2 Extracción minera - Ing. Marquina

Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniera

Asentamiento Universitario Zapala

MQUINAS

MINERAS

Tomo 2

~ Extraccin ~

Ing. Marquina Herrera

Pedro Pablo

- 1999 -

Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniera Asentamiento Universitario Zapala

Indice

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NDICE GENERAL

INTRODUCCIN---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1

1. CLASIFICACIN DE INSTALACIONES DE EXTRACCIN--------------------------------------------------------2

2. PARMETROS Y EVALUACIN PARA EL DISEO DEL POZO -------------------------------------------------2

3. SISTEMA DE EXTRACCIN EN EL POZO-------------------------------------------------------------------------------3

3.1. EXTRACCIN--------------------------------------------------------------------------------------------------------3

3.2. ACARREO-------------------------------------------------------------------------------------------------------------5

3.3. CABLES----------------------------------------------------------------------------------------------------------------5

3.4 . POZO -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5

3.4.1. REVESTIMIENTOS DE LOS POZOS ---------------------------------------------------------------------------6

4. CASTILLETE (HEADFRAME) O ARMAZN DE CABEZA ----------------------------------------------------------6

4.1. ARMAZN O ESTRUCTURA SUPERIOR DE CABEZA -------------------------------------------------7

4.2. ARMAZN O CHASIS --------------------------------------------------------------------------------------------8

4.3. CONSTRUCCIN DE RESISTENCIA --------------------------------------------------------------------------8

4.4. POLEAS----------------------------------------------------------------------------------------------------------------9

4.5. DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD--------------------------------------------------------------------------------9

5. TORRE DE EXTRACCIN-----------------------------------------------------------------------------------------------------10

6. SALA DE MAQUINAS-----------------------------------------------------------------------------------------------------------12

7. RECIPIENTES DE EXTRACCIN--------------------------------------------------------------------------------------------12

7.1. JAULA -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------12

7.1.2. PESO MUERTO Y CARGA TIL--------------------------------------------------------------------------------14

7.2. SKIPS -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------15

7.2.1 .VENTAJAS DE LOS SKIPS:---------------------------------------------------------------------------------------16

7.2.2. DESVENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS SKIPS----------------------------------------------------16

8. EL GUIONAJE----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------17

8.1. GUIADERAS RGIDAS --------------------------------------------------------------------------------------------17

8.2. PARACADAS------------------------------------------------------------------------------------------------------21

9. ENTRADA DE LOS POZOS ---------------------------------------------------------------------------------------------------22


Indice

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9.1. FUNCIN DE LA ENTRADA DE LOS POZOS--------------------------------------------------------------22

9.2. TIPOS DE ENTRADA ----------------------------------------------------------------------------------------------23

10. APARATOS DE ENGANCHE PARA EL ENJAULE, DESENJAULE Y DESCARGA DE

VAGONETAS--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------25

11. CABLES DE EXTRACCIN -------------------------------------------------------------------------------------------------27

11.1. CABLES METLICOS REDONDOS--------------------------------------------------------------------------27

11.2. TIPOS DE CABLES------------------------------------------------------------------------------------------------28

11.3. DIVERSAS CAUSAS DE LA FATIGA DE UN CABLE --------------------------------------------------29

11.4. VIGILANCIA DE LOS CABLES --------------------------------------------------------------------------------30

11.5. VISITAS Y ENSAYOS --------------------------------------------------------------------------------------------30

11.6. ATADURAS Y ATALAJES -------------------------------------------------------------------------------------31

11.7. COLOCACIN Y CAMBIO DE LOS CABLES--------------------------------------------------------------33

12. MOTORES DE EXTRACCION Y DE FRENADO-----------------------------------------------------------------------33

12.1. MOTOR TRIFSICO---------------------------------------------------------------------------------------------33

12.1.1. INCONVENIENTES DESVENTAJAS---------------------------------------------------------------------34

12.1.2. VARIACIN DE LA VELOCIDAD ---------------------------------------------------------------------------35

12.1.3. MANIOBRAS DEL MOTOR ASINCRNICO-------------------------------------------------------------35

12.1.4. LA MARCHA DEL MOTOR ASINCRNICO-------------------------------------------------------------36

12.2. MOTOR CONTINUO --------------------------------------------------------------------------------------------36

12.2.1. CONTROL Y SEGURIDAD EN MOTORES ASINCRNICOS Y CONTINUOS-------------------37

13. FRENADO ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------37

14. CONSIDERACIONES ECONMICAS------------------------------------------------------------------------------------38

15. CONSUMO DE ENERGA EN LA EXTRACCIN----------------------------------------------------------------------38

16. ESQUEMA DE LAS VELOCIDADES ANGULARES -----------------------------------------------------------------38

17. ESQUEMA DE LAS VELOCIDADES LINEALES-----------------------------------------------------------------------40

18. NOCIN DE EQUILIBRADO------------------------------------------------------------------------------------------------40

19. TIPOS DE APARATOS DE ENROLLAMIENTOS ---------------------------------------------------------------------43

19.1. TAMBOR CNICO------------------------------------------------------------------------------------------------45


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iii

19.2. TAMBORES BICILINDRICOS----------------------------------------------------------------------------------45

20. BOBINAS--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46

21. POLEA KOEPE-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46

21.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO-------------------------------------------------------------------------46

21.2. INSTALACIN DE LA POLEA KOEPE----------------------------------------------------------------------46

21.3 . POLEAS KOEPE MONOCABLES -----------------------------------------------------------------------------47

21.4. POLEAS KOEPE MULTICABLES -----------------------------------------------------------------------------47

22. PAR, POTENCIA Y ADHERENCIA ----------------------------------------------------------------------------------------49

23. ACCIONAMIENTO POR MOTOR ANULAR ---------------------------------------------------------------------------53

24. PROBLEMAS DE EXTRACCIN ------------------------------------------------------------------------------------------57

Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniera Asentamiento Universitario Zapala Maquinas Mineras

Extraccin

1

INTRODUCCIN

Despus de un detallado estudio de factibilidad tcnica que demuestre la viabilidad

comercial de un yacimiento usndose mtodos de explotacin subterrnea se hace un

adecuado planeamiento de diseo del proceso que deber empezarse con el acceso a la

mina. Generalmente se consideran dos tipos de accesos.

- pozo vertical o casi vertical (ligeramente inclinado) empleado para la extraccin

mediante recipientes (jaulas o skips suspendidos por cables).

- pozo horizontal, pozo inclinado o rampa, se usan para la extraccin y transporte

de minerales sobre rieles, camiones o recipientes accionados por cables (scrapes).

El pozo ofrece un acceso ms directo por un periodo de tiempo ms largo, lo cual es

ventajoso y econmico para un trabajo pesado y constante.

La tendencia actual es darle a los pozos mltiples propsitos, deben servir para la

extraccin de los minerales de alta ley y de baja ley o estriles, para transportar personal y

materiales usados en servicios auxiliares como por ejemplo: electricidad, agua, aire

comprimido, ventilacin, maderas de entibamiento entre otros materiales como elementos

empleados en la reparacin de vas.

Durante el proceso de diseo del pozo se deben contemplar los propsitos del mismo

porque una vez excavado y equipado no se podr, en el futuro, modificar fcilmente, por

consiguiente se deben definir sus requerimientos durante la etapa de diseo.

En estos apuntes se da el criterio y la informacin necesaria para el diseo del sistema

de extraccin que se usara en el pozo o pique (tneles o rampas) de la mina. En el mismo

se encuentran desarrollados temas o tpicos especficos como explicacin del

funcionamiento de tambores de enrollamientos, detalles de los cables, diseo de castillete,

torres de extraccin y dems accesorios.

El sistema de extraccin seleccionado es definido como un grupo de unidades que se

combinan para formar un todo y operar al mismo tiempo. No solo se debe considerar cada

parte del sistema por separado sino interrelacionar las partes en su totalidad.

Con el propsito mencionado anteriormente en el diseo del sistema de extraccin se

deben considerar cinco partes principales:


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- aparatos de enrollamiento

- recipientes de extraccin

- cables de acero

- aberturas y su configuracin en el pozo o pique

- castilletes y torres

1. CLASIFICACIN DE INSTALACIONES DE EXTRACCIN

Las instalaciones de extraccin se pueden clasificar segn:

a) la naturaleza de la unin interior exterior: pudiendo ser por pozos

verticales, galeras, pozos inclinados o rampas.

b) el tipo de recipiente de extraccin:

- Jaula: utilizada para trasportar minerales, personal y materiales usados en las

operaciones auxiliares (electricidad, aire comprimido, agua, ventilacin

enmaderamiento y construcciones en general). Ver Figura 8 y 9.

- Skip: empleado nicamente para el transporte de minerales. Ver Figura 11.

c) los aparatos de enrollamiento: los mismos pueden ser de tambor simple,

tambor dividido, tambor con diferentes dimetros, tambor doble, tambor doble con

divisiones y por poleas koepe (de friccin), en los mismo el radio es constante. Ver Figura

1, 2 y 3. Existen tambores de radios variables que son cnicos o bicilindrocnicos.

Los diferentes tipos de tambores de extraccin son accionados por motores de

corriente elctrica ya sea alterna o continua (DC) .

2. PARMETROS Y EVALUACIN PARA EL DISEO DEL POZO

La evaluacin en la primera etapa del acceso o entrada del pozo en una mina es

determinar el uso que debe drsele.

