almacenamiento a cielo abierto mdp 11 ma 01

5/8/2018 Almacenamiento a Cielo Abierto Mdp 11 Ma 01 - slidepdf.com

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REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

MANEJO DE MATERIALES SOLIDOS A GRANEL (MMSG)

E1994

MDP–11–MA–01 ALMACENAMIENTO A CIELO ABIERTO: PILAS,SISTEMAS APILADORES Y RECUPERADORES

APROBADA

NOV.97 NOV.97

NOV.97 L.G.0 20 M.D. L.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

PDVSA



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ALMACENAMIENTO A CIELO ABIERTO: PILAS,SISTEMAS APILADORES Y RECUPERADORES NOV.970

PDVSA MDP –11 –MA –01

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Indice

1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 GENERAL 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 APILADORES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Apiladores 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Pilas 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 RECUPERADORES 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 APILADORES/RECUPERADORES 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 EQUIPO MOVIL 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 MEZCLADO 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 NOMENCLATURA 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 REFERENCIAS 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 OBJETIVO

En este tópico se establecerán los parámetros de diseño más relevantes de lossistemas de almacenamiento a cielo abierto, y se evaluarán las condiciones queestablecen la selección de los diferentes equipos relacionados.

2 ALCANCEEste tópico cubre lo concerniente a los tipos y características de los sistemas dealmacenamiento a cielo abierto y equipo relacionado. Este tópico también incluyecriterios de mezclado en pilas.

3 GENERALEl almacenamiento a cielo abierto es el método más económico para manteneraltos inventarios de materiales sólidos a granel, minimizando la inversión y elmantenimiento de estructuras y equipo auxiliar.

El almacenamiento a cielo abierto es una práctica común en un gran número deindustrias, aplicándose principalmente a materiales que reúnen las siguientescaracterísticas:

S No higroscópicos,

S con tamaños de partícula mayor a 200 micrones,

S desaireados,

S poco propensos a ser arrastrados por el viento,S con propiedades que no se alteran al estar expuestos a la intemperie,

S no contaminantes,

S con una buena relación peso / volumen.

Entre los materiales que comúnmente son almacenados a cielo abiertoencontramos al carbón, los minerales, los materiales aglomerados y la arena. Sinembargo, esta práctica no se restringe a los criterios listados, ya que también sealmacenan normalmente a cielo abierto la sal (que es higroscópica), la astillas demadera y el aserrín (que poseen baja densidad y pueden ser arrastrados por elviento), y otros materiales.

La capacidad del terreno para soportar las pilas es la primera condición a evaluar.Dependiendo de la densidad del material, algunas pilas de 3 a 6 m. puedenexceder la resistencia del terreno.

Algunos materiales a granel han sido almacenados en pilas de más de 31 m.Cuando exista la duda, se debe realizar estudios geotécnicos para determinar lamáxima altura posible de la pila.

Es importante recalcar que siempre se debe buscar el maximizar la altura de la pilapara obtener la mayor capacidad de almacenamiento posible.











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Según el diseño y las técnicas de manejo, esta práctica se puede categorizar como

almacenamiento vivo, activo o muerto.El almacenamiento vivo está relacionado con las prácticas de recuperación delmaterial de la pila por gravedad.

El almacenamiento activo es cuando el material es recuperado mecánicamentedurante las operaciones normales. La recuperación mecánica puede hacerse víarueda de cangilones (“bucket wheel”), “bulldoser”, excavadores de portal (“Portalscraper”), u otro tipo de equipo.

El almacenamiento muerto se refiere a aquellos material que son mantenidos enpilas por períodos extendidos de tiempo. A fin de reducir la inversión, el

almacenamiento muerto se maneja, usualmente, con equipo móvil.

Existen una serie de reglas básicas para el diseño del almacenamiento demateriales a cielo abierto. Estas son:

S Se debe almacenar como mínimo el 10 % del requerimiento anual de unmaterial.

S Al menos el 10% del material almacenado a cielo abierto debe ser activo.

S Se debe incrementar lo establecido en los dos puntos anteriores al 50% cuandosea necesario el mezclado de las pilas.

S Tener capacidad para almacenar al menos 1,5 veces el inventario de materiales

que se usa o se produce por período de tiempo.

S Tener capacidad de almacenamiento para compensar fluctuacionesestacionales, etc.

Estas reglas básicas se establecen para condiciones promedio.

4 APILADORES

4.1 Apiladores

Existe en el mercado una gran variedad de apiladores de uso común. estos equipose adaptan frecuentemente a nuevos diseños.

La selección apropiada de los apiladores es de capital importancia, ya que estosequipos representan una parte preponderante de los costos de inversión ymantenimiento del sistema.

