Tesis de Grado Roberto E

Presentación del tema: "Tesis de Grado Roberto E"— Transcripción de la presentación:

1 Tesis de Grado Roberto E Diseño De Una Tolva Para Almacenamiento de Desechos Sólidos Para Ser Quemados En Hornos Cementeros En El Ecuador presentado por: Roberto C. Elizalde Ruiz director de tesis: Ing. Julián Peña Estrella Julio 07 , 2006

2 Contaminación Ambiental
Roberto E Contaminación Ambiental Residuos Industriales Desechos Domésticos Lluvias Ácidas Contaminación de Ríos y Lagos Derrames de Petróleo Contaminación de Pozos Subterráneos Afecciones a la Piel Intoxicaciones Cáncer Desordenes Genéticos 400 millones de toneladas de basura anuales Discussions have to based on facts not assumptions. Respect other persons while they are making a point. Agree or disagree but do not attack. Drive a stake, final decision.

3 Tiempos de Biodegradación de Algunos Materiales Comunes
10 años Ese es el tiempo que tarda la naturaleza en transformar una lata de refresco o de cerveza al estado de óxido de hierro. Por lo general, las latas tienen 210 micrones de espesor de aluminio recubierto de barniz y de estaño. A la intemperie, hace falta mucha lluvia y humedad para que el óxido la cubra totalmente. 5 años Un trozo de chicle masticado se convierte en ese tiempo, por acción del oxígeno, en un material superduro que luego empieza a resquebrajarse hasta desaparecer. El chicle es una mezcla de gomas de resinas naturales, sintéticas, azúcar, aromatizantes y colorantes. Degradado, casi no deja rastros. 100 a 1000 años Las botellas de plástico son las más rebeldes a la hora de transformarse. Al aire libre pierden su tonicidad, se fragmentan y se dispersan. Enterradas, duran más. La mayoría está hecha de tereftalato de polietileno (PET), un material duro de degradar: los microorganismos no tienen mecanismos para atacarlos. 1000 años Los vasos descartables de polipropileno contaminan menos que los de unicel. Pero también tardan en transformarse. El plástico queda reducido a moléculas sintéticas; invisibles pero siempre presentes. 300 años La mayoría de las muñecas articuladas son de plástico, de los que más tardan en desintegrarse. Los rayos ultravioletas del sol sólo logran dividirlo en moléculas pequeñas. Ese proceso puede durar cientos de años, pero desaparecen de la faz de la Tierra. 200 años Los tenis están compuestos por cuero, tela, goma y, en algunos casos, espumas sintéticas. Por eso tienen varias etapas de degradación. Lo primero que desaparece son las partes de tela o cuero. Su interior no puede ser degradado: sólo se reduce. l a 2 años 1 a 2 años Bajo los rayos del sol, una colilla con filtro puede demorar hasta dos años en desaparecer. El filtro es de acetato de celulosa y las bacterias del suelo, acostumbradas a combatir materia orgánica, no pueden atacarla de entrada. Si cae en el agua, la desintegración es más rápida, pero más contaminante. 3 a 4 meses Los boletos de cine, eventos y propaganda impresa, son los objetos que más se arrojan al piso. En ese destino final encuentran rápidamente el camino para desaparecer. La lluvia, el sol y el viento los afectan antes de ser presas de bacterias o de hongos del suelo. Si se encuentran en una lluvia fuerte se disuelve en celulosa y anilinas. 4000 años La botella de vidrio, en cualquiera de sus formatos, es un objeto muy resistente. Aunque es frágil porque con una simple caída puede quebrarse, para los componentes naturales del suelo es una tarea titánica transformarla. Formada por arena y carbonatos de sodio y de calcio, es reciclable en un 100%. 30 años Los envases tetra-brik el 75 % de su estructura es de celulosa, el 20 de polietileno puro de baja densidad y el 5 por ciento de aluminio. Lo que tarda más en degradarse es el aluminio. La celulosa, si está al aire libre, desaparece en poco más de 1 año. Más de 1000 años Sus componentes son altamente contaminantes y no se degradan. La mayoría tiene mercurio, pero otras también pueden tener zinc, cromo, arsénico, plomo o cadmio. Pueden empezar a separarse luego de 50 años al aire libre. Pero permanecen como agentes nocivos. 