La abertura del pozo o el pozo en s, de acuerdo a su uso, puede ser:

- Pozo de produccin

- Pozo para transporte de personal y servicios auxiliares

- Pozo para ventilacin

- Pozo para la exploracin y desarrollo


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- Pozo para emergencia

Algunas de las posibles preguntas que se debern formular, luego de establecidos los

fines y objetivos, sern:

Cunto de estril deber extraerse?

Cunto personal deber transportarse?

Cuntos materiales, accesorios y repuestos debern ser transportados?

Qu caudal de aire comprimido y ventilacin sern requeridos para el

correcto funcionamiento de la mina?

Con esa informacin que dan los parmetros para el diseo bsico se agrega o

incluye: el tamao de la abertura, la configuracin de la resistencia del terreno y la

inclinacin, se puede empezar la ejecucin y desarrollo del pozo.

Estos datos permiten relacionar producciones y capital comparativo, as como estimar

un costo de operacin para escoger entre varios sistemas alternativos.

Adems, dentro del anlisis de costo, se debe considerar la geologa del terreno que

se excavar a la altura del cuerpo del mineral y la hidrologa de la capa que ser perforada.

As como tambin factores tales como la ubicacin geogrfica y condiciones

climticas del lugar, especialmente si existen fuertes tormentas, fros extremos y fuertes

vientos, afectaran el costo del proyecto.

3. SISTEMA DE EXTRACCIN EN EL POZO

En la mayora de los casos los pozos son verticales y el acarreo se hace por cables. El

trmino sistema de extraccin en el pozo es usado para describir conjuntamente la apertura

y el equipamiento.

3.1. EXTRACCIN: la extraccin se hace comnmente de dos maneras:

- extraccin por tambor: en el cual el cable se enrolla sobre el mismo.

- extraccin por friccin: en el cual el cable se apoya sobre la polea sin resbalar

durante el ciclo de extraccin.

Existen varias combinaciones que se adaptan al sistema de trabajo.


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TIPOS DE TAMBORES

Fig. 1: Dispositivos de extraccin

Fig. 2: tambor de enrollamiento


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Fig. 3: polea de friccin (koepe) 3.2. ACARREO: el acarreo utilizado en las operaciones mineras se puede llevar a cabo

empleando jaulas o skips. En algunas minas es efectuado por una combinacin de ambos

recipientes de extraccin.

3.3. CABLES: complementan el sistema de extraccin, se fabrican con aceros

especiales y poseen caractersticas particulares las cuales dependen de su uso. Ver punto

11. Figura 21, 22, 23, 24 y 25.

3.4. POZO: se ha mencionado que pueden ser verticales, inclinados e inclusive

horizontales. La apertura primaria del pozo requiere un alto grado de seguridad por ende se

debe tener la suficiente informacin para el diseo y construccin del mismo.

Existen varias clasificaciones que pueden ser utilizadas para diferenciar el tipo de

pozo.

a) De acuerdo con el propsito se consideran las siguientes categoras:

- pozo de produccin: para la extraccin de mineral y estril.

- pozo para transporte de personal y servicios auxiliares (agua, aire,

energa, entibacin, entre otros).

- pozo para ventilacin: permite la entrada y salida de la corriente de aire.

- pozo para la exploracin y desarrollo: usado para definir la existencia de

minerales valiosos que aumenten la cubicacin de reservas.


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- pozo para emergencia.

b) De acuerdo a la configuracin del pozo este puede ser:

- circular

- rectangular

- elptico

c) De acuerdo al tamao se clasifican en:

- pequeos: de 3 a 15 m2.

- medios: de 15 a 200 m2.

- grandes: mayores de 200 m2.

El tamao depende del servicio a prestar y produccin a extraerse.

3.4.1. REVESTIMIENTOS DE LOS POZOS: se construyen revestimientos de proteccin

en la entrada del pozo, estos generalmente permiten mantener la estabilidad de la estructura

del castillete, se hacen con armaduras o con revestimientos de concreto y pueden a su vez

ser clasificados como soportes temporarios o soportes permanentes.

4. CASTILLETE (HEADFRAME) O ARMAZN DE CABEZA

Se usan en pequeas y medianas instalaciones de extraccin, en cambio, para grandes

producciones mineras se usan torres de extraccin. Los castilletes pueden ser construidos

de concreto, madera o perfil normal de diferentes medidas y tipos de acero.

4.1. ARMAZN O ESTRUCTURA SUPERIOR DE CABEZA: se pueden considerar dos

clases de estructuras de extraccin de acuerdo con la ubicacin de la sala de mquinas (la

sala de mquinas esta constituida por: tambores o poleas, motores elctricos, sistema de

frenado y embrague y dems accesorios). Dichas estructuras son empleadas para subir o

bajar las jaulas o los skips.

Si la sala de mquinas esta ubicada sobre el suelo y acierta distancia horizontal del

pozo se llama castillete, en cambio se llama torre de extraccin cuando la sala de mquinas

est ubicada en la parte superior o cabeza del edificio.


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El castillete es la estructura que tiene como misin soportar las poleas de garganta

ubicadas en la parte superior que aseguran el movimiento entre el cable y las mquinas de

extraccin, pueden trabajar indistintamente con jaulas o skips.

Tanto los castilletes como las torres de extraccin pueden estar provistos para una

extraccin simple o una extraccin doble y a veces mltiple.

Como se ha mencionado, stos soportan las poleas y llevan cierto nmero de

dispositivos de seguridad. Su construccin es variada, depende del clculo y las

necesidades de produccin. Puede ser de madera, perfiles u hormign armado, comprende

el armazn y la construccin de resistencia.

Fig. 4: Castilletes de dos tornapuntas


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Fig. 5: Pozo. 6 bruay. castillete simple

4.2. ARMAZN O CHASIS: se compone de largueros verticales anclados en el macizo

de fbrica de la cabeza del pozo y unidos entre s por piezas horizontales y diagonales.

La misin del armazn es soportar el guionaje fuera del pozo, la colocacin de jaulas

o skips y el descenso de mquinas y materiales para los servicios auxiliares dentro de las

jaulas (si fueran piezas demasiado grandes se atan por debajo de la jaula o skips).

4.3. CONSTRUCCIN DE RESISTENCIA: en un pozo de extraccin a menudo se

colocan dos tornapuntas en un plano bisector que forman los cables de transporte que van

verticales en el pozo y los cables que inclinados van a la mquina. La misin de estos

tornapuntas es soportar los esfuerzos que se ejercen sobre las poleas y cuyo componente se

sita en ese plano, en este caso se aaden uno o dos pisos horizontales.


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4.4. POLEAS: se admite generalmente para la estimacin de un clculo de este tipo de

instrumento que las poleas deben tener de 80 a 100 veces el dimetro del cable. Pueden

tener 5 dimetros posibles que varan en 3 y 7 metros. Estas poleas siempre se construyen

en dos mitades unidas entre s por pernos (bulones). Las poleas de madera se construyen

con llantas de acero laminado, que tendrn proteccin contra el desgaste, brazos

sustentadores o rayos unen a la llanta con el cubo de la rueda o polea, los palieres o ejes van

siempre apoyados sobre los rodillos oscilantes con rotulas o canastas de diferentes

materiales (acero o bronce) que permiten las flexiones del rbol.

4.5. DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD: los dispositivos de seguridad son todos aquellos

que evitan que la jaula golpe contra las poleas previniendo accidentes cuyas consecuencias

suelen ser catastrficas.

La ruptura del cable, tambin puede provocar la brusca cada de la jaula y el deterioro

del castillete. Para evitar este gran peligro se encuentra sucesivamente en el casitllete los

siguientes dispositivos:

- salva poleas: entra en accin en el momento en que la jaula o el

skips rebasa la entrada del pozo en una altura normal. Es la misma

jaula o skips la que la comanda, desenganchando el freno de seguridad

de la mquina.

- estrechamiento del guionaje: se hace por encima del salva poleas;

su longitud es de 5 metros y su misin es frenar a la jaula en caso de

falla del salva poleas.

- vigas de choque: se colocan encima del estrechamiento de las

guiaderas.

- calzos de seguridad: se ubican debajo del estrechamiento de las

vigas, formando resaltos para retener la jaula que volvera a caer

despus de encontrarse con las vigas de choque y romperse el cable.


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Fig. 6: Vista de un Castillete en operacin y carga de mineral para la planta

5. TORRE DE EXTRACCION

Se ha mencionado que la torre de extraccin evita colocar las mquinas en el suelo,

stas se ubican en la cabeza de la torre y con ello se logra reducir la longitud de los cables

y el rea en el conjunto exterior.

La torre es de forma rectangular y se construye generalmente de hormign armado,

posee los mismos dispositivos de seguridad que un castillete.


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Una celebre instalacin de este tipo es la de las minas de hierro de KIRUNA (Suecia)

en el Circulo Polar rtico. La torre es de hormign tiene 115 metros de altura con 11

metros de ancho, domina nueve pozos paralelos de 457 metros de profundidad cuyos skips

y jaulas aseguran una produccin de 4000 tn/h. Las mquinas cuadricables son de 3,25

metros de dimetro (multicable), en las que 47 de las 49 instalaciones multicables tienen

contrapeso. Las ventajas del contrapeso son:

1. Servicios de varios niveles sin cordadas en falso.

2. Simplifica las entradas en los pozos.

3. Permite dos instalaciones de extraccin.

4. Equilibrio excelente cuando el contrapeso es el peso medio entre

la jaula vaca y la jaula llena.

