Calculo de produccion de Palas en minería superficial

Universidad Nacional de Piura

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA “FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS” “DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE MINAS”

“AÑO DEL DIÁLOGO Y LA RECONCILIACIÓN NACIONAL”

CÁLCULO DE PRODUCCIÓN DE PALAS P ALAS EN MINERÍA SUPERFICIAL CURSO

: MAQUINARIA Y TRANSPORTE MINERO.

DOCENTE

: ING. TAYPE QUINTANILLA GLICERIO.

CICLO

: VIII

ANCAJIMA IMA LESLIE IVETT. ESTUDIANTE : TUME ANCAJ

FECHA

: 25 / 01 / 18

PIURA – PERU 2018

Maquinaria y Transporte Transporte Minero

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ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………..3 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………..3 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………...4 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………...4 1. ¿QUE SON LAS PALAS EN MINERÍA…...…………………………………………..5 2. PALA DE CABLE……………………………………………………………………… CABLE………………………………………………………………………66 3. EJEMPLOS DE PALAS………………………………………………………………12 PALAS………………………………………………………………12 4. PALAS ELECTRICAS DE CABLE…………………………………………………..14 CABLE…………………………………………………..14 5. PALA HIDRAULICA………………………………………………………………….23 6. CARGADORES FRONTALES………………………………………………………..31 7. EXCAVADORAS……………………………………………………………………...37 8. CONCLUSIONES…………………………………………………………………… ...41 9. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….42


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ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………..3 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………..3 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………...4 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………...4 1. ¿QUE SON LAS PALAS EN MINERÍA…...…………………………………………..5 2. PALA DE CABLE……………………………………………………………………… CABLE………………………………………………………………………66 3. EJEMPLOS DE PALAS………………………………………………………………12 PALAS………………………………………………………………12 4. PALAS ELECTRICAS DE CABLE…………………………………………………..14 CABLE…………………………………………………..14 5. PALA HIDRAULICA………………………………………………………………….23 6. CARGADORES FRONTALES………………………………………………………..31 7. EXCAVADORAS……………………………………………………………………...37 8. CONCLUSIONES…………………………………………………………………… ...41 9. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….42


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INTRODUCCIÓN El propósito principal de una explotación minera es extraer y comercializar una mena mediante un procedimiento

económicamente económicament e

rentable y bajo unas condiciones

determinadas, para para lo cual frecuentemente frecuentemente se requiere mover grandes grandes cantidades cantidades de material estéril, la selección de los parámetros de diseño y la elaboración de un programa de extracción de mineral y remoción de estéril, implican decisiones de ingeniería, dado su enorme significativo técnico y económico. Bajo este punto de vista, el objetivo de un plan minero es determinar la secuencia de ejecución de las distintas etapas del proyecto de tal modo que se obtenga una rentabilidad. Teniendo previamente calculada la relación de estéril y descapote se podrá calcular la maquinaria y equipos a utilizar en el ejercicio de la minería que va ligado a aspectos como la producción, diseño de escombreras y vías dentro de la mina. Sabemos que cada máquina tiene una capacidad y unos rendimientos ya establecidos de la casa fabricante. En base a esto podemos hacer una cuantía de cuantas maquinas para los procesos de arranque, cargue y transporte tanto de roca útil como de estéril. Debemos tener en cuenta que muchas maquinas pueden realizar dos procedimientos, como por ejemplo una pala excavadora se puede utilizar para arrancar y cargar el mineral. Este trabajo analiza una importante variedad de parámetros relativos a explotaciones a cielo abierto y a maquinaria empleada, basándose en lo que es netamente el calculo de la producción de palas en dichas maquinas, empleadas como es en este caso en una mina a cielo abierto. Algunos de los parámetros utilizados son las reservas del mineral, los niveles de extracción, tipo de maquinaria empleada, así como también tiempos de operación. La minería a cielo abierto o a tajo abierto, los costes de arranque, excavación y transporte son menores, debido a la posibilidad de emplear maquinaria de mayor tamaño; permite mayor recuperación de las capas, venas o filones; no es necesaria la ventilación, ni el alumbrado, ni el sostenimiento sostenimient o artificial; permite utilizar explosivos de cualquier tipo y las condiciones de seguridad e higiene en el trabajo son muchos mejores. Por el contrario, requiere una mayor inversión inicial en equipamiento y maquinaria; es necesario ocupar grandes extensiones de terreno y las condiciones de trabajo son a la intemperie. Además produce un importante impacto visual y medioambiental (polvo, ruido, etc.) en la zona en la que se desarrolla, lo cual lleva a un importante rechazo social a su implantación e incluso al cierre de las existentes.


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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Recopilar datos acerca de la maquinaria empleadas a cielo abierto y su cálculo de la producción de palas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 

Señalar las principales principales características técnicas de las principales equipos mineros que operan en minerías superficiales.



Conocer la producción de palas.



Conocer la evolución que ha tenido la maquinaria minera.



Analizar cómo se relaciona la maquinaria maquinaria y equipos con con las distintas operaciones mineras.



Conocer las las características, características, principales principales funciones que tienen tienen las palas, tanto tanto hidráulicas hidráulicas como palas a cable.


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¿QUÉ SON LAS PALAS EN MINERÍA?

