UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/5421/3/Elección de... · Índice de tablas Tabla 1 ... Requisitos técnicos de la transferencia

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELÉCTRICA

ELECCIÓN DE LAS ARQUITECTURAS DE MEDIA TENSIÓN (MT) DEL

CENTRO DE CONTROL DE MOTORES (CCM) PARA EL ALTO HORNO

ANDEAN IRON CORP

PASANTÍA

Víctor Alejandro Caicedo Pinto

DIRECTORES:

Ing. Julio César García Suárez

Ing. Ferney Maldonado (Externo)

Bogotá D.C., República de Colombia

2015

i

Índice

1 Planteamiento del problema .................................................................................. 2

2 Justificación .......................................................................................................... 4

3 Objetivos de la pasantía ........................................................................................ 6

3.1 Objetivo general ............................................................................................. 6

3.2 Objetivos específicos ...................................................................................... 6

4 Descripción de resultados alcanzados ................................................................... 7

4.1 Características generales .............................................................................. 11

4.1.1 Tipos de arrancadores ........................................................................... 13

4.1.2 Cuadros de cargas ................................................................................. 14

4.1.3 Dimensionamiento y selección del arrancador para el CCM Soplantes 17

4.1.3.1 Totalizador ..................................................................................... 17

4.1.3.2 Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias ........ 17

4.1.3.3 Soplantes 1, 2, 3, 4, 5, 6 Alto Horno ............................................. 18

4.1.3.4 Control de Presión de Soplantes .................................................... 18

4.1.4 Dimensionamiento y selección del arrancador para el CCM periféricos

19

4.1.4.1 Totalizador ..................................................................................... 19

4.1.4.2 Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias ........ 19

4.1.4.3 Ventilador de Secado de Mineral................................................... 20

4.1.4.4 Bombas de Lavado de Gases 3 y 4 ................................................ 20

4.1.4.5 Ventiladores Glendons 3 y 4 .......................................................... 21

4.1.4.6 Molino de Barro ............................................................................. 21

4.1.4.7 Polipastos 3 y 4 .............................................................................. 22

ii

4.1.4.8 Ventiladores plataforma 3 y 4 ........................................................ 22

4.1.4.9 Pulverizadores, Agitadores y Bomba de cal de Lingoteadoras 3 y 4

22

4.1.4.10 Malacate Lingoteadora 3, 4 ........................................................... 23

4.1.4.11 Quemadores de Gas Natural .......................................................... 23

4.1.4.12 Tablero de Distribución Servicios Auxiliares 440 VAC ............... 24

4.1.4.13 Reservas en CCM Periféricos ........................................................ 24

4.1.5 CCM de Emergencia ............................................................................. 25

4.1.5.1 Transferencia a base de interruptores ............................................ 25

4.1.5.2 Bomba Granulación Escoria 3, 4 ................................................... 26

4.1.5.3 Bombas Refrigeración de Emergencia 3 y 4 ................................. 27

4.1.5.4 Bombas Refrigeración Cuba 1 y 2 ................................................. 27

4.1.5.5 Central Hidráulica Taponadora AH2 ............................................. 27

4.1.5.6 Motores de Lingoteadoras 3 y 4 .................................................... 28

4.1.5.7 Transformador de Servicios Auxiliares 440/208‐120 V AC ......... 28

4.1.5.8 Reservas en CCM de Emergencia ................................................. 29

4.1.6 Diagrama unifilar del CCM .................................................................. 29

4.1.7 Equipos seleccionados para el CCM ..................................................... 30

5 Análisis de resultados .......................................................................................... 31

5.1 Criterios de selección y proceso de diseño de las arquitecturas ................... 31

5.1.1 Diseño de arquitectura: Elección de fundamentos de arquitectura de

distribución .......................................................................................................... 31

5.1.2 Diseño de arquitectura: Elección de detalles de arquitectura ............... 37

5.1.2.1 Especificación de los dispositivos de protección, .......................... 38

5.1.2.2 Selección de calibres de conductores y tipos de canalización ....... 41

iii

5.1.2.3 Sistema de transferencia ................................................................ 43

5.1.3 Diseño de arquitectura: Elección de equipos ........................................ 44

6 Evaluación y cumplimiento de los objetivos ...................................................... 45

7 Conclusiones y recomendaciones ....................................................................... 48

8 Referencias .......................................................................................................... 50

9 Anexo 1: Factores asociados a la finalidad de la instalación .............................. 52

10 Anexo 2: Diagrama Unifilar del CCM ................................................................ 57

11 Anexo 3: Listado de equipos ............................................................................... 58

iv

Índice de tablas

Tabla 1: Clasificación de los Arrancadores de motores para el CCM ........................ 13

Tabla 2: Cuadro de cargas del CCM de soplantes Alto Horno ................................... 14

Tabla 3: Cuadro de cargas CCM periféricos Alto Horno ........................................... 14

Tabla 4: Cuadro de cargas CCM de emergencia Alto Horno ..................................... 15

Tabla 5: Características técnicas de los totalizadores del CCM de Soplantes ............ 17

Tabla 6: Características técnicas de los motores soplantes del CCM de Soplantes .... 18

Tabla 7: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4 del CCM

Periféricos ................................................................................................................... 18

Tabla 8: Características técnicas de los totalizadores del CCM Periféricos ............... 19

Tabla 9: Características técnicas del ventilador de Secado de Mineral del CCM

Periféricos ................................................................................................................... 20

Tabla 10: Características técnicas de las Bombas de Lavado de Gases 3 y 4 del CCM

Periféricos ................................................................................................................... 20

Tabla 11: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4 del CCM

Periféricos ................................................................................................................... 21

Tabla 12: Características técnicas del Molino de Barro del CCM Periféricos ........... 21

Tabla 13: Características técnicas de los Polipastos 3 y 4 del CCM Periféricos ........ 22

Tabla 14: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4del CCM

Periféricos ................................................................................................................... 22

Tabla 15: Características técnicas de los Pulverizadores, Agitadores y Bomba de Cal

de Lingoteadoras 3 y 4 del CCM Periféricos .............................................................. 22

Tabla 16: Características técnicas del Malacate Lingoteadora 3 y 4 del CCM Periféricos

..................................................................................................................................... 23

Tabla 17: Características técnicas de los Quemadores de Gas Natural del CCM

Periféricos ................................................................................................................... 23

Tabla 18: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4del CCM

Periféricos ................................................................................................................... 24

v

Tabla 19: Características técnicas de la Bomba de Granulación de Escoria 3 y 4 del

CCM de Emergencia ................................................................................................... 26

Tabla 20: Características técnicas de la Bombas de Refrigeración 3 y 4 del CCM de

Emergencia .................................................................................................................. 27

Tabla 21: Características técnicas de la Bombas de Refrigeración en Cuba 1 y 2 del

CCM de Emergencia ................................................................................................... 27

Tabla 22: Características técnicas de la Central Hidráulica Taponadora AH2 del CCM

de Emergencia ............................................................................................................. 28

Tabla 23: Características técnicas de los Motores de Lingoteadoras 3 y 4 del CCM de

Emergencia .................................................................................................................. 28

Tabla 24: Características técnicas del transformador de servicio auxiliares del CCM de

Emergencia .................................................................................................................. 29

Tabla 25: Normatividad asociada al CCM del Alto Horno......................................... 32

Tabla 26: Características de la instalación para el CCM Sopladores.......................... 34

Tabla 27: Características de la instalación para el CCM Periféricos .......................... 35

Tabla 28: Características de la instalación para el CCM de Emergencia ................... 36

Tabla 29: Criterios de selección del tipo de arrancador para los motores instalados en

el Alto Horno .............................................................................................................. 41

Tabla 30: Requisitos técnicos de la transferencia automática ..................................... 44

Tabla 31: Municipios involucrados en la explotación minera en Cundinamarca

fundamentado en los Lineamientos para el Ordenamiento de la Minería en los

Municipios Carboníferos del Departamento de Cundinamarca (Adaptación CAR-

Gobernación de Cundinamarca, 2010) ........................................................................ 56

vi

Índice de figuras

Figura 1: Diagrama esquemático de un Alto Horno (Ghosh & Chatterjee, 2008, pág.

27) ................................................................................................................................. 9

Figura 2: Distribución de los CCM en la S/E del Alto Horno .................................... 12

Figura 3: Distribución del CCM en el Alto Horno ..................................................... 12

Figura 4: Esquema Unifilar del CCM Soplantes ........................................................ 17

Figura 5: Sección del esquema unifilar del CCM Periféricos del Alto Horno............ 19

Figura 6: Sección del esquema unifilar del CCM de Emergencia .............................. 25

Figura 7: Fotografías de la Transferencia a base de interruptores .............................. 26

Figura 8: Estructura y desempeño económico del sector (UPME, págs. 16-17) ........ 53

Figura 9: Etapas y fases de un proyecto geológico minero (Minminas-Minambiente,

2010) ........................................................................................................................... 54

2

1 Planteamiento del problema

Conforme al Plan de Desarrollo Departamental de Cundinamarca 2012-2016, las

principales preeminencias1 de la minería del Departamento son su potencial económico

y la facilidad de aprovechamiento de los recursos mineros; siendo mayores, o mejor,

notorias las problemáticas del sector, donde la nolición2 de proyectos, el uso de técnicas

inadecuadas, y los escasos procesos de transferencia tecnológica han llevado a la

región a un estancamiento en la producción (Consejo Departamental de Planeación,

2012).

Sin embargo, una vez inició la recuperación del sistema férreo que une el norte al centro

del país por parte del administrador de concesiones Fenoco3, se hizo económicamente

viable el transporte de carbones entre el departamento del Santander, y el Altiplano

Cundiboyacense. Claro es, atrayendo inversores como la firma Andean Pacific Iron

Corp.

En el proyecto a realizar en Cajicá-Cundinamarca, kilómetro No. 6 Vereda la Virginia

Hacienda las Mercedes, la firma Andean, luego de las obras y trabajos de explotación,

requiere de la construcción de cuatro Altos Hornos para el beneficio y transformación

de los hallazgos geológicos: Minerales de hierro, carbón mineral y demás concesibles4.

Como en toda instalación, en este caso siderúrgica, propensa a la presencia de

1 Preeminencia: f. Privilegio, ventaja o preferencia de que goza una persona respecto de otra por razón

o mérito especial 2 Nolición: (Del lat. escolástico nolitĭo, -ōnis). f. Fil. Acto de no quererFuente especificada no válida.. 3 En 1925 se puso el primer riel del Ferrocarril del Carare, un tren que pretendía unir a Tunja con el río

Magdalena. El proyecto se tuvo que abortar por causas económicas. Para el año 2008, 83 años después,

el plan para construir una vía férrea que comunique a Boyacá con el Valle del Magdalena volvió a

encarrilarse, gracias al empuje de los productores de carbón del centro-oriente del país, que encuentran

en el Ferrocarril del Carare la mejor alternativa para llevar su producto a mercados externos de manera

más rápida y menos costosa 4 Concesible: adj. Que puede ser concedido. En el contexto se habla de otros hallazgos de geológicos

como lo son la Arcilla, la arena silícea, las esmeraldas, materiales para la construcción, hierro, yeso,

caliza, azufre, entre otros; ver la Tabla 1.

3

accidentes e incidentes, cuidar la correcta dinamización de los procesos y aplicar la

normatividad de seguridad, es directriz de buenas prácticas, mejorando los indicadores

de productividad y eficiencia.

En el mismo tenor, múltiples factores de riesgo de accidentes pueden presentarse en el

sector minero-siderúrgico, desde físicos o químicos, hasta condiciones biológicas. Una

de las causas que gobierna -desde la etapa de diseño- las medidas de prevención, es el

factor eléctrico: Conflagraciones, incendios y explosiones por electrificaciones

defectuosas, sistema de ventilación inadecuada, cargas de electricidad estática, control

deficiente de motores, selección impropia de equipos y motores, entre otros (Duarte,

2011).