Fig. 7: Torre de doble extraccin


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6. SALA DE MAQUINAS

Las maquinarias que hacen a la extraccin son: los tambores de enrollamiento, la

polea koepe de friccin, los cables, el freno, el mecanismo de embriague y los motores

elctricos con sus respectivos tableros de mando. En la generalidad estos elementos en

conjunto forman lo que se llama la sala de mquinas y como se mencion en el caso de la

torre de extraccin se encuentra en la cabeza, y en el caso de los castilletes est ubicado

sobre la superficie y a cierta distancia del castillete. En los esquemas anteriores se pueden

ver los sistemas mencionados.

El aparato de enrollamiento es un tambor similar al cabrestante o guinche, tambin

puede ser la polea koepe sobre la cual se mueve el cable, en cambio en el tambor el cable es

arrastrado por frotamiento sobre otra polea. Los mecanismos anteriores estn conectados a

una transmisin en la que se puede usar reductores acoplados a distintos motores elctricos

de acuerdo con las necesidades; adems, dentro de esta sala de mquinas juega un papel de

gran importancia los mecanismos de embrague y frenado.

7. RECIPIENTES DE EXTRACCION

Dentro de los recipientes de extraccin comnmente usados tenemos las jaulas y los

skips.

7.1. JAULA: sube vagonetas que contienen los productos a extraer de los diferentes

niveles de la mina hasta la superficie, en la que se descarga el mineral para ser transportado

a la sala de procesamiento, mientras que los skips no cargan vagonetas.

Fig. 8: jaula


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Fig. 9: jaula

Fig. 10: (a) jaula accionada por polea koepe (torre de extraccin),

(b) jaula accionada por tambor de enrollamiento (castillete).

El esquema anterior consta de unos montantes verticales, unidos a un revestimiento

en las partes laterales, piso y en el techo de donde se engrampa el cable que acciona a la

jaula. Los montantes suelen ser de vigas PNU (Perfil Normal U, de diferentes medidas de


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tilcarga vacas vagonetaslas de peso jaula la de peso

CuBK +

=+

CuK

=

acuerdo a la capacidad de la jaula) enlazadas entre s. Esta jaula esta dividida en pisos y su

capacidad es variable con respecto a las vagonetas que transportan. La jaula no descansa

nunca sobre apoyos, est calculada nicamente para el trabajo a traccin que ejerce sobre

ella el cable. Por el contrario si se utilizan apoyos debe trabajar a la vez a la traccin y al

pandeo. Adems han de tenerse en cuenta los importantes efectos de choque sobre el suelo

de la jaula..

Para reducir las potencias en las mquinas de extraccin se equilibrara siempre la

carga que sube con la carga descendente. Se tendrn a menudo dos jaulas o dos skips

circulando simultneamente y en sentido inverso. Si el peso de las jaulas o el peso de los

skips es P, la carga til es Cu y el peso del cable es representado por p, el esfuerzo

esttico ser:

(P + Cu + p) P = Cu + p

7.1.2. PESO MUERTO Y CARGA TIL: relacin entre K (peso de la jaula vaca) y Cu

(peso de la carga til):

Esta relacin es de 1 para los aceros ordinarios, 0,7 para los aceros especiales y varia

de 0,5 a 0,6 para las aleaciones ligeras.

En cuanto a la relacin:

Esta relacin es variable, de 1,3 a 1,7, de acuerdo a la disposicin de la jaula y al

nmero de pisos de la misma. Por ejemplo en algunas instalaciones:

a) 12 vagonetas de 0,6 tn mtricas en tres pisos, tienen una carga til de 7,2 tn,

b) 4 vagonetas de 1,5 tn mtricas en dos pisos, tienen una carga til de 6 tn,

c) una jaula de 1 piso y una vagoneta de 3 tn mtricas tiene como carga til 3 tn.


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El material utilizado en la construccin de la jaula es el acero comn y

ocasionalmente se usan aleaciones ligeras pero stas son caras, pueden ser sensibles a la

corrosin y son ms difciles de reparar. En las jaulas revestidas con aluminio siempre el

chasis deber ser de acero.

7.2. SKIPS: los skips son recipientes de extraccin que circulan en los pozos y que se

llenan en su interior por el hueco de la vagoneta cargada con mineral. Comnmente reciben

su carga de tolvas, que almacenan el mineral, lo que permite un suministro continuo.

Los primeros skips se vaciaban por inclinacin, en la actualidad se emplean skips

cuyo fondo se abre automticamente al llegar al exterior para cerrase despus del vaciado.

Fig. 11: skip Fig. 12: carga y descarga de mineral en skips

La descarga de mineral que se hace por la parte inferior usa diferentes mecanismos

automticos que pueden ser; hidrulicos o mecnicos, mediante ruedas guiadas o

electromagntico, etc.


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Fig. 13: sistema de carga del skips

7.2.1.VENTAJAS DE LOS SKIPS:

- No hay vagonetas en el interior.

- Se utiliza mejor la seccin del pozo.

- Hay menos obreros en los accesos y en ciertos casos no hay nadie en

el exterior.

- Se mejora el peso muerto (supresin de vagonetas, cable mas

ligero, aparatos de enrollamiento ms pequeo y de menor potencia).

- Menor duracin en las maniobras.

7.2.2. DESVENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS SKIPS:

- En el caso de las minas de carbn, el mineral se rompe por las

maniobra de carga y descarga.

- Produce polvo.

- No permite una separacin fcil por calidades.

- No permite la circulacin del personal.


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En el caso particular de la antracita, no se emplea skip para la extraccin debido a

que ste fractura al mineral, reduciendo su granulometra y por ende su valor. Por el

contrario, en los carbones de mas baja potencia (como los que se emplean para la

fabricacin de coque), la fractura no es inconveniente.

El inconveniente del descenso del personal, esta parcialmente resulto por un piso o a

veces dos, colocados bajo el skip o por encima de l, esto es en definitiva una superposicin

en skip o jaulas.

8. EL GUIONAJE

En Inglaterra se realiza casi siempre con dos o cuatro cables por skip o por jaulas, en

los pases como Francia, Alemania, Polonia y otros suelen efectuarse con 2 guiaderas

rgidas de madera o metal.

1- Los cables de guionaje son lisos (tipo semicerrado).

2- Para que el cable de gua cumpla su funcin debe estar lo suficientemente tirante,

la tensin se obtiene por tensores de tornillos o por contrapesos colocados en el interior o

exterior. Los contrapesos dan una tensin mas regular independiente de la temperatura,

generalmente para evitar choques entre las jaulas se colocan adems de los cables guas,

dos cables de separacin entre las mismas.

Fig. 14: Guionaje por medio de cables flexibles

8.1. GUIADERAS RGIDAS: exigen la colocacin de viguetas embutidas en la

mampostera a intervalos de 1,50 metros o 2 metros, son de madera encina o de metal. Para

el guionaje rgido de madera se emplean especies muy duras, en Francia se utiliza el azoe


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que es de origen africano, es muy pesado, su densidad de 1,06 g/cm3, tiene el doble de

resistencia a la compresin paralela a sus fibras que la encina, no tiene nudos y resiste bien

el desgaste. En los pozos donde no hay humedad, es decir secos, es necesario regar las

guiaderas para que no se partan.

Las guiaderas, se hacen de madera o metal, su longitud es de aproximadamente 10 o

12 m (longitud que depende de la profundidad del pozo) fijas a las viguetas por medio de

tirafondos especiales y bulones. Las secciones de las viguetas, as como las de las guiaderas

varan generalmente de 20 x 20 cm a 25 x 25 cm.

El guionaje de madera es mas flexible que el metlico pero suelen reemplazarse estas

guas por rieles de 46 a 62 Kg/m, los mismos son mas duraderos pero casi dos veces mas

caros.

Para los guionajes rgidos metlicos y las grandes extracciones, es conveniente

proveer a las jaulas y skips de manos de agarre elsticas, pero las pequeas secciones del

ensanche de los rieles de guionaje apenas son favorables al establecimiento de manos de

agarre de este gnero, por lo menos en la solucin clsica de tres ruedas con cubierta de

caucho que rueda por la gua en sus tres caras libres. Las dimensiones ms grandes de los

guionajes de madera o de los guionajes metlicos en perfiles distinto al riel se prestan, por

el contrario, mejor a tal solucin.

En la figura 16 (a) se muestran tres tipos de guas, de los cuales la primera (mano de

agarre ordinaria) es el ms corriente, utilizada en minas pequeas y medianas.

Para pozos estables es ventajoso utilizar guionaje con rieles, por el contrario, si estos

experimentan deformaciones importantes el guionaje de madera permite rectificaciones

mas fciles.


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Fig. 14: guiadera

Fig. 15: guiaderas rgidas


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Fig. 16 (b): guiaderas flexibles

Fig. 16 (a): guiaderas rgidas


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8.2. PARACADAS: su funcin es la de impedir la cada de la jaula en caso de rotura

del cable de extraccin o de su ligadura. Por lo general, el esfuerzo de traccin del cable se

transmite a la jaula por medio de una especie de resorte, si el cable se rompe, el resorte se

afloja y su aflojamiento es el que manda, por un juego de bielas, a los garfios del paracadas

que mordern en el guionaje.