Un método sencillo y útil para evaluar diferentes tipos de apiladores se presentaen la Tabla 1. Esta tabla clasifica a los apiladores según su diseño y capacidadvolumétrica.











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TABLA 1. TIPOS DE APILADORES.

Tipo deapilador

Descripción Ventajas Desventajas Volumen dealmacenamiento

promedio

(m3 x 1000)

Fijo Transportador que seextiende sobre una pila.Forma pilas cónicas.

Más barato

Menos complicado

Mas eficiente

Menor capacidadde pila

< 15

Radial Transportador montadosobre una rueda que lepermite efectuar unadescarga semicircular.

Barato

Sencillo

Eficiente

Capacidadlimitada

3 – 60

Linear Transportador montadosobre una rueda ydesplazamiento lineal.

Gran capacidad

Eficiente

A veces costosoy/o complicado

30 – 600

Elevado Transportador elevadocon descarga móvil.Forma pilas cónicas otipo “Windrow”.

Alta capacidad

Eficiente

Fácil de cerrar

Altos costos deestructura yfundaciones

30 – 600

Portátil Transportador montadosobre ruedas, fácil deubicar en diferentessitios

Barato

Flexible

Alta labor > 30

Móvil Transportador móvilmontado sobre rieles.Permite almacenar altosvolúmenes de materialen áreas extensas

Alta capacidad

Flexible

Alto costo

Requiere altomantenimiento

> 600

4.2 Pilas

Se pueden identificar tres formas básicas de pilas formadas por equiposapiladores: cónicas, riñón (“kidney”) y fila (“windrow”). Otras configuracionesposibles se derivan de las tres primeras, encontrándose algunas con topes planos.

La Figura 1 ilustra las formas básicas de pilas y se presentan ecuaciones para elcalculo del volumen y el are a superficial de las mismas.











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Fig 1. DIMENSIONES Y FORMAS TÍ PICAS DE LAS PILAS.

En las tipo riñón y fila no se considera en las ecuaciones el volumen y el área queocupan los conos terminales de las pilas. Si se quiere efectuar un calculo exactose deben sumar las ecuaciones dadas para la pila cónica.

Debido a la naturaleza heterogénea de algunos materiales sólidos particulados,sus componentes pueden variar en su naturaleza química, dureza, densidad y enotras características físicas. Cuando se forman las pilas, frecuentemente seobserva segregación, especialmente cuando se apila usando un solo punto dedescarga, tal como se muestra en la Figura 2.











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Fig 2. SEGREGACIÓN TEÓRICA DE UNA PILA PARA UN SOLO PUNTO DE

DESCARGA.

La segregación puede ser minimizada descargando desde múltiples posiciones,tal como se ilustra en la Figura 3.

Fig 3. SEGREGACIÓN TEÓRICA DE UNA PILA PARA MÚLTIPLES PUNTOS DEDESCARGA.

5 RECUPERADORESLos equipos recuperadores se usan ampliamente y pudiéndose conseguir en unagran variedad de estilos. Se los puede categorizar por su arreglo, estructura yelemento operativo, tal como se muestra en la Tabla 2.











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TABLA 2. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS EQUIPOS RECUPERADORES.

Arreglo Estructura Elemento operativo

Lineal Grúa

“Grab bucket”

“Dragline”

“Shovel”

Radial

Portal

“Scraper”

“Bucket chain”

“Rotary disc”

Móvil Puente “Bucket wheel”“Drum”

Los rangos típicos de capacidad para los equipos recuperadores se muestran enla Tabla 3.

TABLA 3. RANGOS TÍ PICOS DE CAPACIDAD DE LOS EQUIPOSRECUPERADORES.

Capacidad (m3/h)

Elemento operativo Normal Máximo

“Grab bucket” 40 – 230

“Dragline” 50 – 270 1800

“Shovel” 70 – 390

“Scraper” 180 – 1800 10000

“Bucket chain” 1000 – 4000

“Rotary disc” 1000 – 1800

“Bucket wheel” 200 – 4000 13000

“Drum” 500 – 1500











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La estructura de un recuperador puede ser de grúa, portal o puente.

Los términos portal y puente se usan, algunas veces, confiriéndole el mismo

significado. Sin embargo, el termino portal se refiere a una estructura

simétricamente inclinada y elevada, mientras que el puente se asocia a una

estructura horizontal elevada a nivel de la base de la pila.

Los equipos recuperadores pueden ser categorizados como maquinaria cíclica o

continua.

La maquinaria cíclica tiene mas ventajas que la continua para servicios pesados.

Ellas se usan, normalmente, en aplicaciones mineras donde el tamaño delmaterial, el esfuerzo de excavación, las distancias y/o las profundidades son

grandes.

La maquinaria continua se aplica, en general, para recuperar material almacenado

en pilas. Su efectividad puede trasladarse a aplicaciones mineras siempre y

cuando el tamaño del material no sea muy grande.

