Embed Size (px)
Citation preview
PROYECTO DE INGENIERÍA INTEGRAL PARA PLANTA DE
PROCESO DE SOJA.
Ing. José Gómez / Cinter SRL / Santa Fe. Ingeniero Mecánico
Ing. Héctor Ruffo/ Cinter SRL / Santa Fe. Ingeniero Civil
Ing. Pablo Nieva/ Cinter SRL / Santa Fe. Ingeniero Civil
RESUMEN
El presente trabajo tiene como objetivo presentar el desarrollo de la ingeniería
estructural y su posterior ejecución (construcción, fabricación y montaje) de un edificio
industrial para el proceso de soja.
Estas estructuras de procesos son parte de una gran maquinaria y las mismas deben
adaptarse a ella. Por lo tanto, es indispensable tener en cuenta todo el equipamiento que
se montará con posterioridad sobre dichas estructuras, ya que condicionan el cálculo, las
dimensiones, la tipología de apoyos, etc. Hasta el proyecto de elementos menores como
barandas y escaleras es sumamente importante, ya que estos elementos no solamente no
deben interferir los procesos, sino que deben estar diseñados especialmente para
controlarlo.
Por todo lo anterior, tanto el análisis estructural, como la ingeniería de detalle, se
desarrollan interactuando permanentemente con la definición del equipamiento, pases y
conducciones necesarias para la instalación de toda la maquinaria requerida por el
proceso. En la actualidad, gracias a la potencialidad de los programas tridimensionales y
a su interactividad, es posible mantener ambos procesos dentro de una misma maqueta.
El edificio diseñado tiene como objetivo hacer el proceso de preparación de los granos.
El mismo está desarrollado en una superficie en planta de casi 12.000 m2, con 3 niveles
de cubierta bien diferenciados, llegando, en el mayor de los casos, a una altura de 52m.
La superficie total de entrepisos asciende a 20.000 m², desarrollándose en los distintos
sectores de la obra, con un total de 16 niveles operativos diferentes en el sector de
mayor altura.
El proyecto total requiere de unas 3200 tn de estructura, 300 tn de grating y mas de 70
tn de barandas, para dar soporte y funcionalidad a los más de 500 equipos que se
requieren para completar el proceso.
La logística en obra y la coordinación con el montaje de los equipos mecánicos es vital
para lograr con éxito los plazos establecidos.
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento da engenharia estrutural
e subsequente aplicação (indústria transformadora, construção e montagem) de um
edifício industrial para o processamento de soja.
Estas estruturas de processos fazem parte de uma grande máquina e devem se adaptar.
Portanto, é essencial ter em conta todos os equipamentos para ser montada em tais
estruturas depois, como a condição de cálculo, o tamanho, tipos de suportes. Até o
projecto de elementos menores, como corrimões e escadas é extremamente importante,
uma vez que estes elementos não devem interferir não apenas processos, mas deve ser
especialmente concebido para controlá-lo.
Por todas estas razões, tanto a análise estrutural e engenharia detalhada são
desenvolvidos constantemente interagindo com a definição de equipamento e tubagem
passa necessário para a instalação de todas as máquinas necessárias para o processo.
Hoje, graças ao potencial de tridimensionais programas e interatividade, você pode
manter os dois processos em um único modelo.
O edifício concebido pretende tornar o processo de preparação dos grãos. O mesmo está
alojado em uma área de quase 12.000 m², com 3 níveis distintos de cobertura, chegando
na maioria dos casos, a uma altura de 52m. A área total é de 20.000 m² de mezanino,
desenvolvendo em diferentes sectores do trabalho, com um total de 16 níveis
operacionais diferentes no setor superior.
O projeto total requer cerca de 3.200 toneladas de estrutura, de 300 toneladas de grade e
mais de 70 toneladas de trilhos, e funcionalidades de apoio aos mais de 500 equipes são
necessários para completar o processo.
O trabalho de logística e coordenação com a montagem de equipamentos mecânicos é
vital para alcançar com êxito os prazos.
Palavras-chave
engenharia estrutural - interatividade - equipamento - montagem
1 - INTRODUCCIÓN
En las páginas siguientes se describirá, principalmente, el desarrollo de la ingeniería de
detalle, la fabricación y el montaje del edificio industrial para proceso de soja ubicado
en una planta en las cercanías de la ciudad de Rosario, provincia de Santa Fe, Argentina.
