2 Extracción minera - Ing. Marquina

MÁQUINAS MINERAS Tomo 2 ~

Extracción Ing. Marquina Herrera Pedro Pablo

- 1999 -

~

Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Asentamiento Universitario Zapala

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Indice ÍNDICE GENERAL INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1. CLASIFICACIÓN DE INSTALACIONES DE EXTRACCIÓN ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------22 2. PARÁMETROS Y EVALUACIÓN PARA EL DISEÑO DEL POZO -------------------------------------------------------------------------------------------------22 3. SISTEMA DE EXTRACCIÓN EN EL POZO ------------------------------------------------------------------------------- 3 3.1. EXTRACCIÓN-------------------------------------------------------------------------------------------------------3.1. EXTRACCIÓN-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 3.2. ACARREO------------------------------------------------------------------------------------------------------------3.2. ACARREO------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 3.3. CABLES---------------------------------------------------------------------------------------------------------------3.3. CABLES---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 3.4 3.4 . POZO ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 3.4.1. REVESTIMIENTOS REVESTIMIENTOS DE LOS POZOS -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------66 4. CASTILLETE (HEADFRAME) O ARMAZÓN DE CABEZA --------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------66 4.1. ARMAZÓN 4.1. ARMAZÓN O ESTRUCTURA SUPERIOR DE DE CABEZA -------------------------------------------------------------------------------------------------77 4.2. ARMAZÓN 4.2. ARMAZÓN O CHASIS --------------------------------------------------------------------------------------------8 4.3. CONSTRU 4.3. CONSTRUCCIÓN CCIÓN DE RESISTENCIA RESISTENCIA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------88 4.4. POLEAS---------------------------------------------------------------------------------------------------------------4.4. POLEAS---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 4.5. DISPOSITIVOS 4.5. DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD-------------------------------------------------------------------------------SEGURIDAD--------------------------------------------------------------------------------99 5. TORRE DE EXTRAC EXTRACCIÓ CIÓN N ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 6. SALA SALA DE DE MAQUINAS-------------------------------------------------------------------------------------------------------MAQUINAS-------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---12 --- 12 7. RECIPIE RECIPIENTE NTES S DE EXTRAC EXTRACCIÓ CIÓN-------------------------------------------------------------------------------------------N-------------------------------------------------------------------------------------------- 12 7.1. JAULA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 7.1.2. PESO MUERTO Y CARGA ÚTIL---------------------------------------------14 ÚTIL-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------14 7.2. SKIPS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15 7.2.1 .VENTAJAS DE LOS SKIPS:---------------------------------------------------------------------------------------16 SKIPS:--------------------------------------------------------------------------------------- 16 7.2.2. DESVENTAJAS 7.2.2. DESVENTAJAS E INCONVENIENTES INCONVENIENTES DE LOS SKIPS----------------------------------------------------16 SKIPS---------------------------------------------------- 16 8. EL GUIONAJE---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 8.1. GUIADERAS GUIADERAS RÍGIDAS -------------------------------------------------------------------------------------------- 17 8.2. 8.2. PARACAÍDAS------------------------------------------------------------------------------------------------------ 21 9. ENTRADA DE LOS POZOS --------------------------------------------------------------------------------------------------- 22


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Indice 9.1. FUNCIÓN 9.1. FUNCIÓN DE LA ENTRADA DE LOS POZOS--------------------------------------------------------------22 POZOS--------------------------------------------------------------22 9.2. TIPOS DE ENTRADA ------------------------------------------------------------------23 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------23 10. APARATOS DE ENGANCHE PARA EL ENJAULE, DESENJAULE Y DESCARGA DE VAGONETAS--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------25 11. CABLES DE EXTRACCIÓN EXTRACCIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------- 27 11.1. CABLES 11.1. CABLES METÁLICOS REDONDOS--------------------------------------------------------------------------27 REDONDOS-------------------------------------------------------------------------- 27 11.2. TIPOS 11.2. TIPOS DE CABLES------------------------------------------------------------------------------------------------ 28 11.3. DIVERSAS 11.3. DIVERSAS CAUSAS DE LA FATIGA DE 29 DE UN CABLE ---------------------------------------------------------------------------------------------------29 11.4. VIGILANCIA 30 VIGILANCIA DE LOS CABLES CABLES ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------30 11.5. VISITAS VISITAS Y ENSAYOS ENSAYOS -------------------------------------------------------------------------------------------- 30 11.6. ATADURAS Y ATALAJES ------------------------------------------------------------------------------------- 31 11.7. COLOCACIÓN 11.7. COLOCACIÓN Y CAMBIO DE LOS CABLES----------CABLES---------------------------------------------------------------------------------------------------------------33 33 12. MOTORES MOTORES DE EXTRACCION EXTRACCION Y DE FRENADO----------------------------------------------------------------------FRENADO----------------------------------------------------------------------- 33 12.1. MOTOR TRIFÁSICO-----------------------------------------------------------------------------33 TRIFÁSICO-----------------------------------------------------------------------------------------------------------33 12.1.1. INCONVENIENTE INCONVENIENTES S Ó DESVENT DESVENTAJAS AJAS-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------34 34 12.1.2. VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD--------------------------------------------------------------------------35 VELOCIDAD ---------------------------------------------------------------------------35 12.1.3. MANIOBRAS DEL MOTOR ASINCRÓNICO-------------------------------------------------------------35 ASINCRÓNICO------------------------------------------------------------- 35 12.1.4. LA MARCHA DEL MOTOR ASINCRÓNICO---------------------------------------------36 ASINCRÓNICO---------------------------------------------------------------------------36 12.2. MOTOR CONTINUO --------------------------------------------------------------------------------------------36 -------------------------------------------------------------------------------------------- 36 12.2.1. CONTROL Y SEGURIDAD EN EN MOTORES ASINCRÓNICOS ASINCRÓNICOS Y CONTINUOS------------------CONTINUOS-------------------37 37 13. FRENADO ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 14. CONSIDERACI CONSIDERACIONES ONES ECONÓMICA ECONÓMICAS S ------------------------------------------------------------------------------------ 38 15. CONSUMO CONSUMO DE ENERGÍA ENERGÍA EN LA EXTRACCIÓN EXTRACCIÓN-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------38 38 16. ESQUE ESQUEMA MA DE LAS VELOCIDA VELOCIDADES DES ANGULARE ANGULARES S ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------38 38 17. ESQUEMA ESQUEMA DE LAS VELOCIDAD VELOCIDADES ES LINEALE LINEALES---------------S----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 40 18. NOCIÓN NOCIÓN DE EQUILIBRADO EQUILIBRADO------------------------------------------------------------------------------------------------40 ------------------------------------------------------------------------------------------------40 19. TIPOS TIPOS DE APARATOS APARATOS DE ENROLLAMIENT ENROLLAMIENTOS OS --------------------------------------------------------------------- 43 19.1. TAMBOR CÓNICO------------------------------------------------------------------------------------------------ 45


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Indice 19.2. TAMBORES BICILINDRICOS----------------------------------------------------------------------------------45 20. BOBINAS--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46 21. POLEA KOEPE-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46 21.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO-------------------------------------------------------------------------46 21.2. INSTALACIÓN 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 EXTRACCIÓN------------------------------------------------------------------------------------------ 57


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M aquinas M ineras Extracción

INTRODUCCIÓN Después de un detallado estudio de factibilidad técnica que demuestre la viabilidad comercial de un yacimiento usándose métodos de explotación subterránea se hace un adecuado planeamiento de diseño del proceso que deberá empezarse con el acceso a la mina. Generalmente se consideran dos tipos de accesos. - pozo vertical o casi vertical (ligeramente inclinado) empleado para la extracción mediante recipientes (jaulas o skips suspendidos por cables). - pozo horizontal, pozo inclinado o rampa, se usan para la extracción y transporte de minerales sobre rieles, camiones o recipientes accionados por cables (scrapes). El pozo ofrece un acceso más directo por un periodo de tiempo más largo, lo cual es ventajoso y económico para un trabajo pesado y constante. La tendencia actual es darle a los pozos múltiples propósitos, deben servir para la extracción de los minerales de alta ley y de baja ley o estériles, para transportar personal y materiales usados en servicios auxiliares como por ejemplo: electricidad, agua, aire comprimido, ventilación, maderas de entibamiento entre otros materiales como elementos empleados en la reparación de vías. Durante el proceso de diseño del pozo se deben contemplar los propósitos del mismo porque una vez excavado y equipado no se podrá, en el futuro, modificar fácilmente, por consiguiente se deben definir sus requerimientos durante la etapa de diseño. En estos apuntes se da el criterio y la información necesaria para el diseño del sistema de extracción que se usara en el pozo o pique (túneles o rampas) de la mina. En el mismo se

encuentran

desarrollados

temas

o

tópicos

específicos

como

explicación

del

funcionamiento de tambores de enrollamientos, detalles de los cables, diseño de castillete, torres de extracción y demás accesorios. El sistema de extracción 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 propósito mencionado anteriormente en el diseño del sistema de extracción se deben considerar cinco partes principales:


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- aparatos de enrollamiento - recipientes de extracción - cables de acero - aberturas y su configuración en el pozo o pique - castilletes y torres

1. CLASIFICACIÓN DE INSTALACIONES DE EXTRACCIÓN Las instalaciones de extracción se pueden clasificar según:

a) la naturaleza de la unión interior –exterior: verticales, galerías, pozos inclinados o rampas.

pudiendo ser por pozos

b) el tipo de recipiente de extracción: - Jaula: utilizada para trasportar minerales, personal y materiales usados en las operaciones

auxiliares

(electricidad,

aire

comprimido,

agua,

ventilación

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

- Skip: empleado únicamente 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 diámetros, tambor doble, tambor doble con divisiones y por poleas koepe (de fricción), en los mismo el radio es constante. Ver Figura 1, 2 y 3. Existen tambores de radios variables que son cónicos o bicilindrocónicos. Los diferentes tipos de tambores de extracción son accionados por motores de corriente eléctrica ya sea alterna o continua (DC) .

2. PARÁMETROS Y EVALUACIÓN PARA EL DISEÑO DEL POZO La evaluación en la primera etapa del acceso o entrada del pozo en una mina es determinar el uso que debe dársele. La abertura del pozo o el pozo en sí, de acuerdo a su uso, puede ser: - Pozo de producción - Pozo para transporte de personal y servicios auxiliares - Pozo para ventilación - Pozo para la exploración y desarrollo


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- Pozo para emergencia Algunas de las posibles preguntas que se deberán formular, luego de establecidos los fines y objetivos, serán: ¿Cuánto de estéril deberá extraerse? ¿Cuánto personal deberá transportarse? ¿Cuántos materiales, accesorios y repuestos deberán ser transportados? ¿Qué caudal de aire comprimido y ventilación serán requeridos para el correcto funcionamiento de la mina? Con esa información que dan los parámetros para el diseño básico se agrega o incluye: el tamaño de la abertura, la configuración de la resistencia del terreno y la inclinación, se puede empezar la ejecución y desarrollo del pozo. Estos datos permiten relacionar producciones y capital comparativo, así como estimar un costo de operación para escoger entre varios sistemas alternativos. Además, dentro del análisis de costo, se debe considerar la geología del terreno que se excavará a la altura del cuerpo del mineral y la hidrología de la capa que será perforada. Así como también factores tales como la ubicación geográfica y condiciones climáticas del lugar,

especialmente si existen fuertes tormentas, fríos extremos y fuertes

vientos, afectaran el costo del proyecto.

3. SISTEMA DE EXTRACCIÓN EN EL POZO En la mayoría de los casos los pozos son verticales y el acarreo se hace por cables. El término sistema de extracción en el pozo es usado para describir conjuntamente la apertura y el equipamiento. 3.1. EXTRACCIÓN: la extracción se hace comúnmente de dos maneras:

- extracción por tambor: en el cual el cable se enrolla sobre el mismo. - extracción por fricción: en el cual el cable se apoya sobre la polea sin resbalar durante el ciclo de extracción. Existen varias combinaciones que se adaptan al sistema de trabajo.


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M aquinas M ineras Extracción TI POS DE TAM BORES

Fig. 1: Dispositivos de extracción

Fig. 2: tambor de enrollamiento


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Fig. 3: polea de fricción (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 combinación de ambos recipientes de extracción. 3.3. CABLES:

complementan el sistema de extracción, se fabrican con aceros

especiales y poseen características 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 información para el diseño y construcción del mismo. Existen varias clasificaciones que pueden ser utilizadas para diferenciar el tipo de pozo.

a) De acuerdo con el propósito se consideran las siguientes categorías: - pozo de producción: para la extracción de mineral y estéril. - pozo para transporte de personal y servicios auxiliares (agua, aire, energía, entibación, entre otros). - pozo para ventilación: permite la entrada y salida de la corriente de aire. - pozo para la exploración y desarrollo: usado para definir la existencia de minerales valiosos que aumenten la cubicación de reservas.


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- pozo para emergencia. b) De acuerdo a la configuración del pozo este puede ser: - circular - rectangular - elíptico c) De acuerdo al tamaño se clasifican en: - pequeños: de 3 a 15 m2. - medios: de 15 a 200 m2. - grandes: mayores de 200 m2 . El tamaño depende del servicio a prestar y producción a extraerse. 3.4.1. REVESTIMIENTOS DE LOS POZOS:

se construyen revestimientos de protección

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 ARMAZÓN DE CABEZA Se usan en pequeñas y medianas instalaciones de extracción, en cambio, para grandes producciones mineras se usan torres de extracción. Los castilletes pueden ser construidos de concreto, madera o perfil normal de diferentes medidas y tipos de acero. 4.1. ARMAZÓN O ESTRUCTURA SUPERIOR DE CABEZA:

se pueden considerar dos

clases de estructuras de extracción de acuerdo con la ubicación de la sala de máquinas (la sala de máquinas esta constituida por: tambores o poleas, motores eléctricos, sistema de frenado y embrague y demás accesorios). Dichas estructuras son empleadas para subir o bajar las jaulas o los skips. Si la sala de máquinas esta ubicada sobre el suelo y acierta distancia horizontal del pozo se llama castillete , en cambio se llama torre de extracción cuando la sala de máquinas está ubicada en la parte superior o cabeza del edificio.


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El castillete es la estructura que tiene como misión soportar las poleas de garganta ubicadas en la parte superior que aseguran el movimiento entre el cable y las máquinas de extracción, pueden trabajar indistintamente con jaulas o skips. Tanto los castilletes como las torres de extracción pueden estar provistos para una extracción simple o una extracción doble y a veces múltiple. Como se ha mencionado, éstos soportan las poleas y llevan cierto número de dispositivos de seguridad.

Su construcción es variada, depende del cálculo y las

necesidades de producción.

Puede ser de madera, perfiles u hormigón armado, comprende

el armazón y la construcción de resistencia.

Fig. 4: Castilletes de dos tornapuntas


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Fig. 5: Pozo. 6 bruay. castillete simple 4.2. ARMAZÓN O CHASIS:

se compone de largueros verticales anclados en el macizo

de fábrica de la cabeza del pozo y unidos entre sí por piezas horizontales y diagonales. La misión del armazón es soportar el guionaje fuera del pozo, la colocación de jaulas o skips y el descenso de máquinas 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. CONSTRUCCIÓN DE RESISTENCIA:

en un pozo de extracción 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 máquina.

La misión de estos

tornapuntas es soportar los esfuerzos que se ejercen sobre las poleas y cuyo componente se sitúa en ese plano, en este caso se añaden uno o dos pisos horizontales.


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M aquinas M ineras Extracción 4.4. POLEAS:

se admite generalmente para la estimación de un cálculo de este tipo de

instrumento que las poleas deben tener de 80 a 100 veces el diámetro del cable. Pueden tener 5 diámetros posibles que varían en 3 y 7 metros. Estas poleas siempre se construyen en dos mitades unidas entre sí por pernos (bulones). Las poleas de madera se construyen con llantas de acero laminado, que tendrán

protección 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 árbol. 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 catastróficas. La ruptura del cable, también puede provocar la brusca caída 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 acción 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 máquina.

- estrechamiento del guionaje: se hace por encima del salva poleas; su longitud es de 5 metros y su misión 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 volvería a caer después de encontrarse con las vigas de choque y romperse el cable.


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

5. TORRE DE EXTRACCION Se ha mencionado que la torre de extracción evita colocar las máquinas en el suelo, éstas se ubican en la cabeza de la torre y con ello se logra reducir la longitud de los cables y el área en el conjunto exterior. La torre es de forma rectangular y se construye generalmente de hormigón armado, posee los mismos dispositivos de seguridad que un castillete.


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Una celebre instalación de este tipo es la de las minas de hierro de KIRUNA (Suecia) en el Circulo Polar Ártico. La torre es de hormigón 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 producción de 4000 tn/h.

Las máquinas cuadricables son de 3,25

metros de diámetro (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 extracción. 4. Equilibrio excelente cuando el contrapeso es el peso medio entre la jaula vacía y la jaula llena.

