02 y 03 por medio de carros metaleros o mineros (10 carros por viaje), cada carro metalero tiene una capacidad de 10 toneladas, de este modo viene el mineral procedente de la mina. Por medio de volquetes se alimenta a la tolva de gruesos N° 01. De este modo viene el mineral procedente de Rosaura y otras canchas. Las tolvas de gruesos tienen una capacidad aproximada de 400 TMH y 300 TMH, esta capacidad depende principalmente de las características del mineral (humedad y Granulometría) Rieles o parrillas de las tolvas de gruesos: Muchas personas creen que las parrillas sirven para impedir que alguien se caiga dentro de la tolva, pero la verdadera razón es impedir el paso de mineral grande dentro de la tolva, a fin de evitar problemas en el alimentador, faja transportadora y en la chancadora primaria.. 17.

(33) Los rieles están a una distancia de 8” hacia lo ancho y 12” hacia lo largo, es decir, son parrillas estacionarias de 8” x 12” de luz. Los principales cuidados que se deben tener con los rieles de las parrillas son las siguientes: * No deben estar flojas * No deben estar rotas * No deben estar demasiadas gastadas Comunicar al supervisor si encuentra alguna de estas fallas (condición insegura) El personal debe hacer uso de sus implementos de seguridad (EPP), en todo momento, como son: casco, lentes, guantes, respirador, etc. Cuidados necesarios en las tolvas: Antes de realizar el trabajo; inspeccionar el área de trabajo, y eliminar las condiciones inseguras. Las tolvas de gruesos se deben inspeccionar al inicio y al final de cada guardia, y periódicamente durante la guardia, y está a cargo del chancado primario (operador) El llenado de la tolva es realizado y supervisado por mina en coordinación con la planta concentradora. La descarga de las tolvas se realiza a través de los alimentadores de placas (Aprom Feeder) el control y supervisión está por completo a cargo de la planta concentradora. Observar las condiciones del piso y barandas; el piso debe estar limpio y las barandas seguras. Después del trabajo o al final de cada guardia se debe dejar limpia el área. Evitar estar sobre la tolva de gruesos, si la persona resbala puede caerse dentro de la tolva y causaría un accidente. 18.

(34) No dejar herramientas u otros objetos en el suelo, especialmente en los pasadizos de circulación En Caso de Campaneo: - Descampanear con un barreno largo, tomando las medidas de seguridad respectivas y acompañado del chancado secundario u otra persona. - En caso de no poder descampanear, avisar al Jefe de Guardia para que coordine con mina, para su plasteo, con los cuidados respectivos Objetivo de la tolva de gruesos: Deposito donde se almacena el mineral que viene de la mina para alimentar a las chancadoras o circuito de chancado. . Están fabricadas de concreto armado o de madera forradas con planchas de hierro.. . La boca de recepción de mineral en la parte superior tiene forma cuadrada o rectangular y el fondo es inclinado.. . La boca de recepción tiene una parrilla de rieles usados que impiden el paso de mineral grueso a los alimentadores y chancadoras.. . La separación entre riel y riel se llama luz.. . Si la luz entre los rieles es muy grande la chancadora se atora.. Inspección de la parrilla y remoción del mineral de la tolva:. Estos trozos grandes de mineral que quedan sobre la parrilla denominados bancos, son a veces retirados y plasteados para reducirlos de tamaño o instalar un martillo neumático o hidráulico que cumpla con la misma función.. 19.

(35)  Periódicamente se debe chequear el estado de los rieles para mantener constante la luz entre ellos.  Si hay mineral pegado en las paredes, picar o des quinchar con barretillas largas desde la parrilla.  El operador también puede ingresar a la tolva para desquinchar pero con correa y soga de seguridad.  Si hay mineral suspendido en la tolva, se puede desatorar utilizando aire a presión.. 2.4.4.2 Tolva de Finos Las tolvas de finos son como vasijas, pero en la parte inferior tiene forma de cono, las cuales se fabrican con planchas de acero que las encontramos en catalogo y las unimos con soldadura. Algunas formas son las siguientes: -. Tronco-cónico. -. Con base cuadrada. -. Con extremo biselado. -. Piramidal con forma de cuna. -. Tronco-piramidal. Estos diseños óptimos para materiales de apilamiento, para materiales que no se resbalen y fácilmente degradables, para bajar la duración del periodo de llenado que podría comportar la creación de rarezas de descomposición, segregación, oxidación, y a favorecer el vaciado.. 20.

