Informe Nº2

“Perforación Neumática e Hidráulica”

Nombre: Diego Santibañez R.

Carrera: Ingeniería Civil de Minas

Ayudante: Maximiliano Salas

Laboratorio: L-2

Fecha: 21 de Octubre del 2013

UNIVERSIDAD DE LA SERENAFACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO INGENIERÍA DE MINAS

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

Índice

Introducción y objetivos …………………………………………… 3

Desarrollo de la Experiencia …………………………………………… 4 - 8

Conclusión …………………………………………… 9

Bibliografía …………………………………………… 10

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

Introducción

La perforación no es algo nuevo en minería, desde los comienzos de la minería, el hombre fue creando objetos para una mejor extracción del mineral. Los inicios de la perforación fueron máquinas manuales en su totalidad, donde la perforación esperada podía demorar días, en la actualidad, se posee máquinas mucho más complejas, de menos desgaste físico y que perforan a mayor velocidad grandes distancias. En la experiencia conoceremos como las partes y la eficiencia que posee una máquina perforadora neumática e hidráulica, se conocerá tanto sus métodos de accionamiento, funcionamiento y los mecanismos que poseen para ejecutar una perforación en un macizo rocoso determinado.

Objetivos

Conocer Mecanismos de funcionamiento de máquinas perforadoras neumáticas e hidráulicas

Determinar los parámetros físicos de perforación

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

Desarrollo

Análisis de una Máquina Perforadora Neumática

Una máquina perforadora neumática es una clasificación de las conocidas máquinas perforadoras rotopercutiva, una máquina perforadora neumática se caracteriza en el hecho de que el accionamiento del martillo perforador se genera por aire comprimido que provoca el movimiento de un pistón al interior de la máquina y que al moverse el pistón genera un golpe y logra una rotación de la barra y el bit, el cual va perforando el macizo rocoso.

Frente a estos hechos, una máquina perforadora tiene una serie de fundamentos que se describan a continuación y que producen que el accionamiento de la máquina se produzca de forma correcta:

- Percusión: Los impactos producidos por el golpe que origina el pistón hace que se produzcan ondas de choque, estas se trasmite a través de la barra de perforación hasta el bit. En otras palabras, es la energía cinética que va desde la máquina perforadora hasta el bit.

- Rotación: Es el movimiento que hace girar el bit entre impactos sucesivos, su objetivo es hacer que éste actúe sobre puntos distintos de la roca en el fondo de la perforación. En cada tipo de roca existe una velocidad óptima de rotación para la cual se producen los detritos de mayor tamaño al aprovechar la superficie libre del hueco que se crea en cada impacto.

- Empuje: Se caracteriza por asegurar una buena transmisión de la energía a la roca, el bit debe estar en contacto permanente; esto se consigue con la fuerza de empuje suministrada por un motor o cilindro de avance, que debe adecuarse al tipo de roca y bit. Algo importante en el empuje es:

a. Empuje insuficiente provoca una baja en la velocidad de penetración y esto produce un mayor desgaste.

b. Empuje excesivo provoca una baja en la velocidad de penetración y esto dificulta desenroscado de las barras y aumenta la desviación de la perforación.

- Barrido: Para que la perforación resulte eficaz, es necesario que el fondo de la perforación se mantenga constantemente limpio evacuando el detrito justo después de su formación. Si esto no se realiza, se consumirá una gran cantidad de energía en la trituración de esas partículas traduciéndose en desgastes y pérdidas de rendimiento, además del riesgo de atascos. Los agentes de barrido más utilizado son agua, aire y/o espuma.

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

VentajasGran simplicidad (Menor masa)

Fiabilidad y bajo mantenimiento

Facilidad de reparación y transporte

Precios de adquisición bajos

Acceso a lugares de trabajo difíciles

Limitaciones

Longitudes de perf. Limitadas (entre 3 y 15 m)

Alto consumo de aire comprimido

Mayor ruido (Sobre 120 Db)

Genera Niebla debido al escape del Aire Comprimido

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

Análisis de una Máquina Perforadora Hidráulica

Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una neumática

La diferencia más importante entre ambos sistemas esta referido a la utilización de un motor que actúa sobre un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que acciona las componentes de rotación y movimiento alternativo del pistón.

Características típicas de estos equipos.

Presión de Trabajo 7.5 a 25 MPa

Frecuencia de golpeo 2000-5000 golpes/min

Velocidad de rotación 0 a 500 RPM

Consumo relativo de aire 0.6-0.9 (m3/min. Cm diámetro)

Ventajas

Menor consumo de energía: Las perforadoras hidráulicas trabajan con fluidos a presiones muy superiores a las accionadas neumáticamente y además, las caídas de presión son mucho menores. Por lo tanto, la utilización de la energía es máseficiente, siendo necesario sólo 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.

