contaminacion molino de bolas.pdf

ESTRUCTURAS ANTISÍSMICAS EIRL. Ing. Jorge Lezama G.

SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCIÓN SÍSMICA

C.H. FRANCISCO MOSTAJO G4-17- AREQUIPA, email: [email protected] TELF. 054-330449 - CEL.054-959759059

JORGE LEZAMA G

Consultor C4597

Ing. Civil CIP. 77965

Economista CEA 276

Especialista en Estructuras Antisísmicas

Sistemas de Aislamiento y

Amortiguamiento de Estructuras

“ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL DEBIDO A LA INSTALACIÓN DE UN MOLINO DE BOLAS UNA PLANTA DE CEMENTOS, DISTRITO DE ISLAY, PROVINCIA DE ISLAY, REGIÓN AREQUIPA”

Arequipa – Perú

Julio del 2011




INDICE

1. MEMORIA DESCRIPTIVA 3

1.1 Nombre del Proyecto 3 1.2 Resumen 3 1.3 Ubicación del Proyecto 3

2. CARACTERÍSTICAS DEL MOLINO DE BOLAS 4

3. DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE VIBRACIONES Y ENERGÍA 5

PRODUCIDA POR EL MOLINO DE BOLAS. 3.1 Determinación de la Energía Vibracional de un Molino de Bolas 6 3.2 Cálculo de los Parámetros de Aceleración y Desplazamiento 9

del Molino 3.3 Cálculo de la Energía producida por la Vibración del Molino 11

4. CONTAMINACIÓN SONORA 13

4.1 Intensidad de Onda 13 4.2 Atenuación de la Energía de la Onda 13 4.3 Sensación Sonora 14 4.4 Valores Permisibles de Contaminación Sonora 16

5. CONTAMINACIÓN POR VIBRACIÓN 17

5.1 Teoría las Vibraciones en los Suelos 17 5.2 Características del Suelo 18 5.3 Velocidad Máxima de Partícula 18 5.4 Determinación de la Velocidad Máxima de Partícula 19

– Método de Estimación Semiempírico, MES. 5.5 Valores Permisibles de Contaminación Vibracional 20

6. CONCLUSIONES 22

7. RECOMENDACIONES 23

8. BIBLIOGRAFÍA 24




1. MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1 Nombre del Proyecto “ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL DEBIDO A LA INSTALACIÓN DE UN MOLINO DE BOLAS UNA PLANTA DE CEMENTOS, DISTRITO DE ISLAY, PROVINCIA DE ISLAY, REGIÓN AREQUIPA”

1.2 Resumen

El presente trabajo tiene la finalidad de determinar el impacto ambiental que ocasiona la operación de un Molino de Bolas debido a contaminación sonora y de vibraciones, el cual se ubica en el Distrito de Islay, Provincia de Islay, Región Arequipa. Se ha utilizado como valores de referencia de contaminación sonora y vibracional los parámetros dados por el Reglamento Nacional de Edificaciones, sin embargo en lo referente a la contaminación por vibraciones, se ha complementado el presente estudio con la norma alemana DIN 4150. Para el cálculo de la energía sonora como vibracional emitida por el molino, se ha realizado un estudio paramétrico con el estudio realizado en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Sur Este de Nanjing, China, el cual se realizó con el objetivo de determinar la cantidad de contenido de material dentro de un molino mediante el nivel de vibración producido. Se ha utilizado el marco teórico de la mecánica ondulatoria en medios elásticos isótropos. Finalmente se plantean las conclusiones y recomendaciones respectivas.

1.3 Ubicación del Proyecto Distrito: Islay Provincia: Islay Región: Arequipa Coordenadas UTM: E 808,975 N 8’117,070 Altitud: 71.00 msnm. Velocidad del viento: 50 Km/h.




2. CARACTERÍSTICAS DEL MOLINO DE BOLAS

Cantidad: 1 Longitud: 11.00 m. Diámetro: 2.80 m. Material: Acero IS 2002A, 2062, 1030, Acero Fundido. Peso del Molino: 210 Ton. Peso Bolas de Acero: 70 Ton. (máx.) Peso Material: 13 Ton. Tipo de Material: Clinker Velocidad: 19 rpm.




3. DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE VIBRACIONES Y ENERGÍA PRODUCIDA POR EL MOLINO DE BOLAS.

El cálculo de las vibraciones y ruido producido por equipos e instalaciones para la molienda de material, especialmente por los molinos de bolas, involucran ciertas dificultades relacionadas a los métodos obsoletos en el análisis dinámico de estos equipos y para la determinación de las cargas dinámicas que actúan sobre estos. Por esta razón, los niveles de vibración y ruido generado por los molinos, son frecuentemente calculados sobre una base teórica y experimental insuficiente, con resultado de que estas estructuras pueden vibran excesivamente y generar contaminación sonora. En tales casos se hace necesario realizar estudios específicos para mitigar los efectos de las vibraciones y reducir así la contaminación, como reducir los costos de operación y mantenimiento de dicha maquinaria. No obstante, en forma general, para el diseño de maquinaria y las vibraciones que esta produce, es necesario que se realicen estudios dinámicos tanto para mitigar lo efectos negativos de la vibraciones, así como para proteger a las estructuras que la contienen, sobre todo a las cimentaciones. Los molinos de bolas en general tienen dimensiones importantes, lo que conlleva a que la masa también sea de una magnitud alta. El proceso de molienda de este tipo de molinos se realiza por el impacto que producen las bolas de acero contra el material a moler. Las amplitudes de las vibraciones verticales normalmente son de 3-4 veces más pequeñas que la amplitud de las vibraciones horizontales. Las cimentaciones de los molinos de bolas tienen en general pequeñas vibraciones en ambas direcciones. Una mayor dimensión en las cimentaciones disminuye considerablemente el nivel de vibraciones. (N.S. Shkurenko, 1970).

Fig. 1 Esquema transversal de un molino de bolas.




La rotación del molino, las bolas de acero y el material generan un determinado levantamiento del contenido (bolas y material) debido a la fuerza centrífuga del molino y a la fricción, luego caen en una trayectoria parabólica bajo el efecto de la gravedad. En el curso de la caída, parte de la energía de impacto de las bolas es absorbida por las partículas del material que es triturado y por la trituración del material. Otra parte de la energía de impacto, es transmitida al cilindro de acero del molino y causa la vibración de este, esta parte de la energía de impacto es transmitida hacia los apoyos de los rodajes anterior y posterior del molino, causando vibración. Cuanto mayor es la carga del material en el molino, mayor parte de la energía de impacto es absorbida por el material a moler, y una menor cantidad de energía de impacto alcanza al cilindro de acero y a los soportes de los rodajes causando vibraciones relativamente menores y vici-versa, en el presente estudio se considera el molino con la mínima carga de material ya que es la condición mas desfavorable.

También existen otras fuentes de vibración como la vibración producida por el sistema de transmisión, la vibración causada por un momento de asimetría debido a un error de instalación, que puede causar vibración en el los soportes de los rodajes. Estas fuentes de vibración también pueden afectar las características de las señales de vibración en el dominio tiempo historia. Por tales motivos se hace bastante difícil el cálculo teórico-matemático de la vibración emitida por un molino de bolas.

3.1 Determinación de la Energía Vibracional de un Molino de Bolas

Para efectos del cálculo de la energía (vibración) emitida por el Molino por instalar en Matarani, se ha realizado un estudio parámetrico con un Molino Experimental similar de bolas realizado en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad SurEste en Nanjing, China por Huang Peng, Jia Minping y Zhong Binglin, publicados por el Chinese Journal of Mechanical Engineering, Vol. 24, No. 4, 2011, con el propósito de calcular en forma automática la cantidad de material a moler dentro de un molino.