(36) Las tolvas de finos son depósitos que sirven para almacenar el mineral fino, ya chancado y abastecer a los molinos en una forma regular. En la sección de chancado tenemos cuatro tolvas de finos de 600 TM/H. Las tolvas de finos son importantes por los siguientes motivos. a. Aseguran una alimentación constante a los molinos. b. Nos permite hacer reparaciones en la sección molienda sin necesidad de parar la sección chancado. c. Nos permiten parar la sección chancado, para realizar reparaciones, limpieza, etc. sin necesidad de parar la sección molienda El llenado de las tolvas de finos es controlado por el chancado secundario, bajo la supervisión del Jefe de Guardia y según las necesidades operacionales No se debe llenar la tolva totalmente, para evitar derrames y poder trasladar el Tripper con facilidad. Cuidados que se deben tener al bajar a picar en las tolvas de finos: - El personal deberá utilizar Obligatoriamente su Arnés con su respectiva línea de vida - El picado de la tolva se debe efectuar con 3 personas como mínimo, 2 dentro de la tolva y 1 fuera de la tolva vigilándolos. - Se debe de ingresar, la Botonera de parada de emergencia de la faja Alimentadora, en la tolva que se está picando. Mantener Limpias los Chutes de Distribución de Carga del Tripper, para evitar derrames y plantadas de la Faja Transportadora. La carga fina se desliza fácilmente y mucho más rápido que un huayco. Ud. puede quedar enterrado, muchos accidentes fatales han ocurrido simplemente por no tener la precaución necesaria Correa de seguridad Mineral Almacenado. La. muerte. espera. un. acto. inseguro. 21.

(37) Ilustración 6: Esquema de tolvas de finos Fuente: (Diaz Mozo, 2014) A continuación vemos en imagen real. Ilustración 7: tolva de finos Fuente: (Diaz Mozo, 2014). 22.

(38) 2.5 OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR EN DICHO TRABAJO Cabe resaltar que lo anterior dicho no es suficiente para el diseño de tolvas, para eso se considera lo siguiente:. 2.5.1 MAQUINARIA . Esmeril. . Arenadora. . Compresora. . Máquinas De Soldar.. . Taladro. 2.5.2 MATERIAL . Platina. . Plancha (ASTM 36, AR500). . Ángulos en L. . Pintura epóxica. . Soldaduras acordes con el trabajo.. . Discos de corte y desbaste.. 2.5.3 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN PERSONAL . Casco de seguridad.. . Máscara para soldar.. . Careta facial.. . Lentes de Seguridad o de oxicorte.. 23.

(39) . Guantes de seguridad para soldador.. . Botas soldador o Zapatos de seguridad.. . Traje de cuero completo (pantalón, chaqueta). . Coleto de cuero.. . Polainas de cuero, solo si aplica.. . Protector Auditivo.. . Protección Respiratoria (Humos Metálicos). . Arnés de seguridad, con piola de seguridad metálica y protegida.. . Tarjeta y candado de bloqueo, solo si aplica. 2.6 MÉTODOS PARA EL CONTROL DE LA TOLVA DE APILAMIENTO DE MINERAL. 24.