150 años Las bolsas de plástico, por causa de su mínimo espesor, pueden transformarse más rápido que una botella de ese material. Las bolsitas, en realidad, están hechas de polietileno de baja densidad. La naturaleza suele entablar una "batalla" dura contra ese elemento. Y por lo general, pierde. 30 años Es uno de los elementos más polémicos de los residuos domiciliarios. No obstante que la mayoría de los aerosoles, han dejado de incluir el CFC como parte de sus componentes (clorofluorocarbonos: dañan la capa de ozono), su estructura metálica lo hace resistente a la degradación natural. El primer paso es la oxidación. 100 años Junto con el plástico, el unicel no es un material biodegradable. Está presente en gran parte del embalaje de artículos electrónicos. Y así como se recibe, en la mayoría de los casos, se tira a la basura. Lo máximo que puede hacer la naturaleza con su estructura es dividirla en moléculas mínimas. 1 año El papel, compuesto básicamente por celulosa, no le da mayores problemas a la naturaleza para integrar sus componentes al suelo. Si queda tirado sobre tierra y le toca un invierno lluvioso, no tarda en degradarse. Lo ideal, de todos modos, es reciclarlo para evitar que se sigan talando árboles para su fabricación. Más de 100 años Los corchos de plástico están hechos de polipropileno, el mismo material de los popotes y envases de yogur. Se puede reciclar más fácil que las botellas de agua mineral (que son de PVC, cloruro de polivinilo) y las que son de PET (tereftalato de polietileno). 3 a 4 semanas Los desechos orgánicos, tardan tan sólo 4 semanas en degradarse, claro esta, siempre y cuando no se mezclen con desechos inorgánicos o sustancias químicas. 100 a 1000 años Los disketes se encuentran formados por plástico y metal en su exterior. Su interior cuenta con una delgada película magnética. Todos estos materiales son difíciles de degradar de manera natural. 30 años la aleación metálica que forma las tapitas de botellas puede parecer candidata a una degradación rápida porque tiene poco espesor. Pero no es así. Primero se oxidan y poco a poco su parte de acero va perdiendo resistencia hasta dispersarse. 100 años De acero y plástico, los encendedores desechable se toman su tiempo para convertirse en otra cosa. El acero, expuesto al aire libre, recién comienza a dañarse y enmohecerse levemente después de 10 años. El plástico, en ese tiempo, ni siquiera pierde el color. Roberto E Tiempos de Biodegradación de Algunos Materiales Comunes Material Colillas de Cigarrillos Botellas de Plástico Vasos de Plástico Muñeca de plástico Zapatos de Caucho Botella de Vidrio Envase Tetra - Pack Baterías Bolsas de Plástico Latas de Aluminio Ejemplo Tiempo de degradación 1 a 2 años 100 a años 1 000 años 300 años 200 años 4 000 años 30 años + de años 150 años 10 años Características Filtro de acetato de celulosa. Las bacterias no pueden atacarla de entrada Enterradas duran más. Hecha de tereftalato de polietileno (PET) duro de degradar para microorganismos Hechos de polipropileno, se reducen a moléculas sintéticas, invisibles, pero nunca desaparecen Las de plásticos son las que más tardan en desintegrarse, pero después de cientos de años desaparecen De tela, goma, y espumas sintéticas. La tela y cuero desaparece primero, el interior nunca se degrada Arena y carbonatos de sodio, tarda mucho pero es reciclable en un % 75% de su estructura es celulosa, 20% polietileno. El aluminio es el que más se tarda en degradar Altamente contaminante componentes. Zinc, cromo, arsénico, plomo y cadmio Del mismo material que las botellas, pero con menos espesor, hechas de polietileno de baja densidad, El tiempo que tarda la naturaleza en transformarlo en oxido. Barniz, estaño. On Plan – Actual Plan Revenue 51481 52014 G Profit 14825 29% 14162 27% FOP 6948 13% 6870 EBITDA 8573 17% 8983