Una pala es una herramienta de mano utilizada para excavar o mover materiales con cohesión relativamente pequeña. Consta, básicamente, de una lámina plana con una ligera curvatura y de un mango de metal o madera con el que se maneja. La parte plana suele ser metálica y el mango remata en un asidero que puede ser recto o curvo, para poder ejercer mayor fuerza con una de las manos. La pala se ha empleado desde la más remota antigüedad en labores agrícolas, de construcción como también en la minería. Su evolución ha dado lugar a las máquinas excavadoras y cargadoras, muy importantes en las tareas de movimiento de tierras para remodelación y acondicionamiento

de

terrenos,

construcción

de infraestructuras urbanas,

conformación de sótanos, preparación de cimentaciones de edificios, etc.

Maquinaria y Transporte Minero

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PALA DE CABLE

La pala de cable es uno de los equipos más utilizados en faenas mineras a cielo abierto debido a la productividad que puede alcanzar en las operaciones de carga, respondiendo a la tendencia de las empresas mineras de mover una mayor cantidad de

material

(mineral

y

estéril).

En general, las palas de cable son equipos de gran envergadura, que alcanzan elevadas producciones, con costos unitarios bajos y una alta disponibilidad mecánica.

Características de las palas de cable: En minería, la clasificación de los equipos de carguío se basa principalmente en la capacidad del balde, que se expresa en yardas o m3. En la actualidad, la capacidad del balde puede sobrepasar las 60 yardas. Existen dos tipos de palas de cable: Las palas que cargan sobre otros equipos (camiones), que son las más utilizadas. Palas que descargan directamente sobre el lugar de depósito.

Ventajas de las palas de cable Las características más significativas de las palas de cable son las siguientes: 

Pueden excavar a alturas entre los 10 y 20 m.



Pueden descargar a alturas entre los 6 y 12 m.



Poseen un sistema de traslación sobre una oruga y su accionamiento es eléctrico.



La excavación se realiza mediante la combinación de dos movimientos: elevación y empuje.



Son máquinas pesadas y robustas, adecuadas para trabajar en cualquier tipo de material.



Permiten el arranque directo de materiales compactos, aunque en muchos casos se acondiciona el material a la carga mediante tronadura.



Tienen alta fiabilidad, debido a un diseño ampliamente probado, con buena disponibilidad y utilización efectiva.


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Universidad Nacional de Piura 

Pueden remontar pendientes reducidas, pero no es aconsejable que operen inclinadas debido a posibles problemas en el sistema de giro de la máquina.

 

Presentan buena estabilidad y suavidad en la operación. Proporcionan una buena mezcla en dirección vertical, durante la carga, debido a la manera de excavar, ya que la forma de movimiento de la pala hacia el material es, primero, horizontal, penetrando la pila de material tronado, y segundo, subiendo el balde en forma casi vertical hasta lograr llenarlo.



Presentan buen rendimiento, incluso en malas condiciones de piso, ya que operan sin desplazarse sobre él.



Ofrecen al operador una muy buena visibilidad durante la operación, además de condiciones de alta seguridad.



Tienen una larga vida útil, estimada en más de 60.000 horas de operación.

Limitaciones de las palas de cable 

No son adecuadas para cargas selectivas de material.



Presentan una reducida capacidad de excavación (menos que las orugas).



Requieren de un equipo auxiliar que constantemente mejore la pila de material por cargar. Generalmente son tractores sobre orugas (bulldozer) o ruedas.



Requieren operadores altamente calificados.



Pueden dificultar las labores, puesto que las mantenciones se realizan en la misma faena minera.



Por su alto precio, sólo son consideradas en proyectos de gran escala y duración.

Descripción general del equipo Las palas de cable tienen tres secciones principales que se encuentran interrelacionadas: Infraestructura:

o

Las palas de cable tienen una infraestructura montada sobre dos carros de orugas, lo que les permite posicionarse adecuadamente en los lugares de trabajo, y trasladarse a baja velocidad. En este conjunto va instalado el


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mecanismo de traslación y dirección, aunque en algunos equipos el motor correspondiente vaya montado en la plataforma superior. Todo el equipamiento eléctrico va por la infraestructura. Superestructura:

o

Sobre la infraestructura se instala la superestructura giratoria, que consiste en una plataforma capaz de girar en 360 grados en ambos sentidos. La superestructura está cubierta por un habitáculo cerrado y presurizado, que impide la entrada de polvo en los sistemas de accionamiento y control, tanto de la función de carga como de la de giro montadas sobre ella. En la parte delantera del habitáculo se ubica el equipo frontal de excavación y la cabina del operador. En la trasera está el contrapeso.

Estructuras de operación: La operación de carga de una pala de cable se realiza mediante la combinación de dos funciones ejecutadas por dos mecanismos distintos: o

Mecanismo de elevación, que trabaja mediante el cable de elevación, que se enrolla en su correspondiente tambor.

o

Mecanismo de empuje / retroceso, que se realiza por medio de un mecanismo piñón y cremallera instalado en la pluma o también mediante cables y un tambor montados en la superestructura, todos accionados por motores eléctricos. La descarga se realiza una vez que la superestructura ha girado hasta situarse sobre la unidad de transporte (camión). En ese momento, un motor eléctrico ubicado en la pluma acciona, mediante un cable, el cerrojo de la compuerta para descargar el material.