(40) Tabla 3: Métodos de inspecciones de ensayos no destructivos para los materiales de la tolva METODOS. DESCRIPCIÓN El control geométrico, es el servicio que se. Control Geométrico. encarga de dar seguimiento a cada una de las etapas constructivas de un elemento estructural. La inspección por líquidos penetrantes es un tipo de ensayo no destructivo que se. Inspección por líquidos penetrantes. utiliza. para. detectar. e. identificar. discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. La aplicación del ensayo de Partículas Magnéticas. consiste. básicamente. en. magnetizar la pieza a inspeccionar, aplicar Inspección por partículas magnéticas. las partículas magnéticas (polvo fino de limaduras. de. hierro). y evaluar. las. indicaciones producidas por la agrupación de las partículas en ciertos puntos. La inspección por ultrasonido se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo mecánico, y su Pruebas de ultrasonido. funcionamiento se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación. del. sonido. y. la. densidad del material. Experimentos estandarizados diseñados Examen de dureza. para determinar cómo un material responde a fuerzas externas que intentan rayar, penetrar o indentar el material. Fuente: (Mendoza Santillan, 2015) 25.

(41) 2.6.1. DIAGRAMA DE OPERACIONES DEL PROCESO. Diagrama de proceso de operaciones para la fabricación de una tolva de apilamiento.. Ilustración 8: Diagrama de flujo Fuente: (ingenieria, 2016). 26.

(42) 2.7 TOLVAS DE APILAMIENTO EN LA MINERIA 2.7.1. TOLVAS DE ALMACENAMIENTO DE MINERALES “Una tolva es un equipo para juntar materiales, en este caso el mineral que puede ser grueso o fino, se divide de dos componentes: Una sección convergente situada en su parte de abajo colocándole el nombre de boquilla, dicho componente puede ser en forma cónica o en forma de cuña, y una sección vertical superior que es la tolva propiamente dicha.” (tareas, s.f.) Para el diseño, dimensionamiento y cálculo de una tolva convexa el importante saber las características del flujo por medio de pruebas para tener idea. Una manera es tener los siguientes datos: Capacidad de almacenaje, toneladas métricas, t. Densidad aparente del mineral en t/m3. Angulo de reposo del mineral. Angulo de la tolva  =  + 15. Volumen inútil de 15 a 30 % del volumen total. Porcentaje de humedad del mineral. El ángulo de reposo  es el que forma la superficie con respecto al material amontonado cuando este no está en movimiento. 2.7.2 TOLVAS DE TRANSPORTE DE MINERAL “Estas tolvas fueron construidas por la empresa Motherwell en el año 1901 y se usaban en las minas de hierro de Almería en composiciones que variaban entre 6 a 8 tolvas por tren para sacar mineral de las zonas de labores.” (Gallar, 2014) Vagón tolva Para (Gallar, 2014) Un vagón tolva consiste en una plataforma que incorpora una caja abierta de forma cónica y de paredes inclinadas que permite la carga por la parte superior y, la descarga, por una compuerta inferior o una compuerta lateral.” (Gallar, 2014). 27.

(43) “Estos vagones se utilizan para transportar materiales granulares o pulverizados de tipo mineral (carbón) (Gallar, 2014) “Su longitud entre topes era de 10,74 metros y, la distancia entre ejes, de 7,7 metros. Su tara es de 22,3 toneladas y, la carga máxima, de 57,7 toneladas. La velocidad máxima a la que puede circular un vagón tolva es de 100 km/h.” (Gallar, 2014). Ilustración 9: Tolvas para transporte Fuente: (Gallar, 2014). Ilustración 10: Tolva en vista de perfil Fuente: (Gallar, 2014). 28.

(44) 2.7.3 MATERIAL QUE SE DEBE UTILIZAR PARA LA CONSTRUCCION DE UNA TOLVA ANTIDESGASTES K7OO: “En planchas para tolvas para mineral, silos, embudos para graneleros, resbaladeras para concreto y mineral, martillos de molino, para patines de transporte de caña, confección de cajas fuertes. En piezas fundidas: elementos para trituradoras, Muelas, Mandíbulas, Anillos y conos quebrantadores.” (Gallar, 2014) BIMETALICAS DURUM: “Equipos de movimiento de tierra, tolvas, camiones de extracción, equipos de planta, chancado (buzones/chutes, correas, transportadoras), ventiladores, ductos, ciclones.” (Gallar, 2014). 29.