Fig. 7: Torre de doble extracción


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6. SALA DE MAQUINAS Las maquinarias que hacen a la extracción son: los tambores de enrollamiento, la polea koepe de fricción, los cables, el freno, el mecanismo de embriague y los motores eléctricos con sus respectivos tableros de mando.

En la generalidad estos elementos en

conjunto forman lo que se llama la sala de máquinas y como se mencionó en el caso de la torre de extracción se encuentra en la cabeza, y en el caso de los castilletes está 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, también 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 están conectados a una transmisión en la que se puede usar reductores acoplados a distintos motores eléctricos de acuerdo con las necesidades; además, dentro de esta sala de máquinas juega un papel de gran importancia los mecanismos de embrague y frenado.

7. RECIPIENTES DE EXTRACCION Dentro de los recipientes de extracción comúnmente 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 extracción), (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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acuerdo a la capacidad de la jaula) enlazadas entre sí. 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, está calculada únicamente para el trabajo a tracción que ejerce sobre ella el cable. Por el contrario si se utilizan apoyos debe trabajar a la vez a la tracción y al pandeo. Además han de tenerse en cuenta los importantes efectos de choque sobre el suelo de la jaula.. Para reducir las potencias en las máquinas de extracción se equilibrara siempre la carga que sube con la carga descendente. Se tendrán a menudo dos jaulas o dos skips circulando simultáneamente y en sentido inverso. Si el peso de las jaulas o el peso de los skips es P, la carga útil es Cu y el peso del cable es representado por “p”, el esfuerzo estático será:

(P + Cu + p) – P = Cu + p 7.1.2. PESO MUERTO Y CARGA ÚTIL:

relación entre K (peso de la jaula vacía) y Cu

(peso de la carga útil): K Cu

Esta relación 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 relación:

K + B peso de la jaula + peso de las vagonetas vacías = Cu carga útil Esta relación es variable, de 1,3 a 1,7, de acuerdo a la disposición de la jaula y al número de pisos de la misma. Por ejemplo en algunas instalaciones:

a) 12 vagonetas de 0,6 tn métricas en tres pisos, tienen una carga útil de 7,2 tn, b) 4 vagonetas de 1,5 tn métricas en dos pisos, tienen una carga útil de 6 tn, c) una jaula de 1 piso y una vagoneta de 3 tn métricas tiene como carga útil 3 tn.


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El material utilizado en la construcción de la jaula es el acero común y ocasionalmente se usan aleaciones ligeras pero éstas son caras, pueden ser sensibles a la corrosión y son más difíciles de reparar. En las jaulas revestidas con aluminio siempre el chasis deberá ser de acero. 7.2. SKIPS:

los skips son recipientes de extracción que circulan en los pozos y que se

llenan en su interior por el hueco de la vagoneta cargada con mineral. Comúnmente reciben su carga de tolvas, que almacenan el mineral, lo que permite un suministro continuo. Los primeros skips se vaciaban por inclinación, en la actualidad se emplean skips cuyo fondo se abre automáticamente al llegar al exterior para cerrase después 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 automáticos que pueden ser; hidráulicos o mecánicos, mediante ruedas guiadas o electromagnético, 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 sección del pozo. - Hay menos obreros en los accesos y en ciertos casos no hay nadie en el exterior.

- Se mejora el peso muerto (supresión de vagonetas, cable mas ligero, aparatos de enrollamiento más pequeño y de menor potencia).

- Menor duración en las maniobras. 7.2.2. DESVENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS SKIPS:

- En el caso de las minas de carbón, el mineral se rompe por las maniobra de carga y descarga. - Produce polvo. - No permite una separación fácil por calidades. - No permite la circulación del personal.


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En el caso particular de la antracita, no se emplea skip para la extracción debido a que éste fractura al mineral, reduciendo su granulometría y por ende su valor. Por el contrario, en los carbones de mas baja potencia (como los que se emplean para la fabricación 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 él, esto es en definitiva una superposición 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 países como Francia, Alemania, Polonia y otros suelen efectuarse con 2 guiaderas rígidas de madera o metal.

1- Los cables de guionaje son lisos (tipo semicerrado). 2- Para que el cable de guía cumpla su función debe estar lo suficientemente tirante, la tensión se obtiene por tensores de tornillos o por contrapesos colocados en el interior o exterior. Los contrapesos dan una tensión mas regular independiente de la temperatura, generalmente para evitar choques entre las jaulas se colocan además de los cables guías, dos cables de separación entre las mismas.

Fig. 14: Guionaje por medio de cables flexibles 8.1. GUIADERAS RÍGIDAS:

exigen la colocación de viguetas embutidas en la

mampostería a intervalos de 1,50 metros o 2 metros, son de madera encina o de metal. Para el guionaje rígido 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 compresión 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, así como las de las guiaderas varían generalmente de 20 x 20 cm a 25 x 25 cm. El guionaje de madera es mas flexible que el metálico pero suelen reemplazarse estas guías por rieles de 46 a 62 Kg/m, los mismos son mas duraderos pero casi dos veces mas caros. Para los guionajes rígidos metálicos y las grandes extracciones, es conveniente proveer a las jaulas y skips de manos de agarre elásticas, pero las pequeñas secciones del ensanche de los rieles de guionaje apenas son favorables al establecimiento de manos de agarre de este género, por lo menos en la solución clásica de tres ruedas con cubierta de caucho que rueda por la guía en sus tres caras libres. Las dimensiones más grandes de los guionajes de madera o de los guionajes metálicos en perfiles distinto al riel se prestan, por el contrario, mejor a tal solución. En la figura 16 (a) se muestran tres tipos de guías, de los cuales la primera (mano de agarre ordinaria) es el más corriente, utilizada en minas pequeñas y medianas. Para pozos estables es ventajoso utilizar guionaje con rieles, por el contrario, si estos experimentan mas fáciles.

deformaciones importantes el guionaje de madera permite rectificaciones


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Fig. 14: guiadera

Fig. 15: guiaderas rígidas


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Fig. 16 (a): guiaderas rígidas

Fig. 16 (b): guiaderas flexibles


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8.2. PARACAÍDAS:

su función es la de impedir la caída de la jaula en caso de rotura

del cable de extracción o de su ligadura. Por lo general, el esfuerzo de tracción 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 paracaídas que morderán en el guionaje. Los paracaídas 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 paracaídas,

los que se

toman como base del cálculo de las armaduras de los pozos (guiaderas, viguetas y fijación de las guiaderas sobre las viguetas). Para apreciarlos es lógico referirse a la carga estática máxima de un funcionamiento con personal que comprende: 1. El peso de la jaula. 2. La carga útil máxima del personal 3. El peso de las uniones de los cables de las jaulas. 4. El peso de los cables. Claro está, que dicha carga, debe aumentarse para tener en cuenta los efectos dinámicos debidos a la desaceleración del paracaídas. Corrientemente se admite que estos multiplican por tres la carga estática. Por ultimo, parece conveniente imponer como regla, que el armazón del pozo (guiaderas, unión de estas con las viguetas) presente un coeficiente de seguridad de cuatro, estando definido este coeficiente, como la relación entre la carga que provoca la ruptura del armazón y la carga estática máxima del funcionamiento con personal. Esta regla es la del reglamento Alemán de Dortmund.


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Fig. 17: fundamentos del paracaídas: En la figura se observa que el guionaje esta en los extremos y los garfios del paracaídas, de los extremos opuestos, están unidos por largas varillas A que atraviesan la jaula en toda su longitud. El mando de los garfios se efectúa 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 exigían 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: - Reducción máxima del personal. - Reducción del tiempo de maniobra. - Aumento de la seguridad. - Mayor aprovechamiento de vagonetas. 9.1. FUNCIÓN DE LA ENTRADA DE LOS POZOS:

La entrada de los pozos aseguran: - La extracción de las menas y estériles. - El servicio, transporte de madera, materiales varios y de relleno entre otros.


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- La circulación 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 vehículos especiales, como locomotoras y mesillas para maderas largas o cortas, que se necesitan para el transporte. Además se evitará, mientras sea posible, hacer circular en una misma entrada, vehículos de construcción y tamaños diferentes y, por regla general, se normalizaran las piezas (trenes de ruedas, topes, etc.), sobre los que actúan los aparatos de la entrada (perforadoras, cadenas, frenos, etc.) En la descripción 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 vacían simplemente en las tolvas, o en cintas transportadoras mecánicas que llevan en mineral a las plantas de procesamiento. 9.2. TIPOS DE ENTRADA:

se pueden distinguir las siguientes:

a) según el número 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 después de cada descarga. 2. entrada múltiple 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 múltiples.


