MIN 242 – Mecánica de Rocas LABORATORIO 2016-2: MANUAL PREPARACIÓN DE MUESTRA
TALADRO CILÍNDRICO Antes de comenzar el funcionamiento del taladro, se debe subir la broca, aumentando así la zona de contacto entre la broca y la muestra mineral, de manera que ésta no interfiera con la óptima fijación de la roca, como además evite desgaste innecesario de los dientes del taladro al momento de iniciar el funcionamiento del motor, aumentando así la vida útil del equipo.
Material a trabajar. -
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La roca seleccionada debe poseer dimensiones óptimas al tamaño de las piezas del equipo, para que su fijación en la máquina no sufra desplazamiento en los tres ejes de movimiento. Es por esta razón que se utiliza una viga transversal extraíble que fija la roca, junto con dos varillas roscadas perpendiculares a la batea, y paralelas entre sí. Si se va a utilizar la celda de confinamiento al momento de ensayar la muestra, la roca a utilizar debe ser acorde a la altura de la muestra requerida por la celda. (Aproximadamente 108[]) La roca debe estar ubicada sobre la pasadura de perforación, para prevenir que la broca sufra desgaste por impacto con el fondo de la batea, por ende, la roca queda dispuesta en el centro del eje de perforación del taladro cilíndrico.
Luego de obtener la roca adecuada según los requerimientos anteriores, se procede a la fijación de ésta. -
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Se introduce la viga transversal extraíble encajando sus extremos en las dos varillas roscadas. Se procede a apretar las roscas de ambas varillas, con el fin de presionar la viga transversal contra la roca, dejando la roca fija, y sin movimiento alguno. Se incorpora al montaje, el protector de manto cilíndrico de acrílico, para evitar salpicaduras en exceso del fluido hacia el operador. Se fija el protector de acrílico, por medio de dos varillas roscadas, a la viga transversal extraíble. Figura 1: Montaje de la roca a utilizar.
Revisión de conexiones y accionar de la Bomba. En la figura anterior se puede observar ambas conexiones, la de flujo desde la bomba al taladro y el flujo de agua residual de la batea del taladro cilíndrico al contenedor de agua de la bomba. Abrir la llave de paso, quedando ésta en sentido del flujo del agua. Por medio de la llave de paso, regular el flujo de agua para el enfriamiento de la broca. -
Figura 2: Verificación de las conexiones
Luego de tener todas las consideraciones desde el punto de vista del montaje de la muestra en el equipo de perforación, se da inicio al encendido de la bomba hidráulica.
Figura 3: Representación de cómo se abre la llave de paso.
Para poder mantener un flujo constante de agua y así disminuir considerablemente la temperatura de contacto del equipo y la roca, se deja funcionar la bomba por unos 30 segundos antes de dar comienzo al encendido del taladro.
Iniciación de la perforación. -
Primero se debe presionar el botón de encendido (|), presente en la parte superior del motor del taladro.
Se procede a comenzar con la perforación: -
Para encender el taladro cilíndrico, se debe presionar el botón RESET.
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Cuando el equipo de perforación se encuentra dispuesto para el proceso de conformación de la muestra mineral, se comienza a bajar la broca hidráulica paulatinamente, comenzando así, el proceso de perforación de la roca.
Figura 4: Representación del inicio de la perforación.
- Se debe mantener presionado el taladro sobre la roca, por un tiempo aproximadamente de 5 − 10 segundos, no ejerciendo mucha presión. - Pasado este tiempo, se levanta el taladro, provocando que el polvo producido no ascienda mayoritariamente, lo que dañaría el equipo. No se debe ejercer mucha fuerza al momento de bajar el taladro. Si la muestra se presiona mucho, además de dañar el equipo, el testigo resultante no presentará un manto completamente liso, presentando deformaciones a lo largo de su manto, lo cual resulta un inconveniente al momento de realizar los ensayos de compresión. Figura 5: Operador utilizando el taladro.
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Continuar la perforación hasta alcanzar la línea marcada en el armazón del taladro. Más allá de eso, se corre el riesgo de que la máquina se dañe. Antes de detener el funcionamiento del taladro, se debe retirar completamente la broca de la roca. Luego se procede a apagar el motor del taladro, presionando el botón TEST. Se detiene el funcionamiento de la bomba.