Para reducir al mínimo los inconvenientes de origen eléctrico que subyace al proceso

de beneficio y transformación, Andean Pacific Iron Corp subcontrata con la compañía

GC INGELECTRICA S.A.S., la fabricación del Centro de Control Motores -CCM- y

Tableros de Control del Alto Horno, transfiriendo las responsabilidades en cuanto a las

arquitecturas de las instalaciones eléctricas, cuyas especificaciones deben prever todas

las condiciones de seguridad eléctrica, sin afectar el correcto balance estequiométrico

y entalpía para el funcionamiento de los procesos. Para cumplir con este correcto

balances debe aclararse que las cantidades de material, entrada, materia prima o energía

primaria para la reacción química de reducción que se lleva al tragante del alto horno

deben ser las adecuadas para el tipo de material y la eficiencia que se espera del

proyecto (Geerdes, Toxopeus, & Van der Vliet, 2009)

Así entonces, surge la pregunta de ¿cuáles son las apropiadas arquitecturas de MT del

Centro de Control de Motores para el Alto Horno Andean Iron Corp?

4

2 Justificación

La minería colombiana desde hace 10 años; ha incrementado su actividad exploratoria,

atrayendo la inversión extranjera de países maduros5, quienes presentan una demanda

creciente, y un descenso en minerales metálicos y no metálicos6.

Dentro de las ventajas comparativas que posee el país sobre la región, se encuentra

entre otros, su ubicación estratégica, convenios y tratados, aparte del más relevante:

Diversidad de ambientes metalogénicos (Minminas, 2010). Con todo, el problema se

centra en la búsqueda de potenciales inversores para el desarrollo de nuevos proyectos.

De allí que, evaluando las condiciones favorables, Andean Pacific Iron Corp,

multinacional energética, tomó la decisión de invertir en la reactivación del sector

minero en Cajicá-Cundinamarca; requiriendo la implementación de instalaciones

siderúrgicas, entre ellas de cuatro Altos Hornos para el beneficio y transformación de

los hallazgos geológicos.

Tarea nada fácil desde cualquier perspectiva, ya sea civil, mecánica o eléctrica; esta

última dada la instalación eléctrica en sí, los equipos y motores a emplear, y las

atmósferas de potenciales ambientes explosivos presentes en las áreas de explotación,

beneficio y aprovechamiento.

Se quiere entonces, con la práctica empresarial como herramienta idónea de

investigación, elegir las arquitecturas de Media Tensión (MT) del Centro de Control

de Motores (CCM) para el Alto Horno Andean Pacific Iron Corp construido por la

compañía GC INGELECTRICA S.A.S., en Cajicá-Cundinamarca, documentando y

compartiendo a la academia, en especial al Proyecto Curricular de Ingeniería Eléctrica

5 Los países maduros son aquellos con poca probabilidad de encontrar grandes yacimientos mineros,

como Canadá o EE.UU. 6 Según indicadores de Fedesarrollo, a la fecha, los propósitos de exploración son principalmente carbón,

níquel, oro y materiales para la industria de la construcción.

5

de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, las soluciones factuales de la

Ingeniería Eléctrica en el ámbito minero y siderúrgico.

6

3 Objetivos de la pasantía

3.1 Objetivo general

Elegir las arquitecturas de Media Tensión (MT) del Centro de Control de Motores

(CCM) para el Alto Horno Andean Pacific Iron Corp construido por la compañía GC

INGELECTRICA S.A.S., en Cajicá-Cundinamarca.

3.2 Objetivos específicos

• Definir del uso y las características generales en MT de la instalación eléctrica

en el CCM para el Alto Horno Andean Iron Corp.

• Estudiar las ventajas de C/U de las arquitecturas de MT cumpliendo los criterios

de explotación y utilización de la instalación eléctrica en el CCM para el Alto

Horno Andean Iron Corp.

7

4 Descripción de resultados alcanzados

En el marco de definir el uso de las instalaciones eléctrica en el CCM para el Alto

Horno Andean Iron Corp, y con el fin de contextualizar, se sabe que Colombia posee

diversidad de ambientes metalogénicos, y el Departamento de Cundinamarca no lo

contradice. De acuerdo a Ingeomínas la producción de carbón por Departamento,

Cundinamarca ocupa el cuarto lugar de producción después de la Guajira, Cesar y

Boyacá; ocupando también la cuarta plaza en reservas probadas detrás de la Guajira, el

Cesar, y el Departamento de Córdoba (Secretaría de Planeación Departamento de

Cundinamarca, 2012). Sin embargo, no deja de ser contradictorio los hallazgos en los

estudios de la secretaría de planeación de la Gobernación de Cundinamarca, donde se

evidencia el predominio de la minería en el segmento uno o artesanal, con algunas

empresas en el segmento dos (ver Figura 1 del Anexo 1).

Así se presentan la industria minera del Departamento, con procesos de explotación,

beneficio y transformación con deficientes aplicaciones técnicas y ambientales, pese a

ello, Cundinamarca cuenta con explotaciones en casi toda la extensión de su territorio

(ver Tabla 1 del Anexo 1), donde se resaltan los siguientes beneficios: Carbón,

materiales de construcción –arenas, recebo, piedras de enchape-, arcilla, sal, arena

silícea, esmeraldas, y varios otros materiales (Unidad de Planeación Minero

Energética, 2004); donde se ocupa la atención algunos aspectos sobre las

explotaciones, la producción, infraestructura, tecnificación y transformación (ver

Figura 2 del Anexo 1). Tal que en el caso del carbón, se encuentra 600 minas activas,

de las cuales 526 explotaciones tienen un grado de tecnificación bajo. El grado de

mecanización de las labores en la minería del carbón, es del orden del 88% manual y

se trabaja con maquinaria usada. En el departamento existen 1.811 hornos de

coquización, para una producción en promedio se extraen 190.680 toneladas mes, de

las cuales 72.973 corresponden carbón térmico, 55.815 a metalúrgico y 1.892

antracítico, los municipios más productores son: Cucunubá, Sutatausa, Guachetá,

8

Lenguazaque y Tausa, que producen cerca del 90% del carbón del departamento.

(Secretaría de Planeación Departamento de Cundinamarca, 2012, págs. 187-189).

Hecha la contextualizando, las instalaciones siderúrgicas hacen su aparición para la

etapa de beneficio y transformación (ver Figura 2 del Anexo 1)7.

Surge entonces el interrogante consecuente: ¿Cómo funciona un alto horno?

Independiente del tipo, ver Figura 1, el alto horno está constituido por:

Dos troncos de cono, el superior: Cuba, y el inferior Etalage; sobre la cuba el

tragante lleva un doble cierre para impedir que escapen los gases, debajo del

etalage se haya el crisol donde se recoge el hierro fundido y la escoria. El alto

horno se construye en acero revestido recubierto de ladrillos refractarios que

deben resistir el calor y la erosión producida por el descenso de las cargas y por

las reacciones químicas en su interior. La carga del material ingresa por el

tragante donde la temperatura es de 150 °C, por medio de toberas se inyecta el

aire enriquecido por oxígeno que eleva la temperatura a unos 2000 °C, al

ponerse en contacto con el coque forma monóxido de carbono, el cual en su

ascenso a través de la carga va quitando oxígeno al mineral, y de esta manera

produce el fenómeno de reducción; las temperaturas alcanzadas en el etalage

permiten fundir el mineral de hierro hasta el arrabio, un hierro metálico con alto

contenido de carbono e impurezas; en la parte inferior del horno, la escoria se

separa y en estado líquido fluye por un canal; el arrabio se extrae en la colada,

y posteriormente es transportado hacia los convertidores donde será

transformado en acero. (Museum of Western, 2012)

7 Una de estas instalaciones para el aprovechamiento de los hallazgos geológicos son los Altos Hornos;

fue inventado en el siglo XVII, específicamente para fundir el hierro y obtener piezas directamente

vertiendo hierro fundido en los moldesFuente especificada no válida.; otra visión más técnica es la que

entregan Jian Chen y Hong Liu, en la cual un alto horno es un tipo de reactor gigante en la que el gas,

líquidos y sólidos coexisten para la reducción de un energético o metal para la producción de arrabio

(Chen & Liu, 1996).

9

El tipo de Alto Horno puede identificarse por la entrada, materia prima o energía

primaria para la reacción química de reducción, entre ellos: (1) Pellets sintetizado

totalmente, (2) Coque, (3) Acero, (4) Pellets sintetizado por volumen, (5) Gas, (6)

Carga pesada, (7) Explosión por volumen, (8) Presión por volumen, (9) Explosión en

oxígeno, (10) Hidrogeno, (11) Aceite. (Shirdel, Bjork, Holopainen, Carlsson, &

Toivonen, 2014)

Figura 1: Diagrama esquemático de un Alto Horno (Ghosh & Chatterjee, 2008, pág. 27)

Al día de hoy, las investigaciones se centran en el control de presión y temperatura.

Basado en las mejoras de las instalaciones del Alto Horno, el tamaño de un horno se

ha ampliado notablemente (Dai, Konishi, & Imai, 2008); haciendo que el contenido de

arrabio aumente, no obstante, de modos impredecibles, dadas las fluctuaciones e

impurezas. Es importante predecir las salidas de los Altos hornos que en casos de

10

materias primas gaseosas cambia de forma no lineal, por lo que el método tradicional

de predicción es insuficiente, a fin de mejorar la precisión de la predicción, los modelos

en la actualidad usan algoritmos genéticos (Yang, He, Zhao, & Lv, 2014).

En cuanto a las instalaciones eléctricas para este tipo de emplazamientos el problema

se centra en intrínseca de las instalaciones eléctricas ante fenómenos exógenos y

endógenos que puedan presentarse en los procesos del Alto horno; por ello, para este

tipo de instalaciones siderúrgicas, por su naturaleza se requieren instalaciones

eléctricas especiales, que son aquellas que por estar localizadas en ambientes

clasificados como peligrosos o alimentar equipos o sistemas complejos, presentan

mayor probabilidad de riesgo que una instalación básica y por tanto requieren de

medidas especiales, para mitigar o eliminar tales riesgos, (Reglamento Técnico de

Instalaciones Eléctricas - RETIE, 2013) desde la misma etapa de planeación y diseño.

No siendo suficiente, subyacen los problemas propios de la elección adecuadas de las

Arquitecturas de la instalación eléctrica; por definición, las Arquitecturas tanto de MT

como de BT, implica la configuración espacial, la elección de fuentes de alimentación,

la definición de diferentes niveles de distribución, el diagrama de una sola línea y la

elección de equipos (Schneider Electric, 2010). Es de resaltar que la elección de la

arquitectura para un Alto Horno debe ir de la mano con el aspecto ya citado de mitigar

o eliminar los riesgos que puedan presentarse por su localización en ambientes

clasificados como peligrosos, según RETIE.

También, un diseño integral debe prever el impacto medioambiental y la seguridad de

operarios y trabajadores. La ISO 9001 es la base del sistema de gestión de la calidad

ya que es una norma internacional y se centra en los sistemas de gestión de calidad

(SGC). En cuanto a la ISO 14001 tiene el propósito de apoyar la aplicación de un plan

de manejo ambiental en cualquier organización del sector público o privado (ISO,

2015). Fue creada por la Organización Internacional para Normalización (International

Organization for Standardization - ISO), una red internacional de institutos de normas

11

nacionales que trabajan en alianza con los gobiernos, la industria y representantes de

los consumidores (ISO, 2015).

La Organización Internacional de Estandarización (ISO, según la abreviación aceptada

internacionalmente) tiene su oficina central en Ginebra, Suiza, y está formada por una

red de institutos nacionales de estandarización en 156 países, con un miembro en cada

país es una norma internacional y se centra en los sistemas de gestión de calidad (SGC)

(ISO, 2015). Por su parte la norma OHSAS 18001 establece los requisitos mínimos de

las mejores prácticas en gestión de Seguridad y Salud en el Trabajo.

4.1 Características generales

Ahora bien, en virtud de definir las características generales en MT de la instalación

eléctrica en el CCM para el Alto Horno Andean Iron Corp8 se desprende la necesidad

de especificar, previo a cualquier desarrollo, las condiciones técnicas generales para el

suministro del (de los) CCM y Tableros de Control en BT (TCBT) a 440 V, con sus

respectivos interruptores, contactores, dispositivos de arranque, arrancadores suaves,

variadores de velocidad, relés, sensores, entre otros que deberán ser instalados como

parte esencial en la construcción del sistema eléctrico del Alto Horno9.

