Laboratorio de Gestin y Automatizacin en el Manejo de
Materiales
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO DE INGENIERA EN MINAS
Diseo de BotaderoLaboratorio de Gestin y Automatizacin en el
Manejo de Materiales
Profesor:Fernando Machuca
Ayudante:Diego Quintana
Alumna:Paula Daz Cerda
Fecha:21 de Enero de 2014
Resumen Ejecutivo
En el presente informe se realiz el diseo de un botadero de
lastre, para un rea de 5000x5000 (m), de una sola entrada y cota de
2000 metros sobre el nivel del mar, el cual presenta estructura de
tipo torta, con un solo acceso. La extensin ocupada para el clculo
fue de 2000 metros de radio para la discretizacion en bloques de
los semi-anillos, los cuales presentan medidas de 200x100 (m) con
una altura de 15 metros. Los requerimientos de la mina en cuanto a
la descarga de material consisten en 362 das de trabajo al ao,
descarga diaria de 600.000 toneladas, movimiento de material al ao
de 217.200.000 toneladas, rampa con pendiente de 10%.Por otra
parte, con la ayuda del complemento de Microsoft Excel, Oracle
Crystal Ball, es que se filtraron las planillas de clculos
otorgadas para disear en base a las capacidades de los camiones el
botadero de lastre y se analizaron estadstica y probabilsticamente
los datos para trabajar con las medidas representativas en cada
caso. Para lograr esto, se trabaj con las variables velocidad y
consumo de combustible, filtrando de acuerdo a las pendientes y el
tipo de carga de los camiones.Se discretizan los semi-anillos del
botadero de acuerdo a las medidas de cada bloque, 200x100 (m),
calculando que la cantidad de bloques a necesitar para suplir el
requerimiento de la mina es de 268 bloques. Tomando en cuenta un
aumento de 200 (m) de radio segn las medidas de los bloques, hasta
llegar a un radio mximo de 2000 metros es que se logra un mximo de
314 bloques, logrando con xito cubrir la produccin anual
necesitada.Por ltimo, se concluye que las variables utilizadas para
el clculo y diseo de botadero no son las suficientes para obtener
el ptimo diseo deseado, recomendndose un anlisis ms exhaustivo para
futuras investigaciones. Por otra parte, el hecho de solo descargar
a un solo nivel mejora los rendimientos de combustibles por el
simple hecho de no poseer tantas rampas, momento en el cual se
consume la mayor cantidad de combustible, como tambin facilitando
la secuencia de llenado de los bloques, siguiendo una metodologa
sistemtica y simple.
ndice
ndice3Introduccin4Objetivos5Objetivos Generales5Objetivos
Especficos5Alcances y limitaciones6Metodologa del
trabajo7Desarrollo9Clculos10Mtodo de secuencia de
llenado12Resultados13Conclusiones y Recomendaciones15Anexos16
Introduccin
Para lograr finalmente la obtencin de mineral de inters
econmico, es necesario extraer una gran cantidad de estril, el
cual, a diferencia del mineral que es llevado a lugares donde
continuar su procesamiento, requiere ser desechado de manera
apropiada para asegurar condiciones aceptables de seguridad y de
medio ambiente.El traslado de este material significa el acarreo y
disposicin de importantes cantidades de material los cuales sern
llevados a botaderos que se acondicionarn para las caractersticas
demandadas por la cantidad de material, tipo de material que ir al
botadero y equipo a utilizar.Estos botaderos deben ser dispuestos
en lugares especficos y adecuados, un buen lugar para un botadero
constituir el sector que cumpla de mejor manera todas las
exigencias para su habilitacin, tanto tcnicas como econmicas. Es
importante la distancia entre los puntos de carga de camiones en la
mina y descarga en los botaderos, ya que esta debe ser la mnima
posible, ya que la mayor distancia afectar de manera significativa
el rendimiento de equipos de carga, lo que se traducir en un mayor
gasto.Otro aspecto a tener en consideracin es la geologa del lugar,
ya que debe ser apta para soportar las toneladas de estril que se
depositarn en ella, sin que se ocasionen siniestros geomecnicos. A
su vez, el lugar de eleccin no debe presentar existencia de
recursos utilizables que tengan importancia econmica.El botadero
debe cumplir con todas las especificaciones de diseos aprobadas por
la autoridad, y se debe tener un control de calidad continuo
durante la construccin, ya que esto evitar en gran parte posibles
fallas.En el presente informe se realiza el diseo de un botadero
para el laboratorio de Gestin y Automatizacin en el Manejo de
Materiales, para caractersticas especficas entregadas. En el diseo
se sealan el nmero de niveles que debe existir y la secuencia de
llenado, trabajo realizado en la plataforma AutoCad.Objetivos
Objetivos Generales
Simular el diseo de un botadero, para las condiciones dadas, con
el fin de establecer recomendaciones para optimizar el proceso de
diseo de botaderos.