(45) Ilustración 11: Planchas bimetálicas Fuente: (Gallar, 2014). 30.

(46) 2.8 CRITERIOS EN EL DISEÑO DE TOLVAS Para el diseño de tolvas es importante considerar el método estocástico aproximado para determinar el procedimiento de almacenamiento de mineral, los granos gruesos tienen forma de paralelepípedo y la fina forma cilíndrica, para ellos se requiere saber algunas partes que afirma la metalurgia 2.9 VARIABLES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UNA TOLVA Después de haber leído el eurocódigo las variables que se consideran son: 1. Capacidad de almacenamiento de Tm según abastecimiento. 2. Densidad aparente del mineral en tm/m3 3. Localización y topografía del terreno con el uso del mapa del Perú 4. Propósito de la tolva y el efecto que tendrían sus dimensiones básicas para su aplicación 5. Material necesario para la construcción de la tolva. 6. Angulo de reposo del mineral según tablas. 7. Angulo de la tolva = ángulo de reposo del mineral + 15 grados de acuerdo al Euro código 8. Volumen inútil de 15 a 30 % del volumen total aproximadamente 9. Porcentaje de humedad del mineral que este en el rango permisible. 2.10 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL DE TRABAJO 2.10.1 CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL MINERAL DE CALCOPIRITA El mineral de calcopirita es el material que se utilizara, el cual fue sometido a la caracterización química inicial. En la siguiente tabla se proporciona las características:. 31.

(47) Tabla 4: Análisis químico de calcopirita Cu (%) 10.5. Fe (%). S (%). 18.55. 26.35. Fuente: (AMCAN, 2014) 2.10.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE MINERAL DE CALCOPIRITA Condiciones de la prueba: Mineral: calcopirita. Peso inicial de calcopirita: 994.9 gr Peso final de calcopirita: 763.9 gr Tabla 5: Análisis granulométrico. Fuente: (Romero & Flores, 2009) “Según el análisis granulométrico de mineral de calcopirita, el %Ac (+), es decir, porcentaje de acumulado retenido en las mallas, el que presenta mayor valor es el de la malla 325, cuyo valor es 96.24% que se da en el análisis granulométrico.” (Share, s.f.) 32.

(48) “Por otra parte, el %Ac (-), es decir el porcentaje de pasante acumulado en las mallas, que presenta mayor valor es el de la malla 42. No obstante, el rango de liberación de mineral durante la molienda está en el rango de malla -100 de acuerdo al ensayo realizado” (Share, s.f.) Es en ese sentido que él %Ac (-) se dará en la malla Nº 150, cuyo valor será de 42.2%.. GRÁFICO 1: CURVA DE ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE CALCOPIRITA EN 4 MINUTOS. Ilustración 12: Granulometría Fuente: (Share, s.f.). 2.10.3 DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO 33.

(49) Cada mineral posee un peso específico; este peso característico se describe generalmente comparándolo con el peso de un volumen igual de agua; el número de masa resultante Ilustración 13: densidad y peso específico Fuente: (Share, s.f.) “El peso específico del material que estamos utilizando consta del peso por unidad de volumen que ocupa con la proximidad o el apretamiento en que estén arreglados en la estructuracristalina.”. (HURLBUT,. C.S.. &. KLEIN,. C.. (1982). “La mayoría de los minerales que forman rocas tienen un peso específico de alrededor de 2,7 g/cm3, aunque el peso específico medio de los minerales metálicos es aproximadamente-de5g/cm3.”. (HURLBUT,. C.S.. &. KLEIN,. C.. (1982). Los minerales pesados son los que tienen un peso específico más grande que 2,9 g/cm3, por ejemplo circón, pirita, piroxena, granate.”(HURLBUT, C.S. & KLEIN, C. (1982). 2.10.4 DENSIDAD DE LOS MINERALES De acuerdo a la Euro importadora el peso específico de los materiales es:. Tabla 6: Propiedades de los minerales. 34.