Entrando en materia, con fines de claridad metodológica, se fracciona el CCM de Alto

Horno en tres (3) secciones: CCM de Soplantes, CCM periféricos Alto Horno y CCM

de Emergencia10. Para los dos primeros se requiere un ensamble metalmecánico

sencillo, con arrancadores suaves, robustos, aptos para el trabajo en aplicaciones

8 Lo aquí descrito no incluye mano de obra, materiales, equipos y todos los elementos requeridos para

completar la fabricación, ensamble, montaje y puesta en servicio del CCM del Alto Horno. Se limitan a

las actividades necesarias para realizar diseño unifilar y no la puesta en servicio de los centros de CCM. 9 En el marco de las buenas prácticas de diseño eléctrico no se dejará de lado la calidad de potencia del

suministro eléctrico, por lo que en cada CCM se deberá realizar el monitoreo de parámetros eléctricos,

con la instalación de un Medidor Multifuncional de Energía Modelo PM810 o similar para realizar el

registro de consumos de energía activa y reactiva, lectura de potencia instantánea, corrientes, voltajes,

factor de potencia, armónicos y otros parámetros eléctricos. 10 Fuera del alcance de este documento el CCM de Cargue, de Sonda Nivel, de Refrigeración, los Tablero

de Pesaje y el Tablero CCM para el Alto Horno.

12

severas; en el caso de CCM de emergencia, se tendrá una transferencia automática con

sus respectivos interruptores, mandos motorizados, suministro electrónico de

transferencia y gabinete propio de la transferencia con sus enclavamientos eléctricos

y mecánicos.

Se contó también para el CCM con una alimentación desde el secundario del

transformador TR.3 con potencia de 4.000kVA, a una relación de transformación

34.500/440V. Su configuración (la del Tablero) se destinó a contener arrancadores

directos, arrancadores estrella triángulo, un variador de frecuencia e interruptores de

caja moldeada para alimentar circuitos ramales.

Como ya se dijo el CCM es seccionado en CCM Soplantes, CCM Periféricos y CCM

de Emergencia, para lo que, desde bornes del transformador, se llevó un juego de cables

para alimentar cada CCM. La ubicación de los tres (3) del CCM está prevista en la

futura Subestación Eléctrica (S/E) contigua a la sala de máquinas del Alto Horno como

se muestra en las figuras de abajo.

Figura 2: Distribución de los CCM en la S/E del Alto Horno

Figura 3: Distribución del CCM en el Alto Horno

13

Respecto a la construcción eléctrica, cada CCM se protegió mediante un Interruptor

tipo abierto línea Masterpact NW o similar, con protección de fuga a tierra integrada

en la protección electrónica, su capacidad será dimensionada de acuerdo a las cargas

conectadas en cada CCM.

4.1.1 Tipos de arrancadores

Cada gaveta del CCM, a su vez podrá alojar arrancadores directos, arrancadores

directos con inversión de giro, arrancadores estrella triángulo, arrancadores suaves así

como variadores de velocidad e interruptores de caja moldeada para alimentar circuitos

ramales. Para este proyecto en particular los arrancadores de motores se clasificaron

en:

Tabla 1: Clasificación de los Arrancadores de motores para el CCM

Tipo de Arrancador Descripción

Arranque directo [DS]

Categoría AC3, conformados por un (1) interruptor automático con protección magnética ajustable, un (1) contactor con bobinas 120 Vac, 60 Hz, un (1) relé de protección térmica ajustable tipo compensada por temperatura, clase 20, con reset manual e indicación de falla. Selector Local‐Remoto, Selector Manual-Automático, pulsadores marcha, paro y paro de emergencia. Pilotos de indicación luminosa “rojo” (Marcha), “Amarillo” (Falla) y “Verde” (Preparado).

Arranque Directo Reversible [DSI]

Categoría AC3, conformado por 1 interruptor automático con protección

magnética ajustable, 2 contactores con bobinas 120 Vac, 60 Hz y enclavamiento

electromecánico entre ellos, 1 relé de protección térmica ajustable tipo

compensada por temperatura, clase 20, con reset manual e indicación de

disparo. Selector Local‐Remoto, Selector Manual‐Automático, pulsadores dos

(2) marcha, un (1) paro y un (1) paro emergencia. Pilotos de indicación luminosa

“rojo” (Marcha), “Amarillo” (Falla) y “Verde” (Preparado).

Arranque “Estrella‐ Triangulo” [YD]

Categoría AC3, conformados por un (1) interruptor automático con protección

magnética ajustable, tres (3) contactores con bobinas 120 Vac, 60 Hz y

enclavamiento electromecánico entre los necesarios, un (1) relé de protección

térmica ajustable tipo compensada por temperatura, clase 20, con reset manual

e indicación de falla. Selector Local‐Remoto, Selector Manual‐Automático,

pulsadores marcha, paro y paro emergencia. Pilotos de indicación luminosa


Arrancador Suave [SS]

Conformado por un (1) Seccionar Conmutador tripolar de operación en baja

tensión para 690Vac, tres (3) fusibles ultrarrápidos para proteger los tiristores,

un (1) Arrancador Suave de operación estándar. Selector Local‐Remoto, Selector Manual‐Automático, pulsadores Marcha, Paro y Paro Emergencia. Pilotos de indicación luminosa “rojo” (Marcha), “Amarillo” (Falla) y “Verde” (Preparado).

Variador de Velocidadv[VSD]

Conformado por un (1) interruptor automático con protección magnética

ajustable dimensionado de acuerdo con la corriente de línea absorbida por el

14

variador a la potencia nominal (65kA ‐440Vac), un (1) Variador de Velocidad

de operación estándar. Selector Local‐Remoto, Selector Manual‐Automático,

pulsadores Marcha, Paro y Paro Emergencia. Pilotos de indicación luminosa


4.1.2 Cuadros de cargas

A continuación se enuncian las cargas que alimenta cada CCM del Alto Horno y más

adelante se ampliará la información en la selección del dispositivos que componen

cada arrancador.

Tabla 2: Cuadro de cargas del CCM de soplantes Alto Horno

N°

Equipo

Descripción

ID

Potencia

[kVA]

Nivel de

tensión

[V]

Corriente

Nominal

[A]

Tipo de

Arrancador

A.01 CCM

SOPLANTES CCM.SOP2 2402,50 440 3755,54 ‐‐‐

1.01 Soplante 1 ‐ A.H.2 SP.01 350,00 440 459,26 SS‐350

1.02 Soplante 2 ‐ A.H.2 SP.02 350,00 440 459,26 SS‐350

1.03 Soplante 3 ‐ A.H.2 SP.03 350,00 440 459,26 SS‐350

1.04 Soplante 4 ‐ A.H.2 SP.04 350,00 440 459,26 SS‐350

1.05 Soplante 5 ‐ A.H.2 SP.05 350,00 440 459,26 SS‐350

1.06 Soplante 6 ‐ A.H.2 SP.06 350,00 440 459,26 SS‐350

Tabla 3: Cuadro de cargas CCM periféricos Alto Horno

N°

Equipo

Descripción

ID

Potencia

[kVA]

Nivel de

tensión

[V]

Corriente

Nominal

[A]

Tipo de

Arrancador

A.02 CCM ALTO

HORNO CCM.AH2 3415,80 440 4482,1 ‐‐‐

2.01 Ventilador Secado

Mineral VSM.02 200,00 440 262,43 VSD‐200

2.02 Bomba Lavadora

Gases 3 BLG.03 60,00 440 78,73 Y∆‐60

2.03 Bomba Lavadora

Gases 4 (Standby) BLG.04 60,00 440 78,73 Y∆‐60

2.04 Ventilador

Quemador

Glendom 3

VG.03 60,00 440 78,73 Y∆‐60

2.05 Ventilador

Quemador

Glendom 4

VG.04 60,00 440 78,73 Y∆‐60

2.06 Central Hidráulica

Taponadora AH2 CHT.02 12,50 440 16,40 DS‐12,5

2.07 Molino de Barro 2

‐ AH2 MB.02 9,00 440 11,81 DS‐9

2.08 Polipasto 03 POL.03 5,00 440 6,56 DSI‐5

15

2.09 Polipasto 04 POL.04 5,00 440 6,56 DSI‐5

2.10 Ventilador

Plataforma 3 VEN.03 2,00 440 2,62 DS‐2

2.11 Ventilador

Plataforma 4 VEN.04 2,00 440 2,62 DS‐2

2.12 Pulverizador 3 PV.3 2,00 440 2,62 DS‐2

2.13 Agitador de

Polvillo 3 APV.3 2,00 440 2,62 DS‐2

2.14 Bomba de Cal 3 BC.3 2,40 440 3,15 DS‐2,4

2.15 Pulverizador 4 PV.4 2,00 440 2,62 DS‐2

2.16 Agitador de

Polvillo 4 APV.4 2,00 440 2,62 DS‐2

2.17 Bomba de Cal 4 BC.4 2,40 440 3,15 DS‐2,4

2.18 Control Presión

Soplantes PSP.02 2,00 440 2,62 DSI‐2

2.19 Tablero

Distribución 440V TD.440 75,00 440 98,41 CB‐75

2.20 Malacate

Lingoteadora 3 MLC.03 4,00 440 5,25 DSI‐4

2.21 Malacate

Lingoteadora 4 MLC.04 4,00 440 5,25 DSI‐4

2.22 Quemadores Gas

Natural T.QGN02 30,00 440 39,36 CB‐30

2.23 Reserva Filtro

Mangas RFM.01 200,00 440 262,43 RES

2.24 Reserva Equipada

1.01 RSV.1.01 75,00 440 98,41 Y∆‐75


1.02 RSV.1.02 75,00 440 98,41 Y∆‐75


1.03 RSV.1.03 30,00 440 39,36 DS‐30


1.04 RSV.1.04 30,00 440 39,36 DS‐30


1.05 RSV.1.05 15,00 440 19,68 DS‐15


1.06 RSV.1.06 15,00 440 19,68 DS‐15

Tabla 4: Cuadro de cargas CCM de emergencia Alto Horno

N°

Equipo

Descripción

ID

Potencia

[kVA]

Nivel de

tensión

[V]

Corriente

Nominal

[A]

Tipo de

Arrancador

A.03 CCM

EMERGENCIA

CCM,EMR2 652,50 440 856,18 ‐‐‐

3.01 Bomba

Granulación

Escoria 3

GE.03 60,00 440 78,73 Y∆‐60

3.02 Bomba

Granulación

Escoria 4

GE.04 60,00 440 78,73 Y∆‐60

(Standby)

16

3.03 Bomba

Refrigeración

Emergencia 3

BRE.03 30,00 440 39,36 DS‐30

3.04 Bomba

Refrigeración

Emergencia 4

BRE.04 30,00 440 39,36 DS‐30

3.05 Bomba

Refrigeración

Cuba 3

BRC.03 30,00 440 39,36 DS‐30

3.06 Bomba

Refrigeración

Cuba 4

BRC.04 30,00 440 39,36 DS‐30

3.07 Variador

Lingoteadora No.3

LN.3 15,00 440 27,70 VSD‐15

3.07.1 Motor 3.1

Lingoteadora

LN.3.1 5,00 440 6,56 DS‐5

3.07.2 Motor 3.2

Lingoteadora

LN.3.2 5,00 440 6,56 DS‐5

3.07.3 Motor 3.3

Lingoteadora

LN.3.3 5,00 440 6,56 DS‐5

3.08 Variador

Lingoteadora No.4

LN.3 15,00 440 27,70 VSD‐15

3.08.1 Motor 4.1

Lingoteadora

LN.4.1 5,00 440 6,56 DS‐5

3.08.2 Motor 4.2

Lingoteadora

LN.4.2 5,00 440 6,56 DS‐5

3.08.3 Motor 4.3

Lingoteadora

LN.4.3 5,00 440 6,56 DS‐5

3.09 Transfo de

Alumbrado y

Servicios

TR.3.1 112,50 440 147,62 CB‐112,5


2.01

RSV.2.01 75,00 440 98,41 Y∆‐75


2.02

RSV.2.02 75,00 440 98,41 Y∆‐75


2.03

RSV.2.03 30,00 440 39,36 DS‐30


2.04

RSV.2.04 30,00 440 39,36 DS‐30


2.05

RSV.2.05 15,00 440 19,68 DS‐15


2.06

RSV.2.06 15,00 440 19,68 DS‐15

A continuación se presentan el dimensionamiento y selección del arrancador para cada

tipo de Motor del proceso productivo.