4 Quema de Desechos Sólidos
Roberto E Quema de Desechos Sólidos Transforma 1 Ton de Basura en 300Kg de ceniza Alto poder calorífico, 16.4 a 34 MJ/Kg. El del coque es de 33.7 MJ/Kg. Elimina necesidad de Relleno Sanitario Dioxinas y furanos

5 Tratado de Basilea ( marzo 1 989 )
Roberto E Tratado de Basilea ( marzo ) Agencia Estadounidense de Protección Ambiental Límites de tolerancia de dioxinas y furanos para cada país Que clase de basura puede ser quemada Cada país tiene un límite de basura que puede ser quemada Un país que no llegue a su límite puede vender el servicio de quema de basura a uno que haya llegado a su tope Antiguo Barco de Guerra Francés Transportando Desechos Para Ser Quemados

6 Requisitos Para El Sistema de Quema de Desechos Sólidos
Roberto E Requisitos Para El Sistema de Quema de Desechos Sólidos Un sistema de recepción, almacenamiento, Bombeo y quema de desechos viscosos Evitar atascamientos en todas las partes del proceso Los desechos deben ser tratados previamente para asegurar el paso a la bomba (mínimo 20 mm de espesor, excluir elementos metálicos, químicos prohibidos) Cumplir con los requerimientos de espacio, Flujo de quema y recepción equilibrado

7 Propiedades de los Lodos
Roberto E Propiedades de los Lodos Llantas, plásticos agrícolas, tierras contaminadas, fármacos, papeles, cartones, residuos de tanques de pinturas, de tintas, de tanqueros de petróleo, de tratadoras de agua. Algunos olores se pueden generar en su manipuleo. 17,000 toneladas al año, consumo a futuro de 7 t/hora Almacenamiento desde 2 bañeras en tolva de recepción (70 m3) Punto de ignición mínimo de 38º C Alta cantidad de solidos en los desechos. Llantas % Plásticos % Lodos Ind % Tierras Cont. 56.3% Fármacos % Punto de Ignición Mínimo 38º C Viscosidad 400 – 2000 cps Densidad 400 – 2500 Kg. /m3 Nivel PH 4 – 11

8 Limitaciones Técnicas
Roberto E Limitaciones Técnicas Fácil acceso para las bañeras Volumen necesario (3 bañeras) Cantidad de roca a excavar Forma de la Tolva (bastidor) Tipo de Bomba a usar Equipo de bombeo auxiliar Adecuaciones de la tubería Caudal promedio y máximo (6 y 10 m3/hr.) Longitud 120 m Altura 50 m # de Codos 20 (aprox.) # de Válvulas 3

9 Primera Propuesta Su construcción no es muy costosa
Roberto E Primera Propuesta Su construcción no es muy costosa Poca capacidad de almacenamiento por su forma 50 m3 No se puede usar bastidor Alto riesgo de atascamiento Costo de $ (materiales y soldadura)

10 Propuesta Alemana Diseño Estándar ya probado Capacidad de 105 m3
Roberto E Propuesta Alemana Diseño Estándar ya probado Capacidad de 105 m3 Garantiza correcto funcionamiento del equipo de bombeo Elementos Ex-Proof Alto precio $ Planos cuestan $

11 Tercera Propuesta Se visualizan todas las posibles fallas
Roberto E Tercera Propuesta Se visualizan todas las posibles fallas Fallas por sismo, carga viva, concentradores de tensión, presiones. Acople con el sistema de bombeo Adecuarlo para mantenimiento de equipos

