Maquinaria minera II (página 2)

• Sistema de inyección de combustible o sistema de alimentación de motores Diesel.

Finalidad.- Es la misión de conducir (alimentar) el combustible desde el depósito, hasta la bomba de inyección y de allí al inyector mediante la bomba de combustible.

Inyección de combustible.-La alimentación de los motores diesel se realiza introduciendo por separado, en el interior de los cilindros, el aire y el combustible, los cuales se mezclan en el interior de la cámara de combustión, donde se prodúcela carburación y combustión de la mezcla debidamente dosificada para el funcionamiento del motor.

El aire procedente de la atmósfera, debidamente filtrado, es introducido en los cilindros durante la fase de admisión y comprimido a gran presión en el interior de la cámara de combustión. De este modo alcanza la temperatura adecuada para inflamación del combustible al ser éste inyectado directamente en la cámara de combustión. Para introducir el combustible en la cámara de combustión se dispone en la culata una válvula inyectora, denominada inyector de combustible, para cada uno de los cilindros, que inyecta en el momento de adecuado, según el orden de encendido, la cantidad justa de necesario para la formación de la mezcla y funcionamiento del motor Fig.11.

Fig. 11. Inyección de combustible-aire

La cantidad de aire en la admisión y el caudal de combustible inyectado en cada momento se controlan desde el pedal de aceleración, que actúa mecánicamente sobre una mariposa situada en el colector del aire de admisión. La mariposa de gases, según su posición de apertura, regula la cantidad de aire que penetra en los cilindros y actúa simultáneamente sobre el sistema de mando de la bomba inyectora (cuando este mando es del tipo neumático) controlando el caudal de combustible en la inyección según la carga y régimen de funcionamiento del motor.

Cuando el mando de la bomba inyectora no es del tipo neumático sino del tipo mecánico, no se efectúa el control del aire procedente de la admisión hacia los cilindros, este paso es libre y sin restricciones, el caudal de combustible a inyectarse es el que finalmente controla la carga y el régimen de funcionamiento del motor.

En el motor diesel el combustible debe mezclarse durante un corto intervalo de tiempo con el aire comprimido aspirado. Para conseguirlo se debe pulverizar el combustible al máximo, de modo que se queme totalmente y pueda obtener del motor un rendimiento adecuado. Esta es la causa que obliga a pulverizar el combustible al máximo y el motivo de que convenga utilizar la inyección del mismo a elevadas presiones Fig.12.

Fig. 12. Partes del sistema de inyección

Formas de sistema de alimentación.

• Por gravedad

• A presión

Por gravedad.- Se utiliza en los motores estacionarios y algunos motores, en los que el caudal y la presión de alimentación vienen determinados por la altura a que se encuentra situada el depósito.

A presión.- Se utiliza cuando el depósito de combustible se encuentra al mismo nivel o inferior que el racor de entrada a la bomba de combustible.

Combustible.- Es la materia prima que consumen los vehículos para poder desplazarse, las cuales constituyen una mezcla de hidrocarburos saturados diversos tales como (Diesel Nº 02).

Circuitos del sistema de alimentación

1.-Circuito de alta presión

2.-Circuito de baja presión

Componentes principales Fig. 13.

Fig. 13. Circuitos del sistema de inyección de combustible

• 1. Tanque

• 2. Bomba de transferencia

• 3. Filtro de combustible

• 4. Gobernador de la bomba

• 5. Palanca de acelerador

• 6. Bomba de inyección

• 7. Cañería de alta presión

• 8. Inyector

• 9. Forma de pulverización de combustible

Bomba de transferencia.- Las bombas de alimentación empleadas en los motores diesel son generalmente de accionamiento mecánico, del tipo aspirante e impelente y de funcionamiento por diafragma o por émbolo. Su única misión es mantener el flujo de combustible a la presión establecida sobre la bomba de inyección Fig. 14. La bomba de inyección de combustible acciona la bomba de alimentación, que succiona el combustible del depósito. Su finalidad es bombear combustible hacia la bomba de inyección bajo una determinada presión. La bomba de alimentación está también equipada con un cebador manual que se pude utilizar cuando se ha agotado el combustible del depósito, en este caso se debe bombear a mano el combustible nuevo con el cebador manual, al mismo tiempo que se evacua el aire que ingresó al sistema de combustible abriendo el tornillo de aireación en el soporte del filtro de combustible.

Fig. 14. Prueba de la bomba de combustible

Filtro de combustible.- Este filtro se intercala en el circuito de bomba de alimentación y la bomba de inyección.

Tiene la misión de proteger a la bomba inyectora y a los inyectores, realizando un filtrado escrupuloso del combustible gracias a un fino material filtrante muy tupido, se emplea para ello tela metálica, placas de fieltro, tela de nailon, papel celuloso, Fig. 15.

Fig. 15

Bomba de inyección.- El combustible purificado llega luego a la bomba de inyección, de la que existen dos modelos, según la disposición de los elementos en la bomba y su forma de realizar la distribución del combustible sobre los inyectores: La bomba de elementos en línea y La bomba de elemento rotativo. La bomba rotativa o del tipo distribuidor (Fig. 16) se usa principalmente en los motores pequeños y tiene un solo pistón para bombear el combustible a todos los cilindros.

Fig. 16. Bomba de inyección rotativa

La bomba de elementos en línea (Fig. 17) se utiliza para motores más grandes. Funciona con un pistón para cada cilindro del motor y tiene por lo tanto una capacidad mucho mayor. Las bombas de inyección de combustible se construyen con gran precisión para que sean capaces de suministrar combustibles en las cantidades y tiempos correctos.

Fig. 17. Bomba de inyección lineal

Cuando el conductor oprime el pedal del acelerador, acciona simplemente una varilla de mando de la bomba de inyección de combustible, esta varilla, a su vez, hace girar los pistones de la bomba y se inyecta mayores cantidades de combustible a los cilindros. El caudal de de inyección de combustible se calcula mediante la ecuación de continuidad de fluidos.

Q = A . V Donde: A = Área, V = velocidad

Ejemplo:

La velocidad de una bomba en el suministro, cuyo diámetro tiene 60 mm. es 4 m/s. Calcule la velocidad en la parte de la cañería escalonada de ancho nominal de 50 mm.

Respuesta: 5,76 m/s

La bomba de inyección es el mecanismo de bombeo encargado de comprimir el combustible a gran presión (de 100 a 700 Kg. /cm2), EDC llega las presiones de 1000 a 2000 Kg. /cm2 y distribuirlo entre los inyectores situados en los cilindros del motor. Para ello lleva una serie de elementos encargados de que la inyección y el suministro de combustible a los cilindros cumplan las siguientes condiciones:

• Dosificación exacta de la cantidad de combustible a inyectar según las necesidades de carga en el motor.

• Distribución de un caudal de combustible en cada embolada rigurosamente igual para cada cilindro del motor.

• Elevada rapidez de actuación, debido a que el tiempo empleado en cada inyección es extremadamente corto, sobre todo en motores rápidos (milésimas de segundo), la bomba debe ser capaz de producir el suministro de combustible y el cese de la inyección durante es reducido tiempo.

• Debe realizar la inyección en el instante preciso, para ello se instala un sistema de regulación y avance automático a la inyección adosados a la bomba que permite aquella a la velocidad de régimen y carga del motor.

