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ELEMENTOS DE DESGASTE DEPERFORADORA
INFORME
OEM
INTEGRANTES: ALEXANDER VILLA BAEZA
JAIME CUEVAS D’APPOLLONIO
IVAN VILLARROEL FUENTES
IVAN ALVAREZ GARRIDO
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INTRODUCCION
Mediante el presente informe se busca dar una breve pero clara
explicación al funcionamiento y elementos de desgaste de un equipo de perforación.
En el trabajo que a continuación se presenta se encuentran
definiciones y detalles de tipos de desgaste y diversos fenómenos físico-
químicos que afectan a los diversos componentes de un equipo mecánico
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Tribología
Desgaste en los dientes de un engranaje debido a la fricción.
Fricción.
La tribología (del griego tribos, "frotar o rozar") es la ciencia que estudia la fricción , el desgaste y la lubricación que tienen lugar durante el contacto entre superficies sólidas en movimiento. El término es usado universalmente desde finales del siglo XX .
Para entender a la tribología se requiere de conocimientos de física , de química y de la tecnología de materiales. Las tareas del especialista en tribología (tribólogo) sonlas de reducir la fricción y desgaste para conservar y reducir energía, lograr movimientos más rápidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento.
La Tribología como Ciencia
La tribología se define como la ciencia y tecnología entre la interacción de superficies en movimiento relativo e involucra el estudio de la fricción, el desgaste ylubricación.
Antes del nacimiento de la tribología como ciencia se pensaba en el término“lubricación” o ingeniería de lubricación. No se había generalizado la disminución de la fricción y el desgaste como prácticas cotidianas. Con la tribología como ciencia seestudia la fricción y sus efectos asociados, como el desgaste, tratando de prevenirlos con
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mejores diseños y prácticas de lubricación. Toma en cuenta, entre otros aspectos de lamaquinaria industrial, los siguientes:
El diseño
Los materiales de las superficies en contacto
El sistema de aplicación del lubricante El medio circundante
Las condiciones de operación
Aplicaciones
La tribología está presente prácticamente en todas las piezas en movimientotales como:
Rodamientos
Chumaceras
Sellos Anillos de pistones
Embragues
Frenos
Engranajes
Árboles de levas
La tribología ayuda a resolver problemas en maquinaria, equipos y procesosindustriales tales como:
Motores eléctricos y de combustión (componentes y funcionamiento)Turbinas
Compresores
Extrusión
Rodado
Fundición
Forja
Procesos de corte (herramientas y fluidos)
Elementos de almacenamiento magnético
Prótesis articulares (cuerpo humano)
Fundamentos de la tribología
La tribología se centra en el estudio de tres fenómenos:
La fricción entre dos cuerpos en movimiento
El desgaste como efecto natural de este fenómeno
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La lubricación como un medio para reducir el desgaste.
Fricción
La fricción se define como la resistencia al movimiento durante el deslizamientoo rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está en
contacto. Esta resistencia al movimiento depende de las características de las superficies.Una teoría explica la resistencia por la interacción entre puntos de contacto y la penetración de las asperezas. La fricción depende de
i) la interacción molecular (adhesión) de las superficies
ii) la interacción mecánica entre las partes.
La fuerza de resistencia que actúa en una dirección opuesta a la dirección del movimiento se conoce como fuerza de fricción. Existen dos tipos principales de fricción: fricción estática y fricción dinámica. La fricción no es una propiedad del material, es unarespuesta integral del sistema.
Existen tres leyes de la fricción:
La fuerza de fricción es proporcional a la carga normal.
La fuerza de fricción es independiente del aparente área de contacto entre las superficies deslizantes.
La fuerza de fricción es independiente a la velocidad de deslizamiento.
Desgaste
El desgaste es el daño de la superficie por remoción de material de una o ambas superficies sólidas en movimiento relativo. Es un proceso en el cual las capas superficiales de un sólido se rompen o se desprenden de la superficie. Al igual que la
fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuestaintegral del sistema. Los análisis de los sistemas han demostrado que 75% de las fallasmecánicas se deben al desgaste de las superficies en rozamiento. Se deduce fácilmenteque para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible.