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b) según el sentido de la descarga: 1. entrada en tirador en la que se alternan la carga y la descarga. Haciéndose 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) según el aspecto general del circuito de vagonetas: en todos los casos desde el interior, vagones llenos salen de la galería de transporte y vagones vacíos llegan. En el interior las vagonetas pasan de una vía 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


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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 realización de las siguientes operaciones: - enjaule y desenjaule de las vagonetas: esta operación se realiza mediante calzas o taquetes empleados para alinear las vías con el piso de las jaulas. Estos taquetes mecánicos o hidráulicos sirven a su vez de topes o apoyos. Dentro de las operaciones de


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enjaule y desenjaule se debe tener en cuenta los cierres de las jaulas, estos evitan caídas accidentales de personas y de la carga en ausencia de las jaulas.

Fig. 19: (a) taquetes mecánicos, (b) taquetes hidráulicos

- vaciados de las vagonetas: estos mecanismos están diseñados 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 también, medios auxiliares de movimientos o de parada, ellos son: 1. Las cadenas elevadoras 2. Las cadenas de desenganche automático. 3. Los frenos y calzas de detención. Las entradas modernas permiten producciones muy elevadas, una gran regularidad de


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marcha con poco personal y condiciones de seguridad máxima, debido a la señalización y al telemando que hace una marcha automática de los aparatos, además 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 instalación de extracción, ya que de su buena resistencia depende la seguridad del funcionamiento, su diámetro impone el de los órganos de enrollamiento (máquinas de extracción o poleas), su carga de ruptura interviene en el cálculo de las máquinas, de los castilletes o de las torres de extracción; su par de giro que ejerce sobre los guionajes y finalmente su elasticidad exige ciertas disposiciones para la recepción de las vagonetas en las entradas. 11.1. CABLES METALICOS REDONDOS:

el cable redondo esta formado por un

conjunto de torones, enrolladas en hélices reunidas alrededor de un alma metálica y a veces un alma textil de fibras largas que pueden ser cáñamo, sisal o plástico. Existen torones de una sola capa, das o más capas. En el toron de alma metálica la primera es siempre de seis kilos y puede ser de cinco kilos para un toron de alma textil. La mayoría de los hilos utilizados en la construcción de cables son redondos, de diámetros comprendidos entre dos y tres milímetros. Estos hilos se fabrican con acero SIEMENS MARTIN o eléctricos 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 . Además 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 deberá ser de 17 para un hilo de 2,5 mm y de 12 para un hilo de 3 mm). 3. Una resistencia a la torsión. Para medir ésta se toma una ol ngitud de hilo igual a 100 veces su diámetro. Se lo sujeta en los extremos entre


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los cuales se mantiene una tensión de 3 Kg. Se da un movimiento de rotación a uno de los extremos y se cuenta el número de vueltas antes de la ruptura del hilo. Deben ser de 23 a 25 según la calidad del acero. 4. Una resistencia a la fatiga. Para medirla se coloca el hilo en un campo magnético y se provoca su vibración por corriente pulsatoria. La experiencia demuestra que existe para todo acero homogéneo un limite de fatiga definido como el valor del esfuerzo por debajo del cual el número de pulsaciones antes de la ruptura tiende prácticamente al infinito. Este limite debe ser del 27 al 30 % de la resistencia a la tracción para el hilo nuevo. Un ensayo de fatiga sobre el hilo usado y corroído da a menudo un valor muy por debajo de este limite. 11.2. TIPOS DE CABLES:

al uso que se le dé.

Existen diversos tipos de cables, su construcción dependerá

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 relación entre su resistencia a la tracción y el esfuerzo estático máximo. El reglamento Francés exige para él valores mínimos 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


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Fig. 23: cable de torones triangulares 11.3.

Fig. 24: cable de torones aplastados

Fig. 25: cable cerrado

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 así la deformación impuesta al cable en su plano a su paso por la polea o aparato de enrollamiento. La relación entre el diámetro del tambor de enrollamiento y el diámetro del cable debe ser 1 para el diámetro del cable y de 80 a 100 para el diámetro del tambor. 2. Flexiones oblicuas: se llama así 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 desviación. 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 también conservar la oblicuidad dentro de los limites previstos. 4. Presión 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 extracción efectúa 200.000 a 300.000


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cordadas por año. Este trayecto reproduce las diferentes causas de fatigas enumeradas anteriormente. La tensión varia constantemente con la elasticidad del cable que es causa de las oscilaciones y cuyos números pueden alcanzar entre 10 o 20 por trayecto y varios millones por año, estas oscilaciones se registran mediante aparatos especiales.

Este fenómeno puede causar la destrucción del cable.

El cambio de un cable en una polea koepe debe hacerse al cabo de dos años, que es el limite reglamentario si la maquinaria es utilizada para el personal. Para otros cables se harán cortes en las puntas cada dos o tres meses y se verificaran los ensayos anteriormente

enunciados.

La

duración

del

cable

es

aproximadamente tres años. 11.4. VIGILANCIA DE LOS CABLES:

el engrasado se hace fundamentalmente para

reducir la corrosión y facilitar el deslizamiento. Si se trata de cables tractores, para máquinas koepe, el engrase no se hace porque daría lugar a un deslizamiento del cable sobre la máquina, entonces hay que poner un barniz de protección o un lubricante sólido 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 disminución de la sección de los hilos debido a la corrosión o a las acciones mecánicas entre ellos. 11.5.VISITAS Y ENSAYOS:

la vigilancia reglamentaría consiste en inspecciones, salvo

para la polea koepe, cortando puntas y ensayando sobre la parte del cable cortada. Los ensayos de tracción en una parte sana, ensayos de flexión de los hilos, un examen del estado de los hilos externos e internos después del descableado dan indicaciones valiosas sobre el estado de la punta y provocarán el cambio del cable, si estos ensayos no responden a las prescripciones reglamentarias.

Existen exámenes con rayos X, rayos gama y

ultrasonidos, también se hace endoscopia para examinar los torones interiores o se utilizan detectores electromagnéticos para las averías haciendo pasar el cable por el campo magnético de un solenoide: la diferencia de estado del cable provoca una desviación de las


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líneas de fuerza que determinan en una bobina de medición una fuerza electromotriz inducida que es registrada por un galvanómetro. 11.6. ATADURAS Y ATALAJES (Rope Aleachments):

se llaman así a las uniones

concernientes a los cables redondos. La atadura es un órgano de amarre del cable y el atalaje es un órgano de amarre que une el cable mediante su atadura a la jaula. Existen diversos tipos de uniones: 1. Unión cónica: la extremidad del cable destorcida, abierta en forma de borla, perfectamente limpia y espolvoreada con resina, está colocada en una especie cubierta cónica de acero ensanchada hacia la parte baja. Se coloca allí una aleación fundida a base de plomo o estaño, que llena los vacíos entre los hilos y forman con ella un conjunto sólido que no puede salir de la cubierta. La seguridad de esta unión depende de la resistencia de la unión cónica, pero también de su forma. Ver Figura 26 2. Unión de vaina y collares de presión: consiste en presionar el cable por pinzas solidarias. Ver Figura 27. 3. Uniones autopresionantes: a diferencia de las uniones de vainas y collares de presión las uniones autopresionantes se componen de un armazón y una pieza interior independiente. Ver Figura 29.

Fig. 26: unión cónica

Fig. 27: unión con circulo y collares de ajuste


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Fig. 28: vuelta de división del cable

Fig. 29: unión autoajustante

Fig. 30: unión con varilla maestra


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M aquinas M ineras Extracción 11.7. COLOCACIÓN Y CAMBIO DE LOS CABLES: Esta operación es larga y delicada

sobretodo con la polea koepe. Es preciso evitar ante todo el accidente clásico del desenrollamiento intempestivo del cable. Para esto el castillete y la entrada de los pozos estarán provistos a un relevo fijo, de dispositivos seguros, que no sirvan mas que para esta operación. Seria demasiado largo describir en detalle los diferentes modos de colocación y cambio. Se recomienda asistir llegado el caso por lo menos una vez a esta operación.

12. MOTORES DE EXTRACCION Y DE FRENADO Se usan motores de corriente alterna trifásicos pero el mas conveniente es el motor eléctrico de corriente continua. Se usa mucha maquinaria de vapor para la extracción. El trabajo del motor de extracción es muy particular:

1. Su marcha es discontinua. 2. Su rotación cambia de sentido cada minuto. 3. Su par varia mucho durante el trayecto. 4. Su potencia varia mas aun. 5. Su velocidad de régimen finalmente toma los mas diversos valores según que se trate de material, de personal o de otros casos. Los motores deben reunir las siguientes cualidades:

1. Alimentación por una fuente elástica, 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 están lanzadas a velocidades considerables y de la vida humana que esta en juego.