Todas estas condiciones de funcionamiento hacen que la bomba de inyección sea un elemento de elevada precisión, empleándose en su fabricación material de gran calidad. El extremado ajuste de sus elementos constructivos permite que, en un tiempo de funcionamiento tan reducido, la bomba pueda ser capaz de cargarse de combustible, comprimirlo a gran presión e inyectar sobre el cilindro en el momento justo un caudal tan pequeño de combustible, sin pérdida de carga, que no admite la más pequeña fuga de combustible ni desfase en su comportamiento funcional.

Estas características de la bomba dan idea de su elevado costo de fabricación, siendo éste uno de los elementos que influyen directamente sobre el mayor precio de los motores diesel.

Inyector.- El inyector (Fig. 18) se fija firmemente a la culata. Su finalidad es inyectar combustible finamente pulverizado a presión muy elevada en la cámara de combustión. El extremo del inyector sobresale un poco dentro de la cámara de combustión y absorbe mucho calor. A fin de extraer el calor, el inyector está envuelto en un manguito de cobre. Una parte del combustible suministrado a la tobera se fuga entre la aguja de la tobera y el manguito para enfriar y lubricar la misma. El exceso de combustible retorna luego al depósito mediante una línea de retorno.

Fig. 18. Inyección de combustible

Turbocompresor.-Los motores instalados en los camiones y autobuses modernos funcionan con sobre-compresión en la admisión. Esto significa que un compresor impulsa mayor cantidad de aire dentro de los cilindros que el que pueden aspirar los pistones. Cuanto más aire se pude introducir en el cilindro, mayor es la cantidad de combustible que se pude quemar Fig. 19.

Fig. 19. Turbocompresor

En consecuencia, se pude incrementar la potencia del motor sin aumentar la cilindrada. En el lenguaje moderno, este compresor se denomina turbocompresor. El flujo de gases de escape acciona el turbo. La ventaja de un turbocompresor de este tipo es que no se requiere potencia adicional del motor para accionarlo. Los gases de escape accionan un rotor del tipo turbina que alcanza una velocidad muy elevada.

En el otro extremo del eje que sostiene la turbina hay una rueda del tipo compresor. Cuando el rotor se acelera, fuerza el aire hacia los cilindros y desarrolla una sobrepresión. La combustión de un motor con turbo compresión de admisión, es de mejor rendimiento que la de un motor de aspiración natural y abarata su funcionamiento. Esta combustión más eficaz proporciona también gases de escape más limpios y reduce así la polución. El turbo sirve también como silenciador adicional, tanto en el lado de admisión, como en el lado de salida de los gases quemados y reduce considerablemente el nivel de ruido del motor.

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DEL MOTOR DIESEL EDC (CAMMON RAIL)

Funciones del sistema de inyección son:

• Alimentación del motor diesel con combustible diesel Nº 02

• Producción de la presión (alta) para la inyección y distribución de combustible a cada cilindro

• Inyección del combustible en la cantidad correcta y en el momento adecuado

• Sistema de carga

Alternadores

Estos elementos fallan rara vez por razones eléctricas (diodos o bobinados) , salvo errores o fallas mayores en el circuito eléctrico, pero en cambio , por su alta velocidad de rotación , requieren a menudo, reparación de sus elementos de desgaste: rodamientos, segmentos (anillos) rozantes y carbones (escobillas) .

Cabe destacar que los motores Diesel que operan en minería andan con velocidades bajas de la caja de cambio y altos regímenes de giro del motor y/o a altas velocidades en carreteras, tendrán desgastes mayores, situación a la que asimilan las maquinarías, camiones, volquetes, cargadores frontales, tractores, perforadoras y servicios auxiliares.

En general, le cambio de elementos de desgaste se sitúa entre los 3500 h y 4000 h. por lo que se considerará el promedio de 3750 h.

Componentes del sistema de carga Fig. 20 y Fig. 21.

Fig. 20. Circuito de carga

Componentes del sistema de carga

• Batería o acumulador

• Alternador o generador

• Regulador de corriente

• Chapa de contacto

• Cables de tierra y positivo

• Amperímetro (carga o descarga)

• Tablero de fusibles de control

• ECU

• Sensores

• Conectores

Fig.21. Sistema de carga

Principio de funcionamiento. Partimos de la base de que si un conductor eléctrico corta las líneas de fuerza de un campo magnético, se origina en dicho conductor una corriente eléctrica.

La generación de corriente trifásica tiene lugar en los alternadores, en relación con un movimiento giratorio. Según este principio, existen tres arrollamientos iguales independientes entre sí, dispuestos de modo que se encuentran desplazados entre sí 120°. Según el principio, de la inducción, al dar vueltas el motor (imanes polares con devanado de excitación en la parte giratoria) se generan en los arrollamientos tensiones alternas senoidales y respectivamente corrientes alternas, desfasadas también 120° entre sí, por lo cual quedan desfasadas igualmente en cuanto a tiempo. De esa forma tiene lugar un ciclo que se repite constantemente, produciendo la corriente alterna trifásica.

Partes de alternador

• 2. Rotor

• 3. Escobillas o Carbones

• 4. Porta Carbones

• 5. Estator

• 6. Arrollamiento o devanado de excitación o inductor

• 7. Inducido

• 8. Entrehierro

Como se forman las tres fases ya desfasadas, aquí el periodo de salida de cada vuelta es de más menos o de menos más (+ -) o (- +) aunque los tres cables llevan la doble polaridad, dos lo hace en positivo y uno de los cables lo hace en negativo, por ejemplo el numero 1 lo hace en negativo y el 2 y 3 en positivo o el 1 y 2 lo hacen en positivo y el 3 en negativo, de esta forma siempre hay en las tres fases una de distinta polaridad.

 El flujo de la corriente alterna, por este motivo esta corriente se define de esta forma, por que el inducido recoge en cada vuelta completa la doble polaridad que posee el inductor.

Cuando gira en sentido contrario la polaridad cambia y los motores funcionan en sentido contrario. Es decir al revés de cómo funcionaban.

En los alternadores los inductores están alimentados por una excitatriz, esta es una corriente adicional producida por una dinamo (corriente continua) para alimentar los electroimanes o polos electromagnéticos que forman el campo magnético del alternador, como éste no tiene imanes lo tiene que hacer con electroimanes que tiene más potencia e intensidad de flujo que los imanes.

En esta maquinas la tensión llega ha ser muy alta, al ser alterna lleva cada cable la doble polaridad, lo que la convierte en muy peligrosa para su manipulación.

Así podemos comprender que cuando pasan las espiras de alambre de una parte de la armadura frente a una zona del inductor o polo electromagnético, arranca una copia de esa determinada polaridad y la introduce por el correspondiente cable de salida.

La electricidad se comporta como un fluido ya que se diferencia poco de este, lo que si interviene siempre es la doble polaridad.