Desgaste por Fatiga: surge por concentración de tensiones mayores a las que puede soportar el material. Incluye las dislocaciones, formación de cavidades y grietas.
Desgaste Abrasivo: es el daño por la acción de partículas sólidas presentes en la zona del rozamiento.
Desgaste por Erosión: es producido por una corriente de partículas abrasivas,
muy común en turbinas de gas, tubos de escape y de motores. Desgaste por Corrosión: originado por la influencia del ambiente,
principalmente la humedad, seguido de la eliminación por abrasión, fatiga o erosión, dela capa del compuesto formado. A este grupo pertenece el Desgaste por oxidación.Ocasionado principalmente por la acción del oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante, sobre las superficies en movimiento.
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Desgaste por Frotación: aquí se conjugan las cuatro formas de desgaste, en estecaso los cuerpos en movimiento tienen movimientos de oscilación de una amplitud menosde 100 μm. Generalmente se da en sistemas ensamblados.
Desgaste por deslizamiento: También conocido como desgaste por adhesión esel proceso por el cual se transfiere material de una a otra superficie durante su
movimiento relativo como resultado de soldadura en frío debido a las grandes presionesexistentes entre las asperezas, en algunos casos parte del material desprendido regresa a su superficie original o se libera en forma de virutas o rebaba. Existen pruebas de estetipo en las que se emplea una máquina de perno o esfera en disco.
Desgaste Fretting: es el desgaste producido por las vibraciones inducidas por un fluido a su paso por una conducción.
Desgaste de Impacto: son las deformaciones producidas por golpes y que producen una erosión en el material.
Curva de Stribeck.
El deslizamiento entre superficies sólidas se caracteriza generalmente por un
alto coeficiente de fricción y un gran desgaste debido a las propiedades específicas de las superficies. La lubricación consiste en la introducción de una capa intermedia de unmaterial ajeno entre las superficies en movimiento. Estos materiales intermedios sedenominan lubricantes y su función es disminuir la fricción y el desgaste. El términolubricante es muy general, y puede estar en cualquier estado material: líquido, sólido, gaseoso e incluso semisólido o pastoso.
Abrasión
Chispas producidas por abrasión de una pieza metálica.
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El Monumento Natural La Portada , en Chile , formado por abrasión marina.
Se denomina abrasión (del lat. abradĕre, "raer") a la acción mecánica derozamiento y desgaste que provoca la erosión de un material o tejido
Fatiga de materiales
En ingeniería y, en especial, en ciencia de materiales
, la fatiga de materiales serefiere a un fenómeno por el esfuerzo. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal,
era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a producie las fuerzas necesarias para provocar la rotura con cargas dinámicas son muy inferiores a lasnecesarias en el caso estármitido desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezasconfiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente, para los que esnecesaria la fabricación y el ensayo de prototipos.
Fatiga con corrosión
La fatiga con corrosión ocurre por acción de una tensión cíclica y ataquequímico simultáneo. Lógicamente los medios corrosivos tienen una influencia negativa yreducen la vida a fatiga, incluso la atmósfera normal afecta a algunos materiales. Aconsecuencia pueden producirse pequeñas fisuras o picaduras que se comportarán comoconcentradoras de tensiones originando grietas. La de propagación también aumenta enel medio corrosivo puesto que el medio corrosivo también corroerá el interior de la grieta produciendo nuevos concentradores de tensión.
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Fricción
Fig. 1 - Fricción estática: no se inicia el movimiento si la fuerza tangencial aplicada T hace que el ángulo sea menor a φ0 (no supera a F).
Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, entre dos superficiesen contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricciónestática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre
ambas superficies no lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela alas superficies en contacto.
Tipos de rozamiento
Fig. 2 - Diagrama de fuerzas para el esquema de la figura 1. Según sea lamagnitud del empuje T habrá fricción estática (equilibrio) o cinética (con movimiento).
