INSTALACIONES MINERO-METALÚRGICAS
Malacates
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Componentes de un malacate de extracción ❖ El malacate de extracción consiste de todos aquellos componentes de la mina que son necesarios para extraer mineral, material estéril; subir y bajar material, equipo y personal de la mina. Éstos consisten de:
1. Superficie
❖ Cuarto del malacate • Tambor del malacate. • Equipo eléctrico y mecánico. • Cables del malacate. ❖ Horca o castillo • Botes o skips. • Mecanismo para voltear los skips.
2. Tiro
❖ Botes o skips. ❖ Jaulas o elevadores. ❖ Guías del tiro. 2
❖ Componentes del malacate instalado en un tiro vertical. 3
Tipos de malacates ❖
Tres factores gobiernan la selección del tipo de malacate:
1. Ritmo de producción o tonelaje a ser manteado por unidad de tiempo. 2. Profundidad del tiro. 3. Número de niveles de la mina.
❖ Actualmente, existen dos tipos de malacates: 1. De tambor; almacena el cable en el tambor. 2. De fricción o Koepe; el cable (o cables) pasan a través del dispositivo, pero no lo almacena. Fue inventado en 1877 por Frederick Koepe, usado principalmente en Europa, Asia y Australia.
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Malacates de Tambor
❖ Diagrama de un malacate de doble tambor.
❖ Vista interior del cuarto de máquinas en la Mina Sudán.
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Ventajas y Desventajas de los Malacates de Tambor Ventajas ❖ Rutina de mantenimiento menor. ❖ Mantenimiento menos sofisticado. ❖ Pueden seguir operando aun si el fondo del tiro se encuentra inundado.
Desventajas ❖ Los malacates de tambor requieren mayor espacio que los de fricción. ❖ Requieren de mayores fluctuaciones en la demanda de potencia.
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Single Drum Hoist (Malacate de Tambor Sencillo)
❖ Es el tipo más sencillo, con un cable y un dispositivo de transporte, ya que no existe carga balanceada requiere de gran potencia. Las aplicaciones más comunes son en la profundización de tiros, malacates auxiliares (para escape o aplicaciones de poco uso).
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Double Drum Hoist (Malacate de Doble Tambor)
❖ Aquí los cables están colocados sobre tambores individuales, los malacates de doble tambor son ideales para múltiples niveles ya que pueden trabajarse de manera individual.
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Blair Multirope Hoist (Malacate Blair Multicable) ❖ Mientras que los malacates de tambor tradicionales pueden levantar cargas desde grandes profundidades (>10000 pies), la limitación de cada transporte es debida a un solo cable. Mientras que las distancias de manteo se incrementan, la mayor parte de la capacidad de carga del cable se utiliza para sostener o izar el cable. Como resultado a 10000 pies de profundidad, muy poca resistencia del cable puede ser aplicada para levantar carga. Un malacate tipo Blair resuelve este problema, al colocar otro cable se aumenta la capacidad de carga. Éste tipo de malacate se usa principalmente en minas de Sudáfrica. 9
Conical Drum Hoist (Malacate de Tambor Cónico)
❖ Variante del malacate de tambor sencillo, está provisto de ranuras las cuales impiden que el cable se deslice.
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Spiral Drum Hoist (Malacate de Tambor en espiral)
❖ Variante del malacate de tambor sencillo.
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Velocidades de Manteo ❖ La velocidad máxima deseable para un malacate de tambor con guías de madera en el tiro, es de 12 m/s (2362 fpm). ❖ La velocidad máxima deseable para un malacate de doble tambor con guías de acero en el tiro, es de 18 m/s (3542 fpm). ❖ Un análisis realizado por ASEA (ahora ABB) reportó que la velocidad óptima está en función de la raíz cuadrada de la distancia de manteo. Velocidad óptima (fpm) = 44H1/2 , donde H está en pies. Velocidad óptima (m/s) = 0.405H1/2 , donde H está en metros. Velocidad calculada (fpm)= 34H1/2 , para distancias de manteo <1500 pies. Velocidad calculada (fpm) = 47H1/2 , para distancias de manteo >1500 pies.
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Disponibilidad del Malacate ❖ Con un mantenimiento planeado, un malacate de tambor deberá estar disponible 19 horas por día para una instalación superficial; o 18 horas para una instalación subterránea.
❖ El tiempo de operación total durante las etapas de planeación no deberán exceder el 70% del total de tiempo de operación disponible, esto es 16.8 horas por día.
❖ En ciertas minas excepcionalmente bien organizadas, han sido reportados de factores de utilización tan altos como 92%. Con malacates que manejan jaulas y skips, la disponibilidad será mucho más baja.