4. Regularidad absoluta, debido a que una avería del motor paraliza la producción de la mina. 12.1. MOTOR TRIFÁSICO:

Se emplea casi siempre el tipo asincrónico con una tensión

par lo general de 3000 a 6000 volts. Las ventajas son:

1. Es muy barato.


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2. Es de pequeño volumen. 3. Su inercia es pequeña. 12.1.1. INCONVENIENTES O DESVENTAJAS:

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

número de pares de polos. Ejemplo: para 3000 vueltas deberá tener dos polos, para 375 vueltas deberá tener 8 pares y para 250 vueltas deberá tener 12 pares.

Esto indica que a medida que aumenta el número 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, razón por la cual el motor esta conectado a un tren de engranajes reductores cuyas relaciones varían de 1/7 a 1/24.

Actualmente esta relación de velocidades se consigue

variando la relación 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 extracción es menor por el hecho de la presencia de los engranajes, cuyos dientes podrían romperse.

Fig. 31: unión por medio de motor asincrónico


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M aquinas M ineras Extracción 12.1.2. VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD:

el convertidor de frecuencia se emplea para

la obtención de la velocidad variable utilizando motores trifásicos de tensión y velocidad fija como son los motores trifásicos de uso normal. Principios a tener en cuenta: para aumentar o disminuir la frecuencia, con el objeto de conseguir mas o menos velocidad, se disminuirá o aumentara la tensión en igual proporción. Hay otra razón que le da al motor asincrónico menos seguridad y esta es que se presta mal al frenado eléctrico. 12.1.3 MANIOBRAS DEL MOTOR ASINCRÓNICO:

En la instalación eléctrica de este

motor hay dos aparatos importantes y costosos:

1. El inversor del estator: sirve para el cambio de marcha del motor por inversión de dos fases. Intervienen hasta 3000 veces por día o mas, por consiguiente debe ser robusto y manejable. Este aparato está 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. Está comandado por un servomotor neumático.

2. El reóstato de arranque: es el otro aparato costoso que puede ser de resistencias liquidas o de resistencias sólidas y mas recientemente se usan contactores. Siempre deben instalarse en locales ventilados para la evacuación del calor que produzcan las resistencias.


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M aquinas M ineras Extracción 12.1.4. LA MARCHA DEL MOTOR ASINCRÓNICO:

se hace mediante una palanca de

maniobras que va hacia atrás o hacia delante, según el sentido de marcha que se quiera obtener, dando curvas características que relacionan el par y la velocidad, en cuanto se refiere al arranque, a la marcha continua y a la parada. En conclusión a pesar de su precio mas reducido el sistema asincrónico tiene uso limitado para pequeñas y medianas potencias. 12.2. MOTOR CONTINUO:

el accionamiento por motor continuo en la extracción es la

única solución para elevar la potencia. Para este caso la corriente trifásica de la red se convierte primero en continua generalmente por un grupo convertidor. Este esta

formado

por un motor asincrónico (M) alimentado desde un red trifásica 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 están separados tanto el grupo convertidor corno el mecanismo de extracción.

Fig. 32: disposición del grupo convertidor


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M aquin aquinas as M ineras Extracción

Fig. 33: unión mediante motor continuo 12.2.1. CONTROL Y SEGURIDAD EN MOTORES ASINCRÓNICOS ASINCRÓN ICOS Y CONTINUOS:

- Motor continuo: el control se efectúa por indicadores de posición que nos dan en cada momento la posición 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 mecánico de la palanc palanca. a. La puesta en marcha del freno de seguridad seguridad se produce al accionar accionar el salvapolea si la jaula llega a sobrepasar el embarque o por desenganche en una bobina de máxima a una bob bobina de mínim nima (para (para el caso caso de los los moto motore ress de corr corrie ient ntee cont contin inua ua). ). El caso caso de la seguridad es casi el mismo que para la corriente alterna pero se pueden añadir dispositivos semiautomáticos o automáticos para el control de las velocidades. Las aceleraciones y el detención de la máquina esta reglamentado. Las maquinas de vapor constituyeron antiguamente una solución en los mecanismos de extracción.

13. FRENADO En la tracción puede hacerse el frenado por por el motor, para el caso de los motores motores de corriente continua en cambio, para los asincrónicos se origina perdida por el


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accionamiento de la resistencia. El frenado mecánico se hace con el objeto de la conservación de la maquina maquina en la parada parada y en los los casos de urgencia así como de cortes de corriente, su funcionamiento es el mismo que el visto en Mecánica Aplicada a la Minería.

14. CONSIDERACIONES ECONÓMICAS Las inversiones dependerán del sistema usado en la extracción como así también de la maquinaria empleada. A continuación se evaluarán los costos para un pozo de 1200 metros de profundidad y una producción de 10.000 toneladas diarias. 1. Torre de extracción: 1,5 millones de dólares. 2. La instalación instalación de skips skips dobles dobles con con motores motores de de 300 Kw,

grupos

convertidores: 3.000.000 de dólares. 3. Instalación de jaulas, inclusive vagonetas: 2,5 millones de dólares. 4. No se consideran los trabajos de perforación ni excavaciones.

15. CONSUMO DE ENERGÍA EN LA EXTRACCION Se dará como ejemplo la extracción de una tonelada de mineral a través de un pozo de 500 m de profundidad.

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

4.900.000 jouls/3600 = 1,36 kw/hora se tiene en cuenta la inercia de las instalaciones, la extracción extracción de estéril, las

cordadas cordadas con personal personal y el conjunto de servicio, el consumo real se estima estima en 3,8 kw/hora por por ton tonel elad ada. a.

CINEMÁTICA DE LA EXTRACCION 16. ESQUEMA ESQUEMA DE LAS VELOCIDADES VELOCIDADES ANGULARES ANGULARES En toda máquina de extracción existe un aparato de enrollamiento (a tambor o pole poleaa koep koepe) e) que que es acci accion onad adoo por por un moto motorr que que pued puedee esta estarr cone conect ctad adoo en form formaa direct directaa o por por med medio io de un redu reduct ctor or..


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La

marcha de la máquina 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 aceleración, a menudo de aceleración angular constante. 2. Un periodo de régimen con velocidad angular constante. 3. Un periodo periodo de frenado con deceleración angular constante. La duración práctica de las maniobras varia de 8 a 15 segundos para los skips, en cambio en las jaulas depende del número de vagonetas y si ésta tiene varios pisos la duración de las las maniobras varía entre 4 y 2 segundos. segundos. Las indicaci indicaciones ones de freno echado, adelante adelante y alto aparece en el tablero tablero de señalización señalización que comanda comanda el maquinista. maquinista. Cuando la máquina esta inmovilizada por su freno, el tablero marca freno echado. Cuando el encargado da da la orden de partida la señal señal dirá adelante y por último la señal será de alto cuando se dé la orden respectiva.

Fig. 34: diagrama de velocidades angulares


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17. ESQUEMA DE LAS VELOCIDADES LINEALES El esquema para máquinas con radio de enrollamiento constante, como por ejemplo tambor cilíndrico o poleas koepe, tiene la misma forma que el de velocidades angulares. Por el contrario es diferente para una maquina con un diámetro de enrollamiento variable, tal es el caso de los tambores cónicos, cuyo esquema se muestra a continuación.

Fig. 35: tambores cónicos. velocidades lineales

Las velocidades lineales en los tambores cónicos pueden ser muy elevadas y pasar los 20 m/seg.

18. NOCIÓN DE EQUILIBRADO El funcionamiento de toda máquina de extracción 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 estático correspondiente a la cargas colocadas en las jaulas o skips.

Cr = par de resistencias pasiva de la instalación.. Cd = par dinámico correspondiente a la aceleración 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 así se tendrán menos costos y por ende se reducirá la demanda de la carga.


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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 órgano de arrastre sin cable de equilibrio y de radio R donde:

P = peso de la jaula y de las vagonetas vacías. Cu = carga útil que corresponde al peso del mineral a subir. p = peso total del cable, desde el interior hasta el exterior. El par estático será:

(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 diámetro y una jaula de carga útil de 12 toneladas métricas; soportadas por un cable de 70 mm de diámetro que tiene un peso de 28 kg por metro ¿Cuál será el par estático al principio de la cordada y cual al final de la cordada?.