"Se llama polo positivo al que, por su naturaleza, posee un potencial eléctrico y polo negativo aquel en que ese potencial se manifiesta como vacío "

Los contenidos aquí expuestos son válidos para alternadores monofásicos y trifásicos. En el caso del alternador trifásico, las consideraciones y magnitudes son de fase

• Sistema de arranque

Finalidad del sistema de arranque. El sistema de arranque tiene por finalidad de dar manivela al cigüeñal del motor para conseguir el primer impulso vivo o primer tiempo de expansión o fuerza que inicie su funcionamiento. El arrancador consume gran cantidad de corriente al transformarla en energías mecánica para dar movimiento al cigüeñal y vencer la enorme resistencia que opone la mezcla al comprimirse en al cámara de combustión.

Una batería completamente cargada puede quedar descargada en pocos minutos al accionar por mucho tiempo el interruptor del sistema de arranque, se calcula que el arrancador tiene un consumo de 400 a 500 amperios de corriente y entones nos formamos una idea de que una batería puede quedar completamente descargada en poco tiempo, por eso no es recomendable abusar en el accionamiento del interruptor de arranque Fig. 21.

Fig. 21. Sistema de arranque

Función de la marcha

Puesto que un motor es incapaz de arrancar sólo por el mismo, su cigüeñal debe ser girado por una fuerza externa a fin de que la mezcla aire-combustible sea tomada, para dar lugar a la compresión y para que el inicio de la combustión ocurra.

El arrancador montado en el bloque de cilindros empuja contra un engranaje motriz cuando el interruptor de encendido es girado, una cremallera engancha con el volante y el cigüeñal es girado.

Componentes principales del motor de arranque Fig. 22.

Fig. 22. Motor de arranque

Sistemas de ayuda para el arranque de los motores diesel

Estos 10 a 30 segundos de precalentamiento resultan inevitables para un gran número de motores de este tipo. Pues el funcionamiento con auto ignición exige que en la cámara de combustión imperen temperaturas considerablemente elevadas (entre 700 y 900 grados centígrados), que no en todos los diesel y a cualquier temperatura exterior pueden alcanzarse ya tras los primeros giros del motor de arranque.

En la mayoría de los casos, para el arranque en frío se utilizan como eficientes fuentes de calor las llamadas bujías de incandescente, que son calentadas a través de la instalación eléctrica del vehículo. Estas bujías se ubican en la tapa de cilindros y se proyectan hacia el interior de la cámara de combustión Fig. 23.

• 1. Inyector

• 2. Bujía incandescente

• 3. Cámara de combustión

Fig. 23. Cámara de combustión

• Tablero de control – instrumentos

En el tablero de control están ubicados todos los instrumentos que nos permiten operar una máquina de carguito, transporte, perforación, etc. Las cuales requieren habilidades y viveza del parte del operador Fig. 24.

Estratégicamente posicionado, el tablero de instrumentos con un completo número de mostradores fue desarrollado para proporcionar lecturas fáciles y precisas. Permite el control del equipamiento en la operación del sistema retro o en el sistema transmisión de máquinas.

Fig. 24. Tablero de control

Instrumentos principales.

• 1. Indicador de presión de aceite del motor

• 2. Indicador de presión de aceite transmisión

• 3. Indicador de presión de sistema hidráulica y neumática

• 4. Amperímetro

• 5. Indicador de temperatura de refrigeración del motor y transmisión

• 6. Interruptor de arranque y calentamiento

• 7. Velocímetro

• 8. Odómetro

• 9. Indicador de nivel de combustible

• 10. Luz advertencia de presión de aceite del motor

• 11. Luz de advertencia del sistema de carga.

• 12. Luz de advertencia del sistema de frenos

• 13. Luz de advertencia de bajo nivel de combustible

• 14. Luz de aviso de cinturón de seguridad

• 15. Luces de indicadores de señal de giro y señal de peligros.

• 16. Otros.

Controles principales.

• 1. Chequear manómetro de aceite del motor.

• 2. Chequear revoluciones del motor.

• 3. Chequear temperatura de agua

• 4. Chequear filtro de aire, ver marcador

• 5. Chequear compresor (ver presión de aire).

• 6. Controlar la fuga de aceite.

• 7. Revisión general de máquina.

La cabina del operador proyectada ergonómicamente mediante tecnología avanzada de realidad virtual para proporcionar comodidad, espacio y visibilidad incomparables al operador.

Las palancas y botones de control, los interruptores y los medidores se ubican para aumentar al máximo la productividad, los controles de operación de bajo esfuerzo para la dirección, los cambios y sistema de transmisión; los mismos responden precisamente a los mandos del operador. Los controles de operación pueden configurarse de dos maneras: con sistema de dirección Comando Control y controles electro hidráulicos de una máquina.

CAPITULO II

Equipos de perforación en minería superficial

2.1. Perforación

Perforación de rocas, es la rotura que se realiza en un determinado cuerpo roca, terreno) de una profundidad determinada en forma de testigos circulares o cilíndricos para luego arrancar o volar el material requerido.

Dentro de las perforaciones en minería superficial tenemos dos tipos:

• Primaria

• Secundaria.

a) Perforación Primaria.- Es la primera perforación que se realiza al cuerpo (mineralizado, roca, etc.) para luego ser arrancado el material, dentro de este tipo de perforación la más utilizada es la perforación rotativa Fig. 25.

Fig. 25. Perforadora Brucyrus

b) Perforación secundaria.- Es la segunda perforación después de voladura que se realiza al cuerpo (mineralizado, roca, etc.) para luego ser arrancado el material.

2.2. Perforadora rotativa.

Estas perforadoras se basan en el principio rotativo y el avance se realiza por desgaste de la roca causada por la broca del barreno.

Este tipo de perforación originalmente, fue usada en la perforación de pozos de petróleo, actualmente esta siendo usada en la perforación primaria para la voladura en minas a cielo abierto, en rocas cada vez mas duras y funcionan accionadas por motores diesel o energía eléctrica.

En la perforación rotativa se distingue 3 tipos:

• Rotación – trituración.

• Rotación – corte.

• Abrasivo – rotativa.

2.1.1. Perforadora de Rotación – Trituración:

Esta perforación es un método de intenso desarrollo, es aplicable en perforación de rocas con una compresibilidad de hasta 5000 Kg./cm2.

La fuerza de avance es utilizada para presionar constantemente los botones contra la roca. Se requiere una fuerza de avance muy grande, normalmente de 2 a 3.5 TN-s/pulgada de diámetro de broca Fig. 26.

Fig. 26. Brocas

El peso de la máquina utilizada puede limitar la fuerza de avance a ser aplicada. La máquina requiere siempre ser posicionada firmemente en el piso. La fuerza de avance es transmitida a los tubos de perforación a través de un avance de tipo cadena con accionamiento hidráulico.

En este sistema de perforación, la rotación sirve para girar la broca y así una parte nueva del fondo del taladro puede ser trabajada.

La remoción de los detritus se lleva a cabo con aire de barrido, a veces conjuntamente con agua es inyectado a través de los tubos de perforación. Las partículas son sopladas para fuera, por entre los tubos y la pared. Normalmente se emplean toberas reemplazables las que son adaptadas a los tríconos donde el conducto del barrido emerge, y parte del aire del barrido se emplea para mantener limpios los rodamientos del trícono y enfriarlos. Con el fin de que el barrido sea lo más eficiente posible es necesario que el caudal de aire tenga una velocidad determinada, por otra parte debe existir un correcto balance entre el caudal del aire suministrado y la corona anular formada entre el diámetro exterior del tubo y la pared del barreno.

