Fallas de estructuras metálicas instaladas en la planta de lixiviación de la Empresa Ernesto Che Guevara sometidas a atmósfera corrosiva

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Republica de Cuba Ministerio de la Educación Superior

Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez Maestría de Electromecánica

TESIS EN OPCIÓN AL TÍTULO DE

MASTER EN CIENCIAS TÉCNICAS

Titulo: Fallas de estructuras metálicas instaladas en la planta de lixiviación de la Empresa Ernesto Che Guevara sometidas a atmósfera corrosiva

Autor: Ing. José Antonio Sablón Leyva

Tutores: Dr.C. Félix Morales Rodríguez MSc. Isnel Rodríguez González

Moa 2008

Tesis de Maestría        Agradecimientos

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Agradecimientos:[pic 3]

Agradezco especialmente a todas aquellas personas que me apoyaron        para        la realización de esta tesis:

Al estudiante Rodney Enrique Correa Suárez por su dedicación, sacrificio y buen resultado obtenido en la tesis de Ingeniería.[pic 4][pic 5]

A los Profesores (Isnel Rodriguez Gonzáles, Alberto Velázquez del Rosario, Manuel Garcia Rente, Felix Morales, entre otros.), por su incondicionalidad, exigencia, colaboración, apoyo, paciencia y sobre todo ser fieles consejeros en el desarrollo de este trabajo.[pic 6][pic 7]

A mis dos hijas; Aymeé y Dayneé por ser lo más lindo de mi vida.[pic 8][pic 9]

A mi familia, a todas mis amistades, a todos los que desinteresadamente me mostraron el camino del éxito.[pic 10][pic 11]

A mi esposa Yolayda, por su apoyo en todo momento, su amor y dedicación incondicional.[pic 12][pic 13]

A todos los trabajadores de la Empresa Cmdte. “Ernesto Che Guevara” que me brindaron su ayuda, a todos muchas gracias.[pic 14][pic 15]

Ing. José Antonio sablón Leyva

Tesis de maestría        RESUMEN[pic 16]

Resumen:

En el presente trabajo se hace un análisis de la resistencia mecánica de estructuras metálicas expuestas a atmósfera altamente corrosiva, perteneciente a la primera etapa del proceso de lixiviación de la Empresa Ernesto Che Guevara de Moa. Se realiza la modelación FEM determinándose en estas el comportamiento de las tensiones y deformaciones surgidas a lo largo de sus secciones transversales. Se realiza un estudio de las variables atmosféricas presentes en la planta que afectan las estructuras de la planta, se definen la influencia y los factores causantes del deterioro de los metales. Se propone una estrategia para el incremento de la resistencia a la corrosión con el empleo de recubrimientos de pintura.

Summary:

This work is based on the analysis of the mechanical resistance of exposed metallic structures to highly corrosive atmosphere at the first stage of the leaching process in the Nickel Company “Ernesto Che Guevara”. The characterization and evaluation the solicitations that are subjected the structures that support effort are exposed. There are defined the different types of corrosion attacking the structures, as well as the factors and its influences on the metals. It is also realized the Finite Element Modelling of the structures more affected by the degradation of metals phenomenon, being determined the tensions and deformations behaviour. It is also propose the strategy for increasing the corrosion resistance using painting coating.

José Antonio Sablón Leyva

INDICE        Pag.[pic 17]

Introducción        1

1. CAPITULO I. MARCO TEÓRICO METODOLÓGICO        4

1. - Introducción        4
2. - Características de los aceros de construcción.        4

1.3 - Resistencia mecánica en estructuras metálicas        5

1.3.1 - Análisis de estabilidad en estructuras metálicas        5

1. - Modelación por el método de elementos finitos        6

1. - Simulación numérica        6
2. - Situaciones de no linealidad presentes en problemas reales        7

1. - Análisis no lineal por la geometría.        8

1. – Proceso de Corrosión Atmosférica        9

1. - Factores que favorecen los procesos de corrosión atmosférica        9
2. - Influencia de las condiciones meteorológicas en la corrosión        10

1. - Contaminación Atmosférica        10

1. - Principales contaminantes que inciden en la velocidad de corrosión        11
2. - Calibración de la Atmósfera        12
3. - Los contaminantes atmosféricos        14
4. – Método de control de la corrosión atmosférica        14