17

4.1.3 Dimensionamiento y selección del arrancador para el CCM Soplantes

Figura 4: Esquema Unifilar del CCM Soplantes

4.1.3.1 Totalizador

Como totalizador del CCM de Soplantes se empleó un Interruptor automático tripolar

con tecnología de corte encapsulada, para maniobra de grandes corrientes, con

unidades de control y funciones de medida, gestión de carga, teletransmisión,

protección contra fallas a tierra, selectividad lógica, de igual manera posee alto poder

de ruptura con todas las posibilidades de conexiones de acometidas de barras, y

motorización posible.

Tabla 5: Características técnicas de los totalizadores del CCM de Soplantes

Cant Equipo Potencia

[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor tripolar tipo abierto Masterpact NW o similar 690

V, unidad de control

Micrologic con funciones de

medición, administración de

energía y análisis de red.

Protección de fuga a tierra

integrada.

2755,54 1750 150 440

4.1.3.2 Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias

Está conformado por un interruptor con unidad de protección termo magnética y un (1)

Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias tipo Modular, Categoría

C, B y A; con tensión de Operación: 480Y/277Vac; y configuración 3F, Wye, 4‐

wire+G, Corriente de descarga por fase (8/20μs): 240kA, Máximo Voltaje de

18

Operación Continuo (MCOV): 320V, Voltaje de protección (VPR): 1200V, y Corriente

de Corto Circuito (SCCR): 200kA

4.1.3.3 Soplantes 1, 2, 3, 4, 5, 6 Alto Horno

Cada motor soplante de 350HP acciona un ventilador instalado en una cascada de

ductos para impulsar el aire de combustión hacia el Alto Horno, en cada compartimento

se debe instalar un Seccionador tripolar de operación bajo carga, tres (3) fusibles ultra‐

rápidos tipo NH para proteger los tiristores del arrancador suave de operación estándar

dimensionado para 350HP.

Tabla 6: Características técnicas de los motores soplantes del CCM de Soplantes


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Seccionador tripolar bajo

carga INTERPAC o similar

630 65 440

3 Fusibles ultra rápidos 800 65 440

3 Base de fijación del fusible 800 65 440

1 Arrancador suave 350 480 65 440

4.1.3.4 Control de Presión de Soplantes

Para el control de presión de soplo se emplea una válvula tipo mariposa ubicada en el

ducto de succión de los Soplantes, esta válvula es accionada por un reductor y a través

de pulsos dados por el operario de acuerdo a la presión del Alto Horno, en su operación

se emplean dos estaciones remotas una en sala de máquinas junto al moto reductor y

otra en la plataforma del Alto Horno. Su arrancador está constituido por un inversor de

giro sin retención y dos finales de carrera, adicionalmente se requiere la indicación de

válvula abierta y cerrada completamente.

Tabla 7: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4 del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor termo magnético 2 2,5-4 - 440

3 Contactor tripolar 2 9 - 440

19

4.1.4 Dimensionamiento y selección del arrancador para el CCM periféricos

Figura 5: Sección del esquema unifilar del CCM Periféricos del Alto Horno

4.1.4.1 Totalizador

Como totalizador del CCM Perifericos Alto Horno se empleará un Interruptor

automático tripolar con tecnología de corte encapsulada, para maniobra de grandes

corrientes, con unidades de control y funciones de medida, gestión de carga,

teletransmisión, protección contra fallas a tierra, selectividad lógica, de igual manera

tendrá alto poder de ruptura con todas las posibilidades de conexiones de acometidas

de barras, y motorización posible.

Tabla 8: Características técnicas de los totalizadores del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor tripolar tipo abierto

Masterpact NW o similar 690

V, unidad de control

Micrologic con funciones de

medición, administración de

energía y análisis de red.

Protección de fuga a tierra

integrada.

1194,80 1750 150 440

4.1.4.2 Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias

Está conformado por un interruptor con unidad de protección termo magnética y un (1)

Dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias tipo Modular, Categoría

C, B y A; con tensión de Operación: 480Y/277Vac; y configuración 3F, Wye, 4‐

wire+G, Corriente de descarga por fase (8/20μs): 240kA, Máximo Voltaje de

20

Operación Continuo (MCOV): 320V, Voltaje de protección (VPR): 1200V, y Corriente

de Corto Circuito (SCCR): 200kA

4.1.4.3 Ventilador de Secado de Mineral

La función del Ventilador de Secado de Mineral es impulsar el gas de alto Horno hacia

los silos de mineral. Este ventilador esta dimensionado con un motor de 200HP con

una variador de velocidad para aplicaciones estándar. Este equipo cuenta con una

estación remota ubicada en la plataforma desde donde se podrá dar marcha, paro y paro

emergencia del motor.

En la plataforma del ventilador se instalará una estación de mando remoto sencilla, y

en la puerta del gabinete del arrancador se instaló la terminal de dialogo del variador

de Velocidad. El compartimento de este arrancador lo compone:

Tabla 9: Características técnicas del ventilador de Secado de Mineral del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor termo magnético 250 65 440

1 Variador de velocidad para 200HP Altivar 71 o similar para aplicaciones de Par Variable

200 259 - 440

4.1.4.4 Bombas de Lavado de Gases 3 y 4

Cada bomba de lavado de gases se ubicó en el sótano de bombas junto con una estación

remota doble para su operación en sitio. En cada compartimento del CCM se empleó

un arrancador estrella triángulo, equipado con borneras cableadas con señales de

mando e indicación visual para la estación remota. A continuación se presentan las

características de los equipos que componen el arrancador:

Tabla 10: Características técnicas de las Bombas de Lavado de Gases 3 y 4 del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

Intensidad

de Corto

Circuito

Tensión

[V]

21

[A] [kA]

1 Interruptor termo magnético 70-100 65 440

2 Contactor tripolar 65 - 440


1 Relé térmico 33-50 - 440

1 Relé Temporizado,

110/240Vac, dos contactos, ,

Rango 0,05s ‐ 300h

120

4.1.4.5 Ventiladores Glendons 3 y 4

Los ventiladores de Glendons se ubicaron entre la Sala de comando y los Glendons, su

función es la de enviar aire de combustión a los Glendons y su arrancador está

constituido por

Tabla 11: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4 del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]





1 Relé Temporizado,

110/240Vac, dos contactos, ,

Rango 0,05s ‐ 300h

120

4.1.4.6 Molino de Barro

Esta carga se ubica cerca a las sala de pirometría del Alto Horno, el molino de barro es

accionado por un motor de 9HP y en su operación se requiere la instalación de una

estación remota:

Tabla 12: Características técnicas del Molino de Barro del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]




22

4.1.4.7 Polipastos 3 y 4

Los polipastos se ubican en la plataforma del Alto Horno y se emplea para el izaje de

cargas durante la operación del Alto Horno. Para su manipulación se empleó un

inversor de giro y una estación remota.

Tabla 13: Características técnicas de los Polipastos 3 y 4 del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Guardamotor magneto

térmico 5 6,3-10 > 100 440


4.1.4.8 Ventiladores plataforma 3 y 4

Los Ventiladores se ubican en la plataforma del Alto Horno y dirigen el movimiento

del aire hacia las zonas de operación del Alto Horno con el fin de refrescar a los

operarios. Para su manipulación se emplea un arrancador directo y una estación remota.

Tabla 14: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Guardamotor magneto

térmico 2 2,5-4 - 440


4.1.4.9 Pulverizadores, Agitadores y Bomba de cal de Lingoteadoras 3 y 4

El sistema de pulverizador, agitador de polvillos y bomba de cal se emplea en la

lingoteadora con el fin de facilitar la extracción del lingote de arrabio. Cada equipo está

compuesto por un arrancador directo y en la operación se emplea una estación remota

desde donde se controlen los tres motores

Tabla 15: Características técnicas de los Pulverizadores, Agitadores y Bomba de Cal de Lingoteadoras 3 y 4

del CCM Periféricos

Cant Equipo Potencia Intensidad Intensidad Tensión

23

[kVA] de

Corriente

[A]

de Corto

Circuito

[kA]

[V]



4.1.4.10 Malacate Lingoteadora 3, 4

Este dispositivo facilita la extracción de la tolva de lingotes de arrabio para poder ser

transportada por el camión, junto al malacate ubicado en la parte inferior de la

lingoteadora se hace necesario la instalación de una estación remota y en el

compartimento del CCM se instala un inversor de giro:

Tabla 16: Características técnicas del Malacate Lingoteadora 3 y 4 del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor termo magnético 4 4- 6,3 - 440


4.1.4.11 Quemadores de Gas Natural

El proveedor seleccionado para el suministro del sistema de quemadores de Gas

Natural de los Glendons, será el encargado de la fabricación instalación y puesta en

servicio de este tablero de control, con lo cual en el CCM de Alto Horno se deberá

dejar un compartimento con un interruptor termo magnético de características para

alimentar un circuito ramal de 30kVA.

Tabla 17: Características técnicas de los Quemadores de Gas Natural del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]



24

4.1.4.12 Tablero de Distribución Servicios Auxiliares 440 VAC

Este compartimento está destinado a alojar un interruptor temo magnético en caja

moldeada, el objetivo de este dispositivo es alimentar y proteger un tablero de 42

Circuitos a 440Vac que será empleado para dar servicio a cargas auxiliares.

Tabla 18: Características técnicas de los Ventiladores Glendons 3 y 4del CCM Periféricos


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor termo magnético 45 70 - 100 65 440

4.1.4.13 Reservas en CCM Periféricos

Para futuras ampliaciones en el barraje de red normal se dejó previsto las siguientes

reservas: Dos (2) Reservas equipada con arrancador estrella – Triángulo para motor de

75HP; Dos (2) Reserva Equipada con arrancador Directo para motor de 30HP Dos (2)

Reserva Equipada con arrancador Directo para motor de 15HP.

Además, una (1) Reserva con espacio para variador de 200HP 440Vac, para futura

instalación de Filtro de Mangas, se deberán dejar instalado un interruptor termo

magnético 3x(160‐ 400)Amperios con los puentes de conexión al barraje principal; Dos

(2) Reservas con espacio para montaje de interruptor 3x(56-80)Amperios, el interruptor

será entregado por Andean Iron y se deberá realizar el montaje y conexión del mismo

por medio de barras al barraje principal; Dos (2) Reservas con espacio para montaje de

interruptor 3x(35-50)Amperios, el interruptor será entregado por Andean Iron y se

deberá realizar el montaje y conexión del mismo por medio de barras al barraje

principal; Dos (2) Reservas con espacio para montaje de interruptor 3x(18-

25)Amperios, el interruptor será entregado por Andean Iron y se deberá realizar el

montaje y conexión del mismo por medio de barras al barraje principal.

25

4.1.5 CCM de Emergencia

Este CCM, está ubicado en la nueva S/E del Alto Horno, físicamente conectado al CCM

Alto Horno, su alimentación eléctrica proviene del transformador de 4.000kVA a través

de un juego de 3x(3x500F)+1x500T en cable THWN‐2 600Vac, y conecta a una

transferencia automática a base de interruptores, en este CCM se instala las cargas

denominadas como críticas para la operación del Alto Horno en caso de pérdida del

fluido eléctrico por la red normal. Las cargas denominadas como críticas con:

Refrigeración de Emergencia, Refrigeración de Cuba, granulación de escoria,

Lingoteadoras, iluminación y servicios a 208‐120V.