La estructura se ejecuta íntegramente en acero.
La obra que se encuentra ubicada en la localidad de Timbúes sobre la costa del río
Paraná, es parte de un megacomplejo sojero (Figura 1), que tendrá una capacidad de
molienda de soja de hasta 20.000 toneladas diarias en etapas sucesivas, alcanzando una
producción anual de seis millones de toneladas entre aceite y harina de soja. Su cadena
de valor incluye aceite crudo, harinas, biodiésel y glicerina refinada, teniendo como
aspectos destacables su autoabastecimiento energético y puerto propio.
Figura 1 - Key plan del megacomplejo sojero, Timbues - Santa Fe.
La obra que se presenta en este trabajo es la del edificio de preparación en el cual la
semilla es sometida a un proceso que consta de: Prelimpieza, Triturado, Laminado,
Expandido y Secado, y Descascarado. Cada uno de estos procesos se realiza en un
sector específico del edificio por lo cual cada parte tiene su propio diseño en función de
los mismos. Así se pueden identificar 5 Módulos. En la Figura 2 podemos observar una
imagen del edificio de preparación en particular.
Figura 2 - Edificio de preparación.
2 - DESARROLLO DE LA INGENIERÍA
2.1 - Anteproyecto
En este tipo de proyectos, el edificio completo funciona como una gran máquina de
proceso en el que la estructura de acero juega un rol fundamental para darle apoyo a los
equipos y generar los espacios de circulación apropiados para atender el mantenimiento
de toda la infraestructura instalada.
En este caso, al tratarse de la planta de proceso de soja mas grande del mundo, el
proyecto era un desafío para todo el equipo de proyecto. En primer lugar, todo el
equipamiento necesario requiere un diseño especial que condiciona después el diseño
estructural. Debido a que los tiempos para la puesta en marcha de la planta eran
mínimos, la obra se ejecuta en un formato "Fast Track", en el que el desarrollo de la
ingeniería del proceso se hace en paralelo con la ingeniería de la estructura. Esto último,
requiere una tarea de coordinación muy fina entre los estructuralistas y los ingenieros
mecánicos encargados del diseño de los equipos y conductos necesarios para el proceso.
Debido a lo anterior, en este tipo de proyectos no hay una etapa de anteproyecto
perfectamente delimitada, si no que se solapa con la etapa de proyecto ejecutivo. La
interacción entre los equipos mecánicos y civiles debe ser constante durante todo el
proceso con el fin de lograr un conjunto armónico y funcional.
Desde el punto de vista del proceso productivo, dentro del presente edificio se realizan 5
procesos diferentes y para cada uno de esos procesos se define una sector o módulo de
la estructura. Cada uno de los módulos tiene la estructura con concepciones totalmente
diferentes dado que responde a las necesidades del proceso que allí se desarrollará.
En la figura siguiente se observa una planta del edificio en la que se indican cada uno de
los módulos y los procesos asociados.
Figura 3 - Planta del edificio por sectores y procesos
Debido a lo antes mencionado, el edificio tiene 3 niveles de cubierta diferentes, pórticos
de hasta 40m de luz, entrepisos metálicos con grating y entrepisos mixtos (acero-
hormigón).
El edificio alberga en su interior mas de 500 equipos. Esta cantidad de equipos y
tamaño de los conductos, resulta ser la condición de contorno más importante para la
resolución estructural de la obra, es decir, lograr que entre dicha estructura, equipos y
conductos, no existan interferencias tales que una anule la función de la otra.
En la figura 4 se pueden observar una maqueta con equipos a disponer sobre la
estructura de uno de los sectores de la obra.
Figura 4 - Esquema de equipos
2.2 - Análisis estructural
Para realizar el análisis de la estructura se parte de una grilla preliminar para disponer
columnas en base a la primera distribución de equipos requeridos por el proceso
productivo.
La estructura se modela completa en un modelo tridimensional de elementos finitos de
barras mediante el software RAM Elementos V8i. En el modelo se introducen cada una
de las acciones que los diferentes equipos y conductos producen sobre la estructura,
incluyendo los efectos debido a cargas dinámicas y vibraciones.