Cada uno de los recuperadores mas usados presenta ventajas especiales

dependiendo de la aplicación requerida.

El “portal scraper” es el único recuperador que puede efectuar la doble función de

recuperador y apilador.

El “bucket wheel” permite manejar materiales relativamente cohesivos, de libre

fluencia o aquellos que se pueden degradar si se usan “scrapers” o “bulldozers”.

El “bucket wheel” montada sobre un puente se usa en aplicaciones de

homogeneización de pilas, mientras que si se lo monta sobre una grúa, este se usa

para aplicaciones generales de recuperación.

En la Figura 4 se ilustran algunos de estos equipos.











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(A)

(B)

(C)

Fig 4. EQUIPOS RECUPERADORES. A) GRÚA CON “BUCKET WHEEL”;B) PORTAL CON “SCRAPER”; C) PUENTE CON “SCRAPER”.

6 APILADORES/RECUPERADORES

El termino apilador/recuperador define a cualquier equipo que como una entidadexclusiva desarrolla ambas funciones. El arreglo mas usado para esta función esla combinación de grúa móvil con “bucket wheel”, montada sobre rieles.

La doble función de este tipo de equipos pueden resultar, dependiendo de laoperación, en una ventaja o en un constante impedimento operativo.

Cuando se usan en pilas de alta capacidad, los apiladores/recuperadores ofrecenventajas de costo de inversión y mantenimiento frente a equipos que realicen cadafunción por separado.











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El uso apropiado de estos equipos los relaciona con un almacenamiento activo,

aun cuando se los ha utilizado en almacenamiento muerto.La recuperación efectiva del material de una pila usando un apilador/recuperadorrequiere de un operador experimentado, familiarizado con las características dela pila. El método mas común usado para recuperar una pila triangular, tipo fila(“windrow”), es el conocido como “side block bench”, el cual se ilustra en la Figura5.

Fig 5. MÉTODO DE RECUPERACIÓN “SIDE BLOCK BENCH”.











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7 EQUIPO MOVIL

El equipo móvil – tractores “bulldozer”, excavadoras, cargadores y camionesrepresentan un elemento importante en el manejo y almacenamiento demateriales a granel a cielo abierto. Sin embargo, y muy frecuentemente, este tipode equipo es inadecuadamente estudiado durante la fase de planeamiento ydiseño de un sistema de almacenamiento en pilas.

Aun cuando los costos de inversión de este tipo de equipos representa un pequeñafracción del costo total del sistema, ellos ejercen un impacto significativo sobre loscostos de operación debido a la inclusión de los siguientes elementos:

S Operadores,

S combustibles y lubricantes,

S reparaciones y mantenimiento,

S reemplazo de neumáticos,

S reemplazo de maquinaria.

Los cuatro mayores tipos de equipo móvil se muestran en la Figura 6.

Fig 6. EQUIPO MÓVIL DE ARRIBA HACIA ABAJO: TRACTOR “BULLDOZER”,CARGADOR FRONTAL, CAMIÓN Y EXCAVADORA.











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El tractor “bulldozer” se usa comúnmente para extender o recuperar una pila de

material. Las curvas de producción de este tipo de equipos se muestran en laFigura 7. Esta carta puede modificarse por los factores dados en la Figura 8 y en

las Tablas 5 y 6. Para una máxima producción, es importante la selección

apropiada de la cuchilla. Esta producción puede verse afectada por las

características del material y las limitaciones inherentes al equipo.

Fig 7. PRODUCCIÓN ESTIMADA PARA EL TRACTOR “BULLDOZER”.











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Fig 8. “DOZING FACTOR”.

TABLA 4. COEFICIENTES DE TRACCIÓN.

Condition Machine Coefficient of Traction

Well Track type 0.75 – 0.80

Wheel type 0.40 – 0.50

Loose coal Track type 0.60

Wheel type 0.30 – 0.0











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TABLA 5. FACTORES DE CORRECCIÓN PARA LA CONDICIÓN DE TRABAJO.

El tractor “bulldozer” es más efectivo para excavar y transportar materiales sobredistancias cortas y terreno accidentados e inclinados.

El cargador frontal, por su parte, son maquinarias cíclicas. Su capacidad deproducción debe ser calculado por ciclos, consistentes en:

1. Carga, descarga y maniobras,

2. tráfico, para aquellas situaciones en que el cargador frontal debe trasladarel material entre dos puntos próximos.

Las Figuras 9 y 10 presentan un método simple para estimar la producción en unaoperación de carga de camiones.











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Fig 9. CARGADORES FRONTALES CARTA DE PRODUCCIÓN Y SELECCIÓN DE

EQUIPOS.

