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MINERA LUMINA COPPER CHILE S.A. - CASERONES

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURA DE POLINES EN ENROLLADOR N° RMTT-DWG-EPE-001 Aprobado por: Administrador de contrato _______________________________________________________

Rev.

Por

Empresa

Emitido para

Fecha emisión

A

D. Garrido

RMTT

Elaboración

11.07.18

B

C. Tobar

RMTT

Revisión interna

Firma

24.07.18

Revisión C

H. Araya

RMTT

interna adm. contato

0

1

RMTT-DWG-EPE-001

Aprobación cliente Revisión

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Tabla de contenido 1.

INTRODUCCIÓN..........................................................................................................................3

2.

RESUMEN DE RESULTADOS........................................................................................................3 2.1.

Alcance...............................................................................................................................3

2.2.

Exclusiones.........................................................................................................................4

3.

ANTECEDENTES..........................................................................................................................4

3.1. 4.

GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA DE POLINES EN ENROLLADOR............................................4 BASES DE CALCULO....................................................................................................................5

4.1.

5.

MATERIALES...........................................................................................................................5

4.2.

NORMATIVA.......................................................................................................................5

4.3.

COMBINACIONES DE CARGA..............................................................................................5

4.4.

CRITERIO DE FALLA (CASO 1)..............................................................................................5

4.5.

CRITERIO DE FALLA (CASO 2)..............................................................................................6

4.6.

CRITERIO DE FALLA (CASO 3)..............................................................................................6

DESARROLLO DE CÁLCULO.........................................................................................................6 5.1.

MODELO.............................................................................................................................6

5.2.

MALLA DE MODELO............................................................................................................8

6.

ESFUERZOS.................................................................................................................................9

7.

DEFORMACIONES URES............................................................................................................11

8.

CONCLUSIONES........................................................................................................................13

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1. INTRODUCCIÓN La siguiente memoria de cálculo justifica el diseño, fabricación y uso de estructura de polines bajo enrollador. Esto para el deflectar el ingreso de la cinta desde plegado en el cambio de la correa transportadora ST-1800 del conveyor 2100-CV-001 ubicado en Minera Lumina Copper en faena Caserones. Los cálculos se realizan mediante el método de elementos finitos FEM, de acuerdo con los requerimientos de tensiones admisibles, desarrollado por TipTop Service.

Figura1. Estructura de polines bajo enrollador (izquierda) y estructura de polines sin enrollador (derecha).

2. RESUMEN DE RESULTADOS El diseño es verificado mediante el método de elementos finitos, para estudiar su comportamiento mediante las cargas estipuladas. De acuerdo con los resultados, los niveles de tensiones registrados y las deformaciones cumplen con la normativa vigente.

2.1.Alcance El alcance del siguiente documento incluye lo siguiente:  Validar el diseño según la norma.  Determinación de respuesta estructural de acuerdo con el modelo de cargas empleado.  Conclusiones y recomendaciones para validar el diseño.

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2.2.Exclusiones 

Inspección de soldaduras.



Ensayos de certificación.



Conexiones.

3. ANTECEDENTES La información utilizada para los cálculos es extraída de los siguientes documentos: N° Plano

Nombre

RMTT-DWG-EPE-001

Estructura de polines en enrollador / 2100-CV-001 / Rema TipTop

3.1. GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA DE POLINES EN ENROLLADOR Las dimensiones generales de la estructura de polines bajo enrollador son las mostradas en la fig 2.

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Figura2. Dimensiones generales de la estructura de polines bajo enrollador.

4. BASES DE CALCULO 4.1.

MATERIALES

El material utilizado en los cálculos son: acero A-36 para la estructura, acero SAE 1045 para el eje de los polín horizontales (deflectores), mientras que el manto de los polines se utiliza cañería sch40 en acero ASTM A-53 Grado B. Las propiedades mecánicas son las siguientes: ASTM A-36

SAE-1045

ASTM A-53 Grado B

Sy: 400 [MPa]

Sy: 625 [MPa]

Sy: 422 [MPa]

Sut: 250 [MPa]

Sut: 530 [MPa]

Sut: 246 [MPa]

4.2. 