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Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (FE) y la friccióndinámica (FD). El primero es la resistencia que se debe superar para poner enmovimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es laresistencia, de magnitud considerada constante, que se opone al movimiento pero una vezque éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro, es que el
estático actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo en tanto que el dinámico lohace cuando ya están en movimiento.
Cavitación
Modelo de propulsor cavitando en un túnel de agua.
La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se producecuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por unaarista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de laconstante de Bernoulli ( Principio de Bernoulli
). Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambianinmediatamente a estado de vapor
, formándose burbujas o, más correctamente,cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que originaeste fenómeno.
La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido. Estas puedendisiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona dondechocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarsemetalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie, provoca
que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor focode formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o encontacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas,ocasionando picaduras sobre la superficie sólida.
El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando laimpresión de que se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la máquina.
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Se puede presentar también cavitación en otros procesos como, por ejemplo, enhélices de barcos y aviones, bombas y tejidos vascularizados de algunas plantas.
Se suele llamar corrosión por cavitación al fenómeno por el que la cavitaciónarranca la capa de óxido (resultado de la pasivación
) que cubre el metal y lo protege, detal forma que entre esta zona ( ánodo ) y la que permanece pasivada (cubierta por óxido)
se forma un par galvánico en el que el ánodo (el que se corroe) que es la zona que ha perdido su capa de óxido y la que lo mantiene ( cátodo
).
Principio de Bernoulli
Esquema del Principio de Bernoulli. El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o
Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo deuna línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica( 1738
) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento ) en régimen decirculación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constantea lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de trescomponentes:
1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido
posea.3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión
que posee.
La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.
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Corrosión
Oxidación del metal.
Símbolos de sustancias corrosivas.
La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de unataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la
tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica( oxidación ), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de latemperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades delos metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión medianteotros mecanismos.
La corrosión puede ser mediante una reacción química ( oxidorreducción ) en laque intervienen tres factores:
La pieza manufacturada
El ambiente
El agua
O por medio de una reacción electroquímica.
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causadel aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones ( bronce , latón
).
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Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todoslos materiales ( metales , cerámicas , polímeros
, etc.) y todos los ambientes ( medios acuosos , atmósfera , alta temperatura, etc.).
Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura deuna pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos
segundos se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantosnanómetros o picómetros , invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por lacantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.
La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la veznociones de química y de física (físico-química).
Por ejemplo un metal muestra una tendencia inherente a reaccionar con el medio ambiente (atmósfera, agua, suelo, etc.) retornando a la forma combinada. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.
PERFORADORA ROTATIVA
INTRODUCCION
Hasta 1949, la mayor parte de los barrenos para voladura eran realizadosmediante perforadoras a rotopercusi6n y s6lo en el caso de rocas muy blandas eraaplicable la perforaci6n a rotación mediante bocas de Corte o trépanos.
La apertura en Estados Unidos de grandes explotaciones de carbón a cieloabierto, con espesores de recubrimiento Que alcanzaban hasta 40 m, y la aparici6n en el
mercado de ~un explosivo a granel barato y de gran eficiencia energetica como el ANFO, fueron acontecimientos Que impulsaron a los fabricantes de perforadoras a diseñar equipos de gran capacidad,
capaces de alcanzar elevadas velocidades de penetraci6 n.
Simultáneamente, Se comenzaron a utilizar de forma generalizada en la mineríalas bocas denominadas triconos, desarrolladas en el campo del petr6leo desde 1907, y aaplicar el aire comprimido como fluido de evacuaci6n de los detritus formados durante la perforación.
Los diámetros de los barrenos varían entre las 2" y las 17" (50 a 444 mm), siendo el rango de aplicaci6n más frecuente en minería a cielo abierto de 6" a 12” (152 a
311 mm). Diámetros mayores están limitados a minas con Una elevada producción, y por debajo de 6" Casi no se emplean debido a los problemas de duraci6n de los triconos acausa del reducido tamaño de los cojinetes.
Este método de perforación es muy versátil, ya Que abarca Una amplia gama derocas, desde las muy blandas, donde comenzo su aplicaci6n, hasta las muy duras, dondehan desplazado a otros sistemas, como es el caso de la perforacion termica (Jet Piercing)en las taconitas.