Los paracadas funcionan bien con el guionaje de madera. Sin embargo, dan lugar a

funcionamientos intempestivos que pueden perjudicar el material.

Por reglamento se emplean siempre en el descenso de personal.

Son los esfuerzos en el momento del funcionamiento de paracadas, los que se

toman como base del clculo de las armaduras de los pozos (guiaderas, viguetas y fijacin

de las guiaderas sobre las viguetas). Para apreciarlos es lgico referirse a la carga esttica

mxima de un funcionamiento con personal que comprende:

1. El peso de la jaula.

2. La carga til mxima del personal

3. El peso de las uniones de los cables de las jaulas.

4. El peso de los cables.

Claro est, que dicha carga, debe aumentarse para tener en cuenta los efectos

dinmicos debidos a la desaceleracin del paracadas. Corrientemente se admite que estos

multiplican por tres la carga esttica. Por ultimo, parece conveniente imponer como regla,

que el armazn del pozo (guiaderas, unin de estas con las viguetas) presente un coeficiente

de seguridad de cuatro, estando definido este coeficiente, como la relacin entre la carga

que provoca la ruptura del armazn y la carga esttica mxima del funcionamiento con

personal. Esta regla es la del reglamento Alemn de Dortmund.


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Fig. 17: fundamentos del paracadas: En la figura se observa que el guionaje esta en

los extremos y los garfios del paracadas, de los extremos opuestos, estn unidos por

largas varillas A que atraviesan la jaula en toda su longitud. El mando de los garfios

se efecta por las bielas AB, BC, CD, siendo A solidaria de los garfios y O solidario del

resorte

9. ENTRADA DE LOS POZOS Antiguamente, las entradas de los pozos exigan mucho personal. Las vagonetas se

deterioraban y los accidentes personales eran muchos. En ninguna parte de la mina, sin

duda alguna, a habido progresos mayores como en las entradas de los pozos. Estas mejoras

han sido:

- Reduccin mxima del personal.

- Reduccin del tiempo de maniobra.

- Aumento de la seguridad.

- Mayor aprovechamiento de vagonetas.

9.1. FUNCIN DE LA ENTRADA DE LOS POZOS:

La entrada de los pozos aseguran:

- La extraccin de las menas y estriles.

- El servicio, transporte de madera, materiales varios y de relleno entre otros.


Extraccin

23

- La circulacin del personal.

Se sabe que las vagonetas, son muy diversas en cuanto a su capacidad que van

desde los 600 a 5000 litros (5 m3), para pozos con jaulas; hasta 15.000 litros o mas para

algunos pozos con skips.

En los proyectos de las entradas a los pozos, es preciso tener en cuenta vehculos

especiales, como locomotoras y mesillas para maderas largas o cortas, que se necesitan para

el transporte. Adems se evitar, mientras sea posible, hacer circular en una misma entrada,

vehculos de construccin y tamaos diferentes y, por regla general, se normalizaran las

piezas (trenes de ruedas, topes, etc.), sobre los que actan los aparatos de la entrada

(perforadoras, cadenas, frenos, etc.)

En la descripcin de las entradas de los pozos se distinguen:

- Las entradas del interior y las del exterior.

- Las entradas de las jaulas y los skips.

Las instalaciones de los skips, llevan uno o varios aparatos volquetes en el interior.

En el exterior, por el contrario no tienen vagonetas. Los skips se vacan simplemente en las

tolvas, o en cintas transportadoras mecnicas que llevan en mineral a las plantas de

procesamiento.

9.2. TIPOS DE ENTRADA: se pueden distinguir las siguientes:

a) segn el nmero de niveles de descarga:

1. entrada simple o de un solo nivel es aquella en la que es preciso,

con jaulas de varios pisos, efectuar un cambio de piso despus de

cada descarga.

2. entrada mltiple o de varios niveles es aquella en la que la

descarga es simultanea para todos los pisos de la jaula. La

capacidad es superior a la de la de entrada simple, pero las

instalaciones destinadas a unir los niveles auxiliares y nivel de

transporte son complicadas. Las entradas modernas son raramente

mltiples.


Extraccin

24

b) segn el sentido de la descarga:

1. entrada en tirador en la que se alternan la carga y la descarga.

Hacindose ambas al mismo lado del pozo, no se utiliza

actualmente.

2. entrada pasante, en la que la carga y la descarga son simultaneas y

en el mismo sentido.

c) segn el aspecto general del circuito de vagonetas: en todos los casos desde el

interior, vagones llenos salen de la galera de transporte y vagones vacos llegan. En

el interior las vagonetas pasan de una va a otra que le es paralela, pero cambiando el

sentido de marcha. Existen varios medios para realizar este cambio.

1. entrada en bucle

2. entradas en retroceso

3. entrada con trasbordador.

Fig. 18 a: acceso alternativo

Fig. 18 b: acceso por los dos lados


Extraccin

25

Fig. 18 c: acceso en agujas de retroceso

Fig. 18 d: acceso en agujas de retroceso

Fig. 18 e: acceso trasbordador

10. APARATOS EN LOS ENGANCHES

En este punto se estudiara la realizacin de las siguientes operaciones:

- enjaule y desenjaule de las vagonetas: esta operacin se realiza mediante

calzas o taquetes empleados para alinear las vas con el piso de las jaulas. Estos taquetes

mecnicos o hidrulicos sirven a su vez de topes o apoyos. Dentro de las operaciones de


Extraccin

26

enjaule y desenjaule se debe tener en cuenta los cierres de las jaulas, estos evitan cadas

accidentales de personas y de la carga en ausencia de las jaulas.

Fig. 19: (a) taquetes mecnicos, (b) taquetes hidrulicos

- vaciados de las vagonetas: estos mecanismos estn diseados de acuerdo a

la capacidad de las minas y se hacen mediante basculadores.

Fig. 20: basculador

Otros aparatos considerados en los enganches, son aquellos que sirven para el

movimiento en la entrada de los pozos, llamados tambin, medios auxiliares de

movimientos o de parada, ellos son:

1. Las cadenas elevadoras

2. Las cadenas de desenganche automtico.

3. Los frenos y calzas de detencin.

Las entradas modernas permiten producciones muy elevadas, una gran regularidad de


Extraccin

27

marcha con poco personal y condiciones de seguridad mxima, debido a la sealizacin y

al telemando que hace una marcha automtica de los aparatos, adems de esquemas

luminosos que permiten la vigilancia en la entrada.

11. CABLES DE EXTRACCION El conocimiento de un cable se impone en todos los estudios de una instalacin de

extraccin, ya que de su buena resistencia depende la seguridad del funcionamiento, su

dimetro impone el de los rganos de enrollamiento (mquinas de extraccin o poleas), su

carga de ruptura interviene en el clculo de las mquinas, de los castilletes o de las torres de

extraccin; su par de giro que ejerce sobre los guionajes y finalmente su elasticidad exige

ciertas disposiciones para la recepcin de las vagonetas en las entradas.

11.1. CABLES METALICOS REDONDOS: el cable redondo esta formado por un

conjunto de torones, enrolladas en hlices reunidas alrededor de un alma metlica y a veces

un alma textil de fibras largas que pueden ser camo, sisal o plstico. Existen torones de

una sola capa, das o ms capas. En el toron de alma metlica la primera es siempre de seis

kilos y puede ser de cinco kilos para un toron de alma textil. La mayora de los hilos

utilizados en la construccin de cables son redondos, de dimetros comprendidos entre dos

y tres milmetros. Estos hilos se fabrican con acero SIEMENS MARTIN o elctricos

colados, laminados y trafilados. Los mas corrientes tienen una resistencia a la ruptura que

llega hasta los 160 kg/mm2 y los cables de usos especiales poseen una resistencia que

alcanza 200 kg/mm2 . Adems se exigen de estos aceros:

1. Un alargamiento antes de la ruptura de 1,5 al 3% para los aceros ordinarios

y de 2 a 3,5 % para los aceros especiales.

2. La flexibilidad medida por plegados con un radio de l0 mm (por

ejemplo para un acero de 180 Kg. de resistencia el numero de pliegues

deber ser de 17 para un hilo de 2,5 mm y de 12 para un hilo de

3 mm).

3. Una resistencia a la torsin. Para medir sta se toma una longitud de

hilo igual a 100 veces su dimetro. Se lo sujeta en los extremos entre


Extraccin

28

los cuales se mantiene una tensin de 3 Kg. Se da un movimiento de

rotacin a uno de los extremos y se cuenta el nmero de vueltas antes

de la ruptura del hilo. Deben ser de 23 a 25 segn la calidad del acero.

4. Una resistencia a la fatiga. Para medirla se coloca el hilo en un

campo magntico y se provoca su vibracin por corriente pulsatoria.

La experiencia demuestra que existe para todo acero homogneo un

limite de fatiga definido como el valor del esfuerzo por debajo del

cual el nmero de pulsaciones antes de la ruptura tiende prcticamente

al infinito. Este limite debe ser del 27 al 30 % de la resistencia a la

traccin para el hilo nuevo. Un ensayo de fatiga sobre el hilo usado y

corrodo da a menudo un valor muy por debajo de este limite.