Figura 6: Sección del esquema unifilar del CCM de Emergencia

4.1.5.1 Transferencia a base de interruptores

El sistema trifásico de suplencia proviene de un generador trifásico existente marca

SDMO modelo MS650 IIA 700kVA (560kW) 440VAC. Se requiere que en caso de

falla del sistema principal, entre la suplencia desde el generador. Para ello, se deben

instalar sensores de ausencia de tensión en la entrada de ambas líneas. En caso de

retorno de la tensión, el sistema debe restablecerse con la línea principal sin sacar el

generador de servicio por lo menos después de cinco minutos.

26

(a) Gabinete con Transferencia Existente

(b) Transferencia automática a base de interruptores con

módulo motorizado

(c) Interruptor de Transferencia

Automática

(d) Interruptor de Transferencia Automática

Figura 7: Fotografías de la Transferencia a base de interruptores

4.1.5.2 Bomba Granulación Escoria 3, 4

Las bombas de este sistema se ubican junto a la piscina de escoria, y cuenta con una

estación remota resistente a la intemperie para accionar las dos bombas, su operación

se encuentra bajo la responsabilidad del Bombero de Turno, con un arrancador tipo

estrella triángulo conformado principalmente por:

Tabla 19: Características técnicas de la Bomba de Granulación de Escoria 3 y 4 del CCM de Emergencia


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor termo magnético 80 112-160 65 440

2 Contactor tripolar 80 80 65 440


27

1 Relé térmico 80 55-70 - 440

4.1.5.3 Bombas Refrigeración de Emergencia 3 y 4

Las bombas de refrigeración de emergencia del Alto Horno, entran en operación en

caso de ausencia del fluido eléctrico o por una falla en las bombas de refrigeración

ubicadas en el reservorio. Estos motores junto con la estación remota se ubican en el

sótano existente.

Tabla 20: Características técnicas de la Bombas de Refrigeración 3 y 4 del CCM de Emergencia


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]



1 Relé térmico 30 37-50 - 440

4.1.5.4 Bombas Refrigeración Cuba 1 y 2

Este sistema se ha dimensionado para refrigerar la Cuba del Alto Horno en ausencia de

los tanques de almacenamiento de Agua existentes en el alto Horno 1. Cerca al Alto

Horno se construirá un tanque de almacenamiento de Agua y desde allí se impulsara el

agua a los niveles superiores del Alto Horno. Para este sistema se ha dimensionado un

arrancador directo para motor de 30HP y una estación remota tipo intemperie desde

donde se controlaran los dos (2) arrancadores.

Tabla 21: Características técnicas de la Bombas de Refrigeración en Cuba 1 y 2 del CCM de Emergencia


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]



1 Relé térmico 30 37-50 - 440

4.1.5.5 Central Hidráulica Taponadora AH2

La central Hidráulica es la encargada de accionar la maquina taponadora de la piquera

del Alto Horno, la bomba del grupo hidráulico esta acoplada a un motor de 12,5HP y

28

para su operación se requiere de una estación remota ubicada en la plataforma del Alto

Horno.

Tabla 22: Características técnicas de la Central Hidráulica Taponadora AH2 del CCM de Emergencia


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]




4.1.5.6 Motores de Lingoteadoras 3 y 4

El sistema de lingoteadoras está conformado por tres (3) moto reductores de 5HP, dos

(2) en funcionamiento y uno (1) en Stand By. En cada compartimento del CCM se debe

alojar un interruptor termo magnético dimensionado con la corriente nominal del

variador de velocidad, un variador de velocidad para controlar la marcha de los motores

de la lingoteadora y tres disyuntores magneto térmicos para proteger cada motor. La

estación remota se instaló en la plataforma de cada máquina lingoteadora, los

pulsadores dan la orden de giro en sentido horario – anti horario, paro y paro de

emergencia.

Tabla 23: Características técnicas de los Motores de Lingoteadoras 3 y 4 del CCM de Emergencia


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]



1 Variador de frecuencia 15 25 65 440

Guarda motores termo

magnéticos para motor 5HP

coordinación tipo 2

- 6,3-10 - 440

4.1.5.7 Transformador de Servicios Auxiliares 440/208‐120 V AC

Se prevé la instalación de un interruptor termo magnético de caja moldeada para

alimentar y proteger un transformador existente tipo seco de 112,5kVA 440/208‐120V

29

AC, este transformador ofrece el suministro de electricidad a las cargas de iluminación

y servicios del Alto Horno. En el compartimento asignado se instaló el siguiente:

Tabla 24: Características técnicas del transformador de servicio auxiliares del CCM de Emergencia


[kVA]

Intensidad

de

Corriente

[A]

Intensidad

de Corto

Circuito

[kA]

Tensión

[V]

1 Interruptor termo magnético 112,5 112-160 65 440

4.1.5.8 Reservas en CCM de Emergencia

Para futuras ampliaciones en el barraje de red de emergencia se dejó previsto las

siguientes reservas: (Reserva Equipada) Dos (2) Reservas equipada con arrancador

estrella – Triangulo para motor de 75HP; Dos (2) Reserva Equipada con arrancador

Directo para motor de 30HP Dos (2) Reserva Equipada con arrancador Directo para

motor de 15HP.

Además de (espacio para reserva) de Dos (2) Reservas con espacio para montaje de

interruptor 3x(56-80)Amperios, el interruptor será entregado por Andean Iron y se

deberá realizar el montaje y conexión del mismo por medio de barras al barraje

principal; Dos (2) Reservas con espacio para montaje de interruptor 3x(35-

50)Amperios, el interruptor será entregado por Andean Iron y se deberá realizar el

montaje y conexión del mismo por medio de barras al barraje principal; Dos (2)

Reservas con espacio para montaje de interruptor 3x(18-25)Amperios, el interruptor

será entregado por Andean Iron y se deberá realizar el montaje y conexión del mismo

por medio de barras al barraje principal.

4.1.6 Diagrama unifilar del CCM

Ver Figuras 4, 5 y 6, junto a la Planimetría del Anexo 2.

30

4.1.7 Equipos seleccionados para el CCM

Ver el listado de equipos, protecciones, tipo de arrancador, y acometidas parciales

motores – Alto Horno en el Anexo 3.

31

5 Análisis de resultados

En la elección de arquitectura de distribución, la elección de una arquitectura de

distribución afecta de manera definitiva al rendimiento de la instalación desde la fase

de fabricación, a través de la fase de funcionamiento, hasta su finalización, es decir,

durante todo su ciclo de vida.

La arquitectura de distribución eléctrica de una instalación implica la

configuración espacial, la elección de fuentes de alimentación, la definición de

diferentes niveles de distribución, el diagrama de una sola línea y la elección de

equipos. (Schneider Electric, 2010).

5.1 Criterios de selección y proceso de diseño de las arquitecturas

Por su parte los criterios de selección y el proceso de diseño de arquitecturas necesario

para cumplir los criterios de rendimiento del proyecto son:

5.1.1 Diseño de arquitectura: Elección de fundamentos de arquitectura de

distribución

Previo a un diseño detallado se hace necesario que en fases iniciales se lleve a cabo un

diseño de borrador. Normalmente, cubre los niveles de distribución principal MT/BT,

la distribución de alimentación BT y, de forma excepcional, el nivel de distribución

terminal (Schneider Electric, 2010).

En el diseño borrador se tienen en cuenta las características de la instalación, que no

son otras que aquellas que permiten la definición de los fundamentos y detalles de la

arquitectura de distribución eléctrica, es decir, se tienen en cuenta las características

macroscópicas referentes a la instalación y su uso (conexión con la red aguas arriba,

los circuitos MT, el número de subestaciones de transformadores, etc.). Ver Tablas 25,

26, 27 y 28.

32

Obviamente, los factores mencionados en las tablas de características de las

instalaciones no son ni inamovibles, ni únicos, existen otras consideraciones o

limitaciones asociadas al entorno, a la normatividad vigente, como así también a los

requisitos de las compañías eléctricas, entre otros según el tipo, o mejor, la actividad

de la instalación.

Tabla 25: Normatividad asociada al CCM del Alto Horno

Tipo de elemento

o actividad

Normatividad asociada

CCM en general Código Eléctrico Colombiano NTC 2050

Reglamento técnico de instalaciones eléctricas RETIE.

ASME B1.1 (2003; R 2008) Unified Inch Screw Threads (UN

and UNR Thread Form).

ASME B1.20.1 (1983; R 2006) Pipe Threads, General Purpose

(Inch)

ASTM B187/B187M (2011) Standard Specification for

Copper,Bus Bar, Rod and Shapes and General Purpose Rod, Bar

and Shapes.

ASTM B317/B317M (2007) Standard Specification for

Aluminum-Alloy Extruded Bar, Rod, Tube,Pipe, and Structural

Profiles for Electrical Purposes (Bus Conductor).

IEEE C57.12.01 (2005) General Requirements for Dry-Type

Distribution and Power Transformers Including Those with

Solid-Cast and/or Resin-Encapsulated Windings.

IEEE C57.13 (2008; INT 2009) Standard Requirements for

Instrument Transformers NATIONAL AERONAUTICS AND

SPACE ADMINISTRATION (NASA).

ANSI C12.1 (2008) Electric Meters Code for Electricity

Metering.

NEMA C12.4 (1984; R 2011) Registers – Mechanical Demand.

33

NEMA ICS 1 (2000; R 2008; E 2010) Standard for Industrial

Control and Systems: General Requirements.

NEMA ICS 2 (2000; R 2005; Errata 2008) Standard for

Controllers, Contactors, and Overload Relays Rated 600 V

NEMA ICS 4 (2010) Terminal Blocks.

NEMA ICS 6 (1993; R 2011) Enclosures NEMA ST 1 (1988;

R 1994; R 1997) Specialty Transformers (Except General

Purpose Type) NEMA/ANSI C12.10 (2011) Physical Aspects

of Watthour Meters - Safety Standards.

NEMA/ANSI C12.11 (2007) Instrument Transformers for

Revenue Metering, 10 kV BIL through 350 kV BIL (0.6 kV

NSV through 69 kV NSV).

NFPA 70 (2011; Errata 2 2012) National Electrical Code.

UL 1063 (2006; Reprint Jul 2012) Machine-Tool Wires and

Cables UL 44 (2010) Thermoset-Insulated Wires and Cables.

UL 489 (2013) Molded-Case Circuit Breakers,Molded-Case

Switches, and Circuit-Breaker Enclosures.