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Las perforadoras rotativas estan constituidas esencialmente por Una fuente deenergía, Una bateria de barras o tubos, individuales o conectadas en serie, Quetransmiten el peso, la rotacion y el aire de barrido a Una boca con dientes de acero oinsertos de carburo de tungsteno Que actua sobre la roca.
MONTAJE Y SISTEMAS DE PROPULSION
Hay dos sistemas de montaje para las perforadoras rotativas: sobre orugas o
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sobre neumáticos. Los factores Que influyen en la eleccion de un tipo u otro son lascondiciones del terreno y el grado de movilidad requerido.
Si la superficie de trabajo presenta fuertes pendientes, desniveles o bajacapacidad perforante, el montaje sobre orugas es el más indicado, ya Que proporciona lamáxima estabilidad, maniobrabilidad y flotabilidad.
Un eje rígido situado en la parte trasera de la maquina y un eje pivotante permite at equipo dosificar y mantener las orugas en contacto con el terrenoconstantemente.
La mayoría de las grandes perforadoras van montadas sobre orugas planas, yaQue estas pueden soportar mayores cargas y transmitir mayor presión al suelo en el desplazamiento.
Las perforadoras montadas con orugas de teja, tipo tractor, son útiles enterrenos difíciles y accidentados como los que Se pueden presentar en fas obras publicas.
El principal inconveniente del montaje sobre orugas es su baja velocidad de
traslación, 2 a 3 km/h, por lo que si la maquina debe perforar en varios bancos de laexplotación distantes entre si, es mas aconsejable seleccionar un equipo montado sobrecamión cuya velocidad media de desplazamiento es diez veces superior.
Sin embargo, en las grandes operaciones los equipos se desplazan poco, ya Que perforan un gran numero de barrenos en reducido espacio.
Las maquinas mas ligeras suelen ir montadas sobre camión, con chasis de 2 6 3ejes y solo las de mayor envergadura con mas de 60.000 libras de empuje se construyen sobre chasis de 4 ejes. Durante la perforación, estas unidades se apoyan sobre 3 6 4 gatos hidráulicos Que además de soportar et peso sirven para nivelar la maquina.
FUENTES DE ENERGIA
Movimiento de elevaci6n y traslación: 18 %
Rotación: 18 %
Empuje: 3%
Nivelación: 2%
Captación de polvo: 3%
Barrido y limpieza de los detritus con aire comprimido: 53%
Equipos auxiliares: 3%
En caso de accionamiento diesel, este puede efectuarse con el mismo motor Queacciona el camión, o con un motor independiente. En fa actualidad, suele ser más usual yeficiente fa segunda configuraci6n, dadas las diferentes características de los motoresQue se necesitan.
También existen perforadoras diesel-eléctricas dise6adas para minas de gran producci6n sin infraestructura de energía eléctrica.
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Los equipos electricos tienen unos castes de mantenimiento de un 10 a un 15%mas bajos Que los de accionamiento diesel. Estos uItimos, son elegidos cuando alrededor de las explotaciones no Se dispone de adecuada infraestructura de suministro electrico ocuando la maquina va montada sobre camion.
SISTEMAS DE ROTACION
Con el fin de hacer girar las barras y transmitir el par, las perforadoras llevanun sistema de rotaci6n montado generalmente sobre un bastidor Que se desliza a lo largodel mastil de la perforadora.
El sistema de rotacion Directo puede estar constituido por un motor electrico ohidraulico. El primero, es el más utilizado en las maquinas grandes, pues aprovecha la gran facilidad de regulaci6n de los motores de corriente continua, en un intervalo de O a
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100 r/min. En las diseños mas antiguos se empleaba el sistema Ward Leonard y en lasmas modernos se usan thyristores o rectificado en estado solido.