11.2. TIPOS DE CABLES: Existen diversos tipos de cables, su construccin depender

al uso que se le d. Los cables ordinarios pueden estar arrollados en torones hacia la

derecha o hacia la izquierda. Existen otros tipos de cables llamados cables cerrados o

semicerrados en los cuales la forma de la capa exterior es variable.

Por regla general el coeficiente de seguridad de un cable k se define como la

relacin entre su resistencia a la traccin y el esfuerzo esttico mximo. El reglamento

Francs exige para l valores mnimos de 6. El servicio de minas puede autorizar, para

minas profundas, coeficientes de seguridad algo menores. Excepcionalmente para la polea

Koepe donde es imposible hacer ensayos durante la vida del cable, porque no hay reservas

de cable en el sistema, el reglamento impone un coeficiente de seguridad normal de 7.

Fig. 21: cables ordinarios Fig. 22: cable cerrado


Extraccin

29

Fig. 23: cable de torones Fig. 24: cable de torones Fig. 25: cable cerrado triangulares aplastados

11.3. DIVERSAS CAUSAS DE LA FATIGA DE UN CABLE: sabemos que un cable

envejece a causa de la fatiga que experimenta y esto se debe a las siguientes razones:

1. Flexiones curvas: se designa as la deformacin impuesta al

cable en su plano a su paso por la polea o aparato de enrollamiento.

La relacin entre el dimetro del tambor de enrollamiento y el

dimetro del cable debe ser 1 para el dimetro del cable y de 80 a

100 para el dimetro del tambor.

2. Flexiones oblicuas: se llama as a las deformaciones temporales

de los cables en un plano perpendicular. Estas dependen del tambor

y de su ancho. En el caso de las poleas koepe depende de la polea

de desviacin. La experiencia demuestra que el funcionamiento del

cable esta poco afectado si la oblicuidad no pasa de 1/40, figura 40.

3. Frotamientos: para reducir el frotamiento del cable sobre los

aparatos de enrollamiento, es preciso tambin conservar la

oblicuidad dentro de los limites previstos.

4. Presin del cable: no debe pasar de valores que dependen del

tipo de cable y este suele ser de 16 kg/cm2 sobre la polea koepe y

de 20 kg/cm2 sobre la polea. Estas cifras pueden rebasar en un

50%.

5. Oscilaciones: un cable de extraccin efecta 200.000 a 300.000


Extraccin

30

cordadas por ao. Este trayecto reproduce las diferentes causas de

fatigas enumeradas anteriormente. La tensin varia constantemente

con la elasticidad del cable que es causa de las oscilaciones y cuyos

nmeros pueden alcanzar entre 10 o 20 por trayecto y varios

millones por ao, estas oscilaciones se registran mediante aparatos

especiales. Este fenmeno puede causar la destruccin del cable.

El cambio de un cable en una polea koepe debe hacerse al cabo de

dos aos, que es el limite reglamentario si la maquinaria es

utilizada para el personal. Para otros cables se harn cortes en las

puntas cada dos o tres meses y se verificaran los ensayos

anteriormente enunciados. La duracin del cable es

aproximadamente tres aos.

11.4. VIGILANCIA DE LOS CABLES: el engrasado se hace fundamentalmente para

reducir la corrosin y facilitar el deslizamiento. Si se trata de cables tractores, para

mquinas koepe, el engrase no se hace porque dara lugar a un deslizamiento del cable

sobre la mquina, entonces hay que poner un barniz de proteccin o un lubricante slido a

las temperaturas corrientes para evitar el deslizamiento.

Los cables se destruyen por rotura sucesiva de los hilos que lo forman, esto se debe

a la fatiga y a la disminucin de la seccin de los hilos debido a la corrosin o a las

acciones mecnicas entre ellos.

11.5.VISITAS Y ENSAYOS: la vigilancia reglamentara consiste en inspecciones, salvo

para la polea koepe, cortando puntas y ensayando sobre la parte del cable cortada. Los

ensayos de traccin en una parte sana, ensayos de flexin de los hilos, un examen del

estado de los hilos externos e internos despus del descableado dan indicaciones valiosas

sobre el estado de la punta y provocarn el cambio del cable, si estos ensayos no responden

a las prescripciones reglamentarias. Existen exmenes con rayos X, rayos gama y

ultrasonidos, tambin se hace endoscopia para examinar los torones interiores o se utilizan

detectores electromagnticos para las averas haciendo pasar el cable por el campo

magntico de un solenoide: la diferencia de estado del cable provoca una desviacin de las


Extraccin

31

lneas de fuerza que determinan en una bobina de medicin una fuerza electromotriz

inducida que es registrada por un galvanmetro.

11.6. ATADURAS Y ATALAJES (Rope Aleachments): se llaman as a las uniones

concernientes a los cables redondos. La atadura es un rgano de amarre del cable y el

atalaje es un rgano de amarre que une el cable mediante su atadura a la jaula. Existen

diversos tipos de uniones:

1. Unin cnica: la extremidad del cable destorcida, abierta en forma de

borla, perfectamente limpia y espolvoreada con resina, est colocada en

una especie cubierta cnica de acero ensanchada hacia la parte baja. Se

coloca all una aleacin fundida a base de plomo o estao, que llena los

vacos entre los hilos y forman con ella un conjunto slido que no puede

salir de la cubierta. La seguridad de esta unin depende de la resistencia

de la unin cnica, pero tambin de su forma. Ver Figura 26

2. Unin de vaina y collares de presin: consiste en presionar el cable

por pinzas solidarias. Ver Figura 27.

3. Uniones autopresionantes: a diferencia de las uniones de vainas y

collares de presin las uniones autopresionantes se componen de un

armazn y una pieza interior independiente. Ver Figura 29.

Fig. 26: unin cnica Fig. 27: unin con circulo y collares de ajuste


Extraccin

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Fig. 28: vuelta de divisin del cable

Fig. 29: unin autoajustante Fig. 30: unin con varilla maestra


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11.7. COLOCACIN Y CAMBIO DE LOS CABLES: Esta operacin es larga y delicada

sobretodo con la polea koepe. Es preciso evitar ante todo el accidente clsico del desenrollamiento

intempestivo del cable. Para esto el castillete y la entrada de los pozos estarn provistos a un relevo

fijo, de dispositivos seguros, que no sirvan mas que para esta operacin. Seria demasiado largo

describir en detalle los diferentes modos de colocacin y cambio. Se recomienda asistir llegado el

caso por lo menos una vez a esta operacin.

12. MOTORES DE EXTRACCION Y DE FRENADO

Se usan motores de corriente alterna trifsicos pero el mas conveniente es el motor

elctrico de corriente continua. Se usa mucha maquinaria de vapor para la extraccin.

El trabajo del motor de extraccin es muy particular:

1. Su marcha es discontinua.

2. Su rotacin cambia de sentido cada minuto.

3. Su par varia mucho durante el trayecto.

4. Su potencia varia mas aun.

5. Su velocidad de rgimen finalmente toma los mas diversos valores

segn que se trate de material, de personal o de otros casos.

Los motores deben reunir las siguientes cualidades:

1. Alimentacin por una fuente elstica, capaz de abastecer los fuertes

picos de corriente en diferentes momentos.

2. Flexibilidad de marcha, para hacer frente a las diferentes condiciones

de funcionamiento.

3. Seguridad de maniobra de las masas pesadas que estn lanzadas a

velocidades considerables y de la vida humana que esta en juego.

4. Regularidad absoluta, debido a que una avera del motor paraliza la

produccin de la mina.

12.1. MOTOR TRIFSICO: Se emplea casi siempre el tipo asincrnico con una tensin

par lo general de 3000 a 6000 volts.

Las ventajas son:

1. Es muy barato.


Extraccin

34

2. Es de pequeo volumen.

3. Su inercia es pequea.

12.1.1. INCONVENIENTES O DESVENTAJAS:

1. Su velocidad angular es elevada y sta velocidad es proporcional al

nmero de pares de polos. Ejemplo: para 3000 vueltas deber tener dos

polos, para 375 vueltas deber tener 8 pares y para 250 vueltas deber

tener 12 pares. Esto indica que a medida que aumenta el nmero de

polos aumenta el precio. Los aparatos de enrollamiento tienen

velocidades bajas de 30 a 60 vueltas, el accionamiento directo con este

tipo de motores es siempre imposible, razn por la cual el motor esta

conectado a un tren de engranajes reductores cuyas relaciones varan de

1/7 a 1/24. Actualmente esta relacin de velocidades se consigue

variando la relacin de frecuencia.

2. El flujo de la corriente en el arranque es muy importante por lo que es

preciso insertar en el circuito fuertes resistencias para obtener en el

arranque un par suficiente.

3. La seguridad de la extraccin es menor por el hecho de la presencia de

los engranajes, cuyos dientes podran romperse.

Fig. 31: unin por medio de motor asincrnico


Extraccin

35

12.1.2. VARIACIN DE LA VELOCIDAD: el convertidor de frecuencia se emplea para

la obtencin de la velocidad variable utilizando motores trifsicos de tensin y velocidad

fija como son los motores trifsicos de uso normal.

Principios a tener en cuenta: para aumentar o disminuir la frecuencia, con el objeto de

conseguir mas o menos velocidad, se disminuir o aumentara la tensin en igual

proporcin. Hay otra razn que le da al motor asincrnico menos seguridad y esta es que se

presta mal al frenado elctrico.