Sistemas y mecanismos de funcionamiento: 

Sistema eléctrico


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Alimentación

-

La alimentación a las palas de cable, en alta tensión, se realiza desde la red trifásica de distribución de la explotación. La tensión de dicha red (15 a 45 kV) es muy superior a la utilizada normalmente por las excavadoras (3,3 a 7,2 kV), por lo que se necesita una transformación intermedia que se hace mediante una subestación, normalmente móvil y situada en la propia faena minera. El cable flexible que llega a la máquina por la parte trasera conduce la corriente a la superestructura giratoria, donde se encuentra la mayoría de los mecanismos y todos los sistemas de mando y control. -

Accionamiento eléctrico Cuando la electricidad se introdujo como fuente de energía por razones de rendimiento y costo, su empleo se hizo en corriente continua. La utilización de motores de corriente continua, en vez de alterna, se hizo porque el par de salida por amperio consumido es máximo y su doble alimentación suministraba control y flexibilidad lo suficientemente buenos. La relación entre par (intensidad) y velocidad (tensión) de estos motores los hacía ideales para esta aplicación.

-

Superestructura giratoria En la plataforma de la superestructura van instalados todos los sistemas de mando y control eléctrico de los distintos mecanismos. En su parte delantera están implantados los apoyos de la pluma, el soporte y estructura principal del equipo de excavación y del bastidor en "A", que mantiene a la pluma en posición mediante los cables de suspensión. Como estos apoyos son flexibles y la pluma puede ser elevada, para casos de una elevación descontrolada o de la aplicación de excesivo empuje existe un interruptor "fin de carrera" que impide que la pluma caiga sobre la máquina.

-

Mecanismo de elevación La elevación del balde de la pala se hace siempre mediante cables, por lo que el mecanismo está compuesto por uno o dos motores eléctricos y una transmisión por engranajes que llegan hasta el tambor de enrollamiento, controlando el balde de buena forma.


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El mecanismo de elevación lleva un freno de zapata, accionado por un muelle, que permite mantener el balde elevado durante los desplazamientos de la máquina. El freno se quita neumáticamente para trabajar desde la cabina del operador mediante el control eléctrico. -

Mecanismos de empuje y retroceso del balde Existen diferentes mecanismos para accionar el empuje del balde. Las palas marca Bucyrus transmiten al brazo los movimientos de empuje y retroceso en la excavación mediante cables. El mecanismo que los acciona va situado en el centro del lado delantero de la superestructura. Otro sistema consiste en un mecanismo de piñón y cremallera, accionado por un motor eléctrico o hidráulico. Todo el conjunto va montado al aire sobre la pluma, cerca de la guiadera, por lo que aumenta la inercia en el giro de la máquina.

-

Mecanismo de giro Permite el giro en 360 grados, en cualquiera de los dos sentidos, de toda la superestructura respecto de la infraestructura apoyada sobre el suelo. El movimiento parte de uno o más motores, situados verticalmente en la plataforma superior. La transmisión se realiza por medio de engranajes rectos, cuyo último eje atraviesa la superestructura.

-

Mecanismo de traslación y dirección Si bien para los equipos pequeños el mismo motor de elevación sirve para hacer la traslación, los diseños modernos instalan motores independientes de traslación en la parte trasera de la infraestructura. Un motor único, con transmisión independiente para cada oruga, frenos y embragues de mandíbulas o discos, suministra las direcciones deseadas.

-

Infraestructura y bastidores de oruga Consiste en una robusta estructura que soporta toda la máquina, montada en dos bastidores de orugas sobre los que la pala realiza los desplazamientos. Sobre ella gira la superestructura encargada de ejecutar la carga y descarga del balde, estando el eje de giro o pivote central alojado en el centro de la infraestructura. Para ello, ésta lleva en su parte superior la corona dentada de giro y la pista inferior del círculo de rodillos.


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

Sistema neumático El aire comprimido que acciona los frenos y embragues se produce en un grupo moto-compresor situado dentro de la cabina presurizada de la plataforma giratoria. El motor es de corriente alterna a baja tensión.

-

Cables de accionamiento Los cables de empuje y retroceso son independientes, pero poseen un tambor de enrollamiento en común, pues forman un conjunto accionado por el mismo motor. El ajuste o tensado del sistema se realiza sobre el de retroceso, mediante un mecanismo en el brazo, una vez que el de empuje ha sido convenientemente fijado. Ambos cables son del mismo diámetro y tienen longitudes distintas. La sustitución de los cables de accionamiento es un factor importante en la mantención del equipo, por lo que se deben establecer frecuencias de reemplazo, ya sea por horas trabajadas o toneladas cargadas. No obstante, si por simple observación se ve en mal estado, deben tomarse las medidas pertinentes.

Balde

-

El balde se sitúa en el extremo del brazo y está unido a él mediante pernos que permiten facilitar su reemplazo o modificar la inclinación. Montado sobre un brazo (empuje/retroceso), el balde es elevado por los cables amarrados a él, que pasan por las poleas situadas en el extremo de la pluma. Respecto del brazo, éste transmite la fuerza de empuje necesaria para penetrar en el material por cargar, para lo que se desliza en una guiadera pivotante, permitiendo realizar cortes completos con distintos perfiles de excavación. Por lo general, los baldes son robustos y pesados de acuerdo con las exigencias del trabajo. Los aceros de alta resistencia utilizados poseen pesos específicos de 1.500 kg/m3. La geometría de diseño de baldes de los diferentes fabricantes puede variar significativamente, por lo que es muy importante considerar los siguientes cinco parámetros:


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a) Ángulo de ataque b) Ángulo de excavación c) Anchura de balde d) Altura del balde e) Profundidad del balde Ejemplos pala cable según proveedores: 

Modelo: 7485 HD

Caracteristicas: 

Carga útil del balde: 81.8 Toneladas.



Capacidad del balde: 19,1 a 61,2 m 3



Modelo: P&H 4100C Boss.


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Caracteristicas: 

Carga útil del balde: 90,7 Toneladas.