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Inercia del Malacate ❖ La inercia residual de un malacate de doble tambor es aproximadamente igual al peso de 10300 metros (33800 pies) de cable del malacate. Por ejemplo, la inercia aproximada (WR2) de un malacate de doble tambor de 10 pies diseñado para un cable de 1½ pulgadas de diámetro, pesando 4 libras/pie, será: 5x5x4x33800=3380000 lbs-pie2
❖ La inercia de un malacate de tambor sencillo se asume que será 2/3 de la inercia de un malacate de doble tambor del mismo diámetro. ❖ La inercia (lbs-pie2) del rotor de un motor de corriente directa es aproximadamente igual a: WR2=1800(HP/RPM)1.5
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Trucos del Oficio ❖ La manera sencilla de diseñar un malacate de tambor es determinar primero la velocidad de manteo y carga viva requerida, después determinar el cable a usar con su respectivo factor de seguridad (SF). Los parámetros del malacate podrán determinarse considerando solamente el cable del malacate y la velocidad del mismo. ❖ Para propósitos de diseño inicial, la velocidad de manteo podrá ser el 40% de la velocidad más alta obtenida teóricamente. ❖ Para malacates de tambor, el ángulo de flotación no deberá exceder de 1° 30’. ❖ En malacates de mina, el ángulo de flotación deberá ser lo más cerca a 1°20’. Si se excede éste ángulo causará un desgaste excesivo del tambor.
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Tiempo de Ciclo de Manteo (T) ❖ Uno de los aspectos más importantes del manteo es determinar el tiempo del ciclo. Este ciclo debe de ser determinado para diseñar y especificar el malacate propuesto, y simular el ciclo de manteo calculado. El ciclo simulado permite la predicción de la producción del malacate y la capacidad del motor.
❖ El tiempo del ciclo de manteo es el tiempo tomado para un viaje completo. Es usualmente medido en segundos. El tiempo es diferente para skips, jaulas o para profundizar el tiro. Para malacates balanceados (dos skips) en un viaje en un sentido. Para malacates sencillos o contrapesados, el ciclo es un viaje redondo (arriba y abajo).
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Tiempo de Ciclo de Manteo (T) ❖ El ciclo consiste de los siguientes componentes:
o Velocidad muerta: 2 pies/segundo. Excepto para jaulas la cual es de 1 pie/segundo. o Aceleración: Varía con la velocidad de la línea (cable). o Velocidad máxima: Máximo incremento o velocidad controlada de la línea del malacate. o Retardación: Varía con la velocidad del cable. o Descanso: paro, de 10-15 segundos para skips, 30-45 segundos para jaulas. 17
Tiempo de Ciclo de Manteo (T) ❖ En malacates para skips o cubos para profundización de tiros, el tiempo de ciclo (T en segundos), puede ser simplificado a la siguiente formula:
o Donde:
H= Distancia de manteo en m ( o pies). V= Velocidad máxima de la línea en m/s (o pies/segundo). a= Aceleración promedio y retardos en m/s/s (pies/segundo/segundo) Los paros son periodos de descanso, y los tiempos muertos es la suma de la duración de cada viaje en la velocidad muerta (en segundos). 18
Tiempo de Ciclo de Manteo (T) ❖ La aceleración y los promedios de retardo pueden ser ajustados para una instalación en particular. Para propósitos de cálculos de ciclos en general se puede asumir que son iguales y proporcionales a la velocidad de manteo.
o En donde:
a= pies/segundo/segundo (m/s/s) V= pies/segundo (m/s) Esto nos permite simplificar y determinar de manera satisfactoria el ciclo de manteo para malacates balanceados:
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Paros ❖ Los paros para malacates balanceados con skips incluyen simultáneamente carga y descarga. Este tiempo se asume de manera tradicional que sea de 10-12 segundos, pero puede incrementarse hasta 15 segundos o más en caso de malacates automáticos.
❖ El tiempo muerto en el caso de jaulas es de 30 segundos para jaulas pequeñas y 45 segundos para jaulas de mayor tamaño.
❖ La suma de los tiempos de paro para un malacate de doble tambor para profundizar tiros puede tomarse como 45 segundos.
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❖ Con estas consideraciones, las formulas para los ciclos de manteo (en segundos) de diferentes malacates de tambor quedan como sigue: o Malacate para skips balanceados
o Malacate para skips balanceados
o Malacates para skips en tiros profundos balanceados
o Profundización de tiros
o Profundización de tiros
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o Jaulas pequeñas y malacates contrapesados
o Jaulas grandes y malacates contrapesados
o Malacates de tambor sencillos para profundizar tiros (América del Norte)
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Máxima velocidad para malacates de tambor Velocidades de manteo-excediendo 10 m/s (2000 fpm)
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Velocidades de manteo-excediendo 15 m/s (3000 fpm)
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Disponibilidad de producción ❖ Será usualmente el equivalente a aproximadamente 16 horas de manteo por día (67%), por 7 días durante una semana de producción. Para 5 o 6 días por semana de producción será de 18 horas por día (75%) ya que se tiene que programar trabajos de mantenimiento durante el fin de semana.