12 Matriz de Decisión Roberto E Propuesta 1 Propuesta 2 Propuesta 3
Precio 3, 0, 2, Capacidad 0, 0, 0, Funcionalidad 0, 2, 1, Ponderación 0, 0, 0, M - EXTRAS\Matriz de Decisiones.xls

13 Roberto E Principios Teóricos AISC – Cálculo de Cargas Combinadas por el método LRFD Soporte de Tirantes Para Tanques Rectangulares (Megyery) AWWA – Tanques para Agua de Acero Soldados ASME B31.3 – Cañería Para Plantas Químicas y Refinerías de Petróleo API 650 – Tanques para Derivados de Petróleos de Acero Soldadas Normas Internas - Criterios De Diseño Para Equipo Mecánico (Ex-Proof) Normas Internas - Criterios De Diseño Para Trabajos Civiles y de Estructuras

14 Diseño de Forma Roberto E
Dimensiones óptimas x x interior Capacidad de Tolva 105 m3 Altura de Columnas mm Altura de Vigas de Soporte de Piso 500 mm Profundidad de roca a excavar 3 m

15 Cálculo de Cargas Roberto E CM = 262 500 + 25 000 = 287 500 Kg.
CV = Kg. Fuerza Sísmica Factor de Amplificación de sitio Tipo de Suelo S A B C D 1.0 1.2 1.5 2.0 Zona Coef Z 1 0.075 2A 0.15 2B 0.20 3 0.30 4 0.40 Tipo de Suministro Factor de Uso I Suministro único, contra-incendio, o múltiple y contra-incendio. 1.25 Múltiple Suministro y no para contra-incendio 1.0 Estructura Factor de Reducción de Fuerza Rw Tanque elevado, brazos cruzados 4.0 Tanque elevado, tipo pedestal 3.0 Tanque de piso plano, Anclado 4.5 Piso plano, desanclado 3.5 V0 = Kg. V0 x L0 = V1 x L1 V = Kg.

16 Diseño de Estructura de Soporte
Roberto E Diseño de Estructura de Soporte Asumir Tipos de Viga (Inercia y Área)

17 Cargas Combinadas ( LRFD )
Roberto E

18 Resultado de Selección de Vigas
Roberto E Elem Result Mayor (Kg)   DISEÑO FACTOR SEGURIDAD 1 ,4 2 UPN 120 1,51 2 31.225,4 - 3 14.941,3 4 5 8.496,0 6 -8.496,0 7 ,4 2 UPN 140 8 9 ,9 10 ,6 1,16 11 ,8 12 46.902,1 2 UPN 100 13 ,1 14 ,4 1,04 15 ,7 1,98 16 17 ,6 18 ,7 19 12.776,7

19 Soporte de Piso – Placas Planas
Roberto E Soporte de Piso – Placas Planas Experimentos de Bach Sección Peligrosa AC Bordes Perfectamente Empotrados W = w . b . a s= Esfuerzo Unitario flexionante promedio que actúa sobre la placa a través de la diagonal AC a= Luz larga b= Luz corta w= carga por unidad de área t= Espesor de placa

20 Teoría de Placas Planas
Roberto E Teoría de Placas Planas Análisis Experimental realizado por Westergaard Momento Máximo por Unidad de Ancho Mbc y Mbe Experimento de Montgomery da el valor promedio de M = w b2 y S = M C/ I

21 Cálculo de Vigas Roberto E
Análisis de tensión pura a los que se encuentren en tensión, y aplastamiento y pandeo a los que estén en compresión Tensión: Se procede a calcular el esfuerzo de trabajo σ = F/A (9) Una vez hallado el esfuerzo de trabajo se procede a encontrar el factor de seguridad η = Sy/σ (10) Para valores superiores a la unidad el esfuerzo de trabajo no alcanza la fluencia por lo tanto el perfil no entrará a la zona plástica y cumple los requerimientos de diseño Compresión: Se procede a calcular el esfuerzo de trabajo σ = F/A (9) Una vez hallado el esfuerzo de trabajo se procede a encontrar el factor de seguridad η = Sy/σ (10) Se encuentra esfuerzo crítico de pandeo: Radio de giro k=(I/A) ½ Relacion de esbeltez Sr = L/k Relacion de Esbeltez Crítica: SrD = π (2 E/ Sy) 1/2 Si Sr >SrD σp = π2 (E/ Sr2) Si Sr< SrD σp = Sy – (1/ E) (Sy. Sr/ 2 π)2 Se encuentra factor de Seguridad (1) η = σp/σ