UL 845 (2005; Reprint Jul 2011) Motor Control Centers

Interruptores de

transferencia

RETIE (NTC 2050)

IEC 60947-1 “Low-voltage switchgear and control gear” – Part

1: General rules

IEC 60947-2 “Low-voltage switchgear and control gear” – Part

2: Circuit breaker

34

Tabla 26: Características de la instalación para el CCM Sopladores

Acti

vid

ad

11

Top

olo

gía

de l

a

inst

ala

ció

n

Lati

tud

de

posi

ción

12

Fia

bil

ida

d d

el

servic

io

Man

ten

ibil

ida

d13

Fle

xib

ilid

ad

de l

a

inst

ala

ció

n

Dem

an

da d

e

pote

ncia

14

[kV

A]

Dis

trib

ució

n d

e

cargas

Sen

sib

ilid

ad

a l

as

inte

rru

pcio

nes1

5

Sen

sib

ilid

ad

a l

as

pertu

rb

acio

nes

Cap

acid

ad

de

pertu

rb

ació

n16

En

torn

o y

atm

ósf

era

Industrial De un único

nivel

Baja Mejorada Estándar Sin

flexibilidad

> 2.500 Densidad

uniforme

Interrupción

larga aceptada

Media Elevada Mejorada

11 Actividad económica principal realizada en las instalaciones. 12 Característica, teniendo en cuenta las limitaciones en cuanto a la disposición de los equipos eléctricos en el edificio, puede ser Baja (la posición de los

equipos eléctricos se impone prácticamente en su totalidad), Media (la posición de los equipos eléctricos se impone parcialmente, en detrimento de los

criterios que deben cumplirse), o Alta (no hay limitaciones. La posición de los equipos eléctricos puede definirse para cumplir mejor los criterios). 13 Características introducidas durante el diseño para limitar el impacto de las acciones de mantenimiento en el funcionamiento de la totalidad o de parte de

la instalación, puede ser Mínima (la instalación debe interrumpirse para llevar a cabo las operaciones de mantenimiento); Estándar (las operaciones de

mantenimiento pueden llevarse a cabo durante las operaciones de instalación, pero el rendimiento se verá afectado. Estas operaciones deberán programarse

preferentemente durante periodos de baja actividad); Mejorada (se toman medidas especiales para permitir llevar a cabo las operaciones de mantenimiento

sin que resulten afectadas las operaciones de instalación. Ejemplo: configuración redundante). 14 La suma de la potencia de carga aparente (en kVA), a la que se aplica un coeficiente de uso, representa la potencia máxima que puede consumirse en un

momento determinado en las instalaciones, con la posibilidad de sobrecargas limitadas que sean de corta duración. 15 Capacidad de un circuito de aceptar una interrupción de alimentación. Se tienen las siguientes categorías diferentes: Circuito “deslastrable” (posibilidad

de corte en cualquier momento durante un periodo de tiempo indefinido); Interrupción larga aceptada (tiempo de interrupción > 3 minutos); Interrupción

corta aceptada (tiempo de interrupción < 3 minutos); Ninguna interrupción aceptada. 16 Capacidad de un circuito de perturbar el funcionamiento de los circuitos de alrededor debido a fenómenos tales como: armónicos, corriente de entrada,

desequilibrio, corrientes de alta frecuencia, radiación electromagnética, etc. Se distinguen tres categorías: Sin perturbación: no hay que tomar ninguna

precaución especial; Perturbación moderada u ocasional: puede ser necesaria una fuente de alimentación aparte en presencia de circuitos de sensibilidad alta

o media; Perturbación elevada: para el correcto funcionamiento de la instalación, resulta esencial contar con un circuito de alimentación dedicado o con

medios para atenuar las perturbaciones.

35

Tabla 27: Características de la instalación para el CCM Periféricos A

ctiv

ida

d

Top

olo

gía

de

la

inst

ala

ción

17

Lati

tud

de

posi

ción

Fia

bil

ida

d d

el

serv

icio

18

Ma

nte

nib

ilid

ad

Fle

xib

ilid

ad

de

la i

nst

ala

ción

19

Dem

an

da

de

pote

nci

a

[kV

A]

Dis

trib

uci

ón

de

carg

as2

0

Sen

sib

ilid

ad

a

las

inte

rru

pci

on

es

Sen

sib

ilid

ad

a

las

per

turb

aci

on

es21

Ca

pa

cid

ad

de

per

turb

aci

ón

En

torn

o y

atm

ósf

era

22

Industrial De un

único

nivel

Baja Mejorada Estándar Sin

flexibilidad

> 2.500 Densidad

uniforme

Interrupción

larga

aceptada


17 Características arquitectónicas de los edificios, teniendo en cuenta el número de edificios, el número de plantas y la superficie de cada planta. 18 Capacidad de un sistema de alimentación de cumplir su función de suministro en las condiciones establecidas durante un periodo de tiempo específico;

puede ser Mínima, este nivel de fiabilidad de servicio implica el riesgo de interrupciones relacionadas con las limitaciones geográficas (red aparte, área

alejada de los centros de producción de energía), técnicas (línea aérea, sistema incorrectamente mallado) o económicas (mantenimiento insuficiente,

generación subdimensionada); Estándar; Mejorada: este nivel de fiabilidad de servicio puede obtenerse a través de medidas especiales tomadas para reducir

la probabilidad de interrupción (red subterránea, mallado resistente, etc.). 19 Posibilidad de desplazar fácilmente los puntos de suministro eléctrico dentro de la instalación o de incrementar la alimentación suministrada en

determinados puntos. Se tienen las siguientes categorías: Sin flexibilidad (la posición de las cargas se fija durante el ciclo de vida, debido a las grandes

limitaciones relacionadas con la construcción del edificio o el elevado peso del proceso ofrecido); Flexibilidad de diseño (el número de puntos de suministro,

la potencia de las cargas o su ubicación no se conocen con precisión); Flexibilidad de implantación (las cargas pueden instalarse tras la puesta en marcha de

la instalación); Flexibilidad de funcionamiento (la posición de las cargas oscilará, según la reorganización del proceso). 20 Característica relacionada con la uniformidad de la distribución de cargas (en kVA/m²) en una zona determinada o en todo el edificio. Categorías diferentes:

Distribución uniforme (las cargas son normalmente de potencia media o baja y se extienden por toda la superficie o en una gran extensión del edificio);

Distribución intermedia (las cargas son normalmente de potencia media, localizadas en grupos por toda la superficie del edificio); Cargas localizadas (las

cargas son normalmente de alta potencia y se localizan en diversas zonas del edificio) 21 Capacidad de un circuito de funcionar correctamente en presencia de una perturbación de alimentación eléctrica, puede tenerse sensibilidad baja (las

perturbaciones en las tensiones de suministro afectan de forma mínima a las operaciones); Sensibilidad media (las perturbaciones de tensión ocasionan un

importante deterioro de las operaciones); Alta sensibilidad (las perturbaciones de tensión pueden ocasionar interrupciones en el funcionamiento o incluso el

deterioro de los equipos suministrados). 22 Recopilación de todas las limitaciones ambientales (temperatura ambiente media, altitud, humedad, corrosión, polvo, impactos, etc.) y agrupación de los

índices de protección IP e IK, y se habla de tres categorías diferentes: Estándar (sin limitaciones ambientales especiales); Mejorada (entornos difíciles, varios

parámetros ambientales generan importantes limitaciones para los equipos instalados); y Específica (entorno atípico, que requiere mejoras especiales).

36

Tabla 28: Características de la instalación para el CCM de Emergencia A

cti

vid

ad

23

Top

olo

gía

de l

a

inst

ala

ció

n

Lati

tud

de

posi

ción

24

Fia

bil

ida

d d

el

servic

io

Man

ten

ibil

ida

d25

Fle

xib

ilid

ad

de l

a

inst

ala

ció

n

Dem

an

da d

e

pote

ncia

26

[kV

A]

Dis

trib

ució

n d

e

cargas

Sen

sib

ilid

ad

a l

as

inte

rru

pcio

nes2

7

Sen

sib

ilid

ad

a l

as

pertu

rb

acio

nes

Cap

acid

ad

de

pertu

rb

ació

n28

En

torn

o y

atm

ósf

era

Industrial De un único

nivel

Baja Mejorada Mejorada Sin

flexibilidad

> 2.500 Densidad

media

Interrupción

breve

aceptada


23 Actividad económica principal realizada en las instalaciones. 24 Característica, teniendo en cuenta las limitaciones en cuanto a la disposición de los equipos eléctricos en el edificio, puede ser Baja (la posición de los

equipos eléctricos se impone prácticamente en su totalidad), Media (la posición de los equipos eléctricos se impone parcialmente, en detrimento de los

criterios que deben cumplirse), o Alta (no hay limitaciones. La posición de los equipos eléctricos puede definirse para cumplir mejor los criterios). 25 Características introducidas durante el diseño para limitar el impacto de las acciones de mantenimiento en el funcionamiento de la totalidad o de parte de

la instalación, puede ser Mínima (la instalación debe interrumpirse para llevar a cabo las operaciones de mantenimiento); Estándar (las operaciones de

mantenimiento pueden llevarse a cabo durante las operaciones de instalación, pero el rendimiento se verá afectado. Estas operaciones deberán programarse

preferentemente durante periodos de baja actividad); Mejorada (se toman medidas especiales para permitir llevar a cabo las operaciones de mantenimiento

sin que resulten afectadas las operaciones de instalación. Ejemplo: configuración redundante). 26 La suma de la potencia de carga aparente (en kVA), a la que se aplica un coeficiente de uso, representa la potencia máxima que puede consumirse en un

momento determinado en las instalaciones, con la posibilidad de sobrecargas limitadas que sean de corta duración. 27 Capacidad de un circuito de aceptar una interrupción de alimentación. Se tienen las siguientes categorías diferentes: Circuito “deslastrable” (posibilidad

de corte en cualquier momento durante un periodo de tiempo indefinido); Interrupción larga aceptada (tiempo de interrupción > 3 minutos); Interrupción

corta aceptada (tiempo de interrupción < 3 minutos); Ninguna interrupción aceptada. 28 Capacidad de un circuito de perturbar el funcionamiento de los circuitos de alrededor debido a fenómenos tales como: armónicos, corriente de entrada,

desequilibrio, corrientes de alta frecuencia, radiación electromagnética, etc. Se distinguen tres categorías: Sin perturbación: no hay que tomar ninguna

precaución especial; Perturbación moderada u ocasional: puede ser necesaria una fuente de alimentación aparte en presencia de circuitos de sensibilidad alta

o media; Perturbación elevada: para el correcto funcionamiento de la instalación, resulta esencial contar con un circuito de alimentación dedicado o con

medios para atenuar las perturbaciones.

37

La conexión aguas arriba se realizará por medio de un servicio de suministro

redundante, dado que la fiabilidad del servicio es mejorada, la topología de la

instalación es un único edificio y la demanda de potencia es > 2.500 kVA.

Los circuitos de MT para el CCM Soplantes y CCM Periféricos, tendrán una

configuración de conexión de una sola llegada de MT, puesto que los valores de

mantenibilidad son estándares. Caso contrario para el CCM de Emergencia, que cuenta

con un generador de respaldo diésel de 700 KVA a 440V, sensibilidad a las

interrupciones la cual permite una interrupción breve aceptada y una mantenibilidad

mejorada, lo cual lleva a concluir una configuración de anillo abierto; usando para la

transferencia interruptores termomagnéticos en caja moldeada.

En cuanto al número de y distribución de S/E de transformación de MT/BT, por el

hecho de la preexistencia de la S/E del Sol, la topología de la instalación, la demanda

de potencia y la distribución de cargas; para el caso del CCM Soplantes y CCM

Periféricos la configuración es de n número de S/E con n transformadores, siendo n=1.

En la situación del CCM de Emergencia se cuenta con n número de S/E con m

transformadores, para esta, n=2 y m=1.

5.1.2 Diseño de arquitectura: Elección de detalles de arquitectura

Al finalizar la elección de fundamentos, se desarrolló un diagrama esquemático de

distribución, el cual actúa como punto inicial para el esquema unifilar e implica la

definición de la instalación eléctrica con mayor detalle. Se basa, como se mencionó, en

los fundamentos de la arquitectura, así como en el cumplimiento de los criterios

relativos a la implantación y utilización de la instalación29.

29 El proceso vuelve al diseño de arquitectura en sus fundamentos si los criterios no se cumplen. Al

finalizar, se cuenta con un esquema unifilar detallado.

38

Seis son las elecciones que se efectúan en esta etapa, (1) Disposición, (2) Distribución,

(3) Presencia de generadores de reserva, (4) Presencia de fuentes de alimentación sin

interrupción, (5) Configuración de los circuitos de BT, y (6) combinaciones de

arquitecturas.

En el caso de la Disposición, ver Figura 2, se busca que el CCM para cada caso

(soplantes, periféricos y de emergencia) se encuentre lo más cerca al transformador de

4 MVA (todos a 25m de cableado de distancia); sumado a esto, se coloca el

transformador cerca de la salida principal con el fin de facilitar el mantenimiento. Por

su parte, La disposición, se optó en emplear una disposición descentralizada a causa de

la distribución de la distribución uniforme de las carga, y a la no flexibilidad de la

instalación. Lo anterior un claro ejemplo de la combinación de configuraciones de

arquitecturas, según las necesidades particulares de los diferentes tipos de carga.

La presencia de generadores de reserva se toma para el CCM de Emergencia puesto

que sus cargas no pueden deslastrarse durante un período de tiempo indefinido, o lo

que es lo mismo, la sensibilidad a las interrupciones en esta instalación es breve. Por

lo mismo, no se hace uso de un sistema de alimentación ininterrumpida.