12.1.3 MANIOBRAS DEL MOTOR ASINCRNICO: En la instalacin elctrica de este

motor hay dos aparatos importantes y costosos:

1. El inversor del estator: sirve para el cambio de marcha del motor por

inversin de dos fases. Intervienen hasta 3000 veces por da o mas, por

consiguiente debe ser robusto y manejable. Este aparato est al aire y

tiene toda la gama de dispositivos, destinados a preservar los contactos,

como apaga chispas, contactos auxiliares, bobina de soplado de arco, etc.

Est comandado por un servomotor neumtico.

2. El restato de arranque: es el otro aparato costoso que puede ser de

resistencias liquidas o de resistencias slidas y mas recientemente se usan

contactores. Siempre deben instalarse en locales ventilados para la

evacuacin del calor que produzcan las resistencias.


Extraccin

36

12.1.4. LA MARCHA DEL MOTOR ASINCRNICO: se hace mediante una palanca de

maniobras que va hacia atrs o hacia delante, segn el sentido de marcha que se quiera

obtener, dando curvas caractersticas que relacionan el par y la velocidad, en cuanto se

refiere al arranque, a la marcha continua y a la parada. En conclusin a pesar de su precio

mas reducido el sistema asincrnico tiene uso limitado para pequeas y medianas

potencias.

12.2. MOTOR CONTINUO: el accionamiento por motor continuo en la extraccin es la

nica solucin para elevar la potencia. Para este caso la corriente trifsica de la red se

convierte primero en continua generalmente por un grupo convertidor. Este esta formado

por un motor asincrnico (M) alimentado desde un red trifsica y cuyo movimiento acciona

directamente uno o dos generadores de corriente continua (G).

En el sistema Ward-Leonard. Los convertidores de corriente continua accionan el

motor que hace girar el aparato de enrollamiento y que por lo general estn separados tanto

el grupo convertidor corno el mecanismo de extraccin.

Fig. 32: disposicin del grupo convertidor


Extraccin

37

Fig. 33: unin mediante motor continuo

12.2.1. CONTROL Y SEGURIDAD EN MOTORES ASINCRNICOS Y CONTINUOS:

- Motor continuo: el control se efecta por indicadores de posicin que nos

dan en cada momento la posicin de la jaula y a su vez se hace un control por un indicador

de velocidad. La seguridad esta dada por un dispositivo de accionamiento mecnico de la

palanca.

La puesta en marcha del freno de seguridad se produce al accionar el salvapolea si

la jaula llega a sobrepasar el embarque o por desenganche en una bobina de mxima a una

bobina de mnima (para el caso de los motores de corriente continua). El caso de la

seguridad es casi el mismo que para la corriente alterna pero se pueden aadir dispositivos

semiautomticos o automticos para el control de las velocidades. Las aceleraciones y el

detencin de la mquina esta reglamentado. Las maquinas de vapor constituyeron

antiguamente una solucin en los mecanismos de extraccin.

13. FRENADO

En la traccin puede hacerse el frenado por el motor, para el caso de los motores

de corriente continua en cambio, para los asincrnicos se origina perdida por el


Extraccin

38

accionamiento de la resistencia. El frenado mecnico se hace con el objeto de la

conservacin de la maquina en la parada y en los casos de urgencia as como de cortes de

corriente, su funcionamiento es el mismo que el visto en Mecnica Aplicada a la Minera.

14. CONSIDERACIONES ECONMICAS

Las inversiones dependern del sistema usado en la extraccin como as tambin de

la maquinaria empleada. A continuacin se evaluarn los costos para un pozo de 1200

metros de profundidad y una produccin de 10.000 toneladas diarias.

1. Torre de extraccin: 1,5 millones de dlares.

2. La instalacin de skips dobles con motores de 300 Kw, grupos

convertidores: 3.000.000 de dlares.

3. Instalacin de jaulas, inclusive vagonetas: 2,5 millones de dlares.

4. No se consideran los trabajos de perforacin ni excavaciones.

15. CONSUMO DE ENERGA EN LA EXTRACCION Se dar como ejemplo la extraccin de una tonelada de mineral a travs de un pozo

de 500 m de profundidad.

1000 kg x 9,8 m/seg2 x 500 m = 4.900.000 jouls.

4.900.000 jouls/3600 = 1,36 kw/hora

Si se tiene en cuenta la inercia de las instalaciones, la extraccin de estril, las

cordadas con personal y el conjunto de servicio, el consumo real se estima en 3,8 kw/hora

por tonelada.

CINEMTICA DE LA EXTRACCION

16. ESQUEMA DE LAS VELOCIDADES ANGULARES

En toda mquina de extraccin existe un aparato de enrollamiento (a tambor o

polea koepe) que es accionado por un motor que puede estar conectado en forma directa o

por medio de un reductor.


Extraccin

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La marcha de la mquina es alternativa y sus movimientos reciben diversos

nombres.

- Tiro: es el viaje de la jaula o skip.

- Maniobra: son las operaciones en la entrada entre dos pisos.

- Cordada: es el conjunto del tiro y de las maniobras.

El tiro esta compuesto normalmente por tres partes:

1. Un periodo de aceleracin, a menudo de aceleracin angular constante.

2. Un periodo de rgimen con velocidad angular constante.

3. Un periodo de frenado con deceleracin angular constante.

La duracin prctica de las maniobras varia de 8 a 15 segundos para los skips, en

cambio en las jaulas depende del nmero de vagonetas y si sta tiene varios pisos la

duracin de las maniobras vara entre 4 y 2 segundos. Las indicaciones de freno echado,

adelante y alto aparece en el tablero de sealizacin que comanda el maquinista.

Cuando la mquina esta inmovilizada por su freno, el tablero marca freno echado.

Cuando el encargado da la orden de partida la seal dir adelante y por ltimo la seal ser

de alto cuando se d la orden respectiva.

Fig. 34: diagrama de velocidades angulares


Extraccin

40

17. ESQUEMA DE LAS VELOCIDADES LINEALES

El esquema para mquinas con radio de enrollamiento constante, como por ejemplo

tambor cilndrico o poleas koepe, tiene la misma forma que el de velocidades angulares.

Por el contrario es diferente para una maquina con un dimetro de enrollamiento variable,

tal es el caso de los tambores cnicos, cuyo esquema se muestra a continuacin.

Fig. 35: tambores cnicos. velocidades lineales

Las velocidades lineales en los tambores cnicos pueden ser muy elevadas y pasar

los 20 m/seg.

18. NOCIN DE EQUILIBRADO El funcionamiento de toda mquina de extraccin exige que se aplique a su

aparato de enrollamiento un par total C, igual en todo momento a la suma de los siguientes

pares:

Cs = par esttico correspondiente a la cargas colocadas en las jaulas o

skips.

Cr = par de resistencias pasiva de la instalacin..

Cd = par dinmico correspondiente a la aceleracin de las masas en

movimiento.

Este par total sufre variaciones importantes en el curso del tiro, se debe reducir tanto

el par como la velocidad para tener menos potencia a consumirse en los motores y as se

tendrn menos costos y por ende se reducir la demanda de la carga.


Extraccin

41

Para regularizar este par se utilizan dos procedimientos:

1. cable de equilibrio:

Fig. 36: sistema de radio constante sin cable de equilibrio

En el dibujo anterior vemos un rgano de arrastre sin cable de equilibrio y de radio R

donde:

P = peso de la jaula y de las vagonetas vacas.

Cu = carga til que corresponde al peso del mineral a subir.

p = peso total del cable, desde el interior hasta el exterior.

El par esttico ser:

(Cu + p) . R = al principio de la cordada

(Cu - p ) . R = al final de la cordada

Sea un pozo de 1000 metros de profundidad con un tambor de enrollamiento de 7

metros de dimetro y una jaula de carga til de 12 toneladas mtricas; soportadas por un

cable de 70 mm de dimetro que tiene un peso de 28 kg por metro Cul ser el par

esttico al principio de la cordada y cual al final de la cordada?.


Extraccin

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No hay equilibrio

Hay equilibrio

(12.000 +28.000) . 3,5 = 140.000 kgm

(12.000 - 28.000) . 3,5 = 56.000 kgm

Se supondr ahora que las dos jaulas estn unidas por un cable de peso p', que

cuelga libremente en el pozo. Ver fig. 37. Este cable es llamado cable de equilibrio.

Fig. 37: sistema de radio constante con cable de equilibrio

Con esta disposicin el par esttico se convertir en:

(Cu + p p) . R al comienzo de la cordada

(Cu + p- p) . R al final de la cordada

Si las dos jaulas estn unidas por cables que tienen igual peso (p = p) los dos pares

tendrn el mismo valor de R . Cu, por lo tanto habr equilibrio.

El clculo, usando los datos del ejemplo anterior y sumando el par al comienzo y

final de la cordada, sern de igual valor.

(12.000 + 28.000 28.000) . 3,5 = 42.000 Kgm


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2. dimetro de enrollamiento variable:

Fig. 38: sistema de radio variable

En el esquema anterior el cable se enrolla con dimetro r al principio de la cordada

y con dimetro R al final de la cordada y los pares sern:

(Cu + p) . r al comienzo (Cu -p) . R al final

19. TIPOS DE APARATOS DE ENROLLAMIENTOS

Con frecuencia son dos tambores fijados a un mismo eje o rbol de transmisin. El

sentido de rotacin es el mismo. Para asegurar la subida de una jaula durante el descenso

de otra, los cables pasan uno por encima del tambor correspondiente y el otro por debajo

del otro tambor. Ver figura 39. en la subida, el cable izquierdo de la figura se enrolla sobre

su tambor, terminando por rellenarlo. Al mismo tiempo, sobre el tambor de la derecha de

la jaula descendente, el cable se desenrolla.