NORMATIVA

AISC 318-2005. Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction (AISC).



NCh 3171. Diseño Estructural – Disposiciones generales y combinaciones de cargas.



Specification for Structural Steel Buildings, Allowable Stress Design, 9th Edition. American Institute of Steel Construction (AISC).

4.3.

COMBINACIONES DE CARGA

Para los cálculos se realizan 3 casos de estudio independientes: el primero y segundo estudio se modela la estructura donde se alojan los polines de carga y en donde el enrollador es empotrado, aplicando como carga el peso del enrollador (9[Ton]) junto al peso del carrete con 250m de correa (30[Ton]). Para el tercer caso se estudia la resistencia de los polines horizontales (deflectores) aplicando una carga de 7[Ton]. En todos los casos es utilizado el criterio de Von Mises para el resultado de sus esfuerzos máximos, donde su factor de seguridad no puede ser mayor al 0.6x Sy en tensión.

4.4.

CRITERIO DE FALLA (CASO 1)



Carga: 39 Ton



Esfuerzos admisibles: 0.6 x 250MPa = 150 Mpa

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4.5.

CRITERIO DE FALLA (CASO 2)



Carga: 39 [Ton]



Esfuerzos admisibles: 0.6 x 530MPa = 318 Mpa

4.6.

CRITERIO DE FALLA (CASO 3)



Carga: 7 [Ton]



Esfuerzos admisibles: 0.6 x 530MPa = 318 Mpa



Deflexión admisible:

1/400 x L = 7.6mm

5. DESARROLLO DE CÁLCULO La estructura de polines bajo enrollador es diseñado para soportar una carga de 7[ton] para los polines, correspondiente a la máxima tensión que pudiese estar afectada la estructura en el cambio de la cinta, y 39[ton] producto del peso propio del carrete con correa en conjunto con el enrollador, ambas bajo una condición crítica. Para esto se utilizan herramientas computacionales CAD, CAE y CAM y es modelado a través del método de elementos finitos para obtener sus esfuerzos y deformaciones. Finalmente se logra un diseño apto para soportar las cargas con un factor de seguridad superior adecuado.

5.1.

MODELO

El conjunto es modelado en 3 casos diferentes: para el primer y segundo caso se estudia la estructura del conjunto, este con una carga total aplicada sobre la estructura de 390000[N] y 70000[N] en dirección del conveyor simulando una situación de tiro. La estructura es restringida con apoyos fijos en su base Dx=0, Dy=0 y en la zona de puntos de anclaje Dx=0, Dy=0 y Dz=0. Para el tercer caso, se modelan los polines horizontales que actúan con guía en la entrada de la correa, este con una condición fija en la zona en la zona de los soportes Dx=0, Dy=0 y Dz=0 y una carga aplicada de 70000[N] sobre el manto.

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39[Ton]

Dx=0 Dy=0 Dz=0

7[Ton]

Figura3. Modelo de análisis para la estructura de polines bajo enrollador lado izq. (caso 1).

39[Ton]

Dx=0 Dy=0 Dz=0 7[Ton]

Figura4. Modelo de análisis para la estructura de polines bajo enrollador lado der. (caso 2). Dx=0 Dy=0 Dz=0

7[Ton]

Figura5. Modelo de análisis para el polín hotizontal (caso 3).

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5.2.

MALLA DE MODELO

A continuación, se muestra la malla utilizada en los cálculos. Los parámetros utilizados para la confección de una malla estándar fina, fueron con un valor máximo y mínimo de los elementos de 20.08mm y 1.04mm para el primer caso, 23.5mm y 1.17mm para el segundo caso y 4.56mm y 0.22mm para el tercer caso.

Caso 1

Caso 2

Caso 3 Figura6. Enmallado de modelo geométrico.