(50) Minerales. densidad en. densidad en. Kg/dm3. Kg/m3. Alumbre potásico 1,75. 1.75. 1750. Anhidrita 2,97. 2.97. 2970. Antimonio gris 6,62. 6.62. 6620. Apatita 3,17 a 3,23. 3.17. 3170. Azufre amorfo 1,92. 1.92. 1920. Azufre cristalizado 1,96. 1.96. 1960. Azufre nativo 2,07. 2.07. 2070. Bióxido de manganeso 5,03. 5.03. 5030. Bismutina trisulfuro 6,4 a 6,65. 6.5. 6500. Blenda 4,06. 4.06. 4060. Boi de Armenia 2,1. 2.1. 2100. Boracita 2,57 a 2,67. 2.6. 2600. Calamina 3,40. 3.4. 3400. Calcopirita 4,10 a 4,30. 4.2. 4200. Calcosina 5,5 a 5,8. 2.65. 2650. Casiterita 6,9. 6.9. 6900. Cinabrio 7,67. 7.67. 7670. Cobaltina (sulfoarcen.) 6 a 6,35. 6.27. 6270. Cobalto gris 8,5. 8.5. 8500. Cobre gris (tetraedrita) 4,36 a 5,36. 4.89. 4890. Corindón 3,4 a 4. 3.5. 3500. Cristal de roca pura 2,60. 2.6. 2600. Cuarzo 2,5 a 2,8. 2.7. 2700. Diamante 3,52. 3.52. 3520. Dolomita 2,85 a 2,95. 2.9. 2900. Esmeril 4. 4. 4000. Espato calizo 2,60 a 2,80. 2.7. 2700. Espato flúor 3,1 a 3,2. 3.15. 3150. Espato pesado 4,50. 4.5. 4500. Esteatita 3,1. 3.1. 3100. Estibina 4,5 a 4,6. 4.5. 4500. 35.

(51) Estroncanita 3,60 a 3,73. 3.64. 3640. Feldespato 3,31. 3.31. 3310. Fosforita 3,16 a 3,22. 3.18. 3180. Galena 7,6. 7.6. 7600. Hematita parda (limonita) 4. 4. 4000. Hematita roja (oligisto) 4,2. 4.2. 4200. Hierro espático 3,70 a 3,90. 3.8. 3800. Hierro magnético 5,1. 5.1. 5100. Magnesita 2,9 a 3,1. 2.95. 2950. Malaquita 3,7 a 4,1. 3.88. 3880. Manganeso espático 3,46. 3.46. 3460. Mica 2,9. 2.9. 2900. Nitropotásico 1,9. 1.9. 1900. Ocre 4 a 4,2. 4.1. 4100. Ocre de bismuto (trióxido) 4,36. 4.36. 4360. Oligisto 4,2. 4.2. 4200. Orobimente 3,4. 3.4. 3400. Ortoclasa 2,52 a 2,58. 2.54. 2540. Pirita de cobre 4,10 a 4,30. 4.2. 4200. Pirita de hierro 4,9 a 5,2. 4.96. 4960. Pirita magnética 4,54 a 4,64. 4.58. 4580. Pirolusita 4,7 a 4,9. 4.8. 4800. Psilomelana 4,13 a 4,5. 4.25. 4250. Rejalgar 3,56. 3.56. 3560. Rodocrosita 3,3 a 3,7. 3.5. 3500. Sal gema 2,1. 2.1. 2100. Salitre (nitro de chile) 2,09 a 2,14. 2.1. 2100. Siderita 3,7 a 3,9. 3.8. 3800. Sílice cristalizado 2,6. 2.6. 2600. Sílice amorfa 2,2. 2.2. 2200. Sulfuro de antimonio 4,5 a 4,6. 4.55. 4550. Sulfuro de cobre 5,5 a 5,8. 5.65. 5650. Sulfuro de cobre y hierro 4,10 a 4,30. 4.2. 4200. 36.