Finalización del proceso. Siguiendo con la extracción de la muestra, se debe desarmar: -
Se retira en primera instancia la protección de acrílico, destornillando la fijación. Se procede a retirar la viga transversal, junto con sus fijaciones, para luego retirar la roca. Si el taladro perfora por completo la roca, se debe retirar el testigo o probeta, solo levantando la roca. En caso de que el taladro no perfore la roca por completo, se debe dar vuelta la roca, con el fin de eliminar el contenido de agua, para luego colocar la roca en una superficie lisa, y proceder a retirar el testigo de la roca, por medio de palanca a través de algún instrumento rígido.
Al finalizar la perforación, se debe limpiar los residuos provenientes de la utilización del taladro, por lo que se requiere limpiar la batea, como también la columna del taladro, todo esto con el fin de aumentar la vida útil del equipo. Teniendo la precaución previa, de desconectar los equipos del cableado eléctrico.
CORTADORA-PULIDORA Antes de comenzar el funcionamiento de la máquina cortadora-pulidora se debe determinar qué proceso se realizará, ya sea cortar o pulir la pieza, ya que el procedimiento es distinto. A continuación se presenta la preparación común que se debe realizar en ambos casos -
Verificar conexiones de equipo-bomba. Luego se debe verificar el nivel de agua del tanque de la bomba, siendo este no superior a 18[].
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Girar el volante hacia la derecha, para así mover hacia el operador el sistema de fijación de la muestra, dejando el sector de montaje despejado, para un mejor manejo de las piezas. Determinado el procedimiento a realizar, se debe empezar a cambiar el disco según el que se deba utilizar.
Montaje del disco de corte.
Figura 6: Piezas necesarias
para el montaje del disco de corte.
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Si el disco no queda bien ajustado, puede existir un desprendimiento de éste al momento de estar en funcionamiento la máquina, o bien al inicio de éste.
Figura 7: Se utiliza una llave inglesa y un pasador para ajustar el disco.
Montaje del disco de pulido.
Figura 8: Piezas necesarias para el
montaje del disco de pulido.
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Si el disco no queda bien ajustado, puede existir un desprendimiento de éste al momento de estar en funcionamiento la máquina, o bien al inicio de éste.
Montaje de la pieza. -
Colocar el pasador de centrado en la parte baja del armazón de fijación. Sobreponer la tuerca en el hilo del pasador, procurando tener un espacio suficiente para colocar ésta en los rieles del accesorio de piso graduado.
Figura 9: Pasador central dentro del riel del accesorio de piso graduado.
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Ajustar levemente en primera instancia el armazón de fijación en el piso graduado, esto se hace para poder proceder a colocar el accesorio en “V”, siendo este accesorio el ideal para piezas cilíndricas. Para piezas prismáticas se puede utilizar tanto el accesorio en “V”, como
también las barras paralelas.
Figura 10: Ajustar pasad or central (izquierda) y colocar accesorio en “V” (derecha).
Figura 11: Accesorio en “V” para piezas cilíndricas.
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Ya con el acceso rio en “V”, en el caso de la pieza utilizada como ejemplo, dentro de las ranuras del accesorio de piso graduado, se debe ajustar girando el pasador trasero de centrado por medio del pasador metálico. En caso de que se quiera cortar la pieza, se debe determinar cuánto se quiere cortar, por lo que se debe medir el testigo y realizar la marca pertinente. En caso de que se quiera pulir la pieza, es necesario tomar en consideración que el pulido del testigo, corresponderá a la mitad del ancho de la diamantina del disco, al momento de ajustar la pieza. Ubicar la pieza sobre los dos accesorios en “V” presentes en el sistema de fijación de la
muestra, para proceder a adaptar el espacio de ellos, y así lograr que la pieza calce perfecto según los requerimientos del proceso.
Figura 12: Montaje y ajuste del testigo o pieza a trabajar.
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Luego se debe apretar los pasadores de centrado ubicados en la parte superior y trasera del armazón de fijación, esto hace que la pieza quede inmóvil.
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En caso de que se quiera cortar la pieza, y el corte que se quiera realizar sea de gran dimensión en proporción al largo de la pieza, se debe ajustar ambos extremos al sistema de fijación. Se acerca la pieza al disco de corte, moviendo el sistema de fijación de la muestra por medio del volante en dirección anti-horaria, procurando no alcanzar el disco con la pieza. Verificar la correcta disposición del testigo, ya sea para el corte de la pieza, o el pulido de ésta.