Objetivos Especficos
Analizar las variables que afectan el proceso de diseo de
botaderos.
Determinar la secuencia de llenado de botadero, ejemplificndola
con la herramienta AutoCad.
Usar de forma correcta la plataforma Excel de Oracle Crystal
Ball.
Alcances y limitaciones
La extensin del formato Excel utilizada para el trabajo Oracle
Crystall Ball funciona de forma efectiva con menos de 5000
datos.Para la base de datos entregada se debieron aplicar filtros,
de acuerdo a la velocidad, pendiente y tipo de camin, con el fin de
tener una mejor representacin de la realidad y para reducir los
37487 datos entregado.Se identificaron datos errneos, los cuales no
reflejaban la realidad, por lo que fueron detectados y
eliminados.
Metodologa del trabajo
Primero se procedi a realizar filtros a la base de datos
entregada, con el fin de representar de mejor manera la realidad y
disminuir los datos.Los filtros se resumen en el siguiente
diagrama: Planilla Camiones Cargados Horizontal:
Planilla Camiones Cargados Pendiente Positiva
Planilla Camiones Vacos Horizontal
Planilla Camiones Vacos Pendiente NegativaUna vez aplicados los
filtros se procede a analizar de forma estadstica cada una de las
cuatro planillas mediante el uso de Oracle Crystal Ball, donde se
realizan 5000 iteraciones con un nivel de confianza de 98%, con el
fin de estimar las medias de las velocidades y el consumo de
combustibles. En las indicaciones del trabajo se hace entrega de
los datos necesarios para realizar el clculo y diseo del botadero,
que se presentan a continuacin:Produccin diaria600000toneladas
Das362das/ao
Ancho Bloque200metros
Altura Banco15metros
Ancho Bloque100metros
Densidad Material2,7m3/ton
Tabla N1: Datos clculo de botadero.
Con estos datos se pueden dimensionar las partes del botadero y
determinar la cantidad de anillos y niveles a construir.La
superficie del botadero es de 5000x5000 m, consiste en un botadero
de torta, ya que as los camiones recorren la misma distancia para
descargar un nivel adyacente al anterior, este botadero de torta se
divide en un semicrculo de radio 2000m que a su vez se divide en
semianillos.
Desarrollo
La discretizacin de bloques se realiza con medidas de 200x1100
m2, por lo que se procede a estimar la cantidad de bloques a
construir. La siguiente tabla muestra el clculo efectuado:N
anilloRadio (m)rea semi-crculo (m2)Diferencia reas (m2)N de bloques
por anilloTotal Bloques AcumuladosTonelaje Acumulado
12006283262832332430000
24002513271884969129720000
3600565487314159162822680000
48001005310439823225040500000
510001570796565487287863180000
6120022619476911503511391530000
71400307876181681441154124740000
81600402123994247847201162810000
918005089380106814253254205740000
1020006283185119380560314254340000
Tabla N2: Cantidad de Bloques a Construir.
Del anlisis estadstico realizado a travs de Crystal Ball se
desprenden datos representativos de velocidad en pendiente y
horizontal, de consumo de combustible por hora de los camiones.Los
resultados se adjuntan en la siguiente tabla:Planilla
/ParmetroVelocidad Media (km/hr.)Consumo Combustible (L/hr.)
Camiones Cargados Horizontal29,20350,30
Camiones Cargados Pendiente Positiva12,84453,57
Camiones Vacos Horizontal37,29109,00
Camiones Vacos Pendiente Negativa38,2143,60
Tabla N3: Resultados Anlisis Estadstico.
Clculos
Los datos resumidos para el diseo de botadero se expresan en la
tabla continua:Clculos
Tonelaje Bloque810.000 toneladas
rea Bloque20.000 m2
Altura Bloque15 metros
Pendiente %10
Largo Rampa151
Tiempo rampa seg42
Dist. Equivalente horizontal339
Tonelaje diario600.000 toneladas
Das de trabajo362
Estanque de combustible4.800
Tonelaje para 362 das217.200.000 toneladas
N Bloques268
Tabla N4: Datos Totales para el Diseo de Botaderos.