(52) Talco 2,69 a 2,80. 2.7. 2700. Topacio 3,4 a 3,6. 3.5. 3500. Trípoli 2,10. 2.1. 2100. Zinc espático 4,3 a 4,5. 4.4. 4400. Fuente: (EUROIMPORTADORA, 2016) 2.11 PARAMETROS EN LAS CAPACIDADES DE TOLVAS A) La capacidad volumétrica y de carga se halla tomando en consideración las características del mineral después va a llenarse debe considerarse que el material que se almacena en las tolvas no es tan compacto ya que existen espacios libres entre los trozos de mineral y estos serán mayores cuanto mayor sea la granulometría del mismo. B) Hay q considerar que las tolvas nunca se colocan el material al ras es por eso que queda un campo libre sobrante en su parte de arriba por éstas consideraciones se debe calcular en cada caso específico la proporción de espacios libres que debe descontarse del volumen total de la tolva para obtener resultados más reales. 2.11 .1. INCLINACIÓN DEL FONDO DE TOLVAS: El ángulo mínimo de inclinación de una tolva de acuerdo al eurocodigo depende de: -. Característica granulometría del mineral. -. Porcentaje de finos. -. Porcentaje de humedad. Son típicos de toda concentradora y en particular de cada sección de la misma (una tolva de planta de chancado será diferente a una tolva de concentrados y esta diferente a una tolva de apilamiento de mineral), pero coinciden con hallar el ángulo de reposo de una muestra. 37.

(53) característica del material a llenar. Para la cantidad de muestra necesaria se proporciona el siguiente cuadro y se observa que depende de la característica del material (Share, s.f.). Tabla 7: Inclinaciones.. 16-11.32. 40000. 11.32-8.00. 12500. 8.00-5.66. 5000. 5.66-4.00. 3000. 4.00-2.00. 1000. 2.00-1.00. 500. 1.00-0.50. 250. 0.50-0.25. 100. 0.25-menos. 50 Fuente: (Share, s.f.). “El ángulo de reposo se estima de tablas y de medir el ángulo que forma el montón de material con respecto a la horizontal. Aplicamos las funciones trigonométricas para medir todas las dimensiones. También podríamos calcular el Angulo de caída sumando 15° al ángulo de reposo.” (Share, s.f.).  El ángulo de reposo es el que se forma entre una pila pequeña del mineral y la horizontal y corresponde a cuando el mineral empieza a deslizarse.. 38.

(54) Ilustración 14: Tolva de Almacenamiento de minerales: Fuente: (Share, s.f.). Ilustración 15: Angulo de reposo: Fuente: (Share, s.f.). 2.11.2. PROCESO DE FABRICACION DE LA TOLVA El proceso de fabricación de flujo continuo contempla cinco pasos:. 39.

(55) 1. Primeras operaciones: - Corte. - Plegado 2. Sub-ensambles 3. Armado final 4. Granallado 5. Pintura Un procedimiento adecuado se muestra a continuación: “En la primera, se realizan los cortes del material con el que se fabricarán las tolvas u otros productos. Para eso, se posee mesas de corte de tecnología CNC con sistema automático para tener más precisión. Luego, pasa por un proceso de plegado.” (Share, s.f.). “Durante la segunda etapa, las partes y piezas se transforman en componentes que formarán la tolva u otros productos. Esta área está implementada con la más alta tecnología de posicionadores Koike Aronson y una estación robótica para las soldaduras de más alta complejidad. Toda esto permite una mayor velocidad y calidad del trabajo.” (Share, s.f.). “El tercer paso es el armado final, donde los componentes se ensamblan para formar el producto terminado. Para esta etapa se requiere el apoyo de más equipos de tareas específicas, con los que también cuenta el, como grúas horquillas, grúas plumas, camiones rampla, máquinas de mecanizado portátiles o puentes grúas.” (Share, s.f.). “Una vez terminado el producto, éste se somete a un proceso de chorro de partículas de acero a presión para remover la capa protectora contra la corrosión y agregar tenacidad y rugosidad. 40.

(56) al acero para lograr que la pintura se adhiera correctamente durante la quinta y última etapa del proceso. “ (Share, s.f.) A continuación, vemos una imagen del proceso de fabricación:. Ilustración 16: Proceso de soldadura Fuente: (Share, s.f.). 41.