Ya ubicada la pieza en el sistema de fijación, y al estar a una distancia adecuada del disco, se comienza a realizar el procedimiento previo al funcionamiento de la cortadora. -
Ajustar las mangueras de refrigeración del disco, de manera que el flujo de agua llegue directamente sobre la parte del disco que hace contacto con la muestra. Esto se realiza con el fin de mantener a una temperatura adecuada el disco a utilizar, evitando un calentamiento excesivo de la pieza, lo cual podría ocasionar la deformación de ésta, o un daño directo del motor del equipo.
Figura 13: Ajuste de las mangueras de refrigeración.
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Luego se debe conectar el cableado eléctrico de la bomba hidráulica a la máquina, esto se realiza en la parte posterior de ésta. Se debe accionar el botón “POWER ON” de la cortadora, ubicada en la parte delantera de la máquina. Esto hace que el flujo de agua circule a través de la bomba, nutriendo de agua el sistema bomba-máquina. El flujo de agua, se regula por medio de la llave de paso ubicada en la parte izquierda del equipo. Verificar la correcta posición de las mangueras de refrigeración. Comprobar la correcta posición del testigo, evitando que el disco toque la pieza, antes de accionar la máquina. Cerrar la protección frontal del equipo. Esto hará que se activen los actuadores de seguridad, ubicados a ambos lados del equipo. Presionar el botón “START”, ubicado en la parte delantera del equipo. Esto produce el
accionar del motor de la máquina, haciendo girar el disco de corte, o de pulido.
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Girar el volante lentamente en sentido anti-horario, con el fin de realizar un buen trabajo sobre la muestra. Si el proceso se realiza a una mayor velocidad, el corte, o pulido no será de buena calidad. Antes de detener el motor de la máquina, se debe extraer por completo el disco de corte o pulido, ya que si se detiene la máquina con el disco actuando sobre el testigo, el disco puede tambalear debido a la disminución repentina de velocidad, provocando un corte o pulido de menor calidad.
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Para detener el equipo, se debe presionar el botón “STOP”, y además “POWER ON”.
Retiro de la pieza. -
En caso de tratarse de un corte, se debe retirar el pedazo de muestra cortado. Se debe despejar el área, de manera tal que el testigo pueda ser extraído de forma cómoda. Se debe aflojar el sistema de fijación, más específicamente los pasadores de centrado, por medio del pasador metálico. Se procede a retirar el testigo.
Se debe realizar el mismo procedimiento con la otra cara del testigo, por lo cual, se gira la pieza y se repiten los pasos anteriores. Luego de terminar todo el proceso anterior se deben retirar las piezas y lavar el equipo.
SENSORES STRAIN GAUGES Preparación de la muestra. Para comenzar, es necesario marcar los lugares en donde se ubicarán los strain gauges. Cabe destacar que la cantidad y posición de los strain gauges dependerán netamente de los requerimientos del operador. Un punto importante a destacar, es que los strain gauges pueden ir tanto longitudinalmente, como diametralmente, según los requerimientos que se buscan en el laboratorio, es decir, si se quiere medir la deformación que sufre la muestra en su altura, se ocupa un strain gauges de forma longitudinal, perpendicular a las caras del testigo, si se quiere medir la deformación que sufre el diámetro del testigo, se ubica el strain gauges de forma diametral, paralelo a las caras de la muestra. La cantidad de strain gauges dependerá de lo que el operador busca obtener del testigo. Lo ideal y lo que se hará a nivel de laboratorio, es ubicar los strain gauges cada 180° para realizar una comparación de las deformaciones que sufre la muestra en sus caras opuestas.
Procedimiento: Preparación del testigo -
Marcar con una escuadra o un elemento de características similares el eje del manto, procurando demarcar el extremo base de los testigos, midiendo un ángulo de 180° para realizar la siguiente marca que representará la otra posición del strain gauges.
Figura 14: Se debe marcar la probeta para poder instalar los strain gauges.
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Luego, se debe montar la muestra sobre dos accesorios en “V”, los cuales permiten regular
el posicionamiento de la muestra, facilitando el trabajo que se realizará sobre el testigo. -
Al tener ya ubicada la muestra sobre los accesorios e n “V”, se debe adherir el strain gauges
sobre la superficie central de la demarcación previamente realizada. La orientación del strain gauges depende de la deformación que se quiere medir. Para ello se puede ocupar dos tipos de pegamentos:
Loctite 330 adhesivo-loctite7388 activador: La
función de este par, radica en que el primero corresponde al pegamento necesario para fijar el strain gauges en la muestra de roca, mientras que el segundo corresponde al activador de este pegamento, es decir, si solamente se utiliza el pegamento, sin ocupar el activador, el strain gauges no quedará adherido en la superficie de la muestra, lo cual conllevará a errores en la toma de datos. Cabe destacar, que la fijación de este par, es de acción lenta, lo cual conlleva a un mejor manejo de la ubicación del strain gauges. Figura 15: Adhesivo y su activador en spray.