Capacidad del balde: 44,3 m 3.

Diseño: -

Ofrece mayor estabilidad durante el ciclo de excavación.

-

Su sistema eléctrico de empuje de cremallera y piñon, optimiza la fuerza de excavación durante la operación.

-

Mayor resistencia a la fatiga en condiciones de choques y grandes cargas.

-

Fuerzas de cortes maximizadas para mejorar los factores de llenado y los tiempos de ciclo.



Modelo: P&H 4100XPC AC- 90.

Características: 

Carga útil del balde: 73 a 82 Toneladas.



Capacidad del balde: 42 a 49 m 3


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PALAS ELECTRICAS DE CABLES Desde su construcción inferior ultra robusta hasta las espaciosas plataformas de la sala de máquinas y su clásica configuración de balde y mango estilo brazos gemelos, las palas eléctricas de cable P&H se han ganado su lugar como la herramienta de carga preferencia para operaciones mineras de alta producción y gran eficiencia. Las palas eléctricas P&H están diseñadas y construidas para ayudar a las minas a mover más material a un menor costo por tonelada. Nuestro enfoque en el diseño de componentes modulares se traduce en la posibilidad de realizar actualizaciones y mantención de manera más eficiente. Este énfasis en la facilidad de mantención, combinado con los tradicionalmente robustos sistemas mecánicos de P&H y los sistemas de control cada vez más inteligentes y rápidos, nos permite ofrecer algunas de las máquinas de carga más confiables y productivas de la industria minera.

Excepcional tracción del aro El robusto sistema de control Centurion ofrece una tracción excepcional del aro en la función de levante bajo condiciones de excavación extremadamente pesadas. El pase suave y rápido del balde por el banco permite llenar mejor el balde sin atascamientos.

Diseño robusto y estable El mango ancho de brazos dobles ofrece mayor estabilidad durante el ciclo de excavación. El robusto sistema eléctrico de empuje de cremallera y piñón, con controles de ajuste del

balde,

optimiza

la

fuerza

de

excavación

durante

la

operación.

Geometría optimizada para mayor resistencia a la fatiga en condiciones de choques y grandes

cargas.

Fuerzas de corte maximizadas para mejorar los factores de llenado y los tiempos de ciclo.


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Confiabilidad y gran disponibilidad de la máquina Alcanza consistentemente una disponibilidad mecánica superior al 90%. Motores y cajas de engranajes para trabajo de minería comprobadas de para aumentar la vida útil de los componentes. Diseño estructural que usa aceros de baja aleación y alta resistencia para ofrecer una mayor resistencia a la fatiga.

Componentes robustos (2300XPC, 2800XPC, 4100C, 4100XPC, 4100XPC AC-90, 4800XPC) Motores de levante dobles para manejar cargas equilibradas y distribuidas uniformemente. Sistema impulsor DELTA para mejorar el acoplamiento de la zapata y la rueda propulsora. Transmisiones planetarias con una larga vida útil comprobada de giro y propulsión (más de 40 millones de horas registradas).

Control de motores altamente preciso (2300XPC, 2800XPC, 4100C, 4100XPC, 4100XPC AC-90, 4800XPC) Robustos impulsores ABB de diseño compacto basados en Centurion. Control de torque directo con el mejor rendimiento dinámico de la industria. Impulsores AC que son compactos, enfriados por aire y modulares. Módulos que facilitan la mantención y el reemplazo. Red neural controlada y monitoreada de más de 500 nodos de E/S, usando una rápida red de cable de fibra óptica de Profibus de alta capacidad. Rendimiento optimizado del balde para tasas de producción superiores.

Comodidad y eficiencia del operador El alto nivel de respuesta del sistema de control mejora la confianza del operador durante el ciclo de excavación. La interfaz gráfica del usuario muestra información del estado y la operación de los sistemas de la pala. Las líneas de visualización eficientes y la ergonomía refinada (asiento ajustable calefaccionado, controles de masaje, apoyo lumbar ajustable, y apoyapies de dos posiciones) mejoran la eficiencia del operador y reducen la fatiga.


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Los joysticks ergonómicos de control de carga, frenos y propulsión transfieren las funciones a las puntas de los dedos del operador, y los interruptores de accionamiento de la bocina y el mecanismo para abrir el balde reducen la fatiga del operador y la tensión por tareas repetitivas. El sistema de presurización de la sala de máquinas proporciona aire filtrado para refrigeración y para evitar el ingreso de polvo.

Baldes Optima Le ayudamos a seleccionar el balde ideal para su aplicación minera considerando lo siguiente: Metas de producción Geometría de la mina Disposición operacional Parámetros de carga de camiones Niveles de perforación y tronadura Características de los materiales Objetivos de mantención Experiencia previa con baldes

Diseños de motor comprobados Ideales para aplicaciones mineras de trabajo pesado y riguroso. Velocidad robusta, bajo nivel de inercia y pico de HP.

Control climático Mine Air Systems (2300XPC, 2800XPC, 4100C, 4100XPC, 4100XPC AC-90, 4800XPC) El sistema de control del clima incluido Mine Air Systems (MAS) proporciona aire acondicionado, calefacción, filtrado y presurización del aire para las palas eléctricas de minería. Incluye los siguientes beneficios: Diseño robusto orientado específicamente para aplicaciones mineras de superficie. Diseño modular que ofrece conveniencia y velocidad de cambio sin igual.


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La plancha de techo estanca única evita el ingreso de polvo y agua hacia la cabina y la sala eléctrica.