(57) Ilustración 17: Procedimiento de fabricación de la tolva Fuente: (Share, s.f.). 2.12 ANALISIS DE UNIONES SOLDADAS Soldadura: Es el proceso de unión entre 2 elementos por medio de un material adicional conocido como el material de aporte. La soldadura tiene varias formas de darse como son las siguientes: Soldadura por gas: Según (Herramientas, 2010) Se trata de una técnica bastante simple, económica y popular, aunque su utilización en procesos industriales ha disminuido últimamente. La más conocida es aquella que utiliza la combustión de acetileno en oxígeno, llamada soldadura autógena, que permite alcanzar una llama que supera los 3.200 °C. Sus 42.

(58) ventajas principales son su bajo costo y la capacidad de movilidad sus equipos. La desventaja es el tiempo que tardan los materiales para enfriarse.. Ilustración 18: soldadura por gas Fuente: (Wikipedia, Soldadura a gas , 2017) Soldadura por arco eléctrico: “Esta es una de las técnicas más desarrolladas, y existen muchos procesos que se basan en este principio. Para lograr la soldadura se utiliza una fuente de energía eléctrica (ya sea corriente continua o alterna) que permite derretir los metales.” (Herramientas, 2010). 43.

(59) Ilustración 19: Soldadura por arco eléctrico Fuente: (Tecnologia, 2013) SMAW: “En español se la conoce por las siglas MMAW (Metal Manual Arc Welding, o soldadura metálica manual por arco). En este proceso se utilizan electrodos de acero revestidos con un material fundente que, con el calor de la soldadura, produce dióxido de carbono” (Herramientas, 2010) GMAW: “En español, soldadura de gas de arco metálico, o de gas de metal inerte (MIG); es una técnica parecida a la anterior pero que usa un electrodo que no se consume y un gas inerte, que se suministra aparte y que debido a su naturaleza, impide la formación de óxidos y escorias.” (Herramientas, 2010). 44.

(60) Ilustración 20: Soldadura Gmaw Fuente: (ESAB, 2015) FCAW: “En español significa soldadura de arco de núcleo fundente. Es una técnica mucho más rápida que la anterior, aunque más susceptible a imperfecciones. En esta técnica, el electrodo de acero está relleno de un material en polvo que al quemarse produce un gas de blindaje y una capa de escoria que protege la soldadura.” (Herramientas, 2010). Ilustración 21: Soldadura Fcaw Fuente: (Eyheralde, 2012). 45.

(61) GTAW: Para (Herramientas, 2010) es soldadura de arco con gas de tungsteno, o de gas inerte de tungsteno (TIG). En este proceso, el electrodo es de tungsteno y no se consume, y se utilizan gases inertes o semi-inertes como blindado. Es un proceso lento y preciso, que requiere de mucha técnica, pero que permite unir metales finos y realizar trabajos delicados. Este tipo de soldaduras se utiliza extensamente en la fabricación de bicicletas.. Ilustración 22: Soldadura GTAW Fuente: (Herramientas, 2010) 2.13 ANÁLISIS DE ELEMENTOS SOMETIDOS A CARGAS POR TENSIÓN Para el análisis de elementos sometidos a tensión es necesario tener la carga máxima combinada el cual se extrae del programa por medio de las herramientas que incluyen las formulas de la especificación AISC. Para iniciar el método se considera el material que tiene las propiedades de fluencia y fractura, estas propiedades determinan el factor de carga que ha sido analizado con pruebas experimentales, a su vez es normalizado de acuerdo a las condiciones requeridas.. 46.