El sistema hidraulico consiste en un circuito cerrado con Una bomba de presiónconstante y un convertidor de par con el Que se logra variar la velocidad de rotación del motor hidraulico, situado en la cabeza de la sarta de perforaci6n, Este tipo está muy
extendido en las equipos pequeños y medianos. Los sistemas mecanicos o indirectos son el de la Mesa de Rotacion, muy popular
en el campo del petr6leo pero poco utilizado en las maquinas mineras, y el denominadode Falsa Barra Kelly, cuyos esquemas de funcionamiento se representan en la Fig. 4.4.
SISTEMAS DE EMPUJE Y ELEVACION
Para obtener Una buena velocidad de penetración en la roca es preciso undeterminado empuje Que depende tanto de la resistencia de la roca como del diámetrodel barreno Que se pretende perforar. Como el peso de las barras no es suficiente paraobtener la carga precisa, se hace necesario aplicar fuerzas adicionales Que suelentransmitirse Casi exclusivamente a traves de energia hidraulica.
Existen basicamente cuatro sistemas. Los primeros son los conocidos por
a) Cremallera y Pi66n Directo,
b) Cadena Directa
c) Cremallera y Pih6n con Cadena.
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El cuarto, está constituido por uno o dos cilindros accionados hidráulicamente.Tienen las siguientes ventajas: poco peso, absorbe impactos, indica el nivel de desgaste o fat.198 y es facil de reemplazar o ajustar.
Estos mecanismos de empuje permiten, además de suministrar un esfuerzo deempuje perfectamente controlado, izar las barras Que constituyen la sarta de perforacf6n.
El peso de todo el conjunto de la maquina actúa como reacci6n contra el empujeaplicado a la boca, de donde se deduce Que el peso de la perforadora debe ser superior ynormalmente el doble de fa carga maxima Que se pretende conseguir.
Las velocidades de elevaci6n de la sarta suelen ser de 18 a 21 metros por minuto, no recomendándose valores superiores por problemas de vibraciones.
Mastil y cambiador de barras
La estructura del mástil, Que soporta las barres y la cabeza de rotación, debeestar diseñada para resistir las flexiones debidas al peso, el esfuerzo de empuje y lastensiones originadas por el par de rotación. Los diseños más frecuentes han sido de tiporeticular, de seccion normal o tubular. Los equipos modernos disponen de Una estructura
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de vigas cajón Que permiten el empleo de mayores longitudes de mástil y la aplicacion dealtos pares de rotacion.
Los mastiles suelen ser abatibles mediante cilindros hidraulicos o tubostelescopicos, ya Que para efectuar los traslados importantes es preciso bajar el centro de gravedad de la maquina. Los tiempos de efevacion del mastil oscilan entre 2 y 5 minutos.
La perforaci6n inclinada, suele ser perjudicial por los esfuerzos de fatiga a IDS Que Se somete al mastil y a las barras, ademas de la disminución en la capacidad deempuje y dificultad en la evacuacion de los detritus, traduciéndose todo ello en undescenso de la produccion, Que en el caso de rocas duras puede llegar hasta el 20 a la. La inclinacion se puede regular entre los 00° y 30°, con intervalos de 5° generalmente.
Aun cuando es recomendable Que se seleccione Una maquina Que permita perforar los barrenos con Una sola barre, hay Que proveer la necesidad de abrir barrenos de mayor longitud, lo cual obliga a que el mastil lleve un sistema portabarras,como un mecanismo de accionamiento de las mismas para su colocacion odesacoplamiento.
Los equipos disponen de sistemas del tipo bandeja, de Una a tres barrasnormalmente, o del tipo revolver Que con mas de cuatro barras hacen una capacidad de perforaci6n de 50-60 metros. El accionamiento es hidráulico en ambos sistemas.
Los tiempos invertidos en los cambios de barras oscilan entre los 2 y los 6 minutos por cada Una de ellas
Sarta de perforación
La sarta de perforacion esta formada por el acoplamiento de rotaci6n, lasbarras, el estabilizador y tricono.
Acoplamiento de rotacion
Esta elemento transmite el par de rotaci6n desde la cabeza hasta la sarta Que seencuentra debajo Barra
La longitud de las barras depende de la longitud del barreno. Sirven paratransmitir el empuje sobre la boca y para canalizar por su interior el aire comprimidonecesario para la limpieza del barreno y enfriamiento de los cojinetes. Suelen estar construidas de acero con un espesor de 1" (25 mm) y en ocasiones de hasta 11” (38 mm). Las roscas mas usadas en los acoplamientos son del tipo API, BECO, etc.