Construcción de acero inoxidable. Diseñado específicamente para refrigerante R-407C que no perjudica la capa de ozono. Filtros de aire de alta eficiencia que se adaptan a cada aplicación. Filtro/presurizador extra eficiente de tamaño industrial con purificador previo. Compresor de tecnología tipo espiral de funcionamiento suave y silencioso.

P&H 4100XPC 

Carga útil nominal de 108.9 tm (120 tc)



Capacidad nominal del balde de 52.8 a 61.2 m 3 (de 69 a 82 yd 3)


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P&H 4100C Boss 




Capacidad nominal del balde de 44.3 m 3 (58 yd3)

P&H 4100C 






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P&H 4800XPC 





P&H 4100XPC AC-90 

Carga útil nominal de 73 a 82 tm (de 80 a 90 tc)



Capacidad nominal del balde de 42 a 49 m 3 (de 54 a 64 yd 3)


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P& H 2800XPC



Carga útil nominal de 59 tm (65 tc)




P&H 2300XPC  

Carga útil nominal de 45.4 tm (50 tc) Capacidad nominal del balde de 18.3 a 25.5 m 3 (de 24 a 33 yd 3)


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P&H 1900AL 

Carga útil nominal de 18 tm (20 tc)





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PALA HIDRÁULICA

La pala hidráulica es una máquina que se utiliza tanto en faenas de explotaciones mineras como en obras civiles. Los equipos más pequeños se usan para la apertura de zanjas, demolición de estructuras, etcétera.

Características generales de las palas hidráulicas Existen dos tipos de palas hidráulicas: las palas frontales y las retros. La diferencia entre éstas se refiere al sentido de movimiento de los baldes y a la geometría de los equipos, distinguiéndose, por lo tanto, en la acción de carga.

Pala con carga frontal.

Pala con carga retro.

Las palas hidráulicas que se utilizan en minería tienen las siguientes características: 

Diseño compacto y peso relativamente reducido en relación con la capacidad de los baldes.



Gran movilidad y flexibilidad en la operación, especialmente en la versión diésel, con velocidades de desplazamiento de 2,4 km/h.



Excelente posicionamiento de las máquinas gracias al accionamiento independiente de las orugas.


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

Capacidad de remontar pendientes de hasta 80%, y posibilidad de realizar la operación continuada en pendientes de 60%.



Velocidades de rotación elevadas, de 2,5 a 5 r.p.m., por lo que se pueden lograr ciclos de carga pequeños.



Fuerzas de penetración y excavación elevadas, permitiendo la carga directa de materiales compactos.



Versatilidad para orientar el balde en el frente de la excavación, por lo que son muy adecuadas para la explotación selectiva.



Exigen poco espacio para operar, constituyendo el equipo ideal en la excavación en zanjas o espacios estrechos.



Presentan menor necesidad de empleo de máquinas auxiliares respecto de una pala de cables.



Poseen una vida útil media de 25.000 a 35.000 h, por lo que su uso resulta muy atractivo en faenas medianas y pequeñas.

También se dice que la pala hidráulica es una máquina que se utiliza tanta en faenas de explotaciones mineras como en obras civiles. Los equipos ms pequeños se usan para la apertura de zanjas, demolición de estructuras, etc. Es una máquina autopropulsada, sobre orugas, con una estructura capaz de girar al menos 360° ( en un sentido y en otro, y de forma interrumpida) que excava terrenos, o carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de la cuchara, fijada a un conjunto formada por pluma y brazo o balancín, sin que el chasis se desplace. Características: -

Capacidad de balde: 7m 3

-

Ciclos por hora: 138 – 156

-

Factor de llenado: 85%

-

Maxima de producción: 1650 Toneladas/ horas


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Componentes principales y funcionamientos: -

Chasis y tren de rodaje

-

Corona de giro

Superestructura

-

Accionamiento

-

Cabina

-

Elementos básicos

Baldes

-

Aguilón

-

Equipo de trabajo.

Consideraciones: Mantenimiento

-

Seguridad

-

Medio Ambiente.

Ejemplos de pala hidráulicas por distribuidores: 

Modelo: 6015/ 6015FS

Caracteristicas: -

Velocidad de desplazamiento 2,7 km/h

-

Amplitud fuerza de tracción 652 KN (66 t= 146.520lb)

-

Motor Cat® C18

-

Potencia bruta 522 Kw (700 hp) 1800 min- 1

-

Rendimiento del motor SAE J1995. Cat® C18: 522 Kw (700hp)

-

Capacidad del balde: 7m 3.

-

Capacidad del tanque de combustible: 1300L.

-

Velocidad de rotación: -5.1 RPM.


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

Modelo: PC8000-6FSD

Caracteristicas: -

Capacidad del balde: 42,0

-

Motor: Komatsu SDA16V160E-2.

-

Potencia bruta: 4.020.

-

Capacidad tanque de combustible: 13900 L.

-

Velocidad de desplazamiento: 2,4 km/ hr.

-

Velocidad de rotación: 2,7 RPM



Modelo: Atlas Copco Scooptram ST7

Caracteristicas: -

Potencia bruta: 186 Kw/ 250 Kv a 2000 rpm.

-

Capacidad de combustible: 284L.

-

Motor: Cummins. QSL9 C250, EPA Tier 3/UF. Stage IIIA

-

Ancho de pala: 24888mm.