Fig 10. CARGADORES FRONTALES CARTA DE PRODUCCIÓN Y SELECCIÓN DEEQUIPOS (CONTINUACIÓN).











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Los camiones se seleccionan para el acarreo de materiales a distancias

relativamente largas para el resto de los equipos móviles, sirviendo de interfaseentre ellos y el punto de destino. Esta selección resulta económica en aquellas

aplicaciones que involucran baja a moderada capacidad de carga, y sobre

distancias que varían entre los 10 y 200 km.

Dentro de la logística de transporte de los camiones, la carga y descarga lleva,

normalmente 5 min. El tiempo de tránsito se ve afectado por la capacidad del

camión, el tipo de carga, nivel de llenado de la unidad, clima, experiencia del

conductor, mantenimiento de la vía y velocidad de desplazamiento. Para ciclos

cortos, se asume un tiempo de 30 min para completar la operación. La Figura 11

muestra la producción estimada para varias capacidades de los camiones.

Fig 11. PRODUCCIÓN DE LOS CAMIONES SEGÚN SU CAPACIDAD.











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Las excavadoras son equipos montados sobre ruedas que tienen un rango de

operación mayor que los tractores “bulldozer” y menor que los camiones. Se usanpara cubrir distancia que van desde los 300 m a más de un kilómetro. Estas

unidades son autosuficientes para cargar y descargar materiales. Gracias a esta

característica, este tipo de unidades no forman colas, como los camiones, cuando

se trabaja a una alta producción. La Figura 12 muestra un ejemplo de una curva

de producción para una excavadora de alta capacidad tipo “push – pull”.

Fig 12. EXCAVADORAS DISTANCIA VS. PRODUCCIÓN.











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8 MEZCLADO

El mezclado y homogeneización de los materiales particulados almacenados acielo abierto ha sido, históricamente, de capital importancia para muchas

industrias. Esto es particularmente cierto cuando las materias primas provienen

de diferentes fuentes y minas, variando en calidad. El mezclado también se usa

para combinar diferentes tipos de materiales con diferentes características y

propiedades.

La homogeneización reduce la variabilidad del material. De la teoría estadística

tradicional se puede expresar la medición de la variabilidad como la desviación

estándar de una muestra:

s+S X* Xi

2

N* 1 [1]

_

donde:

σ = desviación estándar

X = el promedio de la población

X i = el promedio de la muestra

N = número de muestras tomadas

En este caso, el objetivo de mezclar es reducir la desviación estándar hasta unnivel aceptable. Esto se efectúa estableciendo la variación permisible y el intervalo

de confianza. La Figura 13 ilustra un ejemplo típico.

Fig 13. CURVA DE HOMOGENEIZACIÓN DISTRIBUCIÓN NORMAL.











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El segundo objetivo de el mezclado es el combinar varios tipos de materiales en

un producto específico vía receta. Para ello se puede usar la siguiente ecuación:

Ub +n

i+1

aiUi[2]

donde:

U = el resultado de la combinación,

α = la cantidad proporcional de cada componente,

i = cada material a ser mezclado,

n = el número total de materiales a ser mezclados,

b = el producto de la mezcla.Tal como se muestra en la Figura 14, existen diversos métodos para mezclar y

homogeneizar materiales almacenados en pilas. Cada método usa diferentes

componentes y arreglos, representando cada uno de ellos diferentes niveles de

flexibilidad, capacidades de homogeneización y rangos de inversión.

Fig 14. MÉTODOS DE MEZCLADO Y HOMOGENEIZACIÓN.

El método de galones (“chevron”) apila al material por un punto de descargacentral. Cada capa subsecuente cubre completamente la capa anterior. Cada











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capa sucesiva tiene mayor volumen, por lo que para mantener el mismo grosor,

la velocidad del apilador debe ser variable.El método de fila (“windrow”) apila al material usando descarga múltiple, por lo quese forman múltiples pilas. Este método se recomienda para minimizar lasegregación en materiales con diferencias granulométricas importantes.

El método galones/fila (“chevron/windrow”) combina las ventajas d los dosmétodos anteriores.

El método de galones oblicuos (“skewed chevron”) se usa cuando el equiporecuperador es un excavador de portal.

Por último, el mezclado por pilas separadas implica la recuperación dosificada de

materiales diferentes provenientes de distintas pilas.

9 NOMENCLATURAs = desviación estándar

X = el promedio de la población

Xi = el promedio de la muestra

N = número de muestras tomadas

U = el resultado de la combinación,

a = la cantidad proporcional de cada componente,

i = cada material a ser mezclado,

n = el número total de materiales a ser mezclados,

b = el producto de la mezcla.

10 REFERENCIAS

1. KULWIEC, R. “Materials Handling Handbook”. 2nd. Edition.Wiley – Interscience Publication. New York, 1985.

2. Catálogos de fabricantes.









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