Ahora bien, para los circuitos de BT del CCM Soplantes y CCM Periféricos se opta

por una configuración de cuados de distribución intercontados, puesto que la

mantenibilidad es estándar, la potencia mayor a 1250 kVA, con uniforme y sensibilidad

a las interrupciones y perturbaciones, de larga interrupción aceptada y media

sensibilidad, respectivamente. Distinta configuración se empleó para el CCM de

Emergencia, influenciada en mayor medida por la sensibilidad a las interrupciones

(corta duración), y a su mantenibilidad (mejorada).

5.1.2.1 Especificación de los dispositivos de protección,

Para especificar los dispositivos de protección, calibres de conductores y tipos de

canalización de los alimentadores y circuitos ramales que conforman las redes de Baja

39

Tensión del Alto Horno, se debe considerar que en los dispositivos de protección de

los circuitos ramales asociados a motores, fueron seleccionados para permitir un ajuste

entre el 115% y el 125% de la corriente nominal a plena carga dependiendo del factor

de servicio rotulado en el motor.

Los guardamotores (Disyuntores magneto-térmico de motores) seleccionados

corresponden a la marca Schneider Electric línea GV2-P, también se escogió un rango

de corriente entre el 115% y el 125%.

Los arrancadores se definen como: DS-XX para arrancador directo con XX la potencia

nominal del motor; Y∆-XX para arrancador estrella triangulo con una potencia XX;

SS-XX para un arrancador suave de potencia nominal XX HP del motor; y VSD-XX

para los variadores de velocidad donde XX es la potencia en caballos del motor. Para

los arrancadores suaves seleccionados corresponden a la marca Schneider Electric línea

Altistar 48

Los variadores de velocidad seleccionados corresponden a la marca Schneider Electric

línea Altivar 71. Por su parte los totalizadores de cada tablero se calcularon tomando

la suma de la corriente nominal de cada equipo conectado al tablero, multiplicado por

el 125%. Los totalizadores de los transformadores se calcularon para el 125% de la

nominal. Se consideraron todos los motores de servicio continuo.

Todas las bandejas portacables se consideraron tapadas ya que es el peor caso en el que

la corriente se reduce al 60% de la que aparece en la tabla 310-17 de la NTC-2050 de

acuerdo a lo que aparece en el artículo 318-11. b). 2).

Aunque en el artículo mencionado anteriormente solo se hace referencia a los

conductores entre el 1/0 AWG y el 500 kcmil, para el cálculo y el presente documento

se tomaron todos los calibres. El calibre menor que se utilizó fue el 10 AWG.

40

Si se emplea tubería y no bandeja, se toma la corriente de la tabla 310-16 del Código

Eléctrico Colombiano [NTC-2050]. En el caso de requerir más de dos conductores por

fase para circuitos por tubería se empleará un tubo para cada terna de circuitos, de esta

manera no se deben aplicar factores de corrección.

Por su parte, en la selección de los dispositivos de protección para las diferentes cargas

encontradas en las redes de BT del Alto Horno, se tendrá que para la protección contra

sobrecarga para un motor según el artículo 430-32 numeral a) de la NTC 2050 la

protección contra sobrecarga de los motores de más de 746 W o 1 HP se debe

seleccionar de acuerdo a las características del motor tal que: (a) Para motores con un

factor de servicio rotulado menor a 1,15, el dispositivo de protección se debe escoger

con un factor no mayor al 125% de la corriente nominal del motor a plena carga; (b)

Para los motores con un aumento de temperatura rotulado de más de 40°C, el

dispositivo de protección se debe escoger con un factor no mayor al 125% de la

corriente nominal del motor a plena carga; (c) Todos los demás motores, el dispositivo

de protección se debe escoger con un factor de no mayor al 115% de la corriente

nominal del motor a plena carga.

Según el artículo 430-32 numeral c) de la NTC 2050 la protección contra sobrecarga

de los motores menores de 746 W o 1 HP con arranque automático se debe seleccionar

de acuerdo a las características del motor tal que: (a) Para los motores con un factor de

servicio rotulado menor a 1,15, el dispositivo de protección se debe escoger con un

factor no mayor al 125% de la corriente nominal del motor a plena carga; (b) Para los

motores con un aumento de temperatura rotulado de más de 40° C, el dispositivo de

protección se debe escoger con un factor no mayor al 125% de la corriente nominal

del motor a plena carga; (c) Todos los demás motores, el dispositivo de protección se

debe escoger con un factor no mayor al 115% de la corriente nominal del motor a plena

carga.

41

Asimismo, los criterios de selección del dispositivo de protección contra sobrecorriente

para el secundario de un transformador, según el artículo 450-3 numeral b) parágrafo

1 de la NTC 2050 la protección del secundario contra sobrecorriente de un

transformador de menos de 600 V nominales se debe seleccionar con un factor no

mayor al 125% de la corriente nominal del transformador.

Igual, el criterio de selección del dispositivo de protección contra sobrecorriente para

alimentadores de varios motores o cargas combinadas, según el artículo 430-53

numeral c) parágrafo 4 de la NTC 2050 la protección de un alimentador que combine

varios motores o cargas combinadas se debe seleccionar con un factor no mayor al

125% de la corriente nominal del motor más grande, más la suma de las corrientes

nominales de todos los demás motores y cargas conectadas al alimentador.

A continuación se presentan los criterios de selección del tipo de arrancador para los

motores a ser instalados el Alto Horno.

Tabla 29: Criterios de selección del tipo de arrancador para los motores instalados en el Alto Horno

Potencia de Motor Tipo de Arrancador

Motor ≤ 50HP Directo / Inversión de Giro

50HP < Motor ≤ 100HP Arrancador Estrella Triángulo

100HP < Motor Arrancador Suave

5.1.2.2 Selección de calibres de conductores y tipos de canalización

Los criterio de selección calibre de conductores para fases y conductor de puesta a

tierra de un motor y el secundario de un transformador, se tiene que según el artículo

430-22 numeral a) del Código Eléctrico Colombiano [NTC 2050] los conductores de

los circuitos ramales que alimenten un solo motor deben tener una capacidad de

corriente no menor al 125% de la corriente nominal del motor a plena carga.

42

El criterio anterior también aplica para el dimensionamiento de los conductores del

secundario de un transformador. Para conductores sobre bandejas portacables se aplicó

el factor de corrección como se describe en el artículo 318-11 numeral b) parágrafo 2

del Código Eléctrico Colombiano [NTC 2050], para este caso en particular es del 60%

sobre las capacidades de corriente de la tabla 310-17 de la NTC 2050.

Para conductores dentro de ductos se utilizaron las capacidades de corriente de la tabla

310-16 de la NTC 2050, en caso de requerir más de 1 conductor por fase se instalará

un tubo por cada terna de circuitos, esto con el fin de no aplicar los factores de

corrección descritos en la nota 8 a las tablas de capacidad de corriente de 0 a 2000 V

de la NTC 2050.

El conductor de puesta a tierra se debe seleccionar de acuerdo a la protección que tenga

el circuito ramal como se describe en la tabla 250-95 de la NTC 2050. La caída de

tensión hasta el final del circuito ramal no debe superar el 5% de la tensión nominal, la

expresión que describe este porcentaje es la siguiente:

Ecuación 1 ∆V(%)=(√3∙ZI∙Ir∙d)/(Nc∙Vn)×100%

Dónde: ZI: Impedancia del conductor en (ohm/m)

Ir: Corriente de selección del conductor en (A)

D: distancia del circuito ramal en (m)

Nc: Número de conductores por fase

Vn: Voltaje nominal línea – línea en (V)

El criterio de selección calibre de conductores para fases y conductor de puesta para

alimentadores de varios motores o cargas combinadas, se sustentará en el artículo 430-

24 del Código Eléctrico Colombiano [NTC 2050] los conductores de los circuitos

ramales que alimenten varios motores o cargas combinadas deben tener una capacidad

43

como mínimo igual a la suma de las corrientes nominales de todos los motores a plena

carga más el 125% de la corriente nominal del motor más grande.

Para conductores sobre bandejas portacables se aplicó el factor de corrección como se

describe en el artículo 318-11 numeral b) parágrafo 2 del Código Eléctrico Colombiano

[NTC 2050], para este caso en particular es del 60% sobre las capacidades de corriente

de la tabla 310-17 de la NTC 2050.

Para conductores dentro de ductos se utilizaron las capacidades de corriente de la tabla

310-16 de la NTC 2050, en caso de requerir más de 1 conductor por fase se instalará

un tubo por cada terna de circuitos, esto con el fin de no aplicar los factores de

corrección descritos en la nota 8 a las tablas de capacidad de corriente de 0 a 2000 V

de la NTC 2050.

El conductor de puesta a tierra se debe seleccionar de acuerdo a la protección que tenga

el circuito ramal como se describe en la tabla 250-95 de la NTC 2050. La caída de

tensión hasta el final del circuito ramal no debe superar el 5% de la tensión nominal, la

expresión que describe este porcentaje de la Ecuación 1.

De igual forma, se seleccionó la bandeja portacable de acuerdo al artículo 318-10

numeral a) parágrafos 2 y 4 del Código Eléctrico Colombiano [NTC 2050] para cada

ruta en particular. Y asimismo, la tubería se seleccionó de acuerdo a la tabla C4 del

Código Eléctrico Colombiano [NTC 2050], en la cual se establece el número máximo

de conductores y alambres de aparatos en tubo conduit Galvanizado IMC. Se asume

que toda la tubería empleada en la construcción será IMC a menos que se especifique

lo contrario.

5.1.2.3 Sistema de transferencia

Regresando al generador de reserva, si se sabe que se tiene un sistema trifásico

principal a 440 V, que viene desde un transformador de 4 MVA – 34,5kV/440V y un

44

sistema trifásico de suplencia que viene desde un generador trifásico de 440V 700kVA,

y se requiere que en caso de falla (incluida la falta de tensión) del sistema principal,

entre la suplencia desde el generador. Para ello, se debe instalar sensores de ausencia

de tensión en la entrada de ambas líneas. En caso de retorno de la tensión, el sistema

debe restablecerse con la línea principal sin sacar el generador de servicio por lo menos

después de cinco minutos. El control y protección de los interruptores siempre se

mantendrá no importando cuál de las líneas esté funcionando o esté en paralelo, por lo

tanto se requiere un sistema de inversión de redes. Abajo se muestran los requisitos

técnicos de dicha transferencia.

Tabla 30: Requisitos técnicos de la transferencia automática

ítem Características

Tipo de operación Interruptores tripolares

Tipo de instalación Bajo techo

Tensión nominal 440 V

Tensión máxima 1000 V

Frecuencia 60 Hz Medio de Interrupción Aire

Tipo de aislamiento Sólido

Tensión nominal no disruptiva al impulso tipo rayo 30 kV pico

Corriente nominal 3200 A

Corriente simétrica de interrupción 40 kA

Tensión nominal no disruptiva a frecuencia industrial En seco, 1

minuto

30 kV RMS

Nota: La transferencia automática ofrecida se realiza a 2600 metros sobre el nivel del mar y humedad

relativa del 100%

5.1.3 Diseño de arquitectura: Elección de equipos

La elección de los equipos que se van a implantar se lleva a cabo en esta fase y resulta

de la elección de la arquitectura. La elección se realiza a partir de los catálogos del

fabricante.

45

6 Evaluación y cumplimiento de los objetivos

.

Met

a

Ob

jeti

vo

Res

pon

sab

le

Actividades

Evaluación

Ele

gir

los

fun

dam

ento

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CM

Des

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n e

léct

rica

par

a el

CC

M

ING

EL

EC

TR

ICA

S.A

.S.

• Identificar la

actividad económica

principal realizada en

las instalaciones

El diagrama esquemático de

distribución se utiliza como

punto de partidas para el

esquema unifilar de la

instalación eléctrica del Alto

Horno

• Identificar las

topologías

(arquitectónicas) de

las instalaciones

Víc

tor

Ale

jandro

Cai

cedo P

into

• Evaluar la

fiabilidad,

mantenibilidad y

flexibilidad de la

instalación eléctrica

Víc

tor

C

aice

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into

&

ING

EL

EC

TR

ICA

S.A

.S.