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M aquinas M ineras Extracción (12.000 +28.000) . 3,5 = 140.000 kgm

No hay equilibrio

(12.000 - 28.000) . 3,5 = 56.000 kgm Se supondrá ahora que las dos jaulas están unidas por un cable de peso p', que cuelga libremente en el pozo. Ver fig. 37. Este cable es llamado cable de equil ibrio .

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

Con esta disposición el par estático se convertirá en:

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

Hay equilibrio

Si las dos jaulas están unidas por cables que tienen igual peso (p = p’) los dos pares tendrán el mismo valor de R . Cu, por lo tanto habrá equilibrio. El cálculo, usando los datos del ejemplo anterior y sumando el par al comienzo y final de la cordada, serán de igual valor.

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


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2. diámetro de enrollamiento variable:

Fig. 38: sistema de radio variable

En el esquema anterior el cable se enrolla con diámetro “r” al principio de la cordada y con diámetro “R” al final de la cordada y los pares serán:

(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 árbol de transmisión. El sentido de rotación 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.


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Con este sistema el par está muy desequilibrado, pero se lo puede equilibrar añadiéndole un cable de equilibrio. Además 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 también algunas vueltas muertas para reducir el esfuerzo ejercido por el cable por su unión al tambor. Los ángulos de oblicuidad tanto interior como exterior no deben pasar la relación 1/40 (1,5º) cada uno, con ello se evita el desgaste en las poleas, el tambor y el cable.

Fig. 39: tambores cilíndricos

Fig. 40: ángulos de oblicuidad


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Fig. 41: diagrama que muestra como efectuar la correcta selección de dirección para un enarbolamiento del tambor 19.1. TAMBOR CÓNICO:

los aparatos del tambor cónico están formados por dos

tambores simétricos unidos los dos en forma de tronco de cono, pudiendo recibir la totalidad de uno de los cables. Ver figura 38. Actualmente estos están en desuso debido a que poseían diámetros 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 cilíndricos, uno central de gran diámetro y dos laterales de pequeño diámetro. Además llevan dos partes cónicas. Ver figura 42. Al principio el cable de la jaula al subir se enrolla sobre el diámetro pequeño para pasar luego al diámetro superior siguiendo unas guías de hierro especiales. Ver figura 43. La cordada termina sobre el diámetro mayor.


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Fig. 42: tambor bicilindrocónico

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 fácilmente la longitud útil de los cables a medida que se profundiza (tipo malacate).

21. POLEA KOEPE 21.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

un cable común 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 sí. 21.2. INSTALACIÓN DE LA POLEA KOEPE:

con un solo cable de extracción 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 prohíbe


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la utilización de cables que han sido empleados por mas de dos años, para transporte de personal. 21.3. POLEAS KOEPE MONOCABLES:

se construyen con diámetros que llegan a 9

metros y su llanta es muy ancha, llevando en la garganta una guarnición que recibe al cable. Esta guarnición 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 presión con cuñas 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 también de freno a disco.

Fig. 44: corte de una llanta de polea koepe 21.4. POLEAS KOEPE MULTICABLES:

tantas

se construye bajo la forma de tambores con

gargantas como cables a soportar. Los diámetros máximos 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 desviación en la torre de extracción, reduciendo el tamaño de las máquinas de extracción. Suecia KIRUNA mina de hierro en el circulo polar Ártico; una torre de extracción de hormigón 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 producción total de 4.000 toneladas diámetro.

hora y están

agrupados con 9 maquinas cuadricables de 3,25 metros de


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Fig. 45: polea koepe multicable


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Fig. 46: polea koepe multicable con freno a disco

DINAMICA DE LA EXTRACCION 22. PAR, POTENCIA Y ADHERENCIA La dinámica de la extracción comprende el par la potencia y la adherencia, se ha tomado como base de cálculo la polea koepe, que simplifica el estudio, complicado en los demás enrollamientos de las máquinas de extracción. Sabemos que en las cordadas existen tres períodos. -

Arranque

-

Marcha a velocidad constante

-

Frenado


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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 estático (Cs)

-

El par de frotamiento (Cf)

-

El par dinámico o de inercia (Cd) F UERZA , PARES Y POTENCI A FUERZA

PA RE S

POTENCIA

K g

(F . d)

GRAVEDAD

(- Q – Q’) = q

q . R

q . R .ω

FROTAMIENTO

q . f

q . f . R

q . f . R . ω

INERCIA

γ /g . Po

γ /g Po . R

γ /g Po . R . ω

Referencias: Po = peso total de la masa en movimiento = Pt + Pr Pt = peso de las masas de traslación. Pr = peso reducido de la masa de rotación, son valores dados por el fabricante (tabulados). V = velocidad de traslación (V = R . ω) γ = aceleración en el instante.

f = coeficiente de frotamiento. g = gravedad. ω = aceleración angular.

q = carga en la vagoneta Q y Q’ = pesos de la jaula llenas y vacías respectivamente Ejemplo:

Estudio de los periodos de aceleración, marcha a velocidad constante, periodo de frenado y potencia en una instalación de la cual se tienen los siguientes datos. - Carga en las vagonetas (q) = 10 toneladas métricas. - Radio del mecanismo de enrollamiento (R) = 3 metros.


51


- Vagonetas cargadas (Q) = 15 toneladas métricas. - Vagonetas vacías (Q’) = 5 toneladas métricas. - Profundidad del pozo (H) = 500 metros. - Peso del cable de extracción y de equilibrio (p) = p’ = 20 kg/m. - Velocidad máxima (V) 10 m/seg = 36 km/h - Aceleración en un instante (γ ) = 1 m/ seg2 . - Coeficiente de frotamiento (f) = 15 %.

Cálculos:

1. Calculo del par en el periodo de aceleración: En el periodo de aceleración se determinará el valor de los pares estáticos (Cs), de frotamiento (Cf) y dinámico (Cd). Para ello se tendrá que determinar el peso total que es la suma de las masas de traslación “Pt” y el peso reducido de la masa de rotación “Pr”,

Donde: Pt = Q + Q’ + 2 . p + H = 40 toneladas métricas “Pr” está dado por el constructor para cada pieza que gira (motor, polea koepe, tambor cilíndrico o cónico y demás accesorios de extracción). Se admitirá que “Pr” = ½ . Pt, orden de magnitud razonable para una extracción monocable koepe a esa profundidad.

El peso total será: Po = Pr + Pt = 40 + ½ Pt = 60 toneladas métricas Cs = R . q = 3 . 10.000 = 30.000 Kgm Cf = 15 % . 3 . 10.000 = 4.500 Kgm Cd = R . γ / Po = 60.000 . 1 m/seg2 / 9,8 m/seg 2 . 3 = 18.000 Kgm

El par total durante el periodo de aceleración será: Ct = Cs + Cf + Cd = 52.500 Kgm


52


2. Cálculo del par en marcha a velocidad constante: En este caso Cs y Cf conservan los valores precedentes y por lógica el valor de Cd es nulo, luego se tendrá:

C = Cs + Cf = 34.500 Kgm 3. Cálculo del par en el frenado: También 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. Cálculo de la velocidad: El tiempo de aceleración dura 10 seg, ya que γ = 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 también de 10 seg, puesto que γ ’ = - 1 m/seg 2 , la duración del frenado es también 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. Cálculo de la potencia: La potencia “W” necesaria para la cordada, expresada en Caballo Vapor “ CV” es:

W = C . ω/ 75 ω

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

WA =

52.500 x 3.33 = 2.300 CV 75

WB=

34.500 x 3.33 = 1.500 CV 75


53


WC=

16.500 x 3.33 = 730 CV 75

WD = 0 CV Ω (rad/s)

C (kgm) W (CV)

WA 2.300 CV Velocidad angular

52.500

Potencia

Par

WB 1500 CV

B

50.000 34.500 30.000

C

WC 16.500

10.000

WD 0

10

20

30

40

50

60

Tiempo (seg) 50 m

400 m

50 m

Fig. 47: diagrama de velocidades y tiempos:

23. ACCIONAMIENTO POR MOTOR ANULAR El motor anular viene a ser el concepto de accionamiento seguro y técnicamente sofisticado, ante todo para los molinos tubulares que requieren unas potencias motrices elevadas. La transmisión del momento se efectúa, sin intervención alguna de reductores ni engranajes, mediante fuerzas magnéticas 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.