Los experimentos realizados por Huang, se realizaron con un molino tubular de bolas de 3.5 m de diámetro y 6.0 m de longitud, impulsado por un motor de 1,000 kW y 985 rpm., y operado a 17.57 rpm. (77% de la velocidad crítica). Se colocó un sensor para la captura y transmisión de señales de vibración en el cilindro del molino, esta configuración es más difícil que la colocación de los sensores sobre los soportes de los rodajes. La captura de los datos de vibración consta de dos equipos principales: un acelerómetro de alta resolución y un dispositivo de transmisión inalámbrico montado directamente sobre la plancha de acero del cilindro del molino. La Fig. 2, muestra la ubicación del sensor y del dispositivo de transmisión de la señal sobre el cilindro del molino. El acelerómetro elegido tenía un rango alto de medición de aceleraciones (PCB Piezotronics Inc., USA). El rango de amplitud y la sensibilidad del acelerómetro son de 981 m/s2 y 5.10 mV/(m/s2) respectivamente. Este sensor se coloco en la mitad del cilindro del molino, como se muestra en la Fig. 2, se soldó primeramente una pequeña plancha de acero sobre el cilindro de acero, luego el sensor fue empernado a la plancha de metal. El sensor instalado rota conjuntamente con el cilindro del molino, para realizar la transmisión inalámbrica de los datos de vibración se




diseñó un dispositivo de trasmisión inalámbrico el cual se colocó en forma similar al del acelerómetro.

Fig. 2, Diagrama esquemático de la colocación del sensor y

del dispositivo de transmisión de datos.

Fig. 3, Imagen de la instalación del dispositivo de transmisión de datos.

A medida de que el sensor rota conjuntamente con el cilindro del molino, se necesita determinar la región para la captura de datos. Debido a que este experimento tenía como objetivo determinar la vibración producida a diferentes niveles de llenado del molino y considerando la relación existente entre el nivel de vibración y la cantidad de material dentro del molino, en esta investigación la región de impacto se eligió en función a la zona mas alejada del impacto de las bolas sobre el cilindro del molino como la zona de recopilación de datos Fig. 4.




Fig. 4, Región de recopilación de datos

Recolección de las señales de vibración

Debido a que el rango de respuesta de impacto causado por el impacto de las bolas es grande, la muestra de las frecuencias necesita estar en un valor apropiado para capturar totalmente la información original de vibración. En esta investigación la muestra de las frecuencias fue colocada hasta 40 kHz, después de realizar muchos experimentos con diferentes muestras de frecuencias se dispuso los puntos de muestreo en 4,096.

Cuando se recoge un dato de vibración, el sensor puede pasar un arco de 10º de longitud con la rotación del molino y es dependiente de la velocidad del molino, frecuencia de muestreo y punto de muestreo. En otras palabras, la señal de vibración contiene información de 10º de longitud de arco del cilindro del molino. Para obtener la información de la vibración de la región de captura de datos (entre los 310º y 340º del cilindro del molino), el sensor necesita trabajar en una posición angular de 310º, 320º y 330º del cilindro del molino respectivamente.

En la Figura 5 (a), se muestra la señal típica de vibración del cilindro en el dominio tiempo historia. De la amplitud de la señal de vibración mostrada en la Fig. 5 (a), se observa que la vibración en el cilindro es relativamente alta, mas aún, la energía principal de la señal de vibración se concentra en una banda de 1 kHz a 10 kHz, Figura 5 (b). Esta banda de frecuencias es el rango principal de la respuesta causada por el impacto de las bolas de acero y nos brinda el nivel de energía que emite este molino, con valores de amplitud de aceleraciones de hasta 1,000 m/.s2.




a) Aceleraciones en Tiempo Historia

b) Aceleraciones en frecuencias FFT (Transformada Rápida de Fourier)

Fig. 5, Aceleraciones de la vibración del cilindro del molino en

el dominio del tiempo y de la frecuencia (FFT).

Para el presente proyecto, de acuerdo al estudio realizado sobre la vibración producida por un molino de bolas de características similares, es aceptable considerar una amplitud máxima en la aceleración de 1,000 m/s2 para una frecuencia promedio de 1 KHz, ya que a esta frecuencia, los desplazamientos son los máximos, produciendo la mayor energía del resto de frecuencias.

3.2 Cálculo de los Parámetros de Aceleración y Desplazamiento del Molino

Para poder determinar la energía producida por la vibración del molino de bolas y su influencia en un medio elástico isótropo a una distancia determinada, es necesario considerar la Teoría de Vibración de Partícula y Movimiento Armónico así como el Principio de Conservación de Energía.