(62) El área de la sección es indispensable para el análisis de áreas porque se usa el término factor de reducción. Factor de reducción: Es un valor que no tienen unidades que expresa los esfuerzos residuales por el retraso cortante. Área total: es el área de la sección del elemento estructural que se mide de acuerdo a fórmulas geométricas. Área neta: Es el área reducida, en presencia de agujeros se disminuye bastante y en conexión soldada no se reduce. Área neta efectiva: es el área neta considerando los esfuerzos residuales. En la siguiente ilustración se ve el comportamiento del área neta efectiva considerando el efecto de conexiones.. Carga nominal: Es la carga máxima que puede soportar el perfil de una estructura.. Según la especificación AISC las reglas de elementos sometidos a tensión son las siguientes: . Cuando se construye un miembro a tensión con elementos en contacto continuo entre sí, como una placa y un perfil o dos placas, la separación longitudinal de los conectores entre esos elementos no debe exceder de 24 veces el espesor de la placa más delgada, o de 12 plg. 47.

(63) si el miembro va a ser pintado o si no va a ser pintado y no estará sometido a efectos corrosivos. . Si el miembro consiste en elementos de acero intemperizado sin pintura en contacto continuo y sometidos a corrosión atmosférica, la separación máxima permisible entre conectores es de 14 veces el espesor de la placa más delgada, o 7 plg.. . Si un miembro a tensión se construye con dos o más perfil les separados por rellenos intermitentes, los perfiles deben conectarse entre sí a intervalos tales que la relación de esbeltez de los perfiles individuales entre los conectores no exceda de 300.. . La distancia del centro de cualquier perno al borde más cercano de la parte conectada en consideración no debe ser mayor de 12 veces el espesor de la parte conectada, o de 6 plg.. . Para elementos en contacto continuo entre sí, la separación de los conectores se da en Las secciones J3.3 a J3.5 de la Especificación AISC.. 48.

(64) CAPITULO III 3. PARAMETROS Y CÁLCULO ESTRUCTURAL DE TOLVA DE APILAMIENTO. 3.1 CALCULO DE LAS CARGAS DE DISEÑO 3.1.1 CARGA TÉRMICA Tomaremos de referencia el euro código porque es una norma que tiene el procedimiento detallado para el diseño de tolvas: Para calcular la carga térmica se usará algunos datos: Tabla 8: Coeficiente de dilatación térmica. Fuente: (Ochoa, 2016) Tabla 9: Modulo de elasticidad. 49.

(65) Fuente: (Ochoa, 2016) Tensión provocada por la variación de Temperatura.. n′ =. E ∗∝∗ ∆T 3. 2.1 ∗ 106 ∗ 11 ∗ 10−6 ∗ 25 n= 3 ′. n′ = 210. Kg cm2. Donde E = módulo de Young del Acero A-36 ∝= Coeficiente de Dilatación Térmica ∆T = Variacion de Temperatura. 3.1.2 CARGAS DE SERVICIOS Siendo las paredes verticales con dimensiones de 6885mm de largo y 3406mm de ancho, sabiendo también que la presión horizontal es el doble que la presión vertical y un coeficiente de fricción de 0.6. Z0 =. Z0 =. A Ks ∗ μ ∗ U. 6885mm ∗ 3406mm 0.5 ∗ 0.6 ∗ (6885mm + 3406mm) ∗ 2. Z0 =. 23.45031m2 0.5 ∗ 0.6 × 20.582m Z0 = 3.7979. 50.

(66) A= Superficie de la sección transversal de la sección de paredes verticales Ks = Relación de presiones horizontal y vertical μ = Coeficiente de rozamiento de la pared U = Perímetro interior Zo = Parámetro empleado en el cálculo de las presiones Sabiendo que la profundidad es 3.6m. z (− ) e z0. Cz(z) = 1 −. 3.6 (− ) 3.7979. Cz(z) = 1 − e. Cz(z) = 0.6124 Z = profundidad Z0 = Parámetro empleado en el cálculo de las presiones Cz = Coeficiente de mayoración de la presión sobre el fondo (Coeficiente de Janssen) A continuación, tenemos una imagen tomada del eurocódigo ubicada en la página 17 de dicho código. 51.

(67) Ilustración 23: Vista de tolva Fuente: (EUROCÓDIGO, 1998). 3.3 CALCULO DE LA PRESIÓN HORIZONTAL Para calcular el dimensionamiento y el peso tomaremos en cuenta algunos datos. 52.