Figura 5 - Vista general de modelo FEM de plataformas interiores del módulo 3
Figura 6 - Silos interiores de hormigón y columnas eliminadas de la grilla de anteproyecto
Un aspecto importante del análisis, es la interacción con la infraestructura de hormigón
como fundaciones y túneles. Dado que hay sectores de la estructura que apoyan sobre
los túneles, es indispensable resolver la estructura metálica antes de avanzar con el
diseño de los túneles. Todo esto, en el contexto de una obra en la que las cargas se van
definiendo a medida que se confirma la compra de los diferentes equipos, atenta contra
los plazos de la obra de forma permanente.
La parte más compleja del edificio es la correspondiente al módulo 1 que con sus 52m
de altura total, alberga en su interior 16 niveles de pisos operativos en el que se
disponen redlers, ciclones, zarandas, etc. La estructura de este módulo tiene algunas
particularidades que la hacen compleja desde el punto de vista de la concepción
estructural. En particular, además del equipamiento que se dispone sobre la estructura
de cada uno de los niveles, dentro de este sector hay 2 silos de hormigón que
interrumpen los niveles horizontales hasta el nivel +25 y, por cuestiones de circulación,
hay columnas de la grilla planteada en el anteproyecto que no pueden llegar hasta el
nivel de piso. En la figura siguiente se observan estos detalles.
2.3 - Ingeniería de detalle
La ingeniería de detalle se realiza sobre la base de un modelo tridimensional generado
con en el software Tekla Structures. El modelo básico se importa desde el programa de
elementos finitos mediante un archivo tipo SDNF (Steel Detail Neutral File), a través
del cual se transfiere toda la información referida a geometría, secciones, calidad de
acero, etc.
En el modelo tridimensional se detallan todas las conexiones de los elementos
estructurales, con la bulonería correspondiente. A partir de este modelo se emiten los
planos de fabricación, como un reflejo del mismo. Cada pieza tiene a su vez, un archivo
CNC (control numérico) asociado que puede ser interpretado por las máquinas de la
fábrica.
Figura 9 - Modelado de conexión en Tekla Structures
Otro tema importante que se verifica durante el desarrollo de la ingeniería de detalle son
las interferencias con los equipos. A medida que se avanza en el modelado de la
estructura, se van incorporando al modelo las maquetas electrónicas de los equipos y
conductos. Esto permite ir detectando posibles interferencias y plantear las soluciones
mas convenientes para cada caso (ver figura 8)
Figura 8 - Detalle de interferencia detectada entre estructura y equipamiento
3 - FABRICACIÓN
La fabricación de la estructura se ejecutó con materiales de calidad ASTM A36 para los
perfiles armados y los laminados pequeños (en su mayoría de producción nacional).
También se utilizaron, en algunos casos particulares, perfiles W con calidad de acero
ASTM A572 Gr50. La fabricación se realizó siguiendo las especificaciones de
fabricación de las normas AISC y AWS. Las correas de techo y cerramientos laterales
se materializan con perfiles de sección delgada conformados en frío.
Los procesos de fabricación de los perfiles soldados fueron: corte a pantógrafo a control
numérico a plasma u oxiacetileno, soldadura automática de arco sumergido para el
armado del perfil, soldadura de accesorios y placas, corte a sierra de perfiles, punzonado
o agujereado de perfiles y placas en máquinas de control numérico, granallado de piezas
y recubrimiento final de pintura epoxi. Todas las máquinas CNC poseen software de
intercambio de información electrónica con ingeniería.
En cuanto a las estructuras de perfiles conformados en frío (correas), el proceso de
fabricación se ejecuta con una máquina que realiza los procesos de planchado,
punzonado, corte y conformado en línea. Este equipamiento tiene capacidad para
conformar perfiles de hasta 4mm de espesor en calidad A572-G50 y una variedad de
secciones transversales como ser perfiles Omega, U, C y Z. El tratamiento superficial de
estos elementos se realiza mediante una serie de baños químicos y luego se aplica una
pintura poliester en polvo termoconvertible.
La producción se ejecutó en la planta industrial de Cinter SRL en Santa Fe.