Podemos considerar sin mayor error, que la forma de la onda que se produce en la vibración es del tipo armónico (sinusoidal), ya que el movimiento es continuo, se considera la situación mas desfavorable de la vibración, que es la que tiene una aceleración de 1,000 m/s2, así como la frecuencia mas desfavorable de 1 KHz. Parámetros de Cálculo: - Aceleración máxima A: 1,000 m/s2 - Frecuencia (f) 1 kHz - Aceleración (a) - Tiempo (t) - Desplazamiento (s) - Frecuencia angular (ω)

Con estos datos planteamos la ecuación del movimiento sinusoidal de la partícula:

a = A Sen(ωt) (1)

Fig. 6, Onda de la Aceleración de Partícula del Molino

A partir de esta ecuación de la aceleración y de los parámetros de cálculo, calculamos mediante un proceso de integración la ecuación de desplazamiento de la partícula:

s = - A Sen(2πft) / (2πf)2 (2)




Fig. 7, Onda del Desplazamiento de Partícula del Molino

Con la Ec. 2, y con la frecuencia de 1 kHz, calculamos los desplazamientos máximos de la partícula.

smáx = 25.25 x 10-6 m

3.3 Cálculo de la Energía producida por la Vibración del Molino

Aplicando el principio de Conservación de Energía podemos calcular la energía producida por una masa y un movimiento de forma armónica, donde, la energía total de la partícula es la suma de la energía cinética y de la energía potencial.

E = Ec + Ep (3)

E = ½ m ω2 A

2 + ½ k A

2 (4)

donde:

A = Amplitud del desplazamiento m = Masa del Molino k = Rigidez del Molino

Considerando el valor de la energía en cualquier punto, donde s = 0, obtenemos la

máxima energía cinética que equivale al 100% de la energía del molino, para lo cual, utilizamos la fórmula de la energía de una onda sinusoidal.

E = ½ m ω2 A

2 (5)

Como las funciones de aceleración y desplazamiento son sinusoidales, estas tienen la misma longitud de onda por lo tanto, la misma frecuencia (1 kHz), por lo tanto la frecuencia angular es:

ω = 2π f =2π/T (6)




donde: T = Periodo de vibración del molino Considerando que el molino, las bolas de acero y el material a moler tienen un peso de 293 Ton. y reemplazando los respectivos valores en las Ec.6 y Ec. 5 obtenemos la Energía total producida por las vibraciones del Molino de bolas.

E = 378.28 Jules




4. CONTAMINACIÓN SONORA

Para calcular el nivel de contaminación sonora producido por el molino de bolas, consideramos la teoría de la mecánica ondulatoria en un medio elástico e isótropo. 4.1 Intensidad de Onda

Cuando una onda se propaga en una dirección determinada, si se considera una superficie S normal a esta dirección, a través de ella no se produce un flujo neto de materia, pero si tiene lugar un flujo neto de energía. Llamamos potencia de la onda a través de a la superficie S considerada, a la cantidad de energía que atraviesa dicha superficie por unidad de tiempo. Si en un intervalo de tiempo Δt la energía que ha atravesado la superficie S ΔE, la potencia de la onda a través de la superficie S es:

P = ΔE / Δt (7) Considerando la unidad de tiempo un segundo (01 seg.) obtenemos la potencia de la energía vibracional emitida por el molino:

P = 378.28 Watt La intensidad de la onda es la potencia trasmitida a través de la unidad de superficie normal a la dirección de propagación de la onda:

I = ΔE/(SΔt) = P/S (8) La unidad de intensidad de onda en el Sistema internacional es el W/m2 y no posee un nombre específico. Una onda tiene una intensidad de 1 W/m2 cuando en cada segundo transporte una energía de 1 J a través de una superficie normal a la dirección de propagación de 1 m2. 4.2 Atenuación de la Energía de la Onda

La atenuación de una onda es la disminución de intensidad que se produce cuando el frente de ondas aumenta de superficie conforme la onda se propaga. Podemos considerar que la onda en sí no pierde energía, sino que simplemente la energía que transporta se encuentra más distribuida. Una onda esférica la podemos considerar producida por un foco puntual que emite uniformemente en todas direcciones. A una distancia r del foco, la energía por él emitida estará distribuida sobre una superficie esférica de radio r y área 4πr

2. Si la potencia emitida por el foco es P, la intensidad de la onda a una distancia r del foco será:

I = P/(4πr2) (9)




Con la Ec. 9, construimos el grafico de la intensidad de la Energía a lo largo de la distancia medida desde el Molino en forma radial.