El motor de rotación es una máquina para perforar con tríconos, es accionada hidráulicamente y a velocidades reguladas continuamente.

2.1.2. Perforadora de Rotación – Corte:

Es empleada en perforaciones de formaciones rocosas, blandas y de compresibilidad de hasta 1500 bar.

En este método de perforación la energía es transmitida por los tubos de acero que mediante rotación y presión, fuerzan a los insertos de carburo de tungsteno contra la roca, el filo de los insertos genera una presión en la roca, la que a su vez se quiebra y se rompe en pedazos.

El mecanismo de rotación, normalmente es hidráulico, esta montado en avance accionado en el último de los tubos de perforación. La velocidad es normalmente alrededor de 80 r.p.m., que puede variar de acuerdo con la naturaleza del terreno.

2.1.3. Perforadora Abrasivo – Rotativa:

Es normalmente usada en prospección cuando se desean obtener una muestra o testigo; en este caso se usa una broca tipo corona con inserción de diamantes.

Entre los principales equipos de perforación rotativa se tiene:

• Perforadoras Rotamec 2200 de Atlas Copco: montado sobre orugas totalmente hidráulicas, es utilizado en perforación primaria en minería a cielo abierto. La perforación se efectúa con tríconos de ¾" y perfora taladros verticales hasta 65 pies con una velocidad de 85 pies / hora.

• Perforadoras Bucyrus Erie; diseñadas para la perforación de minería a cielo abierto, tiene una capacidad hasta 97.5 pies de longitud, con diámetros de 9 a 15 pulgadas y utiliza brocas tricónicas.

• Perforadoras Long Year44, p 38, con diamantes de corona (sondas rotativas), cuya finalidad es obtener sondas o testigos, entre otros.

2.1.3.1 Perforadora Bucyrus Erie:

Son máquinas hidráulicas de rotación – trituración.

Se tienen los siguientes modelos:

• Perforadoras Brucyrus BE 60 R.

• Perforadoras Brucyrus BE 50 R.

• Perforadoras Brucyrus BB 47 R

• Perforadoras Brucyrus BE 45 R.

Estas perforadoras hacen taladros circulares con el uso de brocas tricónicas que varían de 9 7/8" hasta 12 ¼" según el modelo de perforadora-

Las características técnicas de las perforadoras BE 45 R y BE 60 R son:

• B. Características Técnicas de las Máquinas BE:

B. Sistemas principales de Bucyrus Erie:

• 1. Sistema Principal de Aire; El aire del sistema sirve para la expulsión de las partículas y limpieza del barreno. El aire comprimido es proporcionado por un compresor rotativo.

• 2. Sistema Auxiliar de Aire; Es proporcionado por el compresor adicional accionado por un motor eléctrico, el cual comprime suficiente aire para el accionamiento de los diferentes controles.

• 3. Sistema Hidráulico; Dos bombas accionadas por medio de un motor eléctrico proporcionan la presión hidráulica necesaria para el empuje, guía central, llave de herramientas (mordaza o tenazas), elevación del mástil (castillo), gatos y veladores.

• 4. Sistema de Elevación; El bastidor guía conduce a lo largo del mástil a la cabeza de rotación que influye el motor. Toda esta unidad esta soportada en el mástil mediante el eje cargador y el conjunto piñón – cremalleras.

• 5. Sistema de Elevación – Propulsión; El motor de elevación – propulsión, así como la caja de transmisión están situadas y fijadas a los soportes del mástil.

• 6. Sistema de Lubricación; La lubricación es una de las tareas más importantes en el mantenimiento de la perforadora, como son los aceites para los motores y compresores; grasas para todos los rodamientos de bolas y rodillos, engranajes abiertos y cadena de rodillos. Existiendo sistemas de engrase centralizados que son automáticos.

• 7. Sistema Eléctrico; Los motores eléctricos y generadores, están entre las más eficientes máquinas conocidas hasta hoy y pueden trabajar con una mínima atención.

• C. Partes de una Perforadora Bucyrus Erie.

En todas las máquinas perforadoras BE se pueden observar las siguientes partes generales Fig. 27.

Fig. 27. Perforadora brucyrus Erie

• 1. Sala de Maquinas.- En este ambiente se encuentran todas las máquinas: El compresor principal, el compresor auxiliar, el ventilador, el generador de corriente continua, el motor de corriente alterna, los paneles eléctricos, bombas de engrase, la bomba hidráulica, deposito de aceite, etc.

• 2. Castillo o Mástil.- En la estructura portante de la columna de perforación o sea el motor de rotación, barreno, broca; además esta ubicado el elevador de cable, en la parte superior lleva ruedas dentadas para el control de la cadena de sujeción de la columna de perforación; aquí también encontramos la porta barrenos para guardar los mismos.

Columna de perforación.- La columna de perforación que va en el castillo del mástil del equipo de perforación, es la que sirve directamente para la perforación de los taladros, se observa las siguientes partes:

a) Cabeza Motriz.- Es la parte superior de la columna de perforación que lleva el motor de giro correspondiente al conjunto barreno – broca; además por allí ingresan los conductos de aire y agua para el barrido de los detritus y la refrigeración de la broca.

Esta cabeza motriz baja y sube según se opera para perforar un taladro; está unido al castillo o mástil por cremalleras y guiadores. El descenso y ascenso se controla a través de ruedas dentadas que lleva en ambos lados de su caja y por ellas pasan las cadenas de transmisión de la presión hidráulica de empuje, que es accionado desde la base del castillo por una bomba hidráulica.

b) Barreno.- Es una barra cilíndrica fabricado de acero aleado y con tratamiento térmico integral. En uno de sus extremos tiene hilos macho que permiten el acople con la caja rotatoria y en el otro, hilo hembra donde se conecta el estabilizador. Ambos hilos son Beco (hilo grueso) de 2 hilos por pulgada. Inmediatamente después de los hilos (y en el exterior) tiene muescas que permite sujetarlo a la máquina (por medio de muelas hidráulicas) cuando se realiza su acople o desacople.

Estos tubos de acero tienen la finalidad de transmitir el giro y fuerza de empuje a la broca para así efectuar la perforación; además por su agujero central corre el aire y el agua de perforación. La longitud de la barra de perforación (stem) es variable así como también su diámetro de acuerdo al modelo de perforadora.

c) Estabilizador.- Llamado también Rimer son tubos de 1.5 m de longitud que van ubicados entre la broca y el barreno, estas son piezas de mayor diámetro que los barrenos y sirven como su nombre los indica para estabilizar la columna de perforación, es decir para que no oscile y evitar excentricidades en la perforación como el desgaste anómalo de trícono ( Desgaste de los faldones y de las hileras periféricas de los conos de la broca); Las barras de perforación de ven favorecidas ya que estas no se desgastan prematuramente por la acción abrasiva y también ayuda a la broca a dar el diámetro correspondiente al taladro sin causar gran trabajo en la broca utilizada.

Existen dos tipos de estabilizadores:

Estabilizador de Aletas: son tubos que llevan soldados longitudinalmente y en los lados opuestos radicales placas de acero con insertos de metal duro.

