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.