Menor costo de accesorios de perforación: La forma de la onda de choque es mucho más uniforme en los martillos hidráulicos que en los neumáticos, donde se producen niveles de tensiones muy elevadas que son el origen de la fatiga sobre el acero y de una serie de ondas secundarias de bajo contenido energético. En la práctica, se ha comprobado que la vida útil de la sarta se incrementa en un 20% para perforadoras hidráulicas.

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

Mayor capacidad de perforación: Debido a la mejor transmisión de energía de la onda, las velocidades de penetración de las perforadoras hidráulicas son de un 50% a un 100% mayores que los equipos neumáticos.

Mejores condiciones ambientales: Los niveles de ruido en una perforadora hidráulica son sensiblemente menores a los generados por una neumática, debido a la ausencia del escape de aire. Además, la hidráulica ha permitido un mejor diseño de los equipos, haciendo que las condiciones generales de trabajo y seguridad sean mucho más favorables.

Mayor elasticidad de la operación: Es posible variar dentro de la perforadora la presión de accionamiento del sistema, la energía por golpe y frecuencia de percusión.

Mayor facilidad para la automatización: Estos equipos son mucho más aptos para la automatización de operaciones, tales como el cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.

Limitaciones

Mayor inversión inicial

Reparaciones más complejas y costosas que en las perforadoras neumáticas, requiriéndose una mejor organización y formación de personal de mantenimiento.

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

Parámetros Físicos de Perforación

a. Para hacer un análisis del comportamiento de la máquina perforadora ejercida por el movimiento del pistón al ejercerle una presión determinada, como todo proceso físico se tiene pérdidas. Por lo tanto para análisis se debe considerar los siguientes datos adquiridos directamente de la máquina perforadora neumática:

Wp: Peso del Pistón. Wp = 1,11 Kg

L: Carrera del Pistón. L = 10,5 cm.

D: Diámetro del Pistón D= 7,7 cm.

P: Presión de aire comprimido que entra a la maquina P = 80 lb/pulg2 ≈ 5,626 Kg/cm2

b. El cálculo de los parámetros físicos es el siguiente:

Frecuencia: N = 424,391∗√ P∗D2W p∗L

N = 424,391∗√ 5,626∗7,721 ,11∗10 ,5 = 2270,39 golpes/

min

I. Energía por Golpe: wo= 0.52∗P∗π

4∗D2∗L

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

wo =0.52∗5,626∗π

4∗7 ,72∗10,5 = 1430,42

Kg-m/golpes

II. Velocidad del Pistón: Vp = 28,293∗√ P∗L∗D2W p

Vp = 28,293∗√ 5,626∗10 ,5∗7,721 ,11 = 1589,289 cm/seg

III. Potencia de la Máquina: W o= wo∗N

W o = 1430,42∗2270,39 = 3608305,85 Kg-cm/seg

Conclusión

En minería, el reconocer una máquina perforadora es algo elemental, conocer su funcionamiento es clave para realizar una buena labor en la elaboración de un túnel o en el desarrollo de una futura voladura, ya que su utilización debe ser correcta. Para ello, es necesario sin duda conocer cómo se comporta una máquina perforadora neumática e hidráulica, que fueron analizadas anteriormente, cuál es su eficiencia, como reconocer que está realizando un buen trabajo, es así como se debe conocer sus partes y datos básicos, además de conocer teóricamente cómo se comporta una máquina de esta naturaleza, si su eficiencia es suficiente para perforar lo pedido por una minería.

En el informe, se reflejó que los resultados teóricos de los cálculos no exponían el valor correspondiente al valor real que muestran libros acerca de la eficiencia de este tipo de máquinas, eso puede deberse a dos razones elementales como la mala conversión de unidades o un error en la toma de datos.

Algunas consideraciones luego del análisis son:

Económicas: La hidráulica tiene “en general” menor costo/metro que la neumática

Operacionales: La hidráulica tiene mayor rendimiento y se puede automatizar mejor que la neumática

Página 3

21 de Octubre del 2013 Perforación Neumática e Hidráulica

Seguridad – Ambientales: La hidráulica es más segura ya que en general se puede operar a distancia y con comandos, emite menos ruido.

Inversión y Mantención: La hidráulica es más costosa y de mantención más compleja.

Bibliografía

- Manual de perforación y Voladura de Rocas. Instituto Tecnológico GeoMinero de España.

- www.geevor.com - http://intrawww.ing.puc.cl/siding/public/ingcursos/cursos_pub/

descarga.phtml?id_curso_ic=1781&id_archivo=69273