54


Entre todos los sistemas de accionamiento, el motor anular es aquel que requiere un mínimo de trabajos de mantenimiento y que ofrece una máxima disponibilidad, ya que la transmisión de la fuerza es efectuada sin ninguna clase de desgaste y porque no se requiere ningún cojinete propio para el motor. Los accionamientos por motor anular admiten la regulación sin escalonamientos de sus velocidades de rotación. El número de revoluciones admite la adaptación optima a las características 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.


55


r a l u n a r o t o m : 0 5 . g i F


56


n ó i c c a r t x e e d l a r e n e g a m e u q s e : 1 5 . g i F


57


24. PROBLEMAS DE EXTRACCIÓN 24.1. CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS DE EXTRACCIÓN EN MINA SUBTERRÁNEA:

Determinar las características de la instalación de extracción mediante jaulas y dos tambores cilíndricos(1), empleando los siguientes datos: Producción anual del pozo: Mineral de cobre------------------------------------------------------------------A = 120.000 tn Estéril ------------------------------------------------------------------------------a = 10.000 tn Profundidad del pozo--------------------------------------------------------------H = 260 m Altura de estacada----------------------------------------------------------------h = 7 m Número de días hábiles-----------------------------------------------------------b = 300 Número de turnos de trabajo por día--------------------------------------------n = 2 Volumen de la vagoneta----------------------------------------------------------v = 0.4 m3 Carga útil de la vagoneta---------------------------------------------------------Qm =1000 kg Tara de la vagoneta---------------------------------------------------------------qm = 400 Kg

CÁLCULOS: 1- ELECCIÓN DE LA CARGA ÚTIL: - Producción horaria:

Qh =

c(A + a) 1,25 (120.000 + 10.000) = ≅ 39 tn bt 300 x 14

- Número de cordadas:

Q h 39 = = 39 Qn 1 Se elige una jaula de un solo piso, de 1400 x 1020 mm de sección, cuyo alto es 5 m, n=

peso de la jaula con aparato de amarre = 1000 kg o distancia entre los ejes de los cables = 1500 mm.

(1)

Problema extraído del Novitzky pag. 544.


58


2- CABLE DE EXTRACCIÓN: 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- DISPOSICIÓN DE LA MAQUINA DE EXTRACCIÓN: La distancia mínima del eje de los tambores hasta los cables está determinada por la fórmula (98):

1 b mi n = 0,45 H c + D t + 0,5 D p + 6 = 0,45 x 20 + x 2 + 6 = 18,5 m 2 Se adopta b = 25 m El largo de la cuerda, según la formula (99): L = (H c - c) 2 + (b -

Dp 2 2 ) = (20 - 1) 2 + (25 - ) 2 ≅ 30 m 2 2

El ángulo de desviación exterior es: tg a 1 =

2B - S + a 2 x 1 - 1,5 + 0,6 = ≅ 0,02 ⇒ a 1 = 1º 8'44.75'' 2L 2 x 30

El ángulo de desviación interior es:

tg a 2 =

S - a 1,5 − 0,6 = = 0,015 ⇒ a 2 = 0º 51'33.74'' 2L 2 x 30

El ángulo de inclinación es: tg ϕ =

Hc - c = 20 - 1 ≅ 0,8 ⇒ ϕ ≅ 39º b - Dp 2 25 - 2 2

La siguiente figura representa la disposición de la instalación:


59


Fig. 48

Carga total en el extremo del cable: Q t = Q n + Q m + q m = 1000 + 1000 + 400 = 2400 Kg Peso lineal del cable:

p=

Qt s −H0 0,9 x m

=

2400 = 1,2 kg/m 16000 − 280 0,9 x 8

donde el coeficiente de seguridad m = 8, ya que la instalación se utilizará también para la subida y bajada de personal. Se elige el cable de:

6 x 19 , d = 18,5 mm, d = 1,2 mm, K = 20.600 kg 4- TAMAÑO DE LAS POLEAS Y DE LOS TAMBORES: Según los reglamentos de seguridad:

D p ≥ 80 x d = 80 x 18,5 = 1480 mm


60


D p ≥ 1200 x δ = 1200 x 1,2 = 1440 mm

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

Dp = 2000 mm El ancho del tambor para una máquina de dos tambores:

 H + h 1 + h 2   260 + 7 + 30 + 3  x (18,5 + 2) = 1046 mm x (d + e ) =  + 3    p d 3,14 x 2   t  

B =  Siendo:

h1 = altura de la estacada, h2 = largo del cable utilizado par ensayos de su resistencia. Como los tambores tienen Dt = 2m de las máquinas de extracción estándar tienen B hasta 1 m, se adopta Dt = 2,5 m y se recalcula el ancho del tambor:

 260 + 7 + 30 + 3  x (18,5 + 2) = 840 mm   3,14 x 2,5 

B =

Se adopta la máquina de extracción de dos tambores: Dt = 2500 mm,

B = 1000, a = 600 mm (distancia entre los tambores). Tiempo total de una cordada: 3600 ≅ 92" 39 Tomando una parada (-) = 30” (enganche con retroceso), se obtiene el tiempo efectivo de una cordada: T1 =

T = T1 - (-) = 92 - 30 = 62" La velocidad máxima para el transporte de cargas, según el reglamento de seguridad ruso:

Vmax = 0,8 H = 0,8 267 = 13 m/seg Se fijan las aceleraciones a1 = a3 = 0,7 m/seg2 y se calcula la velocidad máxima según el diagrama trapezoidal (motor asincrónico): Vma x = cT - (ct )2 − 2cH = 0,35 x 62 - (0,35 x 62) 2 - 2 x 0,35 x 267 = 4,85 m/seg


61


Donde: c=

a1 x a 3 0,7 x 0,7 = = 0,35 a 1 + a 3 0,7 + 0,7

Los tiempos parciales son: t1 =

Vmax 4,85 = 0,7 = 6,93 seg a1

t2 =

2H 2 x 267 -T = - 62 = 48,10 seg Vma x 4,85

t 3 = T - t 1 - t 2 = 62 - 6,93 - 48,10 = 6,97 seg Los caminos respectivos de la jaula son: h1 =

Vmax x t 1 4,85 x 6,93 = = 16,805 m 2 2

h 2 = Vmax x t 2 = 4,85 x 48,10 = 233,285 m h3 =

Vmax x t 3 4,85 x 6,97 = = 16,902m 2 2

h 1 + h 2 + h 3 = 266,992 m ≅ 267 m 5- DINÁMICA DE LA EXTRACCIÓN: Potencia de la máquina de extracción, tentativamente:

N=

k + Q n x H x p 1,2 x 1000 x 26 x 1,5 = = 89,4 ≅ 90 kw 102 x T x ? 102 x 62 x 0,85

donde η = 0,85; rendimiento de la reducción por engranajes. Se adopta un motor trifásico de 600 rpm, cuyo momento de inercia (PD2 )r = 60 Kg./m2 Número de revoluciones del tambor:


62


nt =

60 x Vmax 60 x 4,85 = = 37 rpm p Dt 3,14 x 2,5

La relación de reducción es:

i = nm n = t

600 = 16,2 37

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

Pc = pLc = 1,2 x 365 = 438 kg Donde: Lc = H0 + L + l1 + 3π Dt = 280 + 30 + 30 + 3 x 3,14 x 2,5 = 365 m largo del cable.

El peso reducido de la polea es:

Pp = 90 Dp 2 = 90 x 22 = 360 kg El peso reducido del rotor es:

P = 1600 Kg El peso reducido del rotor es:

( PD 2 )r x i 2 60 x 16,22 Pr = = = 2519 kg 2 2 Dt

2,5

El peso reducido del engranaje es: Pe = 0,25 x 2519 = 630 kg El peso reducido total es: S P = Q n + 2Q m + 2 Pc + 2Pp + 2Pt + 2 Pf + 2 Pe =

= 1000 + 2(1000 + 400) + 2 x 438 +2 x 360 +2 x 1600 + 2519 + 630= 11746 Kg


63


La masa reducida a la periferia del tambor es: Sm =

S P 11746 = = 1197 kg.seg2 /m g 9,81

6- ESFUERZOS TANGENCIALES CON RESPECTO AL TAMBOR: F = 1,2 Q n + p(H - 2x) + S ma

F1 = 1,2 x 1000 + 1,2 x 267 + 0,7 x 1197 = 2358 kg F1 ' = 1,2 x 1000 + 1,2 x (267 - 2 x 16,81) + 0,7 x 1197 = 2318 kg F2 = 1,2 x 1000 + 1,2 x (267 - 2 x 16,81) = 1480 kg