Estabilizador de rodillos: son tubos similares con la diferencia de que en los costados, longitudinalmente tienen cavidades en las cuales llevan alojados los rodillos alargados, que operan en el diámetro del taladro y giran según el conjunto.

En estos estabilizadores no se debe permitir el desgaste total de las aletas o rodillos, ya que pueden caer parte de ellas dentro del hueco y dañar la broca.

Cuando ocurre un desgaste incorrecto de las aletas o rodillos es como resultado de:

• Excentricidad del estabilizador

• Mal empate de la broca

• Barrenos torcidos

• Carro desnivelado

d) Broca.- Es la más importante herramienta de perforación, tanto porque es la que directamente efectúa la perforación, como por su elevado costo y corta duración.

Las brocas utilizadas por las perforadoras rotativas son tricónicas, las cuales constan de un cuerpo con tres rodillos cónicos móviles equipados con botones de carburo cementado. Los botones están distribuidos sobre los tres rodillos de tal manera que la totalidad del fondo del taladro es perforado cuando se rota el trícono.

El trícono funciona en dos formas distintas según que la roca sea blanda o dura. En el primer caso los ejes de los conos no pasan por el eje de rotación del tren de perforación, sino que tienen un cierto descentrado lo cual hace que los dientes no rueden solamente por el fondo del agujero si no que les dan a la vez un movimiento de deslizamiento capaz de arrancar un trozo de roca blanda. En cambio cuando la roca es dura este descentrado es mucho menor o nulo incluso. Los dientes del cono rompen la roca por impacto Fig. 28.

Fig. 28. Brocas ticónicas

Los conos del trícono se enumeran en el sentido de las agujas del reloj, mirando este por debajo.

Las variedades de brocas tricónicas usadas son:

Brocas de dientes: Estas brocas llevan como estructura de corte formas alargadas de acero, incrustadas en los conos llamados dientes de acero que son aleaciones de acero níquel molibdeno que son carburadas, enfriadas luego tratadas térmicamente lográndose dientes resistentes a la astilladura y a la fractura, con una máxima resistencia tolerancia al desgaste y al impacto en el duro trabajo a la que son sometidos al perforar una roca.

Brocas de insertos: La estructura de corte de estos trépanos esta formada por insertos cilíndricos de carburo y tungsteno colocados a presión dentro de orificios maquinados en cada uno, en el número suficiente y distribución adecuada. El principio básico empleado para este tipo de trepano es que las partes expuestas o sobresalientes de los insertos de carburo de tungsteno producen una acción de impacto y el consecuente resquebrajamiento de la roca.

Para la selección de brocas a utilizarse depende del Material que se va ha perforar y la presencia del personal; para el material suave como el ripio, arcilla, limo, requiere de una broca tricónica de dientes, para una buena penetración y un bajo costo.

Para rocas medianamente duras, tales como calizas, areniscas, diorita, una broca tricónica de dientes medianos, o se puede usar también un tipo de broca tricónica de carburo de tungsteno.

Para material duro, como fierro taconita, un tipo de broca tricónica con insertos de carburo de tungsteno para terreno duro.

Para determinar el tipo o modelo de broca que se ha de usar en la perforación de las diferentes variedades de roca que se tiene en la mina, tanto en mineral como en desmonte, se tiene en cuenta las recomendaciones que especifican los fabricantes de tríconos, de acuerdo a las características que indican a sus productos.

Partes Principales de una Broca Tricónica Fig.28

• 1. Espiga o conexión macho, en el borde se encuentra el tipo, numero de serie, medida de la broca y numero de ensamblaje.

• 2. Hombro de la espiga, borde macho y tope de la espiga.

• 3. Cuerpo.

• 4. Pata o pierna de la broca.

• 5. Faldón en número de tres, cuya función junto con la pata es el soporte de los conos.

• 6. Conos Nº 1, Nº 2, Nº 3.

El cono Nº 1 lleva punta de flecha para evitar se forme testigo, los conos

subsiguientes se enumeran siguiendo la dirección a las agujas del reloj.

• 7. Dientes o insertos de la hilera exterior incluyendo el calibre.

• 8. Dientes o insertos intermedios o filas intermedias.

• 9. Dientes o insertos interiores o de nariz.

• 10. Boquilla para aire o tobera de barrido.

Entre las partes internas de las brocas se pueden observar:

• 1. Conductos de aire que comprenden el conducto de aire principal y conductos secundarios para los rodamientos.

• 2. Rodamientos que comprenden los cojinetes de rodillos y bolas.

• 3. Flanco de la pista del cojinete de bolas.

• 4. Buje o botón de nariz.

• 5. Pin piloto.

• 6. Buje.

Perforadora de producción Pit Viper – Serie 351 de Ingersoll-Rand.- En Minexpo 2000, Ingersoll-Rand presentó al mercado la perforadora Pit Viper, con el propósito de satisfacer la demanda de perforación en grandes diámetros desde 10 5/8" hasta 16" (269 – 406 mm).

Fue diseñada con el propósito de ofrecer nuevas aplicaciones y soluciones tecnológicas en donde se requieren perforaciones de gran diámetro. Estas particularidades la sitúan a la vanguardia de las que actualmente existen en el mercado minero Fig. 29.

Fig. 29. Perforadora Pit Viper

Perforadoras ROC L8 de Atlas Copco en Chuquicamata.- Situada a cerca de 200 kilómetros de Antofagasta y a 2.800 metros sobre el nivel del mar, en el desierto en la zona norte de Chile, la mina de cobre Chuquicamata es la división más importante de las cinco pertenecientes a la compañía Codelco, propiedad del estado, la cual es la productora más grande de cobre del mundo Fig. 30.

Fig. 30. Roc L8

La mina es una enorme explotación a cielo abierto, con una longitud de 8 kilómetros, un ancho de 2,5 kilómetros y 800 metros de profundidad. El viaje hasta el fondo de la minademora 30 minutos.

   Chuquicamata aporta 180.000 toneladas métricas de las 640.000 toneladas de mineral metálico que extrae Codelco diariamente. Este año se anticipa una producción de cobre refinado de 620.000 toneladas y 13.500 toneladas de molibdeno. La explotación minera en este sitio comenzó hace 85 años y se estima que existen suficientes reservas para explotar la mina durante un cuarto de siglo más. También hay planes para iniciar la explotación subterránea para el 2.008. Las operaciones de pre corte han sido realizadas durante muchos años con perforadoras grandes y pesadas. Sin embargo, las voladuras de grandes agujeros y las cargas pesadas producen bancos irregulares e inestables que tienden a disminuir la eficiencia.

CAPITULO III

Equipos de carguío en minería superficial carguío de materiales

• Palas mecánicas.

En explotaciones a cielo abierto se utiliza ampliamente las excavadoras de un solo cucharón y dentro de estas excavadoras predominan: las palas mecánicas y las dragas.

Las palas mecánicas o excavadoras (Fig. 31) de un cucharón se utilizan en variadas condiciones mineras y con cualquier dureza de roca. Las rocas blandas se excavan por palas mecánicas sin empleo de explosivos. Las rocas semi-duras se explotan sin desgarramiento de explosivos o con pequeñas cantidades de explosivos. Para la excavación de rocas duras el empleo del explosivo es obligatorio. La excavabilidad del suelo es de mayor importancia en la selección del equipo de excavación. Esto depende de varios factores: dureza del suelo intacto, resistencia propiedades abrasivas de los minerales constituyentes, densidad in situ y de material suelto, pegabilidad, grado de preparación del suelo, fragmentación, etc.