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6. ESFUERZOS El resultado de los esfuerzos combinados por Von Mises se muestran desde la fig.7 a la fig.10 con valores máximos de: 54[MPa] para el primer caso, 66[MPa] para el segundo caso y 220[MPa] para el tercer y último caso. Por este método se obtiene un factor de seguridad de FS= 4.6 para el primer caso, esto respecto a la tensión de fluencia (250 MPa) del material constituido por la estructura en acero ASTM A-36 y por debajo de la tensión admisible de 150Mpa correspondiente al 0.6x del esfuerzo admisible, lo que es suficiente para la aplicación. Para el segundo caso, se obtiene un factor de seguridad de FS= 3.8, esto respecto a la tensión de fluencia (250 MPa) del material constituido por la estructura en acero ASTM A-36 y por debajo de la tensión admisible de 150Mpa. Por último, para el tercer caso se obtiene un factor de seguridad de FS= 2.4 para el conjunto del polín deflector, esto respecto a la tensión de fluencia (530 MPa) del material constituido por el eje macizo del polín en acero SAE 1045 en donde se presentan los mayores esfuerzos.

Figura 7. Resultados de los esfuerzos para la estructura de polines bajo enrollador lado izq. (caso 1) en N/m2.

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Figura 8. Detalle en los resultados de los esfuerzos de Von Mises para las orejas de tiro en N/m2 (caso 1).

Figura 9. Resultados de los esfuerzos para la estructura de polines bajo enrollador lado der. (caso 2) en N/m2.

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Figura 10. Resultados para esfuerzos de Von Mises para el conjunto del polín deflector en N/m2 (caso 3).

7. DEFORMACIONES URES Por otro lado, los resultados de desplazamientos se muestran desde la figura 11 a la figura 13, con valores máximos de: 0.2mm para el primer caso, 0.2mm para el segundo caso y 0.93mm para el tercer caso. Las deformaciones máximas son inferiores a las deformaciones admisibles de 7.6mm para el tercer caso correspondiente al eje macizo del polín.

Figura 11. Resultados de las deformación para la estructura de polines bajo enrollador lado izq. (caso 1) en mm.

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Figura 12. Resultado de deformaciones para la estructura de polines bajo enrollador lado izq. (caso 1) en mm.

Figura 13. Resultado de deformaciones para la estructura de polines bajo enrollador lado der. (caso 2) en mm.

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Figura 14. Resultados de las deformaciones para el conjunto del polín deflector en mm (caso 3).

8. CONCLUSIONES  





El diseño es verificado mediante FEM para su comportamiento al aplicar las cargas estipuladas. De acuerdo a los resultados, los niveles de tensiones registradas y las deformaciones complen con la normativa vigente. El resultado de los esfuerzos combinados por Von Mises se muestran desde la fig.7 a la fig.10 con valores máximos de: 54[MPa] para el primer caso, 66[MPa] para el segundo caso y 220[MPa] para el tercer y último caso. Por este método se obtiene un factor de seguridad de FS= 4.6 para el primer caso, esto respecto a la tensión de fluencia (250 MPa) del material constituido por la estructura en acero ASTM A-36 y por debajo de la tensión admisible de 150Mpa correspondiente al 0.6x del esfuerzo admisible, lo que es suficiente para la aplicación. Para el segundo caso, se obtiene un factor de seguridad de FS= 3.8, esto respecto a la tensión de fluencia (250 MPa) del material constituido por la estructura en acero ASTM A-36 y por debajo de la tensión admisible de 150Mpa. Por último, para el tercer caso se obtiene un factor de seguridad de FS= 2.4 para el conjunto del polín deflector, esto respecto a la tensión de fluencia (530 MPa) del material constituido por el eje macizo del polín en acero SAE 1045 en donde se presentan los mayores esfuerzos. Por otro lado, los resultados de desplazamientos se muestran desde la figura 11 a la figura 13, con valores máximos de: 0.2mm para el primer caso, 0.2mm para el segundo caso y 0.93mm para el tercer caso. Las deformaciones máximas son inferiores a las deformaciones admisibles de 7.6mm para el tercer caso correspondiente al eje macizo del polín. Dado lo expuesto anteriormente, se puede indicar que el conjunto soporta las 7[T] de tiro para ser utilizado en el cambio de sentido de la correa nueva desde el plegado hacia el interior del conveyor, además de soportar la carga del enrollador junto al carrete con correa, esto para el cambio de la correa 2100-CV-001 en faena Caserones.

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