Fig. 8, Curva de atenuación de la Energía en función de la distancia

4.3 Sensación Sonora

El oído humano puede acomodarse a un intervalo de intensidades de ondas sonoras bastante grande, desde 10-12 W/m2, que normalmente se toma como umbral de audición, hasta 1 W/m2, que produce una sensación dolorosa en la mayoría de las personas y se adopta como umbral de dolor. La sensación sonora no es proporcional a la intensidad del sonido que la produce. Un sonido origina el doble de sensación sonora cuando su intensidad es diez veces mayor. Cuando la intensidad del sonido es pequeña, la sensación sonora depende de la frecuencia del sonido. Nuestro oído es más sensible a las altas frecuencias (tonos agudos) que a las bajas frecuencias (tonos graves). Para intensidades reducidas, sonidos de la misma intensidad producen una mayor sensación sonora cuanto mayor sea su frecuencia, es decir, cuanto más aguda sea. Debido a la gran amplitud del intervalo de intensidades a las que resulta sensible el oído, y dada la circunstancia de que la sensación sonora no es proporcional a la intensidad del sonido que la produce, resulta cómodo emplear una escala logarítmica para describir la intensidad de las ondas sonoras. Para ello definimos la magnitud nivel de intensidad sonora cuya unidad es el decibelio, dB. El nivel de

intensidad de un sonido de intensidad I es

β(I) = 10 Log (I/Io) (10)

donde Io es el umbral de audición, cuyo valor ya hemos indicado antes que es 10-12 W/m2. Así, en esta escala, el cero de nivel de intensidad corresponde a un sonido cuya intensidad coincide con la del umbral de audición




Con el nivel de energía emitido por el molino de bolas (378.28 W) y con la Ec. 10, construimos la Tabla 1, conde podemos apreciar el nivel de contaminación sonora en dB en función de la distancia r al molino.

Tabla 1. Nivel de Contaminación Sonora

Observamos que a los 5 m de distancia del molino, el nivel de contaminación es mayor a lo permitido para las personas sin equipo de protección.

Fig. 9, Curva de Nivel de Ruido en función de la distancia

r (m) I (W/m2) β (dB)

1 30.102 134.79

2 7.526 128.77

3 3.345 125.24

4 1.881 122.74

5 1.204 120.81

10 0.301 114.79

20 0.075 108.77

30 0.033 105.24

40 0.019 102.74

50 0.012 100.81

100 0.003 94.79

150 0.001 91.26

200 0.001 88.77

500 0.000 80.81

900 0.000 75.70




4.4 Valores Permisibles de Contaminación Sonora

Los valores admisibles de contaminación sonora están bien definidos en el Reglamento Nacional de Edificaciones, Título III, III.1. Arquitectura, A060 Arquitectura, Articulo 14 que dice: “Las edificaciones industriales donde se realicen actividades generadoras de ruido, deben ser aisladas de manera que el nivel de ruido medido a 5.00 m del paramento exterior no debe ser superior a 90 decibeles en zonas industriales y de 50 decibeles en zonas colindantes con zonas residenciales o comerciales”.

Tabla 2. Valores Permisibles de Ruido en dB Reglamento de Edificaciones del Perú

Zonas Industriales

Zonas Residenciales y Comerciales

90 50

Medidos a 5 m del paramento exterior de la instalación




5. CONTAMINACIÓN POR VIBRACIÓN

5.1 Teoría las Vibraciones en los Suelos

Las vibraciones que se propagan a través de cuerpos elásticos como los suelos y las rocas se propagan en forma de ondas, de tal manera que la amplitud decrece con la distancia, debido a ciertos niveles de amortiguamiento originado por varios factores, como el rozamiento entre partículas, emisión de sonido, ondas electromágnéticas, etc. Existen muchos tipos de ondas que se propagan en los suelos en forma de vibraciones, estas se propagan a través de diferentes mecanismos y por lo tanto muestran diferentes comportamientos. Las tipos de ondas que usualmente son las más importantes son: a) Ondas de compresión, ondas primarias P. b) Ondas de corte, ondas secundarias S, y c) Ondas Rayleigh, ondas R