Componentes principales de la pala mecánica:

Fig. 31. Partes de la pala mecánica

La pala mecánica pertenece al grupo de excavadoras cíclicas. Además de la pala mecánica pertenecen a las excavadoras cíclicas, la draga, el cargador frontal, mototrailla bulldozer, etc. La pala consiste en un aguilón, uno o varios brazos, un cucharón y un mecanismo para soltar o abrir la puerta que va montada en el fondo de dicho cucharón. Los brazos se deslizan hacia delante y hacia atrás sobre el eje de hincadura del aguilón. La energía necesaria para estos movimientos proviene de la máquina principal y se transmite mediante un cable a una cadena de eslabones de rodillos. Puesto que el eje de hincadura actúa como un pivote, tanto el cucharón como sus brazos pueden levantarse o bajarse mediante el cable de izar y empujarse hacia afuera o retraerse por medio del de hincadura. Tales movimientos pueden realizarse simultáneamente y permiten una gran velocidad de operación.

Las palas mecánicas se dividen en: palas para construcción (cucharón de 0.25 a 2.0 m3), palas de canteras (cucharón de 3 a 19 m3), y palas para recubrimiento (cucharón de 4 a 126 m3).

La pala mecánica se coloca en el piso del banco que se explota por cortes sucesivos, cuyos frentes se disponen en el extremo de la faja en explotación. La pala excava la roca en el corte desde abajo hacia arriba y a medida que se progresa el trabajo se desplaza adelante.

Las operaciones básicas durante el trabajo de una pala son: excavación, giros para descarga y para regreso y carga. De que el ciclo de trabajo de una pala mecánica consta de:

T= Te + Tgd + Td + Tgr ( segundos)

Donde: Te = duración de excavación en seg.(corte y levante)

Tgd= duración de giro para descarga en seg.

Td = duración de descarga en seg.

Tgr= duración de giro para regreso en seg.

El largo del aguilón y la altura del banco tienen poca significación en la producción de las palas mecánicas. Las palas de canteras cumplen un ciclo de 20 a 25 seg. Mientras que las palas de recubrimiento con un giro de 90 grados, lo hacen en 50 a 55 seg.

Ejemplo la distribución del tiempo en el ciclo de una pala mecánica EKG-4 de 4 m3 (rusa) es:

La mayor parte (60%) del ciclo lo ocupan los giros de la pala.

La duración del ciclo puede ser reducida por la disminución del ángulo de giro de giro de la pala.

La duración de la excavación depende de la dureza de la roca y del grado de desgarramiento de la roca por voladura.

Lan duración de descarga del cucharón depende sobre todo de si esta se hace en vaciadero o en recipiente de transporte. El mayor tiempo se pierde en la descarga en recipientes de pequeña capacidad, cuando se necesita para el cucharón y su centrado exacto sobre la caja. Las dimensiones principales de las palas mecánicas se determinan por el volumen del cucharón, largo del aguilón y del brazo del cucharón y el ángulo de inclinación del aguilón.

La Fig. 31 representa las principales dimensiones de trabajo de una pala mecánica:

hm – altura máxima de excavación.

ho – altura óptima de excavación.

Hd – altura máxima de descarga.

Las dimensiones de la y la forma de los frentes de excavación de la pala mecánica se determinan por las dimensiones de la excavadora y la resistencia de la roca.

La altura del frente de excavación según la condición de la seguridad se determina por la altura de excavación. En rocas blandas la altura mayor no debe sobrepasar la altura de excavación máxima ya que, en el caso contrario, en el techo del banco quedarán partes colgantes, cuya caída presenta peligro para la excavadora. En rocas firmes la altura máxima del frente de excavación con utilización de voladura no debe sobrepasar 1.5 veces la altura máxima de excavación.

La altura mínima del frente de excavación debe asegurar el llenado completo del cucharón en una operación. Para el cumplimiento de esta condición la altura del frente de excavación en rocas blandas no debe ser menor de 2/3 de la altura del eje de hincadura, y en rocas duras no debe ser menor de la altura completa del eje de hincadura.

Como ancho del frente de excavación con transporte ferroviario comúnmente se toma el máximo posible, para reducir el número de desplazamientos de la vía.

Con transporte por camiones o por cinta, el ancho del frente de excavación se toma menor que el ancho máximo, ya que su reducción permite reducir el ángulo de giro de la excavadora y con esto reducir la duración de su ciclo.

El ancho máximo del frente de excavación se limita por el radio de excavación en el nivel del piso Rp. En caso contrario durante el trabajo de la excavadora en el piso del banco quedara roca. Por esto el ancho de la parte inferior de excavación se toma igual al radio de excavación en el nivel del piso.

El ancho de la parte exterior del frente de excavación es diferente cuando se trata de rocas blandas y duras desgarradas. La roca en esta parte del frente de excavación, puede ser cargada por el cucharón únicamente cuando el ángulo de giro en dirección hacia la parte explotada no sobrepase los 45 grados.

En caso contrario la roca durante la excavación se desplaza por el cucharón en la parte explotada y no se carga. Por esto en las rocas blandas el ancho de la parte exterior del frente de excavación se fija no mayor de 0.5 a 0.7 Rp. En rocas duras desgarradas por voladura el ancho de la parte exterior puede mayor, la parte exterior del frente de excavación se limita por el radio de descarga Rd.

El lugar de ubicación de los recipientes de transporte se fija en la zona de descarga del cucharón. Por esto la vía de ferrocarril se coloca paralelamente al banco en una distancia de 0.8 a 0.9 Rd máx. del eje de excavadora. Los camiones pueden distribuirse no únicamente al costado de la pala, sino también un poco delante o detrás de la pala.

Con la utilización de cintas transportadas la carga se hace por intermedio de una tolva de alimentación.

3,2. Elección de pala mecánica

El primer paso en la elección de una pala mecánica es la determinación del tamaño del cucharón que puede expresarse por:

q = Q/(c*a*o*b*s*d)

Donde:

Q = Producción horaria requerida, material in situ en m3/h

c = Número teórico de ciclos por hora con un giro de 90º=3600/t

t = Duración de un ciclo de pala mecánica seg.

A = Disponibilidad mecánica.

q = Coeficiente operacional

b = Coeficiente del llenado del cucharón

s = Coeficiente de giro

d = Coeficiente de duración de desplazamiento

El número teórico de ciclos de pala mecánica puede ser obtenido a partir de las publicaciones de los fabricantes o estudios de tiempos de operación, los valores aproximados se dan en la tabla 1.

La mayoría de las operaciones de superficie, las palas no tienen dificultad en carguío hasta su altura óptima de excavación. Cuando la altura de excavación es menor que la óptima se utiliza un coeficiente de corrección:

A veces en las explotaciones de superficie se utiliza la carga superior con camiones ubicados en la plataforma del techo del banco.

Las palas mecánicas llevan brazos mas alargados que las standard y naturalmente el ciclo de pala se alarga. Un aumento de 7 a 12% debe ser agregado al tiempo de ciclo indicado en la tabla 1.