• Determinar la

demanda y

distribución de cargas

Víc

tor

Ale

jandro

Cai

cedo P

into

• Estudiar la

normatividad

específica según la

instalación

46

Ele

cció

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e d

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arq

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junto

al

equip

o

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tric

o

ING

EL

EC

TR

ICA

S.A

.S.

• Elegir la

conexión aguas arriba

Se regresa al diagrama

esquemático si los criterios

no se cumplen.

Al finalizar se cuenta con un

esquema unifilar detallado.

Vic

tor

Ale

jndro

Cai

cedo P

into

• Determinar la

configuración de los

circuitos de MT

• Establecer el

número de

transformadores de

potencia

• Determinar el

número y distribución

de las S/E de

transformación

• Evaluar la

necesidad de

generador(es) de

reserva en MT

• Determinar el

tipo de distribución;

Centralizada o

descentralizada

• Evaluación de

las arquitecturas

47

Ele

cció

n d

e la

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uit

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ras

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elé

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labora

ción d

el i

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final

Víc

tor

Ale

jandro

Cai

cedo P

into

• Digitalización

de la

información

Si no se cumplen las

características se regresa

al diagrama unifilar

detallado.

Este paso de evaluación

permite a la ingeniería

disponer de cifras que

podrán utilizarse como

base para las

conversaciones

mantenidas con el

cliente y demás.

• Contraste

normativo

• Entregas de

revisión a los

evaluadores,

tanto externo

como interno

48

7 Conclusiones y recomendaciones

La minería colombiana desde hace dos lustros ha incrementado su actividad

exploratoria, atrayendo la inversión extranjera de países maduros, quienes presentan

una demanda creciente, y un descenso en minerales metálicos y no metálicos.

La producción de carbón por Departamento, Cundinamarca ocupa el cuarto lugar de

producción después de la Guajira, Cesar y Boyacá; ocupando también la cuarta plaza

en reservas probadas detrás de la Guajira, el Cesar, y el Departamento de Córdoba.

Múltiples factores de riesgo de accidentes pueden presentarse en el sector minero-

siderúrgico, desde físicos o químicos, hasta condiciones biológicas. Una de las causas

que gobierna -desde la etapa de diseño- las medidas de prevención, es el factor

eléctrico: Conflagraciones, incendios y explosiones por electrificaciones defectuosas,

sistema de ventilación inadecuada, cargas de electricidad estática, control deficiente de

motores, selección impropia de equipos y motores, entre otros.

En la elección de arquitectura de distribución, la elección de una arquitectura de

distribución afecta de manera definitiva al rendimiento de la instalación desde la fase

de fabricación, a través de la fase de funcionamiento, hasta su finalización, es decir,

durante todo su ciclo de vida.

En el diseño borrador se tienen en cuenta las características de la instalación, que no

son otras que aquellas que permiten la definición de los fundamentos y detalles de la

arquitectura de distribución eléctrica, es decir, se tienen en cuenta las características

macroscópicas referentes a la instalación y su uso.

Debido a la configuración de la S/E y la disponibilidad de espacio se ha decido unir

los tres CCM, pero cada uno deberá contar con acometida independiente y totalizador

dimensionado para la carga conectada.

49

El CCM Soplantes está configurado para alimentar únicamente los motores ubicados

en la casa de máquinas (sala de viento), equipando con un totalizador de 3000

Amperios y cada gaveta con un arrancador suave para un motor de 350HP, su

acometida tendrá la configuración 8 x (3x500F)+1x500. El CCM Periféricos Alto

Horno, se da dimensionado para suministrar energía a todas la bombas, Ventiladores,

malacates, grupos hidráulicos, y demás elementos requeridos en la operación del Alto

Horno, su protección es un interruptor termomagnético de 1750Amperios y tendrá una

acometida de 4 x (3x500F)+1x500T. El CCM de emergencia se ha configurado con

una transferencia automática Existente a base de interruptores de 1000 Amperios

Marca Siemens con módulos motorizados y cuenta con un único barraje denominado

red de Emergencia (alimentado en ausencia de tensión de Red por un generador diésel

existente de 700kVA marca SDMO y en condiciones normales a través de un circuito

parcial proveniente del transformador de 4.000kVA (Acometida

3x(3x500F)+1x500T). A este tablero se conectan las cargas críticas como son

refrigeración de emergencia, granulación de escoria, lingoteadoras y servicios

auxiliares del Alto Horno).

En caso de ausencia de tensión, se deslastran las cargas que no son consideradas como

críticas en la operación del Alto Horno y únicamente se suministra energía a las cargas

críticas.

50

8 Referencias

Adaptación CAR-Gobernación de Cundinamarca. (2010). Lineamientos para el

Ordenamiento de la Minería en los Municipios Carboníferos del Departamento

de Cundinamarca. Bogotá.

Consejo Departamental de Planeación. (2012). Plan de Desarrollo Departamental.

Cundinamarca, calidad de vida 2012-2016. Bogotá.

Dai, Y., Konishi, M., & Imai, J. (2008). Temperature Distribution Control in Blast

Furnace by RNN. The 3rd Conference on Innovative Computing Information

and Control. Okayama.

Duarte, B. (2011). Riesgo Eléctrico en Minería. Riesgo Eléctrico en la MInería -

Minminas, (p. 20). Segovia.

Geerdes, M., Toxopeus, H., & Van der Vliet, C. (2009). Modern Blast Furnace

IronMarking. Amsterdan: IOS press.

Ghosh, A., & Chatterjee, A. (2008). Ironmaking and Steelmaking: Theory and

Practice. New Delhi: PHI learning Private Limited.

ISO. (2015, Agosto 12). ISO About us. Retrieved from

http://www.iso.org/iso/home/about.htm

ISO. (2015, Agosto 12). Standards Management system standards ISO 14000 -

Environmental management. Retrieved from

http://www.iso.org/iso/home/standards/management-standards/iso14000.htm

Minminas. (2010). El sector minero colombiano: fuente de oportunidades. Feria

Internacional Minera, (p. 40). Medellín.

Minminas-Minambiente. (2010). Guía Minero Ambiental 2. Bogotá.

Museum of Western, S. P. (Director). (2012). Making Steel [Motion Picture]. New

York. Retrieved Mayo 2, 2015, from

http://www.steelpltmuseum.org/index.php

Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas - RETIE, Resolución 90708

(Minminas Agosto 30, 2013).

51

Schneider Electric. (2010). Guía de Diseño de Instalaciones Eléctricas según Normas

Internacionales IEC. Barcelona: Tecfoto, S.L.

Secretaría de Planeación Departamento de Cundinamarca. (2012). Plan de Desarrollo

Departamental de Cundinamarca 2012-2016.

Shirdel, A., Bjork, K.-M., Holopainen, M., Carlsson, C., & Toivonen, H. T. (2014).

Linear Switching System Identification Applied to Blast Furnace Data. Turku.

Unidad de Planeación Minero Energética. (2004). Plan de Infraestrucutra Portuaria

para el Desarrollo Minero en Colombia. Bogotá: Silva Carreño y Asociados

S.A.

UPME. (2007). Gestión Pública para propiciar la Actividad Minera. Bogotá: Scripto

Ltda.

Yang, L., He, K., Zhao, X., & Lv, Z. (2014). The Prediction for Output of Blast Furnace

Gas Based on Genetic Algorithm and LSSVM. Conference on Industrial

Electronics and Applications, (pp. 1493-1498). Beijing.

52

9 Anexo 1: Factores asociados a la finalidad de la instalación

53

Figura 8: Estructura y desempeño económico del sector (UPME, págs. 16-17)

UNO: Abarca un rango amplio de unidades mineras locales. Se trata de empresas pequeñas y micro, de cooperativas de producción o de grupos

mineros tradicionales, cuyas labores están entroncadas con la cultura regional y que no

consideran la minería como un negocio sino como una actividad de sustento. En general, los niveles de productividad en este segmento son bajos y el impacto de su labor es más social que económico.

DOS: Comprende tanto empresas mineras como empresas de ramas industriales que obtienen

directamente sus insumos minerales. En general estas empresas están estructuradas para crecer y

se encuentran encadenadas o integradas verticalmente con procesos de transformación y

de agregación de valor al producto minero. Empresas como: carbones del Caribe, Corcarbón,

Cementos Argos, entre otros.

TRES: Corresponde de empresas altamente especializadas en actividades de exploración, para

las cuales disponen de alta capacidad de inversión. Se pueden calificar como aceleradoras del desarrollo minero. Empresas como: Greystar Resources, Cambridge, Colombia Goldfields, TAO

Mining, entre otros.

CUATRO: corresponde a grandes empresas mineras internacionales, o a filiales de las mismas, que poseen porciones significativas del mercado

de uno o varios productos mineros.

SEGMENTO

54

Figura 9: Etapas y fases de un proyecto geológico minero (Minminas-Minambiente, 2010)

55

Tipo de

material

Áreas o municipios de explotación

Car

bón

1) Guaduas – Caparrapí; 2) Jerusalén – Guataquí; 3) San Francisco - Subachoque

- La Pradera; 4) Guatavita - Sesquilé –Chocontá; 5) Tabio - Río Frío – Carmen

de Carupa; 6) Suesca – Albarracín; 7) Zipaquirá – Neusa; 8) Salto del

Tequendama - Granada – Usme; 9) Páramo de la Bolsa – Machetá; 10) Chaguaní

- Córdoba - Guayabales - Valle del Magdalena; 11) Checua – Lenguazaque; y

12) Cajicá.

Mat

eria

les

de

const

rucci

ón

Recebo y arena de peña: Soacha, Cajicá, Cogua, Chía, Zipaquirá, Gachancipá,

Tabio, Sopo, Mosquera, Madrid, Subachoque, Bojacá, La Calera, Chocontá,

Villapinzón, Ricaurte, Girardot, Suesca, San Francisco, Albán, Villetá, Guayabal

de Síquima, Viani, Chipaque, Pacho, Arbeláez, Venecia, Silvania, Apulo,

Sutatusa, Cucunubá y Tausa.

Arenas y gravas: Cáqueza, Tabio, Sopo, Cogua, Madrid, Ricaurte, Guaduas, El

Rosal, Tocaima, Villeta, San Juan de Río Seco, Fosca, Guayabetal, Quetame, El

Colegio, Carmen de Carupá, Guacheta, Paratebueno, Soacha, Tocancipá, Sibaté,

Chía, Bojacá, Mosquera, Guasca, Guatavitá, Gama, Junín, Choconta,

Villapinzón, Nariño, Villeta, Cucunubá, Simijaca, Tausa, Lenguazaque y Apulo.

Piedra de enchape o labor “piedra bogotana”: Bojacá, Sibaté, Sopó, Chía,

Soacha, Simijaca, La Calera y Pacho.

Arc

illa

Nemocón, Cogua, Guasca, Chocontá, La Calera, Guatavita, Girardot, Puerto

Salgar, Sesquilé, Villapinzón, Zipaquirá, Tabio, Tenjo, Fusagasuga, Silvania,

Simijaca, Susa, Tausa, Cucunubá, Bojacá y Agua de Dios.

Sal

Zipaquirá, Nemocón, Tausa, Sesquilé y Medina.

Are

na

silí

cea

Suesca y Sibaté

Esm

eral

das

Ubalá, Gachalá, Yacopí Paime y Topaipí

56

Otr

os

min

eral

es

Hierro Gachalá, Yacopi, Topaipí, Paime, Manta,

Tibirita, Pacho y Guasca

Yeso Tocaima, Apulo, Girardot y Nariño

Caliza y dolomita La Calera, Villeta, Gutierrez, Cáqueza,

Guasca, Ubalá y Gachalá

Azufre Tabio, Gachalá, Tocaima, Jerusalén

Manganeso Cáqueza, Gachalá, Ubalá y Manta

Cobre Gachalá y farallones de Medina

Tabla 31: Municipios involucrados en la explotación minera en Cundinamarca fundamentado en los Lineamientos

para el Ordenamiento de la Minería en los Municipios Carboníferos del Departamento de Cundinamarca

(Adaptación CAR-Gobernación de Cundinamarca, 2010)

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