Extraccin

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Con este sistema el par est muy desequilibrado, pero se lo puede equilibrar

aadindole un cable de equilibrio. Adems del enrollamiento activo, el tambor lleva una

reserva de cable para compensar los cortes de puntas que el reglamento impone, cada 2 o 3

meses como caso general. El tambor lleva tambin algunas vueltas muertas para reducir el

esfuerzo ejercido por el cable por su unin al tambor.

Los ngulos de oblicuidad tanto interior como exterior no deben pasar la relacin

1/40 (1,5) cada uno, con ello se evita el desgaste en las poleas, el tambor y el cable.

Fig. 39: tambores cilndricos

Fig. 40: ngulos de oblicuidad


Extraccin

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Fig. 41: diagrama que muestra como efectuar la correcta seleccin de direccin para un

enarbolamiento del tambor

19.1. TAMBOR CNICO: los aparatos del tambor cnico estn formados por dos

tambores simtricos unidos los dos en forma de tronco de cono, pudiendo recibir la

totalidad de uno de los cables. Ver figura 38. Actualmente estos estn en desuso debido a

que posean dimetros inadmisibles.

19.2. TAMBORES BICILINDRICOS: con ellos se consigue regularizar la potencia,

aunque el esquema del par es de marcha irregular. Consta de tres soportes cilndricos, uno

central de gran dimetro y dos laterales de pequeo dimetro. Adems llevan dos partes

cnicas. Ver figura 42.

Al principio el cable de la jaula al subir se enrolla sobre el dimetro pequeo para

pasar luego al dimetro superior siguiendo unas guas de hierro especiales. Ver figura 43.

La cordada termina sobre el dimetro mayor.


Extraccin

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Fig. 42: tambor bicilindrocnico Fig. 43: guiado de cables

20. BOBINAS

Se usan en el caso de perforaciones de pozos, es decir en las profundizaciones, ya

que con ellas se puede cambiar fcilmente la longitud til de los cables a medida que se

profundiza (tipo malacate).

21. POLEA KOEPE

21.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: un cable comn une las dos jaulas y las

soporta. El cable es arrastrado por simple adherencia por una polea motriz a la que rodea

sobre un arco de una semicircunferencia, un cable de equilibrio atado bajo las dos jaulas

pende libremente en el pozo y las une entre s.

21.2. INSTALACIN DE LA POLEA KOEPE: con un solo cable de extraccin fijo no se

pueden tener reservas de cable, por consiguiente los cortes en las puntas para los ensayos

es imposible.

Lo anteriormente mencionado reglamentado, sin embargo a su vez exige un

coeficiente de seguridad para el cable mas elevado que puede ser 7 en lugar de 6 y prohbe


Extraccin

47

la utilizacin de cables que han sido empleados por mas de dos aos, para transporte de

personal.

21.3. POLEAS KOEPE MONOCABLES: se construyen con dimetros que llegan a 9

metros y su llanta es muy ancha, llevando en la garganta una guarnicin que recibe al

cable. Esta guarnicin asegura un coeficiente de frotamiento elevado y se hace de cintas

viejas, colocadas una al lado de la otra, a las mismas se les hace presin con cuas de

madera en los extremos de la garganta, estas dos zonas anchas que reciben la zapata del

freno y que en las poleas koepe modernas son discos para trabajar en un sistema llamado

tambin de freno a disco.

Fig. 44: corte de una llanta de polea koepe

21.4. POLEAS KOEPE MULTICABLES: se construye bajo la forma de tambores con

tantas gargantas como cables a soportar. Los dimetros mximos alcanzan 5 metros,

pueden ser mayores de ser necesario. La polea multicable permite ganar en inercia y por

consiguiente en par y potencia, a su vez suprime en ciertos casos las poleas de desviacin

en la torre de extraccin, reduciendo el tamao de las mquinas de extraccin.

Suecia KIRUNA mina de hierro en el circulo polar rtico; una torre de extraccin

de hormign armado de 115 metros de alto por 11 metros de ancho tiene 9 pozos paralelos

de 457 metros de profundidad con skip y jaulas que aseguran una produccin total de 4.000

toneladas hora y estn agrupados con 9 maquinas cuadricables de 3,25 metros de

dimetro.


Extraccin

48

Fig. 45: polea koepe multicable


Extraccin

49

Fig. 46: polea koepe multicable con freno a disco

DINAMICA DE LA EXTRACCION 22. PAR, POTENCIA Y ADHERENCIA

La dinmica de la extraccin comprende el par la potencia y la adherencia, se ha

tomado como base de clculo la polea koepe, que simplifica el estudio, complicado en los

dems enrollamientos de las mquinas de extraccin.

Sabemos que en las cordadas existen tres perodos.

- Arranque

- Marcha a velocidad constante

- Frenado


Extraccin

50

Como se ha comprobado en el esquema de velocidad, ya explicado, a las fuerzas

de gravedad, los frotamientos y la inercia corresponden 3 pares o momentos.

- El par esttico (Cs)

- El par de frotamiento (Cf)

- El par dinmico o de inercia (Cd)

FUERZA , PARES Y POTENCIA

FUERZA Kg

PARES

(F . d) POTENCIA

GRAVEDAD (- Q Q) = q q . R q . R .w

FROTAMIENTO q . f q . f . R q . f . R . w

INERCIA g/g . Po g/g Po . R g/g Po . R . w

Referencias:

Po = peso total de la masa en movimiento = Pt + Pr

Pt = peso de las masas de traslacin.

Pr = peso reducido de la masa de rotacin, son valores dados por el fabricante (tabulados).

V = velocidad de traslacin (V = R . w)

g = aceleracin en el instante.

f = coeficiente de frotamiento.

g = gravedad.

w = aceleracin angular.

q = carga en la vagoneta

Q y Q = pesos de la jaula llenas y vacas respectivamente

Ejemplo:

Estudio de los periodos de aceleracin, marcha a velocidad constante, periodo de

frenado y potencia en una instalacin de la cual se tienen los siguientes datos.

- Carga en las vagonetas (q) = 10 toneladas mtricas.

- Radio del mecanismo de enrollamiento (R) = 3 metros.


Extraccin

51

- Vagonetas cargadas (Q) = 15 toneladas mtricas.

- Vagonetas vacas (Q) = 5 toneladas mtricas.

- Profundidad del pozo (H) = 500 metros.

- Peso del cable de extraccin y de equilibrio (p) = p = 20 kg/m.

- Velocidad mxima (V) 10 m/seg = 36 km/h

- Aceleracin en un instante (g ) = 1 m/ seg2.

- Coeficiente de frotamiento (f) = 15 %.

Clculos:

1. Calculo del par en el periodo de aceleracin:

En el periodo de aceleracin se determinar el valor de los pares estticos (Cs), de

frotamiento (Cf) y dinmico (Cd). Para ello se tendr que determinar el peso total que es la

suma de las masas de traslacin Pt y el peso reducido de la masa de rotacin Pr,

Donde:

Pt = Q + Q + 2 . p + H = 40 toneladas mtricas

Pr est dado por el constructor para cada pieza que gira (motor, polea koepe,

tambor cilndrico o cnico y dems accesorios de extraccin).

Se admitir que Pr = . Pt, orden de magnitud razonable para una extraccin

monocable koepe a esa profundidad.

El peso total ser:

Po = Pr + Pt = 40 + Pt = 60 toneladas mtricas

Cs = R . q = 3 . 10.000 = 30.000 Kgm

Cf = 15 % . 3 . 10.000 = 4.500 Kgm

Cd = R . g/ Po = 60.000 . 1 m/seg2 / 9,8 m/seg2 . 3 = 18.000 Kgm

El par total durante el periodo de aceleracin ser:

Ct = Cs + Cf + Cd = 52.500 Kgm


Extraccin

52

CV 2.300 75

3.33x 52.500 AW ==

CV 1.500 75

3.33x 34.500 BW ==

2. Clculo del par en marcha a velocidad constante:

En este caso Cs y Cf conservan los valores precedentes y por lgica el valor de Cd es

nulo, luego se tendr:

C = Cs + Cf = 34.500 Kgm

3. Clculo del par en el frenado:

Tambin en este caso los valores de Cf y Cs se conservan pero Cd se hace negativo,

entonces:

C = Cs + Cf Cd = 34.500 Kgm 18.000 Kgm = 16.500 Kgm

4. Clculo de la velocidad:

El tiempo de aceleracin dura 10 seg, ya que g = 1 m/seg2, siendo V max = 10 m/seg,

durante este tiempo la jaula recorre 50 metros, debido a que la Vmedia es igual a 5 m/seg. El

tiempo de frenado es tambin de 10 seg, puesto que g = - 1 m/seg2, la duracin del frenado es

tambin de 50 metros, ya que la V media es igual a 5 m/seg, la marcha a velocidad constante se

realiza en 500 metros (2 x 50) = 400 metros y dura 40 segundos.