22 Diseño de Estructura de Piso
Roberto E Diseño de Estructura de Piso

23 Vigas Primarias P 1-1, P 1-2 Roberto E PM = Peso Muerto = 287 500 Kg.
Inercia (cm4) 333558,42 65920,38 Factor de Seguridad 1,02 1,01

24 Vigas de Soporte de Piso
Roberto E Vigas de Soporte de Piso P-2 P-3 P-4 P-5 Peso Kg. 106.76 24.48 124.56 136.76 Inercia cm4 1411.9 F S 1.03 1.02 1.10

25 Diseño del Piso de la Tolva
Roberto E Diseño del Piso de la Tolva FS = 1.5 S = x 2500 Kg. / cm2 b = cm  a = cm. w = Kg. / cm2 I/c= t2 /6 t1 = 14.8mm. t2 = mm. tf = 20 mm.

26 Diseño de Paredes Roberto E w = 0.865 Kg./cm2 a = 125.0 cm.
b = cm. S = x 2500 Kg. / cm2 I/c = t2 / 6 F S = t1 = mm. t2 = mm. tf = 12 mm.

27 Tensores – Correas de Soporte
Roberto E Tensores – Correas de Soporte Hilera F S 1 6,75 2 5,32 3 4,03 4 2,76 5 1,37

28 Acople al Sistema de Bombeo
Roberto E Acople al Sistema de Bombeo Tornillo Sinfín M - EXTRAS\AFR-Lodos-Rob.dwg

29 Roberto E Bomba de Pistones

30 Roberto E Recorrido de Tuberías

31 Lugar de Instalación del Sistema
Roberto E Lugar de Instalación del Sistema

32 Detalles de Escalera Y Galpón
Roberto E Detalles de Escalera Y Galpón

33 Roberto E Factibilidad Técnica El espacio escogido no estorba a ninguna operación existente y futura Corrida de tuberías no altera estructura original Acceso a sistema de bombeo Requerimientos eléctricos óptimos 220 V y 440 V Sistema Contra-Incendio accesible

34 Presupuesto Roberto E M - EXTRAS\Presupuesto AFR Lodos.XLS ITEM
DESCRIPCIÓN COSTO TOTAL USD A Obras Civiles: Remoción de terreno, cimentación y construcción 207621,68 B Obras Mecánicas: Construcción de los tanques de AFR lodos, estructuras de soporte, sistema hidráulico, sistema de bombeo y montaje de accesorios y equipos 818822,65 C Obras Eléctricas e Instrumentación: Acometida eléctrica, puesta a tierra, iluminación y control 81769,36 D Sistema Contra Incendios AFR Lodos 25514,57 E TOTAL COSTOS DIRECTOS A+B+C+D ,26 F COSTOS INDIRECTOS 20% E 226745,65 G VALOR TOTAL E+F ,91 I VALOR TOTAL DE LA PROPUESTA ,78 M - EXTRAS\Presupuesto AFR Lodos.XLS

35 Programación de la Obra
Roberto E Programación de la Obra Fecha de inicio de construcción: 25 de Agosto /06 Documentos de trabajadores Compra de materiales Compra de equipos a importar Construcción de Vigas Instalaciones eléctricas para motores, paneles de control M - EXTRAS\PROGRAMACIÓN- AFR-LODOS MSP.pdf M - EXTRAS\PROGRAMACIÓN- AFR-LODOS.pdf