Disponibilidad del malacate de doble tambor (7 días por semana)
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Continuación
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Continuación
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Continuación
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Continuación
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Continuación
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Ejemplo: ❖ Determine la capacidad del skip para un malacate de doble tambor. o Datos 1. Disponibilidad de producción= 65% 2. Capacidad de producción requerida= 4500 tpd (mineral y roca) 3. Distancia de manteo= 2025 pies 4. 24 horas de operación por día o Solución 1. Velocidad de manteo óptima, 2. Tiempo de ciclo, 3. Viajes por hora=
4. Viajes por día= 5. Capacidad del skip= 31
Malacates de Fricción (Koepe)
❖ Diagrama de un malacate de doble tambor.
❖ Castillo de concreto conteniendo un malacate de fricción. 32
Ventajas y Desventajas de los Malacates de Fricción Ventajas ❖ Menos caro que los de tambor. ❖ Es más pequeño en diámetro lo que lo hace más fácil de manejar e instalar. ❖ A diferencia de los malacates de tambor pueden ser usados con múltiples cables, lo que le da mayor capacidad de carga.
Desventajas ❖ No pueden ser operados en tiros de gran profundidad. ❖ No pueden operar a velocidades normales si el fondo del tiro se encuentra inundado.
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Malacates de Fricción (Koepe) ❖ El malacate de fricción (koepe) es una máquina donde uno o más cables pasan sobre el tambor de un medio de transporte a otro, o desde un medio de transporte a un contrapeso. En ambos casos, los extremos de los cables se conectan por la parte baja de cada skip o jaula o contrapeso. ❖ Cuando lo comparamos con un malacate de tambor, para el mismo servicio el extremo del cable reduce los requerimientos de caballaje del motor en aproximadamente 30% pero el consumo de potencia permanece igual.
❖ Ya que normalmente este tipo de los malacate utilizan varios cables, los malacates de fricción más grandes pueden manejar cargas más pesadas que los malacates de tambor más grandes. Los malacates de tambor se limitan a la capacidad de un solo cable.
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Friction (Koepe) Hoist (Malacate de Fricción -Koepe) ❖ Los malacates de fricción o Koepe utilizan el hecho de que las cargas balanceadas generan la suficiente presión sobre el cable, lo que hace que puedan usar por medio de la fricción. Siguiendo la regla de diámetro del cable al diámetro del tambor, cables más pequeños disminuirán el tamaño del tambor, torque, potencia requeridas; y por lo tanto costos. Los costos de un malacate de fricción son aproximadamente el 60% del costo de un malacate de tambor de la misma capacidad.
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Distancia de Manteo
❖ La profundidad de operación práctica límite para un malacate de fricción es 1700 m (5600 pies) para malacates balanceados; y 2000 m (6600 pies) para malacates contrapesados.
❖ Los cables del malacate tipo koepe no requieren ser no rotatorios para profundidades de manteo de menos de 800 metros (2600 pies); se utilizan cables de torcido derecho e izquierdo para cancelar el efecto de torque del cable.
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Presión del cable ❖ La presión del cable sobre el tambor no deberá exceder 17.5 kg/cm2 (250 psi) para cable plano; y 28 kg/cm2 (400 psi) para cable redondo.
❖ Para cable redondo, la presión calculada para skips no deberá exceder 2400 kPa (350 psi); o 2750 kPa (400 psi) para jaulas cuando se considere carga pesada ocasional tal como material o equipo.
❖ Para cable plano, la presión calculada para skips no deberá exceder 1700 kPa (250 psi); o 2000 kPa (275 psi) para jaulas cuando se considere carga pesada ocasional tal como material o equipo.
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Velocidad de manteo ❖ Cuando la velocidad de manteo exceda 15 m/s (3000 fpm), la carga estática de las cuerdas no deberá ser más que 11.5% de su resistencia a la ruptura.
❖ La velocidad máxima deseable para un malacate de fricción es de 18 m/s (3600 fpm).
❖ En América del Norte, la velocidad deseable para una jaula o calesa es aproximadamente 2/3 de la velocidad óptima calculada para un skip con la misma distancia de manteo.
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Diseño de un sistema de malacates Malacate balanceado
❖ Todos los sistemas de malacates de mina son operados balanceados para reducir momentos, torque y demanda de energía. Generalmente dos dispositivos de transporte (skips y/o jaulas) se encuentran suspendidas del malacate; algunas veces cuando se da servicio a más de un nivel un contrapeso reemplaza un transportador, éste se diseña con un peso igual a la carga muerta del skip o jaula más la mitad de la carga viva.
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Deslizamiento en malacates de fricción
❖ El deslizamiento ocurre si la razón de las tensiones del cable exceden un límite teórico. La relación es:
Donde T es la tensión del cable, 1 y 2 se refiere a los skips cargado y vacío respectivamente. µ es el coeficiente de fricción= 0.45-0.50 y θ es el ángulo de arrollamiento en radianes. Análisis de fricción del malacate para determinar el deslizamiento ocurrido 40
Bibliografía
❖ Hard Rock Miner’s Handbook, Jack de la Vergne, McIntosh Redpath Engineering Limited 2000, Segunda edición.
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