5. Clculo de la potencia:

La potencia W necesaria para la cordada, expresada en Caballo Vapor CV es:

W = C . w/ 75

w parte de cero para llegar a 10 m/seg/ 3 m = 3,33 radianes/seg, tal que se tiene

sucesivamente los diferentes momentos de la cordada que dan las respectivas potencias.

Wo = 0 . CV


Extraccin

53

CV 730 75

3.33x 16.500 CW ==

CV 0 WD =

Fig. 47: diagrama de velocidades y tiempos:

23. ACCIONAMIENTO POR MOTOR ANULAR

El motor anular viene a ser el concepto de accionamiento seguro y tcnicamente

sofisticado, ante todo para los molinos tubulares que requieren unas potencias motrices

elevadas. La transmisin del momento se efecta, sin intervencin alguna de reductores ni

engranajes, mediante fuerzas magnticas presentes en el entrehierro situado entre el rotor y

el estator. El cilindro del molino sostiene las zapatas polares del motor y se convierte con

ello en rotor, el cual se encuentra rodiado por el estator.

50.000

30.000

2.300 CV WA

Velocidad angular Par Potencia

WB 1500 CV 52.500

B

C WC 16.500

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo (seg)

34.500

10.000

50 m 50 m 400 m

W (rad/s) C (kgm) W (CV)

WD


Extraccin

54

Entre todos los sistemas de accionamiento, el motor anular es aquel que requiere un

mnimo de trabajos de mantenimiento y que ofrece una mxima disponibilidad, ya que la

transmisin de la fuerza es efectuada sin ninguna clase de desgaste y porque no se requiere

ningn cojinete propio para el motor.

Los accionamientos por motor anular admiten la regulacin sin escalonamientos de

sus velocidades de rotacin.

El nmero de revoluciones admite la adaptacin optima a las caractersticas del

material a moler y de las instalaciones de molienda. Para los trabajos de entretenimiento, el

molino puede ser posicionado convenientemente sin necesidad de utilizar un accionamiento

auxiliar.


Extraccin

55

Fig.

50:

mot

or a

nula

r


Extraccin

56

Fig

. 51:

esq

uem

a ge

nera

l de

extr

acci

n


Extraccin

57

24. PROBLEMAS DE EXTRACCIN

24.1. CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS DE EXTRACCIN EN MINA SUBTERRNEA:

Determinar las caractersticas de la instalacin de extraccin mediante jaulas y dos tambores cilndricos(1), empleando los siguientes datos:

Produccin anual del pozo: Mineral de cobre------------------------------------------------------------------A = 120.000 tn

Estril ------------------------------------------------------------------------------a = 10.000 tn

Profundidad del pozo--------------------------------------------------------------H = 260 m

Altura de estacada ----------------------------------------------------------------h = 7 m

Nmero de das hbiles-----------------------------------------------------------b = 300

Nmero de turnos de trabajo por da--------------------------------------------n = 2

Volumen de la vagoneta----------------------------------------------------------v = 0.4 m3

Carga til de la vagoneta---------------------------------------------------------Qm =1000 kg

Tara de la vagoneta---------------------------------------------------------------qm = 400 Kg

CLCULOS:

1- ELECCIN DE LA CARGA TIL:

- Produccin horaria:

tn 39 14 x 300

10.000) (120.000 1,25

bta)(Ac

Q @+

=+

=h

- Nmero de cordadas:

39 139

QQ

nn

h ===

Se elige una jaula de un solo piso, de 1400 x 1020 mm de seccin, cuyo alto es 5 m,

peso de la jaula con aparato de amarre = 1000 kg o distancia entre los ejes de los cables =

1500 mm.

(1) Problema extrado del Novitzky pag. 544.


Extraccin

58

2- CABLE DE EXTRACCIN: Se adopta un castillete de Hc = 20 m de alto. El largo total de la parte vertical del

cable llega a:

Ho = H + Hc = 260 + 20 = 280 m

3- DISPOSICIN DE LA MAQUINA DE EXTRACCIN:

La distancia mnima del eje de los tambores hasta los cables est determinada por la

frmula (98):

m 18,562 x 21

20 x 0,45 6D 0,5DH 0,45b ptcmin =++=+++=

Se adopta b = 25 m El largo de la cuerda, segn la formula (99):

m 30 22 - (25 1) - (20

2

D - (b c) - (H L 2p2c @+=+=

22 ))

El ngulo de desviacin exterior es:

'8'44.75' 1 a 0,02 30 x 2

0,6 1,5 - 1 x 2

L 2a S - 2B

a tg 11 =@+

=+

=

El ngulo de desviacin interior es:

'51'33.74' 0 a 0,015 30 x 2

0,6 1,5

L 2a - S

a tg 22 ==-

==

El ngulo de inclinacin es:

39 0,8 2

2 - 25 1 - 20

2Dp - b

c - H tg c @j@==j

La siguiente figura representa la disposicin de la instalacin:


Extraccin

59

Fig. 48

Carga total en el extremo del cable:

Kg 240040010001000qQQ Q mmnt =++=++=

Peso lineal del cable:

kg/m 1,2 280

8 x 0,916000

2400

Hm x 0,9

sQ

p

0

t =-

=-

=

donde el coeficiente de seguridad m = 8, ya que la instalacin se utilizar tambin para la

subida y bajada de personal.

Se elige el cable de:

kg 20.600 Kz mm, 1,2 d mm, 18,5 d , 19 x 6 ===

4- TAMAO DE LAS POLEAS Y DE LOS TAMBORES:

Segn los reglamentos de seguridad:

mm 1480 18,5 x 80 d x 80 D p ==


Extraccin

60

mm 1440 1,2 x 1200 x 1200 D p ==d

Se adopta para el dimetro de la polea Dp = 2000 mm. El dimetro del tambor se elige en base a las mismas condiciones. Entonces:

Dp = 2000 mm

El ancho del tambor para una mquina de dos tambores:

( ) ( ) mm 1046 2 18,5 x 32 x 3,1430 7 260

e d x 3 d p

h h H B

t

21 =+

+

++=+

+

++=

Siendo: h1 = altura de la estacada, h2 = largo del cable utilizado par ensayos de su resistencia. Como los tambores tienen Dt = 2m de las mquinas de extraccin estndar tienen B

hasta 1 m, se adopta Dt = 2,5 m y se recalcula el ancho del tambor:

( ) mm 840 2 18,5 x 3 2,5 x 3,14

30 7 260 B =+

+++=

Se adopta la mquina de extraccin de dos tambores: Dt = 2500 mm,

B = 1000, a = 600 mm (distancia entre los tambores).

Tiempo total de una cordada:

92" 39

3600 T1 @=

Tomando una parada (-) = 30 (enganche con retroceso), se obtiene el tiempo efectivo de una cordada:

62" 30 - 92 (-) - T T 1 === La velocidad mxima para el transporte de cargas, segn el reglamento de seguridad

ruso:

m/seg 13 267 0,8H 0,8 Vmax ===

Se fijan las aceleraciones a1 = a3 = 0,7 m/seg2 y se calcula la velocidad mxima segn

el diagrama trapezoidal (motor asincrnico):

( ) m/seg 4,85 267 x 0,35 x 2 - 62) x (0,35 - 62 x 0,35 2cHct - cT V 22max ==-=


Extraccin

61

Donde:

0,35 0,7 0,70,7 x 0,7

a aa x a

c31

31 =+

=+

=

Los tiempos parciales son:

seg 6,93 0,74,85

aV

t1

max1 ===

seg 48,10 62- 4,85

267 x 2 T -

V2H

tmax

2 ===

seg 6,97 48,10 - 6,93 - 62 t - t - T t 213 ===

Los caminos respectivos de la jaula son:

m 16,805 2

6,93 x 4,85

2t x V

h 1max1 ===

m 233,285 48,10 x 4,85 t x V h 2max2 ===

16,902m 2

6,97 x 4,85

2t x V

h 3max3 ===

m 267 m 266,992 hhh 321 @=++

5- DINMICA DE LA EXTRACCIN: Potencia de la mquina de extraccin, tentativamente:

kw 90 89,4 0,85 x 62 x 102

1,5 x 26 x 1000 x 1,2

? x T x 102p x H x Q k

N n @==+

=

donde h = 0,85; rendimiento de la reduccin por engranajes.

Se adopta un motor trifsico de 600 rpm, cuyo momento de inercia (PD2)r = 60

Kg./m2

Nmero de revoluciones del tambor:


Extraccin

62

rpm 37 2,5 x 3,14

4,85 x 60

D p Vx 60

nt

max t ===

La relacin de reduccin es:

16,2 37

600 n

n it

m ===

Se debe determinar la suma de las masas reducidas. El peso reducido del cable es:

kg 438 365 x 1,2 pL P cc === Donde:

Lc = H0 + L + l1 + 3pDt = 280 + 30 + 30 + 3 x 3,14 x 2,5 = 365 m largo del cable.

El peso reducido de la polea es:

Pp = 90 Dp2 = 90 x 22 = 360 kg

El peso reducido del rotor es:

P = 1600 Kg

El peso reducido del rotor es:

( )kg 2519

2,516,2 x 60

D

2i xPD P2

2

t

r2

r === 2

El peso reducido del engranaje es:

kg 630 2519 x 0,25 Pe ==

El peso reducido total es:

=++++++= P 2 P 2 2

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2 Extracción minera - Ing. Marquina