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Componentes principales y funcionamiento:



Chasis y tren de rodaje El chasis tiene como misión transmitir las cargas de la superestructura al tren de rodaje. Los chasis para trenes de rodaje de orugas están constituidos por una estructura en forma de H que aloja en la parte central la corona de giro y va apoyada y anclada en los carros de oruga. El sistema de orugas está formado por los siguientes componentes:

o

Cadenas de tejas ensambladas por bulones y casquillos sellados.

o

Tensores de cadena.

o

Rodillos guía.

o

Ruedas guía.

o

Rueda motriz. El sistema de traslación mediante tren de rodaje responde a tres funciones: otorgar una plataforma de trabajo estable: soportar los movimientos de la máquina, permitiendo hacerla girar durante la traslación, y aportar, al conjunto del equipo, movilidad y capacidad para remontar pendientes.


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El sistema de chasis de orugas presenta las siguientes ventajas en relación con el chasis neumático: o

Mayor tracción sobre el suelo.

o

Menor presión sobre el terreno.

o

Mayor estabilidad.

o

Menor radio de giro.



Superestructura

Es el conjunto formado por dos vigas cajón y una serie de módulos adosados, que deben absorber los esfuerzos transmitidos por el equipo de trabajo en la excavación y la aceleración producida por el giro. La superestructura está unida al chasis mediante la corona de giro, que es el elemento de la pala que permite la rotación de la superestructura respecto del chasis inferior, que permanece fijo sobre el suelo. 

Accionamiento

Las palas de carga utilizan sistemas eléctricos o hidráulicos. Si bien los primeros ofrecen un menor costo de mantención, menor nivel de ruido y mayor disponibilidad mecánica, las palas pierden movilidad al necesitar de un cable. Respecto del sistema hidráulico, los elementos más importantes del circuito son el depósito, las bombas, los distribuidores y receptores, motores o cilindros.


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

Cabina

Si bien la cabina tiene una influencia indirecta en el rendimiento de las excavadoras, su funcionamiento es de gran importancia, por lo que deben ser funcionales y confortables. La posición de la cabina suele estar en el lado izquierdo de la máquina, ya que desde allí el operador tiene mayor facilidad para posicionar rápidamente el camión, al contactarse visualmente ambos operadores (el de la pala y el del camión). Una cabina está constituida por los siguientes elementos básicos: o

Dos palancas de mando, una de brazo y balde, otra de pluma y mecanismo de giro.

o

o

Palanca de traslación. Consola que proporciona una información completa sobre la situación de la máquina.

o

o

Aislamiento de la cabina contra el ruido y vibraciones. Asiento anatómico.


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EQUIPO DE TRABAJO

El equipo de trabajo está constituido por diferentes elementos, dependiendo de si la forma de descarga es frontal o de retroexcavadora: 

En sistemas frontales: El equipo de trabajo lo constituye la pluma y el brazo con el balde en su extremo. La fuerza de penetración se consigue mediante uno o dos cilindros hidráulicos del brazo, y la fuerza de excavación por medio de otros dos cilindros en el balde. El movimiento vertical se realiza gracias al accionamiento hidráulico de la pluma.



En sistema de retroexcavadora: El equipo de trabajo lo compone la pluma, el brazo y el balde, articulados entre sí y accionados mediante sistemas hidráulicos.

Baldes El diseño y forma del balde influyen en el grado de llenado del mismo y, por lo tanto, en la producción horaria del equipo. Los parámetros por tener en cuenta en el diseño del balde son: o

Relación ancho / volumen del balde.

o

Distancia entre la punta de los dientes y la articulación.

o

Ángulos de vuelco y apertura.

o

Peso del balde.


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CARGADORES FRONTALES Los cargadores frontales son equipos capacitados para realizar labores de carga de camiones, vagones o tolvas; carga y transporte para distancias cortas, ya sea a un chancador o al stock pile, y constituye una máquina auxiliar y/o de empuje en labores de limpieza o preparación de rampas.

Características generales Los cargadores frontales se pueden distinguir y clasificar según la capacidad de carga del balde, como se indica en la siguiente tabla:

Capacidad de carga

Clasificación

< 4 m3

Pequeños

4 - 8 m3

Medianos

> 8 m3

Grandes

En las faenas de minería a cielo abierto se utilizan principalmente los equipos medianos, asociados a camiones, de acuerdo con combinaciones bien definidas del binomio cargador-camión. Ventajas 

El uso de los cargadores frontales representa importantes ventajas en el desarrollo de las faenas en la minería, ya que tienen:



Gran movilidad, alcanzando velocidades de 45 km/h, lo que les permite realizar la labor de carga y transporte en distancias cortas.



Capacidad de trabajo de descarga en altura de entre los 3 y 6 metros.



Capacidad para trabajar en pendientes



Un ancho de balde que permite trabajar grandes bloques de roca



Posibilidad de obtener mezclas de diferentes sectores debido a su gran movilidad.




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

Facilidad para mantener un piso de carga más limpio, no precisándose máquinas auxiliares.



Adaptabilidad a diferentes métodos de extracción.



Una menor inversión en relación con otros sistemas de carga (palas)



Facilidad de reventa



Posibilidad de alquiler (arriendo) y contratación.



Una mantención sencilla respecto de otros sistemas de carguío.



Menor requerimiento de práctica y experiencia del personal que usará los equipos

Desventajas 

Requieren una pila o material tronado más esponjado respecto de otros sistemas de carguío. Esto implica una consideración importante en la tronadura, especialmente en lo referente a la secuencia de encendido.



Para igual capacidad de balde tienen menor productividad que una pala.



Requieren de un amplio espacio para maniobrar, ya que necesitan desplazarse durante el proceso de carga.