F2 ' = 1,2 x 1000 + 1,2 x [267 - 2( 16,81+ 233,28)] = 921kg F3 = 1,2 x 1000 + 1,2 x [267 - 2( 16,81 + 233,28)] - 0,7 x 1197 = 83 kg F3 ' = 1,2 x 1000 − 1,2 x 267 - 0,7 x 1197 = 42 kg La determinación de las potencias sobre el eje del tambor son:

N 1 = 0 N 1" = N2 = N2

"

F1 " x Vmax 2318 x 4,85 = = 110 kw 102 102

F2 x Vmax 1480 x 4,85 = = 70 kw 102 102

F2 " x Vma x 921 x 4,85 = = = 43,8 kw 102 102

N3 =

F3 x Vmax 83 x 4,85 = = 3,9 kw 102 102

N3" = 0


64


En la figura 49 se dan los diagramas de velocidad, esfuerzos y potencias:

Fig. 49: diagrama cinemático de la máquina de extracción

7- POTENCIA DEL MOTOR: El esfuerzo efectivo del motor será:

S F2t 108512267 Fef = = = 1444,6 kg T+ ?3 62 - 30 3 Donde: S F 2 t es :

F1 2 + F1 '2 F2 2 + F2 F2' F3 2 + F3 '2 2358 2 + 23182 F2 t = t1 + t2 + t3 = 6,93 + 2 3 2 2 14802 + 1480 x 921 + 921 2 832 + 42 2 48,1 + 6,97 = 108.512.267 3 2 La potencia efectiva del motor es:

∑


65


N ef =

F ef Vmax 1227 x 4,85 = = 68,6 kg 102 x 0,85 102 x 0,85

Esto permite conservar el motor que se había elegido tentativamente. El esfuerzo nominal del motor es:

Fm =

202 N η 90 x 102 x 0,85 = = 1609 kg Vmax 4,85

8- CONTROL DE SOBRECARGAS EN EL MOTOR: F1

'

2318

Fm =

1609 = 1,44

Según los esfuerzos extraordinarios que se presentan en los casos siguientes. 1 – Levantando la jaula superior cargada, cuando la jaula inferior esta sobre taquetes. Fe = kQ u + Q m + q m = 1,2 x 1000 + 1000 + 400 = 2600 kg

2600

1609 = 1,62

2- Levantando la jaula vacía desde el enganche inferior. Fe = (k - 1) Q u + Q m + pH = 0,2 x 1000 + 1,2 x 280 = 1536 kg

1536 Todas las cargas son admisibles.

1609 = 0,95

9- CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA: El consumo de energía eléctrica por cordada es:

Qu H 1000 x 267 = = 0,727 kwh 102 x 3600 102 x 3600 El consumo real de engría eléctrica por cordada es. wt =


66


w=

Donde

∑

Vma x Ft 4,85 x 74382 = = 1,284 kwh 102 x 3600 x ? x ? t 102 x 3600 x 0,85 x 0,9

∑ Ft es : F1 + F1 ' F + F2 ' F + F3 ' t1 + 2 t2 + 3 t3 = 2 2 2 2358 + 2318 1480 + 921 83 + 42 6,93 + 48,10 + 6,97 = 74382 2 2 2

∑

Ft =

El consumo anual de energía eléctrica es.

W = w(A + a) + W1 = 1,284 (120.000 + 10.000) + 25038 = 191958 kwh Se adopta en el cálculo del consumo de energía eléctrica para las operaciones auxiliares un 15 % del consumo de energía utilizada en la extracción de las cargas, entonces se tiene. Wt = 0,15 x 1,284 ( 120.000 + 10.000) = 25038 kwh El consumo real de la energía eléctrica por 1 tonelada kw es. w t −km =

w1000 1,284 x 1000 = = 4,809 kwh H 267

El rendimiento de toda la instalación es.

?1 =

0,727 = 0,566 1,284

el rendimiento de la máquina de extracción es:

? m = 1,2 x 0,566 = 0,679


67

M aquinas M ineras Extracción 24.2.CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE UN TAMBOR DE EXTRACCIÓN: cálculo de

un tambor de extracción (Harmon 1973), en unidades inglesas: Determinar los hp de un sistema de extracción usando un motor de corriente alterna e izando dos skips de 10 toneladas en equilibrio en un pozo de 1000 ft. La velocidad de la soga es de 20 ft/sec.

La proporción de peso/carga del skip = 0.75.

El régimen de

aceleración es 2.0 ft/sec2 ; la desaceleración 2.0 ft/sec2 ; el resto del periodo es 10 sec. Los tambores de extracción usan sogas de cable de 1” de diámetro a 3.78 lb/ft. El tambor es una unidad simple de 15 ft de diámetro. El ciclo de extracción, en segundos, es. Aceleración para levantarse-----------------------------------------------------1.0 Levantamiento a ft/sec2 ----------------------------------------------------------2.0 Aceleración a máxima velocidad------------------------------------------------9.0 Viaje a toda velocidad------------------------------------------------------------39.4 Desaceleración hasta velocidad de levantamiento-----------------------------9.0 Levantamiento a los 2 ft/sec2 ----------------------------------------------------4.0 Desaceleración para detener ----------------------------------------------------1.0 Resto (carga y montón) ----------------------------------------------------------10.0

CÁLCULOS Entonces:

Ta = 10seg( 1 + 3) Tr = 10seg(5 + 7) TFs = 39,4 seg

TSL x V 2 HP1 = 32,2 x Ta x 550 TSL: 1. El peso para un tambor simple de 15 ft es 110.000 lb 2. SL = 20.000 lb 3. 2 SW = 2 x 0,75 x 20.000 = 30.000 lb 4. 2R = 2 x 1000 f x 3,78 lb/ft = 7560 lb TSL: 167560 lb


68


167.560 x (20) 2 HP1 = = 378,45 hp 32,2 x 10 x 550 - TSL x V 2 = 376 hp desde TF = Ta HP1 = - HP2 HP2 = 32,2 x TF x 550

HP3 =

(SL + r) x V (20.000 + 3780) x 20 = = 865 hp 550 550

HP4 =

(SLB) x (V) 550

SLB = (SL + R) - (V x Ta x R per ft) = (20.000 + 3780) - (20 x 10 x 3,78) = 23.780 - 756 = 23.024 lb HP4 =

23.024 x 20 = 839 hp 550

HP5 =

SLT x V 550

SLT =(SL - R) + (V x TF x R per ft) Desde Ta = Tr, entonces (V x TF x R per ft) = (V x Ta x R per ft), o SLT = (20.000 – 3780) + 756 = 16976 lb

HP5 =

16976 x 20 = 617 hp 550

HP6 =

(SL - R) x V 550

Del HP5 (arriba), (SL - R) = (20.000 - 3780) o HP6 =

HP7 =

16220 x 20 = 591 hp 550

SL x V 20.000 x 20 x 0,176 = x 0,176 = 128 hp 550 550

HP4 + 2HP3 83 + 2(865) = 376 + 128 + = 1360 hp 3 3 B = HP4 + HP7 = 839 + 128 = 967 hp A = HP1 + HP7 +

C = HP5 + HP7 = 617 + 128 = 745 hp


69


HP5 + 2 HP6 617 + 2(591) = - 376 + 128 + = 352 hp 3 3 0,6 A x 1,2 0,6 x 1260 x 1,2 HP8 = = = 91 hp Ta 10 0,6 A x 1,2 HP9 = Tr D = HP2 + HP7 +

Entonces.

Tr = Ta = 10 sec, HP9 = - 91 hp E = A + HP8 = 1260 + 91 = 1351 hp F = D + HP9 = 352 + (-91) = 261 hp Chequeando: A B+ C D SL x profundida d x Ta + x TFS + x Tr ≅ 2 2 2 0,85 x 550 Entonces: (1260 x 10) (967 + 745) (352 x 10) 20.000 x 1000 x 39,4 + o + ≅ 2 2 2 0,85 x 550 6300 + 33726 + 1760 = 41786    menos del 2 % de diferencia  20.000 x 1000 = 42780   0,85 x 550  

Por consiguiente, el chequeo indica que la solución será exacta dentro del 2 %. Los hp para el motor de corriente alterna es.

(1351)

2

(967) 2 + (745) 2 + (967 x 745)] [ x 10 +

3 0,5(10) + (39,4) + 0,5(10) + 0,25(10) o aproximadamente 1000 hp.

=

+ (261) 2 x 10


70


Desde aquí en adelante, para la carga del skip, peso del skip, soga y velocidad de la misma usada en este ejemplo, un motor de 1000 hp de corriente alterna seria suficiente durante este ciclo de trabajo.

2 Extracción minera - Ing. Marquina

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