Estabilizador
Va colocado encima de la boca de perforaci6n, Fig. 4.10, y tiene la misi6n de
hacer Que el tricono gire correctamente según el eje del barreno e impida Que Se produzca Una oscilación y pandeo del varillaje de perforaci6n.
Las ventajas derivadas de su utilizaci6n son las siguientes:
Menores desviaciones de los barrenos, sobre todo Mayor duraci6n del tricono yaumento de la velocidad de penetraci6n, debido a un mayor aprovechamiento del empuje.
Menor desgaste de los faldones, de la hilera periférica de insertos y de loscojinetes.
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Mayor estabilidad de las paredes del barreno, debido a Que las barras de perforaci6n no sufren pandeo.
Mejora de la carga de explosivo.
El estabilizador debe tener un diametro proximo al del barreno, normalmente1l8" (3 mm) mas pequeño Que el tricono.
Existen dos tipos de estabilizadores, de aletas y de rodillos.
Los estabilizadores de aletas son de menor costo, pero requieren un recrecido dematerial antidesgaste, originan Una disminucion del par de rotaci6n disponible y Unamala estabilizacion en terrenos muy duros despues de perforar los primeros barrenos.
Los estabilizadores de rodillos con insertos.de carburo de tungsteno requierenun menor par de rotaci6n, tienen un mayor costo y son mas eficientes que de aletas.
Amortiguador de impactos y vibraciones
Desde 1967, Se han desarrollado Una serie de sistemas de absorcion deimpactos y vibraciones Que han permitido obtener las siguientes ventajas:
Reducir el Costa de mantenimiento de la perforadora, al disminuir los impactosaxiales y de tensión transmitidos al mastil.
Aumentar la velñocidad de penetracion, pues se consigue un menor contactoentre el tricono y la roca, posibilitando el uso del binomio empuje velocidad de rotaci6nmas adecuado a fa formaci6n rocosa.
Aumentar la Vida del tricono, debido a la amortiguaci6n de los impactos ciclicostransmitidos a tos cojinetes, rodamientos y a fa estructura de corte.
Disminuir el nivel de ruido en la cabina del operador, por la eliminaci6n decontacto directo del metal entre la cabeza de rotación y la barra.
La utilización de estos elementos es muy adecuada en los siguientes casos:terrenos fracturados, alternancia de capes duras y blandas y formaciones duras.
Los tipos de amortiguadores de impactos utjljzados son:
Amortiguador horizontal.
Amortiguador vertical.
Amortiguador de nitrogeno.
Amortiguador horizontal Funciona como Una unidad flexible y comprimible, Que reduce la vibraci6n
vertical y transversal. Los ensayos de campo han mostrado un aumento de la velocidad de penetraci6n del 5% en rocas blandas y del 20% en rocas duras, con un aumento de laVida del tricono del 25 %. Una característica de este sistema es Que solo tiene doselementos de desgaste.
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Amortffguador vertical
Este tipo ensambla 18 segmentos elásticos montados verticalmente, Que producen un amortiguamiento similar at tipo horizontal.
Amortiguadores de nitrogeno
Este sistema utiliza nitrogeno a presion. Sus mayores inconvenientes son el altocoste de adquisicion y mantenimiento.
Desgaste de la boca
Cuando se utilizan triconos de dientes, la velocidad de penetraci6n disminuyeconsiderablemente conforme aumenta el desgaste de la boca.
Mantenimiento
Representa los costes de reparaci6n de averias y el mantenimiento preventivo. Se puede estimar multiplicando el precio de la maquina por 5 x 10 5 enperforadoraselectricas o por 6 x 10 9 5 en las unidades diesel.
Energia
Este coste puede ser de energia electrica o diesel, y se calcula a partir de lasespecificaciones de los motores.