Tienen menor productividad en suelos embarrados y blandos.



Si no hay un buen nivel de pisos, existe un aumento considerable del costo de neumáticos.



Necesitan alturas de banco reducidas para operar con seguridad.



Poseen menor disponibilidad mecánica respecto de las palas.

Componentes principales Chasis



En general, el chasis está formado por dos semichasis unidos por una articulación doble con eje vertical. En el semichasis delantero, y de forma más o menos triangular, va anclado todo el equipo de trabajo. El semichasis trasero tiene forma de caja y debe soportar, además del eje y su diferencial, el peso del motor y de la transmisión. También, generalmente, soporta el peso de la cabina y mandos del operador. Ambos están construidos de aceros de alta resistencia, especialmente diseñados para soportar esfuerzos de carácter continuado, tanto de torsión como de flexión.


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Mediante la acción de los vástagos de dos cilindros hidráulicos, uno a cada lado, la articulación permite giros a izquierda y derecha, con ángulos de entre 35 y 45 grados, lo que aumenta la maniobrabilidad de la máquina.

Cabina:



La cabina está colocada sobre la articulación y puede formar parte tanto del cuerpo trasero como del cuerpo delantero del equipo. La ubicación de la cabina presenta ventajas, las que se señalan en la siguiente tabla:

Ubicación Parte delantera Parte trasera

Ventajas Mejor visión para el Aislamiento de ruidos y vibraciones del motor

operador

Mayor confortabilidad debido a los giros más pequeños en la parte trasera. Mayor seguridad en la operación.

Neumáticos



Se estima que entre 10% y 20% de los costos de mantención de los cargadores frontales corresponde a los neumáticos, por lo que éstos representan uno de los factores clave por considerar en una buena operación de estos equipos. Los cargadores frontales utilizan los siguientes tipos de neumáticos:


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o

Lonas sesgadas

Radiales

o

Beadless

o

Baldes



En relación con el balde, éstos se diseñan con un ancho un poco mayor al de la máquina, de forma que al introducirlos en las pilas (carga) no se produzcan daños en los neumáticos. Estas dimensiones hacen que los baldes tengan una estructura más débil que la de las palas de cable y/o hidráulicas. Como además es necesario maximizar la carga útil, se deben construir con el menor peso posible. Por este motivo, las fuerzas de arranque de estos equipos son mucho menores que en las palas. Los baldes se clasifican de acuerdo con el material que deben transportar y para el cual se han diseñado. Se distinguen baldes de material ligero, baldes de uso general y baldes de roca. Los dos primeros son baldes de forma recta, en cambio el de roca tiene forma de "V" y se le han incorporado dientes para mejorar la penetración.


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

Sistemas de transmisión Los cargadores frontales usan motores diésel como fuente de energía primaria, utilizando dos tipos de transmisión: mecánica o eléctrica.

1. Mecánica: La transmisión mecánica está constituida por tres mecanismos de regulación: o

Mecanismo de regulación de la velocidad del motor, que a su vez acciona un convertidor de par convencional.

o

Mecanismo de regulación por modulación de potencia, situado entre el motor y el convertidor de par. La velocidad del motor y la bomba hidráulica permanecen constantes.

o

Mecanismo de regulación variable, con varios convertidores de par. Los convertidores de par regulan la velocidad de traslación, manteniendo la velocidad de motor en un régimen constante. Este mecanismo cuenta con los siguientes elementos:

o

Convertidor de par, cuya finalidad es disponer de un órgano que multiplique el par, disminuya el número de revoluciones y brinde un número de relaciones de cambio, normalmente de 3 a 4,8.

o

Caja de cambios, que suele ser del tipo "power-shift" o servo transmisión con control simple, disponiendo de varias velocidades hacia adelante y hacia atrás.

o

Árboles de transmisión, que transmiten el movimiento a los dos ejes, consiguiéndose así la tracción a las cuatro ruedas. Diferenciales, ejes y mandos finales.


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2. Eléctrica. La transmisión eléctrica está constituida por los siguientes elementos:

-

Motor que gira a velocidad constante, acoplado a un generador de corriente alterna y a una caja reductora a la que van conectadas las bombas del circuito hidráulico de elevación y dirección.

-

Rectificador de corriente

-

Motores de tracción de corriente continua en cada rueda

-

Sopladores de refrigeración de motores, circuito hidráulico, generador, filtros de aire, frenos, etcétera.

-

Ejes planetarios en cada rueda

-

Frenos de disco accionados neumáticamente.



Sistema hidráulico El circuito hidráulico de los cargadores frontales acciona los cilindros de elevación y articulación. La bomba que acciona los cilindros de la articulación debe producir la presión de aceite suficiente para controlar el balde, incluso cuando el motor de la máquina funciona a bajo régimen. Igualmente, cuando se produce la excavación y carga, y el motor se encuentra a régimen máximo, debe existir un exceso en la capacidad del circuito de la articulación para aumentar la del circuito de carga.


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EXCAVADORAS Equipos de excavación: Son todos aquellos equipos que tienen como características están diseñados para trabajar en estación. Esto significa que su ciclo de trabajo no incluye acarreos y su chasis portante tiene como única función situar a la máquina en el sitio de trabajo.

Palas mecánicas: La pala mecánica está diseñada fundamentalmente para excavar materiales sueltos y pétreos, cargándolos a bordo de vehículos transportadores. Funcionamiento: Las partes básicas incluyen: o

La montura

o

La cabina

o

La pluma

o

El aguilón

o

El cucharón

o

Mecanismos de apertura y de cierre de cucharón

o

El cable del malacate

Movimientos que efectúa: o

Elevación del cucharón dentro del material por excavar.

o

Excavación, operación mediante el cual el cucharón se introduce, avanzando en el material.

o

Retirada, una vez cargado el cucharón.

o

Giro y descarga.