La velocidad de las ondas P, S y R son Cp, Cs y CR respectivamente:

Cp = ((λ + 2μ)/ρ)1/2

(11)

Cs = (μ/ρ)1/2

(12)

CR = Cs (0.86 + 1.14ν)/(1+ ν) (13) donde:

ρ = Densidad del material

λ y μ = Constantes de Lamé dadas por:

λ = νE/(1 + ν) (1 - 2ν) (15)

μ = E/ (2*(1 + ν)) (16) donde:

E = Módulo de Young

ν = Coeficiente de Poisson

En las Ec. 11 y Ec. 12, λ + 2μ es el módulo volumétrico y μ es el módulo de corte G. Para suelos rígidos o roca, las ondas de compresión P viajan a velocidades de 2.5 a 4 veces la velocidad de una onda de corte S o de las ondas Rayleigh. Si el suelo está saturado, puede darse otro tipo de onda, debido al acoplamiento de de las ondas de compresión en el fluido con las ondas de corte denominadas ondas Biot.




El nivel de atenuación de la vibración en el suelo depende del espectro de frecuencias, de la fuerzas de vibración de la fuente y también de los tipos dominantes de ondas generadas por la fuente de vibración. Por ejemplo, la vibración que proviene de un equipo que genera vibración de alta frecuencia, tal como el molino de bolas o de otra como puede ser una máquina perforadora de túneles se atenúa mucho más rápido, que una que procede de una fuente de vibración de menor frecuencia. Asimismo, la vibración que procede de equipos que generan ondas de compresión tales como una máquina perforadora de túneles, se atenúa mas rápido que las fuentes de vibración que generan ondas de superficie, como en el caso de un rodillo vibratorio (Dowding 1996). En nuestro caso, por encontrarse en la superficie la fuente de vibraciones, el molino va a generar principalmente ondas superficiales. 5.2 Características del Suelo

De acuerdo al respectivo estudio de suelos se tiene las siguientes características físicas y mecánicas del suelo:

Tabla 3. Características Físicas del Suelo

Características del Suelo Valor Mín. Valor Máx. Und.

Peso unitario 2.50 2.60 g/cm3

Gravedad Específica de los Sólidos 2.74 2.78

Ángulo de Rozamiento Interno 17.5 25.5 Grados

Cohesión Efectiva 1.25 2.05 Kg/cm2

Módulo de Elasticidad 625 1,025 Kg/cm2

Módulo de Poisson 0.41 0.45

Capacidad Portante 2.78 7.81 Kg/cm2

Tabla 4. Características Sísmicas del Suelo

Características del Suelo Valor Mín.

Factor de Zona 3 0.4

Periodo Fundamental de vibración 0.4

Factor de Amplificación 1.0

Caracterización del Suelo para Vibraciones El suelo donde se va a cimentar el Molino de Bolas corresponde a un Suelo Tipo 1, con una alta rigidez y con bajo nivel de amortiguación. 5.3 Velocidad Máxima de Partícula

Las ondas generalmente de alta frecuencia emitidas por equipos, como el molino de bolas generan diferentes tipos de ondas de choque como las P, S y R, pero también generan velocidades de partícula en los diferentes puntos de suelo que rodea a la fuente, con disminución de su intensidad a medida que se incrementa la longitud desde la fuente hasta el punto de medición. Esta Velocidad Máxima de Partícula (VMP) es la que determina el grado de contaminación vibracional y sus unidades son mm/s.




Por otro lado, es importante evaluar las vibraciones en 3 direcciones ortogonales (como algunas normas lo exigen), con el fin de observar asimetría de radiación, propiedades de los diferentes tipos de onda generadas, así como observar particularidades de la transmisión de ondas elásticas en el suelo. 5.4 Determinación de la Velocidad Máxima de Partícula – Método de

Estimación Semiempírico, MES.