36 Roberto E Proyecciones de Uso al 2013 Capacidad de bombeo y almacenamiento acordes a estudio de mercado Bombeo óptimo a 6 m3/hr para 105 m3  Vaciado de tolva de 18 horas Cuantas bañeras pueden descargar al día? Operación óptima de 20 horas diarias Estudio de mercado : En 5 años se tendrán ton. al año 111.1 m3 diarios promedios = horas en peor de los casos Máximo de 5 bañeras al día = 150 m3

37 Conclusiones Roberto E
El Sistema de Recepción, Almacenamiento y Quema de Desechos Sólidos resultó ser un diseño viable, al ser menos costoso que sus alternativas de importación de accesorios y tanques. Los tiempos críticos se reducen sustancialmente puesto que al fabricar los elementos más esenciales dentro de la obra, los tiempos de importación que se encontraban en tres y cuatro meses se reducen a un mes. El realizar el diseño de la tolva de recepción y almacenamiento de desechos sólidos, permitirá ahorrar a la empresa cementera $ dólares por concepto de compra del diseño alemán. A este valor ahorrado, también deben sumarse los valores por concepto de construcción, los cuales también deben ser mucho mayores, debido a las exigencias de la compañía alemana en su diseño y métodos de construcción.

38 Conclusiones Roberto E
La forma cuadrada del tanque permite una mayor área de recepción de desechos al momento de ser descargados del volquete. La rapidez de vaciado, determinada por la bomba de 6 m3/hr, nos permite en 10 horas, almacenar el contenido de 2 volquetes más, procesando 5 volquetes diarios en total La teoría de placas planas aportó al diseño de una tolva factible de construir, ya que permitió encontrar una forma de disminuir el espesor del piso y paredes. Redujo el grosor de las paredes de 35 mm a 12 mm, y el del piso, de 40 mm a 20 mm. Esta teoría para ser aplicada en las paredes de la tolva, necesitó de los tensores de pared para poder dividir la misma en secciones. La matriz de decisiones reveló que aunque la tolva alemana era mucho más segura de usar, el efecto negativo que ésta inducía por su alto costo, la hacía la opción menos viable de las 3 propuestas. La Propuesta 3 estuvo por encima de la 1ra Propuesta por un 0,37 % del puntaje, y por encima de la 2da Propuesta por un 6,44 % del puntaje

39 Recomendaciones Roberto E
El uso del acero ASTM A588 para las paredes, piso y componentes interiores, minimiza los riesgos de desgaste por corrosión. Las propiedades de este acero incluyen una alta resistencia a la misma, la cual es vital para la tolva, debido a que no se puede pintar ni revestir el interior de ninguna manera, debido a la alta abrasión que existirá en el interior. En el cálculo de espesores de pared para tanques de agua, aún con factores de seguridad cercanamente superiores a 1, se recomienda usar tensores de pared, debido al desgaste, oxidación y aumento de rasgaduras en la pintura y otros defectos visibles en el tiempo, los cuales crean concentradores de tensión. Con los tensadores de pared, no solo se disminuye el espesor de la pared, sino que se eleva el factor de seguridad en una cantidad que prevenga todo este tipo de efectos.

40 Recomendaciones Roberto E
Al aplicar la teoría de placas planas en el diseño de alguna pared o piso, es recomendable tratar de dividir las secciones lo más cuadradas posibles, estos es, que su ancho sea lo más cercano a su largo, ya que mientras menos parecidas sean estas dos medidas, la fórmula usada deja de ser confiable, hasta hacer necesaria otra fórmula mucho más compleja, y difícil de usar y predecir. Antes de considerar la construcción o diseño de una estructura parecida, se deben siempre estudiar las normativas medioambientales que rigen en el país, pues los niveles de furanos y otros químicos producto de la incineración, deben ser estudiados a fondo, de modo que no se excedan al estar los hornos quemando los desechos sólidos.

41 Roberto E GRACIAS!! Roberto Elizalde Ruiz