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Usos más comunes: o

Excavación de bancos de préstamo.

o

Excavación de cortes.

o

Carga de unidades o vehículos de acarreo.

o

Descarga en tolvas, Cribas o bandas.

Producción de palas mecánicas: En la actualidad la pala mecánica ha sido prácticamente desplazada por la pala hidráulica. Aunque la pala mecánica es capaz de realizar excavaciones a niveles ligeramente inferiores al del terreno de sustentación de sus propias orugas, en general la aplicación mas practica, común y eficiente de la misma es, en excavaciones por encima del nivel natural del terreno. Según observaciones estadísticas, se ha determinado que, para cada capacidad de pala y para cada clase de materiales, existe una altura optima de corte, la cual puede definirse como aquella altura que produce el máximo rendimiento en volumen, y para la cual el cucharón se levanta completamente lleno, sin esfuerzos excesivo, para desprender el material excavado. Producción teórica por hora m 3 /hora Capacidad del bote m3 Clase Material Arcilla arenosa Grava y arena Tierra común Arcilla dura Roca bien tronada Excav. Común con piedras y raíces Arcilla húmeda y pegajosa Roca mal tronada

% 0.57

1 0.75

1% 0.94

1% 1.13

1% 1.32

2 1.53

2% 1.87

3 2.29

3% 2.62

4 3.06

4% 3.37

5 3.82

6 4.52

126

157

191

218

245

271

310

356

401

443

485

524

608

119

153

176

206

229

252

298

344

386

424

459

493

566

103

134

161

183

206

229

271

310

348

390

428

463

524

84

111

138

161

180

203

237

275

310

344

375

405

463

73

96

119

138

161

180

203

237

275

310

344

375

405

61

80

99

119

138

153

187

222

256

291

321

352

440

54

73

92

111

126

141

176

206

237

264

294

321

375

38

57

73

88

107

122

149

180

206

233

260

287

336


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Factor de llenado de bote: Este factor depende del tipo de material que se va a cargar, ya que si este es homogéneo el bote se llenara completamente a su capacidad, como en el caso de arena y grava, y si no lo es como podría ser el caso extremo de roca mal tronada, se tendrá un volumen fuerte de huecos en el bote y su capacidad real disminuirá. Material

Factor de llenado

Arena y grava

1

Tierra común

0.90

Arcilla dura

0.75

Arcilla húmeda

0.75

Roca bien tronada

0.75

Roca mal tronada

0.50

Altura optimas de corte : Datos del fabricante Capacidad del bote Clase material

3/4

1

1¼

1½

1½

2

2½

Arcilla arenosa

1.6

1.8

1.95

2.1

2.2

2.35

2.35

Grava y arenosa

1.6

1.8

1.95

2.1

2.2

2.35

2.5

Tierra común

2.05

2.35

2.55

2.75

2.9

3.05

3.35

Arcilla dura y roca

2.4

2.7

2.95

3.2

3.45

3.65

4

2.4

2.7

2.95

3.2

3.45

3.65

4

bien tronada Arcilla húmeda pegalosa y roca mal tronada


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EJEMPLO Calcular la producción en banco por hora de una pala mecánica que se encuentra cargando roca bien tronada. La capacidad del bote es de 2 ½ yd 3. La altura del corte es de 3 metros y el angulo de giro de 120°. El abundamiento de la roca es de 45%. o

Calcular la producción en banco por hora de una pala mecánica que se encuentra cargando roca bien tronada. La capacidad del bote es de 2 ½ yd 3 La altura del corte es de 3 metros y el angula de giro de 120°. El abundamiento de la rosa es de 45%. Factor de corrección (0.75 y 120°) = 0,85 Producción real= 210 x 0,75 x 0,75 x 0,85 = 100.4 Producción real medida en banco = 100,4/ 1,45= 69,25 m 3 / hora. Nota: Si la altura de corte fuera de 5 mts. El % del corte optimo seria de 5/4 = 1,25 (125%). Solución: Tiempo de ciclo = 0,37min. Producción 800 ton/ hora. Considerar el factor de llenado = 0,50 y factor eficiencia 0,60. Producción real = 800 x 0,50 x 0,60 = 240 ton/hora 240ton/hora = 114 m 3 /hora (suelto) 2,1 ton/m3 Medido en banco = 114 m 3 = 76 m3 / hora (banco) 1,5


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CONCLUSIONES



Las palas son un equipo de suma importancia para la minería, utilizables en todas las operaciones a tajo abierto y subterránea.



Estos son equipos de gran envergadura y elevado costo de capital. Hoy, al momento de seleccionar una pala minera, los principales puntos que se evalúan son seguridad, operación, soprte técnico, repuestos, estructura y aspectos económicos, buscando obtener mejor productividad en menor costo para la aplicación y mantenimiento.



La minería a cielo abierto o a tajo abierto, los costes de arranque, excavación y transporte son menores, debido a la posibilidad de emplear maquinaria de mayor tamaño; permite mayor recuperación de las capas, venas o filones; no es necesaria la ventilación, ni el alumbrado, ni el sostenimiento artificial; permite utilizar explosivos de cualquier tipo y las condiciones de seguridad e higiene en el trabajo son muchos mejores.


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Calculo de produccion de Palas en minería superficial

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