Existen varios métodos de determinación de la velocidad máxima de partícula, tales como, estimación semianalítica, pruebas de campo, y el Método de Estimación Semiempírica (MES) que es el que vamos a utilizar en el presente estudio y que se utiliza para medir las vibraciones producidas por la hinca de pilotes superficiales (profundidad < 3m). El MES está basado en el uso de datos de mediaciones previas tomadas de situaciones similares y luego por extrapolanción y/o interpolación con la distancia se realiza las predicciones. El MES tiene un cierto de nivel de incertidumbre de ± 15 dB(A) (Ho y Wong, 2010). El MES está basado en la fórmula que relaciona la energía con la cual se golpea el suelo W, la distancia desde el punto de medición hasta el foco r y un parámetro C.

v = C (W0.5

/r) (17) El parámetro C, relaciona el tipo de suelo y el tipo de martillo, la norma europea

Eurocode 3 recomienda un valor de 0.7 para pilotaje vibratorio y valores que están en el rango de 1.0 para suelos densos o rígidos como es nuestro caso hasta 0.5 en suelos blandos y martillos de impacto. El parámetro W se refiere a la energía del martillo por golpe o por ciclo (J/golpe, J/ciclo), r es la distancia horizontal desde la fuente hasta el punto de referencia en metros, v es la Velocidad Máxima de Partícula en mm/s. En el presente caso, asumiremos el valor de C = 1.0 y un 20% de seguridad adicional para absorber la incertidumbre del método, el valor de C = 1.2 nos dará un valor de VMP con un 100% de seguridad. El valor de W es de 378.28 Joules.




Tabla 5. Veloc. Máx. de Partícula (mm/s), VMP

Fig. 10, Curva de Velocidad Máxima de Partícula

5.5 Valores Permisibles de Contaminación Vibracional Los valores admisibles de contaminación vibracional no están bien definidos en el Reglamento Nacional de Edificaciones, Título III, III.1. Arquitectura, A060 Arquitectura, Articulo 15 que dice: “Las edificaciones industriales donde se realicen actividades mediante el empleo de equipos generadores de vibraciones superiores a los 2,000 golpes por minuto, frecuencias superiores a los 40 ciclos por segundo, o una amplitud de onda de mas 100 micrones, deberán contar con un sistema de apoyo anti-vibraciones”.

r (m) VMP (mm/s)

1 29.174

2 14.587

3 9.725

4 7.293

5 5.835

10 2.917

50 0.583

100 0.292

200 0.146

500 0.058

900 0.032




Tabla 6. Contaminación Vibracional Reglamento de Edificaciones del Perú

Estado Vibracional de la fuente

Acción a realizar

> a 2,000 cpm Colocar sistema antivibraciones

Frecuencia > 40 cps Colocar sistema antivibraciones

Ampl de onda > 100 micrones

Colocar sistema antivibraciones

Consideramos que esta norma no considera los límites donde se puedan ubicar las personas o la edificación para que no sufran daño, por este motivo en el presente estudio, se utilizará en forma complementaria la norma alemana DIN 4150 Parte 3 (1986). La norma DIN 4150, proporciona una guía para la evaluación de la vibración en estructuras. Los valores recomendados en la norma se resumen en la Tabla 8. Los valores son los niveles máximos medidos en cualquier dirección en la cimentación del edificio.

Tabla 7. Percepción Humana de la Vibración Norma Alemana DIN 4150

Nivel de Vibración mm/seg

Percepción

0.15 Umbral de percepción

0.35 Apenas notoria

1.0 Notoria

2.2 Fácilmente notoria

6.0 Fácilmente notoria

14.0 Notoria muy fuertemente

Tabla 8. Límites de Seguridad para Daño Estructural Norma Alemana DIN 4150

Tipo de Estructura

Nivel de Vibración (mm/s)

< 10 Hz 10 Hz a 50 Hz 50 Hz a 100 Hz

Edificios Comerciales/Industriales

o edificios similares

20

20 a 40

40 a 50

Viviendas y edificios similares

5

5 a 15

15 a 20

Estructuras con gran valor intrínseco (ejm. Edificios históricos)

3

3 a 8

8 a 10




6. CONCLUSIONES

1. El Molino de Bolas produce una energía vibracional originada principalmente por el impacto de las bolas de acero del orden de 378.28 Joules.

2. La determinación de la magnitud y características de la energía vibracional producida por la operación del Molino de Bolas mediante el estudio paramétrico con un molino de características similares nos brinda datos muy cercanos a los que realmente se producirán cuando se instale el Molino.