1.5.7- Contaminantes en la atmósfera de la Empresa Ernesto Che Guevara.        15

1. – Protección de estructuras dañadas por la corrosión atmosférica        16

1. - La protección de estructuras metálicas con pinturas        17

1. - La pintura y su composición básica        18
2. - Tipos de Pinturas        18
3. - Standard de preparación de superficies        19
4. Aplicación de recubrimientos anticorrosivos        19
5. - Método de aplicación de recubrimientos anticorrosivos        20

1.8 - Conclusiones del capítulo        20

1. -        CAPITULO II. MATERIALES Y METODOS        21

1. – Introducción        21

1. Determinación de la resistencia mecánica de estructuras metálicas        21

1. Determinación de la resistencia a la estabilidad por compresión        22

1. - Cálculo de la carga crítica        23
2. – Determinación de la tensión crítica        23
3. – Obtención de la condición de estabilidad        24

2.2.2 - Solicitación de Flexión        25

1. – Aplicación del M.E.F en estructuras metálicas        26

1. – Formulación matemática de elementos finitos        26
2. - Pasos para el modelado por el MEF en las estructuras        28

1. - Condiciones de contorno estructurales        28
2. - Aplicación de solicitaciones y condiciones de contorno        28

1. Determinación de los espesores de los perfiles metálicos        30

1. - Caracterización de la atmósfera        30

1. - Mediciones de gases.        31
2. – Meteorología de la empresa        32

1. – Metodología para la protección anticorrosiva        32

1. - Preparación y limpieza de las superficies de acero        32
2. - Chorreado abrasivo        33
3. – Recubrimiento        34
4. Aplicación del sistema epoxy – poliuretano        34

1. – Conclusiones        34

1. CAPÍTULO III. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.        36

1. - Introducción.        36
2. - Determinación de los espesores de estructuras metálicas afectadas        36

1. - Espesores de las columnas afectadas        36
2. - Determinación de los espesores en las vigas        37

1. - Cálculo de la resistencia mecánica de vigas y columnas afectadas        38

1. - Cálculo de pandeo de las columnas        38
2. - Análisis de las vigas sometidas a flexión        39

1. - Análisis de los resultados de la simulación por Elementos Finitos.        40

1. - Resultados de la simulación por Elementos Finitos para las vigas.        42

1. Caracterización de la atmósfera de la planta        44

1. Mediciones de los polvos en suspensión        44
2. - Mediciones de gases.        45
3. - Resultados de las variables meteorológicas        48

1. - Comportamiento de la temperatura.        48
2. – Análisis de las precipitaciones        49
3. - Velocidades de los vientos        50
4. - Humedad relativa        50

1. - Procedimiento para la aplicación de protección anticorrosiva        52
2. - Valoración económica        53

1. - Costo de la reparación capital        53
2. - Costos del mantenimiento anticorrosivo        53
3. - Costos Total de Reparación        54

1. - Impacto social        54

Conclusiones del capítulo        54

Conclusiones Generales        55

Recomendaciones        56

Resúmen        57

Bibliografía        58

INTRODUCCIÓN

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El proceso tecnológico (carbonato amoniacal) de la Empresa Ernesto Che Guevara de Moa se caracteriza por constantes emanaciones de gases y polvo, lo que hace que la atmósfera industrial sea altamente corrosiva e influya negativamente en la vida útil de las estructuras metálicas instaladas, agudizándose mas en las plantas de lixiviación, recuperación de amoniaco, calcinación y sínter. Durante los años de explotación de la fábrica se han implementado múltiples modificaciones y ejecutado inversiones con el objetivo de atenuar este fenómeno, además de ser el principal objetivo del tema medioambiental. No obstante las reparaciones de estructuras metálicas y equipos instalados se hace cada vez más necesario para poder mantener la industria y seguir operando. La planta de lixiviación ha sido la de mayor afectación por corrosión, reflejado en averías de gran envergadura, ocurridas particularmente por fallas en las estructuras metálicas de la primera etapa del proceso de turboareación, lo que ha provocado considerables perdidas en la producción de níquel, elevado gasto de recursos financieros y afectación al medio ambiente, así mismo no existe un sistema adecuado de protección anticorrosiva que permita alargar la vida útil de las instalaciones.

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