Figura 16: Pasos a seguir para el uso del adhesivo
con su activador en spray.
Power flex- Gel control (Gotita): Este tipo de pegamento es de acción
rápida, basado en un gel a base de agua y resina, el cual permite una adhesión en un 99% de cualquier elemento sobre la superficie de roca. La dificultad de ocupar este tipo de pegamento, es que solamente se tiene una oportunidad de ubicar los strain gauges, viéndose al cabo de unos segundos impedido de reubicar el elemento. Figura 17: Pegamento Power Flex.
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Luego, se puede notar que las caras del strain gauges son distintas. La cara frontal del medidor de extensión presenta los filamentos expuestos al exterior, por lo cual, es necesario recubrir esta superficie con una cinta adhesiva, procurando trabajar con suma precaución, debido a que el strain gauges es un elemento delicado.
Figura 18: Ambos lados del strain gauges, donde se puede ver que el strain gauge de abajo los filamentos se
encuentran debajo de la línea roja.
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Ubicar el conjunto strain gauges-cinta adhesiva, en la superficie demarcada a la cual se le aplicó uno de los pegamentos descritos anteriormente, todo esto, para un mejor posicionamiento del medidor de deformación uniaxial.
Figura 19: Cinta adhesiva sobre el strain gauge.
Luego, retirar el exceso de pegamento y aire presente entre el strain gauges y la superficie del testigo. Esto se realiza utilizando el envoltorio del strain gauges y el papel de limpieza adjunto en el sobre portador de los elementos. Figura 20: Con el envoltorio del strain gauge se puede retirar
el exceso de pegamento.
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Se debe desplazar la superficie más rígida del envoltorio sobre el strain gauges, procurando no aplicar demasiada fuerza para no dañar el filamento encargado de conducir la diferencia de potencial. Seguidamente, se debe aplicar el papel de limpieza sobre el strain gauges, presionando de forma reiterada con el fin de retirar del conjunto, cualquier burbuja de aire que sea residente en la conformación de éste. Figura 21: Presionar levemente para adherir el strain
gauge al testigo.
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Con mucho cuidado, se procede a soldar el filamento del strain gauges utilizando el cautín, recubriendo previamente el filamento con plomo, para obtener una superficie que conduzca de mejor forma la corriente. De igual forma, se realiza el mismo procedimiento con los filamentos de los flex, recubriéndolos de plomo. Cabe recordar que las conexiones se deben realizar solo en el eje vertical, debido a que la manga de confinamiento solamente tiene dos aberturas en las caras superior e inferior. Por lo cual, si el strain gauges se ubica de forma diametral, los filamentos de éste, se deben doblar cuidadosamente, quedando perpendiculares a las caras del testigo. Finalmente y con suma precaución se procede a soldar las dos piezas metálicas ya recubiertas con plomo utilizando el cautín, recordando que se busca obtener una soldadura
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de buena calidad, sin dejar grumos de plomo que entorpezcan la calidad de la medición. Lo mismo se debe realizar para cada strain gauges que se ocupe en el testigo. Revisar y comprobar mediante un multitester la resistencia Óhmica asociado al strain gauges y de esta forma verificar la resistencia dada por el fabricante. En este caso los medidores de deformación presentes en el laboratorio tienen un valor de 120 ± 0,3[].
Figura 22: Imagen donde se muestra como se debe medir la resistencia Óhmica con el multitester.
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Verificar de igual forma la resistencia del cableado eléctrico soldado al strain gauges y de esta forma tener una relación de la calidad de la soldadura realizada. Al tener la muestra preparada, se procede a recubrir todas las conexiones realizadas con cinta aislante con el fin de reducir el ancho de todas las conexiones, además de ajustar los cables utilizados y posicionarlos correctamente sobre la celda si es que se realizara un ensayo de compresión triaxial. El otro objetivo de la utilización de la cinta aislante es recubrir las conexiones para impedir la interferencia de algún elemento conductor sobre la muestra ya preparada y así no tener alteraciones en los valores muestreados. Figura 23: Recubrir con cinta aislante el testigo.