Figura 9 - Fabricación de vigas armadas
4 -MONTAJE
4.1 - Estructura
El montaje requirió, en primer lugar, de un análisis detallado del equipamiento más
eficiente para elevar las piezas y colocarlas en su posición. En función de la parte de la
obra que se montó se utilizaron distintos equipos. Para el caso del montaje del Módulo 1
(edificio de prelimpieza) debido a la altura (52 metros) y que las piezas a montar no
eran de un peso y tamaño significativo, se utilizaron dos grúas torre ubicadas a cada uno
de los laterales de la estructura como se muestra en la Figura 10. Conjuntamente se
usaron también grúas móviles. El montaje en este sector del edificio se realizo
fundamentalmente pieza por pieza.
Figura 10 - Grúas torre. Montaje Módulo 1 (edificio prelimpieza).
En el caso de los Módulos 2, 3, 4 y 5 (edificios de triturado, laminado, expandido y
secado, y descascarado respectivamente) el montaje se realizó en parte pieza por pieza y
en parte por módulos armados a nivel del suelo. El montaje en estos sectores se realizo
con grúas móviles. En las Figuras 11 y 12, se muestra el esquema del módulo típico de
vigas de cubierta a montar con dos grúas móviles. Con este esquema de montaje se gana
en velocidad y permite realizar gran parte del montaje a nivel del suelo reduciendo los
trabajos en altura.
Figura 11 - Esquema módulo de cubierta (edificio laminación, expandido y secado).
Figura 12 - Montaje módulo vigas de cubierta (edificio laminación, expandido y secado).
Un caso particular en el montaje se dio en uno de los ejes en donde se realizó el montaje
de una viga de 42 metros de luz y 5 metros de altura. Para garantizar la estabilidad de la
misma durante esta etapa se debió colocar una estructura auxiliar tipo "violín" como se
muestra en la Figura 13
Figura 13 -Estructura auxiliar para montaje de viga.
Un aspecto importante en el análisis de estos trabajos, es la coordinación con el cliente
para el montaje de los equipos. La mayoría de los mismos no se pueden instalar con la
estructura terminada y por lo tanto el montaje se debe ir deteniendo para permitir la
ubicación de cierta maquinaria. Esto extiende los tiempos de montaje y genera además,
muchas situaciones temporales de la estructura en etapa de montaje, que deben ser
previstas en el cálculo. Por ejemplo en la Figura 14, se indican las distintas etapas en
que se tuvo que plantear el montaje de la estructura del Módulo 1, de modo de permitir
en simultáneo el montaje de la maquinaria y equipos. En la Figura 15 se muestra la
interacción entre la estructura propiamente dicha y los equipos.
Figura 14 - Etapas de montaje del Módulo 1.
Figura 15 - Interacción estructura y equipos.
Todas las uniones de obra se pensaron ejecutar abulonadas. Para ello se utilizaron
bulones del tipo A325X con terminación superficial bicromatizada. Debido a la altura
del edificio y siguiendo los lineamientos de la AISC, todas las uniones que constituyen
la estructura portante principal deben estar pretensadas. Para lograr esto se utilizó el
método del giro de la tuerca para el apriete de los bulones de este tipo de uniones. El
resto de los bulones se ajustaron según la condición "snug tight". En las fotos de la
Figura 16 se pueden observar detalles de las uniones abulonadas de la estructura
portante principal.
Figura 16 - Uniones abulonadas.
Los pisos se realizaron con rejillas metálicas tipo "grating". Las mismas se envían a
medida a obra de acuerdo con la ingeniería de detalle desarrollada y se vinculan a la
estructura mediante grampas y tornillos autoperforantes. Las barandas para protección
en pases en pisos, pasarelas, escaleras, etc., se envían fabricadas en largos de 6m a obra
y se abulonan a la estructura de acero (Figura 17). En el caso de las barandas sobre la
estructura de hormigón, las mismas se colocan mediante insertos con resina epoxi.
Figura 17 - Pisos tipo "grating" y barandas.
4.2 - Cubierta y cerramientos laterales
La cubierta del edificio y el cerramiento lateral se realiza con chapa de perfil T101
galvanizada calibre 22, tal como se aprecia en la fotos de la Figura 18. Tanto en la
cubierta como en el cerramiento se intercalaron chapas traslúcidas.
Fig. 18 - Vista aérea del edificio de preparación. Cubiertas y cerramientos laterales.