Aceites y grasas
Se determina a partir de los datos suministrados por el fabricante, referidos acambios de aceite, sistemas hidraulicos y capacidades de los carteres o dep6sitos. Sueleestimarse entre un 15 y un 20% del coste de energia.
Brocas, estabilizador y barra
Constituye una de las partidas criticas, debido por un lado a la falta deinformaci6n previa de los técnicos y por otro a su importancia, ya que su peso sobre el coste del metro perforado oscila entre el 15 y el 40 % del coste
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TRICONOS
Aunque la aparición de las triconos como herramienta de perforación se
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remonta al año 1910, puede decirse Que hasta el desarrollo de los equipos rotativos en ladécada de las 60 no se logro un perfeccionamiento en el diseño y fabricaci6n de este tipode brocas Que hiciera su utilizaci6n masiva en minería.
En un principia, 5610 eran aplicables en formaciones rocosas blandas o de pocaresistencia, pero, en la actualidad, estos utiles han permitido a la perforacion rotativa
competir con otros metodos empleados en rocas duras. El trabajo de un tricono se basa en la combinaci6n de dos acciones:
Indentacion:
Los dientes o insertos del tricono penetran en la roca debido al empuje sobre labroca. Este mecanismo equivale a la trituraci6n de la roca.
Cono:
Los fragmentos de roca se forman debido al movimiento lateral dedesgarre de los conos al girar sobre el fondo del barreno.
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Metalurgia de los materiales del tricono
ELEMENTO TRICONO PROPIEDADES TIPO ACERO
CONO RESITENCIA AL IMPACTO Y A LA ABRASION
CARBONO,MANGANESO,NIQUEL Y
MOLIBDENO
CABEZAS RESISTENCIA A LA FATIGA.
ALTA RESSITENCIA AL IMPACTO. SOLDABLE
CARBONO, MANGANESO,CROMO Y MOLIBDENO
COJINETES DE RODILLOS Y BOLAS
ALTA RESISTENCIA AL IMPACTO
CARBONO, MANGANESO, NIQUEL, CROMO Y MOLIBDENO
PASADORES Y BUJE GUIA RESISTENCIA AL DESGASTE CARBONO, MANGANESO, NIQUEL, CROMO Y SILICIO
BOTON DE EMPUJE RESISTENCIA AL DESGASTE CARBONO, WOLFRAMIO,CROMO, MOLIBDENO Y VANADIO
SUPERFICIE DE COJINETES RESISTENCIA AL DESGASTE CARBONO, WOLFRAMIO,CROMO, COBALTO Y NIQUEL
DIENTES RESISTENCIA A LA ABRASION ELEVADA
WOLFRAMIO Y CARBONO
INSERTOS RESISTENCIA A LA ABRASION ELEVADA
RESISTENCIA AL IMPACTO
WOLFRAMIO,CARBONO Y COBALTO
TIPOS DE TRICONOS
Existen dos tipos de triconos:
De dientes.
De insertos.
Los triconos de dientes tienen la ventaja de su bajo coste, pues valen la Quinta
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parte Que uno de insertos. Sin embargo, las ventajas de los de insertos son:
Mantienen la velocidad de penetraci6n durante la vida del tricono.
Requieren monos empuje para conseguir Una velocidad de penetracion.
Precisan monos par, y asi disminuyen las tensiones sobre los motores derotaci6n.
Reducen las vibraciones, produciendo monos fatigas en la perforadora y en el varillaje.
Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra porque los insertos decarburo mantienen el diametro ~del tricono mejor Que los de dientes.
Producen menos perdidas de tiempo por cambio de brocas y menores daños alas roscas.
EVALUACION DE LOS TRICONOS GASTADOS
Un trabajo ir portante en la utilizaci6 n efectiva de las triconos lo constituye el análisis de las bocas gastadas, ya Que la identificaci6 n de las posibles causas ayudan a
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corregir los errores de operaci6n y mejorar la selección del tipo de tricono. Los fallos delas bocas Se producen generalmente debido a tres causas:
← Fallos de los cojinetes.
← Fallos de la estructura de corte← Fallos del faldon.