3. En este tipo de molinos las características de la vibración nos indican que esta es una vibración de alta frecuencia, las cuales están en una banda de 1 kHz a 10 kHz.

4. Las características del movimiento vibracional del Molino dan valores altos de aceleración máxima amax = 1,000 m/s2, bajos de de velocidad máxima vmax = 0.159 m/s, y menores de desplazamiento máximo smax = 25.25 x 10-6 m.

5. La emisión de potencia vibracional producida por la operación del Molino es del orden de 378.28 Watt, la Velocidad Máxima de Partícula (VMP) a 1 m de distancia es de 29.17 mm/s, esto significa que no se esperan daños en la edificación misma del molino debido a la vibración del Molino.

6. La vibración que producirá el molino estará en el umbral de percepción a partir de los 200 m de distancia.

7. La vibración del molino se hace notoria a una distancia de 30 m.

8. El nivel contaminación vibracional es bajo, debido principalmente a la alta frecuencia de la vibración y también debido a los bajos desplazamientos del molino, por lo tanto se puede construir cualquier tipo de edificación a partir de los 10 m de distancia del molino.




7. RECOMENDACIONES

1. De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones, Título III, III.1. Arquitectura, A060 Arquitectura, los parámetros de vibración del molino exceden los parámetros de la norma, en estos casos la norma recomienda que se coloquen muelles en la base del Molino para aislar la energía a transmitir hacia el suelo.

2. Los amortiguadores más recomendables para este tipo de maquinaria son los helicoidales de acero, ya que estos permiten amortiguar y aislar el movimiento en los tres ejes.

3. Debido a que la emisión de ruido del Molino es del orden de 134.79 dB, las personas que laboran cerca (< de 20 m) de esta maquinaria deberán utilizar necesariamente adecuado equipo protector para los oídos.

4. La emisión de ruido que produce la operación del Molino está del orden de 134.79 dB, este nivel es mayor que la mayor parte de equipos de construcción, una persona a 5 m o menos del Molino deberá protegerse con protectores para ruido debido a que el nivel sonoro a esta distancia es de 120.81 dB.

5. A una distancia de 180 m el nivel de ruido es 89.68 dB, a partir de esta distancia ya se puede construir cualquier edificación de tipo industrial o comercial ya que el RNE indica un valor de 90 dB o menos para este tipo de edificación.

6. Se recomienda que el diseño de la cimentación considere bases de concreto que permitan absorber una parte de la energía vibracional.




8. BIBLIOGRAFIA

- Dinámica Estructural, Teoría y Cálculo, Mario Paz, Editorial Reverté, Barcelona. - Mecánica Vectorial para Ingenieros, DINAMICA, Ferdinand P. Beer, E. Russell

Johnston, McGraw Hill 1973.

- Reglamento Nacional de Edificaciones, Ministerio de Vivienda, Junio 2006.

- New Method to Measure the Fill Level of the Ball Mill II - Analysis of the Vibration Signals. HUANG Peng, JIA Minping and Zhong Binglin, School of Mechanical Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China, 2010.

- Noise & Vibration Assessment Summer Hill Flour Mill Concept Plan, Atkins Acoustics and Associates Pty Ltd., Consulting Acoustical & Vibration Engineers, Gladesville, AUSTRALIA, Febrero 2011.

- Press-in piling: Ground Vibration and Noise During Pile Installation, Cambridge University Engineering Department, David White, Tim Finlay, Proceedings of the International Deep Foundations Congress. Orlando, USA. ASCE Special Publication 116 pp 363-371.

- A Review of Prediction Methods for Ground-Borne Noise due to Construction Activities, Dave Davis, Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, ICA 2010, 23-27 August 2010, Sydney, Australia.

- Estimación de Velocidad de Partícula Generadas por el Proceso de Hinca de Pilotes en el Área del Pecio “San Martín”, Rubén Boroschek y Asociados Ltda, Santiago de Chile, 2006.

- Vibraciones en las Vías de Ferrocarril, Alexandre Vidal Muro, Escola Técnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, Universitat Politécnica de Catalunya.

- Vibraciones Inducidas en Procesos Constructivos, Gonzalo San Martín, Rubén Boroschek, Revista Bit, Santiago de Chile, Junio 2000.

contaminacion molino de bolas.pdf

Documents