Ejemplos de clculo:La cantidad de bloques se calcula de acuerdo
a la capacidad de cada bloque con el tonelaje requerido para los
362 das de trabajo:
El tiempo que se demora el camin en recorrer la rampa, o bien,
en subir al botadero relaciona la distancia inclinada y la
velocidad del camin cuando este est cargado. Entonces:
Imagen N1: Clculo de Distancia Inclinada y Distancia Horizontal
Equivalente.La distancia a recorrer es de 0,151 (km) y la velocidad
del camin cargado con lastre, por una pendiente positiva es de
12,84 (km/h).Entonces, el tiempo en recorrer la rampa es:
Luego la distancia equivalente horizontal se obtiene con
respecto a la velocidad con el camin cargado en horizontal y la
distancia inclinada. Equivale a recorrer una cierta distancia en
horizontal, a una cierta velocidad, con respecto a la distancia
inclinada a velocidad del camin cargado en pendiente. Entonces:
El tonelaje por bloque se estima de acuerdo a las dimensiones
del bloque y a la densidad considerada para el depsito, por lo
cual:
Se observa que la cantidad de bloques a llenar es menor a la
cantidad de bloques total en el anillo numero 10 calculado, lo que
implica que solo se necesitara un nivel de botadero para satisfacer
las necesidades de la mina.
Mtodo de secuencia de llenado
Para la secuencia de llenado: Primero se llenan los semi-anillos
ms pequeos, partiendo por el anillo de radio 200 metros, llenando
los bloques de izquierda a derecha.
Una vez completado el primer semi-crculo, se procede a llenar el
segundo, el cual posee un radio de 400 metros
Se sigue la misma secuencia explicada, llenando de izquierda a
derecha hasta lograr completar la cantidad de bloques presentes en
el anillo.
De este modo, se llenan los semi anillos de distintos radios
hasta lograr completar el nmero de anillo 10.
Resultados
En las siguientes imgenes, realizadas con plataforma AutoCad, se
muestra la secuencia de llenado de los bloques por anillo,
modeladas segn las dimensiones de cada bloque y anillo.Como se
mencion, la secuencia de llenado inicia con el anillo de menor
radio al de mayor, partiendo de los bloques de izquierda a derecha.
En la figura se muestra el llenado del anillo 1 (200 metros), de
color morado.
Imagen N2: Primera Secuencia de Llenado.
A continuacin, se procede con el llenado del segundo anillo, de
radio 400 metros, el cual se representa en la figura de color rosa
claro.
Imagen N3: Segunda Secuencia de Llenado.
As se sigue con la secuencia de llenado ya descrita, la imagen a
continuacin ejemplifica el ciclo.
Imagen N4: Secuencia de llenado Botadero.
Conclusiones y Recomendaciones
Los objetivos fueron cumplidos a cabalidad, logrando ocupar
todas las herramientas de trabajo disponibles para la simulacin del
botadero, diseando un botadero de lastre optimo segn los parmetros
entregados como requisitos.Para lograr una mejor y ms fcil
realizacin de los niveles del botadero, es que se decidi por solo
un nivel gracias al rea disponible de trabajo.Al realizar el diseo
de botadero solo con un nivel, se minimiza el consumo de
combustible de los camiones, debido a que solo existe una rampa de
acceso, sin consumir ni gastar de forma excesiva los camiones en
terreno. Por otra parte, el disear solo un nivel de botadero podra
conllevar a abarcar mucha rea de trabajo, pudiendo inhabilitar a
otras labores aledaas donde el espacio de trabajo sea comn. No es
conveniente subestimar el consumo de combustible solo por el hecho
de considerar un nivel de botadero, ya que es un recurso cuyo
precio aumenta cada da ms, aunque la variable utilizada para el
clculo haya sido la velocidad de los camiones de acuerdo a las
distintas situaciones en las cuales se ven involucrados (subidas,
bajadas, con carga o sin carga).Cabe destacar que para el diseo
ptimo de botadero, es relevante considerar una mayor cantidad de
variables que afectan de forma directa el rendimiento de los
equipos para rellenar el botadero.
Anexos
Anlisis Crystal Ball a velocidad de camin vacio en pendiente
horizontal (entre -4% y 4%) con velocidad entre 22 y 45 (km/h)
Anlisis Crystal Ball para consumo combustible a camin vaco en
pendiente horizontal (entre -4% y 4%) con velocidad entre 22 y 45
(km/h)
Anlisis Crystal Ball para velocidad camin vacio en pendiente
menor a -4%, con velocidad entre 32,5 y 42,5 (km/h)
Anlisis Crystal Ball para consumo combustible camin vacio en
pendiente menor a -4%, con velocidad entre 32,5 y 42,5 (km/h)
Anlisis Crystal Ball para velocidad de camin cargado con lastre
en pendiente horizontal (entre -4% y 4%), con velocidad entre 22 y
45 (km/h)
Anlisis Crystal Ball para consumo de combustible de camiones
cargados con lastre en pendiente horizontal (entre -4% y 4%), con
velocidad entre 22 y 45 (km/h)
Anlisis Crystal Ball para velocidad de camin cargado con lastre
en pendiente mayor a 4%, con velocidad entre 10 y 15 (km/h)
Anlisis Crystal Ball para consumo de combustible de camiones
cargados con lastre en pendiente mayor a 4%, con velocidad entre 10
y 15 (km/h).
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