Duración de ciclo de palas mecánicas en segundos. Tabla 1.

El coeficiente de giros es una corrección de la duración del ciclo por giros diferentes de 90º.

La disponibilidad mecánica es la disponibilidad por turno de horas determinadas.

El coeficiente operacional no toma en cuenta las perdidas de tiempo debidas a dirección deficiencias de operarios, condiciones de trabajo, clima etc.

Esta se determina de la siguiente tabla:

El coeficiente de llenado b1 es el grado de llenado del cucharón con el material suelto.

El hinchamiento es el aumento del volumen de 1 m3 in situ después de su expansión.

Si el hinchamiento es del 20% entonces el m3 ha sido aumentado en 1.2 veces.

El hinchamiento es el cociente Pb/Ps donde Pb es el peso del material por m3 en macizo y Ps es el peso por m3 suelto. Su inverso es el coeficiente de hinchamiento b1 utilizado en el cálculo del cucharón.

La rellenabilidad o el grado de llenado b2 del cucharón con el material suelto toman en cuenta una aproximada reducción del 10% del volumen del cucharón por el talud del frente. Se expresa en %.

El coeficiente b del cucharón es el grado de llenado con el material suelto osea:

B = b1 * b2

Tabla para calcular el valor de "b" mediante las distintas rocas

El coeficiente de duración de desplazamiento toma en cuenta perdida de tiempo por desplazamientos de un lugar de trabajo a otro. Algunos valores orientadores:

• Excavación de recubrimientos 0.75

• Trabajo en varios bancos 0.85

• Excavación de arena y grava 0.90

• Canteras de bancos altos 0.95

Condiciones: medición del talud insitu en yd3 min., 100% de eff., giro mínimo, coeficiente de llenado del cucharón considerado, profundidad óptima de excavación, carga a nivel, todo cargado en vehículos de transporte.

Recientemente se ha desarrollado un nuevo tipo de pala mecánica con cucharón de 9m3 de capacidad hidráulico de ciclo de trabajo más corto. Pero se necesita un período relativamente largo para poder opinar sobre las ventajas económicas de la pala hidráulica.

Rendimiento de las palas mecánicas.

Tablas auxiliares para determinar rendimientos en Palas Mecánicas.

TABLA 2

TIEMPO DE CICLO

TABLA 3

FACTOR DE GIRO

Para ángulo de giro = 90 º

TABLA 4

FACTOR DE CORTE

% de Corte = Altura Real / Altura teórica

Altura óptima de corte = 2.76 m.

TABLA 5

FACTOR DE OPERACION

El rendimiento real se obtiene con la fórmula:

Rend. Real = (R.T. x F x Fc x Fop.) / A

Siendo:

Determinación de costos unitarios.

Ejemplo: 1

Se desea determinar el precio unitario de extracción de material tipo I, con una pala mecánica de 1 1/2 yd3. Con un costo horario de $ 129.75, considerando una altura máxima de ataque de 3 m, descargando en camiones mediante un giro de 120°.

El Coeficiente de Abundamiento material clase I es: C.A.=1.30

SOLUCION:

En la Tabla 2, se ve que para una pala mecánica de 1 1/2 yd3 el tiempo de ciclo básico es de 23 s.

Capacidad = 1.5. (.914)3 = 1.14 m3

Número de ciclos / hr. = 3,600 s / 23 s = 156 ciclos/hr.

Rendimiento teórico = 156 x 1.14 = 177.84 m3/hr.

En la Tabla 3, Si el ángulo de giro = 120°, F. giro = 0.88

% de corte = Altura Real/Altura teórica

% de corte = 3.00/2.76 = 1.08

Extrapolando en la tabla 4, se obtiene un factor de corte Fc = 0.985

Si se va a trabajar 50 min. Efectivos, el factor de operación es: Fop. = 0.83

RR = (R.T.x F x FC x Fop) / A.

RR = (177.84 x 0.88 x 0.985 x 0.83) /1.3 = 98.39 m3/hr.

C.U. =129.75 / 98.39 = $ 1.32 /m3

Ejemplos: 2

¿Cuál es el equipo adecuado para producir 20,000 m3/mes con un turno mensual de trabajo de 200 hrs. si el material extraído es de tipo I arcilla con un A. = 1.30

Altura de corte = 5 mts.

Altura de giro = 150 º

Solución:

RR = Rendimiento Real

RR= 20,000 m3/ 200 hrs. = 100 m3/hr.

% corte = 5.00/2.76 = 1.81

Tabla 2 F = 0.79

Tabla 3 Fc = 0.79

Tabla 4 Fop.= 0.83

RT = (RR x C.A)/( F x Fc x Fop).

RT = (100 m3/hr. x 1.3 )/(079 x 079 x 083) = 247.82 m3/hr.

R.T. = 247.82/(0.914)3 = 326.07 yd3/hr.

Pala mecánica adecuada 2 1/2 yd3

Ejemplo: 3

Si el rendimiento real de una pala mecánica de 1 yarda cúbica es de 60.68 m3/hr. a una altura de corte de 4 m y un ángulo de giro de 120°, descargando en camiones Ford F-600 con capacidad nominal de 6 m3 al ras, empleando 5 min. En su viaje desde el sitio de excavación hasta el terraplén de tiro, incluyendo 4 regresos y todas las maniobras consecuentes, ¿Qué alternativa es la adecuada para dejar el equipo ocioso sin tener pérdidas considerables?

SOLUCION

El coeficiente de abundamiento es 1.4 material clase IIa.

En llenar cada camión la pala empleará:

Tiempo de llenado por camión = (6 m3 x 50 min) / (1.4 x 60.68min) = 3.53 min.

El tiempo total del ciclo será:

Tiempo de traslado 5.00

Tiempo de llenado 3.53

Tiempo total = 8.53 min,

Por lo que para abastecer la pala se requerirá;

No. de camiones = 8.53 min / 3.53 min = 2.41 camiones

El rendimiento horario será;

Con 2 camiones = (6 m3 x 50 min / hr x 2) / (1.40 x 8.53) = 50.24 m3 / hr

Con 3 camiones = (6 m3 x 50 min / hr x 3) / (1.40 x 8.53) = 75.36 m3 / hr

Empleando 2 camiones se perderá:

[(60.68 – 50.24) x 100] / 60.68 = 17.20% de la productividad de la pala.

Empleando 3 camiones se perderá:

[(75.36 – 60.68) x 100] / 60.68=19.50 % de la productividad de los camiones.

Si los costos horarios son:

Pala mecánica $ 129.75 / hr.

Camión Ford F-600 $ 120.96 / hr.

Si se utilizan 2 camiones se perderían $22.32 del costo horario de la pala mecánica.

Si se utilizan 3 camiones se perderían $70.77 del costo horario de los camiones.

Desde este punto de vista resulta más económico trabajar la pala con 2 camiones, ya que la pérdida es menor y el rendimiento real sería de:

50.24 m3 / hr

3.3. Cargador frontal

En minería a cielo abierto este tipo de máquina se encuentra en gran variedad de tamaños, construido sobre orugas o sobre ruedas con neumáticos de caucho y con accionamiento sobre dos o sobre cuatro ejes Fig. 32.

Componentes principales de cargador frontal

Fig.32. dimensiones del cargador frontal

Estos equipos tienen una gran popularidad como máquinas de carga en canteras y graveras, por su gran movilidad, maniobrabilidad y versatilidad, habiendo alcanzado su máxima utilización a partir de los años 70.

Las palas mecánicas están capacitadas para efectuar las siguientes operaciones: carga de camiones vagones y tolvas, carga y transporte de material en distancias cortas, eliminándose el empleo de camiones; y operaciones de acopio, alimentación empuje y auxiliares.

Tipos de unidades

Según el tren de rodaje existen dos tipos de unidades: sobre ruedas y sobre orugas, siendo las primeras las más utilizadas.

De acuerdo a la capacidad del caso se establecen tres categorías de palas:

• 1 pequeñas < 4m3

• 2 medianas 4-8 m3

• 3 grandes >8 m3

Las palas sobre cadenas se encuentran en la categoría 1 empleándose como máquinas auxiliares y unidades de carga en condiciones favorables. Las palas de ruedas han seguido en los últimos tiempos una evolución paralela al desarrollo del tamaño de los volquetes. Partes principales y sistema muestran la Fig. 33.

Fig. 33. Palas sobre ruedas

Características generales

Las características generales de los cargadores son:

• Gran movilidad y maniobrabilidad.

• Diseño compacto, peso reducido, y poca potencia instalada con relación a la capacidad del cazo.

• Posibilidad de manejar diferentes sistemas de transporte y arranque.

• Menor inversión del capital que en otros equipos de carga.

• Vida útil media entre 10000 a 15000 h.

• Costos de operación medios.

Aplicaciones

Estas unidades tienen dos aplicaciones básicas:

Como equipos de carga y como equipos de carga y transporte.

Para llevar a cabo la primera operación la máquina se acerca al montón de material y penetra en él, estando al ras del suelo, mediante basculamientos sucesivos lo carga y a continuación retrocede y avanza, describiendo una V hasta aproximarse a la unidad de transporte para descargar el material. Este es el ciclo básico que se repite sucesivas veces.

Existen 4 procedimientos de carga: método tradicional con una pala, método tradicional con dos palas, método alternativo y método de cadena.

La elección de uno de ellos depende de la disponibilidad de máquinas y objetivos de saturación de unas unidades u otras.

Cuando la distancia de transporte es pequeña se puede eliminar el empleo de volquetes o camiones. Este procedimiento se utiliza en la alimentación de marchadoras móviles, plantas de hormigón, manipulación de acopios etc.

Consideraciones de selección

A partir de la producción horaria y las características del tipo de material a cargar se puede proceder a determinar algunas características básicas de las palas. Por ejemplo se puede estimar el tamaño de cazo necesario.

El peso y potencia de las palas que se aconseja se calcula con las siguientes expresiones:

Peso (1) = 7.5 c(m3)

Potencia (kw) = 47 c(m3)

Para que los volquetes estén equilibrados con las máquinas de carga se recomienda que estas tengan una capacidad próxima a las dadas en el siguiente cuadro:

Además hay que tener en cuenta ciertas condiciones geométricas entre las palas y los volquetes.

Pala H(m) = 3.5+0.3c (m3)

Pala + tractor H(m) = 6+0.3c (m3)

Las alturas óptimas de banco se fijan en función del tamaño de las palas y sistema de carga utilizada.

En lo referente al sistema de rodaje, para unidades con cazos menores de 4 m3 podrá elegirse en función de las condiciones del piso de la cantera y estado del frente de trabajo.

Cargador de ruedas

Se construyen en tamaños de 1 a 11 m3 y se encuentran en estado de proyectos con cucharas de 27 m3 Fig. 34.

Fig.34. Cargador frontal sobre neumático

Las cargadoras son de bajo costo y de corta vida, en comparación con las palas mecánicas. Debido a su movilidad y flexibilidad, su utilización aumenta en explotaciones de superficie donde pueden ser alejados rápidamente de las áreas de voladura.

En minas metalíferas su empleo está restringido a los trabajos de destape del recubrimiento y a las operaciones auxiliares. Compiten con la pala mecánica en carga primaria en situaciones de inseguridad política o económica cuando las inversiones deben ser mínimas.

La elección del tamaño de una cargadora consiste en los siguientes pasos:

• 1) Determinación del monto de la producción por unidad de tiempo. (hora, minuto, etc.)

• 2) Calculo del tamaño de la cuchara sobre la base del ciclo de trabajo de la máquina y de su eficiencia.

• 3) Elección de la cargadora según especificaciones de los fabricantes según el tamaño de la cuchara elegida.

La capacidad de la cuchara es:

Qc = carga operativa/(densidad suelta * relleno)

Cargadores sobre orugas

En minería a cielo abierto la cargadora sobre orugas es principalmente una máquina de apoyo. Si bien no tiene la movilidad de una cargadora sobre neumáticos es mucho más móvil que la pala mecánica y se utiliza principalmente en excavación de planos inclinados. Para la carga en frentes de canteras la maquina sigue un camino en V con un ciclo total de 0.7 a 1.7 min. Fig. 35.

Para la excavación de trincheras inclinadas etc., un tiempo fijo de 0.65 min. Es normal y la velocidad promedio de 4 Km/h puede ser utilizada para calcular el tiempo variable.

• Tractores

Desde hace más medio siglo el tractor en sus dos variedades, de oruga y de neumáticas, constituye un exiliar potentísimo para el movimiento de tierras. Gracias a los avances experimentados en la fabricación de motores diesel rápidos.

Tipos de de tractores

• El tractor de orugas

• El tractor de neumáticos.

El tractor de orugas.-Los tractores (Fig. 35) de orugas están compuestas de las siguientes partes principales:

• Bastidor o chasis principal

• Soporte de las orugas

• Sistema de motor diesel

• Sistema de embrague

• Caja de velocidades

• Sistema de frenos

• Sistema hidráulicos

• Sistema de control de mando

• Toma de fuerza.

Fig. 35. Tractor oruga

El tractor neumático.-los neumáticos de gran tamaño, que sirven de elemento de apoyo y de tracción a los tractores de este tipo, tienen una base de apoyo muy amplia para impedir que se el deslizamiento o patinado aun en condiciones adversas del suelo Fig. 36.

Fig. 36. tractor neumático

La presión de inflado es, normalmente, pequeña y varia de acuerdo a las demisiones del neumático de 1,75 a 2,50 Kg./cm2. El tractor de neumático tiene las siguientes partes principales:

• Parachoques

• Defensa interior

• Gancho de tracción

• Bastidor principal

• Sistema de articulación transversal

• Sistema motor

• Sistema de transmisión

• Sistema hidráulico

• Horquilla de enganche

• Sistema de dirección y otros

• Motoniveladora

Es otra de las máquinas que consta de un bastidor principal largo que soporta el motor diesel, hoja, ejes y el conjunto de los mandos de control. Inicialmente, el bastidor no era articulado, aunque hoy la totalidad de las máquinas principales son articuladas.

El giro de la hoja puede ser, en horizontal 360º y elevarse o bajarse e inclinarse verticalmente, así como desplazarse lateralmente, para largos alcances, a los costados de la máquina.